带电粒子束设备、扫描电子显微镜和操作带电粒子束设备的方法

技术领域

本文描述的实施例涉及带电粒子束设备，特别是电子束设备，用于检查或成像系统应用、测试系统应用、平板印刷系统应用、电子显微镜等。具体而言，描述了被配置用于提供可用于不同应用的带电粒子束的带电粒子束设备。本文所述的实施例也涉及操作带电粒子束设备的方法、涉及用于提供电子束的枪壳体布置以及涉及扫描电子显微镜。

背景技术

带电粒子束设备在多个工业领域中具有许多功能，多个工业领域包括但不限于关键尺寸界定、缺陷检查、半导体基板、晶片和其他试样的检查、平板印刷曝光系统、检测器布置、成像系统和测试系统。因此，对微米级和纳米级试样的结构化、测试和检查有很高的需求。

微米和纳米级处理的控制、检查、或结构化通常是通过带电粒子束来完成的，例如在诸如电子显微镜之类的带电粒子束设备中生成和聚焦的电子束。与例如光子束相比，带电粒子束提供较佳的空间分辨率，从而实现高分辨率成像和检查。

通常，带电粒子束设备在真空条件下操作，特别是在超高真空条件下。特别地，带电粒子束发射器通常布置在超高真空条件下的排空枪壳体中。然而，排空枪壳体中仍可能存在不需要的离子、离子化的分子或其他污染粒子。如果污染粒子具有与发射器发射的带电粒子的电荷相反的电荷，则粒子向发射器加速。结果，发射器可能机械变形或可能受到其他负面影响，例如，由于粒子在发射器表面上的积累，这可能会引入噪声和其他射束不稳定性。

具体而言，带电粒子束发射器区域中的污染粒子可能导致不稳定或嘈杂的带电粒子束，例如导致变化的射束流或可变的射束轮廓。因此，带电粒子束设备内的真空条件，且特别是容纳带电粒子束发射器的枪壳体内的真空条件是关键性的。

综上所述，改善带电粒子束设备中带电粒子束的射束稳定性并减少枪壳体内的污染粒子的量是有益的。具体而言，提供发射具有改进的稳定性的带电粒子束的紧凑型带电粒子束设备和扫描电子显微镜是有益的。此外，提供操作带电粒子束设备的方法(诸如提供具有改进的射束稳定性的带电粒子束)是有益的。

发明内容

鉴于上述，提供了根据独立权利要求的带电粒子束设备、扫描电子显微镜和操作带电粒子束设备的方法。根据从属权利要求、说明书和附图，进一步的方面、优点、和特征是显而易见的。

根据一个方面，提供了一种带电粒子束设备。带电粒子束设备包括第一真空区域，其中布置有用于沿光轴发射带电粒子束的带电粒子束发射器；第二真空区域，第二真空区域在第一真空区域下游并且通过具有第一差分泵送孔的第一气体分隔壁与第一真空区域隔开，其中第一差分泵送孔被配置为用于带电粒子束的第一射束限制孔；以及第三真空区域，第三真空区域在第二真空区域下游并且通过具有第二差分泵送孔的第二气体分隔壁与第二真空区域隔开，其中第二差分泵送孔被配置为用于带电粒子束的第二射束限制孔。

在一些实施例中，第一真空区域、第二真空区域和第三真空区域由枪壳体包围，所述枪壳体附接到或可附接到柱壳体，所述柱壳体至少包括第四真空区域。

根据另一方面，提供了一种用于检查试样的扫描电子显微镜。扫描电子显微镜包括：第一真空区域，其中布置有用于沿光轴发射电子束的冷场发射器；第二真空区域，第二真空区域在第一真空区域下游并且通过具有第一差分泵送孔的第一气体分隔壁与第一真空区域隔开，其中第一差分泵送孔被配置为用于电子束的第一射束限制孔；第三真空区域，第三真空区域在第二真空区域下游并且通过具有第二差分泵送孔的第二气体分隔壁与第二真空区域隔开，其中第二差分泵送孔被配置为用于电子束的第二射束限制孔；透镜布置，透镜布置设置在第二真空区域和第三真空区域中的至少一者中；第四真空区域，第四真空区域在第三真空区域下游并且通过具有用于电子束的第三差分泵送孔的第三气体分隔壁与第三真空区域隔开；布置在第四真空区域中的扫描偏转器、物镜和带电粒子检测器中的至少一者；以及试样台，用于将待检查的试样放置于其上。

