TWI712070B - 用於檢查樣品之表面的組件和多束電子柱單元以及其用途 - Google Patents

用於檢查樣品之表面的組件和多束電子柱單元以及其用途 Download PDF

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Abstract

本發明有關用於檢查樣品之表面的組件。組件包括二或更多個多束電子柱單元。每個單元包括：單一熱場發射器，其發射發散的電子束朝向分束器，其中分束器包括第一多孔板，其包括多個孔洞以生成多條主要電子束，準直器透鏡，其將來自發射器的發散電子束加以準直，物鏡單元，其將該等多條主要電子束聚焦在該樣品上，以及多感測器偵測器系統，其分開偵測在該樣品上的該等聚焦之主要電子束的每一者所生成之次要電子束的強度。二或更多個多束電子柱單元安排成彼此相鄰以同時檢查樣品表面的不同部分。

Description

用於檢查樣品之表面的組件和多束電子柱單元以及其用途
本發明有關用於檢查樣品之表面的組件。
積體電路製程的一個常規步驟是檢查圖案化的表面，特別是當開始新的設計時。將整個300毫米晶圓的實質部分加以成像以檢查圖案中的缺陷和嵌埋在圖案中或晶圓頂部上的粒子。這種檢查目前是由專屬儀器中的高產出光學顯微鏡來進行。
隨著微影術的進展，儀器必須偵測愈來愈小的缺陷和粒子。問題在於因為當粒子的尺寸減少時，從粒子所散射的光快速的減少，所以訊號對背景(和雜訊)的比例正在減少。
為了解決這問題，已經使用電子束檢查機，並且為了某些目的而仍在使用。電子束檢查機可以具有比光學系統高很多的解晰度。然而，電子束檢查機受限於它們可以檢查晶圓的速度。為了增加速度，已經提出了多柱電子束系統。
舉例而言，世界專利公告案第2004/017355號揭示用於多柱電子束檢查工具之電子光學組件的範例，其具有大約52根電子束柱而分布在半導體晶圓的面積上。每根柱包括它自己的電子槍。根據世界專利公告 案第2004/017355號，有利的是該組件包括一或更多個電子光學構件，其對於電子束柱的整個組件來說是單一結構，例如第一加速器電極、最終加速器電極、聚焦電極安裝板、槍安裝板。這些單一結構提供機械整合性給電子光學組件並且有助於製造組件。
由於使用52根電子束柱的緣故，可以增加生產力。然而，舉例而言，對於產出等級在每小時一片晶圓的電子束檢查設備來說，這電子束柱的數目太少，如下所示範：為了做出具有合理訊噪比的影像，每個像素需要等級在300到400個主要電子(針對大約0.3的量子偵測效率)。直徑300毫米的半導體晶圓包含差不多7×1014個10×10奈米的像素以偵測10奈米的缺陷。為了獲得每小時一片晶圓的產出，需要差不多10微安培的電流。真正所需的電流取決於許多因素，例如缺陷對比、選擇的束尺寸、所需的缺陷捕捉率。然而，所需的電流大小將會是在這個等級。
具有高亮度來源之電子顯微鏡中的典型電流是在幾奈安培的等級。因此，僅可以平行使用例如10,000個電子束柱或更多來獲得每小時1片晶圓的所要產出。此種系統要求將電子束柱迷你化成差不多7平方毫米的柱佔地面積，這在製造上很難且花錢。
本發明的目的是提供替代性的檢查設備，其允許樣品(尤其是半導體晶圓)有高產出的檢查。
本發明提供的組件包括多個多束電子柱單元，其用於同時檢查樣品表面的不同部分。本發明也包括多束電子柱單元的幾個新穎方面， 包括用於該單一熱場發射源的分開之高真空腔室的設計、用於修正該發射源飄移之修正裝置的設計、次要電子收集和偵測系統的設計。
根據第一方面，本發明有關用於檢查樣品之表面的組件，其中組件包括二或更多個多束電子柱單元，每個多束電子柱單元包括：單一熱場發射源，較佳而言為蕭特基(Schottky)型，其發射發散的電子束朝向分束器，分束器，其包括第一多孔板，該板包括多個孔洞而安排成生成多條主要電子束，該等第一多個孔洞的每個孔洞有一條主要電子束，準直器透鏡，其將來自發射器的發散電子束加以實質準直，物鏡單元，其將該等多條主要電子束聚焦在該樣品上，以及多感測器偵測器系統，其分開偵測在該樣品上的該等聚焦之主要電子束的每一者所生成之次要電子束的強度，其中該等二或更多個多束電子柱單元安排成彼此相鄰，並且安排成將其多條主要電子束聚焦到樣品的表面上以同時檢查樣品表面的不同部分。
注意此種多束電子柱是已知的。此種系統的範例尤其揭示於美國專利第6,774,646、7,504,622、8,039,813號、美國專利公開案第2010/0133433、2010/0320382、2012/0231606號、世界專利公告案第2006/009444號。注意今日的多電子束柱典型而言所具有的直徑大小等級相同於300毫米的半導體晶圓，並且可以安排成提供數以千計的電子束到樣品上，至少理論上是如此。
不使用先前技藝所知的一個多電子束柱，本發明提議改為使用包括多個多電子束柱的組件。熟於此技藝者知道由於使用第一多孔板來 生成多條主要電子束，故電子來源所產生之電流的實質部分被該第一多孔板所阻擋。將此記在心裡，則顯然高亮度電子槍(例如冷場發射器或蕭特基型槍)無法提供用於10,000條電子束之足夠的總電流。能提供足夠總電流的電子槍則沒有所需的亮度。
這限制已經被本發明拋開。根據本發明之組件所提供的解決方案允許使用高亮度的熱場發射(thermal field emission(TFE)或「蕭特基型」)電子來源而具有盡可能少的來源。由於單一TFE來源可以遞送足夠的電流給具有差不多1奈安培電流之100到1000個探針，故總數為10到100個TFE來源足以滿足高產出檢查設備的要求。
從資料傳輸的觀點來看，舉例而言，把10,000條束分為100條電子束的100個單元也是有利的。以1奈安培的束而言，每個像素有400個電子的像素速率為每秒16×106個。對於100個電子束單元而言，這給出每秒大約10億位元組的資料。這對於單一資料線和處理單元來說是適當的。據此，於具體態樣，二或更多個多束電子柱單元當中至少一者包括單一訊號處理單元，其連接到二或更多個多束電子柱單元當中該一者的多感測器偵測器系統。較佳而言，二或更多個多束電子柱單元當中該一者經由單一訊號線或資料線而連接到組件的中央訊號處理單元。
於具體態樣，分束器包括第一電極，其連同第一多孔板而提供第一靜電透鏡陣列，其中該第一多孔板的實質每個孔洞在使用上包括靜電透鏡，以及其中第一靜電透鏡陣列的靜電透鏡安排成將多條主要電子束聚焦於第一聚焦平面。於此具體態樣，分束器的功能與靜電透鏡陣列的功能組合，以提供用於第一多孔板中之每個孔洞的聚焦透鏡，因此用於多電 子束柱單元中的每條電子束。在使用上，該多電子束單元的電子束聚焦於第一聚焦平面，其較佳而言安排在TFE來源和物鏡單元之間的位置。
於具體態樣，第一聚焦平面安排於或靠近準直器透鏡單元。在使用上，獨立的電子束聚焦於或靠近準直器透鏡，其較佳而言是用於該多電子束單元中之所有電子束的單一透鏡，也在此稱為巨透鏡。藉由將第一聚焦平面安排於或靠近準直巨透鏡，則可以大程度的減少獨立電子束由於巨透鏡的像差所造成的扭曲。
於具體態樣，物鏡單元包括第二靜電透鏡陣列，其將該等多條主要電子束聚焦在樣品的表面上，其中第二靜電透鏡陣列包括至少第二多孔板，其中該第二多孔板的實質每個孔洞在使用上包括靜電透鏡。因此，物鏡單元包括靜電透鏡的陣列，尤其是每個獨立的電子束有一個靜電透鏡。
於具體態樣，該第二靜電透鏡陣列包括離開第二多孔板的第二電極，其中該第二電極包括多孔板，其具有孔洞陣列而對齊於第二多孔板的孔洞。將孔洞對齊，以便提供多條主要電子束當中一者通過第二電極之多孔板的一個孔洞和第二多孔板的一個關聯的孔洞。在使用上，該第二電極相對於第二多孔板而設定在不同的電壓。該電壓差異導致第二電極和第二多孔板之間有電場，該電場作用為用於行進通過第二電極之多孔板的該一孔洞和第二多孔板的該關聯孔洞之電子束的透鏡。使用至少二個此種對齊的多孔板則提供良好界定的靜電透鏡陣列，以將多條主要電子束的每一者正確聚焦到樣品的表面上。
