CN109427524A - 带电粒子束装置、用于带电粒子束装置的孔布置和用于操作带电粒子束装置的方法 - Google Patents

带电粒子束装置、用于带电粒子束装置的孔布置和用于操作带电粒子束装置的方法 Download PDF

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Abstract

本公开内容提供一种带电粒子束装置(100)。带电粒子束装置(100)包括：带电粒子源(20)，经配置以发射带电粒子束(14)；聚光透镜布置(110)；孔布置(120)，经配置以产生带电粒子束(14)的两个或更多个小束，其中孔布置(120)包括多个第一开口和与多个第一开口不同的多个第二开口；和多极布置(130)，经配置以作用在两个或更多个小束上。孔布置(120)经配置以使多个第一开口或多个第二开口与多极布置(130)对准。

Description

带电粒子束装置、用于带电粒子束装置的孔布置和用于操作 带电粒子束装置的方法
技术领域
本公开内容的实施方式涉及一种带电粒子束装置、一种用于带电粒子束装置的孔布置和一种用于操作带电粒子束装置的方法。本公开内容的实施方式特别涉及电子束检查(EBI)。
背景技术
带电粒子束装置在多个工业领域中具有许多功能，包括但不限于电子束检查(EBI)、在制造期间对半导体器件的临界尺寸(CD)测量、在制造期间对半导体器件的缺陷检查(DR)、用于光刻的曝光系统、检测装置和测试系统。因此，对微米级和纳米级的样本的结构化、测试和检查有高的需求。微米级和纳米级的工艺控制、检查或结构化可以用带电粒子束(例如，电子束)来完成，带电粒子束在带电粒子束装置(诸如电子显微镜)中产生并聚焦。由于短的波长，相较例如光子束来说，带电粒子束提供优异的空间分辨率。
高通量电子束检查(EBI)系统可以利用多束带电粒子束装置，诸如电子显微镜，多束带电粒子束装置能够在带电粒子束装置的单个柱(column)内形成、聚焦和扫描多个一次带电粒子束。可以由聚焦的一次带电粒子束阵列扫描样品，这又形成多个信号带电粒子束。单独信号带电粒子束可以映射到检测元件上。
在不同的操作模式中操作带电粒子束装置可能是有益的。从一种操作模式切换到另一种操作模式可以包括大量硬件变化和/或二次成像/检测光学器件变化。硬件变化增加带电粒子束装置的停机时间。另外，硬件变化可能是麻烦的，并且仅可由高级技术人员完成。改变二次成像/检测光学器件可能包括耗时的重新校准。
鉴于以上，克服本领域的至少一些问题的一种带电粒子束装置、一种用于带电粒子束装置的孔布置和一种用于操作带电粒子束装置的方法是有益的。本公开内容特别旨在提供一种具有多个操作模式的灵活的带电粒子束装置。
发明内容
鉴于以上，提供一种带电粒子束装置、一种用于带电粒子束装置的孔布置和一种用于操作带电粒子束装置的方法。本公开内容的另外的方面、益处和特征从权利要求书、说明书和附图显而易见。
根据本公开内容的方面，提供一种带电粒子束装置。带电粒子束装置包括：带电粒子源，经配置以发射带电粒子束；一个或多个透镜的聚光透镜布置；孔布置，经配置以产生带电粒子束的两个或更多个小束，其中孔布置包括多个第一开口和与多个第一开口不同的多个第二开口；和多极布置，经配置以作用在两个或更多个小束上。孔布置经配置以使多个第一开口或多个第二开口与多极布置对准。
根据本公开内容的另一方面，提供一种用于带电粒子束装置的孔布置。孔布置包括：第一孔组件和第二孔组件，第一孔组件具有多个第一开口，第二孔组件具有多个第二开口，其中多个第一开口的直径不同于多个第二开口的直径；和致动器组件，经配置以移动第一孔组件和第二孔组件。
根据本公开内容的又一方面，提供一种用于操作带电粒子束装置的方法。方法包括：使用具有多个第一开口的第一孔组件以第一操作模式操作带电粒子束装置来产生带电粒子束的两个或更多个小束；和使用具有与多个第一开口不同的多个第二开口的第二孔组件以第二操作模式操作带电粒子束装置。
实施方式还针对用于执行所公开的方法的设备并且包括用于执行每个所述的方法方面的设备零件。这些方法方面可借助于硬件部件、由适当的软件编程的计算机、这两者的任何组合或以任何其他方式执行。此外，根据本公开内容的实施方式还针对用于操作所述设备的方法。方法包括用于执行设备的每一功能的方法方面。
