CN111183503A - 用于调节带电粒子的束状态的方法和设备 - Google Patents

用于调节带电粒子的束状态的方法和设备 Download PDF

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Abstract

公开了用于调节带电粒子的束状态的设备和方法。根据某些实施例，该设备包括在孔上方移位的一个或多个第一多极透镜，该一个或多个第一多极透镜被配置为调节穿过孔的带电粒子束的束电流。该设备还包括在孔下方移位的一个或多个第二多极透镜，该一个或多个第二多极透镜被配置为调节束的斑尺寸和斑形状中的至少一项。

Description

用于调节带电粒子的束状态的方法和设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年9月29日提交的美国申请62/566,149的优先权，并且其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及通过使用带电粒子来检查所制造的衬底，并且更具体地涉及用于调节带电粒子的束状态的方法和设备。
背景技术
分辨率低至小于纳米的带电粒子(例如，电子)束显微镜(诸如扫描电子显微镜(SEM)或透射电子显微镜(TEM))用作用于检查特征尺寸从亚微米到几纳米的IC组件的实用工具。利用SEM，可以将单个一次e束的电子或多个一次e束的电子聚焦在被检查的晶片的预定扫描位置处。一次电子与晶片相互作用，并且可能被反向散射，或者可能导致晶片发射二次电子，二次电子可以由一个或多个检测器收集并且用于构造晶片的图像。包括反向散射电子和二次电子的e束的强度可以基于晶片的内部和/或外部结构的特性而变化，并且因此指示晶片是否具有缺陷。
在很多应用情况下，为了通过电压对比来检查缺陷，在用一次电子检查晶片的区域之前，将带电粒子以被称为预充电的过程施加到该区域上，该过程有两个目的：首先，减少晶片表面上的电荷，该电荷会导致散焦和图像失真；其次，对晶片上的特征施加适当的电压，使得有缺陷和周围的无缺陷的特征在检查时表现不同。当前，预充电可以通过两种技术来实现：溢流和预扫描。
在溢流技术中，作为与主电子源分开的电子源的溢流枪用于在将晶片移动到溢流枪下方时提供相对大量的电子以对晶片上的预定义表面区域充电。在预扫描之后，将晶片移回到其原始位置，然后施加(多个)一次电子束以扫描预充电区域的一部分，以便对扫描区域成像。通常，溢流所需要的时间约为数分钟，而在预充电与成像之间切换所需要的时间约为数秒。显然，溢流技术耗时并且降低了系统吞吐量。
在预扫描技术中，(多个)一次束用于预充电和成像两者。具体地，在成像扫描之前，首先使用(多个)一次束预扫描要成像的晶片的区域，以便对晶片进行正或负预充电。与溢流技术相比，预扫描技术在预扫描与成像之间的切换时间相对较短。此外，由于仅使用一个电子源，因此可以精确地控制预扫描技术中的预充电区域。
当将预扫描技术用于预充电时，通常，一次电子的小束电流足以平衡表面充电的状态和/或形成针对具有低泄漏率的缺陷的电压对比。但是，具有高泄漏率的某些电缺陷(诸如铜互连中的薄空隙)需要大量电子来建立电荷以便被检测到。因此，有必要在预扫描期间施加较高的一次电子束电流以实现足够的预充电量。
发明内容
本公开的实施例涉及用于改变带电粒子的束状态的方法和设备。在一些实施例中，提供了一种设备。该设备包括在孔上方移位的一个或多个第一多极透镜，该一个或多个第一多极透镜被配置为调节穿过孔的带电粒子束的束电流。该设备还包括在孔下方移位的一个或多个第二多极透镜，该一个或多个第二多极透镜被配置为调节束的斑尺寸和斑形状中的至少一项。
在一些实施例中，提供了一种设备。该设备包括在孔上方移位的一个或多个第一非旋转轴对称透镜，该一个或多个第一非旋转轴对称透镜被配置为调节穿过孔的带电粒子束的束电流。该设备还包括在孔下方移位的一个或多个第二非旋转轴对称透镜，该一个或多个第二非旋转轴对称透镜被配置为调节束的斑尺寸或斑形状中的至少一项。
在一些实施例中，提供了一种方法。该方法包括由在孔上方移位的一个或多个第一多极透镜调节穿过孔的带电粒子束的束电流。该方法还包括由在孔下方移位的一个或多个第二多极透镜调节束的斑尺寸或斑形状中的至少一项。
在一些实施例中，提供了一种非暂态计算机可读介质。该非暂态计算机可读介质存储指令，这些指令在由一个或多个处理器执行时引起这些处理器执行方法，该方法包括：控制在孔上方移位的一个或多个第一多极透镜以调节穿过孔的带电粒子束的束电流；以及控制在孔下方移位的一个或多个第二多极透镜以调节束的斑尺寸或斑形状中的至少一项。
所公开的实施例的其他目的和优点将在下面的描述中部分地阐述，并且部分地从该描述中将变得很清楚，或者可以通过实施例的实施而获知。所公开的实施例的目的和优点可以通过权利要求中阐述的要素和组合来实现和获取。
应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述都只是示例性和解释性的，并不限制所要求保护的所公开的实施例。
附图说明
图1是示出与本公开的实施例相一致的示例性电子束检查(EBI)系统的示意图。
图2是示出与本公开的实施例相一致的可以是图1的示例性EBI系统的一部分的示例性电子束(e束)工具的示意图。
图3A是示出与本公开的实施例相一致的在图2的示例性e束工具中使用的四极透镜的示意图。
图3B是示出与本公开的实施例相一致的在图2的示例性e束工具中使用的四极透镜的示意图。
图4是示出与本公开的实施例相一致的由图2的示例性e束工具中包括的多极透镜调节的e束的示意图。
