TW202401479A - 具有多個偵測器之帶電粒子束裝置及用於成像之方法 - Google Patents

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Abstract

揭示一種使用一帶電粒子束裝置對一樣本進行成像之系統及方法。該帶電粒子束裝置可包括：一複合物鏡，其包含一磁透鏡及一靜電透鏡，該磁透鏡包含一空腔；及一電子偵測器，其緊接地位於該磁透鏡之一極片上游且在該磁透鏡之該空腔內部。在一些實施例中，偏轉器可位於該電子偵測器與鄰近於該樣本的該極片之開口之間以實現一較大視場。可在不改變著陸能量的情況下藉由改變靜電物鏡中之控制電極的電位來操縱該等偵測器當中之電子分佈。可藉由若干離散電位操作電子源以覆蓋不同著陸能量，而電子源與提取器之間的電位差係固定的。

Description

具有多個偵測器之帶電粒子束裝置及用於成像之方法
本文中所提供之實施例揭示一種帶電粒子束裝置，且更特定言之，揭示用於增強電子顯微鏡中之信號電子收集效率的系統及方法。
在積體電路(IC)之製造程序中，對未完成或已完成電路組件進行檢驗以確保其係根據設計而製造且無缺陷。可採用利用光學顯微鏡或帶電粒子(例如，電子)束顯微鏡，諸如掃描電子顯微鏡(SEM)之檢驗系統。隨著IC組件之實體大小不斷縮小且其結構不斷變得較複雜，缺陷偵測及檢驗之準確度及產出量變得較重要。總體影像品質尤其取決於高次級電子及反向散射電子信號偵測效率之組合。反向散射電子具有較高發射能量以自樣本之較深層逸出，且因此，其偵測對於複雜結構，諸如3D NAND器件之內埋層、節點、高縱橫比溝槽或孔的成像可能係合乎需要的。對於諸如疊對度量衡之應用，可能需要自次級電子獲得高品質成像及表面資訊之高效收集，且同時自反向散射電子獲得內埋層資訊，從而突顯了在SEM中使用多個電子偵測器之需要。儘管呈各種結構配置之多個電子偵測器可用以個別地最大化次級及反向散射電子之收集及偵測效率，但經組合偵測效率仍較低，且因此，所實現影像品質可能並不足以實現二維及三維結構之高準確度及高產出量缺陷檢驗及度量衡。
本發明之一個態樣涉及一種電子束裝置，其包含：經組態以沿著主光軸產生初級電子束之電子源；包含磁透鏡及靜電透鏡之複合物鏡，磁透鏡包含經組態以允許初級電子束穿過之空腔；及經組態以偵測自樣本產生之複數個信號電子的第一部分的第一電子偵測器，其中第一電子偵測器相對於初級電子束沿著主光軸之路徑緊接地位於磁透鏡之極片上游且在磁透鏡之空腔內部。第一電子偵測器可定位成使得第一電子偵測器之開口之中心軸線與主光軸對準。第一電子偵測器之開口可小於物鏡之極片的第一開口。裝置可進一步包含第二電子偵測器，其經組態以偵測複數個信號電子之第二部分，且沿著主光軸安置於第一電子偵測器上游。第一偵測器之開口可經組態以允許複數個信號電子之第二部分穿過。第二電子偵測器可包含經組態以允許初級電子束的一部分穿過之開口。第二電子偵測器可包含透鏡內偵測器，其定位成使得第二電子偵測器之開口與主光軸對準。裝置可進一步包含射束操縱器，其經組態以將初級電子束偏轉至樣本之表面上且位於第一電子偵測器與第二電子偵測器之間。射束操縱器可包含與主光軸對準且位於磁透鏡之空腔內部的複數個射束偏轉器。裝置可進一步包含第三電子偵測器，其經組態以偵測複數個信號電子之第三部分，且沿著主光軸安置於第一電子偵測器下游。第三電子偵測器可沿著主光軸安置於第一電子偵測器下游且緊接在磁透鏡之極片上游。第三電子偵測器可沿著主光軸安置於磁透鏡之極片與樣本之間。第三電子偵測器之開口的大小可基於所要視場(FOV)及複數個信號電子之分佈而判定。第一、第二及第三電子偵測器可經組態以偵測自樣本產生之複數個信號電子的相當大部分。第一、第二及第三電子偵測器可包含連續偵測表面或分段式偵測表面。分段式偵測表面可包含圍繞主光軸徑向或方位地配置之複數個分段。裝置可進一步包含控制電極，其安置於樣本與第一電子偵測器之間且可經組態以調整自樣本產生之複數個信號電子的路徑。控制電極可包含安置於第一電子偵測器與樣本之間的複數個電極。控制電極可經組態以基於所施加電壓信號影響樣本附近之靜電場。磁透鏡之極片可經組態以大體上屏蔽第一電子偵測器免受樣本附近之靜電場影響。靜電場之變化可使得複數個信號電子之第一部分的軌跡發生變化。所施加電壓信號可經組態為可調整的，以使得能夠跨越包括第一電子偵測器之複數個電子偵測器影響複數個信號電子的角度分佈。可沿著主光軸調整樣本之平面之位置，以使得能夠跨越複數個電子偵測器影響複數個信號電子之角度分佈及複合物鏡之激勵。靜電透鏡可在極片與樣本之間存在電場的情況下形成。複數個信號電子包含次級電子、反向散射電子或歐傑電子。第一電子偵測器與樣本之間的豎直距離在6 mm至80 mm之範圍內。
本發明之另一態樣涉及一種電子束裝置，其包含：經組態以沿著主光軸產生初級電子束之電子源；包含磁透鏡及靜電透鏡之複合物鏡，磁透鏡包含經組態以允許初級電子束穿過之空腔；經組態以偵測自樣本產生之複數個信號電子的第一部分的第一電子偵測器，其中第一電子偵測器位於磁透鏡之空腔內部；及射束操縱器，其經組態以將初級電子束偏轉至樣本之表面上且位於第一電子偵測器與極片之間。射束操縱器可包含複數個射束偏轉器，且其中複數個射束偏轉器之射束偏轉器位於第一電子偵測器與磁透鏡之極片之間且在磁透鏡之空腔內部。
本發明之另一態樣涉及一種電子束裝置，其包含：經組態以施加有第一電壓之第一電極；及經組態以施加有不同於第一電壓之第二電壓的第二電極，藉由第一電壓與第二電壓之差在第一電極與第二電極之間產生第一電場，第一電場經組態以自第一電極提取複數個初級電子，其中第一電壓經調整為第一離散值且第二電壓同時經調整為不同於第一離散值之第二離散值，第一離散值及第二離散值對應於樣本上之複數個初級電子的著陸能量範圍。對於複數個著陸能量範圍，第一電壓與第二電壓之第一離散值與第二離散值之間的差可大體上係固定的。第一離散值與第二離散值之間的差之絕對值可在5kV至15kV之範圍內。第一離散值與第二離散值之間的大體上固定差可在電子源與電極之間產生大體上穩定電場。第三電壓可經施加至樣本，第三電壓之值係基於第一電壓及第二電壓以及複數個初級電子之著陸能量範圍而判定。
本發明之另一態樣涉及一種由用於觀測樣本之電子束裝置執行的方法。該方法可包含：使用包含磁透鏡及靜電透鏡之複合物鏡將初級電子束聚焦至樣本上，磁透鏡包含允許初級電子束穿過之空腔；在與初級電子束相互作用之後自樣本產生複數個信號電子；及使用第一電子偵測器偵測複數個信號電子之第一部分，第一電子偵測器相對於初級電子束沿著主光軸之路徑緊接地位於磁透鏡之極片上游且在磁透鏡之空腔內部。該方法可進一步包含使用第二電子偵測器偵測複數個信號電子之第二部分，及基於複數個信號電子之信號電子的特性來偵測複數個信號電子。信號電子之特性可包含信號電子參考主光軸之發射能量、發射極角或發射方位角。該方法可進一步包含使用第三電子偵測器偵測複數個信號電子之第三部分，第三電子偵測器位於第一及第二電子偵測器下游。該方法可進一步包含使用第一、第二及第三電子偵測器偵測自樣本產生之複數個信號電子的大體上所有信號電子。該方法可進一步包含藉由調整施加至控制電極之電壓來使用控制電極影響樣本附近之靜電場，且調整施加至控制電極之電壓使得跨越第一、第二及第三電子偵測器之信號電子偵測分佈發生變化。調整施加至控制電極之電壓可使得複數個信號電子之第一部分的軌跡發生變化。調整施加至控制電極之電壓可跨越包括第一電子偵測器之複數個電子偵測器影響複數個信號電子之角度分佈。該方法可進一步包含調整樣本之平面的位置，以使得能夠跨越複數個電子偵測器影響複數個信號電子之角度分佈及複合物鏡之激勵。可沿著主光軸調整平面之位置。調整樣本之平面的位置可包含增大或降低樣本與第一電子偵測器之間的豎直距離。
本發明之另一態樣涉及一種組態用於觀測樣本之電子束裝置的方法，該方法包含：將第一電壓施加至第一電極；將不同於第一電壓之第二電壓施加至第二電極，從而使得基於第一電壓與第二電壓之差在第一電極與第二電極之間產生第一電場，第一電場經組態以自第一電極提取複數個初級電子；及同時將第一電壓調整為第一離散值且將第二電壓調整為不同於第一離散值之第二離散值，第一及第二離散值對應於樣本上之複數個初級電子的著陸能量範圍。對於複數個著陸能量範圍，第一電壓與第二電壓之第一離散值與第二離散值之間的差可大體上係固定的。第一離散值與第二離散值之間的差之絕對值可在5kV至15kV之範圍內。第一離散值與第二離散值之間的大體上固定差可在電子源與電極之間產生大體上穩定電場。該方法可包含將第三電壓施加至樣本，第三電壓的值係基於第一電壓及第二電壓以及複數個初級電子之著陸能量範圍而判定。
本發明之另一態樣涉及一種儲存指令集之非暫時性電腦可讀媒體，該指令集可由電子束裝置之一或多個處理器執行以使得電子束裝置執行觀測樣本的方法。該方法可包含：使用包含磁透鏡及靜電透鏡之複合物鏡將初級電子束聚焦至樣本上，磁透鏡包含允許初級電子束穿過之空腔；在與初級電子束相互作用之後自樣本產生複數個信號電子；及使用第一電子偵測器偵測複數個信號電子的第一部分，第一電子偵測器相對於初級電子束沿著主光軸之路徑緊接地位於磁透鏡之極片上游且在磁透鏡之空腔內部。該等指令可使得裝置進一步執行使用第二電子偵測器偵測複數個信號電子之第二部分，及藉由調整施加至控制電極之電壓來使用控制電極影響樣本附近之靜電場，其中調整施加至控制電極之電壓使得複數個信號電子之第一部分的軌跡發生變化。該等指令可使得裝置進一步執行沿著主光軸調整樣本之平面的位置，其中調整樣本之平面的位置使得跨越第一及第二電子偵測器之信號電子偵測分佈發生變化。
本發明之另一態樣涉及一種儲存指令集之非暫時性電腦可讀媒體，該指令集可由電子束裝置之一或多個處理器執行以組態電子束裝置執行觀測樣本的方法。該方法可包含將第一電壓施加至第一電極；將不同於第一電壓的第二電壓施加至第二電極，從而使得基於第一電壓與第二電壓之差在第一電極與第二電極之間產生第一電場，第一電場經組態以自第一電極提取複數個初級電子；及同時將第一電壓調整為第一離散值且將第二電壓調整為不同於第一離散值之第二離散值，第一及第二離散值對應於樣本上之複數個初級電子的著陸能量範圍。
本發明之另一態樣涉及一種電子束裝置，其包含：經組態以沿著主光軸產生初級電子束之電子源；物鏡，其經組態以將初級電子束聚焦至樣本上且包含經組態以允許初級電子束穿過之空腔；及經組態以偵測自樣本產生之複數個信號電子之第一部分的第一電子偵測器，其中第一電子偵測器相對於初級電子束沿著主光軸之路徑緊接地位於物鏡之極片上游且在物鏡之空腔內部。
本發明之實施例之其他優勢將自結合附圖進行之以下描述顯而易見，在附圖中藉助於說明及實例闡述本發明的某些實施例。
現將詳細參考例示性實施例，其實例說明於附圖中。以下描述參考附圖，其中除非另外表示，否則不同圖式中之相同編號表示相同或類似元件。闡述於例示性實施例之以下描述中之實施並不表示全部實施。實情為，其僅為符合關於所附申請專利範圍中所敍述之所揭示實施例的態樣的裝置及方法之實例。例如，儘管一些實施例係在利用電子束之上下文中予以描述，但本發明不限於此。可類似地施加其他類型之帶電粒子束。此外，可使用其他成像系統，諸如光學成像、光偵測、x射線偵測等。
電子器件由形成於稱為基板之矽塊上之電路構成。許多電路可一起形成於同一矽塊上且被稱為積體電路或IC。此等電路之大小已顯著降低，使得電路中之許多電路可安裝於基板上。例如，在智慧型電話中，IC晶片可為拇指甲大小且又可包括超過20億個電晶體，每一電晶體之大小小於人類毛髮之大小的1/1000。
製造此等極小IC為常常涉及數百個個別步驟之複雜、耗時且昂貴之程序。甚至一個步驟中之誤差會潛在地引起成品IC中之缺陷，藉此使得成品IC無用。因此，製造程序之一個目標為避免此類缺陷以使得在程序中製造之功能性IC的數目最大化，亦即改良程序之總體良率。
提高良率之一個組分為監視晶片製造程序，以確保其正生產充分數目個功能性積體電路。監視程序之一種方式為在電路結構形成之不同階段處檢驗晶片電路結構。可使用掃描電子顯微鏡(SEM)來進行檢驗。SEM可用於實際上將此等極小結構成像，從而獲得結構之「圖像」。影像可用於判定結構是否適當地形成，且亦判定結構是否形成於適當位置中。若結構為有缺陷的，則程序可經調整，使得缺陷不大可能再現。可能需要缺陷偵測及檢驗程序具有較高產出量以滿足IC製造商之要求。
使用SEM檢驗高密度IC晶片之準確度、可靠性及產出量可尤其取決於系統之影像品質。獲得且維持高影像品質之若干方式中之一者為最大化信號電子(諸如次級(SE)及反向散射電子(BSE))之收集效率。當初級電子撞擊樣本之表面時，其基於著陸能量、樣本材料及光點大小等與樣本體積相互作用，並產生複數個信號電子。BSE具有較高能量且來源於相互作用體積內之較深區域，且因此提供與材料之組成及分佈相關聯的資訊。因此，可能需要對反向散射電子之最大偵測以獲得底層缺陷之高品質影像。
可使用有利地置放以收集儘可能多的電子之多於一個偵測器來增強SE及BSE收集效率。然而，若干挑戰中之一者可包括高效偵測具有中等發射角之BSE。此可為合乎需要的，此係因為發射角在15°至65°之範圍內的反向散射電子構成所產生之總BSE的大約75%。
在習知SEM中，增強BSE之收集效率之若干方式中之一者可包括調整電子偵測器之位置以捕獲具有廣泛範圍之發射角的BSE。儘管具有較小及較大發射角之BSE的收集效率可得到改良，然而，具有中等發射角之BSE的收集效率仍較低。替代地，可限制較大發射角BSE偵測器之開口之大小，以偵測最大量之較大發射角BSE，同時還允許相當大部分中等發射角BSE穿過以待由另一BSE偵測器進行偵測，然而，此可增大像差，且因此不利地影響總體成像解析度。因此，可能需要使用改良偵測效率同時還維持高成像解析度之技術來偵測具有中等發射角之BSE。
