CN117693802A - 用于稳定带电粒子系统中的电子源的系统和装置 - Google Patents

Abstract

提供了用于稳定带电粒子束检查系统中的电子源的装置和系统。在一些实施例中，系统可以包括电子源，该电子源包括电连接到两个电极并且被配置为发射电子的发射尖端；以及基座，其耦合到发射尖端，其中基座被配置为经由耦合来稳定发射尖端。

Description

用于稳定带电粒子系统中的电子源的系统和装置

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年7月22日提交的美国申请63/224，789的优先权，该申请在此全文引入作为参考。

技术领域

本文的描述涉及带电粒子束系统的领域，更具体地涉及用于稳定带电粒子束检查系统中的电子源的系统。

背景技术

在集成电路(IC)的制造过程中，检查未完成或完成的电路部件以确保其根据设计制造且无缺陷。利用光学显微镜的检查系统通常具有低至几百纳米的分辨率；并且分辨率受到光波长的限制。由于IC部件的物理尺寸持续减小到亚100纳米或甚至亚10纳米，因此需要比利用光学显微镜的检查系统具有更高分辨率的检查系统。

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)，能够使分辨率低至小于纳米，用作用于检查具有亚100纳米的特征尺寸的IC部件的实用工具。利用SEM，单个初级电子束的电子或多个初级电子束的电子可以聚焦在被检查的晶片的感兴趣的位置处。初级电子与晶片相互作用，并且可以反向散射或者可以使晶片发射次级电子。包括背散射电子和次级电子的电子束的强度可以基于晶片的内部和外部结构的特性而变化，从而可以指示晶片是否具有缺陷。

发明内容

本公开的实施例提供了用于稳定带电粒子束检查系统中的电子源的装置和系统。在一些实施例中，系统可以包括电子源，该电子源包括：电连接到两个电极并且被配置为发射电子的发射尖端；以及基座，其耦合到发射尖端，其中基座被配置为经由耦合来稳定发射尖端。

在一些实施例中，电子源可以包括：发射尖端，该发射尖端电连接到两个电极并且被配置为发射电子；以及基座，其耦合到发射尖端，其中基座被配置为经由耦合来稳定发射尖端。

在一些实施例中，系统可以包括电子源，该电子源包括：电连接到两个电极并且被配置为发射电子的发射尖端；以及包括孔的基座；以及朝向孔的中心延伸的多个延伸部，其中多个延伸部耦合到发射尖端，其中基座被配置为经由耦合稳定发射尖端。

在一些实施例中，一种系统可包括电子源，电子源包括：耦合到两个灯丝管脚的发射尖端，其中发射尖端以及两个灯丝管脚形成“W”形状，两个灯丝管脚中的每个灯丝管脚耦合到电极，并且发射尖端被配置为发射电子；以及基座，其耦合到发射尖端，其中基座被配置为经由耦合来稳定发射尖端。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施例的示例性电子束检查(EBI)系统的示意图。

图2是示出根据本公开的实施例的作为图1的示例性带电粒子束检查系统的一部分的示例性电子束工具的示意图。

图3是示出示例性电子源的示意图。

图4是示出根据本公开的实施例的作为图2的示例性电子束工具的一部分的示例性电子源的示意图。

图5是示出根据本公开的实施例的作为图2的示例性电子束工具的一部分的示例性电子源的示意图。

图6是示出根据本公开的实施例的作为图2的示例性电子束工具的一部分的示例性电子源的俯视图的示意图。

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，其中不同附图中的相同数字表示相同或类似的元件，除非另有说明。在示例性实施例的以下描述中阐述的实现不代表与本公开一致的所有实现。相反，它们仅仅是符合与所附权利要求中所述的主题相关的方面的装置和方法的示例。例如，尽管在利用电子束的上下文中描述了一些实施例，但是本公开不限于此。可以类似地应用其它类型的带电粒子束。此外，可以使用其它成像系统，诸如光学成像、光电检测、x射线检测、极紫外检测、深紫外检测等。

电子器件由在称为基板的硅片上形成的电路构成。许多电路可以一起形成在同一硅片上，并且被称为集成电路或IC。这些电路的尺寸已经显著减小，使得它们中的许多可以安装在基板上。例如，智能电话中的IC芯片可以小至缩略图并且还可以包括超过20亿个晶体管，每个晶体管的尺寸小于人发尺寸的1/1000。

制造这些极小的IC是复杂、耗时且昂贵的工艺，通常涉及数百个单独的步骤。即使在一个步骤中的错误也有可能导致完成的IC中的缺陷，使其无用。因此，制造工艺的一个目标是避免这种缺陷，以使工艺中制造的功能IC的数目最大化，即，提高工艺的总产率。

提高产率的一个组成部分是监控芯片制造过程以确保其生产足够数目的功能集成电路。监控该过程的一种方式是在芯片电路结构形成的各个阶段检查芯片电路结构。可以使用扫描电子显微镜(SEM)进行检查。SEM可用于成像这些极小的结构，实际上，拍摄晶片结构的“照片”。该图像可用于确定该结构是否被正确地形成以及它是否在正确的位置处形成。如果该结构是有缺陷的，则可以调整该过程，使得缺陷不太可能再次出现。在半导体处理的各个阶段期间可能产生缺陷。由于上述原因，重要的是尽可能早地精确和有效地发现缺陷。