图5是与本公开的实施例相一致的图2的示例性e束工具中包括的控制器的框图。
图6是与本公开的实施例相一致的控制预扫描与图像扫描之间的e束状态的方法的流程图。
图7是与本公开的实施例相一致的在样品表面上的e束扫描图案的简化示意图。
图8是与本公开的实施例相一致的在图像扫描期间控制e束状态的方法的流程图。
图9是示出与本公开的实施例相一致的在图8的方法中打开和关闭多极透镜的时间序列的示意图。
具体实施方式
现在将详细参考示例性实施例，其示例在附图中示出。以下描述参考附图，其中除非另外表示，否则不同附图中的相同数字表示相同或相似的元素。在示例性实施例的以下描述中阐述的实现并不代表与本发明相一致的所有实现。相反，它们仅是与如所附权利要求中所述的与本发明有关的各方面相一致的设备和方法的示例。
本申请公开了用于调节带电粒子的束状态的设备和方法。所公开的设备和方法可以用在很多技术中，诸如在集成电路(IC)的制造过程中。如本公开中使用的，束状态是指带电粒子束的束电流、斑尺寸和斑形状中的一个或多个。带电粒子是指任何带正电或带负电的粒子，诸如电子、质子、带电分子、正或负离子等。仅出于说明的目的，以下描述假定带电粒子为电子。然而，本公开的原理和实施例可以等同地应用于其他类型的带电粒子。
如本文中使用的，除非另有明确说明，否则术语“或”涵盖所有可能的组合，除非不可行。例如，如果陈述数据库可以包括A或B，则除非另有明确说明或不可行，否则数据库可以包括A、或B、或A和B。作为第二示例，如果陈述数据库可以包括A、B或C，则除非另有说明或不可行，否则数据库可以包括A、或B、或C、或A和B、或A和C、或B和C、或A和B和C。
图1是示出与本公开的实施例相一致的示例性电子束检查(EBI)系统100的示意图。如图1所示，EBI系统100包括主腔室101、加载/锁定腔室102、电子束(e束)工具104和设备前端模块(EFEM)106。e束工具104位于主腔室101内。
EFEM 106包括第一加载端口106a和第二加载端口106b。EFEM 106可以包括(多个)附加加载端口。第一加载端口106a和第二加载端口106b可以容纳晶片前开口统一盒(FOUP)，该FOUP容纳要检查的晶片(例如，半导体晶片或由(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 106中的一个或多个机械臂(未示出)可以将晶片运送到加载/锁定腔室102。
加载/锁定腔室102连接到加载/锁定真空泵系统(未示出)，该系统去除加载/锁定腔室102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，一个或多个机械臂(未示出)可以将晶片从加载/锁定腔室102运送到主腔室101。主腔室101连接到主腔室真空泵系统(未示出)，该系统除去主腔室101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，将通过e束工具104检查晶片。
图2是示出与所公开的实施例相一致的示例性e束工具104的示意图。如图2所示，电子束工具104包括机动化载物台200和由机动化载物台200支撑以保持要检查的晶片203的晶片保持器202。电子束工具104还包括复合物镜204、电子检测器206(其包括电子传感器表面206a和206b)、物镜孔208、聚光镜210、束限制孔212、枪孔214，阳极216和阴极218，其中的一个或多个可以与e束工具104的光轴270对准。
在一些实施例中，复合物镜204可以包括改进的摆动物镜延迟浸没透镜(SORIL)，该SORIL包括极靴204a、控制电极204b、偏转器或一组偏转器204c、以及励磁线圈204d。e束工具104可以附加地包括能量色散X射线光谱仪(EDS)检测器(未示出)以表征晶片上的材料。
通过在阳极216与阴极218之间施加电压，从阴极218发射一次电子束220。一次电子束220穿过枪孔214和束限制孔212，枪孔214和束限制孔212都可以确定进入聚光透镜210的电子束的电流，聚光透镜210位于束限制孔212下方。聚光透镜210在束进入物镜孔208之前聚焦一次电子束220以设置电子束进入复合物镜204之前的电流。
复合物镜204可以将一次电子束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。(多个)偏转器204c偏转一次电子束220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(多个)偏转器204c以在不同时间点将一次电子束220依次偏转到晶片203的顶表面的不同位置上，以提供用于晶片203的不同部分的图像重构的数据。此外，还可以控制偏转器204c以将一次电子束220在不同时间点在特定位置偏转到晶片203的不同侧上，以提供用于该位置处的晶片结构的立体图像重构的数据。此外，在一些实施例中，阳极216和阴极218可以被配置为生成多个一次电子束220，并且电子束工具104可以包括多个偏转器204c以将多个一次电子束220同时投射到晶片203的不同部分/侧。
当将电流施加到励磁线圈204d上时，将在晶片表面区域中生成轴对称(即，围绕光轴270对称)的磁场。可以将被一次电子束220扫描的晶片203的一部分浸没在磁场中。将不同的电压施加到晶片203、磁性物镜204a和控制电极204b上，以在晶片表面附近生成轴对称的延迟电场。该电场减小了在一次电子束220与晶片203碰撞之前在晶片表面附近撞击一次电子束220的能量。与极靴204a电隔离的控制电极204b控制晶片上的轴对称电场，以防止晶片的微电弧作用并且通过轴对称的磁场确保适当的束聚焦在晶片表面处。