根据另一方面，提供了一种操作带电粒子束设备的方法。方法包括排空第一真空区域、第二真空区域和第三真空区域，第二真空区域在第一真空区域下游且通过具有第一差分泵送孔的第一气体分隔壁与第一真空区域隔开，第三真空区域在第二真空区域下游且通过具有第二差分泵送孔的第二气体分隔壁与第二真空区域隔开；在第一真空区域中生成带电粒子束；引导带电粒子束穿过第一气体分隔壁中的第一差分泵送孔，其中带电粒子束的外部分被阻挡；以及引导带电粒子束穿过第二气体分隔壁中的第二差分泵送孔，其中带电粒子束的外部分被阻挡。

根据另一方面，提供了一种带电粒子束设备，包括：第一真空区域，其中布置有用于沿光轴发射带电粒子束的带电粒子束发射器；第二真空区域，第二真空区域在第一真空区域下游并且通过具有第一差分泵送孔的第一气体分隔壁与第一真空区域隔开；第三真空区域，第三真空区域在第二真空区域下游并且通过具有用于带电粒子束的第二差分泵送孔的第二气体分隔壁与第二真空区域隔开；以及第四真空区域，第四真空区域在第三真空区域下游并且通过第三气体分隔壁与第三真空区域隔开。第三气体分隔壁具有用于带电粒子束的第三差分泵送孔。第四真空区域容纳物镜和带电粒子检测器中的至少一者。在该实施例中，第一差分泵送孔在光学上被配置为用于带电粒子束的第一射束限制孔和/或第二差分泵送孔可选地被配置为用于带电粒子束的第二射束限制孔。

实施例也针对用于执行所公开的方法的设备，并且包括用于执行每个所描述的方法特征的设备部件。方法特征可通过硬件组件、由适当软件程序化的计算机、通过两者的任何组合或以任何其他方式来执行。此外，实施例也针对制造所述设备的方法，以及操作所述设备的方法。其包括用于执行设备的每个功能的方法特征。

附图说明

为了可以详细地理解本公开的上述特征的方式，可以通过参考实施例来进行上文简要概述的更具体的描述。附图与本公开的实施例有关，并在以下进行描述：

图1是根据本文描述的实施例的带电粒子束设备的示意性横截面图；

图2示出在不同状态中的图1的带电粒子束设备；

图3是根据本文描述的实施例的带电粒子束设备的示意性横截面图；

图4是根据本文描述的实施例的扫描电子显微镜的示意性横截面图；以及

图5是示出根据本文描述的实施例的操作带电粒子束设备的方法的流程图。

具体实施方式

现将详细参照各种实施例，在附图中示出了实施例的一个或多个示例。在以下描述中，相同的附图标记指代相同的组件。通常，仅描述关于各个实施例的差异。每个示例都是通过解释的方式来提供，且不意味着限制。此外，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以在其他实施例上或与其他实施例结合使用以产生又进一步的实施例。意图是描述包括这样的修改和变化。

在不限制本申请的范围的情况下，以下将带电粒子束设备或其部分示例性地称为配置用于检测信号电子的电子束设备。信号带电粒子尤其涵盖二次电子和/或反向散射电子，特别是二次电子和反向散射电子(SE和BSE)两者。然而，应理解，本文描述的实施例可应用于检测其他微粒的设备，例如离子形式的二次和/或反向散射带电粒子，以获得试样图像或检查或处理结果。因此，在本文所述的实施例中，带电粒子不限于电子。

图1是根据本文描述的实施例的带电粒子束设备100的示意性横截面图。带电粒子束设备100被配置用于提供带电粒子束102，所述带电粒子束102可用于例如检查或成像应用，例如用于电子显微镜中。

带电粒子束设备100包括枪壳体101，其可利用一个或多个真空泵排空，特别是排空至超高真空。带电粒子束发射器105(特别是用于生成电子束的电子发射器)布置在枪壳体101中。具有带电粒子束发射器105的枪壳体101可以放置在带电粒子束设备的柱(未示于图1中)的上游。特别地，在枪壳体101中生成的带电粒子束102可以用物镜聚焦到试样上以用于检查或成像目的。

带电粒子束发射器(特别是电子发射器)对枪腔室中真空的清洁度非常敏感。例如，可能积聚在发射器表面上的离子或其他污染颗粒可能会损害电子源的稳定性并且可能导致射束流和/或射束形状的波动。特别是，基于冷场发射的电子发射器对真空的清洁度极为敏感。

