CN108738343B - 多个带电粒子束的设备 - Google Patents

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Abstract

提出了一种多束设备中的二次投影成像系统，该二次投影成像系统使二次电子检测具有高收集效率和低串扰。该系统采用一个变焦透镜，一个投影透镜和一个防扫描偏转单元。变焦透镜和投影透镜分别执行变焦功能和防旋转功能，以相对于多个一次细束的着陆能量和/或电流保持总成像放大倍率和总图像旋转。防扫描偏转单元执行防扫描功能以消除由于多个一次细束的偏转扫描而导致的动态图像移位。

Description

多个带电粒子束的设备
优先权要求
本申请要求Ren等人有权要求的于2015年11月30日提交的、名称为“多个带电粒子束的设备”的美国临时申请第62/260,822号的优先权的权益，其全部公开内容通过引用并入本文。
相关申请的交叉引用
本申请涉及Ren等人有权要求的于2016年3月9日提交的、名称为“多个带电粒子束的设备”的美国申请第15/065,342号，其全部公开内容通过引用并入本文。
本申请涉及Ren等人有权要求的于2016年3月23日提交的、名称为“多个带电粒子束的设备”的美国申请第15/078,369号，其全部公开内容通过引用并入本文。
本申请涉及Liu等人有权要求的于2016年5月10日提交的、名称为“多个带电粒子束的设备”的美国申请第15/150,858号，其全部公开内容通过引用并入本文。
本申请涉及Li等人有权要求的于2016年7月19日提交的、名称为“多个带电粒子束的设备”的美国申请第15/213,781号，其全部公开内容通过引用并入本文。
本申请涉及Ren等人有权要求的于2016年7月21日提交的、名称为“多个带电粒子束的设备”的美国申请第15/216,258，其全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及具有多个带电粒子束的带电粒子设备。更具体地说，本发明涉及一种采用多个带电粒子束同时获取样品的表面上的观察区域的多个扫描区域的图像的设备。因此，该设备可用于在半导体制造行业中以高分辨率和高生产量检查和/或复查晶片/掩模上的缺陷。
背景技术
为了制造半导体IC芯片，在制造过程中晶片/掩模的表面上不可避免地出现图案缺陷和/或未经允许的粒子(残留物)，这在很大程度上降低了良率。为了满足对IC芯片性能的越来越先进的要求，已经采用了具有越来越小的临界特征尺寸的图案。因此，带有光束的传统良率管理工具由于衍射效应逐渐变得不能胜任，并且具有电子束的良率管理工具越来越多地被采用。与光子束相比，电子束具有更短的波长，从而可能提供优异的空间分辨率。目前，具有电子束的良率管理工具采用单电子束扫描电子显微镜(SEM)原理，因此其可以提供更高的分辨率，但无法提供胜任批量生产的生产量。尽管可以使用越来越高的束电流来增加生产量，但是优异的空间分辨率将被随着束电流增加的库仑效应根本地恶化。
为了减轻对生产量的限制，代替使用具有大电流的单电子束，一种有希望的解决方案是使用多个具有小电流的电子束。多个电子束在样品的一个被检查或观察的表面上形成多个探针斑。多个探针斑可以分别并且同时扫描样品的表面上的大观察区域内的多个小扫描区域。每个探针斑的电子从它们着陆所在的样品的表面产生二次电子。二次电子包括二次慢电子(能量≤50eV)和背散射电子(能量接近电子着陆能量)。来自多个小扫描区域的二次电子可以分别且同时由多个电子检测器分别收集。因此，可以比用单束扫描大观察区域，更加快地获得大观察区域的图像。
多个电子束可以分别来自多个电子源或来自单个电子源。对于前者，多个电子束通常分别由多个镜筒(column)被聚焦到多个小扫描区域并通过多个镜筒分别扫描多个小扫描区域，并且来自每个扫描区域的二次电子由相应镜筒内的一个电子检测器检测。因此该设备通常称为多镜筒设备。多个镜筒可以是独立的或共享多轴磁性或电磁复合物镜(如US 8,294,095中所示)。在样品的表面上，两个相邻束之间的束间隔或节距通常大到30～50mm。
对于后者，源转换单元实际上将单电子源改变为多个子源。源转换单元包括具有多个束限制开口的一个细束形成(或细束限制)装置和具有多个电子光学元件的一个成像装置。多个束限制开口分别将由单个电子源产生的一次电子束分成多个子束或细束，并且多个电子光学元件(诸如US 7,244,949的圆形透镜或诸如交叉引用中的偏转器)影响多个细束以形成单个电子源的多个并行(如果使用偏转器则是虚拟的，如果使用圆形透镜则为真实的)图像。每个图像可以被看做为一个子源，其发出一个相应的细束。为了使更多的细束可用，细束间隔处于微米级别。自然地，一个单镜筒内的一个一次投影成像系统和一个偏转扫描单元被用于分别将多个平行图像分别投影到多个小扫描区域上并对其进行扫描。在单镜筒内，由多个小扫描区域产生的多个二次电子束分别由一个电子检测装置的多个检测元件检测。多个检测元件可以是并排放置的多个电子检测器(诸如PMT，SDD)或一个电子检测器(诸如e-CCD和SDD)的多个像素。因此该设备通常称为多束设备。
图1示出了多束设备的一个实施例(交叉引用的美国申请第15/216,258号)。电子源101产生沿着主光轴100_1的一次电子束102并具有源电子交叉101s，其外围电子被主光圈板171截断。可移动的聚光透镜110准直一次电子束102，然后垂直入射到光源转换单元120上。一次电子束102的三个细束102_1，102_2和102_3分别通过细束形成装置121的三个束限制开口121_1，121_2和121_3并被偏转以由成像装置122的三个微偏转器122_1，122_2和122_3形成源电子交叉101s的三个虚拟图像(位于很远的位置并且此处难以显示)。物镜131将三个偏转的细束102_1，102_2和102_3聚焦到样品8的表面7上，并且因此在其上以相等的间隔或节距Ps生成源电子交叉101s的三个图像102_1S，102_2S和102_3S。每个图像在表面7上形成一个探针斑，并且这三个图像也被称为三个探针斑102_1S，102_2S和102_3S。偏转扫描单元132将三个细束102_1～102_3一起偏转，并且因此三个探针斑102_1S～102_3S分别扫描表面7的一个扫描区域。可移动的聚光透镜110的主平面110_2可以在期望的范围内沿主光轴100_1电移动。正确地同时改变可移动聚光透镜110的聚焦功率和主平面位置，可以改变准直的一次电子束102的电流密度，并且三个探针斑102_1S～102_3S的电流将相应地改变。
在多束设备中，多个检测元件被放置在样品的表面的图像平面上，其中来自一个小扫描区域的每个二次电子束被聚焦到一个对应的检测元件上。由于二次电子的发射符合朗伯定律并且具有大的能量扩展度(energy spread)，所以每个二次电子束的所有二次电子不能完全聚焦到相应的检测元件中。由一个检测元件检测到的二次电子可以分为两部分，第一部分包括来自相应二次电子束的部分，第二部分包括来自其余二次电子束的剩余部分。这两部分分别确定来自相应小扫描区域的二次电子的收集效率和多个小扫描区域之间的串扰水平，并且两者都影响相应小扫描区域的图像分辨率。
图像平面可以是仅由一次投影成像系统(例如US6,943,349)的物镜形成的图像平面，或由例如US 9,035,249和US申请第15/065,342号的一个二次投影成像系统(图1中的150)和物镜形成的图像平面。在第一种情况下，图像平面的位置及其上的成像放大倍率随着物镜的操作条件而变化，并且操作条件随着多个细束的着陆能量和/或电流而改变。因此，多个检测元件只能为某些特定应用提供高收集效率和低串扰水平。在第二种情况下，二次投影成像系统可以相对于物镜的操作条件保持图像平面的位置和其上的成像放大倍率，因此即使在着陆能量和/或电流在大范围内变化时，也能够提供高收集效率和低串扰水平。
在图1中，由每个探针斑(例如由于探针斑102_1S引起的102_1se)产生的每个二次电子束沿着主光轴100_1的相反方向行进。在通过物镜131聚焦并由偏转扫描单元132偏转之后，三个二次电子束102_1se，102_2se和102_3se被束分离器160(诸如维恩滤波器)有意地转向以沿着二次投影成像系统150的副光轴150_1进入二次投影成像系统150。二次投影成像系统150将三个二次电子束102_1se～102_3se聚焦到具有等节距Pd的三个检测元件的电子检测装置140上，即，分别在三个检测元件内部形成三个二次电子斑。因此，电子检测装置140可以同时生成分别由三个探针斑102_1S，102_2S和102_3S扫描的三个扫描区域的图像。
如上所述，即使多个细束的着陆能量和/或电流在大范围内变化，一个二次投影成像系统对于提供高收集效率和低串扰水平也是至关重要的。高收集效率对于实现高检测生产量特别有利，并且低串扰对于实现高检测分辨率特别有利。因此一个二次投影成像系统的性能最终决定了检测分辨率和检测生产量这两方面。本发明将提供一种用于多束设备的具有先进性能的二次投影成像系统，特别是用于在半导体制造行业中用作良率管理工具的二次投影成像系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多束设备的二次投影成像系统，该二次投影成像系统在即使多个细束的着陆能量和/或电流在大范围内变化的情况下也能以高收集效率和低串扰水平进行二次电子检测。作为半导体制造行业的良率管理工具，多束设备因此可以在许多应用条件下实现高检测分辨率和高检测生产量。
