TWI488212B - 用以在帶電粒子束裝置中改進對比度以檢驗樣品之配置及方法 - Google Patents

Description

用以在帶電粒子束裝置中改進對比度以檢驗樣品之配置及方法

本揭示大體係關於帶電粒子束裝置及以帶電粒子束反映(image)樣品之方法，特別地係用於檢驗應用、測試應用、微影術應用及其類似應用。更特別地，該揭示係關於對比度之改進，特別是掃描射束儀器中之表面形貌對比度(topographic contrast)。特定言之，該揭示係關於帶電粒子束裝置及以帶電粒子束裝置檢驗樣品之方法。

帶電粒子束設備在複數個工業領域中具有許多功能，該等功能包含但不限於：在製造時半導體元件之檢驗、用於微影術之曝光系統、偵測裝置及測試系統。因此，對於在微米及奈米尺度上檢驗樣品有高度需求。

在微米及奈米尺度上之程序控制、檢驗或構成，常以帶電粒子束來完成，例如電子束或離子束，該粒子束係在帶電粒子束裝置中被產生並被聚焦，諸如掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscopes;SEM)或聚焦離子束(Focused Ion Beam;FIB)工具。與例如光子束相比，由於帶電粒子束之短波長，帶電粒子束提供優異的空間解析度。

SEM為用於檢驗之一著名工具，SEM之一例子係圖示於第1圖中。第1圖闡釋帶電粒子束裝置之典型一例：SEM1，該SEM1包含：射束管20、高壓射束管9、聚光器(condenser)11、磁聚焦透鏡13及靜電聚焦透鏡14，該射束管20具有電子束源5，例如溫度場發射陰極，以產生主電子束7，該高壓射束管9將該主電子束7加速至一能量，該能量藉由陽極電壓V_anode 所控制，該聚光器11改進電子束形狀，該磁聚焦透鏡13及該靜電聚焦透鏡14將主電子束7聚焦至樣品3之上。第1圖之SEM1更包含：透鏡內偵測器(in-lens detector)15，例如位置感應偵測器，以偵測並估計次電子17之訊號，該次電子17係藉由主電子束7在樣品3上產生。

第1圖之磁聚焦透鏡13由線圈24及磁軛(yoke)26所組成，該磁軛26係經形塑以為主電子束7產生聚焦磁場。第1圖之靜電聚焦透鏡14包含：高壓射束管9之下端元件9a、磁軛26之錐形元件26a(亦即錐形帽)及位於各別元件尖端之孔隙16。聚焦電場係藉由以下所定義：下端元件9a之幾何形狀、錐形帽之幾何形狀、下端元件9a及錐形帽之孔隙16、及樣品3分別與錐形帽26a及高壓射束管9之間的電壓V1及V2。若錐形帽26a及樣品3之間的電場係經以下方式調整：該電場使主電子束7減速，亦即，若使用減速電場，則當與磁聚焦場結合時，可增加探測之主電子束之空間解析度。關於經結合之靜電聚焦透鏡及磁聚焦透鏡之更多細節，以及關於第1圖SEM大體上之更多細節，可在「High Precision electron optical system for absolute and CD-measurements on large specimens 」by J. Frosien,S. Lanio,H.P. Feuerbaum,Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A,363(1995),pp. 25-30中找到。

SEM使用經聚焦之主電子束來反映樣品，而另一方面FIB使用經聚焦之主離子束來反映樣品(典型地為鎵離子)。當主離子束在樣品上掃描時，產生次電子及離子，該次電子及離子可被收集以形成樣品表面之影像。FIB亦可與電子束柱(beam column)及離子束柱整合至系統中，使得可使用電子束及離子束之任一者來調查相同特徵。若以下敘述在各方面以「電子」或「電子束」陳述，則該敘述亦意欲適用於離子，除非另有指明。

為了在樣品表面偵測表面形貌缺陷(例如粒子)及將表面形貌缺陷分類，必須有好的表面形貌對比度。在掃描射束應用中，可藉由偵測次電子或離子以獲得表面形貌對比度，該次電子或離子具有自樣品之不同出發角度。在掃描射束工具中，在樣品處所產生之次電子或離子通常係以大範圍的出發角度被收集，以反映樣品。當使用例如低能量SEM(該SEM利用減速電場物鏡以反映樣品)時，大體上所有在樣品表面處所產生之次電子可被吸引進物鏡中且因此可被偵測。

