TWI713883B - 帶電粒子束裝置、用於帶電粒子束裝置的孔佈置和用於操作帶電粒子束裝置的方法 - Google Patents

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Abstract

本揭示內容提供一種帶電粒子束裝置（100）。帶電粒子束裝置（100）包括：帶電粒子源（20），經配置以發射帶電粒子束（14）；聚光透鏡佈置（110）；孔佈置（120），經配置以產生帶電粒子束（14）的兩個或更多個小束，其中孔佈置（120）包括多個第一開口和與多個第一開口不同的多個第二開口；和多極佈置（130），經配置以作用在兩個或更多個小束上。孔佈置（120）經配置以使多個第一開口或多個第二開口與多極佈置（130）對準。

Description

帶電粒子束裝置、用於帶電粒子束裝置的孔佈置和用於操作帶電粒子束裝置的方法
本揭示內容的實施方式涉及一種帶電粒子束裝置、一種用於帶電粒子束裝置的孔佈置和一種用於操作帶電粒子束裝置的方法。本揭示內容的實施方式特別涉及電子束檢查（EBI）。
帶電粒子束裝置在多個工業領域中具有許多功能，包括但不限於電子束檢查（EBI）、在製造期間對半導體元件的臨界尺寸（CD）量測、在製造期間對半導體元件的缺陷檢查（DR）、用於微影術的曝光系統、偵測裝置和測試系統。因此，對微米級和奈米級的樣本的結構化、測試和檢查有高的需求。微米級和奈米級的製程控制、檢查或結構化可以用帶電粒子束(例如，電子束)來完成，帶電粒子束在帶電粒子束裝置(諸如電子顯微鏡)中產生並聚焦。由於短的波長，相較例如光子束來說，帶電粒子束提供優異的空間解析度。
高通量電子束檢查（EBI）系統可以利用多束帶電粒子束裝置，諸如電子顯微鏡，多束帶電粒子束裝置能夠在帶電粒子束裝置的單個柱（column）內形成、聚焦和掃描多個一次帶電粒子束。可以由聚焦的一次帶電粒子束陣列掃描樣品，這又形成多個信號帶電粒子束。單獨信號帶電粒子束可以映射到偵測元件上。
在不同的操作模式中操作帶電粒子束裝置可能是有益的。從一種操作模式切換到另一種操作模式可以包括大量硬體變化和/或二次成像/偵測光學元件變化。硬體變化增加帶電粒子束裝置的停機時間。另外，硬體變化可能是麻煩的，並且僅可由高級技術人員完成。改變二次成像/偵測光學元件可能包括耗時的重新校準。
鑒於以上，克服本領域的至少一些問題的一種帶電粒子束裝置、一種用於帶電粒子束裝置的孔佈置和一種用於操作帶電粒子束裝置的方法是有益的。本揭示內容特別旨在提供一種具有多個操作模式的靈活的帶電粒子束裝置。
鑒於以上，提供一種帶電粒子束裝置、一種用於帶電粒子束裝置的孔佈置和一種用於操作帶電粒子束裝置的方法。本揭示內容的另外的態樣、益處和特徵從申請專利範圍、說明書和附圖顯而易見。
根據本揭示內容的態樣，提供一種帶電粒子束裝置。帶電粒子束裝置包括：帶電粒子源，經配置以發射帶電粒子束；一個或多個透鏡的聚光透鏡佈置；孔佈置，經配置以產生帶電粒子束的兩個或更多個小束，其中孔佈置包括多個第一開口和與多個第一開口不同的多個第二開口；和多極佈置，經配置以作用在兩個或更多個小束上。孔佈置經配置以使多個第一開口或多個第二開口與多極佈置對準。
根據本揭示內容的另一態樣，提供一種用於帶電粒子束裝置的孔佈置。孔佈置包括：第一孔組件和第二孔組件，第一孔組件具有多個第一開口，第二孔組件具有多個第二開口，其中多個第一開口的直徑不同於多個第二開口的直徑；和致動器組件，經配置以移動第一孔組件和第二孔組件。
根據本揭示內容的又一態樣，提供一種用於操作帶電粒子束裝置的方法。方法包括：使用具有多個第一開口的第一孔組件以第一操作模式操作帶電粒子束裝置來產生帶電粒子束的兩個或更多個小束；和使用具有與多個第一開口不同的多個第二開口的第二孔組件以第二操作模式操作帶電粒子束裝置。
實施方式還針對用於執行所揭示的方法的設備並且包括用於執行每個所述的方法態樣的設備零件。這些方法態樣可借助於硬體部件、由適當的軟體程式設計的電腦、這兩者的任何組合或以任何其他方式執行。此外，根據本揭示內容的實施方式還針對用於操作所述設備的方法。方法包括用於執行設備的每一功能的方法態樣。
現在將詳細地參考本揭示內容的各種實施方式，這些實施方式的一個或多個示例圖示於附圖中。在以下對附圖的描述內，相同的參考數字表示相同的部件。僅描述相對於單獨實施方式的差異。每個示例以解釋本揭示內容的方式提供，而不意味著對本揭示內容的限制。另外，圖示或描述為一個實施方式的部分的特徵可以用於其他實施方式上或結合其他實施方式使用來產生另一實施方式。本說明書意圖包括這樣的修改和變化。