於具體態樣，該第二靜電透鏡陣列包括離開第二多孔板的第二電極，其中該第二電極包括單一孔以讓該等多條主要電子束從此穿過。 在使用上，該第二電極設定在不同於第二多孔板的電壓。相較於具有二個多孔板之堆疊的靜電透鏡陣列，根據此具體態樣的第二靜電透鏡陣列比較容易製造和對齊。
於具體態樣，該第二多孔板在使用上設定在不同於樣品表面的電壓，以便在第二多孔板和樣品的表面之間提供靜電減速場，其小於在該多孔板背對樣品之那一側的最近電極和第二多孔板之間的靜電減速場。於具體態樣，該最近的電極是第二電極。這用於主要電子束的減速場提供用於來自樣品之次要電子的加速場，該加速場用於將次要電子指引朝向該多束電子柱單元的多感測器偵測系統。
於具體態樣，第二靜電透鏡陣列包括一系列的第二電極，其都安排在不同於第二多孔板的距離。於具體態樣，該系列包括多於二個的第二電極，較佳而言為四個第二電極。藉由在該系列之第二電極的相鄰者之間提供使用上適合的電壓差異，則物鏡單元可以優化成將主要電子束正確聚焦到樣品的表面上，並且還優化成從樣品適合的收集次要電子成為次要電子束。
於具體態樣，每個多束電子柱單元進一步包括電磁偏折單元，其將來自該分束器的多條主要電子束對齊到該第二靜電透鏡陣列中之透鏡的中央上。於同時具有第一和第二多孔板的多束電子柱，源自第一多孔板之孔洞的電子束必須正確對齊在第二多孔板的孔洞上。藉由提供電磁偏折單元，則第一和第二多孔板之間對齊的任何偏差或飄移可以由電磁偏折單元來修正。
於具體態樣，電磁偏折單元安排成對於該等多條主要電子束 的所有主要電子束提供實質相等的偏折。此種對於該多束電子柱單元之所有電子束的實質相等偏折的優點在於僅需要一個偏折訊號來控制所有電子束之實質相等的偏折。於具體態樣，該偏折訊號包括電位和電流當中至少一者。
於具體態樣，每個多束電子柱單元包括二個該等電磁偏折單元，其中該等二個電磁偏折單元的偏折方向彼此實質垂直。使用二個電磁偏折單元的這組合，則電子小束的陣列可以偏折於二個實質正交的方向，這允許將電子小束的陣列定位在偏折單元下游之平面上的任何位置上，尤其在物鏡單元之想要的位置上以將該等多條主要電子束聚焦在該樣品上。
於具體態樣，該多束電子柱包括可獨立調整的偏折元件之陣列，其將來自該分束器的多條主要電子束轉向到該第二靜電透鏡陣列中之透鏡的中央上。
於具體態樣，準直器透鏡是組合式磁性和靜電準直器電子透鏡，其將該分束器所生成之多條主要電子束的間距和旋轉調整成該第二靜電透鏡陣列中的透鏡之中央的間距和旋轉位置。較佳而言，準直器透鏡包括線圈而具有一或更多條繞線，該線圈安排在實質垂直於該多束電子柱單元之縱向中線的平面，其中線圈的中央或中線實質重合於該多束電子柱單元的縱向中線。於具體態樣，該線圈的該一或更多條繞線安排在實質平坦的基板(舉例而言為矽晶圓)上，其提供有一或更多個貫穿開口以讓該(多條)電子束從此穿過，其中線圈安排成實質在該一或更多個貫穿開口附近。於具體態樣，該一或更多個貫穿開口提供有電磁偏折單元的電極或可獨立調整的偏折元件之陣列的電極。
於具體態樣，至少在使用上，第二靜電透鏡陣列的每個透鏡安排成將來自樣品的次要電子以相較於主要電子束的一額外交叉而投射到多感測器偵測器上。較佳而言，第二靜電透鏡陣列安排成將次要電子投射到多感測器偵測器系統上；較佳而言，次要電子失焦在多感測器偵測器系統上。較佳而言，多感測器偵測器系統包括在該多感測器偵測器系統上之次要電子的該失焦點區域之多個感測器。藉由使用偏心感測器來偵測次要電子之失焦點的中央部分，則可以獲得研究樣品的角度資訊。附帶或替代而言，暗視野影像可以使用這設定而獲得。
於具體態樣，該等多束電子柱單元的每一者包括在該準直器透鏡和該物鏡單元之間的所有電磁偏折系統，以將次要電子束偏折朝向該多感測器偵測器系統。於具體態樣，電磁偏折系統安排成將該等次要電子束偏折於1和20度之間的角度，較佳而言於差不多3度的角度。藉由使用此種低偏折的次要電子束，則多感測器偵測器系統安排成相鄰和靠近主要電子束的束路徑，這允許多束電子柱單元有緊湊的設計和小的佔地面積。
於具體態樣，該電磁偏折系統包括文氏(Wien)偏折器。此種文氏偏折器使用磁場以從主要電子的軌跡解開次要電子的軌跡。為了將次要電子偏折於1和20度之間的小角度，較佳而言於差不多3度的角度，次要和主要電子在使用上僅橫越比較弱的磁場和/或比較小的磁場區域，這便足以解開它們的軌跡。較佳而言，安排成偏折低能量次要電子的磁場強度和/或磁場區域大小係與安排成與靜電場疊加以補償磁場對高能量主要電子的影響。主要電子橫越文氏偏折器而實質未偏折，這提供了幾個優點。第一，用於主要電子束之電子光學柱的設計比較簡單，舉例而言使用實質 直線的設定而具有實質直線型光軸。第二，主要電子束的對齊實質上與文氏偏折器無關。第三，此種直線設計提供小的佔地面積，這允許容易將幾個多束電子柱單元組合到根據本發明的組件裡。
在次要電子束路徑從主要電子束路徑解開或分開之後，將次要電子指引到多感測器偵測器系統。用於此種多感測器偵測器系統的幾種不同的具體態樣則提出如下：
於第一具體態樣，該多感測器偵測器系統包括：螢光板，其安排成在該螢光板的第一側上接收次要電子束，並且對於該等次要電子束的每一者而產生實質分開的發光點，以及多感測器偵測器，其安排在該螢光板之背對第一側的第二側。
較佳而言，多感測器偵測器直接安排在螢光板的頂部上，較佳而言是靠著螢光板和/或連接到螢光板。
於第二具體態樣，該多感測器偵測器系統包括：螢光板或層，其安排成接收次要電子束，並且對於該等次要電子束的每一者而產生實質分開的發光點，光纖陣列，其中該螢光板或層安排成相鄰或附接於該光纖陣列的第一末端，以將來自該實質分開之發光點的光耦合到光纖裡，以及多感測器偵測器，其耦合於該光纖陣列之相反於該第一末端的第二末端。
於第三具體態樣，該多感測器偵測器系統包括：螢光板，其安排成接收次要電子束，並且對於該等次要電子束的每一者而產生實質分開的發光點，以及 鏡子，其將發光點成像在多感測器偵測器上。此種鏡子將安排於橢圓形鏡子的一焦點之螢光板上的發光點有效率的成像到安排於橢圓形鏡子之另一焦點的多感測器偵測器(例如電荷耦合裝置(CCD)感測器)上。
較佳而言，鏡子包括實質橢圓形的反射表面。
較佳而言，鏡子提供有貫穿開口，以允許主要電子束和次要電子束通過。
於多感測器偵測器系統的這些所有的具體態樣，多感測器偵測器較佳而言包括至少一種多像素光偵測器，例如CCD相機、互補式金屬氧化物半導體(CMOS)相機、崩潰光二極體陣列、光倍增器陣列。
於具體態樣，該多像素偵測器系統包括直接多像素電子偵測器。
於具體態樣，每個多束電子柱單元包括第三多孔板，其安排在或靠近第一聚焦平面，其中該第三多孔板包括多個孔洞而安排成讓聚焦的主要電子束從此穿過，而該等第三多個孔洞的每個孔洞有一條聚焦的電子束。於具體態樣，每個多束電子柱單元包括腔室，其中該單一熱場發射源和該分束器安排在該腔室裡，以及其中該第二多孔板提供該腔室的壁。該腔室把熱場發射源從當中安排了多束電子柱單元之剩餘部份和樣品的真空環境加以分開。
由於第三多孔板較佳而言安排在或靠近第一聚焦平面，故孔洞較佳而言具有極小的直徑，舉例而言小於25微米，較佳而言差不多5微米。第三多孔板的此種小孔洞僅提供對腔室極有限的洩漏；相對於真空環境的真空壓力，這允許在包括熱場發射源的腔室裡提供低很多的真空壓力。
於具體態樣，該腔室連接到或包括真空泵。這真空泵允許在適合熱場發射源操作的腔室裡提供極低的真空壓力，也稱為高真空。雖然腔室周圍之真空環境的真空壓力在使用上安排成適合藉由多條電子束來操作樣品的檢查，但是這真空壓力可以高於腔室中的真空壓力。
較佳而言，連接到腔室或是腔室之一部分的該真空泵包括離子泵。此種真空泵允許獲得極低的真空壓力，並且可以操作成實質不將震動引入多束電子柱單元。
於具體態樣，每個多束電子柱單元包括在或靠近單一熱場發射源的偏折器。這偏折器安排成偏折熱場發射源的整個電子束，並且可以用於修正熱場發射源在其壽命期間的任何飄移。這偏折器對於將多條電子束加以對齊和/或維持修正的對齊以通過第三多孔板的孔洞來說特別實用，該等孔洞較佳而言極小，較佳而言具有5微米的直徑。