一些带电粒子束设备使用若干所谓的差分泵送部分，所述差分泵送部分由各自的差分泵送孔分开，以改善枪腔室中的真空条件。差分泵送部分可理解为真空区域，其可由相应的真空泵分开泵送，并由相应的气体分隔壁隔开，以改善最上游真空区域中的真空条件。可以在气体分隔壁中提供差分泵送孔(即用于带电粒子束的小开口)，使得带电粒子束可以从上游差分泵送部分沿光轴传播到下游差分泵送部分。如本文所用，“下游”可理解为在带电粒子束沿光轴A的传播方向上的下游。

然而，带电粒子束设备内的气体分隔壁和相应的差分泵送孔通常会增加复杂性并降低带电粒子束设备的紧凑性。一方面针对良好的真空条件而另一方面针对射束光学组件提供的紧凑性的矛盾要求是难以满足的。

本文所述的实施例提供了一种紧凑的带电粒子束设备，其也在带电粒子束发射器105的区域中提供了极好的真空条件，并因此提供了良好的射束稳定性。如图1中所示，带电粒子束设备的枪壳体101被划分为由各自的气体分隔壁隔开的至少三个真空区域，使得在枪壳体中提供至少三个差分泵送部分。

第一真空区域121(最上游的真空区域)容纳带电粒子束发射器105，所述带电粒子束发射器105被配置为发射将沿光轴A引导的带电粒子束102。第二真空区域122在光轴A的方向上布置在第一真空区域121的下游，并通过第一气体分隔壁132与第一真空区域121隔开。第一气体分隔壁132中设有第一差分泵送孔131，使得带电粒子束102可从第一真空区域121沿光轴A传播至第二真空区域122中。第三真空区域123在光轴A的方向上布置在第二真空区域122的下游，并通过第二气体分隔壁134与第二真空区域122隔开。第二气体分隔壁134中设有第二差分泵送孔133，使得带电粒子束可以穿过第二差分泵送孔133从第二真空区域122沿光轴A传播到第三真空区域123中。

每个真空区域可具有相应的真空凸缘，使得每个真空区域可以由至少一个相应的真空泵分开泵送。这使得能够从布置得更靠近具有较高背景压力的试样腔室的第三真空区域123到容纳带电粒子枪的第一真空区域121的真空条件的逐步改善。例如，第一真空区域121可具有用于附接第一真空泵的第一真空凸缘126，第二真空区域122可具有用于附接第二真空泵的第二真空凸缘127，并且第三真空区域123可具有用于附接第三真空泵的第三真空凸缘128。

根据本文所述的实施例，第一差分泵送孔131和第二差分泵送孔133都是射束-光学孔，即第一差分泵送孔和第二差分泵送孔都影响带电粒子束102的形状和/或尺寸。换言之，第一差分泵送孔和第二差分泵送孔不仅用于改善布置带电粒子束发射器的第一真空区域中的真空条件，而且第一差分泵送孔和第二差分泵送孔也是影响带电粒子束的射束-光学系统的一部分。第一差分泵送孔和第二差分泵送孔因此也可以称为“射束-光学压力级孔”或“射束界定压力级孔”。具体而言，第一差分泵送孔131被配置为带电粒子束的第一射束限制孔，且第二差分泵送孔133被配置为带电粒子束的第二射束限制孔。

“射束限制孔”可以理解为在设备操作期间通过阻挡带电粒子束的外部来影响射束尺寸的射束-光学孔。特别地，“射束限制孔”可以适当地限制射束尺寸，从而提供具有预定电流和/或尺寸的带电粒子束。“差分泵送孔”或“压力级孔”可以理解为气体分隔壁中的孔，其有助于在孔上游和下游的真空区域之间进行差分泵送。通常，在设备操作期间，差分泵送孔的两个相对侧上的压力相差至少一个数量级。因此，布置在第一真空区域中的带电粒子束发射器可以高效地与布置在其下游的真空区域以及可能来自带电粒子束设备的这些“较低”部分的残余气体隔离，特别是与放置待检测试样的试样腔室隔离。