二次电子束230可以在接收一次电子束220时从晶片203的一部分发射。二次电子束230可以被电子检测器206的传感器表面206a和206b接收。电子检测器206可以生成表示二次电子束230的强度的信号(例如，电压、电流等)，并且将该信号提供给处理系统(图2中未示出)。二次电子束230的强度可以根据晶片203的外部和/或内部结构而变化。此外，如上所述，一次电子束220可以被投射到晶片203的顶表面的不同位置和/或晶片203的不同侧的特定位置，以生成不同强度的二次电子束230。因此，通过将二次电子束230的强度与晶片203的位置映射，处理系统可以重构反映晶片203的内部和/或外部结构的图像。
如上所述，当使用预扫描技术对晶片203进行预充电时，可能需要在预扫描与图像扫描之间频繁地调节一次电子的束电流(例如，增加一次电子的束电流以便对具有高泄漏率的电缺陷进行预充电)。这可以通过调节聚光透镜210的强度来实现。具体地，参考图2，聚光透镜210可以用于改变一次电子束220的外轮廓，从而改变穿过物镜孔208的一次电子的数量。
与所公开的实施例相一致，聚光透镜210可以是磁性的或静电的。一方面，如果聚光透镜210是磁性透镜，则可以通过改变聚光透镜210的励磁电流来调节聚光透镜210的强度。但是，与电压相比，励磁电流变化缓慢并且由于来自磁性透镜的本体和线圈的大电感而不稳定。此外，磁性透镜具有迟滞问题，这将在施加相同的激励电流时使磁场不同。在扫描晶片时，这将导致一次束散焦。另一方面，如果聚光透镜210是静电圆形透镜，则可能需要大电压(例如，几千伏)以使大部分一次电子穿过物镜孔208。在这样的大电压与零电压之间切换很耗时。因此，如果需要e束工具104的高产量，则聚光透镜210(无论是磁性透镜还是静电透镜)都可能不适用于控制预充电。
为了避免与聚光透镜210相关联的上述限制，本结构提供了用于使用多极透镜来控制一次电子的束状态的各种结构和方法。如图2所示，e束工具104可以包括在一次电子的源(即，阴极218)与物镜孔208之间的一个或多个多极透镜(例如，多极透镜240和/或多极透镜242)。另外，e束工具104可以包括在物镜孔208与晶片203之间的一个或多个多极透镜(例如，多极透镜250和/或多极透镜252)。多极透镜与光轴270对准。
本公开中使用的多极透镜可以是可以沿光轴270生成高次谐波电场或磁场的任何类型的透镜。例如，所公开的多极透镜可以包括四极透镜、八极透镜等中的一种或多种。此外，多极透镜可以包括由多个电极形成的至少一个静电透镜、由多个螺线管线圈或电磁体形成的至少一个电磁多极透镜。
图3A是示出根据本公开的示例性实施例的在e束工具104中使用的四极透镜310的俯视图的示意图。参考图3A，四极透镜310包括四个分段312a-312d。例如，四极透镜310可以用作e束工具104(图2)中的多极透镜240、242、250和252之一。分段312a-312d可以围绕光轴270对称地布置。当四极透镜310是静电四极透镜时，分段312a-312d是电极。例如，可以将正电压“+V”施加到电极312a和312c，并且可以将负电压“-V”施加到电极312b和312d。这样，分段312a-312d可以产生围绕光轴270对称地分布的四极电场。当四极透镜310是磁性四极透镜时，分段312a-312d是螺线管线圈或电磁体。通过控制螺线管线圈中的电流方向，分段312a-312d可以产生围绕光轴270对称地分布的四极磁场。
本公开中使用的多极透镜可以具有任何合适的形状。图3B是示出根据本公开的示例性实施例的在e束工具104中使用的四极透镜320的俯视图的示意图。参考图3B，四极透镜320包括四个分段322a-322d。例如，四极透镜320可以用作e束工具104(图2)中的多极透镜240、242、250和252之一。分段312a-312d可以围绕光轴270对称地布置。如图3A和图3B所示，四极透镜310被配置为凹四极透镜，而四极透镜320被配置为凸四极透镜。
图4是示出与本公开的实施例相一致的由e束工具104中包括的多极透镜调节的e束的示意图。参考图4，多极透镜240、242设置在物镜孔208上方，并且因此在本公开中也称为孔前多极透镜。在一些实施例中，多极透镜240、242可以设置在聚光透镜210下方，聚光透镜210在电子束进入多极透镜240、242之前汇聚一次电子束220。图4示出了一次电子束220的外轮廓。如外轮廓所示，当多极透镜240、242被打开时，可以产生一个或多个多极场以进一步聚焦一次电子束220，从而允许更多的一次电子穿过物镜孔208，而不会改变聚光透镜210的设置。此外，可以调节一个或多个多极场的强度以改变穿过孔208的一次电子的数量。这样，多极透镜240、242可以在不改变聚光透镜210的设置的情况下调节允许被投射到晶片203上的一次电子束220的束电流。
仍然参考图4，多极透镜250、252设置在物镜孔208下方，并且因此在本公开中也称为孔后多极透镜。在一些实施例中，多极透镜250、252可以设置在复合物镜204上方。当多极透镜250、252被打开时，可以产生一个或多个多极场以在电子束进入复合物镜204之前聚焦一次电子束220。这样，可以在不改变物镜204的设置的情况下在晶片表面处改变一次电子束220的直径并且从而改变探测斑222的尺寸。