附图说明
为了可详细地理解本公开内容的上述特征所用方式，可以参考实施方式进行对上文简要地概述的本公开内容的更特定的描述。附图涉及本公开内容的实施方式，并且描述如下：
图1示出根据本文所述的实施方式的带电粒子束装置的示意图；
图2示出根据本文所述的实施方式的带电粒子束装置的一部分的示意图；
图3示出根据本文所述的另外的实施方式的带电粒子束装置的一部分的示意图；
图4示出根据本文所述的再另外的实施方式的带电粒子束装置的一部分的示意图；
图5示出根据本文所述的实施方式的带电粒子束装置的一部分的示意图；
图6示出根据本文所述的另外的实施方式的带电粒子束装置的一部分的示意图；
图7示出根据本文所述的实施方式的用于操作带电粒子束装置的方法的流程图；和
图8示出根据本文所述的实施方式的带电粒子束装置的操作模式。
具体实施方式
现在将详细地参考本公开内容的各种实施方式，这些实施方式的一个或多个示例图示于附图中。在以下对附图的描述内，相同的参考数字表示相同的部件。仅描述相对于单独实施方式的差异。每个示例以解释本公开内容的方式提供，而不意味着对本公开内容的限制。另外，图示或描述为一个实施方式的部分的特征可以用于其他实施方式上或结合其他实施方式使用来产生另一实施方式。本说明书意图包括这样的修改和变化。
在不限制本申请的保护范围的情况下，在下文中，带电粒子束装置或带电粒子束装置的部件将示例性地被认为是使用电子作为带电粒子的带电粒子束装置。然而，可以使用其他类型的一次带电粒子，例如离子。在由带电粒子束(也被称为“一次带电粒子束”)辐照样本或样品时，形成诸如二次电子(SE)的信号带电粒子，信号带电粒子可携带关于样品的表面形貌、化学成分和/或静电电位和其他的信息。二次电子可以包括背向散射电子和俄歇电子中的至少一种。信号带电粒子可以被收集并导向到传感器，例如闪烁器、PIN二极管等等。
高通量电子束检查(EBI)系统可以利用多束带电粒子束装置，诸如电子显微镜，多束带电粒子束装置能够在带电粒子束装置的单个柱内形成、聚焦和扫描多个一次带电粒子束或小束。可以由聚焦的一次带电粒子小束阵列扫描样品，这又形成多个信号带电粒子束或小束。单独信号带电粒子小束可以映射到一个或多个检测元件上。例如，可以轴上(或如图1所示，离轴)检测信号带电粒子小束。
本公开内容使用两组或更多组开口(也被称为“孔”)来产生两个或更多个带电粒子束的小束。两组或更多组开口可以移动，使得两组或更多组开口中的一组第一开口定位在一次带电粒子束的束路径中，或者两组或更多组开口中的第二组第二开口定位在一次带电粒子束的束路径中。第一开口和第二开口(例如，在直径上)是不同的。第一开口可以用于(或至少部分地提供)第一操作模式，诸如成像模式，第二开口可以用于(或至少部分地提供)第二操作模式，诸如充电(charging)模式。
本公开内容还使用作用在由孔组形成的两个或更多个小束上的多极布置。多极布置布置在一个或多个级或层中。每个级或层可以实现一个或多个功能，诸如小束偏转、像差校正和消隐(blanking)。功能可以在各级间分配。例如，一个级可以实现一个或多个功能，而另一个级可以实现一个或多个其他功能。级或层可以彼此独立。
因此，本公开内容可以提供例如关于探针大小和/或探针电流或着陆能量(landing energy)的灵活且优化的带电粒子束装置(或柱)。可灵活地提供不同的操作模式(例如，成像、充电、衰减时间(decay time)效应)。可以以(柱)硬件变化的最小努力来完成在操作模式之间的切换。
图1示出根据本文所述的实施方式的带电粒子束装置100的示意图。带电粒子束装置100可以是电子显微镜，诸如扫描电子显微镜(SEM)。带电粒子束装置100包括具有柱外壳101的柱。
带电粒子束装置100包括经配置以发射(一次)带电粒子束14的带电粒子源20、聚光透镜布置110、经配置以产生带电粒子束14的两个或更多个小束4A、4B、4C的孔布置120和经配置以作用在两个或更多个小束4A、4B、4C上的多极布置130。孔布置120包括多个第一开口和与多个第一开口不同的多个第二开口，并且多极布置130经配置以作用在两个或更多个小束上。孔布置120经配置以使多个第一开口或多个第二开口与多极布置130对准。