SEM的工作原理类似于相机。相机通过接收和记录从人或物体反射或发射的光的亮度和颜色来拍照。SEM通过接收和记录从结构反射或发射的电子的能量或量来拍摄“照片”。在拍摄这种“照片”之前，可以将电子束提供到结构上，并且当电子从结构反射或发射(“出射”)时，SEM的检测器可以接收并记录这些电子的能量或量以生成图像。为了拍摄这种“照片”，一些SEM使用单个电子束(称为“单束SEM”)，而一些SEM使用多个电子束(称为“多束SEM”)来拍摄晶片的多个“照片”。通过使用多个电子束，SEM可以提供更多的电子束到结构上以获得这些多个“照片”，导致更多的电子从结构中出射。因此，检测器可以同时接收更多的出射电子，并以更高的效率和更快的速度产生晶片结构的图像。

在检查期间，电子源的灯丝(例如，灯丝的发射尖端)通常在SEM的操作期间振动。由于由电子源提供的电子用于在检查期间对样品成像，因此在典型的带电粒子系统中，发射尖端的振动可能不利地影响SEM图像(例如，通过引起图像中的灰度级的振荡、图像中的清晰物体的边缘处的灰度级的振荡、图像中的光刻限定的线处的灰度级的振荡、图像上的不准确或变化的灰度级，低关键尺寸稳定性、差的图像质量等)。

当电子源以高电流工作时(例如，使用高亮度电子源，以实现电子源与样品之间的高放大率，以实现高分辨率图像等)，对典型带电粒子系统中的SEM图像的负面影响可能加剧。为了获得更高质量的图像，减轻发射尖端振动的负面影响是有帮助的，特别是当通过由SEM检查的样品上的器件或物体的关键尺寸减小时。

本公开的一些实施例提供了通过稳定电子源解决一些或所有这些缺点的系统和装置。一些公开的实施例可以提供通过提供电子源基座来稳定电子源的系统和装置，该电子源基座被配置为减少与电子源的发射尖端的热接触并减少发射尖端的振动，从而有利地提供更高质量的样品和图像(例如，减少图像中的灰度级的振荡、减少图像中的清晰物体的边缘处的灰度级的振荡、减少图像中的光刻限定的线处的灰度级的振荡、减少图像上的不准确或变化的灰度级、增加关键尺寸稳定性、改进样品和图像中的可重复性等)。

为了清楚起见，附图中部件的相对尺寸可能被放大。在以下附图说明中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的部件或实体，并且仅描述关于各个实施例的区别。

如本文所用，除非另外具体说明，否则术语“或”涵盖所有可能的组合，除非不可行。例如，如果指出部件可包括A或B，则除非另外特别指出或不可行，该部件可包括A或B、或A和B。作为第二个示例，如果说明部件可以包括A、B或C，那么，除非特别说明或不可行，组分可以包括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示出根据本发明实施例的示例性电子束检查(EBI)系统100。EBI系统100可以用于成像。如图1所示，EBI系统100包括主室101、装载/锁定室102、电子束工具104和设备前端模块(EFEM)106。电子束工具104位于主室101内。EFEM 106包括第一装载端口106a和第二装载端口106b。EFEM 106可包括(多个)附加的装载端口。第一装载端口106a和第二装载端口106b接纳晶片前开式传送盒(FOUP)，该晶片前开式传送盒包含待检查的晶片(例如，半导体晶片或由其他(多种)材料制成的晶片)或样品。“批次(lot)”是可装载以作为批次(batch)处理的多个晶片。

EFEM 106中的一个或多个机械臂(未示出)可以将晶片传送到装载/锁定室102。装载/锁定室102连接到装载/锁定真空泵系统(未示出)，其去除装载/锁定室102中的气体分子以达到低于大气压力的第一压力。在达到第一压力之后，一个或多个机械臂(未示出)可以将晶片从装载/锁定室102传送到主室101。主室101连接到主室真空泵系统(未示出)，其去除主室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，通过电子束工具104对晶片进行检查。电子束工具104可以是单束系统或多束系统。

控制器109与电子束工具104电连接。控制器109可以是被配置为执行EBI系统100的各种控制的计算机。尽管控制器109在图1中示出为在包括主室101、装载/锁定室102和EFEM 106的结构的外部，但是应当理解，控制器109可以是该结构的一部分。

在一些实施例中，控制器109可以包括一个或多个处理器(未示出)。处理器可以是能够操纵或处理信息的通用或专用电子设备。例如，处理器可以包括任何数目的以下各项的任何组合：中央处理单元(或“CPU”)、图形处理单元(或“GPU”)、光学处理器、可编程逻辑控制器、微控制器、微处理器、数字信号处理器、知识产权(IP)核心、可编程逻辑阵列(PLA)、可编程阵列逻辑(PAL)、通用阵列逻辑(GAL)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、片上系统(SoC)、专用集成电路(ASIC)和能够进行数据处理的任何类型电路。处理器还可以是虚拟处理器，其包括分布在经由网络耦合的多个机器或设备上的一个或多个处理器。

在一些实施例中，控制器109还可以包括一个或多个存储器(未示出)。存储器可以是能够存储可由处理器(例如，经由总线)访问的代码和数据的通用或专用电子设备。例如，存储器可以包括任意数目的以下各项的任何组合：随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、光盘、磁盘、硬盘驱动器、固态驱动器、闪存驱动器、安全数字(SD)卡、记忆棒、紧凑型闪存(CF)卡或任意类型的存储设备。代码可以包括操作系统(OS)和用于特定任务的一个或多个应用程序(或“app”)。存储器还可以是虚拟存储器，其包括分布在经由网络耦合的多个机器或设备上的一个或多个存储器。

