CN109256313A - 带电粒子束装置、带电粒子束支配装置和操作带电粒子束装置的方法 - Google Patents

带电粒子束装置、带电粒子束支配装置和操作带电粒子束装置的方法 Download PDF

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Abstract

描述一种带电粒子束装置(100)，所述带电粒子束装置包括：束源(110)，被配置成产生沿着光轴(A)传播的带电粒子束(105)；具有第一数量的孔径(125)的孔径装置(120)，被配置成从带电粒子束(105)形成第一数量的小束(135)，其中第一数量为5或更多，其中孔径(125)围绕光轴(A)布置在环线(126)上，使得投射于环线(126)的切线(136)上的孔径(125)的垂线(128)均匀地间隔开。带电粒子束装置(100)进一步包括静电多极装置，所述静电多极装置被配置成单独地支配小束。另外，描述带电粒子束支配装置和操作带电粒子束装置的方法。

Description

带电粒子束装置、带电粒子束支配装置和操作带电粒子束装 置的方法
技术领域
本文所述的实施方式涉及带电粒子束装置，并具体地涉及被配置成检查样本(诸如晶片或其他基板)例如以检测图案缺陷的扫描电子显微镜。更特别地，本文所述的实施方式涉及被配置成利用多个带电粒子束(例如，电子束)的带电粒子束装置，特别地是用于检查系统应用、测试系统应用、缺陷审查或临界尺寸标注应用、表面成像应用等等。实施方式进一步涉及带电粒子束支配装置并涉及操作带电粒子束装置的方法。
背景技术
现代半导体技术已形成了对在纳米级甚至是亚纳米级下使样本结构化并对其进行探查的高需求。微米和纳米级工艺控制、检查或结构化通常用带电粒子束(例如，电子束)来完成，带电粒子束产生、整形、偏转并聚焦在带电粒子束装置(诸如电子显微镜)中。出于检查目的，相较例如光子束来说，带电粒子束提供优异的空间分辨率，因为它们的波长比光束的波长短。
使用带电粒子束的检查装置(诸如扫描电子显微镜(SEM))在多个工业领域中具有许多功能，包括但不限于检查电子电路、用于光刻的曝光系统、检测装置、缺陷检测工具和用于集成电路的测试系统。在此类带电粒子束系统中，可以使用具有高电流密度的精细探查。例如，在SEM的情况下，初级电子(PE)束产生可用于对样本进行成像和分析的信号粒子，如次级电子(SE)和/或后向散射电子(BSE)。
基于电子束的系统的一个缺点是焦点内的有限探查电流。随着分辨率的增大(点大小减小)，由于用于控制像差的孔径角度减小，探查电流进一步被减小。由于电子-电子相互作用，较高亮度源只能针对探查电流提供有限改进。已采取了许多方法来减少电子束系统中的e-e相互作用，例如，对于正好到达样本前的最终着陆能量而言，与电子束的晚期减速相结合地减小柱长度和/或提高柱能量。然而，在高分辨率下提高电子束吞吐量是越来越有挑战性的。
解决这些问题的一种方法是在单个柱中使用多个束(本文也被称为小束)。然而，对多束系统的单独小束进行定向、扫描、偏转、整形、校正和/或聚焦是有挑战性的，特别地是当样本结构将以快速方式在纳米级分辨率下以高吞吐量来扫描和检查时。
因此，提供被配置成多束系统的带电粒子束装置将会是有益的，所述带电粒子束装置提供高吞吐量和良好的场质量以用于检查样本结构。特别地，提供能够增大数据收集速率的带电粒子束装置将会是有益的，使得装置可应用于高速晶片检查。
发明内容
鉴于上述，根据独立权利要求，提供一种带电粒子束装置、一种带电粒子束支配装置以及操作带电粒子束装置的方法。实施方式的另外方面、优点和特征从权利要求书、说明书和随附图示中显而易见。
根据本文所述的一个方面，提供一种带电粒子束装置。带电粒子束装置包括：束源，被配置成产生沿着光轴传播的带电粒子束；具有第一数量的孔径的孔径装置，被配置成从带电粒子束形成第一数量的小束，其中第一数量为5或更多，并且其中孔径围绕光轴布置在环线上，使得投射于环线的切线上的孔径的垂线均匀地间隔开；和静电多极装置，被配置成单独地支配小束。
根据本发明的另一方面，提供一种用于对样本成像的扫描电子显微镜(SEM)。扫描电子显微镜包括：束源，被配置成产生沿着光轴传播的初级粒子束；具有第一数量的孔径的孔径装置，被配置成从带电粒子束形成第一数量的小束；静电多极装置，被配置成单独地支配小束；和扫描装置，被配置成用于在第一扫描方向上沿着均匀地间隔的扫描线将小束扫描过样本。孔径装置的孔径围绕光轴布置在环线上。