根据可与本文所述的其他实施方式组合的一些实施方式，可以提供一个单个带电粒子源。带电粒子源20可以是高亮度枪。例如，带电粒子源20可以选自包括以下的群组：冷场发射器(CFE)、肖特基发射器、TFE或另一高电流电子束源。
聚光透镜布置110用(一次)带电粒子束14(诸如电子束)照射孔布置120。所得的两个或更多个小束4A、4B和4C可以使用多极布置130的偏转器6A、6B和6C来偏转，使得两个或更多个小束4A、4B和4C看起来像是来自不同的源。例如，小束的电子看起来像是从带电粒子源20的垂直于光轴4的平面中的不同位置发射的。如图1所示，由源提供的电子因聚光透镜布置110的作用而看起来像是来自虚拟源102。另外，由于偏转器6A和6B与聚光透镜布置110的组合作用，可以有源102'。中心源可对应于带电粒子源20。其他源可以是在垂直于光轴4的平面中具有偏移的虚拟源。
根据可与本文所述的其他实施方式组合的一些实施方式，分束器(即将一次小束与信号小束分离的分离器)可以通过磁性偏转器(诸如磁性偏转器113和分束器114)提供。扫描偏转器12可以使束或小束扫描过样品8的表面。一次小束(即两个或更多个小束)使用公共物镜聚焦在样本或样品8上。所有一次小束可以穿过物镜10中的一个开口。样品8设置在样品台7上，样品台7可经配置以在至少一个垂直于光轴4的方向上移动样品8。
如本文提及的“样品”或“样本”包括但不限于半导体晶片、半导体工件和其他工件，诸如存储器盘等等。本公开内容的实施方式可应用于在工件上沉积有材料的任何工件或被结构化的任何工件。在由电子束辐照样品8时，形成诸如二次电子(SE)的信号带电粒子，信号带电粒子可携带关于样品的表面形貌、化学成分和/或静电电位等的信息。二次电子可以包括背向散射电子和俄歇电子中的至少一种。信号带电粒子可以被收集并导向到检测器装置，检测器装置可以是传感器，例如闪烁器、PIN二极管等等。
根据可与本文所述的其他实施方式组合的一些实施方式，物镜10可以是静电磁性复合透镜，特别地具有静电透镜，静电透镜将柱内的能量从柱内的高能量减小到较低的着陆能量。从柱能量到着陆能量的能量减小可以是减少到柱能量的至多1/10，例如至多1/30。
在一些实现方式中，可以提供包括提供给样品8的电位的减速场。根据可与本文所述的其他实施方式组合的另外的实施方式，可以提供其中柱处于接地电位并且带电粒子源20和样品8处于高电位的配置。例如，大部分或全部的柱部件可以被提供为处于接地电位。
如例如图1所示，可以使用公共的扫描偏转器在样品8的表面上扫描所有一次小束。根据可与本文所述的其他实施方式组合的一些实施方式，扫描偏转器12可以在物镜10内或靠近物镜10。根据可与本文所述的其它实施方式组合的一些实施方式，扫描偏转器12可以是静电和/或磁八极的。
图1中所示的带电粒子束装置100包括信号电子光学器件。从样品8释放或背向散射的粒子形成携带关于样品8的信息的信号小束。信息可以包括关于样品8的表面形貌、化学成分、静电电位等等的信息。信号小束使用分束器114与一次小束分离并进入弯束器(beam bender)123。分束器可以例如包括至少一个磁性偏转器、维恩滤波器或任何其他装置，其中电子例如因取决于速度的洛伦兹力而被引导远离一次束。
弯束器123使二次小束朝向聚焦透镜132偏转。聚焦透镜132将信号小束聚焦在检测器组件9的检测器元件9A、9B和9C(诸如传感器、闪烁器、PIN二极管等等)上。根据其他实施方式，二次小束的聚焦可以通过使得能够进行放大和旋转的校准的透镜系统来执行。根据一些实施方式，沿着信号小束的路径提供一个或多个偏转器134、136。
图2示出根据本文所述的实施方式的带电粒子束装置的一部分的示意图。带电粒子束装置包括聚光透镜布置210、孔布置220和多极布置230。
根据可与本文所述的其他实施方式组合的一些实施方式，聚光透镜布置210包括一个或多个聚光透镜，诸如单个聚光透镜或两个或更多个聚光透镜。图2图示具有两个或更多个聚光透镜(诸如第一聚光透镜212和第二聚光透镜214)的示例性聚光透镜布置。聚光透镜布置210可经配置以提供具有交叉的束路径A和/或没有交叉的束路径B。具有交叉的束路径A具有较低的杂散场灵敏度。没有交叉的束路径B减少电子-电子相互作用。