在不限制本申請的保護範圍的情況下，在下文中，帶電粒子束裝置或帶電粒子束裝置的部件將示例性地被認為是使用電子作為帶電粒子的帶電粒子束裝置。然而，可以使用其他類型的一次帶電粒子，例如離子。在由帶電粒子束（也被稱為「一次帶電粒子束」）輻照樣本或樣品時，形成諸如二次電子（SE）的信號帶電粒子，信號帶電粒子可攜帶關於樣品的表面形貌、化學成分和/或靜電電位和其他的資訊。二次電子可以包括背向散射電子和俄歇電子中的至少一種。信號帶電粒子可以被收集並導向到感測器，例如閃爍器、PIN二極體等等。
高通量電子束檢查（EBI）系統可以利用多束帶電粒子束裝置，諸如電子顯微鏡，多束帶電粒子束裝置能夠在帶電粒子束裝置的單個柱內形成、聚焦和掃描多個一次帶電粒子束或小束。可以由聚焦的一次帶電粒子小束陣列掃描樣品，這又形成多個信號帶電粒子束或小束。單獨信號帶電粒子小束可以映射到一個或多個偵測元件上。例如，可以軸上(或如圖1所示，離軸)偵測信號帶電粒子小束。
本揭示內容使用兩組或更多組開口（也被稱為「孔」）來產生兩個或更多個帶電粒子束的小束。兩組或更多組開口可以移動，使得兩組或更多組開口中的一組第一開口定位在一次帶電粒子束的束路徑中，或者兩組或更多組開口中的第二組第二開口定位在一次帶電粒子束的束路徑中。第一開口和第二開口(例如，在直徑上)是不同的。第一開口可以用於（或至少部分地提供）第一操作模式，諸如成像模式，第二開口可以用於（或至少部分地提供）第二操作模式，諸如充電（charging）模式。
本揭示內容還使用作用在由孔組形成的兩個或更多個小束上的多極佈置。多極佈置佈置在一個或多個級或層中。每個級或層可以實現一個或多個功能，諸如小束偏轉、像差校正和消隱(blanking)。功能可以在各級間分配。例如，一個級可以實現一個或多個功能，而另一個級可以實現一個或多個其他功能。級或層可以彼此獨立。
因此，本揭示內容可以提供例如關於探針大小和/或探針電流或著陸能量（landing energy）的靈活且優化的帶電粒子束裝置（或柱）。可靈活地提供不同的操作模式（例如，成像、充電、衰減時間（decay time）效應）。可以以（柱）硬體變化的最小努力來完成在操作模式之間的切換。
圖1示出根據本文所述的實施方式的帶電粒子束裝置100的示意圖。帶電粒子束裝置100可以是電子顯微鏡，諸如掃描電子顯微鏡（SEM）。帶電粒子束裝置100包括具有柱外殼101的柱。
帶電粒子束裝置100包括經配置以發射（一次）帶電粒子束14的帶電粒子源20、聚光透鏡佈置110、經配置以產生帶電粒子束14的兩個或更多個小束4A、4B、4C的孔佈置120和經配置以作用在兩個或更多個小束4A、4B、4C上的多極佈置130。孔佈置120包括多個第一開口和與多個第一開口不同的多個第二開口，並且多極佈置130經配置以作用在兩個或更多個小束上。孔佈置120經配置以使多個第一開口或多個第二開口與多極佈置130對準。
根據可與本文所述的其他實施方式組合的一些實施方式，可以提供一個單個帶電粒子源。帶電粒子源20可以是高亮度槍。例如，帶電粒子源20可以選自包括以下的群組：冷場發射器（CFE）、肖特基發射器、TFE或另一高電流電子束源。
聚光透鏡佈置110用（一次）帶電粒子束14（諸如電子束）照射孔佈置120。所得的兩個或更多個小束4A、4B和4C可以使用多極佈置130的致偏器6A、6B和6C來偏轉，使得兩個或更多個小束4A、4B和4C看起來像是來自不同的源。例如，小束的電子看起來像是從帶電粒子源20的垂直於光軸4的平面中的不同位置發射的。如圖1所示，由源提供的電子因聚光透鏡佈置110的作用而看起來像是來自虛擬源102。另外，由於致偏器6A和6B與聚光透鏡佈置110的組合作用，可以有源102'。中心源可對應於帶電粒子源20。其他源可以是在垂直於光軸4的平面中具有偏移的虛擬源。
根據可與本文所述的其他實施方式組合的一些實施方式，射束分離器（即將一次小束與信號小束分離的分離器）可以通過磁性致偏器（諸如磁性致偏器113和射束分離器114）提供。掃描致偏器12可以使束或小束掃描過樣品8的表面。一次小束（即兩個或更多個小束）使用公共物鏡聚焦在樣本或樣品8上。所有一次小束可以穿過物鏡10中的一個開口。樣品8設置在樣品台7上，樣品台7可經配置以在至少一個垂直於光軸4的方向上移動樣品8。