於具體態樣，第一孔洞板提供有多於系統中的主要電子束之數目的孔洞，尤其是當使用時。於具體態樣，第一孔洞板提供有孔洞的面積乃大於該第一孔洞板在使用上被單一熱發射源所發射之發散電子束所照射的面積。第一孔洞板因此提供有許多備用的孔洞，其較佳而言安排在使用上生成多條主要電子束的孔洞之附近。這些備用孔洞可以用於單一熱場發射源的飄移變得太大而無法由在或靠近單一熱場發射源的偏折器來適當修正之情形。如果飄移變得太大，則偏折器安排成將整個發散電子束偏移於第一孔洞板的二個相鄰孔洞之間的距離，以便使用該等備用孔洞的一或更多者以確保維持所需數目的主要電子束並且有偏折器造成的適當偏折範圍，以便修正任何進一步的飄移。於具體態樣，使用電磁偏折單元以將偏 移的電子束陣列偏折回到物鏡單元上。
於具體態樣，該多束電子柱在該樣品表面上方所佔據的表面積範圍從20×20平方毫米到60×60平方毫米，較佳而言差不多26×32平方毫米。
於具體態樣，該等聚焦之多條主要電子束在樣品表面上的間距範圍從50到500微米，較佳而言差不多150微米。
根據第二方面，本發明提供用於檢查樣品之表面的多束電子柱單元，其中多束電子柱單元包括：單一熱場發射源，較佳而言為蕭特基型，其發射發散的電子束朝向分束器，其中分束器包括第一多孔板，該板包括多個孔洞而安排成生成多條主要電子束，該等第一多個孔洞的每個孔洞有一條主要電子束，其中分束器包括第一電極，其連同第一多孔板而提供第一靜電透鏡陣列，其中該第一多孔板的實質每個孔洞在使用上包括靜電透鏡，以及其中第一靜電透鏡陣列的靜電透鏡安排成將多條主要電子束聚焦於第一聚焦平面，進一步多孔板，其安排在或靠近第一聚焦平面，其中該進一步多孔板包括多個孔洞，其安排成讓聚焦的主要電子束從此穿過，該第三多個孔洞的每個孔洞有一條聚焦的電子束，準直器透鏡，其將來自發射器的發散電子束加以實質準直，物鏡單元，其將該等多條主要電子束聚焦在該樣品上，以及多感測器偵測器系統，其分開偵測在該樣品上的該等聚焦之主要電子束的每一者所生成之次要電子束的強度，其中多束電子柱單元包括腔室，較佳而言為真空腔室，其中該單一熱 場發射源和該分束器安排在該腔室裡，以及其中該進一步多孔板提供該腔室的壁。
於具體態樣，該腔室連接到或包括真空泵，其中該真空泵較佳而言包括離子泵。
於具體態樣，該多束電子柱單元包括在或靠近單一熱場發射源的偏折器，其中該偏折器安排成修正該發射源的飄移。
根據第三方面，本發明提供用於檢查樣品之表面的多束電子柱單元，其中多束電子柱單元包括：單一熱場發射源，較佳而言為蕭特基型，其發射發散的電子束朝向分束器，其中分束器包括第一多孔板，該板包括多個孔洞而安排成生成多條主要電子束，該等第一多個孔洞的每個孔洞有一條主要電子束，準直器透鏡，其將來自發射器的發散電子束加以實質準直，物鏡單元，其將該等多條主要電子束聚焦在該樣品上，以及多感測器偵測器系統，其分開偵測在該樣品上的該等聚焦之主要電子束的每一者所生成之次要電子束的強度，其中該多束電子柱單元包括在或靠近單一熱場發射源的偏折器，其中該偏折器安排成修正該發射源的飄移。
根據第四方面，本發明關於如上所述之組件或多束電子柱單元的用途，其係用於檢查樣品的表面，較佳而言為單一半導體晶圓的表面。
說明書所述和所示的多樣方面和特色只要可能的話就可以獨立的適用。這些獨立的方面(尤其是所附申請專利範圍附屬項所述的方面和特色)可以做成專利分割案的主題。
1、1’:多束電子柱單元
2:發射器
3:發散電子束
4:分束器
5:主要電子束
6:準直器透鏡
7:物鏡單元
8:多感測器偵測系統
9:次要電子束
10:分離器
11、11’:多束電子柱單元控制器
12:中央訊號處理單元或組件控制器
13:樣品
14、14’:訊號線
21:多束電子柱單元
22:熱場發射源
23:發散電子束
24:分束器
25:主要電子束
26:準直器透鏡單元
27:物鏡單元
28:多感測器偵測器系統
29:次要電子束
30:文氏偏折器
31:第一多孔板
32:第一電極
33:第二多孔板
34:第二電極
35:螢光板
36:多感測器偵測器
37:孔洞
41:多束電子柱單元
42:熱場發射源
43:發散電子束
44:分束器
45:主要電子束
46:準直器透鏡單元
47:物鏡單元
48:多感測器偵測器系統
49:次要電子束
50:文氏偏折器
51:第一多孔板
52:第一電極
53:第二多孔板
54:次要電極
55:螢光板或層
56:光纖
58:多感測器偵測器
61:多束電子柱單元
62:熱場發射源
63:發散電子束
64:分束器
65:主要電子束
66:準直器透鏡單元
67:物鏡單元
68:多感測器偵測器系統
69:次要電子束
70:文氏偏折器
71:第一多孔板
72:第一電極
73:第二多孔板
74:次要電極
76:螢光板
78:鏡面
79:光線
80:多感測器偵測器
81:鏡子
82:貫穿開口、發射源
83:發光點、主要電子
84:成像點、分束器
85、85’:主要電子束
86、86’:準直器透鏡
87:物鏡單元
88、88’、88”:偏折器次系統或偏折單元
92:發射源
93:主要電子
94:分束器
94’:靜電透鏡
95、95’、95”:主要電子束
96:準直器透鏡
97、97’:物鏡單元
98:第三多孔板
98’:孔洞
99:腔室
100:真空泵
101:偏折器、上電極
102:下電極
103:第二多孔板
104:進一步電極
105、105’、105”:進一步電極
106:中央貫穿開口
107、107’:次要電子束
107”:點
108:靜電場線、感測器
108’:感測器
109:額外交叉
881:光軸
882:第一基板
883:第二基板
884:第三基板
885、886、887:貫穿開口
888:第一電極
889:第二電極
890:第一電極
891:第二電極
892:線圈
893:第一基板
894:第二基板
895、896:貫穿開口
897:第一電極
898:第二電極
899:線圈
900:基板
901:貫穿開口
902:第一電極
903:第二電極
904:線圈
905:次要電極
906:中央電極
907:次要電極
908:線圈
909:橋接鐵磁性互連
910:光軸
d:直徑
r:徑向
V1:主要電極的電壓、上電極的電壓
V2:次要電極的電壓、中央電極的電壓
V3:下電極的電壓
V4:第二多孔板的電壓
V5:最近之進一步電極的電壓
Z:與樣品表面的距離
Z1:朝向樣品表面的行進方向
Z2:遠離樣品表面的行進方向
Δ:距離
φ:角度
本發明將基於所附圖式中顯示的範例性具體態樣來闡述，其中：圖1示意顯示根據本發明的二個多束電子柱單元之組件的範例；圖2示意顯示用於圖1組件之多束電子柱單元的第一範例；圖3示意顯示用於圖1組件之多束電子柱單元的第二範例；圖4示意顯示用於圖1組件之多束電子柱單元的第三範例；圖5A示意顯示用於主要電子束之電子光學構件的範例，其包括偏折器次系統而用於圖2、3、4所示的任一範例；圖5B和5C示意顯示由偏折器次系統所造成之主要電子束的可能偏折；圖6A、6B、6C示意顯示偏折器次系統的三個範例；圖6D示意顯示準直器透鏡設計的範例，其將主要帶電粒子束的陣列加以準直和旋轉；圖7示意顯示用於主要電子束之電子光學構件的範例，其包括電子來源的封罩而用於圖2、3、4所示的任一範例；圖8示意顯示準直器透鏡的範例，其包括用於圖7範例的孔洞陣列；圖9示意顯示物鏡的範例，其用於圖2、3、4、5、6所示的任一範例；圖10A示意顯示主要電子當它們由物鏡聚焦在晶圓上的軌跡放大圖範例；圖10B示意顯示次要電子當它們因為較低能量而以額外交叉來聚焦回到偵測器上的軌跡放大圖範例；以及圖10C示意顯示圖10B的次要電子束在多感測器偵測器上之束點的範 例。