聚光透镜布置210经配置以照射孔布置220。聚光透镜布置210可以具有可调整的透镜激发装置(lens excitation)以用于进行如下操作中的至少一个：改变焦距和改变多极布置220的照射角度。例如，聚光透镜布置210可以设有可控制的透镜激发装置以用于改变焦距，从而使得可变源能够放大和/或缩小。另外或替代地，聚光透镜布置210可以设有可控制的透镜激发装置以用于控制孔布置220和/或多极布置230(例如，偏转器阵列)的照射角度。在一些实现方式中，聚光透镜布置210可以提供孔布置220和/或多极布置230的基本上平行的照射。
孔布置220包括具有多个第一开口224(一组第一开口或孔)的第一孔组件222和具有多个第二开口228(一组第二开口或孔)的第二孔组件226。多个第一开口224不同于多个第二开口228。例如，多个第一开口224的直径D1或形状不同于多个第二开口228的直径D2或形状。在一些实现方式中，多个第一开口224和/或多个第二开口228可以具有基本上圆形的形状，其中直径可以被定义为各个圆的直径。根据一些实施方式，多个第一开口224的开口基本上是相同的，例如，具有基本上相同的直径或形状。同样地，多个第二开口228的开口可以基本上是相同的，例如，具有基本上相同的直径或形状。
根据可与本文所述的其他实施方式组合的一些实施方式，多个第一开口224的直径和/或多个第二开口228的直径可以在1微米至2000微米的范围内，特定地在10微米至400微米的范围内，更特定地在20微米至200微米的范围内。直径之间的差异可以是在0.5至50的范围内的倍数并特定地是在1.5至10的范围内的倍数。例如，多个第一开口224的直径可以是多个第二开口228的直径的数倍(例如，0.5倍)。或者，多个第二开口228的直径可以是多个第一开口224的直径的数倍(例如，0.5倍)。
具有多个第一开口224的第一孔组件222或具有多个第二开口228的第二孔组件226可以布置在(一次)带电粒子束的束路径中以形成两个或更多个小束。特别地，开口可以相对于多极布置230而对准，使得两个或更多个小束可以穿过多极布置230的相应的多极。在一些实现方式中，两个或更多个小束的小束可以穿过多极的中心，或可以离轴或偏离中心地穿过多极。不同开口可至少部分地提供不同的操作模式，诸如例如具有不同的探针电流的成像模式，和充电模式。孔阵列交换器具有以偏转器阵列配置/几何形状而布置的不同的孔组，不同的孔组具有不同的尺寸，尺寸的直径被优化以产生最佳直径。
根据可与本文所述的其他实施方式组合的一些实施方式，孔布置220进一步包括致动器组件221，致动器组件221经配置以移动第一孔组件222和第二孔组件226。例如，孔布置220可以包括至少第一孔板和第二孔板，第一孔板具有多个第一开口224，第二孔板具有多个第二开口228。致动器组件221可经配置以移动第一孔板和第二孔板。致动器组件221可经配置以将第一孔组件222移动到一次带电粒子束的束路径中并且可选地将第二孔组件226移动出一次带电粒子束的束路径以将带电粒子束装置的操作模式改变为第一操作模式。同样地，致动器组件221可经配置以将第二孔组件226移动到一次带电粒子束的束路径中并且可选地将第一孔组件222移动出一次带电粒子束的束路径以将带电粒子束装置的操作模式改变为与第一操作模式不同的第二操作模式。仅替换了孔(用于不同的探针大小或电流，以减少污染影响)。包括接线和驱动器的多极MEMS在所有操作模式下都可相同。
根据一些实施方式，致动器组件221包括旋转致动器，旋转致动器经配置以围绕旋转轴线旋转第一孔组件222(诸如第一孔板)和第二孔组件226(诸如第二孔板)。旋转轴线可以位于第一孔组件222与第二孔组件226之间。旋转轴线可以基本上平行于由聚光透镜布置210和/或布置有多个第一开口224和多个第二开口228的平面限定的光轴。旋转致动器可经配置以将第一孔组件222旋转到一次带电粒子束的束路径中并且可选地将第二孔组件226旋转出一次带电粒子束的束路径以将带电粒子束装置的操作模式改变为第一操作模式。同样地，旋转致动器可经配置以将第二孔组件226旋转到一次带电粒子束的束路径中并且可选地将第一孔组件222旋转出一次带电粒子束的束路径以将带电粒子束装置的操作模式改变为与第一操作模式不同的第二操作模式。
