CN113056806A - 电磁复合透镜和具有这样的透镜的带电粒子光学系统 - Google Patents

Abstract

电磁复合透镜可以被配置为聚焦带电粒子束。复合透镜可以包括设置在次级光轴上的静电透镜和也设置在次级光轴上的磁透镜。磁透镜可以包括永磁体。带电粒子光学系统可以包括束流分离器，该束流分离器被配置为将由源沿初级光轴生成的初级带电粒子束的多个束波与次级带电粒子的次级光束分开。该系统可以包括次级成像系统，该次级成像系统被配置为沿次级光轴将次级光束聚焦到检测器上。次级成像系统可以包括复合透镜。

Description

电磁复合透镜和具有这样的透镜的带电粒子光学系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年11月16日提交的美国申请62/768,799的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本文中提供的实施例涉及带电粒子光学系统，该带电粒子光学系统可以适用于具有一个或多个带电粒子束的带电粒子设备，诸如利用一个或多个电子束的电子显微镜设备。

背景技术

在集成电路(IC)的制造过程中，可以对电路组件进行检查以确保它们根据设计来制造并且没有缺陷。图案缺陷、不请自来的颗粒(残留物)等可能在制造过程中出现在晶片或掩模上，从而降低产率。例如，对于具有较小关键特征尺寸的图案，不请自来的颗粒可能会很麻烦，这些特征已经被采用以满足IC芯片越来越高的性能要求。

能够降低至小于纳米的分辨率的带电粒子(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))是一种用于检查具有小于100纳米的特征尺寸的IC组件的实用工具。在SEM工具中，具有相对较高能量的初级电子束被减速以便以相对较低的着陆能量着陆在样品上并且被聚焦以在其上形成探测点。由于初级电子集中在探测点上，因此将从表面生成次级电子。通过在样品表面上扫描探测点并且收集次级电子，图案检查工具可以获取样品表面的图像。

在单束或多束检查工具内的光学元件(诸如透镜、偏转器等)可能在用于检查的光束中引入色散或像差。例如，当用于收集次级电子的检测器偏轴安置时，可能沿光轴生成初级电子束。在包括多个初级光束或多个次级光束的检查系统中，可以使用束流分离器将次级电子束与初级光束分离并且将次级光束引导向离轴检测器。因为束流分离器可以包括用于使用电磁力使电子偏转的磁偏转器，所以束流分离器可以在光束穿过其中时在光束中生成色散。此外，透镜可能会产生像差，该像差会受到其尺寸、结构、操作条件以及在光学系统内安置的影响。除其他影响外，色散和像差可能会降低用于重构被检查样品表面的图像的分辨率。

发明内容

本公开的实施例可以提供一种电磁复合透镜。该复合透镜可以包括静电透镜和磁透镜。磁透镜可以包括永磁体。可以通过改变静电透镜的聚焦能力来改变复合透镜的聚焦能力。本公开的实施例可以提供一种带电粒子光学系统。该系统可以包括束流分离器，该束流分离器被配置为将由源生成并且沿初级光轴行进的初级带电粒子束的多个束波与通过多个束波从样品中生成的多个次级带电粒子束分开。次级带电粒子束在穿过束流分离器之后可以沿次级光轴行进。该系统可以包括次级成像系统，该次级成像系统被配置为沿次级光轴将次级带电粒子束聚焦到检测器的多个检测元件上。次级成像系统可以包括变焦透镜。变焦透镜可以靠近束流分离器并且包括电磁复合透镜。从束流分离器算起，从次级成像系统的入射侧起，复合透镜可以是变焦透镜中的第一透镜。

通过以下结合附图的描述，本发明的示例性优点和效果将变得很清楚，其中本发明的某些实施例通过说明和示例的方式阐述。

附图说明

图1A是示出与本公开的实施例一致的示例性电子束检查(EBI)系统的示意图。

图1B示出了可以是图1A的电子束检查系统的一部分的示例性电子束工具。

图1C示出了与本公开的实施例一致的示例性次级成像系统。

图2A至2C示出了与本公开的实施例一致的可以是次级成像系统的一部分的电磁复合透镜的示例性配置。

图3A和3B示出了与本公开的实施例一致的电磁复合透镜的其他示例性配置。

图4A示出了与本公开的实施例一致的可以在EBI系统的次级成像系统中使用的透镜的示例性配置。

图4B和4C示出了与本公开的实施例一致的可以分别在EBI系统的初级投影系统和次级成像系统中使用的透镜和场屏蔽管的其他示例性配置。

图5是表示与本公开的实施例一致的配置电磁复合透镜的示例性方法的流程图。

图6是表示与本公开的实施例一致的配置带电粒子束设备的示例性方法的流程图。

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一致的所有实现。相反，它们仅仅是与如所附权利要求中所述的本发明有关的各方面一致的系统、装置和方法的示例。为了清楚起见，附图中的元素的相对尺寸可能被放大。

电子设备的增强的计算能力(同时减小了设备的物理尺寸)可以通过显著增加IC芯片上的诸如晶体管、电容器、二极管等电路组件的封装密度来实现。例如，在智能电话中，IC芯片(可以是指甲盖的大小)可以包括超过20亿个晶体管，每个晶体管的大小小于人发的1/1000。毫不奇怪，半导体IC制造是一个复杂的过程，需要数百个个体步骤。即使一步出错，也有可能极大地影响最终产品的功能。甚至一个“杀手级缺陷”也可能导致器件故障。制造过程的目标是提高过程的总产率。例如，要使50个步骤的过程获取75％的产率，每个步骤的产率都必须大于99.4％，如果单个步骤的产率为95％，则整个过程的产率将降至7％。

在保持高生产量(例如，定义为每小时处理的晶片数)的同时，确保能够以高精度和高分辨率检测缺陷的能力变得越来越重要。缺陷的存在可能会影响高工艺产率和高晶片生产量，尤其是在涉及操作人员干预的情况下。因此，通过检查工具(诸如SEM)检测和标识微米和纳米尺寸的缺陷对于保持高产率和低成本很重要。

使用带电粒子束的检查工具可以实现高分辨率和高生产量。在一些用于检查样品的检查工具中，可以从带电粒子源生成初级光束。如图所示，例如，在图1B中，从源101生成的初级光束102沿初级光轴100_1行进，并且初级光束102的一个或多个束波(诸如102_1、102_2和102_3)撞击样品1。然后，可以通过一个或多个束波从样品中生成次级带电粒子的一个或多个次级光束，这些束波可以在相反方向上沿初级光轴传播。最终，次级带电粒子的一个或多个次级光束可以到达检测器、诸如电子检测装置140M，在检测器中生成样品的成像信号。

为了阻止对次光束的检测干扰一个或多个束波，可以将检测器安置在远离初级光轴的某个位置，诸如沿光轴150_1。因此，可以在初级光轴上设置束流分离器，诸如元件160，以将一个或多个次级光束转向检测器。因此，一个或多个束波可以穿过束流分离器但没有在到达样品之前被转向，并且一个或多个次级光束在到达检测器之前在穿过束流分离器时可以被转向。

虽然束流分离器可以选择性地改变光束的方向，但是使用束流分离器的结果可能是：穿过的光束可能会发生色散。色散可能会对光束大小和相关的成像质量生成负面影响。因为束流分离器可能会在初级光束的束波以及在次级光束上引入色散影响，色散影响随着初级光束与次级光束之间的分离角而增加，所以可以设置束流分离器的工作参数使得分离角较小。例如，在图1B中，可以操作束流分离器160以小角度α使诸如次级电子束102_1se等次级光束朝向电子检测装置140M偏转，而不偏转束波(102_1、102_2、102_3)。角度α是分离角。但是，这样做可能会限制可用于将电子光学元件安置在检查工具中的空间，诸如用于将次级光束投射到检测器的次级成像系统。根据本申请的各方面，检查工具的一些元件(诸如图4A所示的透镜151-11A)可以设置在初级光轴100_1与次级光轴150_1之间的有限空间中。

次级光束在到达检测器的途中穿过各种透镜。例如，如图1B所示，次级光束穿过可以包含一个或多个透镜的次级成像系统150。透镜可能会对穿过的次级光束引入像差影响。减少透镜像差的一些方法可以是使透镜变大，在静电透镜的情况下使用“正模式”，或者使用磁透镜。然而，增加透镜的尺寸或者使用磁透镜需要更多空间来将透镜安置在检查工具中。此外，正模式需要较高的电压，这可能会增加产生电弧的风险，尤其是在其中具有高电压差的电极可能会彼此靠近的紧密空间中。

因此，在检验工具中存在用于使色散影响最小化和使像差最小化的竞争性目标。由于色散和像差都可能降低成像质量，因此期望同时降低色散和像差。此外，由于诸如色散和像差等有害影响可能在整个光学系统中传播，因此期望在检查工具的光学系统中尽早减小这种影响。