然而，如果所觀測特徵之表面形貌並不顯著，則表面形貌對比度為弱的且背景訊號扮演重要角色。由上述敘述觀之，需要具有經改進對比度之掃描射束設備。

鑑於上述敘述，提供如請求項1之帶電粒子束裝置及如請求項8之以帶電粒子束裝置檢驗樣品之方法。

在一個態樣中，提供一種用於檢驗樣品之帶電粒子束裝置。該帶電粒子束裝置包括：帶電粒子束源，該帶電粒子束源係適於產生主帶電粒子束；物鏡裝置，該物鏡裝置係適於將該主帶電粒子束導至該樣品上；減速電場裝置，該減速電場裝置係適於將次帶電粒子由該樣品開始加速；第一偵測器裝置，該第一偵測器裝置包含：至少兩個用於偵測次粒子之偵測器區段，其中該物鏡裝置經調適使得具有自該樣品之不同出發角度之粒子在距該樣品大致相同距離之處展現交叉；及第一孔隙，該第一孔隙位於該物鏡及該偵測器之間，該第一孔隙具有開口，該開口具有與該偵測器裝置中之中央開口相等或較小之直徑，且該第一孔隙係處於一位置，該位置滿足下列性質至少之一者：(i)該第一孔隙係在該交叉附近，(ii)該第一孔隙係處於散逸電子(stray electron)展現最大散佈之處。

在又一態樣中，提供一種以帶電粒子束裝置檢驗樣品之方法。該方法包含：在第一光軸上產生主帶電粒子束；使用物鏡裝置，將該主帶電粒子束聚焦至該樣品上；藉由在樣品處之該主帶電粒子束產生次帶電粒子束，該次帶電粒子束包含：以大出發角度由該樣品出發之次帶電粒子之第一群組，及以小出發角度由該樣品出發之次帶電粒子之第二群組；將該次帶電粒子束聚焦，使得來自該第一群組及來自該第二群組之粒子在距該樣品大致相同距離之處展現交叉；以孔隙阻擋散逸電子，該孔隙係位於該物鏡及該交叉之間；及偵測該次帶電粒子束之粒子。

更多優點、特徵及細節係藉由附屬請求項、敘述及圖式而顯而易見。

實施例亦係針對用於實施所揭示方法之設備，並包括：用於執行所述方法步驟之設備。再者，實施例亦係針對可藉以操作或製造所述設備之方法。實施例可包括：用於執行設備功能之方法步驟或用於製造部份設備之方法步驟。方法步驟可藉由以下方式執行：硬體組件、韌體、軟體、藉由適當軟體所程式化之電腦、藉由上述之任何組合或以任何其他方式。

現在將詳細參照各樣實施例，各樣實施例之一或多個例子係在圖示中闡釋。每一例子係以解釋的方式提供，且每一例子並非意欲作為本發明之限制。

在不限制本申請案之範疇的情況下，在下文中，本文所敘述實施例之例子包括：作為用於檢驗樣品之典型帶電粒子束裝置之SEM。然而，本文所敘述之例子及實施例亦可應用至其他帶電粒子束裝置，特別地為掃描帶電粒子束裝置，諸如FIB。因此，以下所描述之例子及實施例可用於：使用電子或離子作為主及/或次帶電粒子束，以檢驗樣品。再者，本文所描述之SEM之例子及實施例包括：經組合之磁物鏡及靜電物鏡，該經組合之磁物鏡及靜電物鏡係設計為減速電場物鏡。然而，實施例亦可應用至帶電粒子裝置(例如SEM)，包括：其他類型之物鏡(例如磁物鏡)、靜電物鏡及經組合之磁物鏡及靜電物鏡，該經組合之磁物鏡及靜電物鏡並不利用減速電場。如本文所描述，提及次粒子或提及次帶電粒子束可分別被理解為：提及任何次及/或背向散射粒子或次粒子束及/或背向散射粒子束。

在圖示之以下敘述中，相同元件符號表示相同元件。一般而言，僅敘述關於個別實施例之差異。若實施例提及電子，通常意欲同等地揭示上述其他粒子之使用。

根據本文所述之實施例之例子，用於檢驗樣品之帶電粒子束裝置之典型應用為：在半導體工業中檢驗裝置結構。例如，本文提及之「樣品」包含但不限於：晶圓、半導體元件、其他電子組件及太陽能電池。可預期需要微米及奈米尺度之程序控制、檢驗或構成之其他樣品。再者，在下文中，用語「共同交叉」描述：具有由該樣品之不同出發角度之複數個電子聚焦在一共同幾何位置或幾何空間，該幾何位置或幾何空間具有經定義之距樣品之距離，此情況進一步描述如下。

第2圖圖示根據實施例之SEM，該SEM可與本文敘述之其他實施例結合。為檢驗樣品3，主電子束(未圖示)沿著光軸70被產生，且使用物鏡裝置40及45將主電子束被導向樣品3上。然後，在樣品3處由主電子束產生次電子束。大體上，所有次電子束或次電子束之一部份回經過透鏡裝置40及45。當次電子藉由樣品3上之缺陷反彈時，次電子具有角度分布，該角度分布與藉由樣品之平面部份所反彈之次電子束之角度分布不同。因此，若主電子束係藉由樣品3之包括任何形態的缺陷之部份所反彈，則每時間單位擊中偵測器15不同區域之平均電子數量與當射束衝擊點處無缺陷存在時之平均電子數量不同。