如本文提及的「樣品」或「樣本」包括但不限於半導體晶圓、半導體工件和其他工件，諸如記憶體盤等等。本揭示內容的實施方式可應用於在工件上沉積有材料的任何工件或被結構化的任何工件。在由電子束輻照樣品8時，形成諸如二次電子（SE）的信號帶電粒子，信號帶電粒子可攜帶關於樣品的表面形貌、化學成分和/或靜電電位等的資訊。二次電子可以包括背向散射電子和俄歇電子中的至少一種。信號帶電粒子可以被收集並導向到偵測器裝置，偵測器裝置可以是感測器，例如閃爍器、PIN二極體等等。
根據可與本文所述的其他實施方式組合的一些實施方式，物鏡10可以是靜電磁性複合透鏡，特別地具有靜電透鏡，靜電透鏡將柱內的能量從柱內的高能量減小到較低的著陸能量。從柱能量到著陸能量的能量減小可以是減少到柱能量的至多1/10，例如至多1/30。
在一些實現方式中，可以提供包括提供給樣品8的電位的減速電場。根據可與本文所述的其他實施方式組合的另外的實施方式，可以提供其中柱處於接地電位並且帶電粒子源20和樣品8處於高電位的配置。例如，大部分或全部的柱部件可以被提供為處於接地電位。
如例如圖1所示，可以使用公共的掃描致偏器在樣品8的表面上掃描所有一次小束。根據可與本文所述的其他實施方式組合的一些實施方式，掃描致偏器12可以在物鏡10內或靠近物鏡10。根據可與本文所述的其它實施方式組合的一些實施方式，掃描致偏器12可以是靜電和/或磁八極的。
圖1中所示的帶電粒子束裝置100包括信號電子光學元件。從樣品8釋放或背向散射的粒子形成攜帶關於樣品8的資訊的信號小束。資訊可以包括關於樣品8的表面形貌、化學成分、靜電電位等等的資訊。信號小束使用射束分離器114與一次小束分離並進入彎束器（beam bender）123。射束分離器可以例如包括至少一個磁性致偏器、維恩濾波器或任何其他裝置，其中電子例如因取決於速度的洛倫茲力而被引導遠離一次束。
彎束器123使二次小束朝向聚焦透鏡132偏轉。聚焦透鏡132將信號小束聚焦在偵測器組件9的偵測器組件9A、9B和9C(諸如感測器、閃爍器、PIN二極體等等)上。根據其他實施方式，二次小束的聚焦可以通過使得能夠進行放大和旋轉的校準的透鏡系統來執行。根據一些實施方式，沿著信號小束的路徑提供一個或多個致偏器134、136。
圖2示出根據本文所述的實施方式的帶電粒子束裝置的一部分的示意圖。帶電粒子束裝置包括聚光透鏡佈置210、孔佈置220和多極佈置230。
根據可與本文所述的其他實施方式組合的一些實施方式，聚光透鏡佈置210包括一個或多個聚光透鏡，諸如單個聚光透鏡或兩個或更多個聚光透鏡。圖2圖示具有兩個或更多個聚光透鏡(諸如第一聚光透鏡212和第二聚光透鏡214)的示例性聚光透鏡佈置。聚光透鏡佈置210可經配置以提供具有交叉的束路徑A和/或沒有交叉的束路徑B。具有交叉的束路徑A具有較低的雜散場靈敏度。沒有交叉的束路徑B減少電子-電子相互作用。
聚光透鏡佈置210經配置以照射孔佈置220。聚光透鏡佈置210可以具有可調整的透鏡激發裝置(lens excitation)以用於進行如下操作中的至少一個：改變焦距和改變多極佈置220的照射角度。例如，聚光透鏡佈置210可以設有可控制的透鏡激發裝置以用於改變焦距，從而使得可變源能夠放大和/或縮小。另外或替代地，聚光透鏡佈置210可以設有可控制的透鏡激發裝置以用於控制孔佈置220和/或多極佈置230（例如，致偏器陣列）的照射角度。在一些實現方式中，聚光透鏡佈置210可以提供孔佈置220和/或多極佈置230的基本上平行的照射。
孔佈置220包括具有多個第一開口224（一組第一開口或孔）的第一孔組件222和具有多個第二開口228（一組第二開口或孔）的第二孔組件226。多個第一開口224不同於多個第二開口228。例如，多個第一開口224的直徑D1或形狀不同於多個第二開口228的直徑D2或形狀。在一些實現方式中，多個第一開口224和/或多個第二開口228可以具有基本上圓形的形狀，其中直徑可以被定義為各個圓的直徑。根據一些實施方式，多個第一開口224的開口基本上是相同的，例如，具有基本上相同的直徑或形狀。同樣地，多個第二開口228的開口可以基本上是相同的，例如，具有基本上相同的直徑或形狀。
根據可與本文所述的其他實施方式組合的一些實施方式，多個第一開口224的直徑和/或多個第二開口228的直徑可以在1微米至2000微米的範圍內，特定地在10微米至400微米的範圍內，更特定地在20微米至200微米的範圍內。直徑之間的差異可以是在0.5至50的範圍內的倍數並特定地是在1.5至10的範圍內的倍數。例如，多個第一開口224的直徑可以是多個第二開口228的直徑的數倍（例如，0.5倍）。或者，多個第二開口228的直徑可以是多個第一開口224的直徑的數倍（例如，0.5倍）。