圖1顯示根據本發明之組件的示意代表圖。組件包括二個實質相同的多束電子柱單元1、1’。每個單元1、1’包括單一蕭特基場發射器2，其發射發散的電子束3朝向分束器4。分束器4包括第一多孔板，其包括多個孔洞而生成多條主要電子束5。單元1、1’進一步包括準直器透鏡6，其將來自發射器2的發散電子束3加以準直，並且指引多條主要電子束5朝向物鏡單元7而將該等多條主要電子束5聚焦在樣品13上。附帶而言，物鏡單元7安排成拾取主要電子5與樣品13之表面交互作用所形成的次要電子，並且指引這些次要電子朝向多感測器偵測系統8。多感測器偵測器系統8安排成分開偵測在該樣品13上的該等聚焦之主要電子束5的每一者所生成之次要電子束9的強度。此外，每根柱單元1、1’提供有分離器10(例如文氏偏折器)以解開(低能量)次要電子束9和(高能量)主要電子束5。
如圖1所示，相對於主要電子從發射器2朝向物鏡7的行進方向而言，準直器透鏡6安排在分束器4之前。然而，準直器透鏡也可以安排在分束器之後，這顯示於多束電子柱單元的其他範例，如下所述。
二個多束電子柱單元1、1’安排成彼此相鄰以同時檢查樣品13之表面的不同部分。僅為了示範，圖1呈現的二個多束電子柱單元1、1’各具有4條束。較佳而言，組件包括100個多束電子柱單元，每個有100條電子束，該等100個多束電子柱單元安排在300毫米晶圓的面積裡。本範例的樣品13是單一晶圓，如半導體工業所知的。
於如圖1所示的組件範例，每個多束電子柱單元1、1’連 接到多束電子柱單元控制器11、11”。因此，二或更多個多束電子柱單元1、1’的每一者包括單一訊號處理單元或控制器11、11，其至少連接到二或更多個多束電子柱單元1、1’的多感測器偵測器系統8。獨立的多束電子柱單元控制器11、11’經由單一訊號線14、14’而連接到中央訊號處理單元或組件控制器12。於此範例，多束電子柱單元控制器11、11’和組件控制器12是獨立的控制器。於替代性具體態樣，多束電子柱單元控制器11、11’和組件控制器12可以組合成一個控制單元。
多束電子柱單元控制器11、11’安排成控制多束電子柱單元1、1’之多樣元件的功能性，並且從多感測器偵測器系統8擷取資料，其包含特殊之多束電子柱單元1、1’所檢查的樣品13之部分的影像資訊。來自獨立之多束電子柱單元1、1’的資料在組件控制器12中組合以提供至少實質整個300毫米晶圓之表面的影像。
根據本發明而可以獨立使用或用於組件之第一替代性多束電子柱單元21則顯示於圖2。多束電子柱單元21包括蕭特基型的單一熱場發射源22，其發射發散的電子束朝向分束器24。此範例的分束器24包括第一多孔板31，其包括多個孔洞而安排成生成多條主要電子束25，該等第一多個孔洞的每個孔洞有一條主要電子束25。附帶而言，分束器24包括第一電極32，其連同第一多孔板31而提供第一靜電透鏡陣列，其中該第一多孔板31的實質每個孔洞在使用上包括靜電透鏡，其將該孔洞所生成的電子束加以聚焦。分束器24之第一靜電透鏡陣列的靜電透鏡安排成將多條主要電子束25聚焦於第一聚焦平面。
多束電子柱單元21進一步包括準直器透鏡單元26，其將來 自分束器24之發散的主要電子束25準直成實質平行的主要電子束25之陣列。雖然從圖2看不清楚，但圖5A和7清楚顯示第一聚焦平面安排於準直器透鏡單元26中或靠近它，以便限制或甚至避免主要電子束25中的光學像差，其可以由準直器透鏡單元26所誘發。從準直器透鏡單元26，準直的主要電子束25被指引到物鏡單元27，其將該等多條主要電子束25聚焦在該樣品13上。在它朝向物鏡單元27的路上，主要電子束25通過文氏偏折器30，其在使用上安排有場強度，這對高能量之主要電子束25的影響可忽略。
物鏡單元27包括第二靜電透鏡陣列，其將該等多條主要電子束聚焦在樣品的表面上，其中第二靜電透鏡陣列包括至少第二多孔板33。附帶而言，物鏡單元27包括第二電極34，其連同第二多孔板33而提供第二靜電透鏡陣列。在使用上，該等第二電極34的至少一者設定在不同於第二多孔板33的電壓，使得該第二多孔板33的每個孔洞在使用上包括靜電透鏡，其將主要電子束25聚焦到樣品13的表面上。於此範例，第二電極34安排成離開第二多孔板33，並且該等第二電極34的每一者包括多孔板，其具有孔洞37的陣列而對齊於第二多孔板33的孔洞。將孔洞對齊，以便讓多條主要電子束25通過第二電極34的多孔板之每一者的一孔洞37和第二多孔板33之一關聯的孔洞。
替代而言，物鏡單元包括第二電極，每個第二電極包括單一孔以讓該等多條主要電子束從此穿過。此種物鏡單元在下面參考圖9做更詳細描述。
在使用上，該第二多孔板33相對於樣品13的表面而設定在不同的電壓，以便提供用於主要電子束25的靜電減速場，該靜電減速場安 排在第二多孔板33和樣品13的表面之間。附帶而言，進一步的靜電減速場在使用上安排在該多孔板33之背對樣品13那一側的最近電極之間。於此範例，最近的電極是某一第二電極34。此外，第二電極34和第二多孔板33之間的進一步靜電減速場較佳而言安排成大於第二多孔板33和樣品13的表面之間的靜電減速場。這用於主要電子束25的減速場提供用於來自樣品13之次要電子29的加速場，該加速場用於指引次要電子29向上而方向相反於主要電子25的行進方向。
在它離開物鏡單元27的路上，次要電子束29通過文氏偏折器30，其在使用上安排有場強度而將低能量的次要電子束29偏折於1和20度之間的小角度，較佳而言於3度的角度，這足以從主要電子束25解開次要電子束29，尤其不實質偏折主要電子束25，如圖2示意所示。文氏偏折器30提供有靜電偏折器，其在使用上產生靜電場而安排成補償磁場對高能量之主要電子25的影響。此種靜電偏折器的範例舉例而言顯示於圖6A(參考數字882、883)和圖6B(參考數字893)，該等範例在下面參考這些圖做更詳細討論。
偏折的次要電子束29則指引朝向多感測器偵測器系統28。此範例的多感測器偵測器系統28包括螢光板35，其安排成讓螢光板35不干擾主要電子束25的軌跡。於圖2的範例，這是藉由將螢光板35安排成次於主要電子束25的軌跡而建立。
螢光板35所安排的位置係用於分開偵測在該樣品13上的該等聚焦之主要電子束25的每一者所生成之獨立的次要電子束29的強度。尤其，螢光板35安排成接收次要電子束29，並且對於該等次要電子束29的 每一者產生發光點。
如圖2所示，多感測器偵測器36安排在螢光板35背對物鏡單元27的那一側。多感測器偵測器36包括多像素光偵測器，尤其是CCD相機、CMOS相機、光二極體陣列、光倍增器陣列當中一者。於此範例，次要電子束29在螢光板35的分開乃安排成以致在使用上多感測器偵測器36分開偵測在該樣品13上的該等聚焦之主要電子束25的每一者所生成之獨立的次要電子束29的強度。
於實際的範例，多束電子柱單元21安排成使用100條主要電子束25，其安排成規律的陣列，其中該等聚焦之主要電子束25在樣品13之表面上的間距範圍從50到500微米，尤其為150微米。規律的陣列舉例而言包括10×10條主要電子束25。於此情形，主要電子束25之陣列在樣品13之表面上的直徑d之範圍從差不多0.5到5毫米，尤其從1到2毫米。
為了覆蓋規律安排之主要電子束25的陣列之間的面積，物鏡單元27由掃描偏折器所提供，其將主要電子束25的陣列掃描在樣品13的表面上。雖然掃描偏折器並未詳細顯示於圖2，但是此種掃描偏折器的範例顯示於圖6A、6B、6C，其在下面更詳細討論。