此外，多极透镜250、252的多极场围绕光轴270不是旋转对称的。具体地，多极场(例如，四极场)可以在电子束的一个横向方向上聚焦一次电子束220，而在一次电子束220的另一横向方向上使其散焦。因此，可以通过由多极透镜250、252生成的一个或多个多极场来改变一次电子束220的横截面的形状并且从而改变探测斑222的点形状。
尽管图2和图4示出了两个孔前多极透镜240、242和两个孔后多极透镜250、252，但是本公开不限制在e束工具中使用的孔前多极透镜的数目和孔后多极透镜的数目。例如，在一些实施例中，e束工具104可以仅包括一个孔前多极透镜，而在一些其他实施例中，e束工具104可以包括多于两个孔前多极透镜。
此外，虽然图2和图4示出了e束工具104使用单个一次电子束，但是可以预期，e束工具104也可以是使用多个一次电子束的多束检查工具。本申请不限制在e束工具104中使用的一次电子束的数目。
此外，本公开中描述的原理和实施例可以应用于能够生成围绕e束工具的光轴的非旋转轴对称场的任何透镜。上述多极磁场/电场是非旋转轴对称场的一个示例。如本公开中使用的，非旋转轴对称透镜是指能够围绕轴生成非旋转轴对称场的透镜。
如上所述，可以打开多极透镜240、242以改变一次电子束220的束电流，并且可以打开多极透镜250、252以改变探测斑222的斑尺寸或斑形状中的至少一项。此外，可以通过改变这些多极透镜的输入电压或电流来调节由多极透镜240、242、250、252生成的多极场的强度，从而精确地控制束电流、斑尺寸和/或斑形状。参考图2，在所公开的实施例中，e束工具104还可以包括被配置为控制多极透镜240、242、250、252的输入电压或电流的控制器260。
控制器260可以采取很多形式，包括例如基于计算机的系统、基于微处理器的系统、微控制器、嵌入式系统(例如，固件)或任何其他合适的控制电路或系统。在一些实施例中，控制器260特别地配置有用于在设定时间打开/关闭多极透镜240、242、250、252的硬件和/或软件模块，并且控制器260精确地控制或调节多极透镜240、242、250、252的输入电压/电流。图5是与所公开的实施例相一致的控制器260的框图。参考图5，控制器260可以包括存储器510、处理器520和输入/输出(I/O)接口530。
处理器520可以包括被配置为允许控制器260根据所公开的实施例起作用的专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)和逻辑电路中的一种或多种。处理器520可以被配置为经由例如I/O接口530生成和传输控制信号以打开/关闭或调节e束工具104中的一个或多个多极透镜的输入电压/电流。
在操作中，处理器520可以执行存储在存储器510中的计算机指令/逻辑。存储器510可以包括任何适当类型的存储介质。存储器510可以包括非暂态计算机可读存储介质，非暂态计算机可读存储介质包括用于由处理器520可执行的应用或方法的指令。例如，该非暂态计算机可读存储介质可以是只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存、存储芯片(或集成电路)等。
I/O接口530可以包括允许控制器260与其他系统和设备通信的一个或多个数字和/或模拟通信设备。例如，I/O接口530可以从处理器520接收一个或多个控制信号，并且将控制信号发送给继电器以打开/关闭多极透镜240、242、250、252。
如上所述，当使用预扫描技术对晶片203进行预充电时，一次电子束用于执行晶片的预扫描和成像两者。图6是与本公开的实施例相一致的在样品的预扫描与图像扫描之间控制电子束状态的方法600的流程图。例如，方法600可以用于控制e束工具(例如，图2所示的e束104)中的一次电子束的束状态。由e束工具检查的样品可以是半导体晶片(例如，晶片203)。e束工具包括位于孔(例如，e束工具104中的物镜孔208)上游或上方的一个或多个孔前多极透镜(例如，e束工具104中的孔240、242)以及位于孔下游或下方的一个或多个孔后透镜(例如，e束工具104中的孔250、252)。孔前和孔后多极透镜围绕e束工具的光轴(例如，e束工具的光轴270)设置。在打开之后，孔前和孔后多极透镜可以生成一个或多个多极场。孔前和孔后多极透镜可以由控制器(例如，e束工具104中的控制器260)打开/关闭。此外，控制器可以被配置为通过调节孔前和孔后多极透镜的输入电压和/或输入电流来控制多极场的强度。参考图6，方法600包括以下步骤。
在步骤610中，在对样品进行预充电期间，e束工具打开孔前多极透镜以调节穿过孔208的一次电子束的束电流。如上所述，预扫描和图像扫描可能需要不同的束电流。例如，可能需要一次电子束的更高的束电流以对具有高泄漏率的缺陷进行预充电。这样，可以打开孔前多极透镜以增加投射到样品上的一次电子束的束电流。
在步骤620中，e束工具打开孔后多极透镜以调节一次电子束的斑尺寸和/或斑形状，即由样品表面上的一次电子束形成的探测斑的尺寸和/或形状。例如，可以减小一次电子束的斑尺寸，从而可以增加探测斑中的电荷密度以满足对具有高泄漏率的缺陷进行预充电的需要。又例如，即使样品没有具有高泄漏率的缺陷，也可以组合孔前多极透镜和孔后多透镜以同时增加束电流和斑尺寸，使得一次电子束可以覆盖样品的更大面积并且缩短预充电时间。这样，可以提高e束工具的吞吐量。又例如，可以根据预扫描区域中的特征或缺陷的特定类型来调节一次电子束的斑形状。