现在参看图2，其是说示出根据本发明实施例的包括多束检查工具的示例性电子束工具104的示意图，该多束检查工具是图1的EBI系统100的一部分。在一些实施例中，电子束工具104可以作为是图1的EBI系统100的一部分的单束检查工具来操作。多束电子束工具104(在此也称为装置104)包括电子源201、库仑孔径板(或“枪孔径板”)271、会聚透镜210、源转换单元220、初级投影系统230、电动载物台209、以及由电动载物台209支撑以保持待检查的样品208(例如，晶片或光掩模)的样品保持器207。多束电子束工具104还可以包括次级投影系统250和电子检测装置240。初级投影系统230可以包括物镜231。电子检测装置240可以包括多个检测元件241、242和243。射束分离器233和偏转扫描单元232可以被定位在初级投影系统230内。

电子源201、库仑孔径板271、会聚透镜210、源转换单元220、射束分离器233、偏转扫描单元232和初级投影系统230可以与装置104的主光轴204对准。次级投影系统250和电子检测装置240可以与装置104的次光轴251对准。

电子源201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201被配置为从阴极发射初级电子，并且初级电子被提取器和/或阳极提取或加速以形成初级电子束202，该初级电子束202形成初级射束交叉(虚的或实的)203。初级电子束202可以被可视化为从初级射束交叉203发射。

源转换单元220可以包括成像元件阵列(未示出)、像差补偿器阵列(未示出)、射束限制孔径阵列(未示出)和预弯曲微偏转器阵列(未示出)。在一些实施例中，预弯曲微偏转器阵列偏转初级电子束202的多个初级束波211、212、213，以垂直地进入射束限制孔径阵列、成像元件阵列和像差补偿器阵列。在一些实施例中，装置104可以作为单束系统工作，从而产生单个初级束波。在一些实施例中，会聚透镜210被设计成将初级电子束202聚焦成平行射束并垂直入射到源转换单元220上。成像元件阵列可包括多个微偏转器或微透镜，以影响初级电子束202的多个初级束波211、212、213，并形成初级束交叉203的多个平行图像(虚拟或真实)，每个初级束波211、212和213对应一个图像。在一些实施例中，像差补偿器阵列可以包括场曲率补偿器阵列(未示出)和像散补偿器阵列(未示出)。场曲率补偿器阵列可以包括多个微透镜以补偿初级束波211、212和213的场曲率像差。像散补偿器阵列可以包括多个微消像散器，以补偿初级束波211、212和213的像散像差。射束限制孔径阵列可被配置为限制个体初级束波211、212及213的直径。图2示出了三个初级束波211、212和213作为示例，并且可以理解，源转换单元220可以被配置为形成任意数目的初级束波。控制器109可以连接到图1的EBI系统100的各个部分，诸如源转换单元220、电子检测装置240、初级投影系统230或电动载物台209。在一些实施例中，如下面进一步详细解释的，控制器109可以执行各种图像和信号处理功能。控制器109还可产生各种控制信号以控制带电粒子束检查系统的操作。

会聚透镜210被配置为聚焦初级电子束202。会聚透镜210还可以被配置为通过改变会聚透镜210的聚焦功率来调节源转换单元220下游的初级束波211、212和213的电流。备选地，可通过改变射束限制孔径阵列内对应于个体初级束波的射束限制孔径的径向尺寸来改变电流。可以通过改变射束限制孔径的径向尺寸和会聚透镜210的聚焦功率来改变电流。会聚透镜210可以是可调节的会聚透镜，其可以被配置为使得其第一主平面的位置是可移动的。可调会聚透镜可以被配置为磁性的，这可以导致离轴束波212和213以旋转角度照射源转换单元220。旋转角度随着可调节会聚透镜的聚焦能力或第一主平面的位置而变化。会聚透镜210可以是抗旋转会聚透镜，其可以被配置为在会聚透镜210的聚焦能力改变时保持旋转角不变。在一些实施例中，会聚透镜210可以是可调节的抗旋转会聚透镜，其中当其聚焦能力和其第一主平面的位置改变时，旋转角不改变。

物镜231可以被配置为将束波211、212和213聚焦到样品208上以进行检查，并且在当前实施例中，可以在样品208的表面上形成三个探测点221、222和223。在操作中，库仑孔径板271被配置为阻挡初级电子束202的外围电子以减小库仑效应。库仑效应可以扩大初级束波211、212、213的每个探测点221、222和223的尺寸，因此降低了检查分辨率。

射束分离器233例如可以是包括产生静电偶极场和磁偶极场的静电偏转器的维恩滤波器(图2中未示出)。在操作中，射束分离器233可被配置为通过静电偶极场对初级束波211、212及213的个体电子施加静电力。静电力的大小相等，但方向与由射束分离器233的磁偶极场施加在个体电子上的磁力相反。因此，初级束波211、212和213可以以至少基本上为零的偏转角至少基本上笔直地通过射束分离器233。

在操作中，偏转扫描单元232被配置为偏转初级束波211、212和213，以跨样品208的表面部分中的各个扫描区域扫描探测点221、222和223。响应于初级束波211、212和213或探测点221、222和223在样品208上的入射，电子从样品208射出并产生三个次级电子束261、262和263。每个次级电子束261、262和263通常包括次级电子(具有≤50eV的电子能量)和背散射电子(具有在50eV和初级束波211、212和213的着陆能量之间的电子能量)。射束分离器233被配置为将次级电子束261、262和263朝向次级投影系统250偏转。次级投影系统250随后将次级电子束261、262和263聚焦到电子检测装置240的检测元件241、242和243上。检测元件241、242和243被布置成检测对应的次级电子束261、262和263并产生对应的信号，该信号被发送给控制器109或信号处理系统(未示出)，例如，以构造样品208的对应扫描区域的图像。