在實施例中，此差異用於區分晶圓之缺陷區域及無損害區域。為了可區分具有不同出發角度之次電子之粒子數目，具有相異的偵測區域。為達此目的，偵測器15被分為不同偵測區域。在實施例中，偵測器具有環狀形狀，該環狀形狀在中間具有角開口(angular opening)。此開口具有以下兩作用：讓來自粒子源之主射束通過，以及讓具有大出發角度之次電子通過，該次電子具有接近主射束軸之運動向量。由於區分這些電子是由缺陷部份或由無損害部份所反射相當困難，這些電子較沒有偵測價值。具有小出發角度之電子更加適合，亦即具有對於該樣品平面介於0度至約45度之間的運動向量。在第二圖中，以第一次電子軌跡17a及第二次電子軌跡17b象徵次電子之兩個軌跡。可以看出，具有第一次電子軌跡17a及第二次電子軌跡17b之來自樣品之電子係藉由物鏡裝置40及45而聚焦。物鏡裝置係經配置，使得具有由樣品任意不同出發角度18及19之電子係大體上聚焦於距樣品相同距離之共同交叉90及91。術語「相同距離」及「共同交叉」表示，在具有大出發角度(在此特例中為75度)之粒子18及具有小出發角度(在此特例中為25度)之粒子19之間，個別交叉之對於樣品3之(沿著光軸70或軸線70、72及75之)距離變化小於百分之20，更典型地小於百分之15，更加典型地小於百分之10。共同交叉90及91係分別定義為在小出發角度粒子及大出發角度粒子之兩個交叉中間之幾何點，如上述所定義。

由於偵測器15之孔隙16讓具有比第一次電子軌跡17a上之電子還大的角度之次電子通過，具有較大出發角度並因此攜帶少許表面形貌資訊之電子經過偵測器15，而具有在17a至17b之間及17b以下之角度範圍之軌跡並攜帶大多數表面形貌資訊之電子係藉由偵測器15被偵測。應注意，僅為了闡釋性目的，第1圖至第5圖中，類似的第一次電子軌跡17a及第二次電子軌跡17b之直線角度不須反映相對於本揭示所提供之樣品3之角度數值。

藉由以此方式設計SEM，許多來自樣品之次電子全部 均聚焦於共同交叉90。由於掃描電子射束在此幾何點具有射束之最小寬度，因此孔隙100可位於共同交叉90附近，而不致經由與孔隙100的碰撞而喪失大部分的訊號電子。或者，該孔隙可位於散逸電子具有最大散佈之區域。亦可提供兩個或兩個以上孔隙100及120，例如一個孔隙如圖示接近共同交叉90，且一個孔隙在磁透鏡間隙附近，該磁透鏡間隙在散逸電子之最大散佈之區域。具有多於一個孔隙之孔隙系統典型地可具有一個孔隙100及一第二孔隙120，該孔隙100在接近共同交叉90處具有中央開口，該第二孔隙120典型地位於最大次電子束散佈之平面。在第2圖中，在磁透鏡間隙之上部或恰在該間隙上方提供選擇性的第二孔隙120。術語「在共同交叉(90)附近」及「在接近共同交叉(90)處」係意欲表示：孔隙距離一位置不到2公分，更典型地少於1公分，該位置係在粒子18之交叉與粒子19之交叉中間，該粒子18具有大出發角度(在此特例中為75度)，該粒子19具有小出發角度(在此特例中為25度)。

根據實施例，孔隙100具有以下作用：阻擋並不對偵測器15之可用訊號做出貢獻之電子。例如，該等電子可為掃描電子頻譜中的高能量電子，該等高能量電子可與電極表面或線性管壁碰撞，並因此產生散逸電子，該散逸電子接著將隨機地噴射至表面形貌偵測器15上。一些高能量電子亦可直接抵達偵測器15。兩效應皆將對不希望之背景訊號做出貢獻，該背景訊號將減少信號雜訊比 (signal to noise)，分別減少可達成之對比度比率。因此，藉由以孔隙100阻擋非所欲之電子，減少由偵測器15所產生的雜訊，且改進表面形貌對比度。