如上所述，可以精确地控制孔前和孔后多极透镜的强度。这样，与所公开的实施例相一致，e束工具可以根据不同类型的样品和/或样品上的不同类型的缺陷的特定预扫描需求来调节孔前和孔后多极透镜的强度以改变束电流、斑尺寸和/或斑形状，而无需改变聚光镜或物镜的设置。
在步骤630中，e束工具预扫描样品。在一些实施例中，机动化载物台(例如，e束104中的载物台200)可以在一次电子束下方移位样品，以允许一次电子束预扫描样品的预定义区域。替代地或同时地，一次电子束可以通过偏转器或一组偏转器(例如，偏转器204c)被偏转以预扫描预定义表面区域。在该步骤中，一次束电流和探测斑由聚光透镜210、复合物镜204、孔前多极透镜和孔后多极透镜控制。
在步骤640中，在对样品的预定义区域进行预扫描之后，e束工具关闭孔前多极透镜和/或孔后多极透镜，以将一次电子束的束电流、斑尺寸、和/或斑形状改变回到适合于图像扫描的束电流、斑尺寸、和/或斑形状。在一些实施例中，代替完全关闭多极透镜，e束工具可以减小或增加孔前和孔后多极透镜中的一个或多个的强度，以使束状态满足图像扫描的要求。
在步骤650中，电子束对样品的预定义区域执行图像扫描。在对预定义区域进行成像之后，方法600返回到步骤610，以对样品的下一预定义区域进行预扫描和图像扫描。通过方法600的多次迭代，可以对整个样品进行预充电和成像。
与所公开的实施例相一致，由孔前和孔后多极透镜生成的多极场可以快速改变。例如，如上所述，静电圆形透镜可能需要数千伏特以增加用于预扫描的束电流。相反，为了获取相同的束电流，电多极透镜可能仅需要数百伏特量级的电压。这样，多极场可以在几微秒内快速打开/关闭或增加/减小。因此，减少了在预扫描与图像扫描之间切换所需要的时间，并且增加了e束工具的吞吐量。
除了在预充电与图像扫描之间提供束状态的快速切换，在其他使用情况下，也可以使用孔前和孔后多极透镜来改变束状态。图7是与本公开的实施例相一致的在样品表面上的e束扫描图案的简化示意图。图7示出了样品表面700上的多个扫描线710和多个回扫线720。扫描线710和回扫线720表示由一次电子束在样品表面上形成的探测斑的移动路径。在样品的成像期间，每个扫描操作(由扫描线710表示)之后是立即束回扫操作(由回扫线720表示)。束回扫时段被定义为两条扫描线710之间的时间间隔。在束回扫时段期间，探测斑从先前形成的成像扫描线710的端点指向要形成的下一成像扫描线的起点。在束回扫时段期间不执行图像扫描操作。
图8是与本公开的实施例相一致的在用带电粒子对样品成像期间控制e束状态的方法800的流程图。例如，方法800可以用于控制由一个或多个孔前多极透镜和/或一个或多个孔后多极透镜组成的e束工具(例如，图2所示的e束104)中的一次电子束的束状态。参考图8，方法800包括以下步骤。
在步骤810中，e束工具在样品表面上扫描扫描线。扫描操作可以通过以下方式来执行：使一次电子束在样品表面上方偏转，在一次电子束下方移动样品，或其组合。在每个扫描线的扫描期间，晶片表面处的一次束电流和探测斑由聚光镜(例如，e束工具104中的聚光镜210)和物镜复合镜(例如，e束工具104中的物镜复合镜204)控制。
在步骤820中，在扫描线操作完成之后，e束工具打开一个或多个孔前多极透镜以调节投射到样品表面上的一次电子束的束电流。步骤820类似于步骤610。例如，由孔前多极透镜生成的多极场可以增加束电流。
在步骤830中，e束工具打开一个或多个孔后多极透镜以调节由样品表面上的一次电子束形成的探测斑的斑尺寸和/或斑形状。步骤830类似于步骤620。例如，由孔后多极透镜生成的多极场可以使一次电子束散焦，即，扩大样品表面上的探测斑。
在步骤840中，e束工具回扫一次电子束。类似于预扫描(步骤630)，具有已调节束状态的一次电子束可以用于维持或增加样品表面上的充电水平，从而增强样品的电压对比度。
在步骤850中，在回扫时段结束时，e束工具关闭孔前和/或孔后多极透镜以使束状态返回到用于扫描操作的状态。然后，方法800可以返回到步骤810以扫描下一扫描线。通过方法800的多次迭代，可以对整个样品进行成像。
如上所述，因为可以快速地打开/关闭或调节前孔和孔后多极透镜的多极场，所以可以使用于在扫描操作与回扫操作之间切换束状态的时间最小化。
图9是示出与所公开的实施例相一致的在执行方法800期间打开和关闭多极透镜的时序的示意图。在所示示例中，多极透镜是电多极透镜。参考图9，“T1”是指束扫描时段，“T2”是指束回扫时段。在每个束扫描时段T1期间，电多极透镜关闭。在每个束回扫时段T2期间，电多极透镜打开，即，向电多极透镜的相应电极施加正电压+V和负电压-V。如图9所示，可以在几乎没有延迟的情况下在图像扫描与束回扫之间打开/关闭电多极透镜。
可以使用以下条款进一步描述实施例：
1.一种设备，包括：
一个或多个第一多极透镜，在孔上方移位，所述一个或多个第一多极透镜被配置为调节穿过所述孔的带电粒子束的束电流；以及
一个或多个第二多极透镜，在所述孔下方移位，所述一个或多个第二多极透镜被配置为调节所述束的斑尺寸和斑形状中的至少一项。
2.根据条款1所述的设备，还包括：
控制器，被配置为控制由所述一个或多个第一多极透镜或所述一个或多个第二多极透镜中的至少一项生成的多极场的强度。
3.根据条款2所述的设备，其中所述控制器还被配置为：
在样品的预扫描期间，操作所述一个或多个第一多极透镜以允许第一束电流穿过所述孔；以及
当在所述样品的图像扫描期间所述束扫描扫描线时，操作所述一个或多个第一多极透镜以允许第二束电流穿过所述孔，所述第一束电流不同于所述第二束电流。
4.根据条款2所述的设备，其中所述控制器还被配置为：