在一些实现方式中，旋转轴线可以是基本上竖直的旋转轴线。术语“竖直方向”或“竖直取向”被理解为区分于“水平方向”或“水平取向”。也就是说，“竖直方向”或“竖直取向”涉及例如旋转轴线的大体上竖直的取向，其中与严格的竖直方向或竖直取向的几度偏差(例如，最高达10°或甚至最高达15°)仍被视为“大体上竖直的方向”或“大体上竖直的取向”。竖直方向可以大体上平行于重力。
在一些实施方式中，致动器组件包括x-y致动器台，x-y致动器台经配置以将多个第一开口224或多个第二开口228与多极布置230对准。例如，旋转致动器可以使第一孔组件222和第二孔组件226旋转以在一次带电粒子束的束路径中提供第一孔组件222或第二孔组件226。然后，x-y致动器台可以将多个开口与多极布置230对准。例如，x-y致动器台可经配置以使不同的孔阵列精确地对准到或靠近在应用于(虚拟)源放大的偏转器阵列中的单独偏转器的单独轴线。
根据可与本文所述的实施方式组合的一些实施方式，多极布置230包括两个或更多个多极。两个或更多个多极可以选自由以下组成的群组：偶极、四极、六极和八极。多极布置230可经配置以进行如下操作中的至少一个：使两个或更多个小束偏转、校正像差和选择性地消隐两个或更多个小束。两个或更多个多极可以基于功能进行选择。例如，八极配置可以用于校正像散和/或可以用于校正三倍束变形(threefold beam deformation)。特别地，八极电极布置可以用于消像散(stigmation)控制，但是也可产生六极场以校正三倍束变形。
在一些实现方式中，带电粒子束装置包括至少一个电压源。至少一个电压源可经配置以施加如下电压中的至少一个：到多极布置223的第一电压U偏转，用于偏转两个或更多个小束；第二电压U消像散，用于校正像差；和第三电压U消隐，用于选择性地消隐两个或更多小束。至少一个电压源可经配置以叠加第一电压、第二电压和第三电压中的至少两个电压。在图2的示例中，叠加第一电压U偏转和第二电压U消像散。
根据可与本文所述的其他实施方式组合的一些实施方式，多极布置包括两个或更多个多极级(也被称为“多极层”)。两个或更多个多极级可以沿着光轴在孔布置220与样品台和/或物镜之间连续地布置或堆叠。例如，两个或更多个多极级中的每个多极级可以包括两个或更多个多极，诸如偶极、四极、六极或八极。相应的多极可被提供而用于两个或更多个小束中的每一个。
在一些实现方式中，两个或更多个多极级包括具有两个或更多个第一多极的第一多极级和具有两个或更多个第二多极的第二多极级。在图2的示例中，第一电压U偏转和第二电压U消像散叠加并施加到第一多极级或层的两个或更多个第一多极。第三电压U消隐被施加到第二多极级或层的两个或更多个第二多极。
在一些实现方式中，第一多极级232可以包括用于偏转、像散和六极控制的八极布置。可选地，第一多极级232可经配置以用于例如通过将公共电压供应到八极的所有电极的聚焦校正。第二多极级234可被配置为小束消隐器。第二多极级234可以例如具有偶极布置(也可以是更高的多重架构)。第二多极级234可以实现一个或多个另外的功能，诸如两个或更多个小束的精细x-y对准。级或层之间的功能可以颠倒或不同地划分。另外的实例在图3至图6中图示。
根据可与本文所述的其他实施方式组合的一些实施方式，孔布置220(诸如孔板)和多极布置230(诸如图2中图示的双偏转器单元)可以作为单独模块提供。为了改变操作模式，只要替换孔即可。在所有操作模式中，接线和/或驱动器可以是相同的。
图3示出根据本文所述的另外的实施方式的带电粒子束装置的一部分的示意图。带电粒子束装置包括聚光透镜布置310、孔布置220和多极布置230。聚光透镜布置310具有单个聚光透镜。图3中图示的配置类似于图2的配置，并且类似或相同的元件的描述不再重复。
多极布置230包括具有两个或更多个第一多极的第一多极级232和具有两个或更多个第二多极的第二多极级234。在图3的示例中，第一电压U偏转和第二电压U消像散叠加并施加到第一多极级或层的两个或更多个第一多极。第三电压U消隐被施加到第二多极级或层的两个或更多个第二多极。另外，第四电压U聚焦被施加到第一多极级232。第一电压U偏转、第二电压U消像散和第四电压U聚焦可以叠加。可以提供第四电压U聚焦而用于聚焦控制。例如，第一多极级232可以具有用于偏转、像散和聚焦控制的八极布置。
图4示出根据本文所述的实施方式的带电粒子束装置的一部分的示意图。带电粒子束装置包括聚光透镜布置210、孔布置220和3级多极布置430。聚光透镜布置210是具有两个聚光透镜的聚光透镜系统。
