CN111681939B - 多个带电粒子束的装置 - Google Patents

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Abstract

提出了一种用于以高分辨率和高生产能力观察样本的多束装置。在该装置中，源转换单元通过使来自一个单电子源的平行初级电子束的多个小束偏转来形成该单电子源的多个且平行的图像，并且一个物镜将多个偏转的小束聚焦到样本表面上，并在样本表面上形成多个探测点。可移动聚光透镜用于使初级电子束准直，并改变多个探测点的电流，预小束形成部件弱化初级电子束的库仑效应，并且源转换单元通过最小化并补偿物镜和聚光透镜的离轴像差来最小化多个探测点的尺寸。

Description

多个带电粒子束的装置
本申请是申请日为2016年7月21日、申请号为201680051694.9、发明名称为“多个带电粒子束的装置”的中国发明专利申请的分案申请。
优先权声明
本申请要求2015年7月22日提交、标题为“Apparatus of Plural Charged-Particle Beams”的、且Ren等人有权的美国第62/195,353号临时申请的优先权权益，以引用的方式将该申请的整个公开并入本文。
相关申请的交叉引用
本申请涉及2016年3月9日提交、标题为“Apparatus of Plural Charged-Particle Beams”的、且Weiming Ren等人有权的美国第15/065,342号申请，以引用的方式将该申请的整个公开并入本文。
本申请涉及2016年3月23日提交、标题为“Apparatus of Plural Charged-Particle Beams”的、且Weiming Ren等人有权的美国第15/078,369号申请，以引用的方式将该申请的整个公开并入本文。
本申请涉及2016年5月10日提交、标题为“Apparatus of Plural Charged-Particle Beams”的、且Xuedong Liu等人有权的美国第15/150,858号申请，以引用的方式将该申请的整个公开并入本文。
本申请涉及2016年7月19日提交、标题为“Apparatus of Plural Charged-Particle Beams”的、且Shuai Li等人有权的美国第15/213/781号申请，以引用的方式将该申请的整个公开并入本文。
技术领域
本发明涉及一种具有多个带电粒子束的带电粒子装置。更具体地，本发明涉及一种采用多个带电粒子束来同时获取样本表面上的被观察区域的多个被扫描区域的图像的装置。因此，该装置可以用于半导体制造行业中以高分辨率和高生产能力检查和/或查核晶片/掩模上的缺陷。
背景技术
为了制造半导体IC芯片，图案缺陷和/或不想要的粒子(残余物)在制造过程期间不可避免地出现在晶片和/或掩模上，这很大程度上降低产量。为了满足对IC芯片性能越来越高的要求，已经采用具有越来越小关键特征尺寸的图案。因此，具有光束的传统产量管理工具由于衍射效应而逐渐变得不胜任，并且越来越多地采用具有电子束的产量管理工具。与光子束相比，电子束具有更短的波长，从而可能提供优秀的空间分辨率。当前，具有电子束的产量管理工具采用具有单个电子束的扫描电子显微镜(SEM)的原理，这因此可以提供更高的分辨率，但无法提供胜任大批量生产的生产能力。虽然越来越高的单个电子束的电流可以用于提高生产能力，但优秀的空间分辨率将从根本上被随着束电流增大的库仑效应(Coulomb Effect)所劣化。
为了减轻对生产能力的限制，代替使用具有大电流的单个电子束，一种有前景的解决方案是使用各自具有小电流的多个电子束。多个电子束在样本的一个正在被检查或观察的表面上形成多个探测点。多个探测点可以分别并同时扫描样本表面上的大的被观察区域内的多个小的被扫描区域。每个探测点的电子从它们着陆的样本表面生成次级电子。次级电子包括慢次级电子(能量≤50eV)和背向散射电子(能量接近电子的着陆能量)。来自多个小的被扫描区域的次级电子可以由多个电子检测器分别并同时收集。因此，可以比用单束扫描的图像远远更快地获得包括所有小的被扫描区域的大的被观察区域的图像。
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聚焦于多个柱(column)内的多个小的被扫描区域上并扫描所述多个小的被扫描区域，并且由对应柱内部的一个电子检测器检测来自每个被扫描区域的次级电子。因此，装置通常被称为多柱装置。多个柱可以为独立的，或共享多轴磁或电磁复合物镜(诸如US8,294,095)。在样本表面上，两个相邻束之间的束间隔通常大至30mm～50mm。
对于后者，源转换单元将单个电子源虚拟地变为多个子源。源转换单元包括：具有多个束限制开口的一个小束形成(或小束限制)部件，和具有多个电子光学元件的一个图像形成部件。多个束限制开口将由单个电子源生成的初级电子束分别分成多个子束或小束，并且多个电子光学元件影响多个小束，以形成单个电子源的多个平行(虚或实的)图像。每个图像可以被当作是发射一个对应小束的一个子源。为了使得更多小束可用，小束间隔处于微米级别。自然，一个单柱内的一个初级投射成像系统和一个偏转扫描单元用于将多个平行图像分别投射到多个小的被扫描区域上并分别扫描它们。来自多个小的被扫描区域的多个次级电子束由一个束分离器引导到一个次级投射成像系统中，然后由次级投射成像系统聚焦，以分别由单柱内部的一个电子检测设备的多个检测元件检测。多个检测元件可以为被并排放置的多个电子检测器，或一个电子检测器的多个像素。因此，装置通常被称为多束装置。