本發明之一些實施例涉及電子束裝置及形成樣本之影像的方法。裝置可包括沿著初級射束光軸緊接地位於物鏡之極片上游的電子偵測器。極片可電接地，且因此保護信號電子偵測器免於曝露於靠近樣本之靜電場。此可實現解析度之增強，此係因為工作距離可減小同時降低或甚至消除對偵測器之電損害風險。一些實施例涉及包含射束操縱器之電子束裝置，該射束操縱器諸如位於信號電子偵測器與樣本之間的射束偏轉器。此組態可允許適於較大面積、高產出量樣本掃描之較大視場(FOV)，同時還維持高解析度及高影像品質。
出於清楚起見，圖式中之組件之相對尺寸可經放大。在以下圖式描述內，相同或相似附圖標記係指相同或相似組件或實體，且僅描述關於個別實施例之差異。如本文中所使用，除非另外特定陳述，否則術語「或」涵蓋所有可能組合，除非不可行。例如，若陳述組件可包括A或B，則除非另外特定陳述或不可行，否則組件可包括A，或B，或A及B。作為第二實例，若陳述組件可包括A、B或C，則除非另外特定陳述或不可行，否則組件可包括A，或B，或C，或A及B，或A及C，或B及C，或A及B及C。
現參考圖1，其說明符合本發明之實施例的例示性電子束檢驗(EBI)系統100。如圖1中所示，帶電粒子束檢驗系統100包括主腔室10、裝載鎖定腔室20、電子束工具40，及設備前端模組(EFEM) 30。電子束工具40位於主腔室10內。雖然描述及圖式涉及電子束，但應瞭解，實施例並非用以將本發明限為特定帶電粒子。
EFEM 30包括第一裝載埠30a及第二裝載埠30b。EFEM 30可包括額外裝載埠。第一裝載埠30a及第二裝載埠30b收納包含待檢驗之晶圓(例如，半導體晶圓或由其他材料製成之晶圓)或樣本的晶圓前開式單元匣(FOUP) (晶圓及樣本在下文中統稱為「晶圓」)。EFEM 30中之一或多個機器人臂(未示出)將晶圓輸送至裝載鎖定腔室20。
裝載鎖定腔室20連接至裝載/鎖定真空泵系統(未示出)，其移除裝載鎖定腔室20中之氣體分子以達到低於大氣壓力之第一壓力。在達到第一壓力之後，一或多個機器人臂(未示出)將晶圓自裝載鎖定腔室20輸送至主腔室10。主腔室10連接至主腔室真空泵系統(未示出)，其移除主腔室10中之氣體分子以達到低於第一壓力之第二壓力。在達到第二壓力之後，晶圓經受電子束工具40進行之檢驗。在一些實施例中，電子束工具40可包含單射束檢驗工具。
控制器50可電連接至電子束工具40，且亦可電連接至其他組件。控制器50可為經組態以執行帶電粒子束檢驗系統100之各種控制的電腦。控制器50亦可包括經組態以執行各種信號及影像處理功能之處理電路。雖然控制器50在圖1中展示為在包括主腔室10、裝載鎖定腔室20及EFEM 30之結構外部，但應瞭解，控制器50可為該結構之部分。
雖然本發明提供容納電子束檢驗系統之主腔室10的實例，但應注意，本發明之態樣在其最廣泛意義上而言不限於容納電子束檢驗系統之腔室。實際上，應瞭解，前述原理亦可應用於其他腔室。
現參考圖2，其說明符合本發明之實施例的說明可為圖1之例示性帶電粒子束檢驗系統100的部分之電子束工具40的例示性組態的示意圖。電子束工具40(在本文中亦被稱為裝置40)可包含電子發射器，該電子發射器可包含陰極203、提取器電極205、槍孔徑220及陽極222。電子束工具40可進一步包括庫侖孔徑陣列224、聚光器透鏡226、射束限制孔徑陣列235、物鏡總成232及電子偵測器244。電子束工具40可進一步包括藉由電動載物台234支撐之樣本固持器236以固持待檢驗之樣本250。應瞭解，視需要可添加或省略其他相關組件。
在一些實施例中，電子發射器可包括陰極203、陽極222，其中初級電子可自陰極發射且經提取或加速以形成初級電子束204，該初級電子束形成初級射束交越202。初級電子束204可視覺化為自初級射束交越202發射。
在一些實施例中，電子發射器、聚光器透鏡226、物鏡總成232、射束限制孔徑陣列235及電子偵測器244可與裝置40之主光軸201對準。在一些實施例中，電子偵測器244可沿著次光軸(未示出)遠離主光軸201置放。
在一些實施例中，物鏡總成232可包含經修改擺動物鏡延遲浸沒透鏡(SORIL)，其包括極片232a，控制電極232b，包含偏轉器240a、240b、240d及240e之射束操縱器總成，及激勵線圈232d。在一般成像程序中，自陰極203之尖端發出之初級電子束204藉由施加至陽極222之加速電壓加速。初級電子束204之一部分穿過槍孔徑220及庫侖孔徑陣列224之孔徑，且由聚光器透鏡226聚焦以便完全或部分穿過射束限制孔徑陣列235之孔徑。可聚焦穿過射束限制孔徑陣列235之孔徑的電子以由經修改SORIL透鏡在樣本250之表面上形成探測光點，且由射束操縱器總成之一或多個偏轉器偏轉以掃描樣本250之表面。自樣本表面發出之次級電子可由電子偵測器244收集以形成所關注之掃描區域的影像。
在物鏡總成232中，激勵線圈232d及極片232a可產生磁場。藉由初級電子束204掃描之樣本250之部分可浸沒在磁場中，且可帶電，繼而產生電場。電場可減小衝擊樣本250附近及該樣本之表面上的初級電子束204之能量。與極片232a電隔離之控制電極232b可控制例如在樣本250上方及上之電場，以減小物鏡總成232之像差且控制信號電子束之聚焦情況以實現高偵測效率，或避免電弧作用來保護樣本。射束操縱器總成之一或多個偏轉器可將初級電子束204偏轉以促進對樣本250之射束掃描。例如，在掃描程序中，可控制偏轉器240a、240b、240d及240e以在不同時間點處將初級電子束204偏轉至樣本250之頂部表面之不同位置上，以為樣本250之不同部分的影像重建構提供資料。應注意，240a至240e之次序在不同實施例中可不同。
在接收初級電子束204時，可自樣本250之部分發射反向散射電子(BSE)及次級電子(SE)。射束分離器240c可將包含反向散射及次級電子之次級或散射電子束引導至電子偵測器244之感測器表面。偵測到之次級電子束可在電子偵測器244之感測器表面上形成對應射束光點。電子偵測器244可產生表示所接收之次級電子束光點之強度的信號(例如，電壓、電流)，且將信號提供至處理系統，諸如控制器50。次級或反向散射電子束及所得次級電子束光點之強度可根據樣本250之外部或內部結構而發生變化。此外，如上文所論述，可將初級電子束204偏轉至樣本250之頂部表面之不同位置上，以產生不同強度之次級或散射電子束(及所得射束光點)。因此，藉由用樣本250之位置來映射次級電子束光點之強度，處理系統可重建構反映晶圓樣本250之內部或外部結構的影像。
在一些實施例中，控制器50可包含影像處理系統，該影像處理系統包括影像獲取器(未示出)及儲存器(未示出)。影像獲取器可包含一或多個處理器。例如，影像獲取器可包含電腦、伺服器、大型電腦主機、終端、個人電腦、任何種類之行動計算器件等，或其組合。影像獲取器可經由諸如電導體、光纖電纜、攜帶型儲存媒體、IR、藍牙、網際網路、無線網路、無線電等或其組合之媒體通信地耦接至裝置40之電子偵測器244。在一些實施例中，影像獲取器可自電子偵測器244接收信號，且可建構影像。影像獲取器可因此獲取樣本250之區的影像。影像獲取器亦可執行各種後處理功能，諸如在所獲取影像上產生輪廓、疊加指示符等。影像獲取器可經組態以執行對所獲取影像之亮度及對比度等的調整。在一些實施例中，儲存器可為諸如以下各者之儲存媒體：硬碟、隨身碟、雲端儲存器、隨機存取記憶體(RAM)、其他類型之電腦可讀記憶體等。儲存器可與影像獲取器耦接，且可用於保存作為原始影像之經掃描原始影像資料及後處理影像。
在一些實施例中，控制器50可包括量測電路(例如，類比至數位轉換器)以獲得偵測到之次級電子及反向散射電子的分佈。與入射於樣本(例如，晶圓)表面上之初級射束204之對應掃描路徑資料組合的在偵測時間窗期間收集之電子分佈資料可用於重建構受檢驗之晶圓結構的影像。經重建構影像可用以顯露樣本250之內部或外部結構的各種特徵，且藉此可用以顯露可能存在於晶圓中的任何缺陷。
在一些實施例中，控制器50可控制電動載物台234以在檢驗期間移動樣本250。在一些實施例中，控制器50可使得電動載物台234能夠在一方向上以恆定速度連續地移動樣本250。在其他實施例中，控制器50可使得電動載物台234能夠取決於掃描程序之步驟而隨時間推移改變樣本250之移動速度。
如此項技術中通常已知，帶電粒子(諸如初級電子束之電子)與樣本(例如，稍後論述的圖3之樣本315)之相互作用可產生包含關於樣本之經探測區之組成及構形資訊的信號電子。次級電子(SE)可識別為具有低發射能量之信號電子，且反向散射電子(BSE)可識別為具有高發射能量之信號電子。由於其低發射能量，物鏡總成可沿著電子路徑引導SE且將SE聚焦於置放於SEM柱內部之透鏡內電子偵測器之偵測表面上。沿著電子路徑行進之BSE亦可由透鏡內電子偵測器偵測。然而，在一些情況下，具有較大發射角之BSE可使用額外電子偵測器(諸如反向散射電子偵測器)來偵測，或保持未偵測到，從而使得檢驗樣本或量測臨界尺寸所需之樣本資訊丟失。
半導體製造程序中的一些缺陷之偵測及檢驗(諸如光微影、金屬沈積、乾式蝕刻或濕式蝕刻期間之內埋粒子等)可得益於表面特徵之檢驗以及缺陷粒子之組成分析。在此類情境下，自次級電子偵測器及反向散射電子偵測器獲得以識別缺陷、分析缺陷之組成及基於所獲得資訊調整程序參數的資訊等對於使用者而言可為合乎需要的。
SE及BSE之發射遵從朗伯定律且具有較大能量散佈。SE及BSE係在初級電子束與樣本相互作用時自樣本之不同深度產生且具有不同發射能量。例如，次級電子來源於表面，且取決於樣本材料或相互作用體積等可具有≤50eV之發射能量。SE用於提供關於表面特徵及表面幾何結構之資訊。另一方面，BSE主要由初級電子束之入射電子的彈性散射事件產生，且相比於SE通常具有在50eV至大約入射電子之著陸能量範圍內的較高發射能量，且提供正檢驗材料的組成及對比度資訊。所產生之BSE之數目可係取決於包括但不限於樣本中之材料的原子數、初級電子束之加速電壓等之因素。
基於發射能量或發射角等之差異，可使用單獨電子偵測器、分段式電子偵測器、能量濾光器等來單獨地偵測SE及BSE。例如，透鏡內電子偵測器可經組態為分段式偵測器(稍後參考圖11論述)，其包含以二維或三維配置而配置的多個分段。在一些情況下，透鏡內電子偵測器之分段可圍繞主光軸(例如，圖3之主光軸300-1)徑向地、周向地或方位地配置。
現參考圖3，其說明符合本發明之實施例的例示性帶電粒子束裝置300(亦稱為裝置300)的示意圖。裝置300可包含帶電粒子源，諸如經組態以自陰極301發射初級電子並使用提取器電極302提取電子以沿著主光軸300-1形成初級電子束300B1的電子源。裝置300可進一步包含陽極303，聚光器透鏡304，射束限制孔徑陣列305，信號電子偵測器306及312，複合物鏡307，包含初級電子束偏轉器308、309、310及311之掃描偏轉單元，以及控制電極314。在本發明之上下文中，信號電子偵測器306及312中之一者或兩者可為位於SEM之電光學柱內部的透鏡內電子偵測器，且可圍繞主光軸300-1旋轉對稱配置。在一些實施例中，信號電子偵測器312可被稱為第一電子偵測器，且信號電子偵測器306可被稱為貫穿透鏡偵測器、浸沒透鏡偵測器、上部偵測器或第二電子偵測器。應瞭解，視需要可添加、省略或重排序相關組件。
電子源(未示出)可包括經組態以在供應熱能時發射電子以克服源之逸出功的熱源、經組態以在曝露於較大靜電場時發射電子的場發射源等。在場發射源之情況下，電子源可電連接至經組態以施加電壓信號並基於所要著陸能量、樣本分析、源特性等調整電壓信號的控制器，諸如圖2之控制器50。提取器電極302可經組態以提取或加速自場發射槍發射的電子，例如以形成沿著主光軸300-1形成虛擬或真實初級射束交越(未說明)之初級電子束300B1。初級電子束300B1可視覺化為自初級射束交越發射。在一些實施例中，控制器50可經組態以施加並調整至提取器電極302之電壓信號以提取或加速由電子源產生之電子。施加至提取器電極302之電壓信號的振幅可不同於施加至陰極301之電壓信號的振幅。在一些實施例中，施加至提取器電極302與陰極301的電壓信號之振幅與之間的差異可經組態以加速沿著主光軸300-1在下游之電子，同時還維持電子源之穩定性。如在本發明之上下文中所使用，「下游」係指沿著初級電子束300B1自電子源開始朝向樣本315之路徑的方向。參考帶電粒子束裝置(例如，圖3之裝置300)之元件的定位，「下游」可指沿著初級電子束自電子源開始之路徑的位於另一元件下方或在另一元件之後的元件之位置，且「緊接在下游」係指第二元件沿著初級電子束300B1之路徑在第一元件下方或在第一元件之後的位置，使得在第一元件與第二元件之間不存在其他主動元件。例如，如圖3中所說明，信號電子偵測器306可緊接地定位於射束限制孔徑陣列305下游處，使得在射束限制孔徑陣列305與電子偵測器306之間未置放有其他光學或電光學元件。如在本發明之上下文中所使用，「上游」可指沿著初級電子束自電子源開始之路徑的位於另一元件上方或在另一元件之前的元件之位置，且「緊接在上游」係指第二元件沿著初級電子束300B1之路徑在第一元件上方或在第一元件之前的位置，使得在第一元件與第二元件之間不存在其他主動元件。如本文中所使用，「主動元件」可指任何元件或組件，其之存在可藉由產生電場、磁場或電磁場而修改第一元件與第二元件之間的電磁場。