根據本發明而可以獨立使用或用於組件之第二替代性多束電子柱單元41則顯示於圖3。再次而言，多束電子柱單元41包括單一熱場發射源42，其發射發散的電子束朝向分束器44。分束器44包括第一多孔板51，其包括多個孔洞而安排成生成多條主要電子束45。附帶而言，分束器44包括第一電極52，其連同第一多孔板51而提供第一靜電透鏡陣列，其中該第一多孔板51的實質每個孔洞在使用上包括靜電透鏡，其將該孔洞所生 成的主要電子束45加以聚焦。再次而言，分束器44之第一靜電透鏡陣列的靜電透鏡安排成將多條主要電子束45聚焦於第一聚焦平面，其安排於或靠近準直器透鏡單元46。準直器透鏡單元46將來自分束器44之發散的主要電子束45準直成實質平行的主要電子束45之陣列。從準直器透鏡單元46，準直的主要電子束45被指引到物鏡單元47，其將該等多條主要電子束45聚焦在樣品13上。在它朝向物鏡單元47的路上，主要電子束45通過文氏偏折器50，其在使用上安排有場強度，這對高能量之主要電子束45的影響可忽略。文氏偏折器50提供有靜電偏折器，其在使用上產生靜電場而安排成補償磁場對高能量之主要電子45的影響。物鏡單元47包括第二靜電透鏡陣列，其將該等多條主要電子束45聚焦在樣品13的表面上，其中第二靜電透鏡陣列包括至少第二多孔板53和次要電極54，它們一起提供第二靜電透鏡陣列。再次而言，物鏡單元47在使用上安排成提供用於來自樣品13之次要電子49的加速場，該加速場用於指引次要電子49向上而方向相反於主要電子45的行進方向。在它離開物鏡單元47的路上，次要電子束49通過文氏偏折器50，其在使用上安排有場強度而將低能量的次要電子束49偏折於小角度，其足以從主要電子束45解開次要電子束49，如圖3示意所示。偏折的次要電子束49則指引朝向多感測器偵測器系統48。
如圖3所示，這第二替代性多束電子柱單元41包括多感測器偵測器系統48，其異於先前範例的多感測器偵測器系統28。這第二替代性多束電子柱單元41的多感測器偵測器系統48包括光纖56的陣列，其安排成束而具有第一末端，該第一末端安排成次於主要電子束45的軌跡，尤其如此則第一末端不干擾主要電子束45的軌跡。相鄰或附接於該第一末端 的是螢光板或層55，其安排成接收次要電子束49，並且對於該等次要電子束49的每一者產生實質分開的發光點。
於此範例，次要電子束49在螢光板55的分開乃安排成以致在使用上該等光纖56的一或更多者關聯於該等發光點的每一者。來自該等發光點當中一者的至少部分光則耦合到關聯於該等發光點之該一者的一或更多條光纖56裡，並且由光纖56傳送到多感測器偵測器58，其安排在相反於該束光纖56之該第一末端的第二末端。多感測器偵測器58包括多像素光偵測器，尤其是CCD相機、CMOS相機、光二極體陣列、光倍增器陣列當中一者。
這架構的優點在於多感測器偵測器58可以安排成離開該螢光板55或者甚至與多束電子柱單元41分開，舉例而言以便提供較小的佔地面積給多束電子柱單元41。
這架構的進一步優點在於該束光纖56可以安排成散開以便覆蓋在相對於該束的第一末端之第二末端的較大面積，如圖3示意所示。由於在該束光纖56的第二末端有較大面積，光纖則安排在或耦合於多感測器偵測器58，故來自螢光板55上分開之發光點的光在多感測器偵測器58分開得更多，而更容易從獨立的點來分開偵測光。也有可能將該束光纖56分成次束，其中每個次束連接到獨立的偵測器。散開或分開光纖56則允許多感測器偵測器58之獨立的偵測器有更多的空間。
根據本發明而可以獨立使用或用於組件的第三替代性多束電子柱單元61則顯示於圖4。再次而言，多束電子柱單元61包括單一熱場發射源62，其發射發散的電子束朝向分束器64。分束器64包括第一多孔板 71，其包括多個孔洞而安排成生成多條主要電子束65。附帶而言，分束器64包括第一電極72，其連同第一多孔板71而提供第一靜電透鏡陣列，其中該第一多孔板71的實質每個孔洞在使用上包括靜電透鏡，其將該孔洞所生成的主要電子束65加以聚焦。再次而言，分束器64之第一靜電透鏡陣列的靜電透鏡安排成將多條主要電子束65聚焦於第一聚焦平面，其安排於或靠近準直器透鏡單元66。準直器透鏡單元66將來自分束器64之發散的主要電子束65準直成實質平行的主要電子束65之陣列。從準直器透鏡單元66，準直的主要電子束65被指引到物鏡單元67，其將該等多條主要電子束65聚焦在樣品13上。在它朝向物鏡單元67的路上，主要電子束45通過文氏偏折器70，其在使用上安排有場強度，這對高能量之主要電子束65的影響可忽略。文氏偏折器70提供有靜電偏折器，其在使用上產生靜電場而安排成補償磁場對高能量之主要電子75的影響。物鏡單元67包括第二靜電透鏡陣列，其將該等多條主要電子束65聚焦在樣品13的表面上，其中第二靜電透鏡陣列包括至少第二多孔板73和次要電極74，它們一起提供第二靜電透鏡陣列。再次而言，物鏡單元67在使用上安排成提供用於來自樣品13之次要電子69的加速場，該加速場用於指引次要電子69向上而方向相反於主要電子65的行進方向。在它離開物鏡單元67的路上，次要電子束69通過文氏偏折器70，其在使用上安排有場強度而將低能量的次要電子束69偏折於小角度，其足以從主要電子束65解開次要電子束69，如圖4所示意顯示。偏折的次要電子束69則指引朝向多感測器偵測器系統68。
如圖4所示，這第三替代性多束電子柱單元61包括多感測器偵測器系統68，其異於之前範例的多感測器偵測器系統28、48。這範例 的多感測器偵測器系統68包括螢光板75，其安排成次於主要電子束65的軌跡，如此則螢光板75不干擾主要電子束65的軌跡。再次而言，螢光板75安排成接收次要電子束69，並且對於該等次要電子束69的每一者產生發光點。
此範例的多感測器偵測器系統68進一步包括鏡子81，其將該螢光板75的發光點成像到多感測器偵測器80上。圖4示意顯示幾條光線79以指示該等發光點83當中一者成像在該多感測器偵測器80的點84上。如圖4所示，此範例的鏡子81在主要電子束65和次要電子束69的軌跡位置提供有貫穿開口82。較佳而言，鏡子81包括實質橢圓形的反射表面。
這架構的優點在於橢圓形鏡子81具有高的光收集力或大的數值孔洞，這能夠把次要電子束69所產生之大部分的光79從螢光板76投射到多感測器偵測器80上。多感測器偵測器80包括多像素光偵測器，尤其是CCD相機、CMOS相機、光二極體陣列、光倍增器陣列當中一者。
注意光收集力甚至可以藉由在該螢光板76之背對物鏡單元67的那一側提供鏡面78給螢光板76而進一步增加。
進一步注意螢光板76也可以使用透鏡系統而成像到多感測器偵測器80上，舉例而言如世界專利公開案第2006/009444號所揭示。
如上面圖1到4所述和所示之多束電子柱單元1、1’、21、41、61的多樣範例使用實質相同的構件而將來自單一熱場發射源2、22、42、62的主要電子投射到樣品13的表面上。用於多束電子柱單元之額外的和/或替代的構件則在下面參考圖5到10來呈現。注意雖然這些額外的和/或替代的構件可以用於根據本發明的組件，但是也可以獨立的用於其他的電 子光學安排。
第一額外的構件包括偏折器次系統，如圖5A所示。用於將來自單一發射源82的主要電子83投射到樣品13上的構件包括：分束器84，其安排成生成多條主要電子束85；準直器透鏡86；物鏡單元87；以及附帶而言，偏折器次系統或偏折單元88，其將來自該分束器84的多條主要電子束85對齊到物鏡單元87中之透鏡的中央，尤其是第二靜電透鏡陣列的透鏡。較佳而言，偏折器單元88安排成將完整的主要電子束85之陣列偏折於距離Δ，如圖5B示意所示，以及/或者將完整的主要電子束85之陣列旋轉於角度φ，如圖5C示意所示。
圖6A顯示此種偏折器單元88之第一範例的分解圖。單元88包括三個基板882、883、884，每個包括貫穿開口885、886、887之陣列。三個基板的貫穿開口885、886、887之陣列在平行於光軸881的方向上安排成直線，使得每條主要電子束橫越一組對齊的貫穿開口，該等三個基板882、883、884的每一者有一個貫穿開口。三個基板882、883、884安排成在實質垂直於光軸881的平面上延伸。
第一基板882提供有第一電極888和第二電極889，該等第一和第二電極在實質平行於Y方向的方向上延伸，並且安排在該貫穿開口885的二側，第一電極888在一側上相鄰於該貫穿開口885，而第二電極889在相對於該一側的另一側上相鄰於該貫穿開口885。藉由提供不同的電壓給第一和第二電極，則產生了靜電場以將完整的主要電子束85之陣列偏折於X方向。