小束形成(或小束限制)部件通常为具有通孔的导电板，并且其中的多个通孔分别起多个束限制开口的作用。两种方法已用于由图像形成部件来形成多个平行图像。对于第一种方法，每个电子光学元件具有聚焦一个小束且因此形成一个实像的静电微透镜(诸如US7,244,949)。对于第二种方法，每个电子光学元件具有使一个小束偏转且因此形成一个虚像的静电微偏转器(诸如US6,943,349和第一交叉引用)。使用静电偏转器来形成电子源的虚像的概念用于早至1950年代著名的双缝电子干涉实验中(由Rodolfo Rosa发表在Physics in Perspective，14(2012)178-195中的论文“The Merli-Missiroli-Pozzi Two-Slit Electron-Interference Experiment”的图1)。由于一个实像具有更高的电流密度，第二种方法中的库仑效应弱于第一种方法中的，因此第二种方法对于实现高生产能力和高分辨率两者更有利。
为了减小多个探测点的像差，初级投射成像系统基本上包括一个传输透镜和一个物镜，并且传输透镜使多个小束弯曲以尽可能靠近物镜的光轴来穿过物镜。对于使用第二种方法的源转换单元，如在第一交叉引用中所提出的且图1所示出的，传输透镜的弯曲功能可以由多个微偏转器来进行，因此可以去除传输透镜。在没有传输透镜的情况下，投射成像系统将被简化且容易制造和操作。
在图1中，主光轴100_1上的电子源101生成具有源交叉部(虚或实的)101s的初级电子束102。聚光透镜110聚焦具有期望电流密度的、入射到源转换单元120上的初级电子束102。由主孔径板171的主开口切断初级电子束102的外围电子，主孔径板171也可以被放置在聚光透镜110上方。初级电子束102的三个小束(102_1、102_2以及102_3)分别被图像形成部件122的三个微偏转器(122_1、122_2以及122_3)朝向主光轴100_1偏转，并且穿过小束限制部件121的三个束限制开口(121_1、121_2以及121_3)。然后，由被偏转的三个小束形成的三个虚像(102_1v、102_2v以及102_3v)由物镜131投射到样本8的表面7上，因此在表面7上形成三个探测点(102_1s、102_2s以及102_3s)。
如果三个小束被偏转为靠近或穿过物镜131的前焦点，则它们将垂直地着陆在样本表面7上，并且由于物镜131而产生的离轴探测点(诸如102_2s)的像差将在很大程度上减少。然而，在这种情况下，三个小束的偏转角变得更大，这不仅需要三个微偏转器的更强偏转能力，而且还生成更大的偏转像差。第一个问题可能引发三个微偏转器的电击穿，并且第二个问题可能将离轴探测点的尺寸增大至不可接受的水平。
束限制开口限制三个探测点的电流，并且通过调谐聚光透镜110的聚焦能力以改变初级电子束102的电流密度来改变电流。对于三个微偏转器，三个小束的入射角随着聚焦能力而变化，并且其偏转能力需要相应地调节。用于改变观察条件的时间和努力是越少越好。
因此，需要提供一种多束装置，该多束装置没有前述问题或具有更少的前述问题，因此可以提供高图像分辨率和高生产能力。特别地，需要一种可以以高分辨率和高生产能力检查和/或查核晶片/掩模上的缺陷的多束装置，来匹配半导体制造行业的蓝图。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的多束装置，该新的多束装置为在灵活变化的观察条件(诸如探测点的电流和着陆能量、样本表面上的静电场)下观察样本提供高分辨率和高生产能力这两者。该装置可以作为在半导体制造行业中检查和/或查核晶片/掩模上的缺陷的产量管理工具起作用。
在装置中，一个聚光器将初级电子束准直或大致准直到一个源转换单元中，源转换单元使初级电子束的多个小束朝向一个物镜的光轴偏转，并且物镜将多个被偏转的小束聚焦到一个样本的一个正在被观察的表面上，因此在该表面上形成多个探测点，其中，多个被偏转的小束的偏转角被调节为减小多个探测点的尺寸。可以通过改变聚光透镜的第一主平面的聚焦能力和位置中的一者或两者，来改变多个探测点的电流。源转换单元可以通过补偿多个探测点的离轴像差来进一步减小多个探测点的尺寸和尺寸差。此外，为了尽可能多地弱化由于初级电子束而产生的库仑效应，源转换单元的小束形成部件可以被放置为靠近单个电子源，可以靠近单个电子源采用预小束形成部件。
相应地，本发明因此提供了一种多束装置，该多束装置包括：电子源；聚光透镜，该聚光透镜在电子源下方；源转换单元，该源转换单元在聚光透镜下方；物镜，该物镜在源转换单元下方；偏转扫描单元，该偏转扫描单元在源转换单元下方；样本台，该样本台在物镜下方；束分离器，该束分离器在源转换单元下方；次级投射成像系统；以及电子检测设备，该电子检测设备具有多个检测元件。电子源、聚光透镜以及物镜与装置的主光轴对准，并且样本台将样本保持为使得表面面向物镜。源转换单元包括具有多个束限制开口的小束形成部件和具有多个电子光学元件的图像形成部件。电子源生成沿着主光轴的初级电子束，并且初级电子束由聚光透镜聚焦为变成大致平行束且然后入射到源转换单元中。初级电子束的多个小束从源转换单元离开，该多个小束分别穿过多个束限制开口并由多个电子光学元件朝向主光轴偏转，并且多个小束的偏转角是不同的。偏转扫描单元使由物镜聚焦到表面上并在表面上形成多个探测点的多个小束偏转，以分别扫描在表面上的被观察区域内的多个被扫描区域之上的多个探测点，并且多个探测点的电流受多个束限制开口限制。分别由多个探测点从多个被扫描区域生成并由束分离器引导到次级投射成像系统中的多个次级电子束被次级投射成像系统聚焦，以保持分别要由多个检测元件检测的多个次级电子束，因此，每个检测元件提供一个对应被扫描区域的图像信号。
在一个实施例中，偏转角可以被独立设置为分别减小多个探测点的像差。多个电子光学元件分别在多个束限制开口下方且与所述多个束限制开口对准。多个电子光学元件中的每个电子光学元件可以是4极透镜。通过使用聚光透镜来改变入射到源转换单元中的初级电子束的电流密度，改变多个探测点的电流。装置还可以包括在源转换单元上方具有多个小束形成孔径的预小束形成部件，其中，多个小束分别穿过多个小束形成孔径，并且多个小束外部的大部分电子被切断。
在该实施例中，多个电子光学元件可以补偿多个探测点的场曲率、像散以及失真像差中的一个或多达全部，以进一步减小多个探测点的尺寸和失真。多个电子光学元件中的每个电子光学元件可以是8极透镜。多个电子光学元件中的每个电子光学元件可以包括与每个元件的光轴对准且沿着该光轴放置的一个微透镜和两个4极透镜，并且两个4极透镜在方位上差45°。对于多个电子光学元件中的每个电子光学元件，两个4极透镜中的一个4极透镜在小束离开侧上，并且一个对应的小束被所述一个4极透镜偏转。