裝置300可包含經組態以接收初級電子束300B1之一部分或相當大部分並將初級電子束300B1聚焦於射束限制孔徑陣列305上的聚光器透鏡304。聚光器透鏡304可大體上類似於圖2之聚光器透鏡226，且可執行大體上類似功能。儘管圖3中展示為磁透鏡，但聚光器透鏡304可為靜電、磁性、電磁或複合電磁透鏡等。聚光器透鏡304可與控制器50電耦接，如圖2中所說明。控制器50可施加電激勵信號至聚光器透鏡304，以基於包括但不限於操作模式、應用、所要分析、被檢驗樣本材料等之因素來調整聚光器透鏡304之聚焦倍率。
裝置300可進一步包含射束限制孔徑陣列305，其經組態以限制穿過射束限制孔徑陣列305之複數個射束限制孔徑中之一者的初級電子束300B1之射束電流。儘管在圖3中說明僅一個射束限制孔徑，但射束限制孔徑陣列305可包括具有均勻或不均勻孔徑大小、橫截面或間距之任何數目個孔徑。在一些實施例中，射束限制孔徑陣列305可安置成在聚光器透鏡304下游或緊接在聚光器透鏡304下游(如圖3中所說明)並大體上垂直於主光軸300-1。在一些實施例中，射束限制孔徑陣列305可經組態為包含複數個射束限制孔徑的導電結構。射束限制孔徑陣列305可經由連接器(未說明)與控制器50電連接，該控制器可經組態以指示電壓待供應至射束限制孔徑陣列305。供應電壓可為參考電壓，諸如接地電位。控制器50亦可經組態以維持或調整經供應電壓。控制器50可經組態以調整射束限制孔徑陣列305之位置。
裝置300可包含一或多個信號電子偵測器306及312。信號電子偵測器306及312可經組態以基於發射能量、發射極角、反向散射電子之發射方位角等偵測大體上所有次級電子及反向散射電子的一部分。在一些實施例中，信號電子偵測器306及312可經組態以偵測次級電子、反向散射電子或歐傑電子。信號電子偵測器312可安置於信號電子偵測器306下游。在一些實施例中，信號電子偵測器312可安置於初級電子束偏轉器311下游或緊接在其下游。自樣本315發射的具有低發射能量(通常≤50 eV)或較小發射極角之信號電子可包含次級電子束300B4，且具有高發射能量(通常＞50 eV)或中等發射極角之信號電子可包含反向散射電子束300B3。在一些實施例中，300B4可包含次級電子、低能量反向散射電子或具有較小發射極角之高能量反向散射電子。應瞭解，儘管未說明，但可由信號電子偵測器306偵測反向散射電子之一部分，且可由信號電子偵測器312偵測次級電子之一部分。在疊對度量衡及檢驗應用中，信號電子偵測器306可用於偵測自表面層產生的次級電子，及自底層較深層(諸如深溝槽或高縱橫比孔)產生的反向散射電子。
裝置300可進一步包括經組態以將初級電子束300B1聚焦於樣本315之表面上的複合物鏡307。控制器50可施加電激勵信號至複合物鏡307之線圈307C，以基於包括但不限於初級射束能量、應用需要、所要分析、被檢驗樣本材料等之因素來調整複合物鏡307之聚焦倍率。複合物鏡307可進一步經組態以將信號電子(諸如具有低發射能量之次級電子，或具有高發射能量之反向散射電子)聚焦於信號電子偵測器(例如，透鏡內信號電子偵測器306或偵測器312)之偵測表面上。複合物鏡307可大體上類似於圖2之物鏡總成232或可執行大體上與之類似的功能。在一些實施例中，複合物鏡307可包含電磁透鏡，其包括磁透鏡307M及靜電透鏡307ES，該靜電透鏡由控制電極314、極片307P及樣本315形成。
如本文中所使用，複合物鏡為在樣本附近產生重疊的磁場及靜電場兩者以用於聚焦初級電子束的物鏡。在本發明中，儘管聚光器透鏡304亦可為磁透鏡，但參考諸如307M之磁透鏡係指物鏡磁透鏡，且參考諸如307ES之靜電透鏡係指物鏡靜電透鏡。如圖3中所說明，協同工作以例如將初級電子束300B1聚焦於樣本315上之磁透鏡307M及靜電透鏡307ES可形成複合物鏡307。磁透鏡307M及線圈307C之透鏡主體可產生磁場，而靜電場可藉由例如在樣本315與極片307P之間產生電位差而產生。在一些實施例中，控制電極314或位於極片307P與樣本315之間的其他電極亦可為靜電透鏡307ES的部分。
在一些實施例中，磁透鏡307M可包含由虛平面307A與307B之間的空間界定之空腔。應瞭解，標記為圖3中之虛線的虛平面307A及307B僅出於說明之目的而為視覺輔助物。較接近聚光器透鏡304定位之虛平面307A可界定空腔之上邊界，且較接近樣本315定位之虛平面307B可界定磁透鏡307M之空腔的下邊界。如本文中所使用，磁透鏡之「空腔」係指由經組態以允許初級電子束通過的磁透鏡之元件界定的空間，其中該空間圍繞主光軸旋轉對稱。術語「在磁透鏡之空腔內」或「在磁透鏡之空腔內部」係指限定於虛平面307A及307B以及直接曝露於初級電子束的磁透鏡307M之內表面內的空間。平面307A及307B可大體上垂直於主光軸300-1。儘管圖3至圖10說明圓錐形空腔，但空腔之橫截面可為圓柱形、圓錐形、交錯式圓柱形、交錯式圓錐形或任何合適橫截面。
裝置300可進一步包括包含初級電子束偏轉器308、309、310及311之掃描偏轉單元，其經組態以將初級電子束300B1動態地偏轉於樣本315之表面上。在一些實施例中，包含初級電子束偏轉器308、309、310及311之掃描偏轉單元可被稱為射束操縱器或射束操縱器總成。初級電子束300B1之動態偏轉可使得例如以光柵掃描圖案掃描樣本315之所要區域或所要關注區，以產生SE及BSE以供樣本檢驗。一或多個初級電子束偏轉器308、309、310及311可經組態以在X軸或Y軸或X軸與Y軸之組合中偏轉初級電子束300B1。如本文中所使用，X軸及Y軸形成笛卡爾座標，且初級電子束300B1沿著Z軸或主光軸300-1傳播。
電子為帶負電粒子且行進通過電光學柱，且可在高能及高速度下如此執行。偏轉電子之一種方式係使該等電子穿過例如藉由固持於兩個不同電位下之一對板，或使電流穿過偏轉線圈以及其他技術產生的電場或磁場。跨越偏轉器(例如，圖3之初級電子束偏轉器308、309、310及311)變化電場或磁場可基於包括但不限於電子能、所施加電場之量值、偏轉器之尺寸等之因素變化初級電子束300B1中之電子的偏轉角。
在一些實施例中，一或多個初級電子束偏轉器308、309、310及311可位於磁透鏡307M之空腔內。如圖3中所說明，所有初級電子束偏轉器308、309、310及311之整體可位於磁透鏡307M之空腔內。在一些實施例中，至少一個初級電子束偏轉器之整體可位於磁透鏡307M之空腔內。在一些實施例中，藉由使電流穿過線圈307C而產生的磁場之相當大部分可存在於磁透鏡307M中，使得每一偏轉器位於磁透鏡307M之磁場線內部或受磁透鏡307M之磁場影響。在此情境下，樣本315可被視為在磁場線外部且可不受磁透鏡307M之磁場影響。射束偏轉器(例如，圖3之初級電子束偏轉器308)可沿著磁透鏡307M之內表面周向安置。一或多個初級電子束偏轉器可置放於信號電子偵測器306與312之間。在一些實施例中，所有初級電子束偏轉器可置放於信號電子偵測器306與312之間。
如本文中所揭示，磁透鏡(例如，磁透鏡307M)之極片為靠近磁透鏡之磁極的磁性材料塊，而磁極為磁性材料的端部，在該處外部磁場最強。如圖3中所說明，裝置300包含極片307P及307O。作為一實例，極片307P可為靠近磁透鏡307M之北極的磁性材料塊，且極片307O可為靠近磁透鏡307M之南極的磁性材料塊。當磁透鏡線圈307C中之電流改變方向時，則磁極之極性亦可改變。在本發明之上下文中，可參考最接近主光軸300-1與樣本315相交之點定位的極片307P之位置來描述電子偵測器(例如，圖3之信號電子偵測器312或圖4之信號電子偵測器413)、射束偏轉器(例如，圖3之射束偏轉器308至311)、電極(例如，圖3之控制電極314)的定位。磁透鏡307M之極片307P可包含由諸如電磁鐵之軟磁材料製成的磁極，其使磁場大體上聚集在磁透鏡307M之空腔內。例如，極片307P及307O可為高解析度極片、多用途極片或高對比度極片。
如圖3中所說明，極片307P可包含開口307R，其經組態以允許初級電子束300B1穿過且允許信號電子到達信號偵測器306及312。極片307P之開口307R之橫截面可為圓形、大體上圓形或非圓形的。在一些實施例中，極片307P之開口307R的幾何中心可與主光軸300-1對準。在一些實施例中，如圖3中所說明，極片307P可為磁透鏡307M之最遠下游水平區段，且可大體上平行於樣本315之平面。極片(例如，307P及307O)為磁透鏡優於靜電透鏡之若干區別性特徵中之一者。因為極片為鄰近於磁透鏡之磁極的磁性組件，且因為靜電透鏡並不產生磁場，所以靜電透鏡並不具有極片。
用以基於信號電子(諸如SE及BSE)之發射能量而單獨地偵測信號電子的若干方式中之一者包括使自樣本315上之探測光點產生的信號電子穿過能量濾波器件。在一些實施例中，控制電極314可經組態以充當能量濾波器件且可安置於樣本315與信號電子偵測器312之間。在一些實施例中，控制電極314可沿著主光軸300-1安置於樣本315與磁透鏡307M之間。可參考樣本315偏壓控制電極314以形成用於具有臨限發射能量的信號電子之電位障壁。例如，可參考樣本315負偏壓控制電極314，使得具有低於臨限發射能量之能量的帶負電信號電子的一部分可經偏轉回至樣本315。結果，僅具有高於由控制電極314形成之能量障壁的發射能量之信號電子朝向信號電子偵測器312傳播。應瞭解，控制電極314亦可執行其他功能，例如基於施加至控制電極之電壓來影響信號電子偵測器306及312上之偵測到之信號電子的角度分佈(稍後參考圖7A至圖7B及圖8A至圖8B論述)。在一些實施例中，控制電極314可經由連接器(未說明)與控制器50電連接，該控制器可經組態以將電壓施加至控制電極314。控制器50亦可經組態以施加、維持或調整所施加電壓。在一些實施例中，控制電極314可包含一或多對電極，其經組態以提供信號控制之較大靈活性，以例如調整自樣本315發射之信號電子的軌跡。
在一些實施例中，樣本315可安置於大體上垂直於主光軸300-1之平面上。可沿著主光軸300-1調整樣本315之平面的位置，使得可調整樣本315與信號電子偵測器312之間的距離。在一些實施例中，樣本315可經由連接器(未說明)與控制器50電連接，該控制器可經組態以將電壓供應至樣本315。控制器50亦可經組態以維持或調整經供應電壓。
在當前現有SEM中，藉由偵測次級電子及反向散射電子產生的信號被組合地用於成像表面，偵測及分析缺陷，獲得構形資訊、形態及組成分析等。藉由偵測次級電子及反向散射電子，可同時成像頂部幾層及下面的層，因此可能捕獲底層缺陷，諸如內埋粒子、疊對誤差等。然而，總體影像品質可能受到次級電子以及反向散射電子之偵測效率的影響。雖然高效率次級電子偵測可提供表面之高品質影像，但由於較差之反向散射電子偵測效率，總體影像品質仍可能不足。因此，改良反向散射電子偵測效率以獲得高品質成像，同時還維持高產出量可為有益的。
如圖3中所說明，裝置300可包含緊接地位於極片307P上游且在磁透鏡307M之空腔內的信號電子偵測器312。信號電子偵測器312可置放於初級電子束偏轉器311與極片307P之間。在一些實施例中，信號電子偵測器312可置放於磁透鏡307M之空腔內，使得在信號電子偵測器312與樣本315之間不存在初級電子束偏轉器。
在一些實施例中，極片307P可電接地或維持處於接地電位，以最小化與樣本315相關聯之延遲靜電場對信號電子偵測器312之影響，因此最小化可能對信號電子偵測器312造成之電損害，諸如電弧作用。在諸如圖3中所示之組態中，信號電子偵測器312與樣本315之間的距離可減小，使得可增強BSE偵測效率及影像品質，同時還最小化信號電子偵測器312之電故障或電損害的發生。
在一些實施例中，信號電子偵測器306及312可經組態以偵測具有廣泛範圍之發射極角及發射能量的信號電子。例如，由於信號電子偵測器312與樣本315之接近度，其可經組態以收集具有廣泛範圍之發射極角的反向散射電子，且信號電子偵測器306可經組態以收集或偵測具有低發射能量之次級電子。
信號電子偵測器312可包含經組態以允許初級電子束300B1及信號電子束300B4通過之開口。在一些實施例中，信號電子偵測器312之開口可對準，使得開口之中心軸線可大體上與主光軸300-1重合。信號電子偵測器312之開口可為圓形、矩形、橢圓形或任何其他合適形狀。在一些實施例中，可視需要選擇信號電子偵測器312之開口之大小。例如，在一些實施例中，信號電子偵測器312之開口的大小可小於接近樣本315之極片307P的開口。在一些實施例中，在信號電子偵測器306為單通道偵測器的情況下，信號電子偵測器312之開口與信號電子偵測器306之開口可彼此對準且與主光軸300-1對準。在一些實施例中，信號電子偵測器306可包含複數個電子偵測器，或具有複數個偵測通道之一或多個電子偵測器。在信號電子偵測器306包含複數個電子偵測器之實施例中，一或多個偵測器可相對於主光軸300-1離軸定位。在本發明之上下文中，「離軸」可指諸如偵測器之元件的位置例如使得該元件之主軸與初級電子束之主光軸形成非零角度。在一些實施例中，信號電子偵測器306可進一步包含能量濾波器，其經組態以允許具有臨限能量之傳入信號電子之一部分穿過電子偵測器且待由電子偵測器偵測。
如圖3中所示的信號電子偵測器312在磁透鏡307M之空腔內的位置可進一步實現信號電子偵測器312與裝置300之其他電光學組件的較容易組裝及對準。電接地極片307P可大體上屏蔽信號電子偵測器312免受由極片307P、控制電極314及樣本315形成之靜電透鏡307ES之延遲靜電場的影響。