此外，光学系统中的某些透镜可以使用电磁体。电磁体是一种包括线圈和覆盖线圈的磁轭的磁体。通过使电流流过线圈来生成磁场，并且磁轭增强了磁场并且引导磁场通过磁轭的两个极靴之间的非磁性间隙泄漏出去。通常，当用于聚焦光束时，与相对应的静电场相比，磁场生成的像差较小。因此，当应用于检查工具中时，生成磁场或磁场与静电场的组合的透镜可能是有益的。如果需要调节透镜以适应各种聚焦条件，则磁场和静电场中的一者或两者都需要是可改变的。如果使用电磁体生成磁场，则需要电源向电磁体的线圈连续提供电流以维持磁场，并且因此可能是体积庞大且复杂的。

此外，电磁线圈生成热量，这可能对磁透镜的稳定性和相关的成像质量产生负面影响。本申请的某些方面可以使用永磁体，该永磁体可以避免电磁体的某些问题。例如，与电磁体相比，永磁体可以占据更小的空间，可以生成更少的热量，并且不需要与驱动器的连接。因此，永磁体可以适合于安置在高电压环境中。

在本公开的一些实施例中，可以减少或消除检查工具中的色散和像差的影响。例如，束流分离器可以被配置为使次级光束偏转少量，而在可用空间有限的情况下提供电磁复合透镜。复合透镜可以包括磁性部分和静电部分。磁性部分可以包括永磁体。复合透镜可以允许其聚焦能力的一部分由磁性部分提供，而部分由静电部分提供，并且聚焦能力的可调节部分可以由静电部分提供。磁性部分对于减少像差可以是有益的，而可调节性可以通过静电部分来实现。静电部分可以以正模式操作，这对于减少像差也可以是有益的。因此，可以提高检查工具的成像分辨率。

在不限制本公开的范围的情况下，可以示例性地将实施例的描述和附图称为使用电子束。然而，实施例不用于将本发明限制为特定的带电粒子。例如，可以将用于光束形成的系统和方法应用于光子、x射线和离子等。此外，术语“光束”可以是指初级电子束、初级电子束波或次级电子束等。

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，如果声明组件包括A或B，则除非另有明确说明或不可行，否则该组件可以包括A或B或A和B。作为第二示例，如果声明组件包括A、B或C，则除非另有明确说明或不可行，否则该组件可以包括A、B、或C、A和B、A和C、或B和C、或A和B和C。

现在参考图1A，图1A示出了与本公开的实施例一致的示例性电子束检查(EBI)系统10。如图1A所示，EBI系统10包括主腔室11、加载/锁定腔室20、电子束工具100和设备前端模块(EFEM)30。电子束工具100位于主腔室11内。

EFEM 30包括第一加载端口30a和第二加载端口30b。EFEM 30可以包括其他加载端口。第一加载端口30a和第二加载端口30b可以例如容纳包含晶片(例如，半导体晶片或由其他材料制成的晶片)或要检查的样品(晶片和样品在下文中可以统称为“晶片”)的晶片前开式传送盒(FOUP)。EFEM 30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20。

加载/锁定腔室20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20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20运送到主腔室11。主腔室11连接到主腔室真空泵系统(未示出)，该系统去除主腔室11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，通过电子束工具100对晶片进行检查。电子束工具100可以是单束系统或多束系统。控制器19电连接到电子束工具100。尽管控制器19在图1A中被示出为在包括主腔室11、加载/锁定腔室20和EFEM 30的结构的外部，但是应当理解，控制器19可以是该结构的一部分。

尽管本公开提供了容纳电子束检查系统的主腔室11的示例，但是应当注意，本公开的各方面在其最广泛的意义上并不限于容纳电子束检查系统的腔室。相反，应当理解，本文中讨论的原理也可以应用于在第二压力下操作的其他工具。

图1B示出了可以是图1A的EBI系统的一部分的示例性电子束工具100A。电子束工具100A(在本文中也称为“设备100A”)包括电子源101、枪孔板(gun aperture plate)171、聚光透镜110、源转换单元120、初级投影系统130、次级成像系统150和电子检测装置140M。初级投影系统130可以包括物镜131。具有表面7的样品1可以被设置在可移动台(未示出)上。电子检测装置140M可以包括多个检测元件140_1、140_2和140_3。束流分离器160和偏转扫描单元132可以安置在初级投影系统130内部。

电子源101、枪孔板171、聚光透镜110、源转换单元120、束流分离器160、偏转扫描单元132和初级投影系统130可以与设备100A的初级光轴100_1对准。次级成像系统150和电子检测装置140M可以与设备100A的次级光轴150_1对准。

电子源101可以包括阴极(未示出)和提取器或阳极(未示出)，其中在操作期间，电子源101被配置为从阴极发射初级电子并且初级电子通过提取器或阳极被提取或加速以形成初级电子束102，初级电子束102形成初级光束交叉(虚拟或真实)101s。初级电子束102可以被可视化为是从初级光束交叉器101s发射的。

源转换单元120可以包括图像形成元件阵列(图1B中未示出)和光束限制孔径阵列(图1B中未示出)。图像形成元件阵列可以包括多个微偏转器或微透镜，该多个微偏转器或微透镜可以影响初级电子束102的多个初级束波102_1、102_2、102_3并且形成初级光束交叉101s的多个平行图像(虚拟或真实)，每个初级束波102_1、201_2、102_3有一个平行图像。光束限制孔径阵列可以被配置为限制个体初级束波102_1、102_2和102_3的直径。图1B示出了三个初级束波102_1、102_2和102_3作为示例，并且应当理解，源转换单元120可以被配置为形成任何数目的初级束波。例如，源转换单元120可以被配置为形成初级束波的3×3阵列。源转换单元120还可以包括被配置为补偿探测点102_1S、102_2S和102_3S的像差的像差补偿器阵列。在一些实施例中，像差补偿器阵列可以包括具有微透镜的场曲补偿器阵列，该微透镜被配置为分别补偿探测点102_1S、102_2S和102_3S的场曲像差。在一些实施例中，像差补偿器阵列可以包括具有微散光器的像散补偿器阵列，该微散光器被配置为分别补偿探测点102_1S、102_2S和102_3S的像散像差。在一些实施例中，图像形成元件阵列、像场弯曲补偿器阵列和像散补偿器阵列可以分别包括多层微偏转器、微透镜和微衰减器。多层阵列的示例在美国专利申请号62/567,134中有进一步描述，该专利申请全文并入本文。

聚光透镜110被配置为聚焦初级电子束102。聚光透镜110还可以被配置为通过改变聚光透镜110的聚焦能力来调节源转换单元120下游的初级束波102_1、102_2和102_3的电流。因此，束波102_1、102_2和102_3可以具有可以由聚光透镜110改变的聚焦状态。替代地，可以通过改变光束限制孔径阵列内与个体初级束波相对应的光束限制孔径的径向尺寸来改变电流。因此，束波的电流在沿束波的路径的不同位置可能会有所不同。可以调节束波电流使得束波在样品表面上的电流(例如，探测点电流)被设置为期望的量。

聚光透镜110可以是可移动聚光透镜，其可以被配置为使得其第一主平面的位置是可移动的。可移动聚光透镜可以被配置为是磁性的，或静电的，或电磁的(例如，复合的)。可移动聚光透镜在美国专利号9,922,799和美国专利申请公开号2017/0025243中有进一步描述，其全部内容并入本文。在一些实施例中，聚光透镜可以是防旋转透镜，其可以在改变束波的电流的同时保持离轴束波的旋转角度不变。在一些实施例中，聚光透镜110可以是可移动防旋转聚光透镜，其包括具有可移动第一主平面的防旋转透镜。防旋转或可移动防旋转聚光透镜在国际公开号WO 2018/122176中有进一步描述，其通过引用整体并入本文。

物镜131可以被配置为将束波102_1、102_2和102_3聚焦到样品1上以进行检查，并且可以在表面7上形成三个探测点102_1S、102_2S和102_3S，如所描绘的实施例所示。枪孔板171在操作中被配置为阻挡初级电子束102的外围电子以减小库仑效应。库仑效应可以增大初级束波102_1、102_2、102_3的每个探测点102_1S、102_2S和102_3S的大小，因此可能会降低检查分辨率。

束流分离器160例如可以是维恩滤波器，其包括生成静电偶极场E1和磁偶极场B1的静电偏转器。束流分离器160可以利用洛伦兹力来影响穿过其中的电子。束流分离器160可以被激活以生成静电偶极场E1和磁偶极场B1。在操作中，束流分离器160可以被配置为通过静电偶极场E1在初级束波102_1、102_2和102_3的个体电子上施加静电力。静电力大小可以相等，但是方向与电子束分离器160的磁偶极场B1对个体电子施加的磁力相反。初级束波102_1、102_2和102_3可以基本笔直地穿过束流分离器160。