在一些实施例中，检测元件241、242和243分别检测对应的次级电子束261、262和263，并产生对应的强度信号输出(未示出)到图像处理系统(例如，控制器109)。在一些实施例中，每个检测元件241、242和243可以包括一个或多个像素。检测元件的强度信号输出可以是由检测元件内的所有像素产生的信号之和。

在一些实施例中，控制器109可以包括图像处理系统，该图像处理系统包括图像获取器(未示出)、存储器(未示出)。图像获取器可以包括一个或多个处理器。例如，图像获取器可以包括计算机、服务器、大型主机、终端、个人计算机、任何类型的移动计算设备等、或其组合。图像获取器可以通过诸如电导体、光纤电缆、便携式存储介质、IR、蓝牙、因特网、无线网络、无线电等或其组合的介质通信地耦合到装置104的电子检测装置240。在一些实施例中，图像获取器可以从电子检测装置240接收信号并且可以构造图像。因此，图像获取器可以获取样品208的图像。图像获取器还可以执行各种后处理功能，诸如生成轮廓、在所获取的图像上叠加指示符等。图像获取器可以被配置为执行所获取图像的亮度和对比度等的调节。在一些实施例中，存储设备可以是诸如硬盘、闪存驱动器、云存储、随机存取存储器(RAM)、其它类型的计算机可读存储器等的存储介质。存储设备可以与图像获取器耦合，并且可以用于将扫描的原始图像数据保存为原始图像和后处理图像。

在一些实施例中，图像获取器可基于从电子检测装置240接收的成像信号来获取样品的一个或多个图像。成像信号可以对应于用于进行带电粒子成像的扫描操作。所获取的图像可以是包括多个成像区域的单个图像。单个图像可以存储在存储设备中。单个图像可以是可被划分为多个区域的原始图像。每个区域可以包括一个包含样品208的特征的成像区域。所获取的图像可以包括在时间序列上多次采样的样品208的单个成像区域的多个图像。多个图像可以被存储在存储设备中。在一些实施例中，控制器109可以被配置为对样品208的相同位置的多个图像执行图像处理步骤。

在一些实施例中，控制器109可以包括测量电路(例如，模数转换器)以获得检测到的次级电子的分布。在检测时间窗期间收集的电子分布数据，结合入射到晶片表面上的初级束波211、212和213中的每一个束波的对应扫描路径数据，可用于重建所检查的晶片结构的图像。重建的图像可用于揭示样品208的内部或外部结构的各种特征，从而可用于揭示可能存在于晶片中的任何缺陷。

在一些实施例中，控制器109可以控制电动载物台209以在检查样品208期间移动样品208。在一些实施例中，控制器109可以使电动载物台209能够以恒定速度在一方向上连续地移动样品208。在其它实施例中，控制器109可以使电动载物台209根据扫描过程的步骤随时间改变样品208的移动速度。

尽管图2示出了装置104使用三个初级电子束，但是应当理解，装置104可以使用两个或更多个初级电子束。本公开不限制装置104中使用的初级电子束的数目。在一些实施例中，装置104可以是用于光刻的SEM。在一些实施例中，电子束工具104可以是单束系统或多束系统。

与单个带电粒子束成像系统(“单束系统”)相比，可以设计多个带电粒子束成像系统(“多束系统”)以优化不同扫描模式的吞吐量。本公开的实施例提供了一种多束系统，其具有通过使用具有不同几何形状的射束阵列来优化不同扫描模式的吞吐量的能力。适应不同的吞吐量和分辨率要求。

图3示出了包括“Y”形灯丝发射部件的示例性电子源300的示意图。在电子束工具(例如，图2的电子束工具104)中，电子源300可以包括灯丝，该灯丝包括灯丝发射尖端301和灯丝管脚303。电子源300可以包括电极305和基座307。电子源300可以经由流经电极305和灯丝管脚303的电流发射电子，从而电阻地加热灯丝发射尖端301。

在典型的检查期间，灯丝发射尖端301在SEM的操作期间振动。灯丝发射尖端301的振动可能不利地影响SEM图像(例如，图像中的灰度级的振荡、图像中的清晰物体的边缘处的灰度级的振荡、图像中的光刻限定线处的灰度级的振荡、图像上的不准确或变化的灰度级、低关键尺寸稳定性、差的图像质量等)。

当电子源300以较高的电流工作时(例如，使用较高亮度的电子源，以在电子源和样品之间实现较高的放大率，以实现较高分辨率的图像等)，对在典型的带电粒子系统中的SEM图像的负面影响可能加剧。

例如，在检查期间来自耦合到灯丝发射尖端301和基座307的电子束系统的振动可能导致基座307和灯丝发射尖端301振动，从而导致较低质量的图像。

图4示出了根据本公开的实施例的示例性电子源400的示意图，该电子源400包括“W”形灯丝发射部件，该“W”形灯丝发射部件是图2的示例性电子束工具的一部分。

在电子束工具(例如，图2的电子束工具104)中，电子源400(例如，图2的电子源201，图5的电子源500或图6的电子源600)可以包括灯丝，该灯丝包括灯丝发射尖端401和灯丝管脚403。电子源400可以包括一个或多个电极405和包括上部407a和下部407b的基座。电子源400可以经由流经电极405和灯丝管脚403的电流发射一个或多个电子，从而电阻地加热灯丝发射尖端401。即，灯丝发射尖端401可以电连接到电极405。在一些实施例中，灯丝发射尖端401和灯丝管脚403可以由钨制成。