因此，本发明因此提供了用于观察样品的表面的多束设备，其包括电子源、位于电子源下方的聚光透镜、位于聚光透镜下方的源转换单元、位于源转换单元下方的物镜、位于源转换单元下方的偏转扫描单元、位于物镜下方的样品台、位于源转换单元下方的束分离器、以及位于束分离器上方的检测单元，该检测单元具有二次投影成像系统和具有多个检测元件的电子检测装置。
电子源、聚光透镜、源转换单元、物镜、偏转扫描单元和束分离器与多束设备的主光轴对准。样品台支撑样品，使所述表面面向物镜。检测单元与所述多束设备的副光轴对准，并且副光轴不平行于主光轴。
多个检测元件被放置在检测平面上，并且二次投影成像系统包括变焦透镜、防扫描偏转单元和投影透镜。
电子源产生沿主光轴的一次电子束。聚光透镜将一次电子束聚焦到一定程度。源转换单元将一次电子束改变为多个细束(或子束)并使多个细束形成电子源的多个第一图像。物镜聚焦多个细束以将多个第一图像成像到所述表面上，并因此分别在所述表面上形成多个探针斑。偏转扫描单元偏转多个细束以分别在所述表面上的观察区域内的多个扫描区域上扫描多个探针斑。
多个二次电子束由多个探针斑分别从多个扫描区域产生，然后入射到物镜。物镜在所述多个二次电子束从中通过时聚焦多个二次电子束。束分离器使多个二次电子束偏转以沿副光轴进入二次投影成像系统。变焦透镜将多个二次电子束聚焦到传输平面上。传输平面位于变焦透镜和投影透镜之间。多个二次电子束在变焦透镜和传输平面之间形成第一交叉。
投影透镜然后将多个二次电子束聚焦到检测平面上。多个二次电子束在投影透镜和检测平面之间形成第二交叉，并在检测平面上形成多个二次电子斑。多个二次电子斑分别位于多个检测元件内部。因此建立了多个探针斑与多个检测元件之间的对应关系。因此，每个检测元件产生一个对应的扫描区域的图像信号。
防扫描偏转单元与多个探针斑在多个扫描区域上的扫描同步地偏转多个二次电子束，以保持多个二次电子斑的位置，从而始终保持所述对应关系。
变焦透镜的成像放大倍率被调节以在不同条件下观察表面时保持所述对应关系。
该设备可以进一步包括二次束限制孔，该二次束限制孔用于截断多个二次电子束的外围电子。该设备可以进一步包括场镜，该场镜放置在传输平面处，以减小投影透镜的离轴像差。该设备可以进一步包括像散校正装置，该像散校正装置用于补偿由束分离器引起的多个二次电子束的像散像差。该设备可以进一步包括对准偏转器，该对准偏转器用于补偿由于检测单元的制造和/或组装误差而引起的对应关系的偏差。防扫描偏转单元位于束分离器和变焦透镜之间。
在一个实施例中，变焦透镜包括第一变焦子透镜和第二变焦子透镜，第二变焦子透镜位于第一变焦子透镜和传输平面之间。防扫描偏转单元位于第一变焦子透镜和第二变焦子透镜之间。防扫描偏转单元使入射到第二变焦子透镜的多个二次电子束沿着副光轴偏转。二次投影成像系统包括场镜，该场镜放置在传输平面处，以减少入射到投影透镜的多个二次电子束的径向偏移和倾斜角度。二次投影成像系统包括具有一个开口或更多个开口的二次束限制孔板，并且所述一个开口或更多个开口中的一个开口位于第二交叉的位置处以截断多个二次电子束的外围电子。二次投影成像系统包括场镜，该场镜放置在传输平面处，以在不同条件下观察表面时弯曲多个二次电子束以保持第二交叉的位置。
在一个实施例中，二次投影成像系统可以包括像散校正装置，该像散校正装置放置在第一交叉处或附近，以补偿由束分离器引起的多个二次电子斑的像散像差。
在一个实施例中，物镜具有第一磁透镜。场镜可以具有第二磁透镜，所述第二磁透镜当在不同条件下观察所述表面时消除多个二次电子斑的旋转变化。变焦透镜可以具有第二磁透镜，该第二磁透镜当在不同条件下观察所述表面时消除多个二次电子斑的旋转变化。投影透镜可以具有第二磁透镜，该第二磁透镜当在不同条件下观察所述表面时消除所述多个二次电子斑的旋转变化。
在一个实施例中，二次投影成像系统包括对准偏转器，该对准偏转器位于二次束限制孔板和检测平面之间，以补偿由于检测单元的制造和/或组装误差导致的对应关系的偏差。多个二次电子束分别是多个二次慢电子束。多个二次电子束分别是多个背散射电子束。
本发明还提供了用于观察样品的表面的多束设备，其包括电子源、位于电子源下方的聚光透镜、位于聚光透镜下方的源转换单元、位于源转换单元下方的物镜、位于源转换单元下方的偏转扫描单元、位于物镜下方的样品台、位于源转换单元下方的束分离器、以及位于束分离器上方的检测单元，该检测单元包括二次投影成像系统和具有多个检测元件的电子检测装置。
电子源、聚光透镜、源转换单元、物镜、偏转扫描单元和束分离器与多束设备的主光轴对准。样品台支撑样品，使所述表面面向物镜。检测单元与多束设备的副光轴对准，并且副光轴不平行于所述主光轴。
多个检测元件被放置在检测平面上。二次投影成像系统包括变焦透镜、防扫描偏转单元、投影透镜、位于第一传输平面处的第一场镜和位于第二传输平面处的第二场镜。第一场镜和第二场镜位于变焦透镜和投影透镜之间。第一场镜位于第二场镜和投影透镜之间。
电子源产生沿主光轴的一次电子束。聚光透镜将一次电子束聚焦到一定程度。源转换单元将一次电子束改变为多个细束并且使得多个细束形成电子源的多个第一图像。物镜聚焦多个细束以将多个第一图像成像到所述表面上，并因此分别在所述表面上形成多个探针斑。偏转扫描单元偏转多个细束以分别在所述表面上的观察区域内的多个扫描区域上扫描多个探针斑。
多个二次慢电子束和多个背散射电子束分别由多个探针斑从所述多个扫描区域产生，然后入射到物镜。物镜在所述多个二次慢电子束和所述多个背散射电子束从中通过时聚焦多个二次慢电子束和多个背散射电子束。
当束分离器分别偏转多个二次慢电子束和多个背散射电子束以沿副光轴进入二次投影成像系统时，检测单元分别在SSE模式和BSE模式下操作。
在SSE模式中，第二场镜被关闭。变焦透镜将多个二次慢电子束聚焦到第一传输平面上。第一场镜将多个二次慢电子束向副光轴弯曲。投影透镜将多个二次慢电子束聚焦到检测平面上。多个二次慢电子束然后在投影透镜和检测平面之间形成SSE交叉，并在检测平面上形成多个二次慢电子斑。多个二次慢电子斑分别位于多个检测元件内部。因此建立了多个探针斑与多个检测元件之间的SSE对应关系。因此，每个检测元件产生一个对应的扫描区域的SSE图像信号。
在BSE模式中，第一场镜被关闭。变焦透镜将多个背散射电子束聚焦到第二传输平面上。第二场镜将多个背散射电子束向副光轴弯曲。投影透镜将多个背散射电子束聚焦到检测平面上。然后，多个背散射电子束在投影透镜和检测平面之间形成BSE交叉，并在检测平面上形成多个背散射电子斑。多个背散射电子斑分别位于多个检测元件内部。因此，建立了多个探针斑与多个检测元件之间的BSE对应关系。因此，每个检测元件产生一个对应的扫描区域的BSE图像信号。
在SSE模式中，防扫描偏转单元以与多个探针斑在多个扫描区域上的扫描同步地偏转多个二次慢电子束，以保持多个二次慢电子斑的位置，从而始终保持SSE对应关系。
在BSE模式中，防扫描偏转单元与多个探针斑在多个扫描区域上的扫描同步地偏转多个背散射电子束，以保持多个背散射电子斑的位置，从而始终保持BSE的对应关系。
当在不同条件下观察所述表面时，变焦透镜的成像放大倍率被调节以分别保持SSE模式和BSE模式中的SSE对应关系和BSE对应关系。
在一个实施例中，二次投影成像系统包括第一二次束限制孔，该第一二次束限制孔放置在SSE交叉处，以在SSE模式中截断多个二次慢电子束的外围电子。二次投影成像系统包括第二二次束限制孔，该第二二次束限制孔放置在BSE交叉处，以在BSE模式中截断多个背散射电子束的外围电子。二次投影成像系统包括第一像散校正装置，该第一像散校正装置用于补偿SSE模式下由束分离器引起的多个二次慢电子束的像散像差。二次投影成像系统包括第二像散校正装置，该第二像散校正装置用于补偿BSE模式下由束分离器引起的多个背散射电子束的像散像差。二次投影成像系统包括对准偏转器，并且在SSE模式和BSE模式中，对准偏转器分别补偿由于检测单元的制造和/或组装误差而导致的SSE对应关系和BSE对应关系的偏差。防扫描偏转单元位于束分离器和变焦透镜之间。
在一个实施例中，变焦透镜包括第一变焦子透镜和第二变焦子透镜，第二变焦子透镜位于第一变焦子透镜和第二场镜之间。防扫描偏转单元分别使入射到第二变焦子透镜的在SSE模式下的多个二次慢电子束和在BSE模式下的多个背散射电子束沿着副光轴偏转。二次投影成像系统包括第一二次束限制孔板和第二二次束限制孔板，每个二次束限制孔板都具有一个或更多个开口。在SSE模式中，第一二次束限制孔板的一个开口被放置于SSE交叉处以截断多个二次慢电子束的外围电子，并且在BSE模式中，第二二次束限制孔的一个开口被放置于BSE交叉处以截断多个背散射电子束的外围电子。通过分别调节第一场镜和第二场镜，SSE交叉和BSE交叉被设置在同一位置处。二次投影成像系统包括具有一个开口或更多个开口的第三二次束限制孔板，并且在SSE模式和BSE模式中的每一个模式中，所述一个开口或者所述更多开口中的一个开口设置在所述同一位置处。二次投影成像系统包括放置在第三二次束限制孔板附近的像散校正装置，其分别补偿由于束分离器引起的在SSE模式和BSE模式下的多个二次慢电子斑和多个背散射电子斑的像散像差。
在一个实施例中，物镜具有第一磁透镜。第一场镜可以具有第二磁透镜，该第二磁透镜当在不同条件下观察所述表面时消除SSE模式下的多个二次慢电子斑的旋转变化。第二场镜可以具有第三磁透镜，该第三磁透镜在不同条件下观察所述表面时消除BSE模式中的多个背散射电子斑的旋转变化。变焦透镜可以具有第二磁透镜，该第二磁透镜当在不同条件下观察所述表面时分别消除SSE模式中的多个二次慢电子斑和BSE模式下的多个背散射电子斑的旋转变化。投影透镜可以具有第二磁透镜，该第二磁透镜当在不同条件下观察所述表面时分别消除SSE模式下的多个二次慢电子斑和BSE模式下的多个背散射电子斑的旋转变化。