由于第一差分泵送孔131和第二差分泵送孔133也被配置为带电粒子束设备中的射束-光学组件，且因此是“多用途组件”，因此可以保持带电粒子束设备的紧凑性，同时通过差分泵送改善布置带电粒子束发射器的第一真空区域中的真空条件。具体地，可以将第一真空区域121的极高真空与将布置待检查试样的试样腔室的中等真空隔离。应注意，在一些实施例中，第一差分泵送孔131和/或第二差分泵送孔133可以可选择地附加地整合到电极中或用作电极，例如，作为提取电极和/或作为阳极，并且因此可以不仅是真空组件，而且是射束限制和射束形成组件。

在可以与本文所述的其他实施例结合的一些实施例中，至少一个透镜可布置在第二真空区域122中。特别地，第一聚束透镜106可以布置在第二真空区域122中。第一聚束透镜106可被配置用于调整束发散并因此调整带电粒子束102的部分，所述带点粒子束102将传播穿过布置在其下游的第二差分泵送孔133。因此，第一聚束透镜106可以被配置为调整第二差分泵送孔133下游的带电粒子束102的射束流。

图1和图2中示意性地示出经由第一聚束透镜106的射束流调整。在图1中，第一聚束透镜106被激发以提供基本准直的束，并且基本准直的束的内部分传播穿过用作射束限制孔的第二差分泵送孔133。在图2中，第一聚束透镜106被不同地激发以提供略微发散的射束，使得与图1相比具有相同尺寸但具有减小的射束流的略微发散的射束的内部分传播穿过作为第二射束限制孔的第二差分泵送孔133。因此，通过调整第一聚束透镜106的激发(即，通过第一聚束透镜106和第二差分泵送孔133的配合)，可以减小或增加第二差分泵送孔133的下游的射束流。

在一些实施例中，第一聚束透镜106被配置为在500pA或更小的第一值和40nA或更大的第二值之间的范围内调整第二差分泵送孔133下游的射束流，特别是在50pA或更小的第一值和100nA或更大的第二值之间。

第一聚束透镜106可设置有对准系统(例如，机械对准系统)，其允许第一聚束透镜106相对于光轴A居中。这使得系统能够以减少的或最小化的寄生光学像差操作。

在一些实施例中，射束对准布置(例如，射束偏转器)被布置在第二真空区域122中。射束偏转器改变射束的传播方向。例如，可以在第二真空区域122中设置射束偏转器，以确保带电粒子束的传播方向与带电粒子束设备的光轴A相对应和/或确保带电粒子束同轴撞击在第二差分泵送孔133上。这有利于第二差分泵送孔下游的基本旋转对称的射束轮廓。定位在第二真空区域122内的射束对准布置进一步促进射束对准。在一些实施例中，在第二真空区域122中提供透镜(例如，第一聚束透镜106)和射束对准布置(图中未示出)两者。

在一些实施例中，在第三真空区域123中设置有透镜，例如聚束透镜。特别地，第一聚束透镜106可以布置在第二真空区域122中，并且第二聚束透镜107可布置在第三真空区域123中。第二聚束透镜107可被配置用于在第二聚束透镜107的下游提供预定的射束发散(例如，准直射束)。例如，可以根据第一聚束透镜106的激发来设置第二聚束透镜107的激发，使得可以在第二聚束透镜107的下游为不同射束流提供预定的射束发散。第一聚束透镜和第二聚束透镜(以及在第二真空区域和/或第三真空区域中可选的进一步的聚束透镜)可构成带电粒子束设备的聚束透镜布置。

在一些实施例中，射束对准布置(例如射束偏转器)定位在第三真空区域123中。例如，可以在第三真空区域123中设置射束偏转器，以确保带电粒子束的传播方向与带电粒子束设备的光轴A相对应和/或确保带电粒子束同轴进入柱壳体和/或物镜。定位在第三真空区域123内的射束对准布置进一步有助于射束对准。在一些实施例中，在第三真空区域123中提供透镜(例如，第二聚束透镜107)和射束对准布置(图中未示出)两者。

第二聚束透镜107可设置有对准系统(例如，机械对准系统)，其允许第二聚束透镜107相对于光轴A居中。这使得系统能够以减少的或最小化的寄生光学像差操作。

用作第一射束限制孔的第一差分泵送孔131可界定进入第二真空区域122的带电粒子束的形状和/或大小。具体地，由带电粒子束发射器105发射的带电粒子可以朝向第一差分泵送孔131加速，例如，通过提取电极或通过设置在提取电位上的第一气体分隔壁132的电极部分，并且第二真空区域中的带电粒子束102由传播穿过第一差分泵送孔131的带电粒子形成。因此，第一差分泵送孔131下游的带电粒子束102的射束流由第一差分泵送孔131的开口大小界定。由带电粒子束发射器105以相对于光轴A大角度发射的带电粒子被围绕第一射束限制孔的开口的第一气体分隔壁132阻挡，并且以相对于光轴A的小角度发射的带电粒子穿过第一射束限制孔以在第二真空区域形成带电粒子束102。