第二基板883提供有第一電極890和第二電極891，該等第 一和第二電極在實質平行於X方向的方向上延伸，並且安排在該貫穿開口886的二側，第一電極890在一側上相鄰於該貫穿開口886，而第二電極891在相對於該一側之另一側上相鄰於該貫穿開口886。藉由提供不同的電壓給第一和第二電極，則產生了靜電場以將完整的主要電子束85之陣列偏折於Y方向。
第三基板884提供有一條導電材料，其安排在貫穿開口887之陣列附近而成線圈892。藉由提供電流以流過該線圈892，則產生了磁場以將完整的主要電子束85之陣列繞著光軸881來旋轉。
偏折器單元88的第一範例(如圖6A所示)提供對所有主要電子束85共同的作用，以將該完整的主要電子束85’之陣列對齊到物鏡單元87的對應透鏡上。注意包括該第一基板882和/或該第二基板883的類似偏折單元可以使用在該物鏡單元87或當中以將主要電子束85’掃描在樣品13的表面上，並且可以使用在該文氏偏折器或當中以補償磁場對高能量之主要電子的影響。
圖6B顯示此種偏折器單元88’之第二範例的分解圖。單元88’包括二個基板893、894，每個基板包括貫穿開口895、896之陣列。三個基板的貫穿開口895、896之陣列在平行於光軸881的方向上安排成直線，使得每條主要電子束橫越一組對齊的貫穿開口，而該等二個基板893、894的每一者有一個貫穿開口。二個基板893、894安排成在實質垂直於光軸881的平面上延伸。
第一基板893的每個貫穿開口895提供有第一電極897和第二電極898，其安排成相鄰於該貫穿開口895。藉由提供電位差給該等貫穿 開口895當中一者的第一電極897，則產生了靜電場以將橫越該等貫穿開口895之該一者的主要電子束偏折於X方向。藉由提供電位差給該等貫穿開口895當中一者的第二電極898，則產生了靜電場以將橫越該等貫穿開口895之該一者的主要電子束偏折於Y方向。
第二基板894提供有一條導電材料，其安排在貫穿開口896之陣列附近而成線圈899。藉由提供電流以流過該線圈899，則產生了磁場以將完整的主要電子束85之陣列繞著光軸881來旋轉。
於具體態樣，第一基板893或因而驅動器乃安排成提供相同的第一電位差給該等貫穿開口895之每一者的第一電極897，以及/或者提供相同的第二電位差給該等貫穿開口895之每一者的第二電極897。提供此種相同的第一電位差給第一電極897和/或相同的第二電位差給第二電極898，則提供共同的作用在所有主要電子束85上，以將該完整的主要電子束85’之陣列對齊到物鏡單元87的對應透鏡上。
於替代性具體態樣，第一基板或因而驅動器乃安排成獨立的調整用於每個貫穿開口895之第一電極897的電位差和第二電極898的電位差。這允許獨立的調整每條主要電子束85在X方向和/或Y方向的偏折而到物鏡單元87中之物鏡陣列的對應物鏡。注意此替代性具體態樣的旋轉對齊φ對於所有主要電子束85而言仍是共同的作用。
圖6C顯示此種偏折器單元88”之第三範例的分解圖。單元88”僅包括一個基板900，其包括貫穿開口901之陣列。基板900安排成在實質垂直於光軸881的平面上延伸。
基板900的每個貫穿開口901提供有第一電極902和第二電 極903，它們安排成相鄰於該貫穿開口901。藉由提供電位差給該等貫穿開口901當中一者的第一電極902，則產生了靜電場以將橫越該等貫穿開口901之該一者的主要電子束85偏折於X方向。藉由提供電位差給該等貫穿開口901當中一者的第二電極903，則產生了靜電場以將橫越該等貫穿開口901之該一者的主要電子束85偏折於Y方向。附帶而言，基板900提供有一條導電材料，其安排在貫穿開口901之陣列附近而成線圈904。藉由提供電流以流過該線圈904，則產生了磁場以將完整的主要電子束85之陣列繞著光軸881來旋轉。藉由安排第一電極902、第二電極903、線圈904在單一基板900上，則得到極緊湊的偏折器單元88”，其一般而言高度適合用於緊湊的多束電子柱單元，尤其是根據本發明的組件。
於具體態樣，基板900或因而驅動器乃安排成提供相同的第一電位差給該等貫穿開口901之每一者的第一電極902，以及/或者提供相同的第二電位差給該等貫穿開口901之每一者的第二電極903。提供此種相同的第一電位差給第一電極902和/或相同的第二電位差給第二電極903，則提供共同的作用在所有主要電子束85上，以將該完整的主要電子束85’之陣列對齊到物鏡單元87的對應透鏡上。
於替代性具體態樣，基板900或因而驅動器乃安排成獨立的調整用於每個貫穿開口901之第一電極902的電位差和第二電極903的電位差。這允許獨立的調整每條主要電子束85在X方向和/或Y方向的偏折到物鏡單元87中之物鏡陣列的對應物鏡。注意此替代性具體態樣的旋轉對齊φ對於所有主要電子束85而言仍是共同的作用。
注意在準直器透鏡86是磁性準直器透鏡的情形，準直器透 鏡也可以用於主要電子束85之陣列的旋轉對齊φ，而取代或附帶於偏折單元88、88’、88”的線圈892、899、904。
進一步注意在準直器透鏡86’是靜電準直器透鏡86的情形，如圖6D的示意截面圖所示，這準直器透鏡86’可以提供有線圈908。此範例的準直器86’包括中央電極906和二個次要電極905、907，該等次要電極安排在中央電極906的二側上並且離開中央電極906，尤其是在平行於光軸910的方向上。藉由在使用上提供相對於次要電極905、907的電壓V2之不同的電壓V1給中央電極906，則產生了靜電場而提供透鏡效應給橫越的電子束。
如圖6D所示，線圈908安排在或附接於中央電極906上。藉由提供電流以流過該線圈908，則產生了磁場以將通過該準直器86’的電子束繞著光軸910旋轉。附帶而言，次要電極905、907至少部分包括一層鐵磁性材料，其中次要電極905、907的鐵磁性材料藉由橋接鐵磁性互連909而互連，這提供線圈908在使用上所產生的磁場之磁場線的磁性迴路，該等磁場線是呈封閉迴圈的形式。於範例，鐵磁性材料包括鐵。根據此範例，具有鐵磁性材料做的互連909的次要電極905、907提供良好界定的磁場給靜電準直器86’，而可以用於調整主要電子束85之陣列的間距和/或旋轉φ。
第二額外的構件包括腔室99以實質包封單一熱場發射源92，如圖7所示。用於將來自單一發射源92之主要電子93投射到樣品13上的構件包括：分束器94，其安排成生成多條主要電子束95；準直器透鏡96；以及物鏡單元97。分束器94包括第一靜電透鏡陣列，其中該分束器94 的每個孔洞在使用上包括靜電透鏡94’，以及其中靜電透鏡94’安排成將每條獨立的主要電子束95聚焦於第一聚焦平面。在第一聚焦平面，安排了第三多孔板98，該第三多孔板98包括多個孔洞，其安排成讓聚焦的主要電子束95從此穿過。因為主要電子束95聚焦在或靠近第三多孔板98，所以孔洞可以極小而不阻礙主要電子束95。該等孔洞的典型直徑可以小到5微米。
這第三多孔板98安排成腔室99的壁以包封單一熱場發射源92，其中該壁中的孔洞允許主要電子束95通過。腔室99之其他所有的壁則實質封閉以從當中安排了多束電子柱單元的某些部分(尤其是該物鏡單元和樣品13)之該腔室99外的環境分開熱場發射源92。第三多孔板98的小孔洞僅提供對腔室99極有限的洩漏，這允許在包括熱場發射源92的真空腔室99裡提供相對於腔室99外的環境(尤其是腔室99外之真空環境的真空壓力)還低很多的真空壓力。舉例而言，腔室99裡適合操作熱場發射源92(其較佳而言為蕭特基型)的真空壓力差不多為10-9托耳，而腔室99外之真空環境的真空壓力舉例而言可以僅10-5托耳，這足以將主要電子束95’投射到樣品13的表面上並且收集和偵測來自樣品13之表面的次要電子。