在一个实施例中，二次投影成像系统包括对准偏转器，该对准偏转器分别补偿由于检测单元的制造和/或组装误差而导致的SSE对应关系和BSE对应关系的偏差。
本发明还提供了一种配置用于观察样品的表面的多束设备的检测系统的方法，该方法包括以下步骤：使用束分离器将由所述表面上的多个探针斑产生的多个二次电子束偏转以沿所述多束设备的副光轴行进；使用变焦透镜将多个二次电子束聚焦到传输平面上的步骤，其中所述变焦透镜与所述副光轴对准；使用投影透镜将多个二次电子束从传输平面聚焦到检测平面上并在所述检测平面上形成多个二次电子斑的步骤，其中投影透镜与副光轴对准；使用具有多个检测元件的电子检测装置分别检测多个二次电子斑，其中所述多个检测元件放置在所述检测平面上；使用防扫描偏转单元与多个探针斑在所述表面上的多个扫描区域上的扫描同步地使多个二次电子束偏转以始终保持所述多个二次电子斑的位置的步骤；以及当在不同条件下观察所述表面时，调节变焦透镜和投影透镜以消除多个二次电子斑的位置的径向变化和旋转变化的步骤。
该方法可以进一步包括使用二次束限制孔来截断多个二次电子束中的外围电子的步骤。该方法可以进一步包括使用场镜来减少多个二次电子斑的离轴像差的步骤。该方法可以进一步包括使用像散校正装置来补偿由于束分离器引起的多个二次电子斑的像散像差的步骤。该方法可以进一步包括使用对准偏转器来补偿多个二次电子斑和多个检测元件之间由于检测单元的制造和/或组装误差而导致的偏移的步骤。
本发明还提供了一种配置用于观察样品的表面的多束设备的检测系统的方法，该方法包括在SSE模式下操作和在BSE模式下操作的步骤。在SSE模式下操作的步骤包括以下步骤：使用束分离器将由所述表面上的多个探针斑产生的多个二次慢电子束偏转以沿所述多束设备的副光轴行进；使用与副光轴对准的变焦透镜将多个二次慢电子束聚焦到第一传输平面上的步骤；使用与所述副光轴对准并且放置在所述第一传输平面处的第一场镜弯曲所述多个二次慢电子束的步骤；使用与副光轴对准的投影透镜将多个二次电子束聚焦到检测平面上并在投影透镜和检测平面之间形成SSE交叉以及在检测平面上形成多个二次慢电子斑的步骤；使用具有多个检测元件的电子检测装置分别检测所述多个二次慢电子斑的步骤，其中所述多个检测元件放置在所述检测平面上；使用防扫描偏转单元与多个探针斑在所述表面上的多个扫描区域上的扫描同步地使多个二次慢电子束偏转以始终保持多个二次慢电子斑的位置的步骤；以及当在不同条件下观察所述表面时调节变焦透镜和投影透镜以分别消除多个二次慢电子斑的位置的径向变化和旋转变化的步骤。在BSE模式下操作的步骤包括以下步骤：使用束分离器将由所述表面上的多个探针斑生成的多个背散射电子束偏转以沿所述多束设备的副光轴行进；使用变焦透镜将所述多个背散射电子束聚焦到第二传输平面上的步骤；使用与副光轴对准并放置在第二传输平面处的第二场镜弯曲多个背散射电子束的步骤；使用投影透镜将多个背散射电子束聚焦到检测平面上并在投影透镜和检测平面之间形成BSE交叉和在检测平面上形成多个背散射电子斑的步骤；使用多个检测元件分别检测多个背散射电子斑的步骤；使用防扫描偏转单元与所述多个探针斑在所述多个扫描区域上的扫描同步地使所述多个背散射电子束偏转以始终保持所述多个背散射电子斑的位置的步骤；以及当在不同条件下观察所述表面时调节变焦透镜和投影透镜以分别消除多个背散射电子斑的位置的径向变化和旋转变化的步骤。
在一个实施例中，在SSE模式下操作的步骤包括使用在SSE交叉处的第一二次束限制孔以截断多个二次慢电子束的外围电子的子步骤。在BSE模式下操作的步骤包括使用在BSE交叉处的第二二次束限制孔以截断多个背散射电子束的外围电子的子步骤。SSE交叉和BSE交叉位于或靠近同一位置。在SSE模式下操作的步骤包括使用放置在靠近所述同一位置的像散校正装置来补偿由于束分离器引起的多个二次慢电子束的像散像差的子步骤。在BSE模式下操作的步骤包括使用像散校正装置来补偿由于束分离器引起的多个背散射电子斑的像散像差的子步骤。在SSE模式下操作的步骤包括使用对准偏转器来补偿多个二次慢电子斑与多个检测元件之间由于检测单元的制造和/或组装误差而导致的偏移的子步骤。在BSE模式下操作的步骤包括使用对准偏转器来补偿多个背散射电子斑与多个检测元件之间由于检测单元的制造和/或组装误差而导致的偏移的子步骤。
本发明还提供一种用于多束设备中的检测装置的成像系统，其包括用于将从样品的表面发出的多个带电粒子束分别聚焦到所述检测装置的多个检测元件的装置和用于消除多个带电粒子束的由多束设备中的磁物镜引起的旋转的装置。
在一个实施例中，成像系统可以进一步包括用于消除多个带电粒子束的由多束设备中的偏转扫描单元引起的在检测装置上的扫描的装置。多个带电粒子束包括多个二次慢电子束和多个背散射电子束。检测装置是半导体二极管检测器。消除扫描的所述装置位于成像系统的入口侧附近。消除扫描的所述装置包括依次沿着成像系统的光轴的第一偏转器和第二偏转器。聚焦装置包括依次沿着光轴的变焦透镜和投影透镜。
在一个实施例中，磁物镜和变焦透镜将多个带电粒子束聚焦到传输平面中，并且投影透镜将来自传输平面的所述多个带电粒子束聚焦到检测装置上的检测平面中。变焦透镜包括依次沿着光轴的第一静电透镜和第二静电透镜。消除扫描的所述装置位于第一静电透镜和第二静电透镜之间。变焦透镜可以包括作为消除旋转的所述装置的磁透镜。投影透镜可以包括作为消除旋转的所述装置的静电透镜和磁透镜。
在一个实施例中，成像系统可以进一步包括场镜，该场镜在传输平面处，用于减少多个带电粒子束的像差。场镜包括静电透镜。场镜可以包括作为消除旋转的所述装置的磁透镜。
在一个实施例中，成像系统可以进一步包括具有至少一个开口的板，板的一个开口作为用于减小检测装置上的多个带电粒子束的尺寸的束限制孔。该板包括具有不同尺寸的能够被选择的多个开口。该板位于多个带电粒子束在投影透镜和检测装置之间的交叉处。
在一个实施例中，成像系统可以进一步包括用于减少所述多个带电粒子束的像散的像散校正装置。像散校正装置位于所述多个带电粒子束的交叉处。
在一个实施例中，成像系统可以进一步包括对准偏转器，用于分别将多个带电粒子束与检测装置的多个检测元件对准。对准偏转器位于检测装置和投影透镜之间。
通过下面结合附图进行的描述，将明白本发明的其他优点，其中通过图示和举例的方式阐述了本发明的某些实施例。
附图说明
通过以下结合附图的详细描述将容易理解本发明，其中相类似的附图标记表示类似的结构元件，并且其中：
图1是多束设备的常规配置的示意图。
图2是根据本发明的一个实施例的二次投影成像系统的示意图。
图3A是根据本发明另一实施例的二次投影成像系统的示意图。
图3B是根据本发明在图3A中的二次投影成像系统中行进的二次慢电子的示意图。
图4A～4C是图3B中的电子检测装置上的二次电子斑的示意图。
图5是根据本发明在图3A中操作的防扫描偏转单元的示意图。
图6A～6C是根据本发明的图3A中的电磁复合投影透镜的三种配置的示意图。
图7A是根据本发明另一实施例的二次投影成像系统的示意图。
图7B是根据本发明在图7A中的二次投影成像系统中行进的二次慢电子的示意图。
图8A是根据本发明另一实施例的二次投影成像系统的示意图。
图8B是根据本发明在图8A中的二次投影成像系统中行进的二次慢电子的示意图。
图9A是根据本发明另一实施例的二次投影成像系统的示意图。
图9B是根据本发明在图9A中的二次投影成像系统中行进的二次慢电子的示意图。
图9C是根据本发明在图9A中的二次投影成像系统中行进的背散射电子的示意图。
图10A是根据本发明另一实施例的二次投影成像系统的示意图。
图10B是根据本发明另一实施例的二次投影成像系统的示意图。
图11A是根据本发明另一实施例的二次投影成像系统的示意图。
图11B是根据本发明在图11A中的二次投影成像系统中行进的二次慢电子的示意图。
图12是根据本发明另一实施例的二次投影成像系统的示意图。
图13A和图13B是根据本发明的用于实现二次投影成像系统中的防旋转功能的两个选择方案的示意图。
图14是根据本发明另一实施例的二次投影成像系统的示意图。
图15A是根据本发明另一实施例的多束设备的配置的示意图。
图15B是根据图15A中的实施例的一个检测系统的示意图。
具体实施方式
现在将参照附图更全面地描述本发明的各种示例性实施例，在附图中示出了本发明的一些示例性实施例。在不限制本发明的保护范围的情况下，实施例的所有描述和附图将被示例性地涉及电子束。然而，这些实施例并不用于将本发明限制为特定的带电粒子。
在附图中，为了清楚起见，每个部件和每个部件之中的相对尺寸可能被夸大。在附图的以下描述中，相同或相似的附图标记指代相同或相似的部件或实体，并且仅描述关于各个实施例的不同之处。
因此，虽然本发明的示例性实施例能够具有各种修改和替代形式，但是其实施例在附图中以示例的方式示出并且将在本文详细描述。然而应当理解的是，并非意图将本发明的示例性实施例限制为所公开的特定形式，而是相反，本发明的示例形实施例将覆盖落入本发明的范围内的所有修改、等同例和替代方案。
在本发明中，“轴向”是指“在电子光学元件(例如圆形透镜或多极透镜)、成像系统或设备的光轴方向上”，“径向”是指“在垂直于光轴的方向上“，”在轴上“是指”在光轴上或与光轴对准，并且“离轴”是指“不在光轴上或不与光轴对准”。
在本发明中，“成像系统与光轴对准”是指“所有电子光学元件与光轴对准”。
在本发明中，X，Y和Z轴形成笛卡尔坐标系。一次投影成像系统的主光轴在Z轴上，一次电子束沿Z轴行进。
在本发明中，“一次电子”是指“从电子源发射并入射到样品的被观察或检查的表面上的电子，”二次电子“是指”由“一次电子”从该表面产生的电子。