在一些实施例中，第一差分泵送孔131的大小可被设置以形成具有20nA或更多且200nA或更少(例如约50nA)的射束流的带电粒子束102。如上所述，可以利用第一聚束透镜106与第二差分泵送孔133协作来对进入带电粒子束设备的柱的射束流进行微调。例如，第一差分泵送孔131的大小可被设置以总是形成具有预定射束流的带电粒子束102，并且布置在其下游的第二差分泵送孔133可以调整带电粒子束102的射束流以根据带电粒子束设备的实际应用模式而被聚焦在试样上。例如，可以为高产量应用提供较高的射束流，并且可以为高分辨率应用提供较低的射束流。

特别地，第一差分泵送孔131可具有小于对应于带电粒子束发射器的最大射束发射角的开口大小，使得带电粒子束102的外部分被第一差分泵送孔131阻挡，且具有预定尺寸和形状的带电粒子束102由第一差分泵送孔131形成。例如，第一差分泵送孔131的开口大小可以对应于5°或更小的发射角(a)，和/或带电粒子束发射器105的最大发射角可以是10°或更大。

在可以与本文描述的其他实施例结合的一些实施例中，第一差分泵送孔131具有10μm或更大且250μm或更小的开口直径，特别是10μm或更大且100μm或更小的直径。第一差分泵送孔131可以具有适于形成圆形射束轮廓的圆形或圆状射束开口。在一些实施例中，带电粒子束发射器105与第一差分泵送孔131之间的距离D1可以是10mm或更小，特别是2mm或更小，更特别是1mm或更小。具有这种形状和距带电粒子束发射器105的距离的第一差分泵送孔131适合于形成具有适合各种应用的良好射束轮廓和射束形状和射束流的带电粒子束。

应注意到，促进差分泵送的差分泵送孔通常不是射束光学系统的一部分，因此通常具有更大的直径(例如1mm或更大)，以避免与带电粒子束的相互作用，其不同于本文描述的实施例。

在可以与本文描述的其他实施例结合的一些实施例中，第二差分泵送孔133具有5μm或更大且250μm或更小的开口直径，特别是10μm或更大且100μm或更小的直径。第二差分泵送孔133可以具有适于形成具有圆形射束轮廓的束的圆状或圆形射束开口。具有这种开口的第二差分泵送孔133适合于与第一聚束透镜106协作适当地调整射束流，同时保持预定的射束轮廓。在一些实施例中，第一差分泵送孔131与第二差分泵送孔133之间沿光轴A的第二距离D2可以是3cm或更大且10cm或更小，特别是约5cm。具有上述尺寸的两个压力级孔之间的第二真空区域122的延伸适合于高效地促进差分泵送。例如，第二真空区域中的第二压力可以比第三真空区域中的第三压力低至少一个数量级，并且第一真空区域中的第一压力可以比第二真空区域中的第二压力低至少一个数量级。

在可以与本文描述的其他实施例结合的一些实施例中，带电粒子束发射器105可以是冷场发射器(CFE)，其被配置为通过冷场发射来发射电子束。冷场发射器对枪壳中的污染特别敏感，使得超高真空对于作为冷场发射器的带电粒子束发射器特别有利。冷场发射器可以具有钨尖端。

在其他实施例中，带电粒子束发射器105可以是另一种类型的电子发射器，例如肖特基型发射器的热场发射器(TFE)。在一些实施例中，带电粒子束发射器可包括离子源。

目前可得的肖特基或TFE发射器的测得的降低的亮度高达2×10

在一些实施方式中，第一气体分隔壁132可包括电极部分141，电极部分141被配置为设置在提取电位上，并且第一差分泵送孔131可设置在第一气体分隔壁的电极部分中。因此，第一差分泵送孔131可同时用作提取电极和/或阳极，其可设置为与带电粒子束发射器105的电位相反的电位，例如用于电子提取的正电位上。

在一些实施例中，真空阀(图1中未示出)布置在第三真空区域123的下游端，使得包括第一真空区域、第二真空区域和第三真空区域的枪壳体101可以与带电粒子束设备100的剩余内部空间隔离。因此，在带电粒子束设备的其他部件(诸如试样腔室或物镜)的维护或服务期间，可以保持枪壳体101内的超高真空，例如在大气压下。