具有多個第一開口224的第一孔組件222或具有多個第二開口228的第二孔組件226可以佈置在（一次）帶電粒子束的束路徑中以形成兩個或更多個小束。特別地，開口可以相對於多極佈置230而對準，使得兩個或更多個小束可以穿過多極佈置230的相應的多極。在一些實現方式中，兩個或更多個小束的小束可以穿過多極的中心，或可以離軸或偏離中心地穿過多極。不同開口可至少部分地提供不同的操作模式，諸如例如具有不同的探針電流的成像模式，和充電模式。孔陣列交換器具有以致偏器陣列配置/幾何形狀而佈置的不同的孔組，不同的孔組具有不同的尺寸，尺寸的直徑被優化以產生最佳直徑。
根據可與本文所述的其他實施方式組合的一些實施方式，孔佈置220進一步包括致動器組件221，致動器組件221經配置以移動第一孔組件222和第二孔組件226。例如，孔佈置220可以包括至少第一孔板材和第二孔板材，第一孔板材具有多個第一開口224，第二孔板材具有多個第二開口228。致動器組件221可經配置以移動第一孔板材和第二孔板材。致動器組件221可經配置以將第一孔組件222移動到一次帶電粒子束的束路徑中並且可選地將第二孔組件226移動出一次帶電粒子束的束路徑以將帶電粒子束裝置的操作模式改變為第一操作模式。同樣地，致動器組件221可經配置以將第二孔組件226移動到一次帶電粒子束的束路徑中並且可選地將第一孔組件222移動出一次帶電粒子束的束路徑以將帶電粒子束裝置的操作模式改變為與第一操作模式不同的第二操作模式。僅替換了孔（用於不同的探針大小或電流，以減少污染影響）。包括接線和驅動器的多極MEMS在所有操作模式下都可相同。
根據一些實施方式，致動器組件221包括旋轉致動器，旋轉致動器經配置以圍繞旋轉軸線旋轉第一孔組件222（諸如第一孔板材）和第二孔組件226（諸如第二孔板材）。旋轉軸線可以位於第一孔組件222與第二孔組件226之間。旋轉軸線可以基本上平行於由聚光透鏡佈置210和/或佈置有多個第一開口224和多個第二開口228的平面限定的光軸。旋轉致動器可經配置以將第一孔組件222旋轉到一次帶電粒子束的束路徑中並且可選地將第二孔組件226旋轉出一次帶電粒子束的束路徑以將帶電粒子束裝置的操作模式改變為第一操作模式。同樣地，旋轉致動器可經配置以將第二孔組件226旋轉到一次帶電粒子束的束路徑中並且可選地將第一孔組件222旋轉出一次帶電粒子束的束路徑以將帶電粒子束裝置的操作模式改變為與第一操作模式不同的第二操作模式。
在一些實現方式中，旋轉軸線可以是基本上垂直的旋轉軸線。術語「垂直方向」或「垂直取向」被理解為區分於「水平方向」或「水平取向”」。也就是說，「垂直方向」或「垂直取向」涉及例如旋轉軸線的大體上垂直的取向，其中與嚴格的垂直方向或垂直取向的幾度偏差(例如，最高達10°或甚至最高達15°)仍被視為「大體上垂直的方向」或「大體上垂直的取向」。垂直方向可以大體上平行於重力。
在一些實施方式中，致動器組件包括x-y致動器台，x-y致動器台經配置以將多個第一開口224或多個第二開口228與多極佈置230對準。例如，旋轉致動器可以使第一孔組件222和第二孔組件226旋轉以在一次帶電粒子束的束路徑中提供第一孔組件222或第二孔組件226。然後，x-y致動器台可以將多個開口與多極佈置230對準。例如，x-y致動器台可經配置以使不同的孔陣列精確地對準到或靠近在應用於（虛擬）源放大的致偏器陣列中的單獨致偏器的單獨軸線。
根據可與本文所述的實施方式組合的一些實施方式，多極佈置230包括兩個或更多個多極。兩個或更多個多極可以選自由以下組成的群組：偶極、四極、六極和八極。多極佈置230可經配置以進行如下操作中的至少一個：使兩個或更多個小束偏轉、校正像差和選擇性地消隱兩個或更多個小束。兩個或更多個多極可以基於功能進行選擇。例如，八極配置可以用於校正像散和/或可以用於校正三倍束變形（threefold beam deformation）。特別地，八極電極佈置可以用於消像散(stigmation)控制，但是也可產生六極場以校正三倍束變形。
在一些實現方式中，帶電粒子束裝置包括至少一個電壓源。至少一個電壓源可經配置以施加如下電壓中的至少一個：到多極佈置223的第一電壓U偏轉 ，用於偏轉兩個或更多個小束；第二電壓U消像散 ，用於校正像差；和第三電壓U消隱 ，用於選擇性地消隱兩個或更多小束。至少一個電壓源可經配置以疊加第一電壓、第二電壓和第三電壓中的至少兩個電壓。在圖2的示例中，疊加第一電壓U偏轉 和第二電壓U消像散 。