在本发明中，“二次电子束交叉”是指“二次电子束的一个交叉”，“二次束限制孔”是指“限制一个二次电子束的开口”，以及“一次束限制开口”是指“限制一次细束的开口“。
本发明提出了一种用于多束设备的二次投影成像系统。为了清楚地描述二次投影成像系统如何在一个多束设备中起作用，以图1中的实施例100A为例。为了清楚起见，仅示出了三个细束，并且细束的数量可以是任意数量。
在图1中，由三个探针斑102_1S，102_2S和102_3S分别产生的三个二次电子束102_1se，102_2se和102_3se与主光轴100_1相反地行进，依次穿过物镜131和偏转扫描单元132。然后，束分离器160(维恩滤波器)使三个二次电子束偏转以沿其副光轴150_1进入二次投影成像系统150。二次投影成像系统150将三个二次电子束102_1se～102_3se聚焦到电子检测装置140的三个检测元件上。因此，三个检测元件分别同时产生由三个探针斑102_1S～102_3S所扫描的三个扫描区域的图像信号。电子检测装置140和二次投影成像系统150形成一个检测单元180。二次电子束的路径上的电子光学元件，即物镜131，偏转扫描单元132，束分离器160，二次投影成像系统150和电子检测装置140形成一个检测系统。
众所周知，二次电子的发射基本遵循朗伯定律并且具有大的能散度。一个二次慢电子的能量高达50eV，并且取决于样品材料大多接近1～5eV，而一个背散射电子的能量高达一次电子的着陆能量，并且大部分接近一次电子的着陆能量。因此，二次慢电子和背散射电子在能量上是非常不同的。取决于样品的特征和材料，通常使用的着陆能量范围为0.1keV～5keV，几乎等于二次慢电子束和背散射电子束之间的能量差。然而，如此大的能量差带来两个问题。首先，由于物镜131对电子的聚焦影响随着其能量的降低而增加，所以二次慢电子束的聚焦能力或功率比背散射电子束的聚焦能力或功率更强。因此，对于每个探针斑(例如1021S)，物镜将二次慢电子束和背散射电子束聚焦成具有两个不同成像放大倍率的两个不同的图像平面。其次，由于束分离器160对电子的偏转影响随着其能量的减小而增加，所以二次慢电子束的偏转功率比背散射电子束的偏转功率更强。因此，对于每个探针斑(诸如1021S)，束分离器160不能同时偏转二次慢电子束和背散射电子束以沿着副光轴1501进入二次投影成像系统150。因此，与常规SEM不同，对于由一个探针斑扫描的每个扫描区域，检测系统不能检测由二次慢电子和背散射电子一起形成的一个图像。相应地，检测系统将以一种利用二次慢电子检测图像的模式或者一种利用背散射电子检测图像的模式(分别称为SSE模式和BSE模式)进行操作。在SSE模式和BSE模式中，束分离器160分别使二次慢电子束和背散射电子束偏转以沿副光轴1501进入二次投影成像系统150，并且二次投影成像系统150分别将二次慢电子束和背散射电子束聚焦到电子检测装置140的检测元件。
如上所述，对于不同的检查应用，细束102_1～102_3的着陆能量可以在范围0.1keV～5keV内改变。着陆能量可以通过改变单电子源101的电势或者样品8的电势中的一个或它们两者来改变。因此，需要调节物镜131的激励以为三个细束提供相应的聚焦能力，并且物镜131对二次慢电子束和背散射电子束的聚焦能力相应地改变。因此，分别由二次慢电子束和背散射电子束形成的图像的位置和放大倍率将随着着陆能量而改变。此外，物镜131由于其低像差而通常是磁透镜或电磁复合透镜。在这种情况下，由二次慢电子束和背散射电子束分别形成的图像的旋转也将随着着陆能量而变化。上述图像变化可以将由电子检测装置140上的二次电子束形成的二次电子斑的位置移动到二次电子束不能被相应的检测元件检测到的程度。因此，二次投影成像系统150需要包括消除成像放大倍率变化的变焦功能和消除图像旋转变化的防旋转功能。
由于二次电子斑的位置将随着三个探针斑102_1S～102_3S在三个扫描区域上扫描而移动，当相应的探针斑移动到与相邻扫描区域邻近的一个位置(即，每个扫描区域的尺寸接近节距Ps，或者如果偏转扫描单元132对二次电子的偏转影响太强)时，每个二次电子斑可以部分地进入一个相邻的检测元件。由相邻检测元件检测到的二次电子会产生三个扫描区域的图像重叠。这样的图像重叠会使图像分辨率劣化，因此需要消除这样的图像重叠。因此，二次投影成像系统需要具有一个防扫描功能以始终将三个二次电子斑保持在相应的检测元件内。
接下来，二次投影成像系统150的一些实施例将与整个检测系统一起示出和描述。在图1之后，尽管二次电子束的数量可以是任意数量，但是仅示出了关于三个探针斑的三个二次电子束。在整个检测系统内，从样品8开始，第一部分沿着主光轴100_1，并且第二部分沿着副光轴150_1。为了清楚起见，第一部分旋转到沿着副光轴150_1，因此整个检测系统可以示出为沿着一条直线光轴。
图2示出了检测系统100-1D中的二次投影成像系统150的一个实施例150-1。实施例150-1包括变焦透镜151、投影透镜152和防扫描偏转单元157，所有的均与副光轴150_1对准。电子检测装置140的检测元件140_1，140_2和140_3被放置在检测平面SP3上。变焦透镜151、投影透镜152和物镜131一起将样品的表面7投影到检测平面SP3上，即聚焦二次电子束102_1se～102_3se以当偏转扫描单元132关闭时分别在检测元件140_1、140_2和140_3上形成二次电子斑。在偏转扫描单元132扫描三个扫描区域上的细束102_1～102_3期间，防扫描偏转单元157将二次电子斑保持在相应的检测元件内。
根据Pd和Ps来选择从样品的表面7到检测平面SP3的总成像放大倍率M，如式(1)所示。
Figure BDA0001678519780000171
这样，样品的表面上的每个探针斑成像到一个检测元件上，从而确保多个探针斑和多个检测元件之间的对应关系。对于不同的检测应用，探针斑节距Pd可能不同，并且放大倍率M将总是相应地改变。
变焦透镜151包括两个静电透镜151_11和151_12。变焦透镜151的图像平面始终位于传输平面SP2。传输平面SP2在SSE模式和BSE模式下的位置是不同的并且是固定的。投影透镜152包括一个静电透镜152_11和一个磁透镜152_12，并且其像平面总是在检测平面SP3处。通过物镜131和变焦透镜151实现从样品的表面7到传输平面SP2的第一成像放大倍率M1，通过投影透镜152实现从传输平面SP2到检测平面SP3的第二成像放大倍率M2，并且从样品的表面7到检测平面SP3的总成像放大倍率M等于M1*M2。在SSE模式中，第二成像放大倍率M2优选大于第一成像放大倍率M1。
变焦透镜151执行变焦功能。通过调节两个静电透镜151_11和151_12的聚焦能力，可以改变成像放大倍率M1以获得总成像放大倍率M的期望值。投影透镜152执行防旋转功能。通过调节磁透镜152_12的磁场和静电透镜152_11的聚焦能力，检测平面SP3上的总图像旋转和成像放大倍率M2可以始终保持相同。防扫描偏转单元157执行防扫描功能。通过用偏转扫描单元132同步偏转二次电子束，可以基本上消除检测平面SP3上的三个二次电子斑的移位。因此可以始终保持多个探针斑和多个检测元件之间的对应关系。
基本上，可以将防扫描偏转单元157放置在检测平面SP3之前的任何位置处。为了减小由偏转扫描单元132产生的二次电子束的偏转引起的变焦透镜151和投影透镜152的附加像差，防扫描偏转单元157最好放置在变焦透镜151之前，并且因此二次电子束将以好像偏转扫描单元132关闭的方式通过变焦透镜151和投影透镜152。然而，在这种情况下，变焦透镜151必须远离束分离器160放置，并且因此产生大的初始像差。如同二次投影成像系统150在图3A的检测系统100-2D中的实施例150-2一样，将防扫描偏转单元157放置在变焦透镜151的静电透镜151_11和151_12之间是减小初始像差和附加像差二者的优选的平衡。
图3B显示检测系统100-2D如何在SSE模式下工作。首先，物镜131聚焦来自三个探针斑102_1S、102_2S和102_3S的三个二次慢电子束102_1sse、102_2sse和102_3sse，并且在图像平面SP1_sse上形成三个探针斑的第一二次电子图像。像平面SP1_sse位于变焦透镜151的下方，随着物镜131的操作状态的变化而移动。束分离器160使三个二次慢电子束102_1sse～102_3sse偏转，以沿着副光轴150_1进入二次投影成像系统150-2。变焦透镜151然后聚焦三个二次慢电子束102_1sse～102_3sse并且在传输平面SP2上形成三个探针斑的第二二次电子图像。投影透镜152将三个二次慢电子束102_1sse～102_3sse聚焦形成检测平面SP3上的三个探针斑的第三二次电子图像，然后在三个检测元件140_1、140_2和140_3内部分别形成三个二次慢电子斑102_1sseP、102_2sseP和102_3sseP。在BSE模式下，检测系统100-2D以相同的方式工作，但图像平面SP1_sse和传送平面SP2的位置将不同于SSE模式中的位置。
防扫描偏转单元157补偿偏转扫描单元132对三个二次慢电子束102_1sse～102_3sse的影响。当偏转扫描单元132偏转三个细束以扫描样品的表面7上的相应扫描区域时，三个二次慢电子束102_1sse～102_3sse也被偏转。在检测平面SP3上，偏转将二次慢电子斑