增強影像品質及信雜比之若干方式中之一種可包括偵測自樣本發射之較多反向散射電子。反向散射電子之發射角度分佈可由發射極角之餘弦相依性表示(cos(ϴ)，其中ϴ為反向散射電子束與主光軸之間的發射極角)。雖然信號電子偵測器可高效地偵測具有中等發射極角之反向散射電子，但較大發射極角反向散射電子可保持未被偵測到或未被充分偵測到以促進總體成像品質。因此，可能需要添加另一信號電子偵測器以捕獲較大角度反向散射電子。
現參考圖4，其說明符合本發明之實施例的例示性帶電粒子束裝置400(亦稱為裝置400)的示意圖。相比於裝置300，除了信號電子偵測器406及412(類似於圖3之信號電子偵測器306及312)之外，裝置400可包含信號電子偵測器413。信號電子束400B4可包含低能量次級電子及低發射角反向散射電子，信號電子束400B3可包含中等發射角反向散射電子，且信號電子束400B2可包含較大發射角反向散射電子。
在一些實施例中，信號電子偵測器413可包含位於信號電子偵測器412與控制電極414之間的信號電子偵測器。在一些實施例中，信號電子偵測器413可位於磁透鏡407M之空腔內及信號電子偵測器412下游。在一些實施例中，信號電子偵測器413可緊接地位於極片407P下游且在極片外部，如圖4中所示。在信號電子偵測器413在極片407P外部的組態中，可能需要將信號電子偵測器413置放成較接近極片407P或較遠離控制電極414，但與主光軸400-1對準以最小化由例如電弧作用引起的對信號電子偵測器413之電損害。
在一些實施例中，信號電子偵測器413之開口可大於信號電子偵測器412之開口。此組態可允許捕獲較大範圍之發射角及發射能量的反向散射電子，同時還利用所有三個信號電子偵測器406、412及413以改良BSE偵測效率。信號電子偵測器412及413之開口的相對大小可影響自樣本415產生之信號電子的偵測或收集分佈。應瞭解，可視需要設計信號電子偵測器412及413之開口的大小。
現參考圖5，其說明符合本發明之實施例的例示性帶電粒子束裝置500(亦稱為裝置500)的示意圖。相比於裝置300，信號電子偵測器512(類似於圖3之信號電子偵測器312)可緊接地置放於初級電子束偏轉器511(類似於圖3之初級電子束偏轉器311)上游。
裝置500可包含緊接地位於磁透鏡507M之極片507P上游且在磁透鏡507M之空腔內的信號電子偵測器512，及經組態以將初級電子束500B1偏轉至樣本515之表面上的射束操縱器(例如，初級電子束偏轉器508至511)。射束偏轉器511可位於信號電子偵測器512與極片507P之間，且在磁透鏡507M之空腔內。在一些實施例中，信號電子偵測器512可置放於初級電子束偏轉器510與511之間。在一些實施例中，信號電子偵測器512可相比初級電子束偏轉器510置放成較接近初級電子束偏轉器511，使得其較接近樣本515(分別類似於圖3之樣本315及圖4之樣本415)以實現高BSE收集效率。
一或多個初級電子束偏轉器可用以偏轉初級入射電子束。偏轉初級電子束可引起視場(FOV)之擴展，且由於諸如像散、彗形像差、失真及場曲之離軸像差而引起射束光點大小之劣化。結果，可能需要偏轉場與磁透鏡場之最佳化或重疊以減少由於偏轉引起之離軸像差。因此，在圖5中所示之組態中，在信號電子偵測器512位於磁透鏡507M之空腔內且緊接地位於最接近極片507P之初級電子束偏轉器511上游的情況下，可獲得較大FOV。此外，相比於裝置400，裝置500可不包含位於極片507P與樣本515之間的第三信號電子偵測器，因此允許極片507P與樣本515之間的工作距離減小。較短工作距離可產生較高解析度同時還維持較大FOV。
在一些實施例中，信號電子偵測器512之開口可小於極片507P之開口507R。信號電子偵測器512之開口的大小可經適當地選擇以調整信號電子偵測器當中的信號電子之偵測分佈。
現參考圖6，其說明符合本發明之實施例的例示性帶電粒子束裝置600(亦稱為裝置600)的示意圖。相比於裝置500，除了信號電子偵測器606及612(類似於圖5之信號電子偵測器506及512)之外，裝置600可包含信號電子偵測器613(類似於圖4之信號電子偵測器413)。
在一些實施例中，信號電子偵測器613可包含位於信號電子偵測器612與控制電極614之間的信號電子偵測器。在一些實施例中，信號電子偵測器613可位於磁透鏡607M之空腔內及初級電子束偏轉器611下游。在一些實施例中，信號電子偵測器613可緊接地位於極片607P下游且在磁透鏡607M之空腔外部，如圖6中所示。在信號電子偵測器613在磁透鏡607M之空腔外部的組態中，可能需要將信號電子偵測器613置放成較接近極片607P或在上游較遠離控制電極614，但與主光軸600-1對準以最小化由例如電弧作用引起的對信號電子偵測器613之電損害。
在一些實施例中，信號電子偵測器613之開口可大於信號電子偵測器612之開口。此組態可允許捕獲較大範圍之發射角及發射能量的反向散射電子，同時還利用所有三個信號電子偵測器606、612及613以改良BSE偵測效率。信號電子偵測器612及613之開口的相對大小可影響自樣本615產生之信號電子的偵測或收集分佈。應瞭解，可視需要設計信號電子偵測器612及613之開口的大小。
信號電子偵測器612及613與初級電子束偏轉器611之相對配置可產生較大FOV及較高BSE偵測效率。相比於圖3之裝置300或圖4之裝置400，由初級電子束偏轉器611引起之偏轉場可較接近樣本615，因此產生較小射束偏轉像差及較大FOV。
可藉由跨越包括第一、第二及第三電子偵測器之複數個電子偵測器調整偵測到之信號電子的角度分佈來增強反向散射電子偵測效率，使得大體上所有所產生反向散射電子可由一或多個信號電子偵測器捕獲。調整所發射信號電子(包括反向散射電子)之角度分佈的若干方式中之一些可包括藉由變化施加至控制電極之電壓，或相對於樣本調整信號電子偵測器之位置，或調整樣本沿著主光軸之位置等來調整控制電極電位。在現有SEM系統中之一些中，儘管可相對於樣本調整較接近樣本之信號電子偵測器的位置以調整信號偵測分佈，然而，在如此操作時，至少由於與樣本相關聯之延遲靜電場的影響，信號電子偵測器與主光軸之對準可受到不利影響。因此，可能需要提供用於調整所發射反向散射電子之信號電子分佈同時還維持信號電子偵測器與主光軸之對準的裝置。
現參考圖7A及圖7B，其說明符合本發明之實施例的例示性帶電粒子束裝置700(亦稱為裝置700)之示意圖。裝置700可包含信號電子偵測器706、712及713，以及緊接地位於樣本715上游的控制電極714。儘管信號電子偵測器712在圖7A及圖7B中展示為緊接地位於初級電子束偏轉器711上游，但應瞭解，在一些實施例中，其亦可緊接地位於初級電子束偏轉器711下游。在一些實施例中，信號電子偵測器712及713均可位於磁透鏡707M之空腔內。
在一些實施例中，控制器50可經組態以施加且調整至控制電極714之所施加電壓。調整至控制電極714之所施加電壓同時還維持施加至樣本715之電壓可能引起樣本715附近之靜電場發生改變。樣本715附近之靜電場發生改變可引起自樣本715發射之反向散射電子之軌跡發生改變，且因此使得其跨越複數個信號電子偵測器之角度分佈發生改變。在一些實施例中，複數個信號電子偵測器可包括但不限於第一、第二或第三電子偵測器。在此情境下，初級電子束700B1之著陸能量可大體上不變。初級電子束(例如，700B1)之著陸能量可例如基於施加至電子源與樣本之電壓之間的差而判定。
在一些實施例中，調整施加至控制電極714之電壓亦可基於發射能量而使得次級電子與反向散射電子分離。分離次級電子與反向散射電子以使得其可由不同信號電子偵測器偵測，或使得一次由給定偵測器偵測大體上僅次級電子或反向散射電子可進一步改良信號電子偵測器中之每一者的偵測效率，且因此改良總體偵測效率，同時還維持系統組件之著陸能量、探測電流或對準。在一些實施例中，可藉由在運行時間調整施加至控制電極714之電壓而動態地調整信號電子之分離。
在圖7A中所示之裝置700中，可將第一電壓信號施加至控制電極714，以使得具有低發射角或低發射能量之信號電子(例如，次級或反向散射電子)形成信號電子束700B4，具有中等發射角及較高發射能量之信號電子形成信號電子束700B3，且具有較大發射角及高發射能量之信號電子形成信號電子束700B2。如所說明，信號電子偵測器713(類似於圖6之信號電子偵測器613)可位於極片707P外部且在靜電透鏡707ES之靜電通量內，以捕獲較大發射角反向散射電子之相當大部分。信號電子偵測器712可位於磁透鏡707M之空腔內，且經組態以偵測低或中等發射角反向散射電子之相當大部分，且位於信號電子偵測器712上游之信號電子偵測器706可經組態以偵測大體上所有次級電子。儘管信號電子偵測器712被展示為緊接地位於初級電子束偏轉器711上游，但應瞭解，在一些實施例中，其亦可緊接地位於初級電子束偏轉器711下游。
在一些實施例中，不同於第一電壓信號之第二電壓信號可經施加至控制電極714以改變信號電子束700B2之軌跡，使得信號電子束700B2中之信號電子的相當大部分可由信號電子偵測器712偵測，如圖7B中所示。在一些實施例中，改變施加至控制電極714之電壓可改變信號電子束700B2、700B3或700B4之軌跡。調整一或多個信號電子束700B2、700B3或700B4之軌跡可跨越信號電子偵測器706、712及713調整信號偵測分佈。例如，在圖7A中所說明之裝置700的配置中，至控制電極714之所施加電壓信號可使得跨越三個信號電子偵測器706、712及713分佈對信號電子之偵測。相比而言，如圖7B中所說明，改變至控制電極714之所施加電壓信號可改變待由信號電子偵測器712偵測之信號電子束700B2的軌跡，從而產生跨越三個信號電子偵測器706、712及713之不均勻信號電子偵測分佈。應瞭解，控制器50可視需要動態地調整施加至控制電極714之電壓信號以調整信號電子偵測分佈。
現參考圖8A及圖8B，其說明符合本發明之實施例的例示性帶電粒子束裝置800(亦稱為裝置800)之示意圖。裝置800可包含信號電子偵測器806、812及813，以及緊接地位於樣本815上游的控制電極814。儘管信號電子偵測器812被展示為緊接地位於初級電子束偏轉器811上游，但應瞭解，在一些實施例中，其亦可緊接地位於初級電子束偏轉器811下游。在一些實施例中，信號電子偵測器812及813均可位於磁透鏡807M之空腔內。
在圖8A中，可將第一電壓信號施加至控制電極814，以使得具有低發射角或低發射能量之信號電子(例如，次級或反向散射電子)形成信號電子束800B4，具有中等發射角及較高發射能量之信號電子形成信號電子束800B3，且具有較大發射角及高發射能量之信號電子形成信號電子束800B2。在一些實施例中，不同於第一電壓信號之第二電壓信號可經施加至控制電極814以改變信號電子束800B3之軌跡，使得信號電子束800B3中之信號電子的相當大部分可由信號電子偵測器813偵測，如圖8B中所示。
在一些實施例中，改變施加至控制電極814之電壓可改變信號電子束800B2、800B3或800B4之軌跡。調整一或多個信號電子束800B2、800B3或800B4之軌跡可跨越信號電子偵測器806、812及813調整信號偵測分佈。例如，在圖8A中所說明之裝置800的配置中，至控制電極814之所施加電壓信號可使得跨越三個信號電子偵測器806、812及813分佈對信號電子之偵測。相比而言，如圖8B中所說明，改變至控制電極814之所施加電壓信號可改變待由信號電子偵測器813偵測之信號電子束800B3的軌跡，從而產生跨越三個信號電子偵測器806、812及813之不均勻信號電子偵測分佈。應瞭解，控制器50可視需要動態地調整施加至控制電極814之電壓信號以調整信號電子偵測分佈。
現參考圖9A及圖9B，其說明符合本發明之實施例的例示性帶電粒子束裝置900(亦稱為裝置900)之示意圖。相比於裝置700及800，裝置900之樣本915的位置可為可調整的。可相對於其他組件沿著主光軸900-1調整樣本915之位置，該等其他組件包括控制電極914、信號電子偵測器912、極片907P、磁透鏡907M等。樣本915可安置於大體上垂直於主光軸900-1之平面上。
圖9A說明安置樣本915所沿著的平面之第一位置，從而界定樣本915與極片907P或信號電子偵測器912之間的第一距離。還說明了在初級電子束900B1與樣本915之表面的一部分之間發生相互作用時，基於自樣本915發射之信號電子的發射極角及發射能量而入射於信號電子偵測器912上的例示性信號電子束900B3。儘管未展示，但應瞭解，亦可自樣本915發射諸如次級電子束及較大發射角反向散射電子束之其他信號電子束。
在一些實施例中，安置樣本915所沿著的平面之位置可例如基於與偵測效率、偵測分佈、成像解析度、所要分析等相關聯的回饋來動態調整。在一些實施例中，樣本915可安置於樣本載物台(未示出)上或樣本固持器(未示出)上。在此組態中，樣本載物台或樣本固持器之位置可經調整，使得樣本915之位置可經調整。儘管未展示，但應瞭解，可使用機電構件調整樣本915或樣本載物台/固持器之位置，機電構件包括但不限於壓電式電機、致動器、微操縱器等。亦可使用其他微型移動機構。
圖9B說明安置樣本915所沿著的平面之第二位置，從而界定樣本915與極片907P或信號電子偵測器912之間的第二距離。第二距離可大於第一距離，使得樣本915沿著主光軸900-1較遠離極片907P或信號電子偵測器912。樣本915之間的豎直距離增大可使得信號電子束900B3之軌跡發生改變，使得信號電子束900B3之相當大部分可由信號電子偵測器913偵測，因此改變了跨越信號電子偵測器906、912及913之信號偵測分佈，同時保持著陸能量或探測電流不變。