根据本文所述的另一方面，提供一种带电粒子束支配装置。带电粒子束支配装置包括：具有第一数量的孔径的孔径装置，被配置成从沿着光轴传播的带电粒子束形成第一数量的小束，其中第一数量为5或更大，并且孔径围绕光轴布置在环线上，使得投射于环线的切线上的孔径的垂线均匀地间隔开；和静电多极装置，与孔径装置整合在一起，并且被配置成用于单独地支配小束。
根据本文所述的另一方面，提供一种操作带电粒子束装置的方法。方法包括：产生沿着光轴传播的带电粒子束；引导带电粒子束通过围绕光轴布置在环线上的第一数量的孔径以形成第一数量的小束，其中第一数量是5或更多；单独地支配小束；和沿着均匀地间隔的扫描线在第一扫描方向上相对于样本来移动小束。
实施方式还针对了用于进行所公开的方法的设备并且包括用于执行单独方法动作的设备零件。这些方法可借助于硬件部件、由适当软件编程的计算机、这两者的任何组合或以任何其它方式执行。此外，实施方式还针对了操作所述的设备的方法。
可与本文所述的实施方式组合的另外优点、特征和细节从从属权利要求、说明书和图式中显而易见。
附图说明
因此，为了能够详细理解实施方式的上述特征结构所用方式，在上文简要概述的实施方式的更具体的描述可以参考实施方式进行。随附图示涉及一个或多个实施方式，并且描述如下：
图1是根据本文所述的实施方式的带电粒子束装置的示意性截面图；
图2是根据本文所述的实施方式的带电粒子束装置的孔径装置的示意性底视图；
图3是根据本文所述的实施方式的带电粒子束装置的示意性截面图；
图4是根据本文所述的实施方式的带电粒子束支配装置的示意性底视图；
图5是根据本文所述的实施方式的带电粒子束装置的示意图；
图6是根据本文所述的实施方式的带电粒子束装置的示意图；和
图7是根据本文所述的实施方式的示出操作带电粒子束装置的方法的流程图。
具体实施方式
现将详细参考各种实施方式，这些实施方式的一个或多个示例在附图中示出。在以下对附图的描述内，相同元件符号是指相同部件。一般，仅描述了相对于个别实施方式的差异。每个示例以解释的方式提供，并且不意味着进行限制。另外，被示出或描述为一个实施方式的一部分的特征可以用于其他实施方式或与其他实施方式结合而产生又一实施方式。本说明书旨在包括这样的修改和变化。
半导体技术依赖在集成电路的生产期间使用的各种工艺的准确控制。例如，基板(诸如晶片和掩模)必须重复地检查，以便定位问题或缺陷。在基板处理期间的实际使用之前必须检查掩模或掩模版，以便确保掩模准确地限定预定图案。掩模图案中的任何缺陷都将会在显微光刻中的使用期间转移到基板。检查样本(诸如基板、晶片或掩模)的缺陷典型地包括在相对短的时间内检查大面积区域。检查应尽可能快速，以便避免生产产量因检查工艺而降低。
可以使用扫描电子显微镜(SEM)来检查样本以检测缺陷(诸如图案缺陷)。使用可聚焦在样本表面上的带电粒子束(例如，电子束)来扫描样本表面。当带电粒子束撞击样本时，产生并检测次级带电粒子(例如，次级电子)。可以通过将次级带电粒子的强度信号与例如对应于样本的同一位置的参考信号进行比较来检测在样本的该位置处的图案缺陷。当仅使用一个带电粒子束来进行扫描时，扫描可能需要相当长的时间，并且可能仅可获得有限的吞吐量。
吞吐量可以通过提供被配置成多束系统的带电粒子束装置而增加。在多束系统中，产生多个带电粒子小束，它们在柱中靠近彼此进行传播，使得可以同时地检查在样本上的两个或更多个点。然而，控制、整形和校正在一个柱中以靠近的相对距离传播的多个小束是有挑战性的。根据本文所述的实施方式，提供一种带电粒子束装置100，所述带电粒子束装置同时提供高吞吐量和高检查准确度。
图1是根据本文所述的实施方式的被配置成多束系统的带电粒子束装置100的示意性截面图。
带电粒子束装置100包括束源110，束源被配置成产生沿着光轴A传播的带电粒子束105。束源110可以是被配置成产生电子束的电子源。带电粒子束105可以沿着光轴从束源110穿过柱朝向样本10传播，光轴可以位于柱的中心。可以沿着束源与样本之间的束路径布置多个束支配元件，诸如一个或多个偏转器、束校正器、透镜装置、孔径、束弯曲器和/或束分离器(图1中未示出)。