根據可與本文所述的其他實施方式組合的一些實施方式，多極佈置包括兩個或更多個多極級（也被稱為「多極層」）。兩個或更多個多極級可以沿著光軸在孔佈置220與樣品台和/或物鏡之間連續地佈置或堆疊。例如，兩個或更多個多極級中的每個多極級可以包括兩個或更多個多極，諸如偶極、四極、六極或八極。相應的多極可被提供而用於兩個或更多個小束中的每一個。
在一些實現方式中，兩個或更多個多極級包括具有兩個或更多個第一多極的第一多極級和具有兩個或更多個第二多極的第二多極級。在圖2的示例中，第一電壓U偏轉 和第二電壓U消像散 疊加並施加到第一多極級或層的兩個或更多個第一多極。第三電壓U消隱 被施加到第二多極級或層的兩個或更多個第二多極。
在一些實現方式中，第一多極級232可以包括用於偏轉、像散和六極控制的八極佈置。可選地，第一多極級232可經配置以用於例如通過將公共電壓供應到八極的所有電極的聚焦校正。第二多極級234可被配置為小束消隱器。第二多極級234可以例如具有偶極佈置（也可以是更高的多重架構）。第二多極級234可以實現一個或多個另外的功能，諸如兩個或更多個小束的精細x-y對準。級或層之間的功能可以顛倒或不同地劃分。另外的實例在圖3至圖6中圖示。
根據可與本文所述的其他實施方式組合的一些實施方式，孔佈置220（諸如孔板材）和多極佈置230（諸如圖2中圖示的雙致偏器單元）可以作為單獨模組提供。為了改變操作模式，只要替換孔即可。在所有操作模式中，接線和/或驅動器可以是相同的。
圖3示出根據本文所述的另外的實施方式的帶電粒子束裝置的一部分的示意圖。帶電粒子束裝置包括聚光透鏡佈置310、孔佈置220和多極佈置230。聚光透鏡佈置310具有單個聚光透鏡。圖3中圖示的配置類似於圖2的配置，並且類似或相同的元件的描述不再重複。
多極佈置230包括具有兩個或更多個第一多極的第一多極級232和具有兩個或更多個第二多極的第二多極級234。在圖3的示例中，第一電壓U偏轉 和第二電壓U消像散 疊加並施加到第一多極級或層的兩個或更多個第一多極。第三電壓U消隱 被施加到第二多極級或層的兩個或更多個第二多極。另外，第四電壓U聚焦 被施加到第一多極級232。第一電壓U偏轉 、第二電壓U消像散 和第四電壓U聚焦 可以疊加。可以提供第四電壓U聚焦 而用於聚焦控制。例如，第一多極級232可以具有用於偏轉、像散和聚焦控制的八極佈置。
圖4示出根據本文所述的實施方式的帶電粒子束裝置的一部分的示意圖。帶電粒子束裝置包括聚光透鏡佈置210、孔佈置220和3級多極佈置430。聚光透鏡佈置210是具有兩個聚光透鏡的聚光透鏡系統。
根據可與本文所述的其他實施方式組合的一些實施方式，帶電粒子束裝置，特別是多極佈置430，包括第一多極級、第二多極級和第三多極級。第一多極級、第二多極級和第三多極級可以沿著兩個或更多個小束的束路徑連續地佈置。
根據可與本文所述的其他實施方式組合的一些實施方式，帶電粒子束裝置，特別是多極佈置430，包括在多極級432和多極級434之間的聚焦透鏡陣列440。例如，聚焦透鏡陣列440可以是包括兩個或更多個另外的多極的另一多極級（例如，第二多極級或第三多極級）。
在一些實現方式中，第一多極級、第二多極級和第三多極級彼此獨立。例如，電壓可獨立地被施加到第一多極級、第二多極級和第三多極級中的每一個。第一多極級、第二多極級和第三多極級可以提供兩個或更多個功能。兩個或更多個功能可以分配在第一多極級、第二多極級和第三多極級之間。兩個或更多個功能可以選自由以下組成的群組：小束偏轉、像差校正、小束對準、場曲率校正、聚焦校正、精細聚焦校正、像散控制和小束消隱。
在圖4的示例中，用於精細偏轉以使束對準在透鏡陣列（第二）級440的光軸上的電壓U精細偏轉 和用於像散控制的電壓U消像散 疊加並施加到（第一）多極級432。透鏡陣列的每個單獨透鏡可以具有光軸，相應的小束對準光軸。（第一）多極級432可以是八極級。第二級440可以是圓形電極陣列或多極陣列。
用於聚焦控制（例如，場曲率校正和/或精細聚焦）的電壓U聚焦 可以被施加到（第二）多極級，諸如聚焦透鏡陣列440。（第二）多極級可以包括一個或多個圓形電極或具有可負責其他功能的公共電壓的更高階的多極，例如八極（由於第一多極級432中的預對準，小束軸上地通過單透鏡）。
用於使小束朝向物鏡偏轉的電壓U偏轉 和用於消隱小束的電壓U消隱 疊加並施加到（第三）多極級434。3個層可以形成單獨的單透鏡。
圖5示出根據本文所述的實施方式的帶電粒子束裝置的一部分的示意圖。帶電粒子束裝置包括聚光透鏡佈置210、孔佈置220和1級多極佈置530。聚光透鏡佈置210是具有沒有交叉的兩個聚光透鏡的聚光透鏡系統。