根据可与本文所述的其他实施方式组合的一些实施方式，带电粒子束装置，特别是多极布置430，包括第一多极级、第二多极级和第三多极级。第一多极级、第二多极级和第三多极级可以沿着两个或更多个小束的束路径连续地布置。
根据可与本文所述的其他实施方式组合的一些实施方式，带电粒子束装置，特别是多极布置430，包括在多极级432和多极级434之间的聚焦透镜阵列440。例如，聚焦透镜阵列440可以是包括两个或更多个另外的多极的另一多极级(例如，第二多极级或第三多极级)。
在一些实现方式中，第一多极级、第二多极级和第三多极级彼此独立。例如，电压可独立地被施加到第一多极级、第二多极级和第三多极级中的每一个。第一多极级、第二多极级和第三多极级可以提供两个或更多个功能。两个或更多个功能可以分配在第一多极级、第二多极级和第三多极级之间。两个或更多个功能可以选自由以下组成的群组：小束偏转、像差校正、小束对准、场曲率校正、聚焦校正、精细聚焦校正、像散控制和小束消隐。
在图4的示例中，用于精细偏转以使束对准在透镜阵列(第二)级440的光轴上的电压U精细偏转和用于像散控制的电压U消像散叠加并施加到(第一)多极级432。透镜阵列的每个单独透镜可以具有光轴，相应的小束对准光轴。(第一)多极级432可以是八极级。第二级440可以是圆形电极阵列或多极阵列。
用于聚焦控制(例如，场曲率校正和/或精细聚焦)的电压U聚焦可以被施加到(第二)多极级，诸如聚焦透镜阵列440。(第二)多极级可以包括一个或多个圆形电极或具有可负责其他功能的公共电压的更高阶的多极，例如八极(由于第一多极级432中的预对准，小束轴上地通过单透镜)。
用于使小束朝向物镜偏转的电压U偏转和用于消隐小束的电压U消隐叠加并施加到(第三)多极级434。3个层可以形成单独的单透镜。
图5示出根据本文所述的实施方式的带电粒子束装置的一部分的示意图。带电粒子束装置包括聚光透镜布置210、孔布置220和1级多极布置530。聚光透镜布置210是具有没有交叉的两个聚光透镜的聚光透镜系统。
在图5的示例中，所有功能在一层中实现，例如，通过八极实现。例如，用于偏转两个或更多个小束的第一电压U偏转、用于校正像差的第二电压U消像散、以及用于选择性地消隐两个或更多个小束的第三电压U消隐被施加到单个级。第一电压、第二电压和第三电压可以叠加以提供相应功能。
图6示出根据本文所述的实施方式的带电粒子束装置的一部分的示意图。带电粒子束装置包括聚光透镜布置210、孔布置220和4级多极布置630。聚光透镜布置210是具有两个聚光透镜的聚光透镜系统。
根据可与本文所述的其他实施方式组合的一些实施方式，带电粒子束装置，特别是多极布置630，包括第一多极级632、第二多极级634、第三多极级636和第四多极级638。第一多极级632、第二多极级634、第三多极级636和第四多极级638可以沿着两个或更多个小束的束路径连续地布置。
在图6的示例中，用于精细偏转的电压U精细偏转被施加到第一多极级632。第二多极级634可以是聚焦透镜阵列。用于聚焦控制(例如，场曲率校正和/或精细聚焦)的电压U聚焦可以被施加到第二多极级634。用于使小束朝向物镜偏转的电压U偏转可以被施加到第三多极级636。用于消隐小束的电压U消隐可以被施加到第四多极级638。
图7示出根据本文所述的实施方式的用于操作带电粒子束装置的方法700的流程图。方法700可以使用本文所述的设备和系统来实现。
方法700包括在方框710中使用具有多个第一开口的第一孔组件以第一操作模式操作带电粒子束装置来产生带电粒子束的两个或更多个小束，并且在方框720中使用具有与多个第一开口不同的多个第二开口的第二孔组件以第二操作模式操作带电粒子束装置。
在一些实现方式中，第一操作模式使用第一聚光透镜激发装置，并且第二操作模式使用不同于第一聚光透镜激发装置的第二聚光透镜激发装置。第一操作模式和第二操作模式选自由以下组成的群组：样品成像操作、预充电操作和衰减时间检查。
根据本文所述的实施方式，用于操作带电粒子束装置的方法可以使用计算机程序、软件、计算机软件产品和相互关联的控制器进行，相互关联的控制器可以具有与带电粒子束装置的对应部件通信的CPU、存储器、用户界面和输入输出装置。