当附接到弹簧时，物体的固有频率是当受到干扰时其自然振动的频率或速率。物体的固有频率取决于物体的质量和弹簧的刚度，其可由以下公式描述：

其中ω是物体的固有频率，k是弹簧常数(例如，弹簧刚度)，并且m是物体的质量。较硬的弹簧具有较高的弹簧常数k。

振荡期间(例如，当物体振动时)物体从平衡的位移称为振幅。振荡能量可以由下式描述：

其中E是物体在振荡期间的能量，A是物体的振幅，k是物体的弹簧常数，并且ω是物体的固有频率。

在一些实施例中，上基座部分407a可以被配置为连接到灯丝发射尖端401和灯丝管脚403。在一些实施例中，上基座部分407可以被配置为减少与灯丝发射尖端401或灯丝管脚403的热接触并且减少在检查期间灯丝发射尖端401的振动。例如，上基座部分407a可以包括被配置为接触灯丝发射尖端401的多个突出部(下面在例如图5的多个突出部537或图6的多个突出部637处进一步描述)。上基座部分407a可包括保持器和旋拧到保持器中的插入件，插入件被配置为保持多个突出部与灯丝发射尖端401接触，从而在检查期间稳定灯丝发射尖端401。在一些实施例中，保持器和插入件可不接触灯丝发射尖端401。在一些实施例中，上基座部分407a(例如，包括多个突出部，保持器和插入件)和下基座部分407b可由非导电材料(例如，诸如氧化铝、氮化铝等的陶瓷)制成。

在通常的检查期间，灯丝发射尖端的振动可以由上面的等式(1)和(2)描述。当上基座部分407a包括被配置为稳定灯丝发射尖端401的多个突出部时，灯丝发射尖端401的弹簧常数可以高于没有多个突出部的灯丝发射尖端(例如，图3的灯丝发射尖端301)的弹簧常数。如等式(1)所述，灯丝发射尖端401的固有频率可以高于没有多个突出部的灯丝发射尖端的固有频率。

假定灯丝发射尖端401和不具有多个突出部的灯丝发射尖端具有用于机械振动的相同能量源且此能量的大部分进入基本模式，则灯丝发射尖端401的振荡能量和不具有多个突出部的灯丝发射尖端的振荡能量在振荡期间可相同，其可由下式描述：

其中A₁和k₁分别是没有多个突出部的灯丝发射尖端的振幅和弹簧常数，A₂和k₂分别是灯丝发射尖端401的振幅和弹簧常数。如上所述，灯丝发射尖端401的弹簧常数k₂大于没有多个突出部的灯丝发射尖端的弹簧常数k₁。因此，与不具有多个突出部的灯丝发射尖端的振幅相比，灯丝发射尖端401的振幅(例如，振动)可减小，其可由下式描述：

在一些实施例中，灯丝发射尖端401或灯丝管脚403的长度可以比通常配置(例如，图3的电子源300)短，因为灯丝发射尖端401不需要依靠灯丝管脚403来支撑。因此，灯丝发射尖端401的质量可减小，使得灯丝发射尖端401的固有频率可增加，如等式(1)所描述，且灯丝发射尖端401的振幅可减小。在一些实施例中，灯丝发射尖端401或灯丝管脚403的减小的长度可导致在减小的电功率下的电阻加热。

在一些实施例中，多个突出部可有利地稳定灯丝发射尖端401，同时减少灯丝发射尖端401与上基座部分407a或下基座部分407b之间的热接触。在一些实施例中，热接触的减少可以有利地允许灯丝发射尖端401保持足够的电阻加热以发射一个或多个电子。在一些实施例中，如图4所示，灯丝发射尖端401和灯丝管脚403可以在电子源400中形成“W”形，使得灯丝发射尖端401依靠上基座部分407a来支撑。这种“W”构型可以比“Y”构型(例如，图3的电子源300)更稳定，因为灯丝发射尖端401由上基座部分407a(例如，由图5的多个突出部537)稳定，并且不依靠灯丝管脚403来支撑。这种“W”结构可以使灯丝发射尖端401的振动最小化，从而产生更高质量的图像。

通过使灯丝发射尖端401与上基座部分407a和下基座部分407b之间的热接触最小化并且使灯丝发射尖端401的振动最小化，电子源400可以有利地提供高质量的样品和图像(例如，使图像中的灰度级的振荡最小化、使图像中的清晰物体的边缘处的灰度级的振荡最小化、使图像中的光刻限定的线处的灰度级的振荡最小化、使图像上的不准确或变化的灰度级最小化、使关键尺寸稳定性最大化、保持样品和图像中的可重复性等)。

图5示出了根据本公开的实施例的作为图2的示例性电子束工具的一部分的示例性电子源500的示意图。电子源500的部件可以是电子源(例如，图4的电子源400)的上基座部分(例如，图4的上基座部分407a)的一部分或连接到其上。

在电子束工具(例如，图2的电子束工具104)中，电子源500(例如，图2的电子源201，图4的电子源400或图6的电子源600)可以包括灯丝，该灯丝包括灯丝发射尖端501和灯丝管脚(例如，图4的灯丝管脚403)。电子源500可以包括一个或多个电极(例如，图4的电极405)和包括上部(例如，图4的上基座部分407a)和下部(例如，图4的下基座部分407b)的基座。电子源500可以经由流经一个或多个电极和灯丝管脚的电流发射一个或多个电子，从而电阻地加热灯丝发射尖端501。即，灯丝发射尖端501可以电连接到一个或多个电极。在一些实施例中，灯丝发射尖端501和灯丝管脚可以由钨制成。