在一些實施例中，降低安置樣本915所沿著的平面之位置可使得所需物鏡激勵減少。在一些實施例中，可減少實現高著陸能量(例如，~50 keV)之所需物鏡激勵。在一些實施例中，因為藉由沿著主光軸降低樣本915增大了樣本915與信號電子偵測器913之間的距離，所以亦可減少對信號電子偵測器913之電弧作用及電損害的發生。儘管圖9A及圖9B展示包含三個信號電子偵測器906、912及913之裝置900，但應瞭解，在包含任何數目個信號電子偵測器之帶電粒子束裝置的其他組態中，可調整樣本之位置以調整信號偵測分佈。
初級電子之著陸能量可例如基於源電壓與樣本電壓之間的差等來判定。例如，若源係在-10 kV下操作且樣本經施加-5 kV，則初級電子之著陸能量可為5 keV。通常，在SEM中，著陸能量可基於應用、被研究材料、工具條件以及其他因素而介於0.2 keV至50 keV之範圍。改變初級電子束之初級電子之著陸能量的方式中之一些可包括調整陰極與提取器之間的電位差、調整樣本電位或同時調整此兩者，以及其他技術。此類電壓組態及技術雖然常見，但可能會不利地影響電子源之穩定性，對曝露於較大電場之系統組件造成電損害，或不利地影響總體成像解析度及偵測器效率，以及其他問題。因此，可能需要提供用於帶電粒子束裝置之電壓組態，其保持源穩定性以及最小化電損害之發生，同時還維持0.2 keV至50 keV之著陸能量範圍。
現參考圖10，其說明符合本發明之實施例的包含例示性電壓組態之例示性帶電粒子束裝置1000(亦稱為裝置1000)的示意圖。裝置1000(例如，類似於裝置300)之元件可大體上類似於裝置300之對應元件或可執行與之大體上類似的功能。例如，電子源1001、聚光器透鏡1004、射束限制孔徑陣列1005、信號電子偵測器1006、1012、複合物鏡1007、控制電極1014可大體上類似於裝置300之電子源301、聚光器透鏡304、射束限制孔徑陣列305、信號電子偵測器306、312、複合物鏡307及控制電極314或可執行與之類似的功能。應瞭解，可視需要添加、刪除或修改組件。
在一些實施例中，控制器50可經組態以將電壓V1施加至電子源1001，將電壓V2施加至提取器電極1002，將電壓V3施加至陽極1003，將電壓V4施加至控制電極1014，或將電壓V5施加至樣本1015。控制器50可進一步經組態以調整一或多個所施加電壓V1至V5。電子源1001可為例如冷陰極場發射源、熱離子場發射長絲等，且可產生初級電子束1000B1之初級電子，該等初級電子由提取器電極1002基於V1與V2之間的所施加電壓差來提取或加速。陽極1003可經組態以沿著主光軸1000-1在下游引導所產生初級電子束。控制電極1014可經組態以調整樣本1015附近之靜電場。樣本1015上之初級電子束1000B1的著陸能量可係基於所施加電壓V1與V5之間的差，以及其他因素。
在一些實施例中，裝置1000可包含經組態以在施加了電壓V1之後產生複數個初級電子之電極源1001、經組態以在施加了電壓V2之後提取所產生之複數個初級電子的提取器電極1002，其中電壓V1及V2可經調整為對應於樣本1015上之複數個初級電子的著陸能量範圍之離散值，同時保持V1與V2之間的差固定以維持陰極尖端表面上之大體上穩定或穩定的提取場。如本文中所使用，所施加電壓之「離散」值指代所施加電壓之大體上固定或固定值。在一些實施例中，可基於電壓V1及V2之離散值來調整施加至樣本1015之電壓V5。作為一實例，若所要著陸能量在0.2 keV至7 keV之範圍內，則電壓V1及V2可分別固定在-10kV及0kV之離散值下，而電壓V5可自-9.8kV調整至-3kV。作為另一實例，若所要著陸能量在7 keV至17 keV之範圍內，則電壓V1及V2可分別固定在-20kV及-10kV之離散值下，而電壓V5可自-13kV調整至-3kV。作為另一實例，若所要著陸能量在17keV至27keV之範圍內，則電壓V1及V2可分別固定在-30kV及-20kV之離散值下，而電壓V5可自-13kV調整至-3kV。作為另一實例，若所要著陸能量在27keV至37keV之範圍內，則電壓V1及V2可分別固定在-40kV及-30kV之離散值下，而電壓V5可自-13kV調整至-3kV。作為另一實例，若所要著陸能量在37keV至47keV之範圍內，則電壓V1及V2可分別固定在-50kV及-40kV之離散值下，而電壓V5可自-13kV調整至-3kV。
應瞭解，電壓及電壓範圍為例示性的，且亦可使用電壓之其他值、電壓之離散值及電壓範圍。在一些實施例中，陽極1003可電接地或施加至陽極1003之電壓V3可為參考電壓。在一些實施例中，電壓V4可經施加至控制電極1014以改變樣本1015附近的靜電場或電場。V4與V5之間的例示性電壓差範圍可為-5kV至+5kV。當載物台與物鏡距離之間的距離較大時，V5及V4之絕對電壓範圍值可較大，例如-30kV至0kV。樣本1015附近之靜電場或電場的變化可影響所發射信號電子或諸如信號電子束1000B3或1000B4之信號電子束的軌跡。
如本發明中所論述，裝置1000之例示性電壓組態的優勢中之一些可包括但不限於發射源之穩定性、發射源之經延長操作壽命、電子之穩定發射、曝露於由於電位差所產生之靜電場的樣本及系統元件之經減少電損害等。
在一些實施例中，所施加電壓V1與V2之間的差可大體上保持穩定或保持穩定。在本發明之上下文中，「大體上穩定」值指代顯著類似或在統計或量測誤差內的值。例如，若值在1%至2%內，則其可為大體上穩定的。作為一實例，若對於第一著陸能量範圍，所施加電壓V1與V2之間的差之絕對值為9.95 kV，且對於第二著陸能量範圍，所施加電壓V1與V2之間的差之絕對值為10.05 kV，則所施加電壓V1與V2之間的差可大體上穩定。將所施加電壓V1及V2同時調整為諸如分別-10kV及0kV、-20kV及-10kV、-30kV及−20kV的離散值可將電子源1001曝露於大體上穩定電場以實現較大著陸能量範圍。電子源1001附近之電場可隨著著陸能量發生改變而大體上穩定，此係因為電壓V1與V2之間的差之絕對值，及電子源1001與提取器電極1002之間的距離係固定的。此外，如所論述，對於0.2 keV至50 keV之較大著陸能量範圍，施加至樣本1015之電壓V5可介於-13kV至0kV之範圍。電壓V5之範圍的絕對值為大約13 kV，且因而，藉由樣本1015、控制電極1014與極片1007P之間的電壓差判定的樣本附近之電場可能不會極大。在一些實施例中，電壓V5之範圍的絕對值不大於13 kV。樣本1015附近之電場之較小值可減少諸如控制電極1014與極片1007P之間的電弧作用的電損害之發生。
應瞭解，裝置1000之電壓組態可適用於本發明中描述之一或多個裝置，諸如裝置300、裝置400、裝置500、裝置600、裝置700、裝置800或裝置900。
現參考圖11A至圖11D，其說明符合本發明之實施例的經組態以偵測信號電子之帶電粒子偵測器的示意圖。信號電子偵測器1100、1110、1120及1130可包含經組態以例如允許初級電子束(例如，圖3之初級電子束300B1)穿過的開口1104。信號電子偵測器1100、1110、1120或1130可包含二極體、閃爍體、輻射偵測器、固態偵測器、正-本-負接面二極體或正-本-負偵測器，以及其他帶電粒子感測器件。
在一些實施例中，信號電子偵測器1100至1130可經組態以基於信號電子之特性且基於應用來偵測信號電子之一部分。該等特性可包括但不限於發射能量、發射極角、發射方位角以及其他特性。
在一些實施例中，信號電子偵測器可包含單塊電子偵測器(例如，偵測器1100)或分段式電子偵測器(例如，偵測器1110)。在單塊電子偵測器中，如圖11A中所示，電子偵測表面1105可包含連續帶電粒子敏感材料層，從而形成單個分段1100_1A。信號電子偵測器1100可置放於帶電粒子束裝置(例如，圖3之裝置300)中，使得開口1104之中心軸線可與主光軸(例如，圖3之主光軸300-1)對準。
在分段式電子偵測器中，如圖11B中所示，電子偵測表面1105可包含由基板1102之材料分離的不連續帶電粒子敏感材料層，從而形成分段1100_1B及1100_2B。在一些實施例中，諸如圖11B至圖11D中所分別展示之分段式電子偵測器1110、1120及1130可為具有圓形、橢圓形或多邊形橫截面之圓柱體。在一些實施例中，分段式電子偵測器之一或多個分段可沿著主光軸(例如，圖3A之主光軸300-1)以2D配置徑向地、周向地或方位地配置。帶電粒子敏感材料可對帶電粒子敏感，帶電粒子諸如離子化輻射、電子、X射線、光子以及其他帶電粒子。
在一些實施例中，分段式電子偵測器可包含兩個或更多個分段。例如，圖11C之分段式電子偵測器1120可包含圍繞中心開口周向配置之四個分段1100_1C、1100_2C、1100_3C及1100_4C。在一些實施例中，圖11D之分段式電子偵測器1130可包含圍繞中心開口徑向配置之兩個分段1100_1D及1100_2D，該兩個分段由製成信號電子偵測器1130之基板1102的材料分離。應瞭解，分段式電子偵測器1110、1120或1130可包含以任何組態配置且安置於帶電粒子束裝置中之兩個或更多個分段，使得電子偵測表面1105可曝露於自樣本(例如，圖3之樣本315)產生的入射信號電子。
本發明中所論述之一些實施例可具有本文中論述的優勢中之一些或全部等。 i.         經最小化或經減少之電損害-改良反向散射電子偵測效率之現有方法可包括將反向散射電子偵測器定位在樣本附近及靜電場內，此可例如藉由電弧作用對偵測器造成電損害。位於磁透鏡之空腔內的信號電子偵測器可被屏蔽免受靜電場影響，因此防止、最小化或減少對電子偵測器之電弧作用及電損害。此外，因為電子偵測器由極片屏蔽，所以可減小工作距離以改良成像解析度。 ii.        消除了偵測器未對準引起之誤差-一些現有系統可相對於樣本調整電子偵測器之位置以最大化反向散射電子之偵測效率。然而，在存在電場的情況下，移動電子偵測器位置可引入對準誤差，藉此不利地影響偵測效率、成像解析度或收集效率。如所提出，反向散射電子偵測器不可調整或移動，因此最小化對準相關誤差。 iii.      高SE成像解析度及BSE偵測效率-現有技術及系統大體上可改良SE偵測效率或BSE偵測效率，而非同時改良此兩者。在磁透鏡之空腔內部添加一或多個反向散射電子偵測器可允許使用者減小工作距離以改良SE成像解析度，同時還捕獲大體上所有反向散射電子以增強BSE偵測效率且最小化對電子偵測器之電損害。 iv.       較大視場(FOV)及高解析度-在一些實施例中，BSE偵測器可位於磁透鏡之空腔內且緊接在射束偏轉器上游。此配置可由於射束偏轉器在偵測器與樣本之間而產生較大FOV，且亦可產生高成像解析度，此係因為偏轉場較接近由物鏡產生之磁場，使得其可減少偏轉像差同時還增大FOV。 v.        可變的發射角度分佈-可藉由例如調整控制電極電位、調整樣本位置，或在設計及製造期間調整電子偵測器之開口的大小來調整所發射信號電子之角度分佈。角度分佈之變化可視需要改變電子偵測器之偵測分佈。此可提供系統設計、SEM柱內之偵測器之空間配置的靈活性，且可最小化對電子偵測器之電損害。 vi.       高品質影像及較佳缺陷偵測以實現疊對度量衡及檢驗應用-可同時產生高解析度SE及BSE影像之各種組合，此可捕獲關於缺陷之較多資訊且改良缺陷偵測。所收集高品質影像可實現疊對相關度量衡及檢驗應用。 vii.     發射源之穩定發射及經延長壽命-為了調整初級電子之著陸能量，現有系統可調整源電位，或調整樣本電位，或同時調整此兩者。此類電壓組態及技術雖然常見，但可能會不利地影響電子源之穩定性，對曝露於較大電場之系統組件造成電損害，或不利地影響總體成像解析度及偵測器效率。藉由同時將至電子源及提取器電極之所施加電壓調整為離散值，源可曝露於大體上穩定電場以實現一定著陸能量範圍，從而使得自電子源穩定地發射電子且亦延長發射源之壽命。
現參考圖12，其說明表示符合本發明之實施例的使用圖3之帶電粒子束裝置觀測樣本之例示性方法1200的程序流程圖。方法1200可由例如如圖1中所示的EBI系統100之控制器50執行。控制器50可經程式化以執行方法1200之一個或兩個步驟，及諸如啟動帶電粒子源之額外功能。
在步驟1210中，可在與初級電子束相互作用之後自樣本產生複數個信號電子。可啟動帶電粒子源(例如，圖3之電子源301)以產生帶電粒子束(例如，圖3之初級電子束300B1)。電子源可由控制器(例如，圖1之控制器50)啟動。例如，可控制電子源以發射初級電子，以沿著主光軸(例如，圖3之主光軸300-1)形成電子束。電子源可例如藉由使用軟體、應用程式或指令集遠端地啟動，以用於控制器之處理器經由控制電路向電子源供電。
可使用複合物鏡(例如，圖3之複合物鏡307)將初級電子束聚焦於樣本上。在一些實施例中，包含初級電子束偏轉器(例如，圖3之初級電子束偏轉器308至311)之掃描偏轉單元可經組態以將初級電子束動態地偏轉於樣本(例如，圖3之樣本315)的表面上。初級電子束之動態偏轉可使得例如以光柵掃描圖案掃描所要區域或所要關注區，以產生包括次級及反向散射之信號電子以供樣本檢驗。
在步驟1220中，可由位於磁透鏡(例如，圖3之磁透鏡307M)之極片內，且緊接在鄰近於樣本之極片的開口上游的信號電子偵測器收集及偵測信號電子的具有高發射能量或中等發射極角之第一部分。信號電子偵測器(例如，圖3之信號電子偵測器312)可緊接地位於極片(例如，圖3之極片307P)上游且在磁透鏡之空腔內。信號電子偵測器可置放於初級電子束偏轉器311與極片之間。在一些實施例中，信號電子偵測器可置放於磁透鏡之空腔內，使得在信號電子偵測器與樣本之間不存在初級電子束偏轉器。