图3是根据本文描述的实施例的带电粒子束设备200的示意性横截面图。带电粒子束设备200可包括图1和图2所示的带电粒子束设备100的一些特征或所有特征，使得可参照上述说明，其在此不再重述。

带电粒子束设备200包括具有三个真空区域的枪壳体101，三个真空区域即容纳带电粒子束发射器105的第一真空区域121、第一真空区域121下游的第二真空区域122、和第二真空区域122下游的第三真空区域123。真空区域被配置为由各自的气体分隔壁隔开的差分泵送部分，其中用于带电粒子束的压力级孔设置在每个气体分隔壁中。因此，带电粒子束可以从带电粒子束发射器105沿光轴A传播穿过第一、第二、和第三真空区域，同时在第一真空区域中保持良好的真空条件。

如图3中示意性描绘的，第四真空区域124可以设置在第三真空区域123的沿光轴A的方向的下游。第四真空区域124可以通过第三气体分隔壁136与第三真空区域123隔开，并且用于带电粒子束102的第三差分泵送孔135可以设置在第三气体分隔壁136中。

第四真空区域124可以容纳一个或多个光学组件(由图3中的附图标记108示意性地指示)，例如，由以下各项组成的组中的至少一者或多者：像差校正器、用于将带电粒子束聚焦在试样上的物镜、扫描偏转器、用于将信号带电粒子与带电粒子束分离的射束分离器、以及一个或多个带电粒子检测器。第四真空区域124可构成容纳大部分射束光学组件的带电粒子束设备的主真空区域，且因此包围第四真空区域124的真空包围也可称为带电粒子束设备的柱壳体111。

在一些实施例中，枪壳体101可拆卸地附接在柱壳体上。本文所述的一些实施例也涉及枪壳体101本身，而没有被连接到柱壳体111。

将第三真空区域123与第四真空区域124隔开的第三气体分隔壁136可以进一步改善第一真空区域121中相对于布置有待检查试样的试样腔室的真空条件，并且可以实现柱壳体111中的第一真空区域121相对于第四真空区域124的高效真空隔离。

在一些实施例中，枪壳体101(包括第一真空区域121、第二真空区域122和第三真空区域123)形成“束发射器模块”，其可附接到柱壳体111(包括第四真空区域124，其容纳柱的光学组件的主要部分，包括物镜)并与其分离。由于枪壳体101设置有能够进行差分泵送的至少三个真空区域，所以提供了布置在第一真空区域中的带电粒子束发射器105的高效真空隔离。

在一些实施例中，真空阀151布置在第三真空区域123的下游端，特别是设置在第三气体分隔壁136处，并配置以用于打开和/或关闭第三真空区域的下游端。因此，(例如，在对布置在柱壳体111中的光学组件进行服务或维护期间)枪壳体101可与柱壳体111隔离，使得可以保持第一真空区域中的超高真空，即使第四真空区域124(或第四真空区域下游的真空区域)充满气体或空气。

在一些实施例中，第三差分泵送孔135可具有300μm或更大且2mm或更小的开口直径。此直径适合于促进高效的差分泵送。

在一些实施例中，第三差分泵送孔135不被配置为射束-光学孔。具体而言，第三差分泵送孔135可以不是被配置为阻挡带电粒子束的外部分的射束限制孔。换言之，第三差分泵送孔135的直径可大于第三差分泵送孔135位置处的射束直径，使得第三差分泵送孔135基本上允许整个带电粒子束从中通过。在一些实施例中，第三差分泵送孔135处的射束直径可以为50μm或更大且200μm或更小(特别是150μm或更小)，并且第三差分泵送孔135的直径可大于射束直径，诸如300μm或更大。

然而，本文描述的实施例不限于不是光学系统的一部分的第三差分泵送孔，并且，在其他实施例中，第三差分泵送孔135也可以是光学孔，特别是射束限制孔。在后者的情况下，第三差分泵送孔可具有较小的开口直径，例如250μm或更小，或者甚至100μm或更小。