在一些实施例中，上基座部分可以被配置为连接到灯丝发射尖端501和灯丝管脚。在一些实施例中，上基座部分可以被配置为减少与灯丝发射尖端501或灯丝管脚的热接触并且减少在检查期间灯丝发射尖端501的振动。例如，上基座部分可包括多个被配置为接触灯丝发射尖端501的突出部537。虽然图5示出了三个突出部537，但是应当理解，可以使用任何数目的突出部。上基座部分可包括保持器517和旋入保持器517中的插入件527，该插入件527被配置为保持多个突出部537与灯丝发射尖端501接触，从而在检查期间稳定灯丝发射尖端501。在一些实施例中，保持器517和插入件527可以不接触灯丝发射尖端501。在一些实施例中，上基座部分(例如，包括多个突出部537，保持器517和插入件527)和下基座部分可由非导电材料(例如，陶瓷)制成。

在一些实施例中，基座可被配置为经由基座(例如，多个突出部537，保持器517和插入件527)和灯丝发射尖端501之间的耦合来稳定灯丝发射尖端501。这种稳定不仅涉及减少热接触，还涉及减少灯丝发射尖端501的振动。例如，上基座部分可被配置为经由多个突出部537减小基座和灯丝发射尖端501之间的热接触，突出部537被配置为接触灯丝发射尖端501。在一些实施例中，稳定灯丝发射尖端501可包括经由多个突出部537减小灯丝发射尖端501和基座之间的热接触，突出部537被配置为接触灯丝发射尖端501。

上基座部分可以被配置为通过增加灯丝发射尖端501的弹簧常数来减少灯丝发射尖端501的振动。上基座部分可以经由多个突出部537来增加灯丝发射尖端501的弹簧常数，该多个突出部537被配置为接触灯丝发射尖端501，从而增加灯丝发射尖端501的刚度。插入件527和保持件517可被配置为保持多个突出部537与灯丝发射尖端501接触，从而增加灯丝发射尖端501的刚度和弹簧常数。在一些实施例中，稳定灯丝发射尖端501可以包括通过增加灯丝发射尖端501的弹簧常数来减小灯丝发射尖端501的振动。

在一些实施例中，与不包括突出部的电子源(例如，图3的电子源300)中的基座和灯丝发射尖端之间的热接触相比，基座和灯丝发射尖端501之间的热接触减小。在一些实施例中，与不包括突出部的电子源(例如，图3的电子源300)中的灯丝发射尖端的振动相比，灯丝发射尖端501的振动减小。

尽管描绘为单独的部件，但在一些实施例中，保持器517、插入件527和多个突出部537可包括单个接头结构(例如，图4的上基座部分407a)。例如，电子源500的上基座部分(例如，包括多个突出部537，保持器517和插入件527)可以通过在上基座部分中钻(例如，激光钻孔)孔527a(例如，直径为100-200μm，深度为250μm，底部为圆锥形)来制造，其中孔527a可以保持灯丝发射尖端501。在一些实施例中，可以通过激光加工上基座部分中的孔来制造多个突出部537。在一些实施例中，多个突出部537可被制造成具有宽度537a(例如，小于或等于1μm)，使得灯丝发射尖端501与基座(例如，图4的上基座部分407a，下基座部分407b)之间的总接触面积最小化(例如，1500μm²)。在一些实施例中，该配置可以使从灯丝发射尖端501到基座(例如，包括多个突出部537、保持器517和插入件527)的热传递最小化。

例如，可以制造多个突出部537，使得每个突出部从孔527a的内侧朝向孔527a的中心延伸。在一些实施例中，灯丝发射尖端501可以被定位在孔527a的中心。

在一些实施例中，当从电子源500上方观察时，多个突出部537中的每个突出部可以是三角形的(例如，见图6的多个突出部637)。在一些实施例中，多个突出部537中的每个突出部可以是基本上三角形的(例如，每个突出部的一些边缘可以是弯曲的)。在一些实施例中，顶点(例如，图6的顶点637b)可以被配置为接触灯丝发射尖端501。

在一些实施例中，当从电子源500上方观察时，多个突出部537中的每个突出部可以是四边形的。在一些实施例中，多个突出部537中的每个突出部可以是基本上四边形形状的(例如，每个突出部的一些边缘可以是弯曲的)。在一些实施例中，多个突出部537中的每个四边形突出部的最短边缘(例如，具有宽度537a的边缘)可以被配置为接触灯丝发射尖端501。

在一些实施例中，多个突出部537中的每个突出部的基座537c可以远离灯丝发射尖端501延伸。例如，基座537c可在远离灯丝发射尖端501的大致x方向上延伸，或者基座537c可在远离灯丝发射尖端501的大致y方向上延伸。在一些实施例中，当沿大致y方向观察时，每个突出部的基座537c的横截面面积可以大于每个突出部的接触灯丝发射尖端501的部分的横截面面积。

在通常的检查期间，灯丝发射尖端的振动可以由上面的等式(1)和(2)描述。当上基座部分包括被配置为稳定灯丝发射尖端501的多个突出部537时，灯丝发射尖端501的弹簧常数可高于没有多个突出部537的传统灯丝发射尖端的弹簧常数。如等式(1)所述，灯丝发射尖端501的固有频率可以高于没有多个突出部的灯丝发射尖端的固有频率。

没有多个突出部的电子源可以具有与具有多个突出部的电子源相同的用于机械振动的能量源。因此，灯丝发射尖端501(其由多个突出部537稳定)在振荡期间的振荡能量可以与没有多个突出部的灯丝发射尖端在振荡期间的振荡能量相同。因此，等式(3)可以描述这两种电子源配置之间的振幅和弹簧常数的关系。如上所述，灯丝发射尖端501的固有频率ω₂大于没有多个突出部537的灯丝发射尖端的固有频率ω₁。因此，与没有多个突出部537的灯丝发射尖端的振幅相比，灯丝发射尖端501的振幅(例如，振动)可减小，这可由以上等式(4)描述。