102_1sseP～102_3sseP从图4A所示的原始位置偏移到诸如图4B中的那些新位置。一方面，每个二次慢电子束的收集效率降低，因为其二次慢电子斑的一部分不在相应的检测元件内部。另一方面，两个二次慢电子斑同时部分位于一个检测元件内部，例如140_1内部的102_1sseP和102_2sseP。来自一个检测元件的图像信号包括来自样品的表面7上多于一个扫描区域的信息，因此发生串扰。
为了避免串扰，防扫描偏转单元157需要偏转三个二次慢电子束以消除检测平面SP3上的二次慢电子斑的偏移。图5示出了防扫描偏转单元157的一个实施例157-1，其包括两个(可以是更多个)防扫描偏转器I57_11和157_12。实施例157-1在SSE模式和BSE模式下都以相同的方式工作，并且这里以二次慢电子束102_1sse为例。当偏转扫描单元132不使三个细束偏转时，二次慢电子束102_1sse沿着副光轴150_1通过变焦透镜151和投影透镜152，并撞击检测元件140_1的中心，该路径由粗线显示。当偏转扫描单元132将三个细束偏转到远离样品的表面7上的相应扫描区域的中心的一些位置时，当进入静电透镜151_11时，二次慢电子束102_1sse既从副光轴150_1偏移又向副光轴150_1倾斜，该路径由细线显示。如果不使用防扫描偏转单元157，则二次慢电子束102_1sse沿着虚线路径通过静电透镜151_12和投影透镜152并且部分地撞击检测元件140_1。静电透镜151_12和投影透镜152的离轴像差增加，并且二次慢电子斑102_1sseP因此变大。扩大的斑使得交叉变得更差。如果使用防扫描偏转单元157，则第一防扫描偏转器157_11偏转二次慢电子束102_1sse以基本上通过第二防扫描偏转器157_12的中心，因此第二防扫描偏转器157_12可以使二次慢电子束102_1sse偏转返回，以沿着副光轴150_1行进。这样，二次慢电子束102_1sse将沿着与当偏转扫描单元132不使三个细束偏转时的路径相同的路径(即，沿着粗线行进并且撞击检测元件140_1的中心)通过静电透镜151_12和投影透镜152。
投影透镜152的磁透镜152_12补偿物镜131对三个二次慢电子束102_1sse～102_3sse的旋转的影响。如果物镜131包括一个磁透镜，则三个二次慢电子束在通过磁透镜时将围绕主光轴100_1旋转，并且旋转角度将随着其磁场而改变。因此，当由于某些原因(例如三个细束102_1～102_3的着陆能量的变化)而改变磁场时，三个二次慢电子斑102_1sseP_102_3sseP将围绕副光轴150_1从将图4A中的原始位置旋转到诸如图4C中的那些新位置。因此，三个二次慢电子束102_1sse～102_3sse的收集效率降低，并且如果细束以二维阵列排列，则会出现串扰。在这种情况下，将调节磁透镜152_12的磁场以使三个二次慢电子束102_1sse～102_3sse沿相反方向旋转，以消除由于物镜131的磁场改变而导致的三个二次慢电子斑102_1sseP～102_3sseP的旋转变化。
图6A～6C分别示出了可以执行防旋转功能的投影透镜152的一种配置。在图6A的配置152-1中，静电透镜152_11在磁透镜152_12内，并且包括三个电极152_11_e1，152_11_e2和152_11_e3。静电透镜152_11可以作为单透镜使用。由于静电透镜152_11的静电场和磁透镜152_12的磁场在很大程度上是分离的，所以成像放大倍率M2将随着磁透镜152_12的磁场变化而变化。因此，当磁透镜152_12被调节为执行防旋转功能时，变焦透镜151需要补偿成像放大倍率M2的变化。为了避免这种复杂的程序，静电透镜152_11的静电场中心和磁透镜152_12的磁场中心优选地重合，如图6B中所示的实施例152-2。如果两个电极152_11_e3和152_11_e1都接地，则它们可以被磁透镜152_12的上部磁极片和下部磁极片代替，如图6C所示的实施例152-3。
为了获得高收集效率和低串扰水平，显然，最好使二次电子斑尽可能小，即，尽可能减小变焦透镜151和投影透镜152的像差。一种解决方案是使用场镜来减少离轴二次电子斑的像差。在图3B中，两个离轴二次慢电子束102_2sse和102_3sse以大的径向偏移和倾斜角度进入投影透镜152，并且因此具有大的离轴像差。图7A示出了检测系统100-3D中的二次投影成像系统150的一个实施例150-3。在图7A中，场(透)镜153和场(透)镜154分别位于SSE模式的传输平面SP2_1和BSE模式的传输平面SP2_2上，并且二者均与副光轴150_1对准。如果二次投影成像系统150仅需要在SSE模式和BSE模式中的一个模式下工作，则仅将相应的场镜放置在那里。图7B示出了场镜153如何在SSE模式下工作。与图3B相比，场镜153将二次慢电子束102-2sse和102_3sse朝向副光轴105_1弯曲，而不影响轴上二次慢电子束102_1sse和总成像放大倍率M。在图7B中，二次电子束102_2sse和102_3sse被弯曲以穿过投影透镜152的中心，即径向偏移几乎被消除，但是倾斜角度很大。实际上，可以调节场镜153以平衡径向偏移和倾斜角度，从而使得二次慢电子斑102-2sseP和102_3sseP尽可能小。
另一种解决方案是使用束限制孔(beam-limit aperture)来截断一个二次电子束的外围电子，因为外围电子通常具有大的像差。图8A示出了检测系统100-4D中的二次投影成像系统150的一个实施例150-4，其中具有一个开口155_A的第二束限制孔板155被放置在投影透镜152的上方。开口155_A与副光轴150_1对准并处于或接近二次电子束102_1se～102_3se的最近一次或最后一次的交叉。图8B示出了开口155_A如何在SSE模式下工作。与图3B相比较，开口155_A位于最后一次交叉CO3处，因此可以将三个二次慢电子束102_1sse～102_3sse的外围电子一起截断。由于SSE模式和BSE模式中的交叉的位置不同并且随着细束102_1～102_3的着陆能量和物镜131的操作条件而变化，所以开口155_A仅对于某些应用情形能够很好地起作用，如果不移动以匹配相应交叉的位置。图9A示出了检测系统100-5D中的二次投影成像系统150的一个实施例150-5，其中SSE模式和BSE模式中的最后一次的交叉的位置被固定在相同的位置并因此束限制孔板155的开口155_A对于所有的应用情况都具有良好的性能。
类似于图7A，在图9A中，场镜153和场镜154分别放置在SSE模式的传输平面SP2_1处和BSE模式的传输平面SP2_2处，并且二者均与副光轴150_1对准。如果二次投影成像系统150仅需要在SSE模式和BSE模式中的一个模式下工作，则仅将相应的场镜放置在那里。在SSE模式和BSE模式中的每一个中，相应的场镜弯曲离轴二次电子束以使其最后一次的交叉处于开口155_A处或非常靠近开口155_A。在如图9B所示的SSE模式中，场镜154关闭或不存在，并且场镜153将二次慢电子束102-2sse和102_3sse朝副光轴150_1弯曲以穿过开口155_A。在如图9C所示的BSE模式中，场镜153是关闭的或不存在的，并且场镜154将背散射电子束102-2be和102_3be朝向副光轴150_1弯曲以穿过开口155_A。在SSE模式和BSE模式中，场镜153和场镜154减小投影透镜152的像差并同时保持最后一次的交叉的位置。
使用的开口155_A的径向尺寸越小，检测元件140_1、140_2和140_3的图像信号的收集效率越低并且串扰越少。因此，通过平衡收集效率和串扰水平来选择径向尺寸。SSE模式和BSE模式下的最佳径向尺寸可能不同。为了使每个模式能够以其最佳径向尺寸工作，束限制孔板155可以具有两个或更多个开口，如图10A所示的检测系统100-6-1D中的二次投影成像系统150的实施例150-6-1。在图10A中，束限制孔板155具有两个开口155_1和155_2，并且可以垂直于副光轴150_1移动。开口155_1和开口155_2具有分别对于SSE模式和BSE模式的最佳径向尺寸。当实施例150-6以SSE模式工作时，移动束限制孔板155以将开口155_1与副光轴150_1对准。当实施例150-6以BSE模式工作时，移动束限制孔板155以将开口155_2与副光轴150_1对准。如果束限制孔板155具有对于每种模式具有不同径向尺寸的两个或更多个开口，则可以将收集效率和串扰水平平衡到不同的程度。
对于一些应用，SSE模式和BSE模式中的二次电子束的最后一次的交叉的最佳位置可能不同。因此，可以使用两个单独的二次束限制孔板，其沿副光轴150_1放置在投影透镜152上方的不同位置处，如图10B所示的检测系统100-6-2D中的二次投影成像系统150的实施例150-6-2。在图10B中，第一二次束限制孔板155和第二二次束限制孔板156分别位于SSE模式和BSE模式中的二次电子束的最后一次的交叉的最佳位置处，并且每个可以具有一个或更多个具有不同径向尺寸的开口，用于不同地平衡收集效率和串扰水平。在SSE模式中，场镜153弯曲二次慢电子束102-2sse和102_3sse(参见图9B)以在第一二次束限制孔板155的一个开口处形成一次交叉，其中该开口与副光轴150_1对准并且具有期望的径向尺寸，并且因此第二二次束限制孔板156可以被移开或者将其一个足够大的开口与副光轴150_1对准。在BSE模式中，场镜154弯曲背散射电子束102-2be和102_3be(参考图9C)以在第二二次束限制孔板156的一个开口处形成一次交叉，其中该开口与副光轴1501对准并且具有期望的径向尺寸，并且因此第一二次束限制孔板155可以移开或者将其一个足够大的开口与副光轴150_1对准。
