CN1602537A - 快速改变焦距的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种快速改变带电粒子束焦距的设备和方法，该方法包括步骤：改变控制信号以响应控制信号电压值与带电粒子束焦距之间的关系。

Description

快速改变焦距的系统和方法

技术领域

本发明一般涉及带电粒子束成像装置，例如，扫描电子显微镜等，具体涉及快速调整焦距的系统和方法。

背景技术

诸如电子束，离子束等带电粒子束的焦距通常是受馈入控制电流的物镜控制。现有技术物镜的特征是相对大的响应周期。例如，普通物镜的截止频率响应约为10Hz。因此，该物镜不能用于快速改变焦距。

需要提供一种快速调整带电粒子束焦距的系统和方法。

发明内容

本发明提供一种快速改变焦距的系统和方法。该系统和方法控制焦距是通过改变加速电压。按照本发明的一个方面，主加速电压是由稳定功率源提供，调制电压调制主加速电压以提供相对“清洁”(高信噪比)和稳定的加速电压，且加速电压还可以快速变化。最好是，稳定功率源的作用是提供主加速电压，主加速电压的范围是在0伏至几百伏，几千伏，和甚至几万伏之间。调制电压是由可控电压源提供，它提供的调制电压范围是在0伏至100伏或200伏之间。

按照本发明的一个方面，利用焦距系统和方法成像与带电粒子束轴不垂直的物体(“倾斜”物体)。加速电压调制跟踪用于控制带电粒子束位置的扫描信号。通常，倾斜物体的扫描信号类似于周期性锯齿信号。在每个周期中，该信号首先上升，然后下降。为了准确地跟踪相对陡峭的信号下降，需要一个相对大带宽的可控功率源。

按照本发明的一个方面，焦距的变化速率超过TV速率，并可用于在很大角度范围内倾斜的物体。

按照本发明的一个方面，焦距的变化速率远远超过实施自聚焦技术的速率。

本发明提供一种快速改变带电粒子束焦距的方法，该方法包括步骤：改变控制信号以响应控制信号电压值与带电粒子束焦距之间的关系。

本发明提供一种利用带电粒子束扫描倾斜物体的方法，该方法包括步骤：提供其焦距与倾斜物体预定扫描路程基本匹配的带电粒子束，其中焦距响应于控制信号，且其中焦距的快速变化是由快速调整控制信号产生的。

本发明提供一种快速改变带电粒子束焦距的系统，该系统包括：带电粒子束发生器，用于产生其焦距响应于控制信号的带电粒子束；控制信号发生器，用于提供允许焦距快速变化的控制信号。

最好是，控制信号是加速电压，但也可以利用其他的电压，电流。最好是，改变步骤之前是标定步骤，用于确定加速电压值与带电粒子束焦距之间的关系。加速电压包括：主加速电压和调制电压。带电粒子束是电子束。带电粒子束是由物镜聚焦，而快速改变是受快速变化速率的限制。物镜的作用是改变带电粒子束的焦距，其改变速率比快速变化速率慢。快速改变通常是受快速变化速率的限制，且其中快速变化速率超过10Hz。最好是，快速变化速率超过10kHz。通常，快速改变是扫描倾斜物体的结果。倾斜物体的倾斜角不超过45度。

附图说明

图1是不利用快速改变焦距的成像倾斜检查物体的示意图像；

图2是按照本发明一个方面的图像扫描图形示意图；

图3是按照本发明一个方面可用于成像图2中图像的扫描信号示意图；

图4是按照本发明一个方面的功率源和电子枪示意图；和

图5是按照本发明一个方面的标定靶侧视图。

具体实施方式

类似于每种成像装置，扫描电子显微镜中的焦深(DOF)是受限的。若像素尺寸小于探头尺寸，则DOF是受物镜数值孔径的限制，而在像素尺寸大于探头尺寸的情况下，DOF还受到相邻像素之间距离的限制。当被检查物体与诸如SEM的成像设备之间距离(也称之为“工作距离”)在被检查物体上变化时(例如，在倾斜物体的情况下)，在保持整个图像上有类似锐度的同时，可以看到的最大视场(FOV)取决于倾斜角。

本领域中众所周知，较小的加速电压导致较小的DOF。实验证明，在倾斜角为45°的整个图像上可以看到相同锐度的最大FOV约为5微米，其中Vacc＝600V。这意味着，这些条件下的DOF为±1.75微米。由于再检测的搜索FOV大于5微米，再检测性能在倾斜角为45°下退化。图1中所示图像表示在没有动态焦点校正时倾斜角为45°下焦点问题现象的例子。可以清楚地看出，图像的上部和下部出现模糊，它们不在焦点上，而仅仅中部的线条是清晰的。

另一方面，可以非常快速地改变粒子束能量，所以，它是动态校正大倾角下焦点的最佳方法。

图3和2描述在倾斜条件下扫描周期的动态焦点斜坡。斜坡表示扫描时的交变电子束能量(Vacc)。图2说明用于产生图像的电子束扫描路程，图像的边界是矩形12。水平线13(包含位于矩形12之外的线条)说明电子束的扫描路程。定向线条14表示焦距。