在一些实施方式中，束源110可以包括冷场发射器(CFE)、肖特基发射器、TFE或另一高电流电子束源中的至少一个，例如以增大吞吐量。高电流被认为是在100毫拉德下的10μA或更高，例如，高达5mA，例如，在100毫拉德下30μA至在100毫拉德下1mA。根据典型实现方式，电流基本上均匀地分布，例如，偏差为+-10％。根据可与本文所述的其他实施方式组合的一些实施方式，源可以具有2nm至40nm的直径和/或具有5毫拉德或更高的典型的发射半角，例如，50毫拉德至200毫拉德。
根据可与本文所述的其他实施方式组合的实施方式，TFE或能够提供大束电流的另一高亮度降低源(例如，电子束源)是当发射角增大时亮度不下降超过最大值的20％的源，以提供10μA-100μA，例如30μA的最大值。肖特基或TFE发射器是当前可用的，具有5×107Am-2(SR)-1V-1的测量到的降低亮度，并且CFE发射器具有高达5×109Am-2(SR)-1V-1的测量到的降低亮度。系统还可与碳化物发射器(诸如HfC)一起工作，其可具有约1×1011Am-2(SR)-1V-1的降低亮度。例如，具有至少5×107Am-2(SR)-1V-1的束是有益的。
带电粒子束装置100进一步包括具有第一数量的孔径125的孔径装置120，孔径装置被配置成从带电粒子束105形成第一数量的小束135，其中第一数量是5或更多。换句话说，孔径装置120包括被配置成形成五个或更多个小束的五个或更多个孔径。在其他实施方式中，孔径装置120可以具有被配置成形成八个或更多个小束的八个或更多个孔径。孔径装置120的每个孔径可以被配置成从带电粒子束形成一个带电粒子小束。
孔径装置120可以包括基板，例如，平板，其中孔径125形成为基板中的开口或孔洞。当带电粒子束105撞击在其中形成有孔径125的基板上时，带电粒子可以传播通过基板中的孔径125以形成小束135，并且带电粒子束105的剩余部分可被基板阻挡。孔径装置120的至少一个表面，例如，孔径装置120的指向束源110的表面可以是导体或半导体表面，以减少或避免孔径装置120上的电荷累积。
图2以底视图更详细地示出孔径装置120(即，从样本10的角度)。如图2所示，孔径装置的五个或更多个孔径围绕光轴A布置在环线126上。环线126典型地但不一定是圆形的线。因此，通过引导带电粒子束105通过孔径装置120而产生的五个或更多小束可以具有基本上距光轴A相同的距离。产生小束使得小束具有距光轴A相同的距离可以具有以下优点：支配小束导致各个小束的类似的像差，因此可以更容易地校正各个小束的类似的像差。另外，可以用以对应方式聚焦每个小束的单个物镜将小束135聚焦到样本10上。
在图1的截面图中，仅描绘了五个或更多个小束中的两个小束。例如，图1的截面图可以沿着在图2中被指示为虚线的截面平面C截取。因此，图1中所示的两个孔径可对应于图2的孔径装置120的第一孔径121和第二孔径122，两个孔径位于环线126的相对侧。由孔径装置120形成的其余三个或更多个小束在图1中未示出。
孔径125围绕光轴A布置在环线126上，使投射于环线126的切线136上的孔径125的垂线128均匀地间隔开。“孔径的垂线”可以被理解为孔径的中心与切线136之间的连接线，其中连接线垂直于切线136。垂线128彼此平行，每个垂线都垂直于公共切线。两个相邻垂线128之间的距离D1分别基本上是相等的。
因此，可以沿着第一数量的均匀地间隔的扫描线在第一扫描方向X(对应于图1中的垂线128的方向)上使小束135扫描过样本。
要注意，垂线128的方向不一定对应于第一扫描方向X。例如，小束135可以通过可布置在孔径装置120与样本10之间的磁性透镜元件围绕光轴共同旋转。围绕光轴A的共同旋转维持小束之间的相对距离，使得小束在旋转之后仍然在(旋转)投影中均匀地间隔开。
根据本文所述的实施方式，提供多束系统，其中小束围绕光轴A位于环线上。光轴A可对应于柱的中心。虽然布置在环线上的第一数量的小束是五个或更多个，但是小束在投影中均匀地间隔开，使得小束可以在第一扫描方向X上沿着基本上等距的扫描线进行扫描。
要注意，当五个或更多个孔径在环线126上未布置于相对于光轴的均匀地间隔的角位置处时，五个或更多个小束仅可在投影中均匀地间隔开。在图2中所绘的示例中，一些相邻孔径相对于孔径装置的中心围成了90°的角度，而其他相邻孔径围成了45°的角度。然而，在投影中，所产生的小束之间的距离D1基本上是相等的。类似地，在图4中所绘的示例中，在第一数量为8(即，用于形成八个小束的八个孔径)的情况下，孔径布置在不均匀地间隔的角位置处，使得在投影中，小束沿着均匀地间隔的扫描线扫描是可能的。