在一些實施例中，極片可電接地或維持處於參考電壓，以最小化與樣本相關聯之延遲靜電場對信號電子偵測器之影響，因此最小化可對偵測器造成之損害。在諸如圖3中所示之組態中，信號電子偵測器與樣本之間的距離可減小，使得可增強BSE偵測效率及成像解析度，同時還最小化信號電子偵測器之電故障或電損害的發生。在一些實施例中，信號電子偵測器(例如，圖3之信號電子偵測器306及312)可經組態以分別偵測具有廣泛範圍之發射極角及發射能量的信號電子。例如，由於信號電子偵測器與樣本之接近度，其可經組態以收集具有廣泛範圍之發射極角的反向散射電子，且第二信號電子偵測器可經組態以收集或偵測具有低發射能量之次級電子。
如圖3中所示的信號電子偵測器緊接在極片上游且在磁透鏡之空腔內的位置可進一步實現信號電子偵測器與裝置之其他電光學組件的較容易組裝及對準。電接地極片可大體上屏蔽信號電子偵測器免受由極片、控制電極(例如，圖3之控制電極314)及樣本形成的靜電透鏡(例如，圖3之靜電透鏡307ES)中之延遲靜電場的影響。
現參考圖13，其說明表示符合本發明之實施例的組態諸如圖10之裝置1000的帶電粒子束裝置之例示性方法1300的程序流程圖。
在步驟1310中，可使用控制器將第一電壓或電壓信號施加至第一電極。第一電極可包含經組態以產生複數個初級電子從而形成初級電子束之電子源的陰極。可啟動電子源以產生帶電粒子束(例如，圖3之初級電子束300B1)。電子源可由控制器(例如，圖1之控制器50)啟動。例如，可控制電子源以發射初級電子，以沿著主光軸(例如，圖3之主光軸300-1)形成電子束。電子源可例如藉由使用軟體、應用程式或指令集遠端地啟動，以用於控制器之處理器經由控制電路向電子源供電。
在步驟1320中，可使用控制器將第二電壓(例如，圖10之電壓V2)施加至電極(例如，圖10之提取器電極1002)，第二電壓V2的振幅不同於第一電壓V1。電壓V1與V2之差可經組態以在第一與第二電極之間產生電場，以提取所產生複數個初級電子。
在步驟1330中，可基於樣本(例如，圖3之樣本315)上之複數個初級電子的著陸能量同時調整第一電壓及第二電壓。可將第一電壓V1及第二電壓V2調整成對應於樣本上之複數個初級電子之著陸能量範圍的離散值。在一些實施例中，可基於電壓V1及V2之離散值來調整施加至樣本之電壓V5。作為一實例，若所要著陸能量在0.2 keV至7 keV之範圍內，則電壓V1及V2可分別固定在-10kV及0kV之離散值下，而電壓V5可自-9.8kV調整至-3kV。作為另一實例，若所要著陸能量在7 keV至17 keV之範圍內，則電壓V1及V2可分別固定在-20kV及-10kV之離散值下，而電壓V5可自-13kV調整至-3kV。作為另一實例，若所要著陸能量在17keV至27keV之範圍內，則電壓V1及V2可分別固定在-30kV及-20kV之離散值下，而電壓V5可自-13kV調整至-3kV。作為另一實例，若所要著陸能量在27keV至37keV之範圍內，則電壓V1及V2可分別固定在-40kV及-30kV之離散值下，而電壓V5可自-13kV調整至-3kV。作為另一實例，若所要著陸能量在37keV至47keV之範圍內，則電壓V1及V2可分別固定在-50kV及-40kV之離散值下，而電壓V5可自-13kV調整至-3kV。
所施加電壓V1與V2之間的差可大體上保持穩定或保持穩定。將所施加電壓V1及V2同時調整為諸如分別-10kV及0kV、-20kV及-10kV、-30kV及-20kV的離散值可將電子源曝露於大體上穩定電場以實現較大著陸能量範圍。電子源附近之電場可隨著著陸能量發生改變而大體上穩定，此係因為電壓V1與V2之間的差之絕對值，及電子源與提取器電極(例如，圖10之提取器電極1002)之間的距離係穩定的。此外，如所論述，對於較大著陸能量範圍，施加至樣本之電壓V5可介於-13kV至0kV之範圍。電壓V5之範圍的絕對值為大約13 kV，且因而，樣本附近之電場可能不會極大。在一些實施例中，電壓V5之範圍的絕對值不大於13 kV。樣本附近之電場之較小值可減少諸如控制電極1014與極片1007P之間的電弧作用的電損害之發生。
可使用以下條項進一步描述實施例： 1.         一種電子束裝置，其包含： 一電子源，其經組態以沿著一主光軸產生一初級電子束； 一複合物鏡，其包含一磁透鏡及一靜電透鏡，該磁透鏡包含經組態以允許該初級電子束穿過之一空腔；及 一第一電子偵測器，其經組態以偵測自一樣本產生之複數個信號電子的一第一部分， 其中該第一電子偵測器相對於該初級電子束沿著該主光軸之一路徑緊接地位於該磁透鏡之一極片上游且在該磁透鏡之該空腔內部。 2.         如條項1之裝置，其中該第一電子偵測器定位成使得該第一電子偵測器之一開口之一中心軸線與該主光軸對準。 3.         如條項2之裝置，其中該第一電子偵測器之該開口小於該磁透鏡之該極片的第一開口。 4.         如條項1至3中任一項之裝置，其進一步包含一第二電子偵測器，該第二電子偵測器經組態以偵測該複數個信號電子之一第二部分且沿著該主光軸安置於該第一電子偵測器上游。 5.         如條項4之裝置，其中該第一偵測器之該開口經組態以允許該複數個信號電子之該第二部分穿過。 6.         如條項4及5中任一項之裝置，其中該第二電子偵測器包含經組態以允許該初級電子束之一部分穿過的一開口。 7.         如條項6之裝置，其中該第二電子偵測器包含一透鏡內偵測器，其定位成使得該第二電子偵測器之該開口與該主光軸對準。 8.         如條項4至7中任一項之裝置，其進一步包含一射束操縱器，該射束操縱器經組態以將該初級電子束偏轉至該樣本之一表面上且位於該第一電子偵測器與該第二電子偵測器之間。 9.         如條項8之裝置，其中該射束操縱器包含與該主光軸對準且位於該磁透鏡之該空腔內部的複數個射束偏轉器。 10.      如條項1至9中任一項之裝置，其進一步包含一第三電子偵測器，該第三電子偵測器經組態以偵測該複數個信號電子之一第三部分且沿著該主光軸安置於該第一電子偵測器下游。 11.      如條項10之裝置，其中該第三電子偵測器沿著該主光軸安置於該第一電子偵測器下游且緊接在該磁透鏡之該極片上游。 12.      如條項10及11中任一項之裝置，其中該第三電子偵測器沿著該主光軸安置於該磁透鏡之該極片與該樣本之間。 13.      如條項10至12中任一項之裝置，其中該第三電子偵測器之一開口之一大小係基於一所要視場及該複數個信號電子之一分佈而判定。 14.      如條項10至13中任一項之裝置，其中該第一電子偵測器、該第二電子偵測器及該第三電子偵測器經組態以偵測自該樣本產生之該複數個信號電子之一相當大部分。 15.      如條項10至14中任一項之裝置，其中該第一電子偵測器、該第二電子偵測器及該第三電子偵測器包含一連續偵測表面或一分段式偵測表面。 16.      如條項15之裝置，其中該分段式偵測表面包含圍繞該主光軸徑向或方位地配置之複數個分段。 17.      如條項1至16中任一項之裝置，其進一步包含一控制電極，該控制電極安置於該樣本與該第一電子偵測器之間且經組態以調整自該樣本產生之該複數個信號電子之一路徑。 18.      如條項17之裝置，其中該控制電極包含安置於該第一電子偵測器與該樣本之間的複數個電極。 19.      如條項17及18中任一項之裝置，其中該控制電極經組態以基於一所施加電壓信號影響該樣本附近之一靜電場。 20.      如條項19之裝置，其中該磁透鏡之該極片經組態以大體上屏蔽該第一電子偵測器免受該樣本附近之該靜電場影響。 21.      如條項19及20中任一項之裝置，其中該靜電場之一變化使得該複數個信號電子之該第一部分的一軌跡發生一變化。 22.      如條項19至21中任一項之裝置，其中該所施加電壓信號經組態為可調整的，以使得能夠跨越包括該第一電子偵測器之複數個電子偵測器影響該複數個信號電子之一角度分佈。 23.      如條項22之裝置，其中可沿著該主光軸調整該樣本之一平面之一位置，以使得能夠跨越該複數個電子偵測器影響該複數個信號電子之該角度分佈及該複合物鏡之一激勵。 24.      如條項1至23中任一項之裝置，其中該靜電透鏡係在該極片與該樣本之間存在一電場的情況下形成。 25.      如條項1至24中任一項之裝置，其中該複數個信號電子包含次級電子、反向散射電子或歐傑電子。 26.      如條項1至25中任一項之裝置，其中該第一電子偵測器與該樣本之間的一豎直距離在6 mm至80 mm之一範圍內。 27.      一種電子束裝置，其包含： 一電子源，其經組態以沿著一主光軸產生一初級電子束； 一複合物鏡，其包含一磁透鏡及一靜電透鏡，該磁透鏡包含經組態以允許該初級電子束穿過之一空腔； 一第一電子偵測器，其經組態以偵測自一樣本產生之複數個信號電子之一第一部分，其中該第一電子偵測器位於該磁透鏡之該空腔內部；及 一射束操縱器，其經組態以將該初級電子束偏轉至該樣本之一表面上，且位於該第一電子偵測器與該磁透鏡之一極片之間。 28.      如條項27之裝置，其中該射束操縱器包含複數個射束偏轉器，且其中該複數個射束偏轉器之一射束偏轉器位於該磁透鏡之該空腔內部。 29.      如條項27及28中任一項之裝置，其中該第一電子偵測器定位成使得該第一電子偵測器之一開口之一中心軸線與該主光軸對準。 30.      如條項29之裝置，其中該第一電子偵測器之該開口小於該磁透鏡之該極片的開口。 31.      如條項29至30中任一項之裝置，其進一步包含一第二電子偵測器，該第二電子偵測器經組態以偵測該複數個信號電子之一第二部分且沿著該主光軸安置於該第一電子偵測器上游。 32.      如條項31之裝置，其中該第一偵測器之該開口經組態以允許該複數個信號電子之該第二部分穿過。 33.      如條項31及32中任一項之裝置，其中該第二電子偵測器包含經組態以允許該初級電子束之一部分穿過的一開口。 34.      如條項33之裝置，其中該第二電子偵測器包含一透鏡內偵測器，其定位成使得該第二電子偵測器之該開口與該第一電子偵測器之該開口對準。 35.      如條項27至34中任一項之裝置，其進一步包含一第三電子偵測器，該第三電子偵測器經組態以偵測該複數個信號電子之一第三部分且沿著該主光軸安置於該第一電子偵測器下游。 36.      如條項35之裝置，其中該第三電子偵測器沿著該主光軸安置於該第一電子偵測器下游且緊接在該磁透鏡之該極片上游。 37.      如條項35及36中任一項之裝置，其中該第三電子偵測器沿著該主光軸安置於該磁透鏡之該極片與該樣本之間。 38.      如條項35至37中任一項之裝置，其中該第三電子偵測器之一開口之一大小係基於一所要視場及該複數個信號電子之一分佈而判定。 39.      如條項35至38中任一項之裝置，其中該第一電子偵測器、該第二電子偵測器及該第三電子偵測器經組態以偵測自該樣本產生之該複數個信號電子之一相當大部分。 40.      如條項35至39中任一項之裝置，其中該第一電子偵測器、該第二電子偵測器及該第三電子偵測器包含一連續偵測表面或一分段式偵測表面。 41.      如條項40之裝置，其中該分段式偵測表面包含圍繞該主光軸徑向或方位地配置之複數個分段。 42.      如條項27至41中任一項之裝置，其進一步包含一控制電極，該控制電極安置於該樣本與該第一電子偵測器之間且經組態以調整自該樣本產生之該複數個信號電子之一路徑。 43.      如條項42之裝置，其中該控制電極包含安置於該第一電子偵測器與該樣本之間的複數個電極。 44.      如條項42及43中任一項之裝置，其中該控制電極經組態以基於一所施加電壓信號影響該樣本附近之一靜電場。 45.      如條項44之裝置，其中該磁透鏡之該極片經組態以大體上屏蔽該第一電子偵測器免受該樣本附近之該靜電場影響。 46.      如條項44及45中任一項之裝置，其中該靜電場之一變化使得該複數個信號電子之該第一部分的一軌跡發生一變化。 47.      如條項44至46中任一項之裝置，其中該所施加電壓信號經組態為可調整的，以使得能夠跨越包括該第一電子偵測器之複數個電子偵測器影響該複數個信號電子之一角度分佈。 48.      如條項47之裝置，其中可沿著該主光軸調整該樣本之一平面之一位置，以使得能夠跨越該複數個電子偵測器影響該複數個信號電子之該角度分佈及該複合物鏡之一激勵。 49.      如條項27至48中任一項之裝置，其中該靜電透鏡係在該極片與該樣本之間存在一電場的情況下形成。 50.      如條項27至49中任一項之裝置，其中該複數個信號電子包含次級電子、反向散射電子或歐傑電子。 51.      如條項27至50中任一項之裝置，其中該第一電子偵測器與該樣本之間的一豎直距離在6 mm至80 mm之一範圍內。 52.        一種電子束裝置，其包含： 一第一電極，其經組態以施加有一第一電壓；及 一第二電極，其經組態以施加有不同於該第一電壓之一第二電壓，藉由該第一電壓與該第二電壓之一差在該第一電極與該第二電極之間產生一第一電場，該第一電場經組態以自該第一電極提取複數個初級電子， 其中該第一電壓經調整為一第一離散值且該第二電壓同時經調整為不同於該第一離散值之一第二離散值，該第一離散值及該第二離散值對應於一樣本上之該複數個初級電子的一著陸能量範圍。 