图8示出根据本文所述的实施方式的带电粒子束装置的操作模式，特别是电压对比度(voltage contrast)EBI。特别地，图示预充电和衰减时间检查。箭头801表示样本台的移动方向。点803表示具有优化的探针大小的测量/采样小束。点805表示洪泛(flooding)小束(大孔形成大探针电流)。通过点805，绝缘样品区域的表面被充电。情况(1)表明洪泛小束的基于样品上的泄漏的电压降。情况(2)表明洪泛小束没有电压降。
本公开内容的EBI多小束柱架构可以使用一个高亮度电子源、偏转器阵列、至少一个聚光透镜、一组可选择并且可对准的孔阵列和物镜。高亮度电子源可以提供足够均匀的发射角度来照射孔阵列。偏转器阵列实际上将一个电子源放大到至少两个源并且将放大的束导向物镜(例如，撞击在中心附近的物镜轴线、前焦点或物镜的无彗差点)。至少一个聚光透镜设在电子源与偏转器阵列之间以用于控制电子源的放大/缩小。一组可选择并且可对准的孔阵列以与在所述一个源和产生小束阵列的所述偏转器阵列之间的偏转器阵列的配置对应的配置提供。物镜将小束聚焦在样品表面上。
通过在由物镜和聚光透镜像差确定的相应的孔阵列组中选择适当的聚光器激发装置和孔大小，可以产生至少2种操作模式，其特征在于具有优化的(例如最大的)探针电流的特定小束探针大小。
本文所述的实施方式仅是可组合的可能配置的示例，并且部件/功能可以交换。根据本公开内容的带电粒子束装置特别包括4个单独部件：
1.在宽广角度上具有足够的恒定的角强度的高亮度电子源。
2.具有用于探针大小/探针电流调整的至少一个聚光器的聚光透镜系统。
3.用于虚拟地将电子源放大成至少两个电子源的阵列的束偏转器阵列模块，至少两个电子源的阵列由每个小束具有至少一个偶极以用于将小束导向公共物镜的至少一个层组成。
4.具有至少两个多孔阵列的单独的板，所述板具有与偏转器阵列模块相同的横向架构(距离、间距、几何布置)，而至少两个孔阵列具有不同的孔大小(孔洞)，并且具有孔阵列的板可移动以使得不同的孔阵列可以定位在偏转器模块的轴线上并且与偏转器模块的轴线对准。
可以选择单独阵列组中的孔，使得可以通过设定限定的聚光透镜放大率和使用由系统放大率和透镜像差(例如，球差和色差)限定的最佳物镜孔角度中的至少一种方式来实现预定义的小束孔探针大小中的最高电流密度。
由于光斑大小(spot size)选择/变化可以仅通过聚光透镜系统改变来执行，物镜的操作和物镜的基本光路(ray path)可以保持不变。用于源放大的偏转器模块可以将小束始终导向至物镜附近的相同的交叉点(例如，前焦点或无彗差点)。在样品表面上的小束的间距可以是恒定的(与探针大小无关)。另外，由于一次小束阵列配置是不变的，信号电子的检测是独立的。检测配置/架构(SE光学器件、检测器阵列)可以始终是相同的。
偏转器阵列配置/架构可以具有若干选项和部件/功能：
基本功能可以是小束朝向物镜的偏转。在此，可以提供至少一个径向偏转方向，这由偶极场执行。这可以通过偶极电极配置或任何更高的多极电极配置(如四极、六极、八极等)来实现。
为了补偿公差和偏差，可以通过两个单独的偶极电极、四极或更高阶的多极电极配置执行在两个方向中的偏转。
对于六极校正，可以使用具有6个电极的电极配置。然而，可以使用其他更高阶的多极电极配置。
对于小束消像散控制，可以使用2个正交四极场，这可以通过单独的2个四极、八极或更高阶的电极配置来实现。
在更高阶的效应影响小束性能的情况下，可以提供更高阶的多极校正元件。
为了将衍射功率(聚焦)添加到偏转器阵列中，可以整合圆形电极。然而，通过将恒定电压供应到所有电极，也可以通过任何其他(圆形)多极电极架构来实现此类圆形的透镜场。
前述功能可以在偏转器模块的不同的层中实现，或可以在一个或多个层中集合。例如，偏转和消像散控制可以组合在一个八极层中。可以基于系统稳定性需要和整个模块的可容许灵活度来选择有多少层和执行哪种功能组合。图6例如示出静态和动态(例如，消隐器)功能的分离。
偏转器模块的层结构可以例如在MEMS技术或半导体制造技术中通过堆叠单独元件或通过构建一个单元来实现。偏转器阵列和孔阵列布局可以是任何一维或二维配置，这对于尤其是支持特殊小束扫描方案的检查应用是可行的。
虽然前述内容针对的是本公开内容的实施方式，但是也可在不脱离本公开内容的基本范围的情况下设计本公开内容的其他和进一步的实施方式，并且本公开内容的范围由随附的权利要求书确定。