第3圖示意性地圖示上述之藉由孔隙100阻擋非所欲之電子之程序。在左圖中圖示SEM，該SEM具有與根據實施例之SEM相同的特徵，但缺少孔隙100。其中，來自探測方向之電子或粒子可與電極46之內緣160及165、與線性管或與SEM中之其他結構碰撞。該等不希望之電子或粒子來自樣品方向，並主要分布在由直線95所表示的空間區域中。若不希望之電子或粒子撞擊偵測器15，則該等電子或粒子不會對可用信號做出貢獻，反而增加了非所欲雜訊。反之，在第3圖右側所圖示之根據實施例之SEM中，該等電子或粒子主要藉由孔隙100被阻擋。可以看出，僅有一部份之不希望之粒子可經過孔隙100(以直線115之間之區域表示)。當然，直線95及115之間的區域僅為非所欲粒子之真實角度及空間分布之示意性簡化，但直線95及115之間的區域適於本文之闡釋性目的。當合適地選擇孔隙中角開口之大小時(亦即，比偵測器15中之開口16稍小)，該等電子或粒子並不抵達偵測器15之主動區域，但經過偵測器之開口16。因此，該等電子或粒子並不以雜訊的形式對偵測器15之訊號做出貢獻。因此，與左側之範例性SEM相比，對比度在第3圖右側所圖示之實施例中被改進。因此，孔隙100之開口典型地係比偵測器15之開口小百分之0 至40，更典型地小百分之3至30。

在主電子束(未圖示於第2圖中)方向之第一電極46可具有比第二電極47高之電位。因此，可為主電子束產生減速電場，該主電子束沿著光軸70行進，使得主電子在撞擊樣品3之前被減速。在SEM工具之替代性典型布局(layout)中，在物鏡之錐形帽及樣品之間的靜電減速電場浸沒透鏡(immersion lens)及靜電減速電場兩者皆可用作為主電子減速構件。

藉由將主電子束在撞擊樣品前減速，由於主電子之低降落能量，可在SEM中獲得高解析度。可在例如低能量SEM中實現主電子之低降落能量(例如低於1keV或甚至在50至100eV之範圍中)，該低能量SEM運用例如上述之減速電場物鏡。

因此，根據實施例，敘述以帶電粒子束裝置檢驗樣品之方法，該方法包含：在第一光軸上產生主帶電粒子束7；使用物鏡裝置40及45，將該主帶電粒子束聚焦至該樣品(3)上；藉由在樣品處之該主帶電粒子束產生次帶電粒子束，該次帶電粒子束包含：以大出發角度18由該樣品出發之第一次電子軌跡17a(亦即次帶電粒子之第一群組)，及以小出發角度19由該樣品出發之第二次電子軌跡17b(亦即次帶電粒子之第二群組)；將該次帶電粒子束聚焦，使得來自該第一群組及來自該第二群組之粒子在距該樣品大致相同距離之處展現交叉；以孔隙阻擋散逸電子，該孔隙係位於該物鏡及該交叉之間；及偵 測該次帶電粒子束之粒子。

因此，本文所揭示之實施例可使次電子經過SEM之物鏡，且可藉由次電子之出發角度同時判別次電子，亦即藉由次電子起始軌跡及樣品表面之間的角度。例如，可強調具有小起始角度之次電子之偵測，而可減少或甚至避免具有大起始角度之次電子之偵測。結果，獲得用於檢測樣品之帶電粒子束裝置及相應方法，該方法提供具有相異對比度之訊號，更典型地，提供具有相異表面形貌對比度之訊號。因此，藉由阻擋不希望之電子，孔隙100之使用額外地增加對比度。

在本文所揭示實施例之一個典型的例子中，在物鏡40及45以及樣品3之間，可運用數百伏特之篩選場(extraction field)，典型地約為100至3000V/mm，更典型地為約400至約1000V/mm，最典型地為約1000V/mm。

在本文所揭示之實施例之例子之修改中，偵測器15可包括：至少一個元件，該元件選自由以下組成之群組：透鏡內偵測器、位於透鏡外之偵測器、環狀偵測器、區段偵測器、以光纖為基礎之偵測器、位置感應偵測器、包括偵測二極體陣列之偵測器及減速電場分析器。因此，偵測器可為簡單環狀，或可具有任何其他結構，該其他結構可判別電子照明之中央區域及外部區域。環狀偵測器可被分為個別的區段，例如用於反映訊號的上方或下方或左方或右方視角之區段。例如，偵測器可包括：兩個環形區段或四個環形區段，如第4圖所圖示。再者， 偵測器15可擁有上述偵測器典型特性之任何組合。因此，中央孔隙/開口16定義電子之角度範圍，該等電子在大角度偵測器150(於下文進一步敘述)及表面形貌偵測器15之間分離。截止角度(cut-off angle)可被以下因素影響：偵測器15之位置、交叉90之位置或孔隙16之大小。

在實施例中，偵測器15之四個區段的每一區段偵測次粒子角頻譜(極角及方位角)之經定義的部份，並因此產生表面形貌對比度。因此，對比度主要係藉由表面形貌特徵之下降側面(declined side)上的陰影所造成。