当小束沿着不均匀地间隔的扫描线扫描时，吞吐量有损失，因为在某点处，被一些紧密小束扫描的区域可能重叠，而其他条带则可能保持未被扫描。这引起了吞吐量的损失，因为在扫描未被扫描区域的时间期间，一些小束可能空闲。
另一方面，根据本文所述的实施方式，小束可以沿着均匀地间隔的扫描线(即，沿着等距的扫描线)扫描。例如通过首先使小束在第一扫描方向X上沿着均匀地间隔的扫描线扫描，接着在第二横向扫描方向上移动小束，直到样本的预定区域被完全地扫描，就可实现增大的吞吐量。可以减少或完全地避免一些束线的空闲时间。之后，可移动或位移样本，由此，可对样本的另一区域进行光栅扫描。
根据一些实施方式，带电粒子束装置可以包括扫描装置，所述扫描装置被配置成沿着均匀地间隔的扫描线在第一扫描方向X上使小束135扫描过样本10。任选地，扫描装置可以被配置成使小束135在第二横向扫描方向上偏转，第二横向扫描方向可垂直于第一扫描方向X。
带电粒子束装置100进一步包括静电多极装置150，所述静电多极装置被配置成单独地支配小束135。在一些实施方式中，静电多极装置150布置在孔径装置120的下游并且包括多个静电多极151，所述多个静电多极被配置成单独地支配小束135，即，每个小束可以受相关联的静电多极的支配。
如本文所用的“支配小束”可理解为小束的偏转、整形、校正、聚焦和/或准直中的至少一个或多个。例如，静电多极装置150可以包括多个静电偏转器单元，其中每个偏转器单元可以被配置成使小束135中的一个偏转。例如，静电多极装置可以包括多个静电四极或八极，其中每个静电四极或八极可以被配置成校正小束135中的一个的像差。
静电多极装置可以被配置成单独地支配每个小束。例如，静电多极装置可以具有第一数量的静电多极，其中每个静电多极与第一数量的小束中的一个相关联，使得可以经由相关联的静电多极来单独地支配所述小束。特别地，可基本上通过静电多极装置的相关联的静电多极独立于其他小束来支配每个小束。在一些实施方式中，静电多极装置150可以具有对应于第一数量的小束的第一数量的静电多极151，使得每个小束可以独立于其他小束被支配，其中第一数量是5或更多。
静电多极装置150布置在孔径装置120的下游。例如，静电多极装置150可以直接地布置在孔径装置的下游，即，孔径装置与静电多极装置之间没有另一束支配单元，如在图1中示例性地描绘的那样。在一些实施方式中，静电多极装置150可以与孔径装置120整合在一起，如图3中示例性地描绘的那样。
在孔径装置120的下游提供静电多极装置150是有益的，因为小束可以在由孔径装置形成之后被偏转、聚焦和/或校正，使得小束准确地朝向样本上的预定点传播。在相邻小束之间的角距离不相等的情况下，在形成小束之后单独地支配小束是特别有益的。这是因为相较单独地支配小束来说，以单个静电场共同地支配所有小束可以提供降低的偏转准确度和/或校正准确度。因此，可以通过单独地支配小束来进一步增大吞吐量。另外，被配置成单独地支配小束的静电多极装置150提供增加的调整和灵活性选项，使得束路径和束形状可以更容易且准确地来校正和调整。
在一些实施方式中，静电多极装置150的静电多极151可以被配置成静电偶极、四极、六极或八极。静电多极装置150可以包括用于每个小束135的一个相关联的静电偶极、四极，六极或八极。
静电偶极包括用于支配带电粒子的小束的两个电极，其中两个电极可以布置在小束的相对侧上。静电偶极可以用于在垂直于束传播方向的一个方向上偏转小束。
静电四极包括用于支配带电粒子的小束的四个电极，其中四个电极可以布置在小束周围的等角位置处。静电四极可以用于在垂直于束传播方向的两个方向上偏转小束和/或用于校正束像差。
静电八极包括用于支配带电粒子的小束的八个电极，其中八个电极可以布置在小束周围的等角位置处。静电八极可以用于在各个方向上偏转小束和/或用于校正束像差。可以校正相较静电四极来说更高阶的像差。
要注意，静电多极也可用于束聚焦和/或散焦(例如，通过将对应电位施加到静电多极的电极上)。
在一些实施方式中，静电多极装置150的静电多极151包括两个、四个、六个、八个或更多个电极，这些电极分别在相对于相关联的孔径的中心的均匀地间隔的角度位置处布置在相关联的孔径下游。静电多极151可以被配置成用于分别单独地偏转、校正、整形和/或聚焦一个相关联的小束中的至少一者。