当在样品的图像扫描期间所述束扫描扫描线时，操作所述一个或多个第一多极透镜以允许第一束电流穿过所述孔；以及
当在所述样品的所述图像扫描期间所述束在两条扫描线之间回扫时，操作所述一个或多个第一多极透镜以允许第二束电流穿过所述孔，所述第二束电流不同于所述第一束电流。
5.根据条款2至4中任一项所述的设备，其中所述控制器还被配置为：
在样品的预扫描期间，打开所述一个或多个第一多极透镜；以及
当在所述样品的图像扫描期间所述束扫描扫描线时，关闭所述一个或多个第一多极透镜。
6.根据条款2至5中任一项所述的设备，其中所述控制器还被配置为：
当在样品的图像扫描期间所述束扫描扫描线时，关闭所述一个或多个第一多极透镜；以及
当在所述样品的所述图像扫描期间所述束在两条扫描线之间回扫时，打开所述一个或多个第一多极透镜。
7.根据条款2至6中任一项所述的设备，其中所述控制器还被配置为：
在样品的预扫描期间，操作所述一个或多个第二多极透镜以在所述样品上形成第一束斑；以及
当在所述样品的图像扫描期间所述束扫描扫描线时，操作所述一个或多个第二多极透镜以在所述样品上形成第二束斑，所述样品上的所述第一束斑和所述第二束斑具有不同的尺寸。
8.根据条款2至6中任一项所述的设备，其中所述控制器还被配置为：
当在样品的图像扫描期间所述束扫描扫描线时，操作所述一个或多个第二多极透镜以在所述样品上形成第一束斑；以及
当在所述样品的所述图像扫描期间所述束在两条扫描线之间回扫时，操作所述一个或多个第二多极透镜以在所述样品上形成第二束斑，所述样品上的所述第一束斑和所述第二束斑具有不同的尺寸。
9.根据条款2至8中任一项所述的设备，其中所述控制器还被配置为：
在样品的预扫描期间，打开所述一个或多个第二多极透镜；以及
当所述束扫描所述样品时，关闭所述一个或多个第二多极透镜。
10.根据条款2到9中任一项所述的设备，其中所述控制器还被配置为：
当在样品的图像扫描期间所述束扫描扫描线时，关闭所述一个或多个第二多极透镜；以及
当在所述样品的所述图像扫描期间所述束在两条扫描线之间回扫时，打开所述一个或多个第二多极透镜。
11.根据条款2至10中任一项所述的设备，其中：
所述一个或多个第一多极透镜和所述一个或多个第二多极透镜中的至少一项是静电多极透镜；以及
所述控制器还被配置为通过向所述静电多极透镜施加数百伏量级的电压来打开所述静电多极透镜。
12.根据条款1至10中任一项所述的设备，其中所述一个或多个第一多极透镜和所述一个或多个第二多极透镜中的至少一项是由多个电极形成的静电多极透镜。
13.根据条款1至10中任一项所述的设备，其中所述一个或多个第一多极透镜和所述一个或多个第二多极透镜中的至少一项是由多个螺线管线圈形成的电磁多极透镜。
14.根据条款1至13中任一项所述的设备，还包括：
粒子源，被配置为生成带电粒子束。
15.根据条款1至14中任一项所述的设备，还包括：
在所述一个或多个第一多极透镜上方移位的聚光镜，所述聚光镜配置为汇聚所述束。
16.根据条款1至15中任一项所述的设备，还包括：
在所述一个或多个第二多极透镜下方移位的偏转器或一组偏转器，所述偏转器或所述一组偏转器被配置为使所述束在样品的表面上偏转。
17.根据条款16所述的设备，其中所述偏转器还被配置为根据预定图案使所述束在所述样品的表面上偏转。
18.根据条款1至17中任一项所述的设备，还包括：
在所述一个或多个第二多极透镜下方移位的复合物镜，所述复合物镜配置为生成轴对称磁场和轴对称静电场，其中所述轴对称磁场和所述轴对称静电场聚焦所述束。
19.根据条款1至18中任一项所述的设备，还包括：
可移动台，被配置为支撑和移动样品。
20.根据条款1至19中任一项所述的设备，其中所述一个或多个第一多极透镜和所述一个或多个第二多极透镜包括至少一个四极或八极透镜。
21.一种设备，包括：
一个或多个第一非旋转轴对称透镜，在孔上方移位，所述一个或多个第一非旋转轴对称透镜被配置为调节穿过所述孔的带电粒子束的束电流；以及
一个或多个第二非旋转轴对称透镜，在所述孔下方移位，所述一个或多个第二非旋转轴对称透镜被配置为调节所述束的斑尺寸或斑形状中的至少一项。
22.根据条款21所述的设备，其中所述一个或多个第一非旋转轴对称透镜和所述一个或多个第二非旋转轴对称透镜中的至少一项是由围绕所述带电粒子束的路径对称地分布的多个电极形成的静电透镜。
23.根据条款22所述的设备，还包括：
控制器，被配置为通过向所述静电透镜施加数百伏量级的电压来打开所述静电透镜。
24.根据条款21所述的设备，其中所述一个或多个第一非旋转轴对称透镜和所述一个或多个第二非旋转轴对称透镜中的至少一项是由围绕所述带电粒子束的路径对称地分布的多个螺线管线圈形成的电磁透镜。
25.一种方法，包括：
由在孔上方移位的一个或多个第一多极透镜调节穿过所述孔的带电粒子束的束电流；以及
由在所述孔下方移位的一个或多个第二多极透镜调节所述束的斑尺寸或斑形状中的至少一项。
26.根据条款25所述的方法，其中调节穿过所述孔的所述束电流包括：
调节由所述一个或多个第一多极透镜中的至少一项生成的多极场的强度。
27.根据条款25和26中任一项所述的方法，其中调节穿过所述孔的所述束电流包括：
在样品的预扫描期间，由所述一个或多个第一多极透镜允许第一束电流穿过所述孔；以及
当在所述样品的图像扫描期间所述束扫描扫描线时，由所述一个或多个第一多极透镜允许第二束电流穿过所述孔，所述第一束电流不同于所述第二束电流。
28.根据条款25和26中任一项所述的方法，其中调节穿过所述孔的所述束电流包括：
当在样品的图像扫描期间所述束扫描扫描线时，由所述一个或多个第一多极透镜允许第一束电流穿过所述孔；以及