在一个实施例中，聚光透镜可以包括多个环形电极，该多个环形电极被放置在沿着主光轴的不同轴向位置处并与主光轴对准，并且多个环形电极的电压可以被调节为改变电流密度。在另一个实施例中，聚光透镜可以包括至少两个单磁透镜，该至少两个单磁透镜被放置在沿着主光轴的不同轴向位置处并与主光轴对准，并且对至少两个单磁透镜的激励可以被调节为改变入射到源转换单元中的初级电子束的电流密度。在又一个实施例中，聚光透镜可以包括多个环形电极和至少一个单磁透镜，该多个环形电极和至少一个单磁透镜被放置在沿着主光轴的不同轴向位置处并与主光轴对准，并且电极的电压和至少一个单磁透镜的激励可以被调节为改变电流密度。
通过改变表面的电势，来改变多个小束在表面上的着陆能量。
本发明还提供了一种多束装置，该多束装置包括：电子源；聚光透镜，该聚光透镜在电子源下方；源转换单元，该源转换单元在聚光透镜下方；物镜，该物镜在源转换单元下方；偏转扫描单元，该偏转扫描单元在源转换单元下方；样本台，该样本台在物镜下方；束分离器，该束分离器在源转换单元下方；次级投射成像系统；以及电子检测设备，该电子检测设备具有多个检测元件。电子源、聚光透镜以及物镜与装置的主光轴对准，并且样本台将样本保持为使得表面面向物镜。源转换单元包括具有多个束限制开口的小束形成部件和具有多个电子光学元件的图像形成部件。电子源生成沿着主光轴的初级电子束，聚光透镜聚焦初级电子束，然后初级电子束以会聚或发散角入射到源转换单元中。初级电子束的多个小束从源转换单元离开，分别穿过多个束限制开口，并由多个电子光学元件朝向主光轴偏转。多个小束由物镜聚焦到表面上，并且在表面上形成多个探测点。多个小束的偏转角被独立设置为分别减小多个探测点的像差，并且偏转扫描单元使多个小束偏转，以分别扫描在表面上的被观察区域内的多个被扫描区域之上的多个探测点。多个探测点的电流受多个束限制开口限制。多个次级电子束分别由多个探测点从多个被扫描区域生成，并且由束分离器引导到次级投射成像系统中。次级投射成像系统聚焦并保持分别要由多个检测元件检测的多个次级电子束，因此，每个检测元件提供一个对应被扫描区域的图像信号。
多个电子光学元件可以补偿多个探测点的场曲率、像散以及失真像差中的一个或多达全部，以进一步减小多个探测点的尺寸和失真。通过使用聚光透镜来调节入射到源转换单元中的初级电子束的电流密度，来改变多个探测点的电流。多个电子光学元件可以在多个束限制开口下方。装置还可以包括预小束弯曲部件，预小束弯曲部件具有分别在多个束限制开口上方的多个预弯曲微偏转器。多个预弯曲微偏转器可以使多个小束偏转为垂直入射到多个束限制开口中。装置还可以包括在源转换单元上方具有多个小束形成孔径的预小束形成部件，其中，多个小束分别穿过多个小束形成孔径，并且多个小束外部的大部分电子被切断。
本发明还提供了一种多束装置，该多束装置包括：电子源；小束形成板，该小束形成板提供在电子源下方的多个束限制开口；聚光透镜，该聚光透镜在小束形成板下方；多个电子光学元件，该多个电子光学元件在聚光透镜下方；物镜，该物镜在多个电子光学元件下方；偏转扫描单元，该偏转扫描单元在多个电子光学元件下方；样本台，该样本台在物镜下方；束分离器，该束分离器在多个电子光学元件下方；次级投射成像系统；以及电子检测设备，该电子检测设备具有多个检测元件。电子源、聚光透镜以及物镜与装置的主光轴对准，并且样本台将样本保持为使得表面面向物镜。电子源生成沿着主光轴的初级电子束，小束形成板将初级电子束修剪为多个小束，多个小束分别穿过在该小束形成板中的第一组的多个通孔，并且多个通孔起装置的多个束限制开口的作用。聚光透镜朝向主光轴聚焦分别要由多个电子光学元件偏转的多个小束。多个小束由物镜聚焦到表面上，并且在表面上形成多个探测点，并且多个小束的偏转角被独立设置为分别减小多个探测点的像差。偏转扫描单元使多个小束偏转，以分别扫描在表面上的被观察区域内的多个被扫描区域之上的多个探测点，并且多个探测点的电流受多个束限制开口限制。多个次级电子束分别由多个探测点从多个被扫描区域生成，并且由束分离器引导到次级投射成像系统中。次级投射成像系统聚焦并保持分别要由多个检测元件检测的多个次级电子束，因此，每个检测元件提供一个对应被扫描区域的图像信号。
多个小束垂直入射到多个电子光学元件中。多个电子光学元件补偿多个探测点的场曲率、像散以及失真像差中的一个或多达全部，以进一步减小多个探测点的尺寸和失真。在一个实施例中，可以通过调节电子源的角强度改变多个小束的电流。在另一个实施例中，可以通过改变多个束限制开口的径向尺寸改变多个小束的电流。通过使小束形成板移动为将小束形成板中的第二组的多个通孔定位为多个束限制开口，来改变径向尺寸。
本发明还提供了一种在SEM中形成多个探测点的方法，该方法包括以下步骤：由电子源生成初级电子束；由聚光透镜使初级电子束准直或大致准直；由具有第一通孔的第一板将准直的初级电子束修剪为多个小束；由多个电子光学元件使多个小束以不同偏转角朝向物镜的光轴偏转；以及由物镜将多个已偏转小束聚焦到样本的正在被观察表面上，其中，多个已偏转且已聚集小束形成多个探测点。
方法还可以包括以下步骤：将偏转角独立设置为分别减小多个探测点的像差。方法还可以包括以下步骤：由多个电子光学元件补偿多个探测点的场曲率、像散以及失真像差中的一个或多达全部。方法还可以包括以下步骤：通过使聚光透镜的第一主平面移动来改变已准直初级电子束的电流密度。方法还可以包括以下步骤：在修剪步骤之前，由具有第二通孔的第二板切断多个小束外部的大部分电子。
本发明还提供了一种在SEM中形成多个探测点的方法，该方法包括：由电子源生成初级电子束；由具有多个通孔的板将初级电子束修剪为多个小束；由聚光透镜聚焦多个小束；由多个电子光学元件使多个小束朝向物镜的光轴偏转；由物镜将偏转的多个小束聚焦到样本的正在被观察表面上，其中，偏转且聚集的多个小束形成多个探测点；以及独立设置偏转的多个小束的偏转角，以分别减小多个探测点的像差。