如图2所示，两个相邻垂线128之间的距离D1可基本上对应于环线126的最大直径除以孔径数量减1。例如，当第一数量为5时，两个相邻垂线128之间的距离D1可对应于环线126的直径的四分之一，如图2中示意性地描绘的那样。在环线126上的这种孔径布置是有益的，因为样本上的大面积(例如，宽的条纹)可以在样本位移之前被扫描。
在一些实施方式中，可以提供扫描装置，所述扫描装置被配置成用于使小束在第一扫描方向X上沿着均匀地间隔的扫描线扫描过样本。第一扫描方向X典型地根据垂线的方向来设定。例如，扫描装置可以被配置成通过沿着均匀地间隔的扫描线在第一扫描方向X上交替地扫描并在第二横向扫描方向上移动小束来使小束光栅扫描过样本。第二横向扫描方向可垂直于第一扫描方向。可以重复此顺序，直到已经完全地扫描宽度等于或大于环线126的直径的样本条带。之后，样本可位移到另一位置，例如，位移与先前扫描的条带的宽度对应的距离。
在可与本文所述的其他实施方式组合的一些实施方式中，静电多极装置150可以被配置成偏转小束135，使得每个小束看上去是来自不同的源。例如，静电多极装置150可以包括用于每个小束的单独的偏转器，如图1中示意性地描绘的。特别地，单独的偏转器可以包括静电多极，例如静电偶极、四极、六极或八极。提供具有多个静电四极或八极的静电多极装置150可以是有益的，因为静电四极或八极可以用于聚焦、偏转和校正。
图3是根据本文所述的实施方式的带电粒子束装置200的示意性截面图。图3的带电粒子束装置200可以包括图1的带电粒子束装置100的大部分的特征，使得可以参考以上说明，而不在此进行重复。
带电粒子束装置200包括用于产生带电粒子束105的束源110，带电粒子束从束源110穿过柱传播到要检查的样本10。带电粒子束装置200进一步包括带电粒子束支配装置210。
图4以底视图更详细地示出带电粒子束支配装置210(即，从样本10的角度)。带电粒子束支配装置210包括可一体地形成的孔径装置220和静电多极装置250。换句话说，孔径装置220和静电多极装置250可以一体地形成为单个部件，即，可以彼此连接或固定，或可以由单个多层基板形成。
在可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式中，孔径装置220包括基板221，基板包括绝缘体层，静电多极装置250的静电多极151形成在绝缘体层上。
第一数量的孔径125形成在孔径装置220的基板221中，其中第一数量是5或更多。在图4的实施方式，第一数量是8。孔径125被配置成从带电粒子束105形成第一数量的小束135。因此，图4的孔径装置220被配置成形成8个小束。在其他实施方式中，第一数量可以大于8，例如，10或更多。
如图4所示，孔径125围绕光轴A布置在环线126上，使得投射于环线126的切线136上的孔径125的垂线128均匀地间隔开。因此，在投影中相邻小束之间的距离D2分别是类似或相同的。距离D2可大致对应于环线126的直径除以7(8减1)。
因此，可能在第一扫描方向X上沿着均匀地间隔或等距的扫描线使小束135扫描过样本10。将会参考上述说明，而不在此进行重复。
静电多极装置250的静电多极151可以布置在基板221的指向下游(即，朝向样本10)的表面上。因此，通过传播通过孔径中的一个而形成的小束可以在形成之后立即被支配，例如，通过可以形成在基板221上的相关联的静电多极来偏转、校正和/或聚焦。
如在图4中详细地示出的那样，静电多极装置250可以包括对应于第一数量的孔径125的第一数量的静电多极151，即，八个静电多极，诸如四极或八极。在图4的示例性的实施方式中，静电多极151被配置成四极。
静电多极151可以包括四个或更多个电极，四个或更多个电极可以围绕一个孔径形成在基板221的主表面上，用于在传播通过孔径之后支配一个小束。在一些实施方式中，四个或更多个电极中的每个可以布置在距孔径的中心相同的距离处。在一些实施方式中，四个或更多个电极中的每个可以布置在距孔径的限束边缘的径向距离处。例如，如图4中示意性描绘的那样，电极152布置在距第一孔径121的限束边缘153的径向距离处。换句话说，电极152本身不形成用于小束的限束边缘，但是电极152相对于第一孔径121的限束边缘153布置在径向外侧。因此，小束不传播通过静电多极的电场的边缘区域，边缘区域中的电场可能偏离孔径的中心区域中的电场。孔径的限束边缘153限制传播通过孔径的小束的径向延伸。
根据可与本文所述的其他实施方式结合的一些实施方式，带电粒子束支配装置210包括基板221，基板被配置成提供孔径125以用于形成小束并用于承载在孔径下游的静电多极装置的电极。