在可与本文所述的其他实施例结合的一些实施例中，每个真空区域可具有用于附接真空泵的真空凸缘。具体而言，第一真空区域121可具有用于附接第一真空泵的第一真空凸缘126，用于直接抽真空第一真空区域，第二真空区域122可具有用于附接第二真空泵的第二真空凸缘127，用于直接抽真空第二真空区域，第三真空区域123可具有用于附接第三真空泵的第三真空凸缘128，用于直接抽真空第三真空区域，并且第四真空区域124可具有用于附接第四真空泵的第四真空凸缘129，用于直接抽真空第四真空区域。

在一些实施例中，第二差分泵送孔133与第三差分泵送孔135之间沿光轴A的第三距离D3可以是3cm或更大且10cm或更小，特别是约5cm。第三真空区域123在具有上述尺寸的两个压力级孔之间的延伸适于促进高效的差分泵送。特别地，第三真空区域中的第三压力可以比第四真空区域中的第四压力低至少一个数量级，第二真空区域中的第二压力可以比第三真空区域中的第三压力低至少一个数量级，且第一真空区域中的第一压力可以比第二真空区域中的第二压力低至少一个数量级。可选地，容纳待检查试样的试样腔室中的第五压力可高于第四真空腔室中的第四压力。因此，作为上述差分泵送概念的结果，可以进一步改善放置带电粒子束发射器(特别是冷场发射器)的第一真空区域中的真空条件，且在设备的操作期间可以在第一真空区域121中提供并保持极低的压力，例如10

应注意，第四真空区域124(其可对应于柱壳体111)沿光轴A的延伸通常大于第一至第三真空区域的延伸，特别是10cm或更多，或甚至30cm或更多。第四真空区域124未在附图中完全示出。

图4是根据本文描述的实施例的用于检查试样的扫描电子显微镜300的示意性横截面图。扫描电子显微镜300可包括根据本文所述的实施例中的任一实施例的带电粒子束设备，使得可参考上述说明，其在此不再重述。

扫描电子显微镜300包括具有第一真空区域121的枪壳体101，在第一真空区域121中布置有用于沿光轴A发射电子束的冷场发射器。枪壳体进一步包括第一真空区域121下游的第二真空区域122和第二真空区域122下游的第三真空区域123。第二真空区域与第一真空区域由具有第一差分泵送孔131的第一气体分隔壁隔开，且第三真空区域与第二真空区域由具有第二差分泵送孔133的第二气体分隔壁隔开。电子束可以从冷场发射器穿过第一和第二差分泵送孔沿光轴A传播到第四真空区域124中。

第四真空区域124布置在第三真空区域123的下游并且通过第三气体分隔壁136与第三真空区域123隔开，第三气体分隔壁136包括用于电子束传播穿过的第三差分泵送孔135。第四真空区域124可以是设置在枪壳体101下游的柱壳体111的内部。可选地，枪壳体101可拆卸地安装在柱壳体111处。

可以在第二真空区域和/或第三真空区域中提供透镜配置，特别是聚束透镜配置。此外，可以在第二真空区域和/或第三真空区域中提供射束对准或偏转布置。

用于检测从试样发射的信号粒子的扫描偏转器208、物镜210和带电粒子检测器206中的至少一者可以布置在第四真空区域124中。物镜210可被配置为将带电粒子束聚焦在放置在试样台220上的试样上。试样台220被配置用于将待检查的试样放置在其上并且可以可选地是(例如在两个或三个方向上)可移动的。可选地，试样台220可放置在第四真空区域124下游的第五真空区域，例如试样腔室中。

第一真空区域121可以由附接到第一真空区域121的第一真空凸缘126的第一真空泵311泵送。第一真空泵311可包括离子吸气泵和/或非蒸发吸气泵。第二真空区域122可以由附接到第二真空区域122的第二真空凸缘127的第二真空泵312泵送。第二真空泵312可包括离子吸气泵。第三真空区域123可以由附接到第三真空区域123的第三真空凸缘128的第三真空泵313泵送。第三真空泵313可包括离子吸气泵。第四真空区域124可以由附接到第四真空区域124的第四真空凸缘129的第四真空泵314泵送。第四真空泵314可包括离子吸气泵。

根据一些实施例，抑制电极104布置在第一真空区域121中，至少部分地在冷场发射器的尖端上方。由冷场发射器发射的电子可以通过可以整合在第一气体分隔壁132中的提取器朝向第一差分泵送孔131加速。例如，第一气体分隔壁132可包括电极部分141，其被配置为设置为提取电位或阳极电位(V)上，且第一差分泵送孔131可设置在电极部分141中。具有预定形状和电流的电子束可以由第一差分泵送孔131形成并且可进入第二真空区域122。