方法还可以包括以下步骤：由多个电子光学元件补偿多个探测点的场曲率、像散以及失真像差中的一个或多达全部。方法还可以包括以下步骤：通过改变电子源的角强度来改变多个小束的电流。方法还可以包括以下步骤：通过将板的另外多个通孔用于修剪步骤中来改变多个小束的电流。
本发明还提供了一种用于提供多个源的设备，该设备包括：带电粒子源，该带电粒子源用于提供沿着设备的光轴的初级束；用于使初级束大致准直的部件；以及用于用准直的初级束的多个小束对带电粒子源的多个虚像进行成像的部件，其中，多个虚像分别变成发射多个小束的多个源。
设备还可以包括用于改变多个小束的电流的部件。设备还可以包括用于抑制由于初级束而产生的库仑效应的部件。
本发明还提供了一种多束装置，该多束装置包括：用于提供多个源的设备；用于将多个虚像投射在样本表面上以使得在样本表面上形成多个探测点的部件；用于扫描样本表面上的多个探测点的部件；以及用于接收由于多个探测点而从样本表面生成的多个信号粒子束的部件。多束装置还可以包括：用于使多个小束独立偏转以分别减小多个探测点的像差的部件。多束装置还可以包括：用于独立补偿多个探测点的像差的部件。投射部件是单物镜。
本发明的其他优点将从结合附图进行的以下描述中变得显而易见，在附图中，用图示和示例的方式阐述了本发明的某些实施例。
附图说明
通过结合附图的以下具体实施方式，将容易地理解本发明，附图中，同样的附图标记指示同样的结构元件，并且附图中：
图1是第一交叉引用中公开的传统多束装置的示意图示。
图2是根据本发明的一个实施例的新多束装置的一个配置的示意图示。
图3是根据本发明的另一个实施例的新多束装置的另一个配置的示意图示。
图4是根据本发明的另一个实施例的新多束装置的另一个配置的示意图示。
图5是根据本发明的另一个实施例的、图4中的微偏转器和补偿器阵列的一个配置的示意图示。
图6A是根据本发明的另一个实施例的、图4中的微偏转器和补偿器阵列的一个配置的示意图示。
图6B至图6D是根据本发明的另一个实施例的、图6A中的微偏转器和补偿器阵列的配置的一个示例的示意图示。
图7A和图7B分别是根据本发明的另一个实施例的、图4中的微偏转器和补偿器阵列的一个配置的示意图示。
图8是图3中的装置的一个操作模式的示意图示。
图9是根据本发明的另一个实施例的新多束装置的另一个配置的示意图示。
图10是根据本发明的另一个实施例的新多束装置的另一个配置的示意图示。
图11A和图11B分别是图10中的装置的一个操作模式的示意图示。
图12、图13A以及图13B分别是图10中的可移动聚光透镜的一个实施例的示意图示。
图14是根据本发明的另一个实施例的新多束装置的另一个配置的示意图示。
图15A是根据本发明的另一个实施例的新多束装置的另一个配置的示意图示。
图15B是根据本发明的另一个实施例的新多束装置的另一个配置的示意图示。
图16是根据本发明的另一个实施例的新多束装置的另一个配置的示意图示。
具体实施方式
现在将参照示出本发明的一些示例实施例的附图更充分地描述本发明的各种示例实施例。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示例性提及电子束。然而，实施例不用于将本发明限于特定带电粒子。
在附图中，为了清楚起见，可以夸大每个组件和每一个组件间的相对尺寸。在对附图的以下描述内，相同或同样的附图标记提及相同或同样的组件和实体，并且仅描述关于个体实施例的差异。
因此，虽然本发明的示例实施例能够具有各种修改和替代形式，但本发明的实施例在附图中用示例的方式来示出，并且本文中将详细描述。然而，应理解，不旨在将本发明的示例实施例限于所公开的特定形式，而是相反，本发明的示例实施例将覆盖落在本发明范围内的所有修改、等同物以及替代。
在本发明中，“轴向”意指“沿电子光学元件(诸如圆透镜或多极透镜)或装置的光轴方向”，“径向”意指“沿与光轴垂直的方向”，“轴上”意指“在光轴上或与光轴对准”，并且“离轴”意指“不在光轴上或不与光轴对准”。
在本发明中，X轴、Y轴以及Z轴形成笛卡尔(Cartesian)坐标，光轴在Z轴上，并且初级电子束沿着Z轴行进。
在本发明中，“初级电子”意指“从电子源发射且入射到样本正在被观察或检查的表面上的电子”，并且“次级电子”意指“由初级电子从表面生成的电子”。
在本发明中，与通孔、开口以及孔口有关的所有术语意指穿透一个板的开口或孔。
在新多束装置中，初级电子束由一个聚光器平行或大致平行地聚焦到一个源转换单元中。初级电子束的多个小束首先由源转换单元朝向一个物镜的光轴偏转，然后由物镜聚焦到样本表面上，最终在样本表面上形成多个探测点。多个偏转小束的偏转角被设置为最小化由于物镜而产生的离轴像差。通过改变聚光透镜的第一主平面的聚焦能力和位置中的一者或两者，可以改变多个探测点的电流，并且可以通过由源转换单元补偿残余离轴像差来进一步减小多个探测点的尺寸及其尺寸差。另外，对于多个探测点，通过将源转换单元的小束形成部件放置为靠近单个电子源或附加地使用在源转换单元上方的一个预小束形成部件，可以降低由于初级电子束的强库仑效应而产生的模糊。
接下来，将描述新装置的一些实施例。为了清楚起见，仅示出三个小束，并且小束的数量可以为任意数量。这里可以使用现有技术中的偏转扫描单元、束分离器、次级投射成像系统以及电子检测设备，并且为了简单起见，在实施例的图示和描述中不示出它们，或者甚至不提及它们。
图2中示出了新装置的一个实施例200A。在图2中，电子源101、主孔径板271的主开口、聚光器210、源转换单元220以及物镜131与装置的主光轴200_1对准。电子源101生成沿着主光轴200_1且具有源交叉部(虚或实的)101s的初级电子束102，聚光透镜210将初级电子束102聚焦为变成沿着主光轴200_1且垂直入射到源转换单元220上的平行束。在源转换单元220中，初级电子束102的三个小束102_1、102_2以及102_3分别被图像形成部件222的三个微偏转器222_1d、222_2d以及222_3d朝向主光轴200_1偏转，并且穿过小束限制部件221的三个束限制开口221_1、221_2以及221_3。三个束限制开口限制三个偏转小束的电流。物镜131将三个偏转小束聚焦到样本8的表面7上，因此在表面7上生成源交叉部101s的三个图像102_1s、102_2s以及102_3s。每个图像形成表面7上的一个探测点，并且三个图像还被称为三个探测点102_1s、102_2s以及102_3s。三个偏转小束的偏转角被设置为使由于物镜131而产生的三个图像的离轴像差最小化，其中，三个偏转小束通常穿过或接近物镜131的前焦点。主孔径板271切割初级电子束102的外围电子，以尽可能多地降低初级电子束102的库仑效应。