Claims (20)

1.一种带电粒子束装置，包括：
带电粒子源，经配置以发射带电粒子束；
聚光透镜布置；
孔布置，经配置以产生所述带电粒子束的两个或更多个小束，其中所述孔布置包括多个第一开口和与所述多个第一开口不同的多个第二开口；和
多极布置，经配置以作用在所述两个或更多个小束上，
其中所述孔布置经配置以使所述多个第一开口或所述多个第二开口与所述多极布置对准。
2.如权利要求1所述的带电粒子束装置，其中所述多个第一开口的直径不同于所述多个第二开口的直径。
3.如权利要求1所述的带电粒子束装置，其中所述孔布置包括至少第一孔板和第二孔板，所述第一孔板具有所述多个第一开口，所述第二孔板具有所述多个第二开口，并且其中所述带电粒子束装置进一步包括致动器组件，所述致动器组件经配置以移动所述第一孔板和所述第二孔板。
4.如权利要求3所述的带电粒子束装置，其中所述致动器组件包括旋转致动器，所述旋转致动器经配置以使所述第一孔板和所述第二孔板围绕旋转轴线旋转。
5.如权利要求4所述的带电粒子束装置，其中所述致动器组件包括x-y致动器台，所述x-y致动器台经配置以使所述多个第一开口或所述多个第二开口与所述多极布置对准。
6.如权利要求1至5中任一项所述的带电粒子束装置，其中所述聚光透镜布置包括单个聚光透镜或两个或更多个聚光透镜，并且其中所述聚光透镜布置经配置以提供具有交叉的束路径或没有交叉的束路径。
7.如权利要求1至5中任一项所述的带电粒子束装置，其中所述聚光透镜布置具有可调整的透镜激发装置以用于进行如下操作中的至少一个：改变焦距和改变所述多极布置的照射角度。
8.如权利要求1至5中任一项所述的带电粒子束装置，其中所述多极布置经配置以进行如下操作中的至少一个：使所述两个或更多个小束偏转、校正像差和选择性地消隐所述两个或更多个小束。
9.如权利要求8所述的带电粒子束装置，进一步包括至少一个电压源，其中所述至少一个电压源经配置以施加第一电压到所述多极布置以使所述两个或更多个小束偏转，施加第二电压以校正像差，和施加第三电压以选择性地消隐所述两个或更多个小束。
10.如权利要求9所述的带电粒子束装置，其中所述至少一个电压源经配置以叠加所述第一电压、所述第二电压和所述第三电压中的至少两个电压。
11.如权利要求1至5中任一项所述的带电粒子束装置，其中所述多极布置包括具有两个或更多个第一多极的第一多极级和具有两个或更多个第二多极的第二多极级。
12.如权利要求11所述的带电粒子束装置，进一步包括在所述第一多极级与所述第二多极级之间的聚焦透镜阵列。
13.如权利要求11所述的带电粒子束装置，其中所述多极布置包括具有两个或更多个第三多极的第三多极级。
14.如权利要求13所述的带电粒子束装置，其中所述第一多极级、所述第二多极级和所述第三多极级彼此独立。
15.如权利要求13所述的带电粒子束装置，其中所述第一多极级、所述第二多极级和所述第三多极级沿着所述两个或更多个小束的束路径连续地布置。
16.一种用于带电粒子束装置的孔布置，包括：
第一孔组件和第二孔组件，所述第一孔组件具有多个第一开口，所述第二孔组件具有多个第二开口，其中所述多个第一开口的直径不同于所述多个第二开口的直径；和
致动器组件，经配置以移动所述第一孔组件和所述第二孔组件。
17.如权利要求16所述的孔布置，其中所述孔布置根据权利要求1至5中任一项配置。
18.一种用于操作带电粒子束装置的方法，包括：
使用具有多个第一开口的第一孔组件以第一操作模式操作所述带电粒子束装置来产生带电粒子束的两个或更多个小束；和
使用具有与所述多个第一开口不同的多个第二开口的第二孔组件以第二操作模式操作所述带电粒子束装置。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述第一操作模式使用第一聚光透镜激发装置，并且所述第二操作模式使用不同于所述第一聚光透镜激发装置的第二聚光透镜激发装置。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述第一操作模式和所述第二操作模式选自由以下组成的群组：样品成像操作、预充电操作和衰减时间检查。
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