在操作中，偏转扫描单元132被配置为偏转初级束波102_1、102_2和102_3，以在表面7的一部分中在个体扫描区域上扫描探测点102_1S、102_2S和102_3S。响应于通过初级束波102_1、102_2和102_3在探测点102_1S、102_2S和102_3S处对样品1的照射，次级电子从样品1中出来并且形成三个次级电子束102_1se、102_2se和102_3se，这三个次级电子束102_1se、102_2se和102_3se在操作中从样品1中发射。次级电子束102_1se、102_2se和102_3se中的每个通常包括具有不同能量的电子，包括次级电子(例如，电子能量≤50eV)和反向散射电子(例如，电子能量在50eV与初级束波102_1、102_2和102_3的着陆能之间)。

束流分离器160被配置为将次级电子束102_1se、102_2se和102_3se偏向次级成像系统150。次级成像系统150随后将次级电子束102_1se、102_2se和102_3se聚焦到电子检测装置140M的检测元件140_1、140_2和140_3上。检测元件140_1、140_2和140_3被布置为检测对应的次级电子束102_1se、102_2se和102_3se并且生成可以被发送到信号处理单元(未示出)以例如构造样品1的对应扫描区域的图像的对应信号。

束流分离器160可以被配置为使次级电子束朝着次级成像系统150偏转角度α。角度α可以被确定为初级光轴100_1与次级光轴150_1之间的角度。角度α可以表示在轴上初级电子束波与其对应次级电子束波之间的分离角。在一些实施例中，角度α可以设置在5度到25度的范围内。

如上所述，束流分离器160可以是包括磁偏转器的偏转装置，诸如维恩滤波器。偏转装置可以使通过其中的电子偏转。电子的偏转方向和偏转角度可以取决于电子的运动方向和能量(其可以由例如速度表示)。初级电子可以朝向样品1行进，而次级电子则是从样品1的表面7生成并且离开样品1。因此，沿与次级或反向散射电子不同的方向运动的初级电子可以与次级或反向散射电子区分开。因此，初级束波102_1、102_2和102_3可以被允许基本笔直地穿过束流分离器160，而次级电子束102_1se、102_2se和102_3se被偏转离开光轴100_1，诸如以角度α。

然而，初级束波102_1、102_2和102_3本身可以包括处于不同能级的电子。因此，可以在初级束波102_1、102_2和102_3中的每个初级束波中都生成色散。色散可能会影响初级束波102_1、102_2和102_3，从而在样品1上形成偏离期望形状或变宽的探测点。因此，色散可能导致形成例如椭圆形或扩大的探测点。由束流分离器160引起的色散会降低成像分辨率。

此外，色散会影响次级电子束102_1se、102_2se和102_3se，从而在电子检测装置140M上形成较大的斑点。色散会降低次级电子收集效率并且导致串扰。

在图1B中，初级投影系统130内的束波的路径仅是示意性的。例如，如图1B所示，线性地行进通过光束偏转器160、偏转扫描单元132和物镜131的束波的以虚线进行的表示可以指示进入和离开电子光学元件或系统(诸如初级投影系统130)的束波之间的对应关系。也就是说，束波的轨迹可以与图1B中的初级投影系统130内所示的轨迹不同。束波的相对位置可以随着电子光学元件的配置和操作模式而改变。

分离角α可以基于各种标准来设置。在一些实施例中，分离角α可以设置为使色散影响最小化。例如，分离角α可以选择为尽可能小。束流分离器160可以被配置为使次级束波尽可能小地偏转使得由束流分离器160生成的静电偶极场E1和磁偶极场B1的大小被最小化。为了使色散影响最小化，减小E1和B1的大小可以是有效的。

然而，减小分离角α可能会限制初级光轴100_1与次级光轴150_1之间的可用空间。空间的限制对次级成像系统150强加了封装约束。这种约束可能会限制诸如透镜等次级成像系统150中的元件的尺寸和位置的灵活性。

图1C示出了可以形成设备100A的一部分的检测系统100A-D的示例性配置。检测系统100A-D可以包括次级成像系统150和电子检测装置140M。次级成像系统150可以包括都可以与次级光轴150_1对准的变焦透镜151、投影透镜152和防扫描偏转单元157。电子检测装置140的检测元件140_1、140_2和140_3可以安置在检测平面SP3上。变焦透镜151、投影透镜152和物镜131可以一起将样品表面7的图像投影到检测平面SP3上。当偏转扫描单元132关闭时，这些元件可以聚焦次级电子束102_1se、102_2se和102_3se以分别在检测元件140_1、140_2和140_3上形成次级电子斑点。防扫描偏转单元157可以被配置为当偏转扫描单元132在相应区域上扫描束波102_1、102_2和102_3时，将次级电子斑点保持在对应的检测元件内。

从样品1的表面7到检测平面SP3的总成像放大率可以根据检测元件上的探测点的间距(例如，检测元件140_1、140_2和140_3上的次级电子斑点之间的间距)以及样品1上探测点的间距(例如，探测点102_1S、102_2S和102_3S之间的间距)来确定。放大率可以定义为间距的比率。

样品表面7上的每个探测点可以被成像到一个检测元件上，从而确保多个探测点与多个检测元件之间的对应关系。在一些实施例中，样品1上的探测点间距对于不同检查应用可以是不同的，并且放大率可以相应地改变。

变焦透镜151可以包括两个透镜151_11和151_12。透镜151_11和151_12可以是静电透镜。变焦透镜151的图像平面可以被配置为在转印平面SP2处。可以在转印平面SP2处提供物镜。在一些实施例中，转印平面SP2的位置在不同模式(诸如慢速次级电子检测模式和反向散射电子检测模式)下可以不同。

投影透镜152可以包括静电透镜152_11和磁透镜152_12。投影透镜152的图像平面可以被配置为在检测平面SP3处。从样品表面7到转印平面SP2的成像放大率的第一级可以通过物镜131和变焦透镜151来实现。从转印平面SP2到检测平面SP3的成像放大率的第二级可以通过投影透镜152来实现。从样品表面7到检测平面SP3的放大率可以等于成像放大率的第一级和成像放大率的第二级的乘积。在一些实施例中，成像放大率的第二级可以被配置为大于成像放大率的第一级。在诸如慢速次级电子检测模式等某些成像模式下，将第二级设置为大于第一级可以是有利的。

变焦透镜151可以执行变焦功能。通过调节透镜151_11和151_12的聚焦能力，可以改变成像放大率的第一级以获取总成像放大率的期望值。投影透镜152可以执行防旋转功能。通过调节磁透镜152_12的磁场和静电透镜152_11的聚焦能力，可以将检测平面SP3上的总图像旋转和成像放大率的第二级设置为保持恒定。防扫描偏转单元157可以执行防扫描功能。通过利用偏转扫描单元132使次级电子束同步偏转，可以基本消除检测平面SP3上的次级电子斑点的位移。因此，可以保持多个探测点与多个检测元件之间的对应关系。

检测系统100A-D的示例性操作可以包括以下内容。例如，物镜131可以聚焦分别从探测点102_1S、102_2S和102_3S生成的次级电子束102_1se、102_2se和102_3se，并且在图像平面SP1_se上形成三个探测点的第一次级电子图像。图像平面SP1_se可以在变焦透镜151下方并且可以随着物镜131的操作条件的改变而移动。束流分离器160可以使次级电子束102_1se、102_2se和102_3se偏转使得光束沿次级光轴150_1进入次级成像系统150。变焦透镜151然后可以聚焦次级电子束102_1se、102_2se和102_3se，并且在转印平面SP2上形成三个探测点的第二次级电子图像。然后，投影透镜152可以聚焦次级电子束102_1se、102_2se和102_3se以在检测平面SP3上形成三个探测点的第三次级电子图像。

包括第一变焦透镜151_11和第二变焦透镜151_12在内的变焦透镜151可以被调节以在物镜131和初级电子束的多个束波的成像条件改变时在样品1与检测平面SP3之间实现期望的成像放大率。例如，可以调节第一变焦透镜151_11和第二变焦透镜151_12使得次级电子束102_1se、102_2se和102_3se的间距与检测元件140_1、140_2和140_3的间距匹配。当成像条件改变时，可以调节包括磁透镜152_12和静电透镜152_11在内的投影透镜152以使次级电子束102_1se、102_2se和102_3se的取向与检测元件140_1、140_2和140_3的取向匹配。可以操作防扫描偏转单元157以在偏转扫描单元132在样品1上的相应区域上扫描束波102_1、102_2和102_3的操作期间，将次级电子束102_1se、102_2se和102_3se保持在检测元件140_1、140_2和140_3内。