為了在真空腔室99裡獲得較低的真空壓力，腔室99舉例而言可以經由真空管而連接到真空泵。然而，於如圖7所示的範例，真空泵100直接耦合於腔室99，尤其真空泵100是腔室99的一部分。如圖7所示，真空泵100安排在腔室99靠近熱場發射源92的那一側，較佳而言在該腔室99相反於第三多孔板98的那一側。於圖7所示範例，第三多孔板98安排在腔室99的底部上或是該底壁的一部分，而真空泵100安排在腔室99的頂 部上或是該頂壁的一部分。
較佳而言，真空泵100是離子泵或集氣泵。相較於其他的真空泵(例如渦輪分子泵和擴散泵)，離子泵或集氣泵沒有移動部分並且不使用油。它們因而乾淨、需要很少的維護、不產生震動，使得它們高度適合併入多束電子柱單元。較佳而言，根據本發明之組件中的每一個多束電子單元提供有其自己的真空泵100。
於如圖7所示的範例，多束電子柱單元包括在或靠近單一熱場發射源92的偏折器101。偏折器101安排成將聚焦的電子束95對齊於第三多孔板98的小孔洞和/或調整單一熱場發射源92的任何飄移，以便確保聚焦的電子束95通過小孔洞。
附帶而言，偏折器101也可以安排成將聚焦的電子束95定位為不對齊於第三多孔板98的孔洞；在此情況下，聚焦的電子束95打在第三多孔板上而被第三多孔板阻擋通過。據此，偏折器101可以用於至少暫時使電子束95’停止到達樣品13的表面，而不必關閉單一熱場發射源92。
注意如圖7所示的範例也可以提供有如圖5A所示的偏折器單元88，而安排在準直器透鏡96和物鏡單元97之間。
進一步注意於如圖7所示的範例，第三多孔板98安排在或靠近準直器透鏡96。較佳而言，具有孔洞98’之陣列的第三多孔板98是準直器透鏡96的一部分，如圖8顯示的範例所示意顯示。準直器透鏡96包括第三多孔板98而成中央平坦的電極。在這中央平坦的電極之上和之下的一段距離，分別安排了上電極101和下電極102，其皆包括中央開口，該開口夠大以讓整個電子束95、95’之陣列從此穿過。藉由在上電極101和居中 安排的第三多孔板98之間施加電位差，以及/或者在居中安排的第三多孔板98和下電極102之間施加電位差，則產生了靜電場。較佳而言，這靜電場安排成提供用於電子束95的正透鏡，該正透鏡安排成具有在或靠近該單一熱場發射源92之發射位置的焦點。
於具體態樣，在電極101’、102’之間具有孔洞板98’的準直器透鏡96’提供有額外的電極101”、102”，其安排和/或在使用上驅動成產生具有零球面像差或實質零球面像差的靜電準直器透鏡96’。
圖9更詳細顯示物鏡單元97的範例。如上所討論，物鏡單元97包括第二多孔板103，其具有用於電子束95’之每一者的貫穿開口。在該第二多孔板103面向單一熱場發射源92的那一側，安排了一或更多個進一步電極104、105。
雖然這些進一步電極可以包括一或更多個多孔板，其具有貫穿開口而對齊於第二多孔板的貫穿開口，如圖2、3、4的範例所示，但是圖9的範例包括進一步電極104、105，其具有一個中央貫穿開口106而由所有的電子束95’來分享。此種所有電子束95”所共同的單一孔106讓多條主要電子束95’從此穿過，則使進一步電極104、105相對於第二多孔板103的對齊較不關鍵。
在使用上，第二多孔板103相對於樣品13的表面而設定在不同的電壓V4，以便在第二多孔板103和樣品13的表面之間提供用於多條主要電子束95’之主要電子的靜電減速場。附帶而言，安排在第二多孔板103背對樣品13之那一側的最近之進一步電極104則相對於第二多孔板103而設定在不同的電壓V5，以便在最近的進一步電極104和第二多孔板103 之間提供用於多條主要電子束95’之主要電子的靜電減速場。較佳而言，第二多孔板103和樣品13之間的靜電減速場小於最近的進一步電極104和第二多孔板103之間的靜電減速場。這在下面參考如圖10A和10B所示的範例來更詳細討論。
圖10A和10B顯示物鏡單元97’之範例的示意代表圖，其包括第二多孔板103、最近的進一步電極104、額外三個進一步電極105、105’、105”。在使用上，這些電極103、104、105、105’、105”安排在距離樣品表面13為Z的地方。於此範例，相對於圖9所示的範例，進一步電極104、105、105’、105”也安排成多孔板而具有用於每條主要電子束95’的貫穿開口。
於此範例，樣品表面13設定在2千伏特的電位，第二多孔板103設定在2.3千伏特的電位，最近的進一步電極104設定在9千伏特的電位，並且額外三個進一步電極105、105’、105”分別設定在5千伏特、3千伏特、5千伏特的電位。
圖10A顯示某一條主要電子束95’在物鏡單元97’之束輪廓的模擬。主要電子束95’行進於方向Z1而朝向樣品表面13，實質穿過進一步電極105”、105’、105、104和第二多孔板103中之貫穿孔的中央部分，如圖10A所指。為了更清楚顯示束輪廓的形狀，主要電子束95”的第二代表圖也顯示於圖10A，該第二代表圖已經在徑向r上放很大。附帶而言，圖10A示意顯示物鏡單元97’所產生的靜電場線108，該靜電場安排成將主要電子束95”的主要電子聚焦在樣品13的表面上。
圖10B示意顯示主要電子當它們打在樣品13之表面上時所 產生的次要電子之軌跡。在最近的進一步電極104和第二多孔板103之間使主要電子減速以及在第二多孔板103和樣品13的表面之間使主要電子減速的是相同的靜電場，則使次要電子加速離開樣品13的表面而朝向第二多孔板103，並且提供次要電子束107而行進於實質相反於主要電子束95’之行進方向Z1的方向Z2。
為了更清楚顯示次要電子束107的束輪廓形狀，次要電子束107’的第二代表圖也顯示於圖10B,該第二代表圖已經在徑向r上放很大。由於次要電子相對於主要電子有較低的能量，故物鏡單元97’所提供的靜電場以相較於主要電子束95”的額外交叉109來提供次要電子束107’。於圖10B所示的範例，額外的交叉109安排在第二多孔板103和最近的進一步電極104之間，尤其靠近最近的進一步電極104。額外三個進一步電極105、105’、105”安排成將次要電子束107’投射到多感測器偵測器系統上，如圖1、2、3、4示意所示。
於如圖10B所示的範例，次要電子束107’當離開物鏡單元97’時是實質準直的。當這次要電子束107’投射到多感測器偵測器系統上，並且次要電子束107’的點107”覆蓋該多感測器偵測器的多個感測器108、108’，如圖10C示意所示，則多感測器偵測器也可以獲得關於次要電子束107’的點107”裡之強度分布的資訊。尤其，感測器108’安排在點107”的中央部分附近，而偵測在次要電子束107’的點107”之邊緣的次要電子，其可以包含樣品13的表面在次要電子束107’從樣品13上所發源的位置之梯度或斜率的資訊。附帶而言，藉由使用偏心感測器108’，則可以重建樣品的暗視野影像。
要了解包括了以上敘述以示範較佳具體態樣的操作，而不是意謂要限制本發明的範圍。從上面的討論，熟於此技藝者將明白有許多變化，其是要由本發明的精神和範圍所涵括。
總括而言，本發明有關用於檢查樣品之表面的組件。組件包括二或更多個多束電子柱單元。每個單元包括：單一場發射器，其發射發散的電子束朝向分束器，其中分束器包括第一多孔板，其包括多個孔洞以生成多條主要電子束，準直器透鏡，其將來自發射器的發散電子束加以準直，物鏡單元，其將該等多條主要電子束聚焦在該樣品上，以及多感測器偵測器系統，其分開偵測在該樣品上的該等聚焦之主要電子束的每一者所生成之次要電子束的強度。二或更多個多束電子柱單元則安排成彼此相鄰以同時檢查樣品表面的不同部分。
1、1’:多束電子柱單元
2:發射器
3:發散電子束
4:分束器
5:主要電子束
6:準直器透鏡
7:物鏡單元
8:多感測器偵測系統
9:次要電子束
10:離器
11、11’:多束電子柱單元控制器
12:中央訊號處理單元或組件控制器
13:樣品
14、14’:訊號線

Claims (28)