小束形成部件221可以为具有通孔的导电板，并且其中的三个通孔分别起三个束限制开口(221_1～221_3)的作用。在图2中，三个偏转小束(102_1～102_3)不垂直穿过三个束限制开口(221_1～221_3)，因此在与偏转角有关的一定程度上经受电子散射。每个小束中的散射电子将使探测点增大和/或变成背景噪声，因此劣化对应被扫描区域的图像分辨率。为了避免该问题，可以在三个小束与主光轴200_1平行时切割三个小束的电流。因此，图3中提出了新装置的另一个实施例300A。与图2中的实施例200A相比，在图3中，小束限制部件221被放置在图像形成部件222上方，并且被重命名为源转换单元320中的小束形成部件321。小束形成部件321的三个束限制开口321_1、321_2以及321_3分别与图像形成部件222的三个微偏转器222_1d、222_2d以及222_3d对准，并且三个小束102_1、102_2、102_3接连地垂直入射到三个束限制开口和三个微偏转器中。
众所周知，聚光透镜210和物镜131生成离轴像差(诸如场曲率、像散以及失真)，这增大由那些离轴小束(不沿着装置的主光轴)形成的探测点的尺寸和/或影响探测点的位置。如以上所提及的，已经通过独立优化离轴小束的轨迹(即，适当设置其偏转角)而使由于物镜131而产生的离轴像差最小化。为了进一步减小探测点的尺寸和尺寸差，必须补偿由于聚光透镜210而产生的离轴像差和由于物镜131而产生的残余离轴像差。因此，图4中提出了新装置的另一个实施例400A，其中，图像形成部件422具有三个微偏转器和补偿器元件422_1dc、422_2dc以及422_3dc。每个微偏转器和补偿器元件与小束形成部件321的三个束限制开口321_1、321_2以及321_3中的一个束限制开口对准，作为使一个小束偏转的一个微偏转器和补偿对应探测点的场曲率、像散以及失真的一个微补偿器起作用。
图2和图3中的三个微偏转器(222_1d～222_3d)中的每个微偏转器可以简单地由偶极透镜或四极或4极透镜来形成，偶极透镜的两个电极被定向为生成沿对应小束的所需偏转方向的偶极场，四极或4极透镜的四个电极可以生成任何期望方向上的偶极场。在后者的情况下，所有微偏转器都可以被配置为在结构和定向上相同。这从制造的观点来看是有利的。
在图4中，三个微偏转器和补偿器元件(422_1dc～422_3d)中的每一个可以简单地由4极透镜或八极或8极透镜来形成，4极透镜的四个电极可以生成任何期望方向上的偶极场、对应探测点的所需补偿方向上的四极场和圆透镜场，八极或8极透镜的八个电极可以生成圆透镜场、两者都在任何期望方向上的偶极场和四极场。为了生成圆透镜场，如图5中示出的，四个或八个电极的内表面在径向横截面中形成圆形状。在后者的情况下，所有微偏转器和补偿器元件可以被配置为在结构和定向上相同。这从制造的观点来看是有利的。
为了生成所有前述的场，一个4极透镜或8极透镜中的电极的电压是不同的，并且可以高至足以引发电击穿。为了避免该问题，每个微偏转器和补偿器元件可以由两个或更多微多极透镜、或一个或多个微多极透镜和一个或多个微透镜来形成。另外，为了降低由于每个微偏转器和补偿器元件产生的像差，对应的小束沿着其光轴更好地穿过圆透镜场和四极场(即，在小束偏转之前更好地进行离轴像差补偿)。因此，由在每个微偏转器和补偿器元件的小束离开侧上的微多极透镜更好地生成偶极场。因此，图6A示出了图4中的图像形成部件422的这种实施例，其中，三个微偏转器和补偿器元件(422_1dc～422_3dc)中的每个微偏转器和补偿器元件由第一层422-1中的一个微透镜、第二层422-2中的一个微多极透镜以及第三层422-3中的一个微多极透镜来形成，并且微透镜和两个微多极透镜与其光轴对准。例如，微透镜422-1_2和两个微多极透镜422-2_2以及422-3_2形成微偏转器和补偿器元件422_2dc，并且与其光轴422_2dc_1对准。
在图6A中的每个微偏转器和补偿器元件中，两个微多极透镜可以分别为偶极透镜和4极透镜、或偶极透镜和8极透镜、或4极透镜等。图6B、图6C以及图6D示出了一个示例，其中每个微透镜由具有圆形内表面的一个环形电极形成，每个微多极透镜为4极透镜，并且第二层422-2中的每个4极透镜和第三层422-3中的对应4极透镜在方位或定向上差45°。对于每个微偏转器和补偿器元件，微透镜生成圆透镜场，两个4极透镜生成四极场，并且偶极场由第三层422-3中的4极透镜来更好地生成。
为了操作图4中的一个微透镜和补偿器元件，驱动电路需要与其每个电极连接。为了防止驱动电路被小束102_1～102_3损坏，图像形成部件422可以包括一个导电盖板，该导电盖板具有多个通孔并被放置在所有微透镜和补偿器元件的电极上方。每个通孔用于对应的小束穿过。每个微透镜和补偿器元件的前述场更好地在有限范围内，以便避免影响邻近小束。因此，更好的是，使用两个导电屏蔽板来将所有微透镜和补偿器元件的电极夹在中间，其中，每个屏蔽板具有用于小束穿过的多个通孔。图7A示出了实施图6A中的实施例中的前述措施的一种方式。
在图7A中，第一上导电板422-1-CL1和第一下导电板422-1-CL2分别被放置在第一层422-1中的微透镜422-1_1、422-1_2以及422-1_3上方和下方。分别具有用于小束穿过的三个第一上孔口和第一下孔口的第一上绝缘体板422-1-IL1和第一下绝缘体板422-1-IL2支撑微透镜422-1_1、422-1_2和422-1_3，因此使得第一层422-1在配置上更稳定。类似地，在第二层422-2中，第二上导电板422-2-CL1和第二下导电板422-2-CL2分别被放置在微多极透镜422-2_1、422-2_2以及422-2_3上方和下方。分别具有用于小束穿过的三个第二上孔口和第二下孔口的第二上绝缘体板422-2-IL1和第二下绝缘体板422-2-IL2支撑微透镜422-2_1、422-2_2以及422-2_3，因此使得第二层422-1在配置上更稳定。在第三层422-3中，第三上导电板422-3-CL1和第三下导电板422-3-CL2以及第三上绝缘体板422-3-IL1和第三下绝缘体板422-3-IL2以与第二层422-2中它们的对应物相同的方式起作用。