此外，本文所揭示之實施例之例子之物鏡裝置40及45可包括選自由以下組成之群組的至少一個元件：減速電場透鏡、聚焦透鏡、磁透鏡、靜電透鏡及靜電磁透鏡。帶電粒子束裝置可更包括：射束偏轉裝置、次帶電粒子束偏轉裝置、轉換透鏡裝置及與次帶電粒子束偏轉裝置組合之轉換透鏡裝置。

再者，共同交叉90之位置及共同交叉90及樣品3之間的距離可使用其他裝置修改，該等其他裝置典型地藉由磁場及/或靜電場影響第一次電子軌跡及第二次電子軌跡17a及17b(亦即次電子之第一群組及第二群組)。因此，在本文所揭示之實施例之又一例子中，表示不同出發角度之不同群組電子之焦點可經調整，以使該等焦點維持共同地展現共同交叉90，該等焦點之個別交叉分別距樣品3大致相等之距離(具有上述之容許誤差)。此 目標可藉由以下方式達成：藉由單獨調整物鏡裝置40及45，或藉由其他產生靜電場或磁場之可調式元件、或藉由兩種選擇之組合。再者，偵測器可置於物鏡40及45及偵測器15之間，以調整偵測器15之個別偵測器區段上的對稱偵測。

在實施例中，可提供第二偵測器150(亦稱為大角度偵測器)。該第二偵測器150係處於沿著第二光軸75處，位於偵測粒子群組之位置，該等所偵測粒子比第2圖中第一次電子軌跡17a之粒子具有較大的出發角度因此穿經偵測器15之開口16。然後該等粒子被偏轉至光軸75之方向。偵測器150可為位置感應沿線偵測器(in-line detector)。更典型地，偵測器150可為角度偵測器，諸如為偵測器15所描述的角度偵測器，或可為任何上述為偵測器15所列出的偵測器。正如已解釋過的，次電子具有大出發角度並攜帶少許表面形貌資訊。然而，穿經偵測器15之次電子可提供關於邊緣定位之資訊，且次電子因而適用於臨界尺寸(critical dimension；CD)量測。因此，根據本例，第一次電子軌跡17a(亦即次電子之第一群組)及第二次電子軌跡17b(亦即次電子之第二群組)可連同具有大出發角度之電子被一個反映工具所偵測，此舉允許藉由電子的出發角度判別電子並允許詳細反映。

在以上所揭示的實施例中，帶電粒子束裝置亦包括：射束分離裝置125，該射束分離裝置125係適於將主粒 子束與穿經偵測器15之次帶電粒子之群組分離。

根據本文所揭示之實施例之一個例子及示意地圖示於第5圖中，SEM2可包括：電子束源5，該電子束源5產生沿著一第一光軸71之主電子束。再者，提供射束分離裝置105，該射束分離裝置105包括：第一射束偏轉器(未圖示)，該第一射束偏轉器將主電子束偏轉至經組合之靜電透鏡及磁透鏡40及45，該靜電透鏡及該磁透鏡40及45將主電子束聚焦至樣品3上。射束分離裝置105包括：第二射束偏轉器(未圖示)，該第二射束偏轉器將第一次電子軌跡及第二次電子軌跡17a及17b(亦即次電子之第一群組及第二群組)轉向至沿著第二光軸72。轉換透鏡裝置110(可包括：靜電聚焦透鏡及/或磁聚焦透鏡)可處於鄰近該射束分離裝置105之處。此外，偵測器15及150位於沿著第二光軸72之處。因此，在實施例中，大角度偵測器150可處於偵測器15之開口16之處，因此形成同型(homogeneous)之偵測器元件(未圖示)。偵測器150亦可處於距離裝置105較遠之處，如第5圖中所圖示。(如已敘述的)用於阻擋散逸電子之孔隙100典型地處於共同交叉91附近。在實施例中，可選擇性地提供第二孔隙120，典型地恰在轉換透鏡110之後或之前。可提供第二孔隙120為平常的圓形孔隙，或在此狀況下為角孔隙。

因此，根據一個實施例，物鏡裝置包括：經組合之靜電透鏡及磁透鏡40及45、射束分離裝置105及轉換透 鏡裝置110。

在操作中，SEM2產生沿著第一光軸71之主電子束。射束分離裝置105將主電子束偏轉至經組合之靜電透鏡及磁透鏡40及45，該靜電透鏡及該磁透鏡40及45將主電子束聚焦至樣品3上。以大出發角度由樣品3出發之第一次電子軌跡17a(亦即次帶電粒子之第一群組)以及以小出發角度由樣品出發之第二次電子軌跡17b(亦即次帶電粒子之第二群組)穿經物鏡40及45至射束分離裝置105。射束分離裝置105將第一次電子軌跡及第二次電子軌跡17a及17b(亦即次帶電粒子之第一群組及第二群組)偏轉至沿著第二光軸72之方向。轉換透鏡裝置110將沿著第二光軸72之次帶電粒子之第一群組及第二群組之至少一個群組聚焦，並生沿著第二光軸72(典型地在第二光軸72上)之共同交叉91。孔隙100係處於共同交叉91附近，並如上述般阻擋散逸電子，因此改進偵測器15及150之對比度。