束分离器160在使二次电子束102_1se～102_3se偏转成沿副光轴150_1进入二次投影成像系统150时产生像散。像散扩大了检测平面SP3上的二次电子斑，从而降低了收集效率并增加了串扰。一个像散校正装置可以用来补偿像散。为了同等地影响所有的二次电子束，最好将像散校正装置放置在二次电子束的交叉处或附近。如果二次投影成像系统150仅需要在SSE模式和BSE模式中的一个模式下工作，则该像散校正装置可以处于或接近倒数第二次的交叉(图8B中的CO2)和最后一次的交叉(图8B中的CO3)中的一个，如图11A所示的检测系统100-7D中的二次投影成像系统150的实施例150-7。在图11A中，像散校正装置158被放置在传输平面SP2下方的倒数第二次的交叉处。图11B示出了用于SSE模式的像散校正装置158的位置。
如果二次投影成像系统150需要在SSE模式和BSE模式中的每一个模式下工作，则该像散校正装置最好处于或接近最后一次的交叉。SSE模式和BSE模式中的倒数第二次交叉的位置显然是分开的，并且一个像散校正装置不能同时为它们两者工作。因此，两个像散校正装置必须分别放置在SSE模式和BSE模式的倒数第二次交叉处或与之靠近。由于SSE模式和BSE模式中的最后一次交叉的位置可以通过其场镜被调节到相同的位置，所以SSE模式和BSE模式可以简单地共享一个像散校正装置，如图12所示的检测系统100-8D中的二次投影成像系统150的实施例150-8。
类似于图9A，在图12中，场镜153和场镜154分别放置在SSE模式的传输平面SP2_1处和BSE模式的传输平面SP2_2，并且两者都与副光轴150_1对准。在SSE模式和BSE模式中的每一个模式中，场镜153和154中对应的一个将二次电子束弯曲，以使其最后一次的交叉处于二次束限制孔板155的开口155_A处或与之非常接近。像散校正装置158与副光轴150_1对准并且靠近(高于或低于)二次束限制孔板155。
在二次投影成像系统150的前述实施例中，防旋转功能由投影透镜152完成。事实上，防旋转功能可以通过变焦透镜151或相应的场镜(153或者154)或一个额外的磁透镜执行。在图13A所示的检测系统100-9-1D的二次投影成像系统150的实施例150-9-1中，场镜153包括一个静电透镜153_11和一个磁透镜153_12。调节磁透镜153_12的磁场以实现防旋转功能，并且通过在磁透镜153_12的磁场的基础上调节静电透镜153_11的聚焦能力来完成期望的场镜153的弯曲功能。在图13B所示的检测系统100-9-2D的二次投影成像系统150的实施例150-9-2中，一个磁透镜151_13被增设到变焦透镜151的静电透镜151_12，从而形成电磁复合透镜151_12c。类似地，磁透镜151_13也可以被增设到静电透镜151_11以形成一个电磁复合透镜151_11c或简单地放置在两个静电透镜151_11和151_12之间。调节磁透镜151_13的磁场以实现防旋转功能，并且通过基于磁透镜151_13的磁场调节静电透镜151_11和151_12的聚焦能力来完成变焦透镜151的期望的变焦功能。图13A中的场镜153和图13B中的电磁复合透镜151_12c或电磁复合透镜151_11c(未示出)可以分别采用图6A～6C所示的投影透镜152的配置中的一种配置。
在二次投影成像系统150的前述实施例中，电子检测装置140的变焦透镜151、投影透镜152和中心检测元件(这里为140_1)与副光轴150_1对准。实际上，几乎不可能将它们全部完美地制造出来，并将它们全部精确地组装在其正确的位置，因此检测平面SP3上的二次电子斑可能偏离相应的检测元件。为了使二次电子斑与相应的检测元件重合，可以移动电子检测装置140或移动二次电子斑。相比较而言，移动二次电子斑是简单的且灵活的。为此，在二次投影成像系统150的前述实施例中，可以在投影透镜152上方放置一个对准偏转器，以偏转二次电子束，从而相对于电子检测装置140的实际位置移动二次电子斑。例如，一个对准偏转器159放置在图11A中的实施例150-7的投影透镜152的上方，如图14所示。图14中的新实施例被命名为150-10。图14进一步显示如果使用一个二次束限制孔板155，对准偏转器159将放置在其上。对于在投影透镜152上方使用一个像散校正装置的二次投影成像系统150的实施例(例如图12)，像散校正装置可以被设计成具有多极结构，其可以同时用作一个像散校正装置和一个对准偏转器。
在图1中，偏转扫描单元132位于束分离器160的下方，从而影响二次电子束102_1se～102_3se。因此，对于检测平面SP3上的一个二次电子斑的移位，第一部分来自样品的表面7上的相应探针斑的移位和总放大倍率M，第二部分是由于偏转扫描单元132的偏转影响。如果偏转扫描单元132位于束分离器160上方，如图15中多束设备的实施例200A那样，则第二部分将不存在。在这种情况下，二次投影成像系统150可以采用任何前述实施例。在图15B中，相应检测系统的一个实施例200-1D采用图3A所示的实施例151-2，其中，防扫描偏转单元157仅需要消除二次电子斑的移位的第一部分。此外，如果每个扫描区域的尺寸与节距Pd相比且与每相邻探针斑相比小到一定程度，则甚至可以移除防扫描偏转单元157。
总之，本发明的目的是提供一种多束设备的二次投影成像系统，该二次投影成像系统以高收集效率和低串扰水平来进行二次电子检测，即使多个细束的着陆能量和/或电流在大范围内变化。作为半导体制造行业的良率管理工具，多束设备因此可以在许多应用条件下实现高检查分辨率和高检查生产量。二次投影成像系统基本上采用一个变焦透镜、一个投影透镜和一个防扫描偏转单元。相对于多个细束的着陆能量以及多束设备的物镜的相应操作条件的变化，变焦透镜和投影透镜分别执行变焦功能和防旋转功能以保持从样品的表面到检测平面的总图像旋转和总成像放大倍率，因此电子检测设备在检测平面处的多个检测元件可以分别检测由多个细束产生的多个二次电子束。当偏转扫描单元在小扫描区域上扫描多个细束时，防扫描偏转单元执行防扫描功能，其同步地偏转二次电子束以保持多个二次电子束在检测平面上的着陆位置。二次投影成像系统可以进一步使用一个场镜和/或二次束限制孔来减小检测平面上的多个二次电子束的尺寸，并且因此增加多个二次电子束的收集效率并且减少在多个二次电子束之间的串扰。二次投影成像系统还可以使用一个对准偏转器来消除来自变焦透镜、投影透镜和电子检测装置的制造和/或组装误差的多个二次电子束和多个检测元件的失配。如果在其中使用一个磁透镜，变焦透镜或场镜电可以执行防旋转功能。
尽管已经结合其优选实施例说明了本发明，但是应该理解，可以在不背离如下所要求保护的本发明的精神和范围的情况下做出其他修改和改变。

Claims (73)

1.一种用于观察样品的表面的多束设备，包括：
电子源；
位于所述电子源下方的聚光透镜；
位于所述聚光透镜下方的源转换单元；
位于所述源转换单元下方的物镜；
位于所述源转换单元下方的偏转扫描单元；
位于所述物镜下方的样品台；
位于所述源转换单元下方的束分离器；以及
位于所述束分离器上方的检测单元，所述检测单元包括二次投影成像系统和具有多个检测元件的电子检测装置，
其中，所述电子源、所述聚光透镜、所述源转换单元、所述物镜、所述偏转扫描单元和所述束分离器与所述多束设备的主光轴对准，所述样品台支撑所述样品，使所述表面面向所述物镜，所述检测单元与所述多束设备的副光轴对准，并且所述副光轴不平行于所述主光轴，
其中，所述多个检测元件被放置在检测平面上，所述二次投影成像系统包括变焦透镜、防扫描偏转单元和投影透镜，
其中，所述电子源产生沿所述主光轴的一次电子束，所述聚光透镜将所述一次电子束聚焦，所述源转换单元将所述一次电子束改变为多个细束并使所述多个细束形成所述电子源的多个第一图像，所述物镜聚焦所述多个细束以将所述多个第一图像成像到所述表面上，并因此分别在所述表面上形成多个探针斑，并且所述偏转扫描单元偏转所述多个细束以分别在所述表面上的观察区域内的多个扫描区域上扫描所述多个探针斑，
其中，多个二次电子束由所述多个探针斑分别从所述多个扫描区域产生，然后入射到所述物镜，所述物镜在所述多个二次电子束从中通过时聚焦所述多个二次电子束，并且所述束分离器使所述多个二次电子束偏转以沿所述副光轴进入所述二次投影成像系统，
其中，所述变焦透镜将所述多个二次电子束聚焦到传输平面上，所述传输平面位于所述变焦透镜和所述投影透镜之间，并且所述多个二次电子束在所述变焦透镜和所述传输平面之间形成第一交叉，
其中，所述投影透镜然后将所述多个二次电子束聚焦到所述检测平面上，所述多个二次电子束在所述投影透镜和所述检测平面之间形成第二交叉，并在所述检测平面上形成多个二次电子斑，所述多个二次电子斑分别位于所述多个检测元件内部，因此建立了所述多个探针斑与所述多个检测元件之间的对应关系，相应地，每个检测元件产生一个对应的扫描区域的图像信号，
其中，所述防扫描偏转单元与所述多个探针斑在所述多个扫描区域上的扫描同步地偏转所述多个二次电子束，以保持所述多个二次电子斑的位置，从而始终保持所述对应关系，
其中，所述变焦透镜的成像放大倍率被调节以在不同条件下观察所述表面时保持所述对应关系。
2.根据权利要求1所述的设备，还包括二次束限制孔，该二次束限制孔用于截断所述多个二次电子束的外围电子。
3.根据权利要求1所述的设备，还包括场镜，该场镜放置在所述传输平面处以减小所述投影透镜的离轴像差。
4.根据权利要求1所述的设备，还包括像散校正装置，该像散校正装置用于补偿由所述束分离器引起的所述多个二次电子束的像散像差。