静电多极151的电极可以在基板221的表面上相对于孔径中的一个布置在相等地间隔的角位置处。基板221可以是平板基板，例如，晶片，诸如多层晶片。例如，基板221可以是具有在其上形成电极的至少一个绝缘体层的多层晶片。
在可与本文所公开的其他实施方式组合的一些实施方式中，孔径可具有圆或圆形的横截面形状。因此，通过引导广角带电粒子束通过孔径，可以产生带电粒子的圆或圆形小束。孔径可以具有1mm或更小、特别地是500μm或更小，更特别是200μm或更小，或甚至是100μm或更小的直径。
当静电多极151的电极的一些或全部包括硅或掺杂硅时，可以简化根据本文所公开的实施方式的带电粒子束支配装置210的制造。布置在平坦基板的顶部的硅电极可以特别容易方式由SOI基板(绝缘体上硅)以小型化的形式形成。结晶硅或掺杂硅的导电性可能足以从其形成静电多极的电极。在其他实现方式中，静电多极151的电极可以包括金属。另外，其他材料系统可适合于提供类似于SOI晶片的具有绝缘体层和半导体层的多层晶片结构。
静电多极151的电极可以被配置成可连接到相应电位。例如，可提供电压源以将每个电极与相应电压连接。在一些情况下，每个电极可耦合到相应的连接线以将电极与电压源连接。连接线可至少部分地集成在基板的绝缘体层中。在一些实施方式中，连接线可至少部分地提供在基板221的表面上。例如，用于将电极与相应的电位连接的连接线可由与电极相同的材料制成。
在一些实施方式中，基板可以包括绝缘体层222，在绝缘体层的顶部形成电极，并且基板可以在相对于形成有电极的一侧的绝缘体层222的相对侧上包括另外的层223，另外的层包括半导体或导体材料(参见图6)。另外的层223可以被引导到带电粒子束支配装置210的上游侧。另外的层223可由金属或半导体、特别地是硅制成。在一些实现方案中，电极和另外的层223两者可以由硅制成，而绝缘体层222可以包括SiO2或另一绝缘体，诸如蓝宝石。可减少或避免基板表面上的电荷累积。例如，另外的层223可连接到电位，诸如接地电位。
通过在多层基板上施加掩模并去除初始均匀的顶层的部分，使得顶层的剩余部分形成电极，就可在基板221上形成电极。
电极可以包括硅或由硅组成。为了制造电极，可以部分地去除(例如，蚀刻)可能是SOI晶片的顶层的初始均匀的硅层，使得硅层的剩余部分形成电极。电极可以是基本上梯形的，并且可以围绕孔径布置在均匀地间隔的角位置处，如图4所示。在可与本文所述的其他实施方式组合的一些实施方式中，电极可以分别围绕孔径中的一个在小于30°、特别地是小于15°的角范围内延伸。
图5是根据本文所述的实施方式的带电粒子束装置100的示意性截面图。带电粒子束装置100可以包括类似于图1所示的实施方式的束源110、孔径装置120和静电多极装置150，使得可以参考以上说明，而不在此进行重复。
带电粒子束105由束源110产生并被引导通过孔径装置120。孔径装置120被配置成从带电粒子束形成第一数量的小束135。第一数量是5个或更多，但是在图5的截面图中仅示出了两个小束135。小束135传播通过静电多极装置150。每个小束135可以传播通过静电多极装置150的相关联的静电多极151，静电多极装置被配置成单独地支配小束。
例如，小束135可由静电多极装置偏转，使得每个小束看起来是来自不同的源。可选地或另外地，可以通过施加适当的静电多极场来校正小束的束像差。
小束可以任选地传播通过束分离器装置195，所述束分离器装置被配置成将在样本的位置处产生的次级电子和/或后向散射电子与小束135分离。
可以提供扫描装置140以使小束135在第一扫描方向X上和/或在可垂直于第一扫描方向X的第二横向扫描方向上扫描过样本10。第一扫描方向X可垂直于图5的截面平面。可以沿着在第一扫描方向X上延伸的等距的扫描线来扫描5个或更多个小束。
带电粒子束装置100可以进一步包括物镜190，物镜被配置成将小束135聚焦到样本10上。物镜190可以是组合的磁性-静电物镜，包括磁性透镜部分和静电透镜部分。
复合的磁性-静电透镜的静电部分可以是静电迟滞透镜。使用这种复合的磁性-静电透镜在低着陆能量下产生优异的分辨率，例如，在SEM的情况下几百电子伏特。这种低着陆能量对于避免对辐射敏感样本的充电和/或损坏是有益的，尤其是在现代半导体工业中。然而，在一些情况下，可以仅使用磁性透镜或仅使用静电透镜。