如上所述，束流分离器160可以被配置为以小角度α偏转次级束波，例如以使色散影响最小化。角度α例如可以设定在5度至25度的范围内。当分离角α较小时，可以限制用于次级成像系统150和初级投影系统130的空间。最靠近束流分离器160的元件(诸如变焦透镜151的第一透镜151_11)可能受到这种空间约束的最大影响。此外，随着两个系统变得越来越复杂，例如使用越来越多的束波和更多的检测元件，空间约束可能变得更加尖锐。两个系统中的透镜可以更小，但是成像质量可能会下降。例如，透镜的内径越大，透镜生成的像差越小。同时，透镜离束流分离器160越近，透镜生成的像差越小。因为在次级成像系统150内生成的像差可能使次级电子收集效率变差并且导致串扰，所以可能期望使像差最小化。然而，由于封装的限制，难以将具有大内径的透镜安置在靠近束流分离器160的位置。因此，从使在次级成像系统150中生成的像差最小化的角度来看所期望的是，将分离角α设置为尽可能大使得有更多空间可用于容纳透镜。因此，在使来自束流分离器160的色散影响最小化与使来自次级成像系统150的像差最小化之间存在折衷关系。因此，可以选择分离角α以平衡对初级电子图像分辨率和次级电子检测效率的要求与串扰。静电透镜通常比相当的磁透镜占用更少的空间，但是生成的像差大于磁透镜。因此，在一些实施例中，电磁复合透镜被设置为次级成像系统中的变焦透镜的第一透镜，诸如图1C中的变焦透镜151中的透镜151_11。可以使电磁复合透镜比具有线圈的常规磁透镜更紧凑，从而可以在设置小的分离角α时允许使用具有低像差的第一透镜，从而在实现具有低色散影响和低像差两者的检查工具时具有更大的灵活性。

变焦透镜的透镜通常可以是静电透镜，这是由于例如次级成像系统150中的空间限制。作为示例，静电透镜可以包括两个端电极和一个或多个内部电极，并且可以用作单透镜(Einzel lens)。在单透镜中，光束入射侧和光束出射侧的端电极设置为相等电势，并且一个或多个内部电极可以相对于端电极被正(即，正模式)、负(即，负模式)、或负和正(即，组合模式，其可以使用两个或更多个内部电极)偏置。为了确保次级成像系统150在地电势下运行，可以将单透镜的端电极设置为地电势。

通常，磁透镜可以生成比静电透镜小的像差。然而，具有可调节聚焦能力的常规磁透镜包括线圈绕组，从而使其体积更大。对于涉及封装约束的情况，常规的磁透镜可能不是理想的。因此，次级成像系统150可以在例如变焦透镜151中使用单透镜。

单透镜可以以正模式、负模式或组合模式在次级成像系统150中操作。正模式下的绝对电压高于其他模式下的绝对电压。使用较高电压来减小像差影响可能是有利的，但这样做可能会增加电弧放电的风险。例如，在次级成像系统150中，当封装约束导致导电电极彼此靠近安置时，可能存在很多电弧放电路径，因此，出于电气安全的原因，应当避免高电压。因此，可能需要以负模操作单透镜。

在本公开的一些实施例中，变焦透镜中的一个透镜可以是包括磁透镜和静电透镜的电磁复合透镜。复合透镜的磁透镜可以包括永磁体。复合透镜的磁透镜可以提供复合透镜的总聚焦能力的一部分，而静电透镜构成总聚焦能力的其余部分。复合透镜的静电透镜可以使用与纯单透镜相比较低的电压以正模式操作。根据一些实施例，与其中所有透镜都是静电的典型变焦透镜相比，具有电磁复合透镜的变焦透镜中的像差可以减小。

现在参考图2A，图2A示出了与本公开的实施例一致的电磁复合透镜210A的示例性配置。图2A的复合透镜可以形成次级成像系统150的一部分。例如，复合透镜210A可以被设置为图1C的次级成像系统150的变焦透镜151中的第一透镜151_11。因此，复合透镜210A可以布置在束流分离器160与投影透镜152之间。复合透镜210A可以与轴210_1对准，在一些实施例中，诸如当将复合透镜210A设置为第一透镜151_11时，轴210_1可以是轴150_1。复合透镜210A可以关于轴210_1旋转对称。

复合透镜210A可以包括永磁体211、第一磁极件212、第二磁极件213、第一电极215和第二电极216。磁体211可以围绕轴210_1并且沿轴210_1设置在第一磁极件212与第二磁极件213之间。第一和第二磁极件212、213可以沿轴210_1设置在第一电极215与第二电极216之间。组件211、212、213、215和216可以具有环形形状。与线圈相比，永磁体可以占用更小的空间，生成更少的热量，并且不需要连接到驱动器，因此，永磁体可以适合安置在高电压环境中。

磁体211可以在可以平行于轴210_1的纵向方向上具有磁化方向。第一磁极件212和第二磁极件213可以由导电和磁性材料形成。在一些实施例中，第一磁极件212和第二磁极件213中的一者或两者可以直接接触磁体211。磁路可以由磁体211、第一磁极件212和第二磁极件213形成。磁极件212和213可以被设置为塑造和引导由磁体211生成的磁场。磁极件212和213可以被分开设置使得它们彼此不物理接触。

第一和第二磁极件212、213可以形成非磁性间隙G1。间隙G1可以形成在磁体211的径向内侧使得由磁体211生成的磁场引导向轴210_1。间隙G1可以清出围绕轴210_1的环形区域。由间隙G1形成的被清出的环形区域的外径可以小于磁体211的内径。间隙G1可以是自由空间，或者可以被部分或完全填充有对磁场几乎没有影响(即，磁导率接近或等于1)的材料。

复合透镜210A包括可以由磁体211、第一磁极件212和第二磁极件213形成的磁透镜。对磁透镜的激励可以由磁体211提供。通过间隙G1可能出现磁场210-mf。图2A示出了磁场210-mf的磁力线。磁场可以通过第一和第二磁极件212、213之间的间隙G1泄漏到围绕轴210_1的区域。因此，穿过复合透镜210A的电子可能会受到磁透镜的磁场的影响。如果第一和第二磁极件212、213中的一者或两者与磁体211间隔开，则第一和第二磁极件212、213在与磁体211间隔开的部分中比在间隙G1中具有更强的磁耦合。因此，磁场可以优先通过间隙G1泄漏。在一些实施例中，第一和第二磁极件212、213可以具有不同的直径。例如，第一磁极件212可以具有与第二磁极件213不同的内径。

复合透镜210A包括可以由第一和第二磁极件212、213、第一电极215和第二电极216形成的静电透镜。第一和第二电极215、216可以形成端电极。第一和第二电极215、216可以由导电材料形成。电压可以被施加到组件212、213、215和216。当组件212、213、215和216中的两个设置为不同电势时，可以生成静电场。例如，在图2A中，第一电极215可以被设置为与第一磁极件212的电势不同的电势。因此，可以在它们之间形成电场。类似地，第二电极216可以被设置为与第二磁极件213的电势不同的电势。第一和第二磁极件212、213的电势可以相同。第一和第二电极215、216的电势也可以相同(与在单透镜中一样)。图2A示出了电场210-ef的等势线。复合透镜210A可以被配置为例如在间隙G1的区域中关于与轴210_1相交的横向平面对称。

在一些实施例中，第一磁极件212和第二磁极件213可以彼此电连接。因此，第一磁极件212和第二磁极件213可以形成单个电极，并且单个电压可以被施加到第一磁极件212和第二磁极件213。

复合透镜210A的聚焦能力可以是可调节的。例如，由组件212、213、215和216组成的静电透镜中的电场可以通过改变静电透镜中的电极的电压来调节。磁体211是永磁体，其磁化强度可以是固定的，因此，在磁透镜中生成的磁场可以保持固定。复合透镜的聚焦能力可以取决于磁场和电场两者。因此，当磁场固定时，聚焦能力的可调节性可以经由复合透镜的静电部分来提供。

复合透镜210A可以包括静电透镜和磁透镜，并且可以借助于静电透镜来调节。静电透镜的调节可以通过调节施加到第一电极215、第二电极216和可以包括第一磁极件212或第二磁极件213的中心电极的电压来进行。

图2B示出了与本公开的实施例一致的复合透镜210B的另一示例性配置。除了以下示例性差异之外，复合透镜210B可以类似于以上关于图2A讨论的复合透镜210A。复合透镜210B可以在沿轴210_1的方向上分别包括在磁体211与第一磁极件212之间的间隙Ga以及在磁体211与第二磁极件213之间的间隙Gb。第一和第二磁极件212、213可以在间隙Ga和Gb中比在间隙G1中具有更强的磁耦合。第一和第二磁极件212、213可以具有不同的形状。第一磁极件212的内径可以小于第二磁极件213的内径。此外，复合透镜210B可以包括布置在间隙G1内部的电极214。