当在所述样品的所述图像扫描期间所述束在两条扫描线之间回扫时，由所述一个或多个第一多极透镜允许第二束电流穿过所述孔，所述第二束电流不同于所述第一束电流。
29.根据条款25至28中任一项所述的方法，其中调节穿过所述孔的所述束电流包括：
在样品的预扫描期间，打开所述一个或多个第一多极透镜；以及
当所述束扫描所述样品时，关闭所述一个或多个第一多极透镜。
30.根据条款25至29中任一项所述的方法，其中调节穿过所述孔的所述束电流包括：
当在样品的图像扫描期间所述束扫描扫描线时，关闭所述一个或多个第一多极透镜；以及
当在所述样品的所述图像扫描期间所述束在两条扫描线之间回扫时，打开所述一个或多个第一多极透镜。
31.根据条款25至30中任一项所述的方法，其中调节所述束的所述斑尺寸或所述斑形状中的至少一项包括：
调节由所述一个或多个第二多极透镜中的至少一项生成的多极场的强度。
32.根据条款25至31中任一项所述的方法，其中调节所述束的所述斑尺寸或所述斑形状中的至少一项包括：
在样品的预扫描期间，由所述一个或多个第二多极透镜在所述样品上形成第一束斑；以及
当在所述样品的图像扫描期间所述束扫描扫描线时，由所述一个或多个第二多极透镜在所述样品上形成第二束斑，所述样品上的所述第一束斑和所述第二束斑具有不同的尺寸。
33.根据条款25至31中任一项所述的方法，其中调节所述束的所述斑尺寸或所述斑形状中的至少一项包括：
当在样品的图像扫描期间所述束扫描扫描线时，由所述一个或多个第二多极透镜在所述样品上形成第一束斑；以及
当在所述样品的所述图像扫描期间所述束在两条扫描线之间回扫时，由所述一个或多个第二多极透镜在所述样品上形成第二束斑，所述样品上的所述第一束斑和所述第二束斑具有不同的尺寸。
34.根据条款25至33中任一项所述的方法，其中调节所述束的所述斑尺寸或所述斑形状中的至少一项包括：
在样品的预扫描期间，打开所述一个或多个第二多极透镜；以及
当所述束扫描所述样品时，关闭所述一个或多个第二多极透镜。
35.根据条款25至34中任一项所述的方法，其中调节所述束的所述斑尺寸或所述斑形状中的至少一项包括：
当在样品的图像扫描期间所述束扫描扫描线时，关闭所述一个或多个第二多极透镜；以及
当在所述样品的所述图像扫描期间所述束在两条扫描线之间回扫时，打开所述一个或多个第二多极透镜。
36.根据条款25至35中任一项所述的方法，其中：
所述一个或多个第一多极透镜和所述一个或多个第二多极透镜中的至少一项是静电多极透镜；以及
所述方法还包括通过向所述静电多极透镜施加数百伏量级的电压来打开所述静电多极透镜。
37.根据条款25至36中任一项所述的方法，其中所述一个或多个第一多极透镜和所述一个或多个第二多极透镜包括至少一个四极或八极透镜。
38.一种存储指令的非暂态计算机可读介质，所述指令在由一个或多个处理器执行时引起所述处理器执行方法，所述方法包括：
控制在孔上方移位的一个或多个第一多极透镜以调节穿过所述孔的带电粒子束的束电流；以及
控制在所述孔下方移位的一个或多个第二多极透镜以调节所述束的斑尺寸或斑形状中的至少一项。
39.根据条款38所述的非暂态计算机可读介质，其中控制所述一个或多个第一多极透镜包括：
调节由所述一个或多个第一多极透镜中的至少一项生成的多极场的强度。
40.根据条款38和39中任一项所述的非暂态计算机可读介质，其中控制所述一个或多个第一多极透镜包括：
在样品的预扫描期间，控制所述一个或多个第一多极透镜以允许第一束电流穿过所述孔；以及
当在所述样品的图像扫描期间所述束扫描扫描线时，控制所述一个或多个第一多极透镜以允许第二束电流穿过所述孔，所述第一束电流高于所述第二束电流。
41.根据条款38和39中任一项所述的非暂态计算机可读介质，其中控制所述一个或多个第一多极透镜包括：
当在样品的图像扫描期间所述束扫描扫描线时，控制所述一个或多个第一多极透镜以允许第一束电流穿过所述孔；以及
当在所述样品的所述图像扫描期间所述束在两条扫描线之间回扫时，控制所述一个或多个第一多极透镜以允许第二束电流穿过所述孔，所述第二束电流不同于所述第一束电流。
42.根据条款38至41中任一项所述的非暂态计算机可读介质，其中控制所述一个或多个第一多极透镜包括：
在样品的预扫描期间，打开所述一个或多个第一多极透镜；以及
当所述束扫描所述样品时，关闭所述一个或多个第一多极透镜。
43.根据条款38至42中任一项所述的非暂态计算机可读介质，其中控制所述一个或多个第一多极透镜包括：
当在样品的图像扫描期间所述束扫描扫描线时，关闭所述一个或多个第一多极透镜；以及
当在所述样品的所述图像扫描期间所述束在两条扫描线之间回扫时，打开所述一个或多个第一多极透镜。
44.根据条款38至43中任一项所述的非暂态计算机可读介质，其中控制所述一个或多个第二多极透镜包括：
调节由所述一个或多个第二多极透镜中的至少一项生成的多极场的强度。
45.根据条款38至44中任一项所述的非暂态计算机可读介质，其中控制所述一个或多个第二多极透镜包括：
在样品的预扫描期间，控制所述一个或多个第二多极透镜以在所述样品上形成第一束斑；以及
当在所述样品的图像扫描期间所述束扫描扫描线时，控制所述一个或多个第二多极透镜以在所述样品上形成第二束斑，所述样品上的所述第一束斑和所述第二束斑具有不同的尺寸。
46.根据条款38至44中任一项所述的非暂态计算机可读介质，其中控制所述一个或多个第二多极透镜包括：
当在样品的图像扫描期间所述束扫描扫描线时，控制所述一个或多个第二多极透镜以在所述样品上形成第一束斑；以及