在图7A中的每个层中，通孔的径向尺寸优选：小于孔口的径向尺寸，以便避免其内侧壁上的充电，并且小于微透镜/微多极透镜的电极的内径向尺寸，以便更高效地减小泄露的场。为了降低小束引发电子散射的可能性，第一上导电板中的每个通孔优选为倒置漏斗形状(即，小端部在其小束入射侧上)。小束形成部件321可以为具有通孔的导电板，并且其中的三个通孔分别起三个束限制开口(321_1～321_3)的作用。因此，为了简化结构和制造，小束形成部件321可以与图7A中的图像形成部件422的实施例组合。在图7B中，小束形成部件321和第一上导电板422-1-CL1被组合，第一下导电板422-1-CL2和第二上导电板422-2-CL1被组合，并且第二下导电板422-2-CL2和第三上导电板422-3-CL1被组合。
对于图2、图3以及图4中的新装置的前述实施例，通过调节聚光透镜210的聚焦能力以使得初级电子束102稍微发散或会聚，可以在小范围内改变探测点102_1s～102_3的电流。图8示出了图3中的实施例300中的一个发散模式。在一个发散模式下，初级电子束102的电流密度小于图3中的平行模式下的电流密度，因此减小小束形成部件321下方的三个小束的电流。在图3和图4中的实施例的一个发散/会聚模式下，三个小束将不垂直穿过三个束限制开口(321_1～321_3)，因此在一定程度上经受电子散射。为了避免该问题，可以将一个预小束弯曲部件放置在图3中的源转换单元320或图4中的源转换单元420的小束形成部件321上方，其包括使垂直穿过三个束限制开口的三个小束分别偏转的三个预弯曲微偏转器。图9示出了如何实施图3中的实施例300A中的这一方式，以及在一个发散模式下如何操作对应实施例500A中的新源转换单元520的预小束弯曲部件523的三个预弯曲微偏转器523_1d、523_2d以及523_3d。
对于图2、图3以及图4中的新装置的前述实施例，可以通过使聚光器210的第一主平面移动并相应地调节聚光透镜210的聚焦能力以使得初级电子束102变成平行束，在大范围内改变探测点102_1s～102_3的电流(即，聚光透镜210的第一主平面沿着新装置的主光轴可移动)。在第一主平面更靠近电子源101时，初级电子束102更早且以更高电流密度被聚焦，并且相应地，增加小束形成部件321下方的三个小束的电流。第一主平面越靠近电子源101，电流越高，反之亦然。因此，随着第一主平面沿着主光轴移动，三个探测点的电流相应地变化，并且三个小束保持垂直穿过三个束限制开口。
图10示出了使用可移动聚光透镜610来代替图3中的实施例300A中的聚光透镜210的一个实施例600A，其中，第一主平面610_2处于位置P1处，并且可以沿着装置的主光轴600_1移动。在图11A中，第一主平面610_2从位置P1移动至更远离电子源101的位置P2，并且相应地小束102_1、102_2以及102_3的电流下降。在图11B中，第一主平面610_2从位置P1移动至更靠近电子源101的位置P3，并且相应地小束102_1、102_2以及102_3的电流增加。由于初级电子束102在改变小束的电流时被保持为平行束，所以不需要重新调谐小束的偏转角。这将避免用于调节微偏转器的时间。
为了扩大电流变化范围，图11A中的初级电子束102可以弱聚焦以保持发散，并且图11B中的初级电子束102可以强聚焦以变成会聚束。众所周知，每个探测点的尺寸由源交叉部101s的高斯(Gaussian)图像尺寸、几何像差、衍射效应以及库仑效应来确定，并且可以通过使这些模糊平衡，来最小化该尺寸。调节可移动聚光透镜610的第一主平面610_2的位置将在一定程度上破坏平衡，因此每个探测点的尺寸可能在改变其电流时增加。在改变第一主平面610_2的位置时，轻微地保持初级电子束102的适当发散或会聚可以弱化探测点的尺寸增加。
第一主平面610_2的位移可以通过机械移动可移动聚光透镜610的位置或电气移动其圆透镜场的位置和/或改变该圆透镜场的形状来进行。可移动聚光透镜610可以为静电、或磁或电磁复合的。图12示出了可移动聚光透镜610的一个静电实施例610e，以及在第一主平面610e_2分别处于位置P1、P2以及P3时的初级电子束102的形状。可移动聚光透镜610e为静电透镜，该静电透镜具有与其光轴610e_1对准的四个环形电极610e-e1、610e-e2、610e-e3以及610e-e4。光轴610e_1被放置为与主光轴600_1重合。实施例610e的第一主平面610e_2的聚焦能力和位置随着环形电极610e-e1～610e-e4的激励模式而变化。在电极610e-e1、610e-e2以及610e-e4处于相同电势时，通过适当设置电极610e-e3的电势，第一主平面610e_2将处于靠近电极610e-e3的位置P2处，并且可以在那里准直初级电子束102。在电极610e-e1、610e-e3以及610e-e4处于相同电势时，通过适当设置电极610e-e2的电势，第一主平面610e_2将处于靠近电极610e-e2的位置P3处，并且可以在那里准直初级电子束102。在电极610e-e1和610e-e4处于相同电势时，通过适当设置电极610e-e2和610e-e3的电势，第一主平面610e_2将处于电极610e-e2与610e-e3之间的位置(诸如P1)处，并且可以在那里准直初级电子束102。