第一和第二磁极件212、213可以被成型为使得间隙G1沿轴210_1形成在各个位置。如图2B所示，间隙G1可以在轴向上形成在磁体211的一端处。间隙G1可以形成为靠近磁体211的一端。例如，间隙G1可以在轴210_1的方向上与磁体211的相对端相比更靠近磁体211的一端。间隙G1可以定位成位于电子束的电子的入射侧。例如，复合透镜210B可以布置在次级成像系统中以使得在图2B所示的视图中，次级光束的次级电子从右侧端入射。轴210_1可以与次级光轴150_1共线(参见图1C)。电子可以通过第一磁极件212中的开口进入复合透镜210B。因此，在进入复合透镜210B之后不久，电子可能会受到从间隙G1出现的磁场的影响。将间隙G1定位成更靠近复合透镜210B的电子进入的端部可以确保磁场尽早影响电子，并且可以减小复合透镜201B的像差。

电极214可以设置为部分地或完全地覆盖间隙G1。在一些实施例中，电极214可以完全设置在间隙G1内，并且可以不延伸到间隙G1外部。电极214可以由非磁性材料形成。电极214可以由对磁场没有影响或影响很小的材料形成，以便不干扰磁体211生成的磁场。为了避免磁体211带电，电极214可以完全阻挡间隙G1。因此，可以防止例如沿轴210_1行进通过复合透镜210B的电子撞击磁体211。从而可以防止电荷积聚在磁体211上，因此，可以防止复合透镜210B的静电透镜的静电特性被电荷改变，因此可以保持静电透镜的聚焦能力稳定。此外，组件211、212、213的几何形状可以被配置为减小电子到达磁体211的可能性。例如，可以使磁体211的环形厚度小于第一和第二磁极件212、213的环形厚度。在一些实施例中，可以使磁体211的内径大于第一和第二磁极件212、213的内径。磁体211的内径可以稍大于第一和第二磁极件212、213的内径。可以使间隙G1小于磁体211与第一磁极件212之间的径向尺寸差(径向方向垂直于轴210_1)，或者小于磁体211与第二磁极件213之间的径向尺寸差。通过这样的配置，可以降低电子通过复合透镜210B到达磁体211的可能性。

复合透镜210B可以包括静电透镜和磁透镜。复合透镜210B的磁透镜可以由组件211、212、213形成。由组件211、212、213生成的磁场可以通过间隙G1泄漏出去，以影响沿轴210_1行进的电子。复合透镜210B的静电透镜可以由组件212、213、214、215和216形成。第三电极可以与第一电极215和第二电极216一起设置在复合透镜210B的静电透镜中。第三电极可以包括电极214。电极214可以直接接触第一和第二磁极件212、213中的一者或两者。在一些实施例中，复合透镜210B的静电透镜和磁透镜可以由共同组件形成。例如，第一磁极件212和第二磁极件213可以是复合透镜210B的静电透镜和复合透镜210B的磁透镜两者的组成组件。在其他实施例中，例如，如稍后将讨论的，静电透镜和磁透镜的组件可以是互斥的。

在一些实施例中，电极214可以具有与第一磁极件212或第二磁极件213相同或不同的内径。例如，如图2B所示，电极214的内径D1大于第一磁极件212的内径D2。此外，电极214可以被布置为使得在第一磁极件212与电极214之间或第二磁极件213与电极214之间形成有间隙。

图2C示出了与本公开的实施例一致的复合透镜210C的另一示例性配置。除了以下示例性差异之外，复合透镜210C可以类似于上述的复合透镜210A和复合透镜210B。复合透镜210C可以包括布置在间隙G1内部的电极214。复合透镜210C可以分别在沿轴210_1的方向上包括在电极214与第一磁极件212之间的间隙Gc以及在电极214与第二磁极件213之间的间隙Gd。电极214的内径可以大于第一磁极件212和第二磁极件213中的每个。复合透镜210C可以被配置为使得电子撞击磁体211的可能性很小。

现在参考图3A，图3A示出了与本公开的实施例一致的复合透镜220A的示例性配置。复合透镜220A可以包括覆盖第一和第二磁极件212、213的电极214。电极214可以覆盖面对轴210_1的第一和第二磁极件212、213的内表面。电极214可以沿轴210_1从第一磁极件212的一端延伸到第二磁极件213的一端。电极214可以覆盖面对轴210_1的第一和第二磁极件212、213的基本所有内表面。

在复合透镜220A中，第一磁极件212和第二磁极件213可以由导磁和非导电材料形成。第一和第二磁极件212、213中的一者或两者的材料可以是电绝缘体。电极214可以由非磁性材料形成。

复合透镜220A可以包括静电透镜和磁透镜。复合透镜220A的磁透镜可以由组件211、212、213形成。由组件211、212、213生成的磁场可以通过间隙G1泄漏出去，以影响沿轴210_1行进的电子。复合透镜220A的静电透镜可以由组件214、215和216形成。电极214可以直接接触第一磁极件212和第二磁极件213中的一者或两者。在一些实施例中，在电极214与第一和第二磁极件212、213之间可以设置有间隙。例如，电极214可以在径向方向上与第一和第二磁极件212、213间隔开。通过将组件214、215和216中的两个组件设置为不同电势，可以在复合透镜220A中生成电场。

复合透镜220A可以允许改进设计灵活性。例如，可以由诸如电极214、第一电极215和第二电极216等具有导电特性的组件生成电场。因为第一和第二磁极件212、213不需要由用于形成静电透镜的导电材料形成，所以在选择用于制造复合透镜220A的材料时可以提供更大的柔韧性。

图3B示出了与本公开的实施例一致的复合透镜220B的另一示例性配置。除了以下示例性差异之外，复合透镜220B可以类似于以上关于图3A讨论的复合透镜220A相同。复合透镜220B可以包括具有基本覆盖第一磁极件212、第二磁极件213和磁体211的形状的电极214。电极214可以围绕第一磁极件212、第二磁极件213和磁体211。电极214可以具有包括大致U形环的形状。例如，电极214可以包括关于轴210_1旋转对称的截面U形。电极214可以包括在纵向方向上(即，沿轴210_1)覆盖第一和第二磁极件212、213的部分、以及在径向方向上覆盖第一和第二磁极件212、213的部分。电极214可以覆盖面对轴210_1的第一和第二磁极件212、213的内表面。电极214可以沿轴210_1从第一磁极件212的一端延伸到第二磁极件213的一端。电极214也可以覆盖第一和第二磁极件212、213的端面。电极214可以覆盖围绕第一磁极件212、第二磁极件213和磁体211的三个外围侧。例如，电极214可以覆盖组件211、212和213的组的轴向内侧以及径向外端侧。在一些实施例中，电极214可以覆盖第一磁极件212、第二磁极件213和磁体211周围的另外的侧面，诸如轴向外侧。电极214可以完全环绕第一磁极件212、第二磁极件213和磁体211。

在一些实施例中，电极214可以在电极214与电极214覆盖的组件之间设置有间隙。电极214可以直接接触第一和第二磁极件212、213中的一者或两者。例如，电极214可以在沿轴210_1的方向上与第一磁极件212间隔开间隙Ge，并且可以接触第二磁极件213。

在一些实施例中，复合透镜可以用作变焦透镜中的透镜。变焦透镜可以具有可调节的聚焦能力使得可以适当地控制行进通过其的电子。例如，变焦透镜可以用于减少多个检测元件之间的串扰。这样，变焦透镜可以被配置为防止次级电子束的斑点重叠或撞击在检测装置的相邻检测元件上。变焦透镜可以被配置为使得每个次级电子束的光斑尺寸小于其对应电子检测元件。此外，变焦透镜可以被配置为补偿物镜131在聚焦影响下的变化。诸如复合透镜210A、210B、210C、220A或220B等透镜可以被配置为借助于可调节的静电透镜而可调节，以满足不同的成像条件。

现在参考图4A，图4A示出了与本公开的实施例一致的电子束工具的次级成像系统中的第一透镜151-11A的示例性配置。第一透镜151-11A可以包括电磁复合透镜，诸如以上参考图2A-2C和图3A-3B所讨论的那些。第一透镜151-11A可以用作以上参考图1C讨论的次级成像系统150的变焦透镜151的一部分。第一透镜151-11A可以被配置为聚焦被偏转离开初级光轴100_1以沿次级光轴150_1行进的次级电子束102_1se、102_2se和102_3se。

如图4A所示，第一透镜151-11A包括永磁体211、第一磁极件212、第二磁极件213、电极214、第一端屏蔽电极217和第二端屏蔽电极218。组件211、212、213、214、217和218可以与次级光轴150_1对准。第一端屏蔽电极217可以包括从外部覆盖磁体211以磁屏蔽磁体211的部分217a。以这种方式，由磁体211生成的磁场可以不泄漏到初级光轴100_1。