  1. 一種用於檢查樣品之表面的組件，其中該組件包括二或更多個多束電子柱單元，每個多束電子柱單元包括：單一熱場發射源，較佳而言為蕭特基型，其發射發散電子束朝向分束器，其中該分束器包括第一多孔板，該板包括多個孔洞而安排成生成多條主要電子束，該第一多孔板的該多個孔洞的每個孔洞有一條主要電子束，準直器透鏡，其將來自該單一熱場發射源的該發散電子束加以實質準直，物鏡單元，其將該等多條主要電子束聚焦在該樣品上，其中該物鏡單元包括第二靜電透鏡陣列以將該等多條主要電子束聚焦在該樣品的該表面上，其中該第二靜電透鏡陣列包括至少第二多孔板，其中該第二多孔板的實質每個孔洞在使用上包括靜電透鏡，以及多感測器偵測器系統，其分開偵測在該樣品上的經聚焦之該等多條主要電子束的每一者所生成之次要電子束的強度，其中該等二或更多個多束電子柱單元安排成彼此相鄰，並且安排成將其多條主要電子束聚焦到該樣品的該表面上以同時檢查該樣品之該表面的不同部分。
  2. 根據申請專利範圍第1項的組件，其中該等二或更多個多束電子柱單元當中至少一者包括單一訊號處理單元，其連接到該等二或更多個多束電子柱單元當中該一者的該多感測器偵測器系統。
  3. 根據申請專利範圍第2項的組件，其中該等二或更多個多束電子柱 單元當中該一者經由單一訊號線而連接到該組件的中央訊號處理單元。
  4. 根據申請專利範圍第1到3項中任一項的組件，其中該分束器包括第一電極，其連同該第一多孔板而提供第一靜電透鏡陣列，其中該第一多孔板的實質每個孔洞在使用上包括靜電透鏡，以及其中該第一靜電透鏡陣列的該等靜電透鏡安排成將該等多條主要電子束聚焦於第一聚焦平面。
  5. 根據申請專利範圍第4項的組件，其中該第一聚焦平面安排於或靠近該準直器透鏡。
  6. 根據申請專利範圍第1到3項中任一項的組件，其中該第二靜電透鏡陣列包括離開該第二多孔板的第二電極，其中該第二電極包括單一孔以讓該等多條主要電子束從此穿過。
  7. 根據申請專利範圍第6項的組件，其中該第二多孔板在使用上設定在不同於該樣品之該表面的電壓，以便在該第二多孔板和該樣品的該表面之間提供用於該等多條主要電子束的靜電減速場，其小於該第二電極和該第二多孔板之間的靜電減速場。
  8. 根據申請專利範圍第1到3項中任一項的組件，其中每個多束電子柱單元進一步包括電磁偏折單元，其將來自該分束器的該等多條主要電子束對齊到該第二靜電透鏡陣列中之該等透鏡的中央。
  9. 根據申請專利範圍第8項的組件，其中該電磁偏折單元安排成對於該等多條主要電子束的所有主要電子束都提供實質相等的偏折。
  10. 根據申請專利範圍第1到3項中任一項的組件，其中該準直器透鏡是組合式磁性和靜電準直器透鏡，其將該分束器所生成之該等多條主要電子束的間距和旋轉調整成該第二靜電透鏡陣列中的該等透鏡之中央的間距 和旋轉位置。
  11. 根據申請專利範圍第1到3項中任一項的組件，其中該等多束電子柱單元包括可獨立調整的偏折元件之陣列，以將來自該分束器的該等多條主要電子束轉向到該第二靜電透鏡陣列中之該等透鏡的中央上。
  12. 根據申請專利範圍第1到3項中任一項的組件，其中至少在使用上，該第二靜電透鏡陣列的每個透鏡安排成將來自該樣品的該等次要電子束以相較於主要電子束的一額外交叉而聚焦到該多感測器偵測器系統上。
  13. 根據申請專利範圍第1到3項中任一項的組件，其中該等多束電子柱單元的每一者包括在該準直器透鏡和該物鏡單元之間的電磁偏折系統，以將該等次要電子束偏折朝向該多感測器偵測器系統。
  14. 根據申請專利範圍第13項的組件，其中該電磁偏折系統安排成將該等次要電子束偏折於1和20度之間的角度，較佳而言於差不多3度的角度。
  15. 根據申請專利範圍第1到3項中任一項的組件，其中該多感測器偵測器系統包括：螢光板，其安排成接收該等次要電子束，並且對於該等次要電子束的每一者產生實質分開的發光點，以及鏡子，其將該等發光點成像在多感測器偵測器上，其中該鏡子較佳而言包括實質橢圓形的反射表面。
  16. 根據申請專利範圍第1到3項中任一項的組件，其中該多感測器偵測器系統包括：螢光板或層，其安排成接收該等次要電子束，並且對於該等次要電子束的每一者產生實質分開發光點， 光纖陣列，其中該螢光板或層安排成相鄰或附接於該光纖陣列的第一末端，以將來自該等實質分開之發光點的光耦合到該光纖陣列中的光纖裡，以及多感測器偵測器，其耦合於該光纖陣列之相反於該第一末端的第二末端。
  17. 根據申請專利範圍第15項的組件，其中該多感測器偵測器包括多像素光偵測器，例如CCD相機、CMOS相機、崩潰光二極體陣列或光倍增器陣列。
  18. 根據申請專利範圍第1到3項中任一項的組件，其中該多感測器偵測器系統包括直接多像素電子偵測器。
  19. 根據申請專利範圍第4項的組件，其中每個多束電子柱單元包括第三多孔板，其安排在或靠近該第一聚焦平面，其中該第三多孔板包括多個孔洞，其安排成讓經聚焦的該等電子束從此穿過，而該第三多孔板的該等多個孔洞的每個孔洞有一條聚焦的電子束。
  20. 根據申請專利範圍第19項的組件，其中每個多束電子柱單元包括腔室，其中該單一熱場發射源和該分束器安排在該腔室裡，以及其中該第二多孔板提供該腔室的壁。
  21. 根據申請專利範圍第20項的組件，其中該腔室連接到或包括真空泵，其中該真空泵較佳而言包括離子泵。
  22. 根據申請專利範圍第1到3項中任一項的組件，其中每個多束電子柱單元包括在或靠近該單一熱場發射源的偏折器。
  23. 根據申請專利範圍第1到3項中任一項的組件，其中該多束電子柱 單元在該樣品之該表面上方所佔據的表面積範圍從20×20平方毫米到60×60平方毫米。
  24. 根據申請專利範圍第1到3項中任一項的組件，其中經聚焦的該等多條主要電子束在該樣品之該表面上的間距範圍從50到500微米。
  25. 一種用於檢查樣品之表面的多束電子柱單元，其中該多束電子柱單元包括：單一熱場發射源，較佳而言為蕭特基型，其發射發散電子束朝向分束器，其中該分束器包括第一多孔板，該板包括多個孔洞，其安排成生成多條主要電子束，該第一多孔板的該等多個孔洞的每個孔洞有一條主要電子束，其中該分束器包括第一電極，其連同該第一多孔板而提供第一靜電透鏡陣列，其中該第一多孔板的實質每個孔洞在使用上包括靜電透鏡，以及其中該第一靜電透鏡陣列的該等靜電透鏡安排成將該等多條主要電子束聚焦於第一聚焦平面，進一步多孔板，其安排在或靠近該第一聚焦平面，其中該進一步多孔板包括多個孔洞，其安排成讓經聚焦的該等多條主要電子束從此穿過，該進一步多孔板的該等多個孔洞的每個孔洞有一條聚焦的電子束，準直器透鏡，其將來自該單一熱場發射源的該發散電子束加以實質準直，物鏡單元，其將該等多條主要電子束聚焦在該樣品上，以及多感測器偵測器系統，其分開偵測在該樣品上的經聚焦之該等多條主要電子束的每一者所生成之次要電子束的強度，其中該多束電子柱單元包括腔室，其中該單一熱場發射源和該分束器 安排在該腔室裡，以及其中該進一步多孔板提供該腔室的壁。
  26. 根據申請專利範圍第25項的多束電子柱單元，其中該腔室連接到或包括真空泵，其中該真空泵較佳而言包括離子泵。
  27. 一種用於檢查樣品之表面的多束電子柱單元，其中該多束電子柱單元包括：單一熱場發射源，較佳而言為蕭特基型，其發射發散電子束朝向分束器，其中該分束器包括第一多孔板，該板包括多個孔洞而安排成生成多條主要電子束，該等第一多個孔洞的每個孔洞有一條主要電子束，準直器透鏡，其將來自該單一熱場發射源的該發散電子束加以實質準直，物鏡單元，其將該等多條主要電子束聚焦在該樣品上，以及多感測器偵測器系統，其分開偵測在該樣品上的經聚焦之該等多條主要電子束的每一者所生成之次要電子束的強度，其中該多束電子柱單元包括在或靠近該單一熱場發射源的偏折器，其中該偏折器安排成修正該發射源的飄移。
  28. 一種根據申請專利範圍第1至24項中任一項之組件或根據申請專利範圍第25至27項中任一項之多束電子柱單元的用途，其係用於檢查樣品的表面，較佳而言為半導體晶圓的表面。
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