初级电子束102的电流不随着第一主平面610e_2的位置而变化，但其宽度随着第一主平面的位置而变化，因此其电流密度也随着第一主平面的位置而变化。随着第一主平面610e_2被移动为更靠近电子源101，初级电子束102的宽度变小，因此电流密度增加。相应地，随着第一主平面610m_2从P3移动至P1且然后移动至P2，初级电子束102的宽度从102W_P3变宽为102W_P1且然后变宽为102W_P2。如果静电实施例610e包括被放置在沿着光轴610e_1的更长区域内的更多电极，则可以在更大范围内更平滑地改变电流密度。
图13A示出了图10中的可移动聚光透镜610的一个磁实施例610m，以及在第一主平面610m_2分别处于位置P1、P2以及P3时的初级电子束102的形状。可移动聚光透镜610m是复合磁透镜，该复合磁透镜包括与其光轴610m_1对准的两个单磁透镜610m-m1和610m-m2。光轴610m_1被放置为与主光轴600_1重合。实施例610m的第一主平面610m_2的聚焦能力和位置随着单磁透镜610m-m1和610m-m2的激励模式而变化。在单磁透镜610m-m2的激励被设置为零时，通过适当设置单磁透镜610m-m1的激励，第一主平面610m_2将处于其磁路间隙内的位置P3处，并且可以在那里校准初级电子束102。在单磁透镜610m-m1的激励被设置为零时，通过适当设置单磁透镜610m-m2的激励，第一主平面610m_2将处于其磁路间隙内的位置P2处，并且可以在那里校准初级电子束102。在单磁透镜610m-m1和610m-m2的激励不为零时，通过适当设置它们的激励比率，第一主平面610m_2将处于它们的磁路间隙之间的位置(诸如P1)处，并且可以在那里校准初级电子束102。相应地，随着第一主平面610m_2从P3移动至P1且然后移动至P2，初级电子束102的宽度从102W_P3变宽为102W_P1且然后变宽为102W_P2。如果磁实施例610m包括被放置在沿着光轴610m_1的更长区域内的更多单磁透镜，则可以在更大范围内更平滑地改变初级电子束102的电流密度。为了降低制造成本，如图13B中示出的，相邻磁透镜可以共享它们之间的磁路。
可移动聚光透镜610还可以为包括多个环形电极和至少一个单磁透镜的电磁复合透镜，并且可以通过调节环形电极和单磁透镜的激励模式，来使其第一主平面移动。
由于初级电子束102的大电流，容易领会的是，如果初级电子的能量不足够高，初级电子的相互作用可能非常强。对于穿过主孔径板271的主开口的初级电子束102，仅一部分用作三个小束(102_1～102_3)，并且另一部分不是有用的。另一部分的电流高于三个小束的总电流，因此生成更强的库仑效应，该库仑效应干扰三个小束的初级电子的运动，并且因此增加三个探测点的尺寸。因此，更好的是，尽可能早地切断该另一部分的全部或部分。存在这样做的若干方式。
以图3中的实施例300A为例，一种方式是将源转换单元320的小束形成部件321放置在聚光透镜210上方并靠近电子源101。在这种情况下，可以去除主孔径板271。相应地，图14示出了新装置的这种实施例700A。在图14中，三个小束102_1、102_2以及102_3分别穿过小束形成部件721的三个束限制开口721_1、721_2以及721_3，并且初级电子束102的剩余部分被切断。聚光透镜210将三个小束准直到图像形成部件222中，并且三个微偏转器222_1d、222_2d以及222_3d以与图3相同的方式使三个小束偏转。在这种情况下，离轴束限制开口中的每一个(诸如721_2)可以不与如图3中示出的对应微偏转器(诸如222_2d)对准，并且需要关于聚光透镜210的影响来放置。可以通过改变电子源101的发射(角强度)或束限制开口721_1、721_2以及721_3的尺寸，来改变三个小束的电流。小束形成部件721可以为具有多个通孔组的导电板，每个通孔组包括三个通孔，并且一个通孔组中的三个通孔的径向尺寸与另一个通孔组中的三个通孔的径向尺寸不同。一个通孔组中的三个通孔起三个束限制开口(721_1～721_3)的作用，因此可以通过使用不同的通孔组来改变三个束限制开口的尺寸。
另一种方式是使用在源转换单元上方的一个预小束形成部件。因此，图15A示出了新装置的这样的一个实施例800A，其中，具有三个小束形成孔径872_1、872_2以及872_3的一个预小束形成部件872被放置在聚光透镜210上方、在主孔径板271下方并且靠近主孔径板271。首先，三个小束形成孔径将宽的初级电子束102切成三个小束102_1、102_2以及102_3，然后束限制开口321_1、321_2以及321_3切断小束102_1、102_2以及102_3的外围电子，因此限制其电流。在这种情况下，可以通过改变单个电子源的发射或束限制开口的尺寸、或使用如图10中示出的可移动聚光透镜，来改变小束102_1、102_2以及102_3的电流。图15B示出了新装置的这样的另一个实施例900A，其中，具有三个小束形成孔径972_1、972_2以及972_3的一个预小束形成部件972被放置在聚光透镜210下方。从减小库仑效应的观点来看，图15B中的预小束形成部件972不比图15A中的预小束形成部件872更好，但它由于许多明显原因而更容易实施，特别是在磁可移动聚光透镜用于改变小束电流的时候。
到目前为止，基于图3中的实施例300A独立描述了用于提高新装置性能的所有前述方法。明显地，可以一起使用这些方法中的一些或全部。图16示出了新装置的这种实施例1000A，该实施例使用图15A中示出的一个预小束形成部件872来减小由于初级电子束102而产生的库仑效应，使用图10中示出的一个可移动聚光透镜610来改变探测点102_1s～102_3s的电流，使用图4中的一个图像形成部件422来补偿探测点的离轴像差。在与实施例1000A类似的另一个实施例(这里未示出)中，通过采用图15B中示出的预小束形成部件972，来降低由于初级电子束102而产生的库仑效应。
众所周知，可以通过改变电子源101中的发射器的电势和样本表面7的电势中的一者或两者，来改变多个小束的着陆能量。然而，因为对源转换单元的对应调节较小，所以仅改变样本表面7的电势是有利的。