第一和第二磁极件212、213可以由导电和磁性材料形成。在一些实施例中，第一和第二磁极件212、213可以是电绝缘体。电极214可以由导电和非磁性材料形成。第一端屏蔽电极217和第二端屏蔽电极218可以由导电和导磁材料形成。

第一透镜151-11A可以包括可以由磁体211、第一磁极件212和第二磁极件213形成的磁透镜151-11m。对磁透镜151-11m的激励可以由磁体211来提供。可以通过第一和第二磁极件212、213之间的间隙出现磁场。电极214可以设置在该间隙中，并且可以使磁体211屏蔽以免被入射的次级电子充电。

第一透镜151-11A可以包括可以由第一和第二磁极件212、213、电极214、第一端屏蔽电极217和第二端屏蔽电极218形成的静电透镜151-11e。在一些实施例中，静电透镜151-11e可以仅由电极214、第一端屏蔽电极217和第二端屏蔽电极218形成。第一和第二端屏蔽电极217、218可以设置为第一电势V1，并且第一磁极件212、第二磁极件213和电极214可以设置为可以不同于V1的第二电势V2。因此，可以生成静电场。

第一透镜151-11A的聚焦能力可以是可调节的。在一些实施例中，聚焦能力可以被配置为通过改变第二电势V2来调节。第一和第二端屏蔽电极217、218可以彼此直接接触并且可以电连接。在一些实施例中，第一和第二端屏蔽电极217、218可以彼此间隔开并且可以是电断开的。第一端屏蔽电极217可以用独立于第二端屏蔽电极218的电压来控制。

第一透镜151-11A可以用作从进入变焦透镜的次级光束的侧面开始计数的变焦透镜的第一透镜。第一透镜151-11A的聚焦能力可以被配置为根据例如物镜131的成像条件和初级电子束波的着陆能量的变化而在一定范围内调节。第一透镜151-11A可以包括可以被配置为满足该范围的磁透镜151-11m和静电透镜151-11e。该范围的基本部分的基本全部或一部分可以由磁透镜151-11m来实现。该范围的其余部分可以由静电透镜151-11e来实现。

静电透镜151-11e可以被配置为通过其中生成的电场来提供可变的聚焦能力。静电透镜151-11e可以用作单透镜，并且可以以正模式、负模式或组合模式操作。在正模式下，第一端屏蔽电极217和第二端屏蔽电极218可以设置为相等的电势(例如，V1)，并且内部电极可以设置为较高的电势(例如，V2，其中V2>V1)。静电透镜151-11e的内部电极可以包括例如第一磁极件212、第二磁极件213和电极214，或者仅包括电极214。在负模式或组合模式下，第一和第二端屏蔽电极217、218可以被设置为等于高于内部电极的电势(V2)的电势(V1)。当实现施加到光束的相等聚焦能力时，在正模式下的V2-V1的绝对值大于在负模式下的绝对值。

作为示例，在正模式下，内部电极212、213和214可能需要相对于端电极217和218偏置40kV，以实现期望的聚焦能力，即，V2-V1的绝对值是40kV。在负模式下，内部电极可能需要相对于端电极217和218偏置-20kV，以实现期望的聚焦能力，即，V2-V1的绝对值为20kV。

以正模式操作静电透镜可以减少像差。然而，以正模式操作可能需要施加相对较高的电压，并且将组件布置在紧凑空间中的电弧危险可能会高到无法接受的程度。通过磁透镜提供其聚焦能力的固定部分并且通过静电透镜提供其聚焦能力的可变部分的电磁复合透镜可以在减小总施加电压的同时允许以正模式操作。例如，参考上述示例，可以提供一种包括提供一些聚焦能力以聚焦光束的磁透镜的复合透镜。因此，可以使用较低的电压值来操作复合透镜的静电透镜部分。因此，可以使用与例如40kV相比较小的电压。

在一些实施例中，可以将第一和第二端屏蔽电极217、218设置为地电势使得V1＝0。就改善的电气安全性和降低绝缘复杂性的要求而言，设置V1＝0可以是有利的。电极214可以设置为高于V1的电势V2(正模式)。将V2设置为高于V1对于减少像差可能是有利的。

如上所述，第一透镜151-11A可以是包括磁透镜151-11m和静电透镜151-11e的复合透镜。由磁透镜151-11m生成的磁场可以由B151表示。由静电透镜151-11e生成的电场可以由E151表示。第一透镜151-11A的聚焦能力可以取决于电场强度E151和磁场B151。

电场和磁场中心可以是重合的。在一些实施例中，场B151和E151的分布中心可以在不同的位置。例如，第一磁极件212和第二磁极件213的磁导率可以不同。

在一些实施例中，第一和第二端屏蔽电极217、218可以形成磁屏蔽。第一和第二端屏蔽电极217、218可以被配置为防止由磁体211生成的磁场泄漏到围绕初级光轴100_1的区域。可以在第一透镜151-11A周围提供电磁屏蔽使得从第一透镜151-11A生成的杂散场不会干扰沿初级光轴100_1行进的初级束波102_1、102_2和102_3的轨迹。在一些实施例中，可以提供磁屏蔽或磁和电屏蔽管，并且磁屏蔽或磁和电屏蔽管其可以将初级光轴100_1围绕在中间，类似于图4B和4C的屏蔽管219。

图4B示出了与本公开的实施例一致的电子束工具的次级成像系统中的第一透镜151-11B的另一示例性配置。除了以下示例性差异之外，第一透镜151-11B可以类似于以上关于图4A讨论的第一透镜151-11A。第一透镜151-11B可以包括第一电极215和第二电极216。第一电极215和第二电极216可以形成为在其中心处包括孔的环形盘的形状，并且由导电材料制成。第一透镜151-11B包括可以由第一电极215、第二电极216和电极214形成的静电透镜。第一电极215和第二电极216可以形成端电极。

围绕电子束工具的初级光轴100_1可以设置有屏蔽管219。屏蔽管219可以防止由第一透镜151-11B生成的杂散场干扰沿初级光轴100_1行进的初级束波102_1、102_2和102_3的轨迹。屏蔽管219可以是阻止磁场从其外部到其内部的渗透的磁屏蔽管。

图4C示出了与本公开的实施例一致的电子束工具的次级成像系统中的第一透镜151-11C的另一示例性配置。除了以下示例性差异之外，第一透镜151-11C可以类似于上述的第一透镜151-11A和第一透镜151-11B。第一透镜151-11C可以包括第一和第二端屏蔽电极217、218和屏蔽管219。所有的第一和第二端屏蔽电极217、218和屏蔽管219或仅屏蔽管219可以形成磁屏蔽以防止杂散场干扰沿初级光轴100_1行进的初级束波102_1、102_2和102_3的轨迹。

图1B的设备100A中的各种组件的尺寸和形状可以被配置为封装到受限的空间中。例如，第一端屏蔽电极217可以形成为锥形。具有锥形端部的电极对于布置在初级光轴100_1与次级光轴150_1之间的区域中可以是有利的。在图1C的次级成像系统150中，变焦透镜151可以是沿朝向电子检测装置140M的路径设置在束流分离器160之后的第一电子光学元件。因此，针对变焦透镜151的空间约束可能是最严苛的。

变焦透镜151可以设置在束流分离器160与电子检测装置140M之间的空间中。在一些实施例中，在紧接束流分离器160的下游可以设置有变焦透镜151。在沿次级光轴150_1从束流分离器160到电子检测装置140M的路径中可以设置变焦透镜151，而在束流分离器160与变焦透镜151之间没有任何中间元件。

当分离角α很小时(参见图1B)，初级光轴100_1与次级光轴150_1之间的空间受到限制。然而，可能期望将透镜布置成尽可能靠近束流分离器160。例如，从样品1生成的朝向电子检测装置140M的次级光束可以发散。缩短次级成像系统150中束流分离器160与变焦透镜151之间的距离可以减小变焦透镜151中的次级光束的尺寸，并且因此可以减小变焦透镜151的像差并且防止检测元件140_1、140_2和140_3上的束斑变大。另外，对成像质量具有有害影响的像差和其他影响可能会传播通过光学系统并且被放大，因此，可能希望使用像差较低的透镜作为次级成像系统150中的第一透镜。

诸如磁体211等永磁体避免了与需要向其施加电流的常规线圈绕组相关的成本和复杂性。永磁体可以节省功率并且避免发热问题。为了提供相同的磁场强度，永磁体可以小于相当的电磁体。永磁体可以具有高的磁场稳定性和低的场噪声。用于永磁体的材料可以包括诸如钕等稀土金属。