物镜190不仅可以聚焦小束，还可围绕光轴旋转小束。此效果未示出，因为难以在二维图式中描绘并且因为技术人员很清楚此效果。由于静电多极装置和物镜的综合效果，在样本上形成多个点，每个点对应于一个小束。
当小束撞击样本10的表面时，小束经历与样本的原子的核和电子的一系列复杂的相互作用。相互作用产生各种次级产物，诸如不同能量的电子、X射线、热量和光。许多这些次级产物用于产生样本图像并且收集其他数据。对于样本的检查或成像有重要意义的次级产物是次级电子，次级电子以相对低的能量(1至50eV)以各种角度从样本中逸出。信号电子通过物镜从样本中提取，与初级束分离，并且到达检测器装置。
因此，第一数量的小束135在第一数量的点处与样本10相互作用，使得从样本10发射多个次级或后向散射电子的小束。
样本10可以保持在可移动台11上，可移动台被配置成在至少一个方向上(例如，在垂直于第一扫描方向X的方向上)移动样本。在一些实施方式中，可移动台11可以被配置成在两个或更多个方向上移动样本。
在一些实施方式中，可以提供束分离器装置195，以便从第一数量的小束135分离次级或后向散射电子的多个小束。次级或后向散射电子的小束可以被引导到检测器装置180。
在一些实施方式中，可以提供检测器装置180，所述检测器装置被配置成检测从样本10发射的次级带电粒子和/或后向散射带电粒子。检测器装置180可以被细分为多个区段，多个区段被配置成分别检测由小束135中的一者产生的次级或后向散射电子。例如，图5中描绘的检测器装置180包括第一检测器段181和第二检测器段182，第一检测器段被配置成检测由第一小束产生的次级带电粒子，第二检测器段被配置成检测由第二小束产生的次级带电粒子。可以提供另外检测器段。检测器段的数量可对应于第一数量，使得每个小束具有相关联的检测器段。
图6是根据本文所述的实施方式的带电粒子束装置200的示意性截面图。带电粒子束装置200基本上对应于图5中所示的带电粒子束装置100，使得可以参考以上说明，而不在此进行重复。然而，代替彼此空间上分离的孔径装置和静电多极装置，可以提供如图4所绘的带电粒子束支配装置210。
带电粒子束支配装置210包括：具有第一数量的孔径的孔径装置220，孔径装置被配置成从带电粒子束105形成第一数量的小束135；以及静电多极装置250，所述静电多极装置与孔径装置220一体地形成。静电多极装置250包括被配置成单独地支配小束135的多个静电多极151。
孔径125围绕光轴A布置在环线上，使得投射于环线的切线上的孔径的垂线均匀地间隔开。因此，可以在第一扫描方向X上沿着等距的扫描线扫描小束。
带电粒子束支配装置210可以包括具有绝缘体层222和另外的层223的基板，在绝缘体层上形成静电多极151的电极，另外的层可以是导体或半导体层。孔径125可以形成在基板中，例如，在蚀刻工艺中。
图7是根据本文所述的实施方式的示出操作带电粒子束装置的方法的流程图。
在框710中，形成带电粒子束，特别地是电子束，带电粒子束沿着光轴A传播。
在框720中，通过引导带电粒子束通过围绕光轴布置在环线上的第一数量的孔径来形成第一数量的小束，其中第一数量是5或更多。
在框730中，单独地支配小束，例如，单独地偏转、校正、聚焦和/或整形。例如，每个小束可能受静电多极装置的相关联的静电多极的支配。
小束可由静电多极装置偏转。另外地或可选地，可由静电多极装置校正小束的束像差。
在框740中，沿着均匀地间隔的扫描线在第一扫描方向X上使小束相对于样本进行移动。
可以通过在第一扫描方向上沿着等距的扫描线和在第二横向扫描方向上将小束移动过样本来对样本进行光栅扫描。第二横向扫描方向可垂直于第一扫描方向。可以重复在第一扫描方向X上和在第二横向扫描方向上的光栅扫描，直到样本的预定区域已被扫描。此后，可以例如通过可移动台移动样本。
在框750中，方法可以进一步包括检测由样本发射的次级和/或后向散射带电粒子，特别地是其中由每个小束产生的次级和/或后向散射带电粒子由分段的检测器装置的一段单独地检测。
尽管前述内容针对的是特定实施方式，但是也可在不脱离本发明的基本范围的情况下构想其他和进一步实施方式，并且本发明的范围是由随附的权利要求书确定。

Claims (20)

1.一种带电粒子束装置(100)，包括：
束源(110)，被配置成产生沿着光轴(A)传播的带电粒子束(105)；