射束分離裝置105可包括：選自由以下組成之群組的至少一個元件：偏轉器、磁偏轉器、扇形場偏轉單元、兩個、三個或四個磁偏轉器之組合(被稱為2B、3B或4B偏轉器)、磁偏轉器及靜電偏轉器之組合(例如維因過濾器(Wien filter))以及無分散之經組合之磁靜電偏轉單元。此外，在射束分離裝置105中，可包括：偏轉增強單元，該偏轉增強單元係被置放且係適於：在主粒子束由次帶電粒子之第一群組及第二群組之至少一個群組 分離之後，進一步將次帶電粒子之第一群組及第二群組之至少一個群組偏轉。因此，偏轉器可進一步增強次電子之偏轉，該偏轉器被包括在射束分離裝置105中，在射束於該射束分離裝置105中分離之後，該射束分離裝置105僅影響次電子。

根據本文所揭示之實施例之本例之修改，在次電子之第一群組及第二群組中，僅有一群組可在自主粒子束分離之後，被偏轉至沿著第二光軸。

此種分析系統之進一步的例子係敘述在於2006年5月17日提出申請之美國申請案第11/384,044號中，該申請案已公開為U.S.2006/0226361，並以「Analyzing system and charged particle beam device」為發明名稱，該專利在與本揭示一致的範圍內皆以引用方式併入本文。

在任何上述之一個實施例之修改及該實施例的修改之修改中，一或多個帶電粒子偵測器可包括：選自由以下組成之群組的至少一個元件：透鏡內偵測器、位於透鏡外之偵測器、角度偵測器、區段偵測器、以光纖為基礎之偵測器、位置感應偵測器、包括偵測二極體陣列之偵測器及減速電場偵測器。

在任何上述之一個實施例之修改及該實施例的修改之修改中，物鏡裝置可包括由以下組成之群組中的至少一個元件：減速電場透鏡、聚焦透鏡、磁透鏡、靜電透鏡及靜電磁透鏡。

在任何上述之一個實施例之修改及該實施例的修改之修改中(該修改可與任何其他實施例及/或本文所述之修改結合)，帶電粒子束裝置更包括：射束偏轉裝置、次帶電粒子束偏轉裝置、轉換透鏡裝置、與次帶電粒子束偏轉裝置結合之轉換透鏡裝置、及射束分離裝置，該射束分離裝置係適於將主粒子束自次帶電粒子之第一群組及第二群組之至少一群組分離。

在任何上述之一個實施例之修改及該實施例的修改之修改中，帶電粒子束源係適於產生沿著第一光軸之主帶電粒子束，該帶電粒子束裝置更包括：射束分離裝置及轉換透鏡裝置，該射束分離裝置係適於將主粒子束自次帶電粒子分離，該轉換透鏡裝置係處於鄰近該射束分離裝置處，且該轉換透鏡裝置係適於將次帶電粒子導向沿著第二光軸之方向，且其中第一及第二帶電粒子偵測器之至少一者係處於沿著第二光軸處。

在任何上述之一個實施例之修改及該實施例的修改之修改中，射束分離裝置可包括選自由以下構成之群組的至少一個元件：偏轉器、磁偏轉器、扇形場偏轉單元、兩個、三個或四個磁偏轉器之組合、磁偏轉器和靜電偏轉器之組合、維因過濾器、無分散之經組合之磁-靜電偏轉單元以及偏轉增強單元，該偏轉增強單元係被置放且係適於：在主粒子束自次帶電粒子之第一群組及第二群組之至少一個群組分離之後，進一步將次帶電粒子之第一群組及第二群組之至少一個群組偏轉。

在任何上述之一個實施例之修改及該實施例的修改之修改中，第一帶電粒子偵測器可包括：減速電場分析器，該減速電場分析器係適於反射及/或偵測次帶電粒子。

在任何上述之一個實施例之修改及該實施例的修改之修改中，次帶電粒子之第一群組可具有範圍在45度至90度之間的出發角度，且次帶電粒子之第二群組可具有範圍在0度至45度之間的小出發角度。

在任何上述之一個實施例之修改及該實施例的修改之修改中，第一交叉90與樣品間之距離可在50至100mm的範圍內，且偵測器可為角度偵測器，該角度偵測器具有直徑為0.5至5mm之角孔隙。