图4表示功率源的典型装置。稳定的功率提供Vaccelerator，而可控功率源是交变电流功率源，它提供0至±200V范围内的信号。

可控功率源30串联连接到Vaccelerator32。Vaccelerator32，Vextractor34和Vsupressor38连接到电子枪的各个部分和电极(例如，40和42)以提供所要求的电压方案，允许快速改变从电子枪36中提取的带电粒子束DOF。

按照本发明的一个方面，标定步骤是在扫描之前完成的。标定把调制电压值“变换”成焦距值。标定步骤用于匹配调制电压值和扫描图形。

以下是典型的标定步骤，它用于匹配调制电压值和45°倾斜物体的扫描图形。

其中，

1.ΔWD＝0.7071·FOV

2. $\frac{\mathrm{\ΔVacc}}{\mathrm{\Δz}}=a+b\·\mathrm{Vacc},$ 其中Vacc的单位是kV。

a和b是一对常数，其值取决于Vacc。

需要标定的参数是 实际上，它是色差系数的量度。因为色差系数随不同的列而变化，我们不能给这个参数设置固定值，而必须进行测量。测量 的最容易方法是从 和

中导出。

$\frac{\mathrm{\ΔVacc}}{\mathrm{\Δz}}=\frac{\mathrm{\ΔOLC}}{\mathrm{\Δz}}\·\frac{\mathrm{\ΔVacc}}{\mathrm{\ΔOLC}}$

是在包含多个台阶的台阶靶上测量的，其中每个台阶之间有50微米高度差。

参照图5，图5表示包含多个台阶51，52，53，...的标定靶，这些台阶的间隔是50微米。若OLC1(61)是用于聚焦粒子束到台阶1(51)上的物镜电流，而OLC3是用于聚焦粒子束到台阶3上的物镜电流，台阶3比台阶1高100微米，

$\frac{\mathrm{\ΔOLC}}{\mathrm{\Δz}}=\frac{\mathrm{OLC}1-\mathrm{OLC}3}{100\mathrm{\μm}}$

在两个不同的Vacc值下聚焦到相同的位置，计算 若OLC4用于Vacc4下的聚焦和OLC5用于Vacc5下的聚焦，且Vacc4-Vacc5＝10V，则

$\frac{\mathrm{\ΔVacc}}{\mathrm{\ΔOLC}}=\frac{10V}{\mathrm{OLC}5-\mathrm{OLC}4}.$

Claims (22)

1.一种快速改变带电粒子束焦距的方法，该方法包括步骤：改变控制信号以响应控制信号电压值与带电粒子束焦距之间的关系。

2.按照权利要求1的方法，其中控制信号是加速电压。

3.按照权利要求2的方法，其中改变步骤之前是标定步骤，用于确定加速电压值与带电粒子束焦距之间的关系。

4.按照权利要求2的方法，其中加速电压包括：主加速电压和调制电压。

5.按照权利要求2的方法，其中带电粒子束是电子束。

6.按照权利要求2的方法，其中带电粒子束是由物镜聚焦，且其中快速改变是受快速变化速率的限制。

7.按照权利要求6的方法，其中物镜的作用是改变带电粒子束焦距，其速率比快速变化速率慢。

8.按照权利要求2的方法，其中快速改变是受快速变化速率的限制，且其中快速变化速率超过10Hz。

9.按照权利要求2的方法，其中快速改变是受快速变化速率的限制，且其中快速变化速率超过10kHz。

10.按照权利要求2的方法，其中快速改变是扫描倾斜物体的结果。

11.按照权利要求10的方法，其中倾斜物体的倾斜角不超过45度。

12.一种利用带电粒子束扫描倾斜物体的方法，该方法包括步骤：提供其焦距与倾斜物体预定扫描路程基本匹配的带电粒子束，其中焦距响应于控制信号，且其中焦距快速变化是通过快速调整控制信号产生的。

13.一种用于快速改变带电粒子束焦距的系统，该系统包括：带电粒子发生器，用于产生其焦距响应于控制信号的带电粒子束；控制信号发生器，用于提供允许焦距快速变化的控制信号。

14.按照权利要求1的系统，其中控制信号是加速电压。

15.按照权利要求14的系统，其中该系统的作用是确定加速电压值与焦距之间的关系。

16.按照权利要求14的系统，其中加速电压包括：主加速电压和调制电压。

17.按照权利要求14的系统，其中带电粒子束是电子束。

18.按照权利要求14的系统，其中带电粒子束是由物镜聚焦，且其中快速改变是受快速变化速率的限制。

19.按照权利要求18的系统，其中物镜的作用是改变带电粒子束焦距，其改变速率比快速变化速率慢。

20.按照权利要求14的系统，其中快速改变是受快速变化速率的限制，且其中快速变化速率超过10Hz。

21.按照权利要求14的系统，其中快速改变是受快速变化速率的限制，且其中快速变化速率超过10kHz。

22.按照权利要求14的系统，其中控制信号发生器包括：稳定功率源和快速可控功率源。

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