在圖5的示例中，所有功能在一層中實現，例如，通過八極實現。例如，用於偏轉兩個或更多個小束的第一電壓U偏轉 、用於校正像差的第二電壓U消像散 、以及用於選擇性地消隱兩個或更多個小束的第三電壓U消隱 被施加到單個級。第一電壓、第二電壓和第三電壓可以疊加以提供相應功能。
圖6示出根據本文所述的實施方式的帶電粒子束裝置的一部分的示意圖。帶電粒子束裝置包括聚光透鏡佈置210、孔佈置220和4級多極佈置630。聚光透鏡佈置210是具有兩個聚光透鏡的聚光透鏡系統。
根據可與本文所述的其他實施方式組合的一些實施方式，帶電粒子束裝置，特別是多極佈置630，包括第一多極級632、第二多極級634、第三多極級636和第四多極級638。第一多極級632、第二多極級634、第三多極級636和第四多極級638可以沿著兩個或更多個小束的束路徑連續地佈置。
在圖6的示例中，用於精細偏轉的電壓U精細偏轉 被施加到第一多極級632。第二多極級634可以是聚焦透鏡陣列。用於聚焦控制（例如，場曲率校正和/或精細聚焦）的電壓U聚焦 可以被施加到第二多極級634。用於使小束朝向物鏡偏轉的電壓U偏轉 可以被施加到第三多極級636。用於消隱小束的電壓U消隱 可以被施加到第四多極級638。
圖7示出根據本文所述的實施方式的用於操作帶電粒子束裝置的方法700的流程圖。方法700可以使用本文所述的設備和系統來實現。
方法700包括在方塊710中使用具有多個第一開口的第一孔組件以第一操作模式操作帶電粒子束裝置來產生帶電粒子束的兩個或更多個小束，並且在方塊720中使用具有與多個第一開口不同的多個第二開口的第二孔組件以第二操作模式操作帶電粒子束裝置。
在一些實現方式中，第一操作模式使用第一聚光透鏡激發裝置，並且第二操作模式使用不同於第一聚光透鏡激發裝置的第二聚光透鏡激發裝置。第一操作模式和第二操作模式選自由以下組成的群組：樣品成像操作、預充電操作和衰減時間檢查。
根據本文所述的實施方式，用於操作帶電粒子束裝置的方法可以使用電腦程式、軟體、電腦軟體產品和相互關聯的控制器進行，相互關聯的控制器可以具有與帶電粒子束裝置的對應部件通訊的CPU、記憶體、使用者介面和輸入輸出裝置。
圖8示出根據本文所述的實施方式的帶電粒子束裝置的操作模式，特別是電壓對比度（voltage contrast）EBI。特別地，圖示預充電和衰減時間檢查。箭頭801表示樣本台的移動方向。點803表示具有優化的探針大小的量測/取樣小束。點805表示洪泛（flooding）小束（大孔形成大探針電流）。通過點805，絕緣樣品區域的表面被充電。情況（1）表明洪泛小束的基於樣品上的洩漏的電壓降。情況（2）表明洪泛小束沒有電壓降。
本揭示內容的EBI多小束柱架構可以使用一個高亮度電子源、致偏器陣列、至少一個聚光透鏡、一組可選擇並且可對準的孔陣列和物鏡。高亮度電子源可以提供足夠均勻的發射角度來照射孔陣列。致偏器陣列實際上將一個電子源放大到至少兩個源並且將放大的束導向物鏡（例如，撞擊在中心附近的物鏡軸線、前焦點或物鏡的無彗差點）。至少一個聚光透鏡設在電子源與致偏器陣列之間以用於控制電子源的放大/縮小。一組可選擇並且可對準的孔陣列以與在所述一個源和產生小束陣列的所述致偏器陣列之間的致偏器陣列的配置對應的配置提供。物鏡將小束聚焦在樣品表面上。
通過在由物鏡和聚光透鏡像差確定的相應的孔陣列組中選擇適當的聚光器激發裝置和孔大小，可以產生至少2種操作模式，其特徵在於具有優化的（例如最大的）探針電流的特定小束探針大小。
本文所述的實施方式僅是可組合的可能配置的示例，並且部件/功能可以交換。根據本揭示內容的帶電粒子束裝置特別包括4個單獨部件：
1. 在寬廣角度上具有足夠的恆定的角強度的高亮度電子源。
2. 具有用於探針大小/探針電流調整的至少一個聚光器的聚光透鏡系統。
3. 用於虛擬地將電子源放大成至少兩個電子源的陣列的束致偏器陣列模組，至少兩個電子源的陣列由每個小束具有至少一個偶極以用於將小束導向公共物鏡的至少一個層組成。
4. 具有至少兩個多孔陣列的單獨的板材，所述板材具有與致偏器陣列模組相同的橫向架構（距離、間距、幾何佈置），而至少兩個孔陣列具有不同的孔大小（孔洞），並且具有孔陣列的板材可移動以使得不同的孔陣列可以定位在致偏器模組的軸線上並且與致偏器模組的軸線對準。
可以選擇單獨陣列組中的孔直徑，使得可以通過設定限定的聚光透鏡放大率和使用由系統放大率和透鏡像差（例如，球差和色差）限定的最佳物鏡孔角度中的至少一種方式來實現預定義的小束孔探針大小中的最高電流密度。