在任何上述之一個實施例之修改及該實施例的修改之修改中，可在物鏡裝置及樣品之間應用100至3000V/mm的篩選場。

在任何上述之又一實施例之修改及該實施例的修改之修改中，物鏡裝置包括由以下組成之群組的至少一個元件：減速電場透鏡、聚焦透鏡、磁透鏡、靜電透鏡及靜電磁透鏡。

在任何上述之又一實施例之修改及該實施例的修改之修改中，次帶電粒子可藉由減速電場分析器被反射及/或被偵測。

本書面敘述使用例子以揭示本發明，包括：最佳模式，且亦使發明所屬技術領域中熟習該技藝之人士得以製造及使用本發明。雖然本發明已依據各樣特定實施例被描 述，熟習該技藝之人士將認知到，可在申請專利範圍之精神及範疇內以修改之方式執行本發明。特別地，上述實施例之相互非互斥之特徵可互相結合。本發明之可申請專利範疇係藉由申請專利範圍所定義，並可包括：熟習該技藝之人士想到之其他例子。此種其他例子係意欲在申請專利範圍之範疇中。

上述內容係針對本發明之實施例，而本發明之其他及更進一步之實施例可被設計，而不偏離本發明實施例之基本範疇，且本發明實施例之基本範疇係藉由以下請求項所決定。

3‧‧‧樣品

5‧‧‧帶電粒子束源

7‧‧‧電子束

9‧‧‧高壓射束管

9a‧‧‧下端元件

11‧‧‧聚光器

13‧‧‧磁聚焦透鏡

14‧‧‧靜電聚焦透鏡

15‧‧‧偵測器

16‧‧‧開口

17‧‧‧次電子

17a‧‧‧第一次電子軌跡

17b‧‧‧第二次電子軌跡

18‧‧‧出發角度

19‧‧‧出發角度

20‧‧‧射束管

24‧‧‧線圈

26‧‧‧磁軛

26a‧‧‧錐形帽

40‧‧‧物鏡

41‧‧‧線圈

42‧‧‧磁軛

45‧‧‧物鏡

46‧‧‧電極

47‧‧‧電極

70‧‧‧光軸

72‧‧‧光軸

75‧‧‧光軸

80‧‧‧光軸

90‧‧‧共同交叉

91‧‧‧共同交叉

95‧‧‧直線

100‧‧‧孔隙

105‧‧‧射束分離裝置

110‧‧‧轉換透鏡裝置

115‧‧‧直線

120‧‧‧孔隙

125‧‧‧射束分離裝置

150‧‧‧偵測器

160‧‧‧內緣

165‧‧‧內緣

V1‧‧‧電壓

V2‧‧‧電壓

V_anode ‧‧‧陽極電壓

可藉由參照實施例以得到上述之概括實施例之更具體的敘述，使得可更詳細地理解上述所引述的特徵。以下敘述與本發明實施例相關之隨附圖示。應預期，可有利地在其他實施例中利用一個實施例之元件，而無須進一步引述。

某些上述實施例在上述典型實施例的敘述中，參照以下圖示而被更詳細地敘述：第1圖圖示SEM之例子。

第2圖圖示根據實施例之粒子束設備之剖面圖。

第3圖圖示在不具有孔隙之設備中及在根據實施例之具有孔隙之設備中，電子路徑之示意性比較。

第4圖圖示根據實施例之偵測器之例子之上視圖。

第5圖圖示根據實施例之粒子束設備之實例。

3‧‧‧樣品

5‧‧‧帶電粒子束源

7‧‧‧電子束

15‧‧‧偵測器

16‧‧‧開口

17‧‧‧次電子

17a‧‧‧第一次電子軌跡

17b‧‧‧第二次電子軌跡

18‧‧‧出發角度

19‧‧‧出發角度

40‧‧‧物鏡

41‧‧‧線圈

42‧‧‧磁軛

45‧‧‧物鏡

46‧‧‧電極

47‧‧‧電極

70‧‧‧光軸

75‧‧‧光軸

80‧‧‧光軸

90‧‧‧共同交叉

100‧‧‧孔隙

120‧‧‧孔隙

125‧‧‧射束分離裝置

150‧‧‧偵測器

Claims (15)