在一些实施例中，可以提供一种用于配置具有光轴的电磁复合透镜的方法。图5是示出与本公开的实施例一致的用于配置电磁复合透镜的示例性方法500的流程图。在步骤510中，可以提供诸如图2A中的复合透镜210A等电磁复合透镜。复合透镜可以设置在电子束工具中，诸如图1B中的设备100A，该电子束工具可以是诸如图1A中的10等EBI系统的一部分。在一些实施例中，在电子束工具的次级成像系统中，复合透镜可以设置为变焦透镜的透镜。例如，在图1C的次级成像系统150中，复合透镜可以设置为变焦透镜151的第一透镜151_11，诸如图4A中的第一透镜151-11A。

在步骤520中，可以形成复合透镜的磁透镜。例如，步骤520可以包括形成图4A中的复合透镜151-11A的磁透镜151-11m。磁透镜可以由围绕复合透镜的光轴的环形永磁体形成。在一些实施例中，步骤520还可以包括提供第一磁极件和第二磁极件以沿光轴将永磁体夹在中间。例如，磁透镜151-11m可以由第一磁极件212、第二磁极件213和永磁体211形成。

在步骤530中，可以将由磁透镜形成的磁场引导向光轴。例如，第一磁极件212和第二磁极件213(其可以塑造和引导初始由磁体211生成的磁场)可以设置有间隙，由磁体211生成的磁场穿过该间隙引导向次级光轴150_1，如图4A中。

在步骤540中，可以形成复合透镜的静电透镜。例如，步骤540可以包括形成图4A中的复合透镜151-11A的静电透镜151-11e。静电透镜可以由两个端电极和一个内部电极形成。两个端电极可以在复合透镜的光轴方向上将内部电极夹在中间。内部电极可以由磁极件或单独的电极形成。作为一个示例，复合透镜151-11A的静电透镜151-11e可以形成有第一端屏蔽电极217、第二端屏蔽电极218、以及由第一和第二磁极件212、213和电极214形成的内部电极。

在步骤550中，可以将由静电透镜形成的静电场引导向复合透镜的光轴。例如，通过将第一和第二端屏蔽电极217和218设置为一个电势并且将内部电极设置为另一不同电势，可以在第一和第二端屏蔽电极217和218之间沿复合透镜151-11A的光轴生成静电透镜151-11e的静电场。

在步骤560中，可以聚焦行进通过复合透镜的电子束。光束的聚焦可以包括调节复合透镜的聚焦能力以将光束聚焦到平面上。例如，可以根据物镜131的成像条件和初级电子束波102_1、102_2和102_3的着陆能量来调节可以包括复合透镜的次级成像系统150的变焦透镜151，以将次级电子束102_1se、102_2se和102_1se聚焦到成像平面SP2，如图1C中。

在步骤570中，可以改变复合透镜的聚焦能力。步骤570可以包括基于成像条件的改变来调节复合透镜的聚焦能力。例如，图4A中的次级成像系统150中的复合透镜151-11A可以根据物镜131的成像条件和初级电子束波102_1、102_2和102_3的着陆能量来调节。

图6是示出与本公开的实施例一致的用于配置带电粒子束设备的示例性方法600的流程图。例如，方法600可以由如图1A所示的EBI系统10的控制器19执行。控制器19可以被编程为实现方法600的一个或多个框。例如，控制器19可以指示带电粒子束设备的模块生成带电粒子束并且执行其他功能。

在步骤610中，带电粒子束可以由带电粒子源生成。例如，如图1B所示，可以控制电子源101以发射沿初级光轴100_1形成的初级电子束102。步骤610可以包括从带电粒子束生成多个束波。例如，源转换单元120可以形成初级束波的3×3阵列，包括来自初级电子束102的初级束波102_1、102_2、102_3。

在步骤620中，可以将初级束波引导向可以生成次级电子的样品。例如，在图1B中，主束波102_1、102_2、102_3可以沿初级光轴100_1行进并且被聚焦以在样品1的表面7上形成探测点102_1S、102_2S和102_3S。

在步骤630中，可以通过初级束波从样品中生成次级带电粒子，并且次级带电粒子形成次级带电粒子束。例如，在图1B中，响应于初级束波102_1、102_2、102_3的照射，可以生成次级电子束102_1se、102_2se和102_3se，并且次级电子束102_1se、102_2se和102_3se可以从样品1中发射，以沿初级光轴100_1在相反方向上行进。

在步骤640中，可以将次级带电粒子束与初级束波分开。例如，在图1B中，次级电子束102_1se、102_2se和102_3se可以通过束流分离器160与初级束波102_1、102_2、102_3分离。如上所述，束流分离器160可以是包括磁偏转器的偏转装置，诸如维恩滤波器。偏转装置可以使通过其中的带电粒子偏转。电子的偏转方向和偏转角度可以取决于带电粒子的运动方向和能量(其可以由例如速度表示)。因此，可以将在不同于次级带电粒子的方向上移动的初级带电粒子与次级带电粒子区分开。因此，例如，如图1B所示，可以允许初级束波102_1、102_2和102_3基本笔直地穿过束流分离器160，而次级电子束102_1se、102_2se和102_3se被偏转离开光轴100_1。可以引导次级电子束102_1se、102_2se和102_3se沿次级光轴150_1行进。

在步骤650中，可以聚焦和检测次级带电粒子束。例如，在图1B中，次级电子束可以由次级成像系统150聚焦并且由电子检测装置140M检测。可以根据物镜131的成像条件和初级电子束波102_1、102_2和102_3的着陆能量来调节可以包括复合透镜的次级成像系统150的变焦透镜151，以将次级电子束102_1se、102_2se和102_3se聚焦在电子检测装置140M上。

在步骤660中，可以构建样品的图像。例如，检测元件140_1、140_2和140_3可以检测对应的次级电子束102_1se、102_2se和102_3se，并且生成可以发送到信号处理单元以构造样品1的对应扫描区域的图像的对应信号。

可以使用以下条款进一步描述实施例：

1.一种电磁复合透镜，包括：

静电透镜，设置在所述复合透镜的光轴上；以及

磁透镜，设置在所述轴上，其中所述磁透镜包括围绕所述光轴的环形永磁体。

2.根据条款1所述的复合透镜，还包括：

第一磁极件和第二磁极件，所述永磁体沿所述光轴在所述第一磁极件与所述第二磁极件之间，其中在所述第一磁极件与所述第二磁极件之间形成环形间隙，使得初始由所述永磁体生成的磁场被引导以通过所述间隙朝向所述光轴泄漏。

根据条款2所述的复合透镜，其中所述间隙被形成在所述永磁体的径向内侧上。

3.根据条款2或条款3所述的复合透镜，其中所述间隙被形成为沿所述光轴靠近所述永磁体的一端。

4.根据条款2至4中任一项所述的复合透镜，其中所述第一磁极件和所述第二磁极件直接接触所述永磁体。

5.根据条款2至5中任一项所述的复合透镜，其中所述第一磁极件的内径不同于所述第二磁极件的内径。

6.根据条款2至6中任一项所述的复合透镜，其中所述静电透镜包括第一电极和第二电极，其中所述第一磁极件和所述第二磁极件沿所述光轴在所述第一电极与所述第二电极之间。

根据条款2至6中任一项所述的复合透镜，其中所述第一磁极件是所述静电透镜的第一电极并且所述第二磁极件是所述静电透镜的第二电极。

7.根据条款7或条款8所述的复合透镜，其中所述静电透镜还包括沿所述光轴在所述第一电极与所述第二电极之间的第三电极。

8.根据条款9所述的复合透镜，其中所述第三电极设置在所述间隙中。

9.根据条款10所述的复合透镜，其中所述第三电极完全地设置在所述间隙内。

10.根据条款9或条款10所述的复合透镜，其中所述第三电极的内径小于所述第一磁极件的内径和所述第二磁极件的内径。

11.根据条款9、10和12中任一项所述的复合透镜，其中所述第三电极覆盖所述第一磁极件和所述第二磁极件的面向所述光轴的内表面。

12.根据条款9、10、12和13中任一项所述的复合透镜，其中所述第三电极沿所述光轴从所述第一磁极件的端部延伸到所述第二磁极件的端部。

13.根据条款9、10和12至14中任一项所述的复合透镜，其中所述第三电极包围所述第一磁极件、所述第二磁极件和所述磁体。

14.一种带电粒子光学系统，包括：

设置在第一光轴上的束流分离器，所述束流分离器被配置为将由源生成的初级带电粒子束的多个束波与响应于所述束波的照射而从样品发射的多个次级带电粒子束分离，其中次级带电粒子束在穿过所述束流分离器之后沿第二光轴行进；