由於光斑大小(spot size)選擇/變化可以僅通過聚光透鏡系統改變來執行，物鏡的操作和物鏡的基本光路(ray path)可以保持不變。用於源放大的致偏器模組可以將小束始終導向至物鏡附近的相同的交叉點（例如，前焦點或無彗差點）。在樣品表面上的小束的間距可以是恆定的（與探針大小無關）。另外，由於一次小束陣列配置是不變的，信號電子的偵測是獨立的。偵測配置/架構（SE光學元件、偵測器陣列）可以始終是相同的。
致偏器陣列配置/架構可以具有若干選項和部件/功能： 基本功能可以是小束朝向物鏡的偏轉。在此，可以提供至少一個徑向偏轉方向，這由偶極場執行。這可以通過偶極電極配置或任何更高的多極電極配置（如四極、六極、八極等）來實現。 為了補償公差和偏差，可以通過兩個單獨的偶極電極、四極或更高階的多極電極配置執行在兩個方向中的偏轉。 對於六極校正，可以使用具有6個電極的電極配置。然而，可以使用其他更高階的多極電極配置。 對於小束消像散控制，可以使用2個正交四極場，這可以通過單獨的2個四極、八極或更高階的電極配置來實現。 在更高階的效應影響小束性能的情況下，可以提供更高階的多極校正元件。 為了將衍射功率（聚焦）添加到致偏器陣列中，可以整合圓形電極。然而，通過將恆定電壓供應到所有電極，也可以通過任何其他（圓形）多極電極架構來實現此類圓形的透鏡場。 前述功能可以在致偏器模組的不同的層中實現，或可以在一個或多個層中集合。例如，偏轉和消像散控制可以組合在一個八極層中。可以基於系統穩定性需要和整個模組的可容許靈活度來選擇有多少層和執行哪種功能組合。圖6例如示出靜態和動態（例如，消隱器）功能的分離。
致偏器模組的層結構可以例如在MEMS技術或半導體製造技術中通過堆疊單獨元件或通過構建一個單元來實現。致偏器陣列和孔陣列佈局可以是任何一維或二維配置，這對於尤其是支援特殊小束掃描方案的檢查應用是可行的。
雖然前述內容針對的是本揭示內容的實施方式，但是也可在不脫離本揭示內容的基本範圍的情況下設計本揭示內容的其他和進一步的實施方式，並且本揭示內容的範圍由隨附的申請專利範圍確定。
4‧‧‧光軸4A‧‧‧小束4B‧‧‧小束4C‧‧‧小束6A‧‧‧致偏器6B‧‧‧致偏器6C‧‧‧致偏器7‧‧‧樣品台8‧‧‧樣品9‧‧‧偵測器組件9A‧‧‧偵測器組件9B‧‧‧偵測器組件9C‧‧‧偵測器組件10‧‧‧物鏡12‧‧‧掃描致偏器14‧‧‧帶電粒子束20‧‧‧帶電粒子源101‧‧‧柱外殼102‧‧‧虛擬源102'‧‧‧源110‧‧‧聚光透鏡佈置113‧‧‧磁性致偏器114‧‧‧射束分離器120‧‧‧孔佈置123‧‧‧彎束器130‧‧‧多極佈置132‧‧‧聚焦透鏡134‧‧‧致偏器136‧‧‧致偏器210‧‧‧聚光透鏡佈置212‧‧‧第一聚光透鏡214‧‧‧第二聚光透鏡220‧‧‧孔佈置221‧‧‧致動器組件222‧‧‧第一孔組件224‧‧‧第一開口226‧‧‧第二孔組件228‧‧‧第二開口230‧‧‧多極佈置232‧‧‧第一多極級234‧‧‧第二多極級310‧‧‧聚光透鏡佈置430‧‧‧多極佈置432‧‧‧多極級434‧‧‧多極級440‧‧‧聚焦透鏡陣列530‧‧‧多極佈置630‧‧‧多極佈置632‧‧‧第一多極級634‧‧‧第二多極級636‧‧‧第三多極級638‧‧‧第四多極級700‧‧‧方法710‧‧‧方塊720‧‧‧方塊801‧‧‧箭頭803‧‧‧點805‧‧‧點
為了可詳細地理解本揭示內容的上述特徵所用方式，可以參考實施方式進行對上文簡要地概述的本揭示內容的更特定的描述。附圖涉及本揭示內容的實施方式，並且描述如下：
圖1示出根據本文所述的實施方式的帶電粒子束裝置的示意圖；
圖2示出根據本文所述的實施方式的帶電粒子束裝置的一部分的示意圖；
圖3示出根據本文所述的另外的實施方式的帶電粒子束裝置的一部分的示意圖；
圖4示出根據本文所述的再另外的實施方式的帶電粒子束裝置的一部分的示意圖；
圖5示出根據本文所述的實施方式的帶電粒子束裝置的一部分的示意圖；
圖6示出根據本文所述的另外的實施方式的帶電粒子束裝置的一部分的示意圖；
圖7示出根據本文所述的實施方式的用於操作帶電粒子束裝置的方法的流程圖；和
圖8示出根據本文所述的實施方式的帶電粒子束裝置的操作模式。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
4‧‧‧光軸
4A‧‧‧小束
4B‧‧‧小束
4C‧‧‧小束
6A‧‧‧致偏器
6B‧‧‧致偏器
6C‧‧‧致偏器
7‧‧‧樣品台
8‧‧‧樣品
9‧‧‧偵測器組件
9A‧‧‧偵測器組件
9B‧‧‧偵測器組件
9C‧‧‧偵測器組件
10‧‧‧物鏡
12‧‧‧掃描致偏器
14‧‧‧帶電粒子束
20‧‧‧帶電粒子源