1. 一種用於檢驗一樣品之帶電粒子束裝置，該帶電粒子束裝置包含：一帶電粒子束源，該帶電粒子束源係適於產生一主帶電粒子束；一物鏡裝置，該物鏡裝置係適於將該主帶電粒子束導至該樣品上；一減速電場裝置，該減速電場裝置係適於將次帶電粒子由該樣品開始加速，其中一第一群組之該等次帶電粒子包含：以大出發角度由該樣品出發之次帶電粒子，且一第二群組之該等次帶電粒子包含：以小出發角度由該樣品出發之次帶電粒子；一第一偵測器裝置，該第一偵測器裝置包含：至少兩個用於偵測次粒子之偵測器區段，其中該第一偵測器裝置係經配置以偵測該第二群組之次帶電粒子，且其中該第一偵測器具有讓該第一群組之次帶電粒子通過之一中央開口，或者該第一偵測器具有一中央開口，該中央開口係經配置以使至少一第二偵測器裝置位於該中央開口之處；其中該物鏡裝置經調適使得具有由該樣品之不同出發角度之粒子在距該樣品大致相同距離之處展現交叉，形成一共同交叉，及一第一孔隙，該第一孔隙位於該物鏡裝置及該第一偵 測器裝置之間，該第一孔隙具有一開口，該開口具有與該第一偵測器裝置中之該中央開口相等或較小之一直徑，且該第一孔隙係處於一位置，該位置滿足下列性質至少之一者：(i)該第一孔隙係在該共同交叉附近，(ii)該第一孔隙係處於散逸粒子(stray particles)展現一最大散佈之處。
2. 如請求項1所述之裝置，該裝置進一步包含：一第二孔隙。
3. 如請求項2所述之裝置，其中該第二孔隙位於滿足該等性質(i)或(ii)至少之一者之一位置。
4. 2或3所述之裝置，該裝置進一步包含以下至少之一者：一次帶電粒子束偏轉裝置、一轉換透鏡裝置、與一次帶電粒子束偏轉裝置結合之一轉換透鏡裝置、及一射束分離裝置，該射束分離裝置係適於將該主粒子束自該第一群組之次帶電粒子及該第二群組之次帶電粒子之至少一者分離。
5. 如請求項1所述之裝置，其中該帶電粒子束源係適於產生沿著一第一光軸之該主帶電粒子束，該帶電粒子束裝置進一步包含：一射束分離裝置及一轉換透鏡裝置，該射 束分離裝置係適於將該主粒子束自該第一群組之次帶電粒子及該第二群組之次帶電粒子之至少一群組分離，該轉換透鏡裝置係處於鄰近該射束分離裝置處，且該轉換透鏡裝置係適於將該第一群組之次帶電粒子及該第二群組之次帶電粒子之至少一者導向沿著一第二光軸之一方向，且其中該至少一第二偵測器裝置係處於沿著該第二光軸處。
6. 如請求項5所述之裝置，其中該第一偵測器裝置係處於沿著該第二光軸處，且其中該第二偵測裝置(150)係位於該第一偵測裝置之中央。
7. 如請求項1所述之裝置，該裝置進一步包含：用於調整該次帶電粒子束共同交叉相對於該第一光軸或該第二光軸之位置的構件。
8. 一種以一帶電粒子束裝置檢驗一樣品之一方法，該方法包含以下步驟：在一第一光軸上產生一主帶電粒子束；使用一物鏡裝置，將該主帶電粒子束聚焦至該樣品上；藉由在該樣品處之該主帶電粒子束產生一次帶電粒子束，該次帶電粒子束包含：以大出發角度由該樣品出發之一第一群組之次帶電粒子，及以小出發角度由該樣品出發之一第二群組之次帶電粒子； 將該次帶電粒子束聚焦，使得來自該第一群組及來自該第二群組之粒子在距該樣品大致相同距離之處展現交叉，形成一共同交叉；以一第一孔隙阻擋散逸粒子，該第一孔隙係位於該物鏡及一第一偵測器之間；及偵測該次帶電粒子束之粒子，其中該偵測之步驟至少包含以下步驟：以該第一偵測器偵測該第二群組之次帶電粒子，且其中該第一偵測器具有讓該第一群組之次帶電粒子通過之一開口，或者該第一偵測器具有一開口，該開口係經配置以使至少一第二偵測器裝置位於該開口之處。
9. 如請求項8所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：將該次帶電粒子束之該共同交叉之一位置調整至該光軸之一方向。
10. 如請求項8所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：相對於該第一孔隙及一偵測器來調整該次粒子束之定向(alignment)，以使藉由偵測器所偵測之一對比度最佳化。
11. 如請求項8所述之方法，其中該主帶電粒子束係沿著一第一光軸被產生，該主帶電粒子束係自該次帶電粒子分離，且該次帶電粒子係被導向沿著一第二光軸之一方向，且該次帶電粒子係沿著該第二光軸被偵測。
12. 如請求項8所述之方法，其中該第一群組之次帶電粒子具有大於45度之朝向該樣品之出發角度，且該第二群組之次帶電粒子具有介於0度至45度之間之朝向該樣品之出發角度。
13. 如請求項8所述之方法，其中該第一孔隙及具有不同出發角度之次帶電粒子之該共同交叉之間之一距離小於2公分。
14. 如請求項8所述之方法，其中該孔隙係位於該次粒子之該共同交叉附近。
15. 如請求項8所述之方法，其中該物鏡裝置包含由以下組成之群組中之至少一元件：一減速電場透鏡、一聚焦透鏡、一磁透鏡、一靜電透鏡及一靜電磁透鏡。