具有第一数量的孔径(125)的孔径装置(120、220)，被配置成从所述带电粒子束(105)形成第一数量的小束(135)，其中所述第一数量为5或更多，并且其中所述孔径(125)围绕所述光轴(A)布置在环线(126)上，使得投射于所述环线(126)的切线(136)上的所述孔径(125)的垂线(128)均匀地间隔开；和
静电多极装置(150、250)，被配置成单独地支配所述小束(135)。
2.如权利要求1所述的带电粒子束装置，其中所述静电多极装置(250)和所述孔径装置(220)一体地形成。
3.如权利要求1或2所述的带电粒子束装置，其中所述孔径装置(220)包括基板(221)，在所述基板上形成所述静电多极装置(250)的静电多极。
4.如权利要求1至2中任一项所述的带电粒子束装置，其中所述静电多极装置(150、250)包括多个静电多极(151)，所述多个静电多极被配置成单独地支配所述第一数量的小束(135)。
5.如权利要求4所述的带电粒子束装置，其中所述静电多极装置包括多个偶极、四极或八极。
6.如权利要求4所述的带电粒子束装置，其中所述静电多极(151)包括分别地相对于相关联的孔径的中心以均匀地间隔的角位置布置在所述相关联的孔径下游的四个、六个、八个或更多个电极。
7.如权利要求1至2中任一项所述的带电粒子束装置，其中两个相邻垂线(128)之间的距离(D1，D2)基本上对应于所述环线(126)的直径除以所述第一数量减1。
8.如权利要求1至2中任一项所述的带电粒子束装置，进一步包括：
扫描装置(140)，被配置成用于在第一扫描方向(X)上沿着均匀地间隔的扫描线将所述小束扫描过样本(10)。
9.如权利要求8所述的带电粒子束装置，其中所述扫描装置(140)被配置成通过沿着所述均匀地间隔的扫描线在所述第一扫描方向(X)上交替地扫描并在第二横向扫描方向上移动所述小束(135)来将所述小束(135)光栅扫描过所述样本(10)。
10.如权利要求1至2中任一项所述的带电粒子束装置，其中所述静电多极装置(150、250)被配置成使所述小束(135)偏转，使得所述小束中的每个看起来是来自不同的源。
11.如权利要求10所述的带电粒子束装置，其中所述静电多极装置(150、250)包括用于所述小束中的每个的单独的偏转器。
12.如权利要求11所述的带电粒子束装置，其中所述单独的偏转器包括从由以下组成的群组中选择的静电多极：静电偶极、四极、六极和八极。
13.如权利要求1至2中任一项所述的带电粒子束装置，进一步包括：
物镜(190)，被配置成将所述小束(135)聚焦到样本(10)上；和
检测器装置(180)，被配置成检测从所述样本(10)发射的次级带电粒子和/或后向散射带电粒子。
14.如权利要求13所述的带电粒子束装置，其中所述物镜(190)是包括磁性透镜部分和静电透镜部分的组合的磁性-静电物镜。
15.一种带电粒子束支配装置(210)，包括：
具有第一数量的孔径(125)的孔径装置(220)，被配置成从沿着光轴(A)传播的带电粒子束形成第一数量的小束(135)，其中所述第一数量为5或更大，其中所述孔径(125)围绕所述光轴(A)布置在环线(126)上，使得投射于所述环线(126)的切线(136)上的所述孔径(125)的垂线(128)均匀地间隔开；和
静电多极装置(250)，与所述孔径装置(220)整合在一起，并且被配置成用于单独地支配所述小束(135)。
16.一种操作带电粒子束装置的方法，包括：
产生沿着光轴(A)传播的带电粒子束(105)；
引导所述带电粒子束通过围绕所述光轴布置在环线(126)上的第一数量的孔径(125)以形成第一数量的小束(135)，其中所述第一数量是5或更多；
单独地支配所述小束；和
沿着均匀地间隔的扫描线在第一扫描方向(X)上相对于样本(10)来移动所述小束(135)。
17.如权利要求16所述的方法，进一步包括检测由所述样本(10)发射的次级和/或后向散射带电粒子。
18.如权利要求16所述的方法，其中由所述小束(135)产生的所述次级和/或后向散射带电粒子由检测器装置(180)的相应检测器段检测。
19.如权利要求16至18中任一项所述的方法，包括：通过在所述第一扫描方向(X)上和在垂直于所述第一扫描方向的第二扫描方向上将所述小束(135)移动过所述样本来对所述样本(10)进行光栅扫描。
20.如权利要求16至18中任一项所述的方法，其中单独地支配所述小束包括单独地偏转、聚焦和校正所述小束中的至少一者。
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