总之，本发明提出了一种新多束装置，该新多束装置为在灵活变化的观察条件下观察样本提供高分辨率和高生产能力这两者，因此可以作为半导体制造行业中检查和/或查核晶片/掩模上的缺陷/粒子的产量管理工具起作用。在新装置中，一个聚光器将初级电子束准直或大致准直到一个源转换单元中，源转换单元使初级电子束的多个小束朝向一个物镜的光轴偏转，并且物镜将多个被偏转的小束聚焦到样本表面上，因此在样本表面上形成多个探测点，其中，多个被偏转的小束的偏转角被调节为减小多个探测点的尺寸。可以通过改变聚光透镜的第一主平面的聚焦能力和位置这两者，来在大范围内改变多个探测点的电流。为了进一步减小多个探测点的尺寸，可以由源转换单元补偿其离轴像差，并且可以通过将源转换单元的小束形成部件放置为靠近单个电子源、或使用一个预小束形成部件，来弱化由于初级电子束而产生的库仑效应。
虽然已经关于本发明的优选实施例说明了本发明，但要理解，可以在不脱离如下文中所要求保护的本发明的精神和范围的情况下，进行其他修改和变更。

Claims (20)

1.一种用于减小多束装置的小束的像差的装置，所述装置包括：
多个电子光学元件，被配置为将由所述多束装置生成的多个小束以不同的偏转角朝向所述多束装置的主光轴偏转；
物镜，被配置为将经偏转的多个小束聚焦到样品的表面上，从而在所述样品的表面上形成多个探测点；以及
多个束限制开口，被配置为限制所述多个探测点的电流，
其中经偏转的所述多个小束的所述偏转角被独立设置，以使得经偏转的所述多个小束穿过或被偏转为接近所述物镜的前焦点，以分别减小所述多个探测点的像差。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个电子光学元件分别在所述多个束限制开口下方并且与所述多个束限制开口对准。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述多个束限制开口被配置为从由所述多束装置生成的大致平行束形成所述多个小束。
4.根据权利要求2所述的装置，还包括分别在所述多个束限制开口上方的多个预弯曲微偏转器，被配置为：
从由所述多束装置生成的大致平行束形成所述多个小束；以及
将所述多个小束引导为垂直入射到所述多个束限制开口中。
5.根据权利要求2所述的装置，其中，所述多个电子光学元件中的每个电子光学元件是4极透镜。
6.根据权利要求2所述的装置，其中，所述多个电子光学元件补偿所述多个探测点的场曲率、像散或失真像差中的至少一项，以进一步减小所述多个探测点的尺寸和失真。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述多个电子光学元件中的每个电子光学元件是8极透镜。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述多个电子光学元件中的每个电子光学元件包括与每个电子光学元件的光轴对准并且沿着每个电子光学元件的光轴放置的一个微透镜和两个4极透镜，并且所述两个4极透镜的方位差45°。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，对于所述多个电子光学元件中的所述每个电子光学元件，所述两个4极透镜中的一个4极透镜在小束离开侧上，并且一个对应的小束被所述一个4极透镜偏转。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，通过改变所述多个小束的电势来改变所述多个小束的着陆能量。
11.根据权利要求2所述的装置，还包括在所述多个束限制开口与所述多个电子光学元件之间的聚光透镜，被配置为对要分别由所述多个电子光学元件朝向所述主光轴引导的所述多个小束进行聚焦。
12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个电子光学元件分别在所述多个束限制开口上方并且与所述多个束限制开口对准。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述多个电子光学元件被配置为从由所述多束装置生成的大致平行束形成所述多个小束。
14.一种用于减小多束装置的小束的像差的方法，所述方法包括：
生成带电粒子的多个小束；
使用多个电子光学元件将所述多个小束以不同的偏转角朝向所述多束装置的物镜的主光轴偏转；以及
利用所述物镜使得经偏转的所述多个小束聚焦在样品的表面上，以在所述表面上形成多个探测点，
其中经偏转的所述多个小束的所述偏转角被独立设置，以使得经偏转的所述多个小束穿过或被偏转为接近所述物镜的前焦点，以分别减小所述多个探测点的像差。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
使用所述多个电子光学元件补偿所述多个探测点的场曲率、像散或失真像差中的至少一项，以进一步减小所述多个探测点的尺寸和失真。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，生成带电粒子的所述多个小束包括：
使用所述多个电子光学元件从由所述多束装置生成的大致平行束形成所述多个小束。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，生成带电粒子的所述多个小束包括：
使用分别在所述多个电子光学元件上方并且与所述多个电子光学元件对准的多个束限制开口，从由所述多束装置生成的大致平行束形成所述多个小束。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，生成带电粒子的所述多个小束包括：
使用分别在所述多个电子光学元件上方并且与所述多个电子光学元件对准的多个预弯曲微偏转器，从由所述多束装置生成的大致平行束形成所述多个小束。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括：
将所述多个小束引导为垂直入射到多个束限制开口中，所述多个束限制开口分别在所述多个电子光学元件上方并且与所述多个电子光学元件对准。
20.根据权利要求14所述的方法，还包括：
通过改变所述多个小束的电势来改变所述多个小束的着陆能量。
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