第二差分泵送孔133下游的电子束的电流可以通过布置在第二真空区域122中的第一聚束透镜106的激发的变化来调整。

可以通过布置在第一聚束透镜106下游(例如，在第三真空区域123中)的可选的第二聚束透镜107来设置预定的射束发散。

穿过第三差分泵送孔135进入柱壳体111的电子束因此具有预定的电流、尺寸和发散，并且由于枪壳体中的良好真空条件，特别是在第一真空区域中，电子束非常稳定。

在一些实施例中，电子束的像差在第四真空区域中由一个或多个像差校正器205补偿，例如静电或磁多极布置。

电子束可通过物镜210(例如静电磁物镜)聚焦在试样上。

由试样发射的信号电子(特别是二次电子(SE)和/或反向散射电子(BSE))可以通过物镜在相反方向上加速，并且可以通过射束分离器207与初级带电粒子束分离。信号电子可以由带电粒子检测器206检测，并且可以通过评估由带电粒子检测器206检测到的信号来对试样进行成像和/或检查。

能够提供在布置带电粒子束发射器105的第一真空区域中的具有良好真空条件的紧凑的带电粒子束设备。

图5示出了根据本文描述的实施例的操作带电粒子束设备的方法的流程图，特别是操作电子显微镜或电子束检查设备的方法。

带电粒子束设备包括具有第一真空区域、沿光轴布置在第一真空区域下游的第二真空区域、以及沿光轴布置在第二真空区域下游的第三真空区域的枪壳体，其可以被差分泵送。第一真空区域和第二真空区域由具有设置于其中的第一差分泵送孔的第一气体分隔壁隔开，且第二真空区域和第三真空区域由具有设置于其中的第二差分泵送孔的第二气体分隔壁隔开。

在框410中，第一真空区域、第二真空区域和第三真空区域被排空。每个真空区域可具有与其相关联的至少一个真空泵，用于可靠地排空相应的真空区域。

在框420中，带电粒子束在第一真空区域中生成，特别是由布置在第一真空区域中的冷场发射器生成。带电粒子束被引导穿过第一气体分隔壁中的第一差分泵送孔，其中带电粒子束的外部分被第一差分泵送孔阻挡，以便形成具有预定大小和/或电流的带电粒子束。因此，第一差分泵送孔是限制带电粒子束大小的光学孔。

在框430中，带电粒子束被引导穿过第二气体分隔壁中的第二差分泵送孔，其中带电粒子束的外部分被第二差分泵送孔阻挡，以便调整带电粒子束的大小和/或电流。因此，第二差分泵送孔也是限制带电粒子束大小的光学孔。

带电粒子束设备可以可选地包括沿着光轴在第三真空区域下游，并且通过第三差分泵送孔与第三真空区域隔开的第四真空区域。

在框440中，将带电粒子束从第三真空区域穿过第三差分泵送孔引导到第四真空区域。在一些实施例中，第三差分泵送孔不是光学孔，即，带电粒子束被引导穿过第三差分泵送孔而基本上没有阻挡带电粒子束的一部分，特别是具有基本上未修改的射束轮廓和射束流。例如，第三差分泵送孔具有300μm或更大的直径，并且第三差分泵送孔处的带电粒子束的束直径可以是150μm或更小。因此，第三差分压力孔不影响或以其他方式改变带电粒子束。然而，本文描述的实施例不限于此，并且其他实施例可以具有也是射束限制孔的第三差分泵送孔。

在一些实施例中，通过调整可以布置在第二真空区域中的第一聚束透镜的聚焦强度来调整第二差分泵送孔下游的带电粒子束的射束流。可选择地，可以通过布置在第一聚束透镜下游(例如，在第三真空区域中)的第二聚束透镜，适当地设置射束发散。

方法可进一步包括通过可以布置在第四真空区域中的物镜将带电粒子束聚焦在试样上。从试样发射的信号带电粒子可以由可以布置在第四真空区域中的带电粒子检测器检测。

本文所述的差分泵送概念允许在带电粒子束设备的操作期间获得以下压力条件：在一些实施例中，第一真空区域被排空至10

应理解，下文所附权利要求中的每一项都可以参照回一个或多个在前的权利要求，并且包括权利要求的任意子集的特征的这样的实施例被本公开所涵盖。尽管前述内容针对实施例，但是在不脱离基本范围的情况下，可设想其他和进一步的实施例，并且其范围由以下权利要求确定。