当在所述样品的所述图像扫描期间所述束在两条扫描线之间回扫时，控制所述一个或多个第二多极透镜以在所述样品上形成第二束斑，所述样品上的所述第一束斑和所述第二束斑具有不同的尺寸。
47.根据条款38至46中任一项所述的非暂态计算机可读介质，其中控制所述一个或多个第二多极透镜包括：
在样品的预扫描期间，打开所述一个或多个第二多极透镜；以及
当所述束扫描所述样品时，关闭所述一个或多个第二多极透镜。
48.根据条款38至47中任一项所述的非暂态计算机可读介质，其中控制所述一个或多个第二多极透镜包括：
当在样品的图像扫描期间所述束扫描扫描线时，关闭所述一个或多个第二多极透镜；以及
当在所述样品的所述图像扫描期间所述束在两条扫描线之间回扫时，打开所述一个或多个第二多极透镜。
49.根据条款38至48中任一项所述的非暂态计算机可读介质，其中：
所述一个或多个第一多极透镜和所述一个或多个第二多极透镜中的至少一项是静电多极透镜；以及
所述方法还包括通过向所述静电多极透镜施加数百伏量级的电压来打开所述静电多极透镜。
应当理解，本发明不限于上面已经描述并且在附图中示出的确切构造，并且在不脱离本发明范围的情况下可以进行各种修改和改变。意图在于，本发明的范围应当仅由所附权利要求书限制。

Claims (15)

1.一种设备，包括：
一个或多个第一多极透镜，在孔上方移位，所述一个或多个第一多极透镜被配置为调节穿过所述孔的带电粒子束的束电流；以及
一个或多个第二多极透镜，在所述孔下方移位，所述一个或多个第二多极透镜被配置为调节所述束的斑尺寸和斑形状中的至少一项。
2.根据权利要求1所述的设备，还包括：
控制器，被配置为控制由所述一个或多个第一多极透镜或所述一个或多个第二多极透镜中的至少一项生成的多极场的强度。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述控制器还被配置为：
在样品的预扫描期间，操作所述一个或多个第一多极透镜以允许第一束电流穿过所述孔；以及
当在所述样品的图像扫描期间所述束扫描扫描线时，操作所述一个或多个第一多极透镜以允许第二束电流穿过所述孔，所述第一束电流不同于所述第二束电流。
4.根据权利要求2所述的设备，其中所述控制器还被配置为：
当在样品的图像扫描期间所述束扫描扫描线时，操作所述一个或多个第一多极透镜以允许第一束电流穿过所述孔；以及
当在所述样品的所述图像扫描期间所述束在两条扫描线之间回扫时，操作所述一个或多个第一多极透镜以允许第二束电流穿过所述孔，所述第二束电流不同于所述第一束电流。
5.根据权利要求2所述的设备，其中所述控制器还被配置为：
在样品的预扫描期间，打开所述一个或多个第一多极透镜；以及
当在所述样品的图像扫描期间所述束扫描扫描线时，关闭所述一个或多个第一多极透镜。
6.根据权利要求2所述的设备，其中所述控制器还被配置为：
当在样品的图像扫描期间所述束扫描扫描线时，关闭所述一个或多个第一多极透镜；以及
当在所述样品的所述图像扫描期间所述束在两条扫描线之间回扫时，打开所述一个或多个第一多极透镜。
7.根据权利要求2所述的设备，其中所述控制器还被配置为：
在样品的预扫描期间，操作所述一个或多个第二多极透镜以在所述样品上形成第一束斑；以及
当在所述样品的图像扫描期间所述束扫描扫描线时，操作所述一个或多个第二多极透镜以在所述样品上形成第二束斑，所述样品上的所述第一束斑和所述第二束斑具有不同的尺寸。
8.根据权利要求2所述的设备，其中所述控制器还被配置为：
当在样品的图像扫描期间所述束扫描扫描线时，操作所述一个或多个第二多极透镜以在所述样品上形成第一束斑；以及
当在所述样品的所述图像扫描期间所述束在两条扫描线之间回扫时，操作所述一个或多个第二多极透镜以在所述样品上形成第二束斑，所述样品上的所述第一束斑和所述第二束斑具有不同的尺寸。
9.根据权利要求2所述的设备，其中所述控制器还被配置为：
在样品的预扫描期间，打开所述一个或多个第二多极透镜；以及
当所述束扫描所述样品时，关闭所述一个或多个第二多极透镜。
10.根据权利要求2所述的设备，其中所述控制器还被配置为：
当在样品的图像扫描期间所述束扫描扫描线时，关闭所述一个或多个第二多极透镜；以及
当在所述样品的所述图像扫描期间所述束在两条扫描线之间回扫时，打开所述一个或多个第二多极透镜。
11.根据权利要求2所述的设备，其中：
所述一个或多个第一多极透镜和所述一个或多个第二多极透镜中的至少一项是静电多极透镜；以及
所述控制器还被配置为通过向所述静电多极透镜施加数百伏量级的电压来打开所述静电多极透镜。
12.根据权利要求1所述的设备，其中所述一个或多个第一多极透镜和所述一个或多个第二多极透镜中的至少一项是由多个电极形成的静电多极透镜。
13.根据权利要求1所述的设备，其中所述一个或多个第一多极透镜和所述一个或多个第二多极透镜中的至少一项是由多个螺线管线圈形成的电磁多极透镜。
14.一种方法，包括：
由在孔上方移位的一个或多个第一多极透镜调节穿过所述孔的带电粒子束的束电流；以及
由在所述孔下方移位的一个或多个第二多极透镜调节所述束的斑尺寸或斑形状中的至少一项。
15.一种存储指令的非暂态计算机可读介质，所述指令在由一个或多个处理器执行时引起所述处理器执行方法，所述方法包括：
控制在孔上方移位的一个或多个第一多极透镜以调节穿过所述孔的带电粒子束的束电流；以及
控制在所述孔下方移位的一个或多个第二多极透镜以调节所述束的斑尺寸或斑形状中的至少一项。
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