5.根据权利要求1所述的设备，还包括对准偏转器，该对准偏转器用于补偿由于所述检测单元的制造和/或组装误差而引起的所述对应关系的偏差。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述防扫描偏转单元位于所述束分离器和所述变焦透镜之间。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述变焦透镜包括第一变焦子透镜和第二变焦子透镜，所述第二变焦子透镜位于所述第一变焦子透镜和所述传输平面之间。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述防扫描偏转单元位于所述第一变焦子透镜和第二变焦子透镜之间。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述防扫描偏转单元使入射到所述第二变焦子透镜的所述多个二次电子束沿着所述副光轴偏转。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述二次投影成像系统包括场镜，该场镜放置在所述传输平面处，以减少入射到所述投影透镜的所述多个二次电子束的径向偏移和倾斜角度。
11.根据权利要求9所述的设备，其中，所述二次投影成像系统包括具有一个开口或更多个开口的二次束限制孔板，并且所述一个开口或所述更多个开口中的一个开口位于所述第二交叉的位置处以截断所述多个二次电子束的外围电子。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述二次投影成像系统包括场镜，该场镜放置在所述传输平面处，以在不同条件下观察所述表面时弯曲所述多个二次电子束以保持所述第二交叉的位置。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述二次投影成像系统包括像散校正装置，该像散校正装置放置在所述第一交叉处或附近，以补偿由所述束分离器引起的所述多个二次电子斑的像散像差。
14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述物镜具有第一磁透镜。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述场镜具有第二磁透镜，所述第二磁透镜当在不同条件下观察所述表面时消除所述多个二次电子斑的旋转变化。
16.根据权利要求14所述的设备，其中，所述变焦透镜具有第二磁透镜，所述第二磁透镜当在不同条件下观察所述表面时消除所述多个二次电子斑的旋转变化。
17.根据权利要求14所述的设备，其中，所述投影透镜具有第二磁透镜，所述第二磁透镜当在不同条件下观察所述表面时消除所述多个二次电子斑的旋转变化。
18.根据权利要求17所述的设备，其中，所述二次投影成像系统包括对准偏转器，所述对准偏转器位于所述二次束限制孔板和所述检测平面之间，以补偿由于所述检测单元的制造和/或组装误差导致的所述对应关系的偏差。
19.根据权利要求18所述的设备，其中，所述多个二次电子束分别是多个二次慢电子束。
20.根据权利要求18所述的设备，其中，所述多个二次电子束分别是多个背散射电子束。
21.一种用于观察样品的表面的多束设备，包括：
电子源；
位于所述电子源下方的聚光透镜；
位于所述聚光透镜下方的源转换单元；
位于所述源转换单元下方的物镜；
位于所述源转换单元下方的偏转扫描单元；
位于所述物镜下方的样品台；
位于所述源转换单元下方的束分离器；以及
位于所述束分离器上方的检测单元，所述检测单元包括二次投影成像系统和具有多个检测元件的电子检测装置，
其中，所述电子源、所述聚光透镜、所述源转换单元、所述物镜、所述偏转扫描单元和所述束分离器与所述多束设备的主光轴对准，所述样品台支撑所述样品，使所述表面面向所述物镜，所述检测单元与所述多束设备的副光轴对准，并且所述副光轴不平行于所述主光轴，
其中，所述多个检测元件被放置在检测平面上，所述二次投影成像系统包括变焦透镜、防扫描偏转单元、投影透镜、位于第一传输平面处的第一场镜和位于第二传输平面处的第二场镜，所述第一场镜和所述第二场镜位于所述变焦透镜和所述投影透镜之间，所述第一场镜位于所述第二场镜和所述投影透镜之间，
其中，所述电子源产生沿所述主光轴的一次电子束，所述聚光透镜将所述一次电子束聚焦，所述源转换单元将所述一次电子束改变为多个细束并且使得所述多个细束形成所述电子源的多个第一图像，所述物镜聚焦所述多个细束以将所述多个第一图像成像到所述表面上，并因此分别在所述表面上形成多个探针斑，所述偏转扫描单元偏转所述多个细束以分别在所述表面上的观察区域内的多个扫描区域上扫描所述多个探针斑，
其中，多个二次慢电子束和多个背散射电子束分别由所述多个探针斑从所述多个扫描区域产生，然后入射到所述物镜，所述物镜在所述多个二次慢电子束和所述多个背散射电子束从中通过时聚焦所述多个二次慢电子束和所述多个背散射电子束，
其中，当所述束分离器分别偏转所述多个二次慢电子束和所述多个背散射电子束以沿所述副光轴进入所述二次投影成像系统时，所述检测单元分别在SSE模式和BSE模式下操作，
其中，在所述SSE模式下，所述第二场镜被关闭，所述变焦透镜将所述多个二次慢电子束聚焦到所述第一传输平面上，所述第一场镜将所述多个二次慢电子束向所述副光轴弯曲，所述投影透镜将所述多个二次慢电子束聚焦到所述检测平面上，所述多个二次慢电子束然后在所述投影透镜和所述检测平面之间形成SSE交叉，并在所述检测平面上形成多个二次慢电子斑，所述多个二次慢电子斑分别位于所述多个检测元件内部，因此建立了所述多个探针斑与所述多个检测元件之间的SSE对应关系，相应地，每个检测元件产生一个对应的扫描区域的SSE图像信号，
其中，在所述BSE模式下，所述第一场镜被关闭，所述变焦透镜将所述多个背散射电子束聚焦到所述第二传输平面上，所述第二场镜将所述多个背散射电子束向所述副光轴弯曲，所述投影透镜将所述多个背散射电子束聚焦到所述检测平面上，然后，所述多个背散射电子束在所述投影透镜和所述检测平面之间形成BSE交叉，并在所述检测平面上形成多个背散射电子斑，所述多个背散射电子斑分别位于所述多个检测元件内部，因此，建立了所述多个探针斑与所述多个检测元件之间的BSE对应关系，相应地，每个检测元件产生一个对应的扫描区域的BSE图像信号，
其中，在所述SSE模式下，所述防扫描偏转单元与所述多个探针斑在所述多个扫描区域上的扫描同步地偏转所述多个二次慢电子束，以保持所述多个二次慢电子斑的位置，从而始终保持所述SSE对应关系，
其中，在BSE模式下，所述防扫描偏转单元与所述多个探针斑在所述多个扫描区域上的扫描同步地偏转所述多个背散射电子束，以保持所述多个背散射电子斑的位置，从而始终保持所述BSE对应关系，
其中，当在不同条件下观察所述表面时，所述变焦透镜的成像放大倍率被调节以分别保持所述SSE模式和BSE模式中的SSE对应关系和BSE对应关系。
22.根据权利要求21所述的设备，其中，所述二次投影成像系统包括第一二次束限制孔，该第一二次束限制孔放置在所述SSE交叉处，以在所述SSE模式中截断所述多个二次慢电子束的外围电子。
23.根据权利要求21所述的设备，其中，所述二次投影成像系统包括第二二次束限制孔，该第二二次束限制孔放置在BSE交叉处，以在所述BSE模式中截断所述多个背散射电子束的外围电子。
24.根据权利要求21所述的设备，其中，所述二次投影成像系统包括第一像散校正装置，该第一像散校正装置用于补偿所述SSE模式中由所述束分离器引起的所述多个二次慢电子束的像散像差。
25.根据权利要求21所述的设备，其中，所述二次投影成像系统包括第二像散校正装置，该第二像散校正装置用于补偿所述BSE模式中由所述束分离器引起的所述多个背散射电子束的像散像差。
26.根据权利要求21所述的设备，其中，所述二次投影成像系统包括对准偏转器，并且在所述SSE模式和BSE模式中，所述对准偏转器分别补偿由于所述检测单元的制造和/或组装误差而导致的所述SSE对应关系和所述BSE对应关系的偏差。
27.根据权利要求21所述的设备，其中，所述防扫描偏转单元位于所述束分离器和所述变焦透镜之间。
28.根据权利要求21所述的设备，其中，所述变焦透镜包括第一变焦子透镜和第二变焦子透镜，所述第二变焦子透镜位于所述第一变焦子透镜和所述第二场镜之间。
29.根据权利要求28所述的设备，其中，所述防扫描偏转单元位于所述第一变焦子透镜和所述第二变焦子透镜之间。
30.根据权利要求29所述的设备，其中，所述防扫描偏转单元分别使入射到所述第二变焦子透镜的所述SSE模式中的所述多个二次慢电子束和所述BSE模式中的所述多个背散射电子束沿着所述副光轴偏转。
31.根据权利要求30所述的设备，其中，所述二次投影成像系统包括第一二次束限制孔板和第二二次束限制孔板，每个二次束限制孔板都具有一个或更多个开口。
32.根据权利要求31所述的设备，其中，在所述SSE模式中，所述第一二次束限制孔板的一个开口被放置在所述SSE交叉处，以截断所述多个二次慢电子束的外围电子，并且在所述BSE模式中，所述第二二次束限制孔的一个开口被放置在所述BSE交叉处，以截断所述多个背散射电子束的外围电子。
33.根据权利要求30所述的设备，其中，通过分别调节所述第一场镜和所述第二场镜，所述SSE交叉和所述BSE交叉被设置在同一位置处。
34.根据权利要求33所述的设备，其中，所述二次投影成像系统包括具有一个开口或更多个开口的第三二次束限制孔板，并且在所述SSE模式和所述BSE模式中的每一个模式中，所述一个开口或者所述更多开口中的一个开口设置在所述同一位置处。