在一些实施例中，灯丝发射尖端501或灯丝管脚的长度可比常规配置短，因为灯丝发射尖端501不需要依靠灯丝管脚来支撑。因此，灯丝发射尖端501的质量可减小，使得灯丝发射尖端501的固有频率可增加，如等式(1)所述，且灯丝发射尖端501的振幅可减小，如等式(4)所描述。在一些实施例中，灯丝发射尖端501或灯丝管脚的减小的长度可导致在减小的电功率下的电阻加热。

在一些实施例中，多个突出部537可有利地稳定灯丝发射尖端501，同时使灯丝发射尖端501与电子源500的基座(例如，图4的上基座部分407a，图4的下基座部分407b)之间的热接触最小化。在一些实施例中，热接触的最小化可以有利地允许灯丝发射尖端501保持足够的电阻加热以发射一个或多个电子。

通过使灯丝发射尖端501与上基座部分和下基座部分之间的热接触最小化并且使灯丝发射尖端501的振动最小化，电子源500可以有利地提供更高质量的样品和图像(例如，使图像中的灰度级的振荡最小化、使图像中的清晰物体的边缘处的灰度级的振荡最小化、使图像中的光刻限定线处的灰度级的振荡最小化、使图像上的不准确或变化的灰度级最小化、使关键尺寸稳定性最大化、保持样品和图像中的可重复性等)。

图6示出了根据本公开的实施例的作为图2的示例性电子束工具的一部分的示例性电子源600的俯视图的示意图。图6示出图4的电子源400的俯视图或图5的电子源500的俯视图的示意图。电子源600的部件可以是电子源(例如，图4的电子源400)的上基座部分(例如，图4的上基座部分407a)的一部分或连接到其上。

在一些实施例中，电子源600的上基座部分(例如，包括多个突出部637)可以通过在上基座部分中钻(例如，激光钻孔)孔627a(例如，直径100-200μm，深度250μm，在底部处具有圆锥形锥度)来制造，其中孔627a可以保持灯丝发射尖端601。在一些实施例中，可以通过在上基座部分中激光加工孔627a来制造多个突出部637。在一些实施例中，多个突出部637可被制造成具有宽度637a(例如，小于或等于1μm)，使得灯丝发射尖端601与基座(例如，图4的上基座部分407a，下基座部分407b)之间的总接触面积最小(例如，1500μm²)。在一些实施例中，该配置可最小化从灯丝发射尖端601到基座(例如，包括多个突出部637)的热传递。虽然图6示出了三个突出部637，但是应当理解，可以使用任何数目的突出部。

例如，可以制造多个突出部637，使得每个突出部从孔627a的内侧627c朝向孔627a的中心延伸。在一些实施例中，灯丝发射尖端601可以被定位在孔627a的中心。

在一些实施例中，当从电子源600上方观察时，多个突出部637中的每个突出部可以是三角形的。在一些实施例中，多个突出部637中的每个突出部可以是基本上三角形的(例如，每个突出部的一些边缘可以是弯曲的)。在一些实施例中，顶点637b可被配置为接触灯丝发射尖端601，从而使灯丝发射尖端601和上基座部分之间的热接触最小化。