53.        如條項52之裝置，其中對於複數個著陸能量範圍，該第一電壓與該第二電壓之該第一離散值與該第二離散值之間的一差大體上係固定的。 54.        如條項53之裝置，其中該第一離散值與該第二離散值之間的該差之一絕對值係在5kV至15kV之一範圍內。 55.        如條項53及54中任一項之裝置，其中該第一離散值與該第二離散值之間的大體上固定差在該第一電極與該第二電極之間產生一大體上穩定電場。 56.        如條項52至55中任一項之裝置，其中一第三電壓經施加至該樣本，該第三電壓之一值係基於該第一電壓及該第二電壓以及該複數個初級電子之該著陸能量範圍而判定。 57.        如條項52至56中任一項之裝置，其進一步包含一第一電子偵測器，該第一電子偵測器緊接地位於一磁透鏡之一極片上游且在該磁透鏡之一空腔內。 58.      如條項57之裝置，其中該第一電子偵測器經組態以偵測在該複數個初級電子與該樣本之間的相互作用之後自該樣本產生之複數個信號電子的一第一部分。 59.      如條項57及58中任一項之裝置，其中該第一電子偵測器定位成使得該第一電子偵測器之一開口之一中心軸線與包含該複數個初級電子之一初級電子束的一主光軸對準。 60.      如條項59之裝置，其中該第一電子偵測器之該開口小於該磁透鏡之該極片的一開口。 61.      如條項59及60中任一項之裝置，其進一步包含一第二電子偵測器，該第二電子偵測器經組態以偵測該複數個信號電子之一第二部分且沿著該主光軸安置於該第一電子偵測器上游。 62.      如條項61之裝置，其中該第一電子偵測器之該開口經組態以允許該複數個信號電子之該第二部分穿過。 63.      如條項61及62中任一項之裝置，其中該第二電子偵測器包含經組態以允許該初級電子束之一部分穿過的一開口。 64.      如條項61之裝置，其中該第二電子偵測器包含一透鏡內偵測器，其定位成使得該第二電子偵測器之該開口與該第一電子偵測器之該開口對準。 65.      如條項59至64中任一項之裝置，其進一步包含一第三電子偵測器，該第三電子偵測器經組態以偵測該複數個信號電子之一第三部分且沿著該主光軸安置於該第一電子偵測器下游。 66.      如條項65之裝置，其中該第三電子偵測器沿著該主光軸安置於該第一電子偵測器下游且緊接在該磁透鏡之該極片上游。 67.      如條項65及66中任一項之裝置，其中該第三電子偵測器安置於該磁透鏡之該極片與該樣本之間。 68.      如條項65至67中任一項之裝置，其中該第三電子偵測器之一開口之一大小係基於一所要視場及該複數個信號電子之一分佈而判定。 69.      如條項65至68中任一項之裝置，其中該第一電子偵測器、該第二電子偵測器及該第三電子偵測器經組態以偵測自該樣本產生之該複數個信號電子之一相當大部分。 70.      如條項65至69中任一項之裝置，其中該第一電子偵測器、該第二電子偵測器及該第三電子偵測器包含一連續偵測表面或一分段式偵測表面。 71.      如條項70之裝置，其中該分段式偵測表面包含圍繞該主光軸徑向或方位地配置之複數個分段。 72.      如條項52至71中任一項之裝置，其進一步包含經組態以將該複數個初級電子偏轉至該樣本之一表面上的一射束操縱器。 73.      如條項72之裝置，其中該射束操縱器包含與該主光軸對準且位於該第一電子偵測器與該第二電子偵測器之間的複數個射束偏轉器。 74.      如條項72及73中任一項之裝置，其進一步包含安置於該樣本與該射束操縱器之間的一控制電極。 75.      如條項74之裝置，其中該控制電極包含安置於該樣本上游之複數個電極。 76.      如條項74及75中任一項之裝置，其中該控制電極經組態以調整自該樣本產生之該複數個信號電子之一路徑。 77.      如條項74至76中任一項之裝置，其中該控制電極進一步經組態以基於一所施加電壓信號影響該樣本附近之一靜電場。 78.      如條項77之裝置，其中物鏡之該極片經組態以大體上屏蔽該第一電子偵測器免受該樣本附近之該靜電場影響。 79.      如條項77及78中任一項之裝置，其中該靜電場之一變化使得該複數個信號電子之該第一部分的一軌跡發生一變化。 80.      如條項77至79中任一項之裝置，其中該所施加電壓信號經組態為可調整的，以使得能夠跨越包括該第一電子偵測器之複數個電子偵測器影響該複數個信號電子之一角度分佈。 81.      如條項80之裝置，其中可沿著該主光軸調整該樣本之一平面之一位置，以使得能夠跨越該複數個電子偵測器影響該複數個信號電子之該角度分佈。 82.      如條項57至81中任一項之裝置，其進一步包含一複合物鏡，該複合物鏡包含該磁透鏡及一靜電透鏡，該靜電透鏡係在該極片與該樣本之間存在一電場的情況下形成。 83.      如條項57至82中任一項之裝置，其中該第一電子偵測器與該樣本之間的一豎直距離在6 mm至80 mm之一範圍內。 84.        一種由用於觀測一樣本之一電子束裝置執行的方法，該方法包含： 使用包含一磁透鏡及一靜電透鏡之一複合物鏡將一初級電子束聚焦至該樣本上，該磁透鏡包含允許該初級電子束穿過之一空腔； 在與該初級電子束相互作用之後自該樣本產生複數個信號電子；及 使用一第一電子偵測器偵測該複數個信號電子之一第一部分，該第一電子偵測器相對於該初級電子束沿著一主光軸之一路徑緊接地位於該磁透鏡之一極片上游且在該磁透鏡之該空腔內部。 85.        如條項84之方法，其進一步包含使用一第二電子偵測器偵測該複數個信號電子之一第二部分。 86.        如條項84至85中任一項之方法，其進一步包含基於該複數個信號電子中之一信號電子之一特性偵測該複數個信號電子。 87.        如條項86之方法，其中該信號電子之該特性包含該信號電子參考一主光軸之一發射能量、一發射極角，或一發射方位角。 88.        如條項85至87中任一項之方法，其進一步包含使用一第三電子偵測器偵測該複數個信號電子之一第三部分，該第三電子偵測器位於該第一電子偵測器及該第二電子偵測器下游。 89.        如條項88之方法，其進一步包含使用該第一電子偵測器、該第二電子偵測器及該第三電子偵測器偵測自該樣本產生之該複數個信號電子之大體上所有信號電子。 90.        如條項84至89中任一項之方法，其進一步包含藉由調整施加至一控制電極之一電壓來使用該控制電極影響該樣本附近之一靜電場。 91.        如條項90之方法，其中調整施加至該控制電極之該電壓使得跨越該第一電子偵測器、該第二電子偵測器及該第三電子偵測器之一信號電子偵測分佈發生一變化。 92.        如條項90及91中任一項之方法，其中調整施加至該控制電極之該電壓使得該複數個信號電子之該第一部分之一軌跡發生一變化。 93.        如條項90至92中任一項之方法，其中調整施加至該控制電極之該電壓會影響該複數個信號電子之一角度分佈。 94.        如條項90至93中任一項之方法，其中調整施加至該控制電極之該電壓包含施加經組態以增大該複數個信號電子之一發射極角的一第一電壓信號。 95.        如條項90至94中任一項之方法，其中調整施加至該控制電極之該電壓包含施加經組態以降低該複數個信號電子之一發射極角的一第二電壓信號。 96.        如條項93至95中任一項之方法，其進一步包含調整該樣本之一平面之一位置以使得能夠影響該複數個信號電子之該角度分佈。 97.        如條項96之方法，其中調整該樣本之該平面之該位置包含沿著該主光軸調整該樣本之該位置。 98.        如條項96及97中任一項之方法，其中調整該樣本之該平面之該位置包含增大或降低該樣本與該第一電子偵測器之間的一豎直距離。 99.        一種組態用於觀測一樣本之一帶電粒子束裝置的方法，該方法包含： 將一第一電壓施加至一第一電極； 將不同於該第一電壓之一第二電壓施加至一第二電極，從而使得基於該第一電壓與該第二電壓之一差在該第一電極與該第二電極之間產生一第一電場，該第一電場經組態以自該第一電極提取複數個初級電子；及 同時將該第一電壓調整至一第一離散值且將該第二電壓調整至不同於該第一離散值之一第二離散值，該第一離散值及該第二離散值對應於一樣本上之該複數個初級電子的一著陸能量範圍。 100.     如條項99之方法，其中對於複數個著陸能量範圍，該第一離散值與該第二離散值之間的一差大體上係固定的。 101.     如條項97之方法，其中該第一離散值與該第二離散值之間的該差之一絕對值係在5kV至15kV之一範圍內。 102.     如條項100及101中任一項之方法，其中該第一離散值與該第二離散值之間的大體上固定差在該第一電極與該第二電極之間產生一大體上穩定電場。 103.     如條項99至102中任一項之方法，其進一步包含將一第三電壓施加至該樣本，該第三電壓係基於該第一電壓及該第二電壓以及該複數個初級電子之該著陸能量範圍而判定。 104.   一種儲存一指令集之非暫時性電腦可讀媒體，該指令集可由一電子束裝置之一或多個處理器執行以使得該電子束裝置執行觀測一樣本之一方法，該方法包含： 使用包含一磁透鏡及一靜電透鏡之一複合物鏡將一初級電子束聚焦至該樣本上，該磁透鏡包含允許該初級電子束穿過之一空腔； 在與該初級電子束相互作用之後自該樣本產生複數個信號電子；及 使用一第一電子偵測器偵測該複數個信號電子之一第一部分，該第一電子偵測器相對於該初級電子束沿著一主光軸之一路徑緊接地位於該磁透鏡之一極片上游且在該磁透鏡之該空腔內部。 105.     如條項104之非暫時性電腦可讀媒體，其中可由該電子束裝置之一或多個處理器執行之該指令集使得該電子束裝置進一步執行使用一第二電子偵測器來偵測該複數個信號電子之一第二部分。 106.     如條項104及105中任一項之非暫時性電腦可讀媒體，其中可由該電子束裝置之一或多個處理器執行之該指令集使得該電子束裝置進一步執行藉由調整施加至一控制電極之一電壓來使用該控制電極影響該樣本附近之一靜電場，其中 調整施加至該控制電極之該電壓使得該複數個信號電子之該第一部分之一軌跡發生一變化。 107.     如條項106之非暫時性電腦可讀媒體，其中可由該電子束裝置之一或多個處理器執行之該指令集使得該電子束裝置進一步執行沿著該主光軸調整該樣本之一平面之一位置，其中調整該樣本之該平面之該位置使得跨越該第一電子偵測器及該第二電子偵測器之一信號電子偵測分佈發生一變化。 108.   一種儲存一指令集之非暫時性電腦可讀媒體，該指令集可由一電子束裝置之一或多個處理器執行以組態該電子束裝置執行觀測一樣本之一方法，該方法包含： 將一第一電壓施加至一第一電極； 將不同於該第一電壓之一第二電壓施加至一第二電極，從而使得基於該第一電壓與該第二電壓之一差在該第一電極與該第二電極之間產生一第一電場，該第一電場經組態以自該第一電極提取複數個初級電子；及 同時將該第一電壓調整至一第一離散值且將該第二電壓調整至不同於該第一離散值之一第二離散值，該第一離散值及該第二離散值對應於一樣本上之該複數個初級電子的一著陸能量範圍。 109.   一種電子束裝置，其包含： 一電子源，其經組態以沿著一主光軸產生一初級電子束； 一物鏡，其經組態以將該初級電子束聚焦至一樣本上且包含經組態以允許該初級電子束穿過之一空腔；及 一第一電子偵測器，其經組態以偵測自該樣本產生之複數個信號電子的一第一部分， 其中該第一電子偵測器相對於該初級電子束沿著該主光軸之一路徑緊接地位於該物鏡之一極片上游且在該物鏡之該空腔內部。 110.   如條項109之裝置，其中該第一電子偵測器定位成使得該第一電子偵測器之一開口之一中心軸線與該主光軸對準。 111.   如條項110之裝置，其中該第一電子偵測器之該開口小於該物鏡之該極片的第一開口。 112.   如條項110至111中任一項之裝置，其進一步包含一第二電子偵測器，該第二電子偵測器經組態以偵測該複數個信號電子之一第二部分且沿著該主光軸安置於該第一電子偵測器上游。 113.   如條項112之裝置，其中該第一偵測器之該開口經組態以允許該複數個信號電子之該第二部分穿過。 114.   如條項112及113中任一項之裝置，其中該第二電子偵測器包含經組態以允許該初級電子束之一部分穿過的一開口。 115.   如條項114之裝置，其中該第二電子偵測器包含一透鏡內偵測器，其定位成使得該第二電子偵測器之該開口與該主光軸對準。 116.   如條項114之裝置，其中該第二電子偵測器包含參考該主光軸離軸定位之複數個電子偵測器。 117.   如條項112至116中任一項之裝置，其進一步包含一射束操縱器，該射束操縱器經組態以將該初級電子束偏轉至該樣本之一表面上且位於該第一電子偵測器與該第二電子偵測器之間。 118.   如條項117之裝置，其中該射束操縱器包含與該主光軸對準且位於該物鏡之該空腔內部的複數個射束偏轉器。 119.   如條項109至118中任一項之裝置，其進一步包含一第三電子偵測器，該第三電子偵測器經組態以偵測該複數個信號電子之一第三部分且沿著該主光軸安置於該第一電子偵測器下游。 120.   如條項119之裝置，其中該第三電子偵測器沿著該主光軸安置於該第一電子偵測器下游且緊接在該物鏡之該極片上游。 121.   