35.根据权利要求34所述的设备，其中，所述二次投影成像系统包括设置在所述第三二次束限制孔板附近的像散校正装置，所述像散校正装置分别补偿由所述束分离器引起的在所述SSE模式和BSE模式下的所述多个二次慢电子斑和所述多个背散射电子斑的像散像差。
36.根据权利要求35所述的设备，其中，所述物镜具有第一磁透镜。
37.根据权利要求36所述的设备，其中，所述第一场镜具有第二磁透镜，所述第二磁透镜当在不同条件下观察所述表面时消除所述SSE模式中的所述多个二次慢电子斑的旋转变化。
38.根据权利要求36所述的设备，其中，所述第二场镜具有第三磁透镜，所述第三磁透镜当在不同条件下观察所述表面时消除所述BSE模式中的所述多个背散射电子斑的旋转变化。
39.根据权利要求36所述的设备，其中，所述变焦透镜具有第二磁透镜，所述第二磁透镜当在不同条件下观察所述表面时分别消除所述SSE模式中的所述多个二次慢电子斑和所述BSE模式中的所述多个背散射电子斑的旋转变化。
40.根据权利要求36所述的设备，其中，所述投影透镜具有第二磁透镜，所述第二磁透镜当在不同条件下观察所述表面时分别消除所述SSE模式中的所述多个二次慢电子斑和所述BSE模式中的所述多个背散射电子斑的旋转变化。
41.根据权利要求40所述的设备，其中，所述二次投影成像系统包括对准偏转器，所述对准偏转器分别补偿由于所述检测单元的制造和/或组装误差而导致的所述SSE对应关系和所述BSE对应关系的偏差。
42.一种配置用于观察样品的表面的多束设备的检测系统的方法，所述方法包括以下步骤：
使用束分离器将由所述表面上的多个探针斑产生的多个二次电子束偏转以沿所述多束设备的副光轴行进；
使用位于所述束分离器上方的检测单元的二次投影成像系统的变焦透镜将所述多个二次电子束聚焦到传输平面上，其中所述变焦透镜与所述副光轴对准；
使用所述二次投影成像系统的投影透镜将所述多个二次电子束从所述传输平面聚焦到检测平面上并在检测平面上形成多个二次电子斑，其中所述投影透镜与所述副光轴对准；
使用作为所述检测单元的一部分并且位于所述二次投影成像系统上方且具有多个检测元件的电子检测装置分别检测所述多个二次电子斑，其中所述多个检测元件设置在所述检测平面上；
使用所述二次投影成像系统的防扫描偏转单元与所述多个探针斑在所述表面上的多个扫描区域上的扫描同步地使所述多个二次电子束偏转，以始终保持所述多个二次电子斑的位置；以及
当在不同条件下观察所述表面时，调节所述变焦透镜和所述投影透镜以消除所述多个二次电子斑的位置的径向变化和旋转变化。
43.根据权利要求42所述的方法，还包括使用二次束限制孔来截断所述多个二次电子束的外围电子的步骤。
44.根据权利要求42所述的方法，还包括使用场镜来减少所述多个二次电子斑的离轴像差的步骤。
45.根据权利要求42所述的方法，还包括使用像散校正装置来补偿由所述束分离器引起的所述多个二次电子斑的像散像差的步骤。
46.根据权利要求42所述的方法，还包括使用对准偏转器来补偿所述多个二次电子斑和所述多个检测元件之间由于所述检测单元的制造和/或组装误差而导致的偏移的步骤。
47.一种配置用于观察样品的表面的多束设备的检测系统的方法，所述方法包括以下步骤：
在SSE模式下操作，在SSE模式下操作的步骤包括以下子步骤：
使用束分离器将由所述表面上的多个探针斑产生的多个二次慢电子束偏转以沿所述多束设备的副光轴行进；
使用作为位于所述束分离器上方的检测单元的二次投影成像系统的一部分且与所述副光轴对准的变焦透镜将所述多个二次慢电子束聚焦到第一传输平面上；
使用作为所述二次投影成像系统的一部分且与所述副光轴对准并且放置在所述第一传输平面处的第一场镜弯曲所述多个二次慢电子束；
使用作为所述二次投影成像系统的一部分且位于所述第一场镜上方且与所述副光轴对准的投影透镜将所述多个二次慢电子束聚焦到检测平面上并在投影透镜和检测平面之间形成SSE交叉以及在检测平面上形成多个二次慢电子斑；
使用作为所述检测单元的一部分且位于所述二次投影成像系统上方且具有多个检测元件的电子检测装置分别检测所述多个二次慢电子斑，其中所述多个检测元件放置在所述检测平面上；
使用所述二次投影成像系统的防扫描偏转单元与所述多个探针斑在所述表面上的多个扫描区域上的扫描同步地使所述多个二次慢电子束偏转，以始终保持所述多个二次慢电子斑的位置；以及
当在不同条件下观察所述表面时，调节所述变焦透镜和所述投影透镜以分别消除所述多个二次慢电子斑的位置的径向变化和旋转变化；以及
在BSE模式下操作，在BSE模式下操作的步骤包括以下子步骤：
使用所述束分离器将由所述表面上的多个探针斑生成的多个背散射电子束偏转以沿所述多束设备的副光轴行进；
使用所述变焦透镜将所述多个背散射电子束聚焦到第二传输平面上；
使用作为所述二次投影成像系统的一部分且与所述副光轴对准并放置在所述第二传输平面处的第二场镜弯曲所述多个背散射电子束；
使用所述投影透镜将所述多个背散射电子束聚焦到所述检测平面上并在投影透镜和检测平面之间形成BSE交叉并且在检测平面上形成多个背散射电子斑；
使用所述多个检测元件分别检测所述多个背散射电子斑；
使用所述防扫描偏转单元与所述多个探针斑在所述多个扫描区域上的扫描同步地使所述多个背散射电子束偏转，以始终保持所述多个背散射电子斑的位置；以及
当在不同条件下观察所述表面时，调节所述变焦透镜和所述投影透镜以分别消除所述多个背散射电子斑的位置的径向变化和旋转变化。
48.根据权利要求47所述的方法，其中，在所述SSE模式下操作的步骤包括使用在所述SSE交叉处的第一二次束限制孔以截断所述多个二次慢电子束的外围电子的子步骤。
49.根据权利要求48所述的方法，其中，在所述BSE模式下操作的步骤包括使用在所述BSE交叉处的第二二次束限制孔以截断所述多个背散射电子束的外围电子的子步骤。
50.根据权利要求49所述的方法，其中，所述SSE交叉和所述BSE交叉位于或靠近同一位置。
51.根据权利要求50所述的方法，其中，在所述SSE模式下操作的步骤包括使用放置在靠近所述同一位置的像散校正装置以补偿由所述束分离器引起的所述多个二次慢电子束的像散像差的子步骤。
52.根据权利要求51所述的方法，其中，在所述BSE模式下操作的步骤包括使用所述像散校正装置以补偿由所述束分离器引起的所述多个背散射电子斑的像散像差的子步骤。
53.根据权利要求52所述的方法，其中，在所述SSE模式下操作的步骤包括使用对准偏转器来补偿所述多个二次慢电子斑与所述多个检测元件之间由于所述检测单元的制造和/或组装误差而导致的偏移的子步骤。
54.根据权利要求53所述的方法，其中，在所述BSE模式下操作的步骤包括使用所述对准偏转器来补偿所述多个背散射电子斑与所述多个检测元件之间由于所述检测单元的制造和/或组装误差而导致的偏移的子步骤。
55.一种用于多束设备中的检测装置的成像系统，所述成像系统包括：
用于将从样品的表面发出的多个带电粒子束分别聚焦到所述检测装置的多个检测元件的用于聚焦的装置；
用于消除所述多个带电粒子束的由所述多束设备中的磁物镜引起的旋转的装置；和用于消除所述多个带电粒子束的由所述多束设备中的偏转扫描单元引起的在所述检测装置上的扫描的装置，其中所述用于聚焦的装置包括依次沿着所述成像系统的光轴的变焦透镜和投影透镜，所述磁物镜和所述变焦透镜将所述多个带电粒子束聚焦到传输平面中；并且所述投影透镜将来自所述传输平面的所述多个带电粒子束聚焦到所述检测装置上的检测平面中。
56.根据权利要求55所述的成像系统，其中，所述多个带电粒子束包括多个二次慢电子束和多个背散射电子束。
57.根据权利要求55所述的成像系统，其中，所述检测装置是半导体二极管检测器。
58.根据权利要求55所述的成像系统，其中，消除扫描的所述装置位于所述成像系统的入口侧附近。
59.根据权利要求55所述的成像系统，其中，消除扫描的所述装置包括依次沿着所述成像系统的光轴的第一偏转器和第二偏转器。
60.根据权利要求55所述的成像系统，其中，所述变焦透镜包括依次沿着所述光轴的第一静电透镜和第二静电透镜。
61.根据权利要求55所述的成像系统，其中，消除扫描的所述装置位于第一静电透镜和第二静电透镜之间。
62.根据权利要求60所述的成像系统，其中，所述变焦透镜包括作为消除旋转的所述装置的磁透镜。
63.根据权利要求55所述的成像系统，其中，所述投影透镜包括作为消除旋转的所述装置的静电透镜和磁透镜。
64.根据权利要求55所述的成像系统，还包括场镜，该场镜位于传输平面处，用于减少所述多个带电粒子束的像差。
65.根据权利要求64所述的成像系统，所述场镜包括静电透镜。
66.根据权利要求65所述的成像系统，所述场镜包括作为消除旋转的所述装置的磁透镜。
67.根据权利要求55所述的成像系统，还包括具有至少一个开口的板，所述板的一个开口为束限制孔，该束限制孔用于减小所述检测装置上的所述多个带电粒子束的尺寸。
68.根据权利要求67所述的成像系统，其中，所述板包括具有不同尺寸的能够被选择的多个开口。
69.根据权利要求67所述的成像系统，其中，所述板位于所述多个带电粒子束在所述投影透镜和所述检测装置之间的交叉处。
70.根据权利要求55所述的成像系统，还包括像散校正装置，该像散校正装置用于减少所述多个带电粒子束的像散。
71.根据权利要求70所述的成像系统，其中，所述像散校正装置位于所述多个带电粒子束的交叉处。
72.根据权利要求55所述的成像系统，还包括对准偏转器，该对准偏转器用于分别将所述多个带电粒子束与所述检测装置的多个检测元件对准。
73.根据权利要求72所述的成像系统，其中，所述对准偏转器位于所述检测装置和所述投影透镜之间。
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