可以使用以下条款进一步描述这些实施例：

1.一种电子束系统，包括：

电子源，包括：

发射尖端，电连接到两个电极并且被配置为发射电子；以及

基座，耦合到所述发射尖端，其中所述基座被配置为经由所述耦合来稳定所述发射尖端。

2.根据条款1所述的系统，其中所述发射尖端包括钨。

3.根据条款1至2中任一项所述的系统，其中所述基座包括非导电材料。

4.根据条款3所述的系统，其中所述非导电材料是陶瓷。

5.根据条款1至4中任一项所述的系统，其中所述基座包括被配置为接触所述发射尖端的多个突出部。

6.根据条款5所述的系统，其中所述基座包括被配置为保持所述多个突出部与所述发射尖端接触的保持器。

7.根据条款5至6中任一项所述的系统，其中当从所述多个突出部上方观察时，所述多个突出部中的每个突出部是三角形的。

8.根据条款7所述的系统，其中所述多个突出部中的每个三角形突出部的顶点被配置为接触所述发射尖端。

9.根据条款5至6中任一项所述的系统，其中当从所述多个突出部上方观察时，所述多个突出部中的每个突出部是四边形的。

10.根据条款9所述的系统，其中所述多个突出部中的每个四边形突出部的最短边缘被配置为接触所述发射尖端。

11.根据条款5至10中任一项所述的系统，其中所述多个突出部中的每个突出部的基座远离所述发射尖端延伸。

12.根据条款11所述的系统，其中所述多个突出部中的每个突出部的所述基座的横截面面积大于所述突出部的接触所述发射尖端的部分的横截面面积。

13.根据条款5至12中任一项所述的系统，其中所述基座包括孔并且所述多个突出部中的每个突出部朝向所述孔的中心延伸。

14.根据条款13的系统，其中所述发射尖端被配置为被定位在所述孔的所述中心。

15.一种电子源，包括：

发射尖端，电连接到两个电极并且被配置为发射电子；以及

基座，耦合到所述发射尖端，其中所述基座被配置为经由所述耦合来稳定所述发射尖端。

16.根据条款15所述的电子源，其中所述发射尖端包括钨。

17.根据条款15至16中任一项所述的电子源，其中所述基座包括非导电材料。

18.根据条款17的电子源，其中所述非导电材料是陶瓷。

19.根据条款15至18中任一项所述的电子源，其中所述基座包括被配置为接触所述发射尖端的多个突出部。

20.根据条款19所述的电子源，其中所述基座包括被配置为保持所述突出部与所述发射尖端接触的保持器。

21.根据条款19至20中任一项所述的电子源，其中当从所述多个突出部上方观察时，所述多个突出部中的每个突出部为三角形。

22.根据条款21所述的电子源，其中所述多个突出部中的每个三角形突出部的顶点被配置为接触所述发射尖端。

23.根据条款19-20中任一项所述的电子源，其中当从所述多个接头片上方观察时，所述多个接头片中的每个接头片为四边形。

24.根据条款23所述的电子源，其中所述多个突出部中的每个四边形突出部的最短边缘被配置为接触所述发射尖端。

25.根据条款19至24中任一项所述的电子源，其中所述多个突出部中的每个突出部的基座远离所述发射尖端延伸。

26.根据条款25所述的电子源，其中所述多个突出部中的每个突出部的所述基座的横截面面积大于所述突出部的接触所述发射尖端的部分的横截面面积。(图5)

27.根据条款19至26中任一项所述的电子源，其中所述基座包括孔，并且所述多个突出部中的每个突出部朝向所述孔的中心延伸。

28.根据条款27所述的电子源，其中所述发射尖端被配置为被定位在所述孔的所述中心。

29.根据条款1至14中任一项所述的系统，其中：

所述电子源还包括两个灯丝管脚；以及

所述发射尖端和所述两个灯丝管脚形成“W”形。

30.根据条款15至28中任一项所述的电子源，还包括两个灯丝管脚，其中所述发射尖端和所述两个灯丝管脚形成“W”形。

31.一种电子束系统，包括：

电子源，包括：

发射尖端，电连接到两个电极并且被配置为发射电子；以及

基座，包括：

孔；以及

多个延伸部，所述多个延伸部朝向所述孔的中心延伸，

其中所述多个延伸部耦合到所述发射尖端，其中所述基座被配置为经由所述耦合来稳定所述发射尖端。

32.一种电子束系统，包括：

电子源，包括：

发射尖端，所述发射尖端被耦合到两个灯丝管脚上，其中

所述发射尖端和所述两个灯丝管脚形成“W”形，

所述两个灯丝管脚的每个灯丝管脚被耦合到电极，并且

所述发射尖端被配置为发射电子；以及

耦合到所述发射尖端的基座，其中所述基座被配置为经由所述耦合来稳定所述发射尖端。

33.根据条款5至14或29所述的系统，其中所述发射尖端的所述稳定使得能够经由被配置为接触所述发射尖端的所述多个突出部来减少所述发射尖端与所述基座之间的热接触。

34.根据条款33所述的系统，其中与排除多个突出部的发射尖端和基座之间的热接触相比，所述基座和所述发射尖端之间的所述热接触减少。

35.根据条款5至14、29或33至34中任一项所述的系统，其中所述发射尖端的所述稳定使得能够增加所述发射尖端的弹簧常数以减少所述发射尖端的振动。

36.根据条款35所述的系统，其中与排除多个突出部的发射尖端相比，所述发射尖端的所述振动减小。

37.根据条款35至36中任一项所述的系统，其中所述基座包括多个突出部，并且所述发射尖端的所述弹簧常数经由被配置为接触所述发射尖端的所述多个突出部而增加。

38.根据条款35至37中任一项所述的系统，其中与排除多个突出部的发射尖端的弹簧常数相比，所述发射尖端的所述弹簧常数增加。

应了解，本发明的实施例不限于上文已描述且在附图中说明的确切构造，并且可在不脱离本发明的范围的情况下作出各种修改和改变。

Claims (15)

1.一种电子束系统，包括：

电子源，所述电子源包括：

发射尖端，所述发射尖端电连接到两个电极并且被配置为发射电子；以及

基座，所述基座耦合到所述发射尖端，其中所述基座被配置为经由所述耦合来稳定所述发射尖端。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述发射尖端包括钨。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述基座包括非导电材料。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述非导电材料是陶瓷。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述基座包括被配置为接触所述发射尖端的多个突出部。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述基座包括保持器，所述保持器被配置为保持所述多个突出部与所述发射尖端接触。

7.根据权利要求5所述的系统，其中当从所述多个突出部的上方观察时，所述多个突出部中的每个突出部为三角形。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述多个突出部中的每个三角形突出部的顶点被配置为接触所述发射尖端。

9.根据权利要求5所述的系统，其中当从所述多个突出部的上方观察时，所述多个突出部中的每个突出部为四边形。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述多个突出部中的每个四边形突出部的最短边缘被配置为接触所述发射尖端。

11.根据权利要求5所述的系统，其中所述多个突出部中的每个突出部的基座远离所述发射尖端延伸。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述多个突出部中的每个突出部的所述基座的横截面面积大于所述突出部的接触所述发射尖端的部分的横截面面积。

13.根据权利要求5所述的系统，其中所述基座包括孔，并且所述多个突出部中的每个突出部朝向所述孔的中心延伸。

14.根据权利要求13所述的系统，其中所述发射尖端被配置为定位在所述孔的所述中心。

15.一种电子源，包括：

发射尖端，所述发射尖端电连接到两个电极并且被配置为发射电子；以及

基座，所述基座耦合到所述发射尖端，其中所述基座被配置为经由所述耦合来稳定所述发射尖端。