如條項119及120中任一項之裝置，其中該第三電子偵測器沿著該主光軸安置於該物鏡之該極片與該樣本之間。 122.   如條項119至121中任一項之裝置，其中該第三電子偵測器之一開口之一大小係基於一所要視場及該複數個信號電子之一分佈而判定。 123.   如條項119至122中任一項之裝置，其中該第一電子偵測器、該第二電子偵測器及該第三電子偵測器經組態以偵測自該樣本產生之該複數個信號電子之一相當大部分。 124.   如條項119至123中任一項之裝置，其中該第一電子偵測器、該第二電子偵測器及該第三電子偵測器包含一連續偵測表面或一分段式偵測表面。 125.   如條項124之裝置，其中該分段式偵測表面包含圍繞該主光軸徑向或方位地配置之複數個分段。 126.   如條項109至125中任一項之裝置，其進一步包含一控制電極，該控制電極安置於該樣本與該第一電子偵測器之間且經組態以調整自該樣本產生之該複數個信號電子之一路徑。 127.   如條項126之裝置，其中該控制電極包含安置於該第一電子偵測器與該樣本之間的複數個電極。 128.   如條項126及127中任一項之裝置，其中該控制電極經組態以基於一所施加電壓信號影響該樣本附近之一靜電場。 129.   如條項128之裝置，其中該物鏡之該極片經組態以大體上屏蔽該第一電子偵測器免受該樣本附近之該靜電場影響。 130.   如條項128及129中任一項之裝置，其中該靜電場之一變化使得該複數個信號電子之該第一部分的一軌跡發生一變化。 131.   如條項128至130中任一項之裝置，其中該所施加電壓信號經組態為可調整的，以使得能夠跨越包括該第一電子偵測器之複數個電子偵測器影響該複數個信號電子之一角度分佈。 132.   如條項131之裝置，其中可沿著該主光軸調整該樣本之一平面之一位置，以使得能夠跨越該複數個電子偵測器影響該複數個信號電子之該角度分佈及物鏡磁透鏡之激勵。 133.   如條項109至131中任一項之裝置，其中該物鏡包含一複合透鏡，該複合透鏡包含一磁透鏡及一靜電透鏡，該靜電透鏡係在該極片與該樣本之間存在一電場的情況下形成。 134.   如條項109至133中任一項之裝置，其中該複數個信號電子包含次級電子、反向散射電子或歐傑電子。 135.     如條項109至134中任一項之裝置，其中該第一電子偵測器與該樣本之間的一豎直距離在6 mm至80 mm之一範圍內。 136.     如條項109至135中任一項之裝置，其中該空腔包含由該磁透鏡之一元件界定之一空間，該元件經組態以允許該初級電子束通過，其中該空間圍繞該主光軸旋轉對稱。
可提供一種儲存指令之非暫時性電腦可讀媒體，該等指令用於控制器(例如，圖1之控制器50)之處理器以進行影像檢驗、影像獲取、啟動帶電粒子源、調整像散補償器之電激勵、調整電子之著陸能量、調整物鏡激勵、調整次級電子偵測器位置及定向、載物台運動控制、射束分離器激勵、施加掃描偏轉電壓至射束偏轉器、接收及處理與來自電子偵測器之信號資訊相關聯的資料、組態靜電元件、偵測信號電子、調整控制電極電位、調整施加至電子源、提取器電極及樣本之電壓等。非暫時性媒體之常見形式包括例如軟碟、可撓性磁碟、硬碟、固態磁碟機、磁帶或任何其他磁性資料儲存媒體、唯讀光碟記憶體(CD-ROM)、任何其他光學資料儲存媒體、具有孔圖案之任何實體媒體、隨機存取記憶體(RAM)、可程式化唯讀記憶體(PROM)及可抹除可程式化唯讀記憶體(EPROM)、FLASH-EPROM或任何其他快閃記憶體、非揮發性隨機存取記憶體(NVRAM)、快取記憶體、暫存器、任何其他記憶體晶片或卡匣，及其網路化版本。
應瞭解，本發明之實施例不限於已在上文所描述及在附圖中所說明之確切構造，且可在不脫離本發明之範疇的情況下作出各種修改及改變。本發明已結合各種實施例進行了描述，藉由考慮本文中所揭示之本發明之規格及實踐，本發明之其他實施例對於熟習此項技術者將為顯而易見的。意欲本說明書及實例僅視為例示性的，其中本發明之真正範疇及精神藉由以下申請專利範圍指示。
上文描述意欲為說明性，而非限制性的。因此，熟習此項技術者將顯而易見，可在不脫離下文所闡明之申請專利範圍之範疇的情況下如所描述進行修改。
10:主腔室 20:裝載鎖定腔室 30:設備前端模組(EFEM) 30a:第一裝載埠 30b:第二裝載埠 40:電子束工具/裝置 50:控制器 100:電子束檢驗(EBI)系統/帶電粒子束檢驗系統 201:主光軸 202:初級射束交越 203:陰極 204:初級電子束 205:提取器電極 220:槍孔徑 222:陽極 224:庫侖孔徑陣列 226:聚光器透鏡 232:物鏡總成 232a:極片 232b:控制電極 232d:激勵線圈 234:電動載物台 235:射束限制孔徑陣列 236:樣本固持器 240a:偏轉器 240b:偏轉器 240c:射束分離器 240d:偏轉器 240e:偏轉器 244:電子偵測器 250:樣本 300:帶電粒子束裝置 300B1:初級電子束 300B3:反向散射電子束 300B4:次級電子束/信號電子束 300-1:主光軸 301:陰極/電子源 302:提取器電極 303:陽極 304:聚光器透鏡 305:射束限制孔徑陣列 306:信號電子偵測器 307:複合物鏡 307A:虛平面 307B:虛平面 307C:線圈 307ES:靜電透鏡 307M:磁透鏡 307O:極片 307P:極片 307R:開口 308:初級電子束偏轉器 309:初級電子束偏轉器 310:初級電子束偏轉器 311:初級電子束偏轉器 312:信號電子偵測器 314:控制電極 315:樣本 400:帶電粒子束裝置 400B2:信號電子束 400B3:信號電子束 400B4:信號電子束 400-1:主光軸 406:信號電子偵測器 407M:磁透鏡 407P:極片 412:信號電子偵測器 413:信號電子偵測器 414:控制電極 415:樣本 500:帶電粒子束裝置 500B1:初級電子束 506:信號電子偵測器 507M:磁透鏡 507P:極片 507R:開口 508:初級電子束偏轉器 509:初級電子束偏轉器 510:初級電子束偏轉器 511:初級電子束偏轉器 512:信號電子偵測器 515:樣本 600:帶電粒子束裝置 600-1:主光軸 606:信號電子偵測器 607M:磁透鏡 607P:極片 611:初級電子束偏轉器 612:信號電子偵測器 613:信號電子偵測器 614:控制電極 615:樣本 700:帶電粒子束裝置 700B1:初級電子束 700B2:信號電子束 700B3:信號電子束 700B4:信號電子束 706:信號電子偵測器 707ES:靜電透鏡 707M:磁透鏡 707P:極片 711:初級電子束偏轉器 712:信號電子偵測器 713:信號電子偵測器 714:控制電極 715:樣本 800:帶電粒子束裝置 800B2:信號電子束 800B3:信號電子束 800B4:信號電子束 806:信號電子偵測器 807M:磁透鏡 811:初級電子束偏轉器 812:信號電子偵測器 813:信號電子偵測器 814:控制電極 815:樣本 900:帶電粒子束裝置 900B1:初級電子束 900B3:信號電子束 900-1:主光軸 906:信號電子偵測器 907M:磁透鏡 907P:極片 912:信號電子偵測器 913:信號電子偵測器 914:控制電極 915:樣本 1000:帶電粒子束裝置 1000B1:初級電子束 1000B3:信號電子束 1000B4:信號電子束 1000-1:主光軸 1001:電子源 1002:提取器電極 1003:陽極 1004:聚光器透鏡 1005:射束限制孔徑陣列 1006:信號電子偵測器 1007:複合物鏡 1007P:極片 1012:信號電子偵測器 1014:控制電極 1015:樣本 1100:信號電子偵測器 1100_1A:分段 1100_1B:分段 1100_2B:分段 1100_1C:分段 1100_2C:分段 1100_3C:分段 1100_4C:分段 1100_1D:分段 1100_2D:分段 1102:基板 1104:開口 1105:電子偵測表面 1110:信號電子偵測器 1120:信號電子偵測器 1130:信號電子偵測器 1200:方法 1210:步驟 1220:步驟 1300:方法 1310:步驟 1320:步驟 1330:步驟 V1:電壓 V2:電壓 V3:電壓 V4:電壓 V5:電壓
圖1為說明符合本發明之實施例的例示性電子束檢驗(EBI)系統的示意圖。
圖2為說明符合本發明之實施例的可為圖1之例示性電子束檢驗系統的部分的例示性電子束工具之示意圖。
圖3為符合本發明之實施例的包含帶電粒子偵測器之例示性帶電粒子束裝置的示意圖。
圖4為符合本發明之實施例的包含複數個帶電粒子偵測器之例示性帶電粒子束裝置的示意圖。
圖5為符合本發明之實施例的包含複數個帶電粒子偵測器之例示性帶電粒子束裝置的示意圖。
圖6為符合本發明之實施例的包含複數個帶電粒子偵測器之例示性帶電粒子束裝置的示意圖。
圖7A及圖7B為符合本發明之實施例的例示性帶電粒子束裝置之示意圖，其說明調整施加至控制電極之電壓對信號電子之角度分佈的影響。
圖8A及圖8B為符合本發明之實施例的例示性帶電粒子束裝置之示意圖，其說明調整施加至控制電極之電壓對信號電子之角度分佈的影響。
圖9A及圖9B為符合本發明之實施例的例示性帶電粒子束裝置之示意圖，其說明調整樣本位置對信號電子之角度分佈的影響。
圖10為符合本發明之實施例的例示性帶電粒子束裝置的示意圖，其說明例示性電壓組態。
圖11A至圖11D為符合本發明之實施例的圖3之例示性帶電粒子束裝置300的帶電粒子偵測器之例示性組態的示意圖。
圖12為表示符合本發明之實施例的使用圖3之帶電粒子束裝置觀測樣本的例示性方法之程序流程圖。
圖13為表示符合本發明之實施例的組態帶電粒子束裝置之例示性方法的程序流程圖。
300:帶電粒子束裝置
300B1:初級電子束
300B3:反向散射電子束
300B4:次級電子束/信號電子束
300-1:主光軸
301:陰極/電子源
302:提取器電極
303:陽極
304:聚光器透鏡
305:射束限制孔徑陣列
306:信號電子偵測器
307:複合物鏡
307A:虛平面
307B:虛平面
307C:線圈
307ES:靜電透鏡
307M:磁透鏡
307O:極片
307P:極片
307R:開口
308:初級電子束偏轉器
309:初級電子束偏轉器
310:初級電子束偏轉器
311:初級電子束偏轉器
312:信號電子偵測器
314:控制電極
315:樣本

Claims (15)

  1. 一種電子束裝置，其包含： 一電子源，其經組態以沿著一主光軸產生一初級電子束； 一複合物鏡，其包含一磁透鏡及一靜電透鏡，該磁透鏡包含經組態以允許該初級電子束穿過之一空腔；及 一第一電子偵測器，其經組態以偵測自一樣本產生之複數個信號電子的一第一部分， 其中該第一電子偵測器相對於該初級電子束沿著該主光軸之一路徑緊接地位於該磁透鏡之一極片上游且在該磁透鏡之該空腔內部。
  2. 如請求項1之裝置，其中該第一電子偵測器定位成使得該第一電子偵測器之一開口之一中心軸線與該主光軸對準。
  3. 如請求項2之裝置，其中該第一電子偵測器之該開口小於該磁透鏡之該極片的第一開口。
  4. 如請求項1之裝置，其進一步包含一第二電子偵測器，該第二電子偵測器經組態以偵測該複數個信號電子之一第二部分且沿著該主光軸安置於該第一電子偵測器上游。
  5. 如請求項4之裝置，其中該第一偵測器之該開口經組態以允許該複數個信號電子之該第二部分穿過。
  6. 如請求項4之裝置，其中該第二電子偵測器包含經組態以允許該初級電子束之一部分穿過的一開口。
  7. 如請求項6之裝置，其中該第二電子偵測器包含一透鏡內偵測器，其定位成使得該第二電子偵測器之該開口與該主光軸對準。
  8. 如請求項4之裝置，其進一步包含一射束操縱器，該射束操縱器經組態以將該初級電子束偏轉至該樣本之一表面上且位於該第一電子偵測器與該第二電子偵測器之間。
  9. 如請求項8之裝置，其中該射束操縱器包含與該主光軸對準且位於該磁透鏡之該空腔內部的複數個射束偏轉器。
  10. 如請求項1之裝置，其進一步包含一第三電子偵測器，該第三電子偵測器經組態以偵測該複數個信號電子之一第三部分且沿著該主光軸安置於該第一電子偵測器下游。
  11. 如請求項10之裝置，其中該第三電子偵測器沿著該主光軸安置於該第一電子偵測器下游且緊接在該磁透鏡之該極片上游。
  12. 如請求項10之裝置，其中該第三電子偵測器沿著該主光軸安置於該磁透鏡之該極片與該樣本之間。
  13. 如請求項10之裝置，其中該第三電子偵測器之一開口之一大小係基於一所要視場及該複數個信號電子之一分佈而判定。
  14. 如請求項10之裝置，其中該第一電子偵測器、該第二電子偵測器及該第三電子偵測器經組態以偵測自該樣本產生之該複數個信號電子之一相當大部分。
  15. 一種儲存一指令集之非暫時性電腦可讀媒體，該指令集可由一電子束裝置之一或多個處理器執行以使得該電子束裝置執行觀測一樣本之一方法，該方法包含： 使用包含一磁透鏡及一靜電透鏡之一複合物鏡將一初級電子束聚焦至該樣本上，該磁透鏡包含允許該初級電子束穿過之一空腔； 在與該初級電子束相互作用之後自該樣本產生複數個信號電子；及 使用一第一電子偵測器偵測該複數個信號電子之一第一部分，該第一電子偵測器相對於該初級電子束沿著一主光軸之一路徑緊接地位於該磁透鏡之一極片上游且在該磁透鏡之該空腔內部。
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