次级成像系统，被配置为将所述次级带电粒子束沿所述第二光轴聚焦到检测器上，其中

所述次级成像系统包括电磁复合透镜，所述电磁复合透镜包括：

设置在所述第二光轴上的静电透镜；以及

设置在所述第二光轴上的磁透镜，其中所述磁透镜包括环形永磁体。

15.根据条款16所述的系统，其中所述复合透镜是次级成像系统中的变焦透镜的一部分。

16.根据条款16或条款17所述的系统，其中所述复合透镜还包括：

沿所述第二光轴将所述永磁体夹在中间的第一磁极件和第二磁极件，其中在所述第一磁极件与所述第二磁极件之间形成有间隙使得初始由所述永磁体生成的磁场被引导通过所述间隙朝向所述第二光轴泄漏。

17.根据条款18所述的系统，其中所述间隙被形成为沿所述第二光轴靠近所述永磁体的一端。

18.根据条款18或条款19所述的系统，其中所述第一磁极件和所述第二磁极件直接接触所述永磁体。

19.根据条款18至20中任一项所述的系统，其中所述第一磁极件的内径不同于所述第二磁极件的内径。

20.根据条款18至21中任一项所述的系统，其中所述静电透镜包括第一电极、第二电极和第三电极，其中所述第三电极沿所述第二光轴在所述第一电极与所述第二电极之间。

21.根据条款22所述的系统，其中所述第三电极包括所述第一磁极件和所述第二磁极件。

22.根据条款22或条款23所述的系统，其中所述第一电极和所述第二电极在所述磁透镜周围形成磁屏蔽。

23.根据条款22至24中任一项所述的系统，其中第一电压被施加到所述第一电极和所述第二电极，并且第二电压被施加到所述第三电极，所述第二电压高于所述第一电压。

24.根据条款16至25中任一项所述的系统，还包括磁屏蔽管，所述磁屏蔽管围绕所述第一光轴以便阻挡朝着所述第一光轴泄漏的所述磁透镜的磁场。

25.根据条款16至26中任一项所述的系统，其中所述复合透镜设置在紧接所述束流分离器的下游。

26.一种用于配置具有光轴的电磁复合透镜的方法，包括：

形成具有永磁体的磁透镜；

使用两个磁极件将所述磁透镜的磁场引导向所述光轴；以及

形成静电透镜，所述静电透镜沿所述光轴具有围绕所述两个磁极件的两个端电极。

27.根据条款28所述的方法，其中所述两个磁极件是所述静电透镜的电极。

28.根据条款29所述的方法，还包括在所述两个端电极之间提供内部电极。

29.根据条款30所述的方法，其中所述内部电极覆盖两个磁极件的内表面。

30.根据条款28至31中任一项所述的方法，还包括通过改变所述静电透镜的静电场来改变所述复合透镜的聚焦能力。

31.一种用于配置带电粒子束设备的方法，包括：

分离初级带电粒子束和次级带电粒子束；

通过包括永磁体的电磁复合透镜来聚焦所述次级带电粒子束；以及

磁屏蔽所述永磁体的磁场以免影响所述初级带电粒子束。

34.根据条款33所述的方法，还包括通过改变所述电磁复合透镜的静电场来改变所述电磁复合透镜的聚焦能力。

在一些实施例中，可以提供控制器以控制带电粒子束系统。例如，图1A示出了连接到EBI系统10的控制器19。控制器可以指示带电粒子束系统的组件执行各种功能，诸如控制带电粒子源生成带电粒子束，控制偏转器在样品上扫描带电粒子束，以及控制驱动器向透镜施加电压。控制器还可以执行各种后处理功能、图像获取、图像细分、图像处理、生成轮廓、在所获取的图像上叠加指示符等。控制器可以包括存储装置，该存储装置是诸如硬盘、云存储装置、随机存取存储器(RAM)、其他类型的计算机可读存储器等存储介质。该存储装置可以用于将所扫描的原始图像数据保存为原始图像，或者用于保存后处理图像。控制器可以与云存储装置通信。可以提供非暂态计算机可读介质，该非暂态计算机可读介质存储用于控制器19的处理器执行光束形成、透镜控制或与本公开一致的其他功能和方法的指令。非暂态介质的常见形式包括例如软盘、柔性盘、硬盘、固态驱动器、磁带或任何其他磁数据存储介质、CD-ROM、任何其他光数据存储介质、具有孔模式的任何物理介质、RAM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM或任何其他闪存、NVRAM、高速缓存、寄存器、任何其他存储器芯片或盒式磁带及其网络版本。

附图中的框图示出了根据本公开的各种示例性实施例的系统、方法和计算机硬件或软件产品的可能实现的架构、功能和操作。在这点上，示意图中的每个框可以表示可以使用诸如电子电路等硬件来实现的某些算术或逻辑运算处理。框也可以表示代码的模块、段或部分，其包括用于实现指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。应当理解，在一些替代实现中，框中指示的功能可以不按图中指出的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能，连续示出的两个框可以基本同时执行或实现，或者两个框有时可以以相反的顺序执行。一些框也可以省略。例如，当设备100是单光束设备时，可能不需要生成多个束波，如在一些实施例中的步骤610中那样。此外，当使用仅一种成像条件时，可能不需要改变复合透镜的聚焦能力，因此可以省略步骤570。此外，可以在各个部分添加诸如补偿像散等步骤。还应当理解，框图的每个框以及这些框的组合可以由执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统来实现，或者可以由专用硬件和计算机指令的组合来实现。

尽管已经关于一些示例性实施例说明了本发明，但是应当理解，在不背离如下文中要求保护的本发明的精神和范围的情况下，可以进行其他修改和变型。例如，尽管已经参考在次级成像系统中作为第一透镜的应用讨论了电磁复合透镜，但是电磁复合透镜也可以作为带电粒子光学系统中的其他透镜而应用。复合透镜可以用于聚焦初级电子束、次级光束或其他光束。此外，可以在各个位置将一个或多个透镜或其他电子光学元件添加到本文中讨论的示例性带电粒子光学系统的特定构造。可以提供电子光学元件用于例如放大、缩放和图像防旋转等。

Claims (15)

1.一种电磁复合透镜，包括：

静电透镜，设置在所述复合透镜的光轴上；以及

磁透镜，设置在所述轴上，其中所述磁透镜包括围绕所述光轴的环形永磁体。

2.根据权利要求1所述的复合透镜，还包括：

第一磁极件和第二磁极件，所述永磁体沿所述光轴在所述第一磁极件与所述第二磁极件之间，其中在所述第一磁极件与所述第二磁极件之间形成环形间隙，使得初始由所述永磁体生成的磁场被引导以通过所述间隙朝向所述光轴泄漏。

3.根据权利要求2所述的复合透镜，其中所述间隙被形成在所述永磁体的径向内侧上。

4.根据权利要求2所述的复合透镜，其中所述间隙被形成为沿所述光轴靠近所述永磁体的一端。

5.根据权利要求2所述的复合透镜，其中所述第一磁极件和所述第二磁极件直接接触所述永磁体。

6.根据权利要求2所述的复合透镜，其中所述第一磁极件的内径不同于所述第二磁极件的内径。

7.根据权利要求2所述的复合透镜，其中所述静电透镜包括第一电极和第二电极，其中所述第一磁极件和所述第二磁极件沿所述光轴在所述第一电极与所述第二电极之间。

8.根据权利要求2所述的复合透镜，其中所述第一磁极件是所述静电透镜的第一电极并且所述第二磁极件是所述静电透镜的第二电极。

9.根据权利要求7所述的复合透镜，其中所述静电透镜还包括沿所述光轴在所述第一电极与所述第二电极之间的第三电极。

10.根据权利要求9所述的复合透镜，其中所述第三电极设置在所述间隙中。

11.根据权利要求10所述的复合透镜，其中所述第三电极完全设置在所述间隙内。

12.根据权利要求9所述的复合透镜，其中所述第三电极具有比所述第一磁极件的内径和所述第二磁极件的内径小的内径。

13.根据权利要求9所述的复合透镜，其中所述第三电极覆盖所述第一磁极件和所述第二磁极件的面向所述光轴的内表面。

14.一种带电粒子光学系统，包括：

设置在第一光轴上的束流分离器，所述束流分离器被配置为将由源生成的初级带电粒子束的多个束波与响应于所述束波的照射而从样品发射的多个次级带电粒子束分离，其中次级带电粒子束在穿过所述束流分离器之后沿第二光轴行进；

次级成像系统，被配置为将所述次级带电粒子束沿所述第二光轴聚焦到检测器上，其中

所述次级成像系统包括电磁复合透镜，所述电磁复合透镜包括：

设置在所述第二光轴上的静电透镜；以及

设置在所述第二光轴上的磁透镜，其中所述磁透镜包括环形永磁体。

15.一种用于配置具有光轴的电磁复合透镜的方法，包括：

形成具有永磁体的磁透镜；

使用两个磁极件将所述磁透镜的磁场引导向所述光轴；以及

形成静电透镜，所述静电透镜具有沿所述光轴围绕所述两个磁极件的两个端电极。

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