101‧‧‧柱外殼
102‧‧‧虛擬源
102'‧‧‧源
110‧‧‧聚光透鏡佈置
113‧‧‧磁性致偏器
114‧‧‧射束分離器
120‧‧‧孔佈置
123‧‧‧彎束器
130‧‧‧多極佈置
132‧‧‧聚焦透鏡
134‧‧‧致偏器
136‧‧‧致偏器

Claims (16)

  1. 一種帶電粒子束裝置，包括：一帶電粒子源，經配置以發射一帶電粒子束；一聚光透鏡佈置；一孔佈置，經配置以產生該帶電粒子束的兩個或更多個小束，其中該孔佈置包括多個第一開口和與該等多個第一開口不同的多個第二開口；多極佈置，經配置以作用在該等兩個或更多個小束上，其中該多極佈置包括具有兩個或更多個第一多極的一第一多極級和具有兩個或更多個第二多極的一第二多極級；和一聚焦透鏡陣列，該聚焦透鏡陣列在該第一多極級與該第二多極級之間；其中該孔佈置經配置以使該等多個第一開口或該等多個第二開口與該多極佈置對準。
  2. 如請求項1所述的帶電粒子束裝置，其中該等多個第一開口的一直徑不同於該等多個第二開口的一直徑。
  3. 如請求項1所述的帶電粒子束裝置，其中該孔佈置包括至少一第一孔板材和一第二孔板材，該第一孔板材具有該等多個第一開口，該第二孔板材具有該等多個第二開口，並且其中該帶電粒子束裝置進一 步包括一致動器組件，該致動器組件經配置以移動該第一孔板材和該第二孔板材。
  4. 如請求項3所述的帶電粒子束裝置，其中該致動器組件包括一旋轉致動器，該旋轉致動器經配置以使該第一孔板材和該第二孔板材圍繞一旋轉軸線旋轉。
  5. 如請求項4所述的帶電粒子束裝置，其中該致動器組件包括一x-y致動器台，該x-y致動器台經配置以使該等多個第一開口或該等多個第二開口與該多極佈置對準。
  6. 如請求項1至5中任一項所述的帶電粒子束裝置，其中該聚光透鏡佈置包括單個聚光透鏡或兩個或更多個聚光透鏡，並且其中該聚光透鏡佈置經配置以提供具有交叉的束路徑或沒有交叉的束路徑。
  7. 如請求項1至5中任一項所述的帶電粒子束裝置，其中該聚光透鏡佈置具有一可調整的透鏡激發裝置以用於進行如下操作中的至少一個：改變一焦距和改變該多極佈置的一照射角度。
  8. 如請求項1至5中任一項所述的帶電粒子束裝置，其中該多極佈置經配置以進行如下操作中的至少一個：使該等兩個或更多個小束偏轉、校正像差和選擇性地消隱該等兩個或更多個小束。
  9. 如請求項8所述的帶電粒子束裝置，進一步包括至少一個電壓源，其中該至少一個電壓源經配置以施加一第一電壓到該多極佈置以使該等兩個或更多個小束偏轉，施加一第二電壓以校正像差，和施加一第三電壓以選擇性地消隱該等兩個或更多個小束。
  10. 如請求項9所述的帶電粒子束裝置，其中該至少一個電壓源經配置以疊加該第一電壓、該第二電壓和該第三電壓中的至少兩個電壓。
  11. 如請求項1所述的帶電粒子束裝置，其中該多極佈置包括具有兩個或更多個第三多極的一第三多極級。
  12. 如請求項11所述的帶電粒子束裝置，其中該第一多極級、該第二多極級和該第三多極級彼此獨立。
  13. 如請求項11所述的帶電粒子束裝置，其中該第一多極級、該第二多極級和該第三多極級沿著該等兩個或更多個小束的一束路徑連續地佈置。
  14. 一種用於操作一帶電粒子束裝置的方法，該帶電粒子束裝置包括：一孔佈置，經配置以產生一帶電粒子束的兩個或更多個小束，其中該孔佈置包括多個第一開口和與該等多個第一開口不同的多個第二開口； 多極佈置，經配置以作用在該等兩個或更多個小束上，其中該多極佈置包括具有兩個或更多個第一多極的一第一多極級和具有兩個或更多個第二多極的一第二多極級；和一聚焦透鏡陣列，該聚焦透鏡陣列在該第一多極級與該第二多極級之間；該方法包括以下步驟：使用該等多個第一開口以一第一操作模式操作該帶電粒子束裝置來產生該等兩個或更多個小束；和使用該等多個第二開口以一第二操作模式操作該帶電粒子束裝置來產生該等兩個或更多個小束。
  15. 如請求項14所述的方法，其中該第一操作模式使用第一聚光透鏡激發裝置，並且該第二操作模式使用不同於該第一聚光透鏡激發裝置的一第二聚光透鏡激發裝置。
  16. 如請求項15所述的方法，其中該第一操作模式和該第二操作模式選自由以下組成的群組：一樣品成像操作、預充電操作和一衰減時間檢查。
TW107129061A 2017-08-29 2018-08-21 帶電粒子束裝置、用於帶電粒子束裝置的孔佈置和用於操作帶電粒子束裝置的方法 TWI713883B (zh)

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