多个带电粒子束的装置

本申请是国际提交日为2017年1月27日(优先权日2016年1月27日)、于2018年9月进入中国国家阶段、中国国家申请号为201780019776.X、发明名称为“多个带电粒子束的装置”的发明专利申请的分案申请。

本申请要求Ren等人于2016年1月27日提交的题为“Apparatus of PluralCharged-Particle Beams”的美国临时申请No.62/287,626的优先权的权益，其整体公开内容通过引用并入本文。

本申请涉及Ren等人于2016年3月9日提交的题为“Apparatus of PluralCharged-Particle Beams”的美国申请No.15/065,342，其整体公开内容通过引用并入本文。

本申请涉及Ren等人于2016年3月23日提交的题为“Apparatus of PluralCharged-Particle Beams”的美国申请No.15/078,369，其整体公开内容通过引用并入本文。

本申请涉及Liu等人于2016年5月10日提交的题为“Apparatus of PluralCharged-Particle Beams”的美国申请No.15/150,858，其整体公开内容通过引用并入本文。

本申请涉及Li等人于2016年7月19日提交的题为“Apparatus of PluralCharged-Particle Beams”的美国申请No.15/213,781，其整体公开内容通过引用并入本文。

本申请涉及Ren等人于2016年7月21日提交的题为“Apparatus of PluralCharged-Particle Beams”的美国申请No.15/216,258，其整体公开内容通过引用并入本文。

本申请涉及Ren等人于2016年11月30日提交的题为“Apparatus of PluralCharged-Particle Beams”的美国申请No.15/365,145，其整体公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及具有多个带电粒子束的装置。更具体地，其涉及采用多个带电粒子束来同时获取在样本表面上的观察区内的多个扫描区域的图像的装置。因此，该装置可以用于在半导体制造工业中以高分辨率和高吞吐量检查和/或审查晶片/掩模上的缺陷。

背景技术

以下描述和示例不因在本背景部分中对它们的提及而被承认是现有技术。

为了制造半导体IC芯片，图案缺陷和/或不想要的粒子(残留物)在制造工艺期间不可避免地出现在晶片/掩模的表面上，这在很大程度上减少了产量。因此，产量管理工具被用于检查和/或审查缺陷和粒子。为了满足关于IC芯片的性能的越来越先进的要求，具有越来越小的临界特征尺寸的图案已经被采用。因此，具有光束的传统产量管理工具归因于衍射效应而逐渐变得不能胜任，并且具有电子束的产量管理工具越来越多地被采用。相较于光子束，电子束具有更短的波长并且因此可能提供优良的空间分辨率。当前，具有电子束的产量管理工具采用具有单个电子束的扫描电子显微镜(SEM)的原理，并且如众所周知的，它们的吞吐量不能胜任大批量生产。尽管增大束电流可以改善吞吐量，但是优良的空间分辨率将因随着束电流增大的库仑效应而从根本上恶化。

为了缓解关于吞吐量的限制，代替使用具有大电流的单个电子束，一种有前景的解决方案是使用各自具有小电流的多个电子束。多个电子束在样本的一个正被检查或观察的表面上形成多个探测点或简称为探测点阵列。多个探测点可以分别地且同时地扫描样本表面上的大观察区内的多个小扫描区域。每个探测点的电子从它们着落的样本表面上生成二次电子。二次电子包括慢二次电子(能量≤50eV)和背散射电子(能量接近于电子的着落能量)。来自多个小扫描区域的二次电子可以分别地且同时地由多个电子检测器收集。因此，包括所有小扫描区域的大观察区的图像可以比利用单个束扫描大观察区快得多地被获得。

多个电子束可以分别来自多个电子源，或者来自单个电子源。对于前者，多个电子束通常分别通过多个柱被聚焦到多个小扫描区域上并且扫描多个小扫描区域，并且来自每个扫描区域的二次电子由对应柱内部的一个电子检测器检测。该装置因此通常被称为多柱装置。在样本表面上，束间隔或节距大约为几毫米至几十毫米。

对于后者，源转换单元实际上将单个电子源改变成多个子源。源转换单元包括具有多个束限制开口的一个小束限制(或小束形成)部件和具有多个电子光学元件的一个图像形成部件。多个束限制开口分别将由单个电子源生成的初级电子束分成多个子束或小束，并且多个电子光学元件分别影响多个小束以形成单个电子源的多个第一并行图像(虚像或实像)。每个第一图像是一个小束的交叉(crossover)，并且可以被当作发射对应小束的一个子源。为了使更多小束可用，小束间隔在微米级。自然，一个单个柱内的一个初级投影成像系统和一个偏转扫描单元被用于将多个第一并行图像分别投影到多个小扫描区域上并且扫描多个小扫描区域。由此的多个二次电子束被一个束分离器引导到一个二次投影成像系统中，并且之后被二次投影成像系统聚焦，以分别被单个柱内部的一个电子检测设备的多个检测元件检测。多个检测元件可以是并排放置的多个电子检测器、或一个电子检测器的多个像素。该装置因此通常被称为多束装置。

小束限制部件通常是具有通孔的导电板，并且其中的多个通孔分别用作多个束限制开口。对于图像形成部件，每个电子光学元件使一个小束聚焦以形成一个实像(诸如US7,244,949和交叉引用中的第四个相关申请)，或者使一个小束偏转以形成一个虚像(诸如US6,943,349和交叉引用中的其他相关申请)。图lA和图lB示出了第五个相关申请中的两个示例。为清楚起见，仅仅示出了三个小束，并且未示出偏转扫描单元、束分离器、二次投影成像系统以及电子检测设备。

在图lA中，由电子源101生成的初级电子束102被聚束透镜110聚焦为入射到源转换单元120上。源转换单元120包括：具有三个前置弯曲微偏转器123_1、123_2和123_3的一个前置小束弯曲部件123、具有三个束限制开口121_1、121_2和121_3的一个小束限制部件121、以及具有三个电子光学元件122_1、122_2和122_3的一个图像形成部件122。三个前置弯曲微偏转器123_1～123_3分别使三个小束102_1～102_3偏转为垂直地入射到三个束限制开口121_1～121_3上，并且三个束限制开口121_1～121_3中的每个束限制开口用作束限制孔径以限制对应小束的电流。三个电子光学元件122_1～122_3使三个小束102_1～102_3朝向主光轴100_1偏转并形成电子源101的三个第一虚像，即，每个小束具有虚交叉。物镜构成初级投影成像系统，初级投影成像系统使三个偏转的小束102_1～102_3聚焦到样本8的表面7上，即将三个第一虚像投影在表面7上。三个小束102_1～102_3因此在表面7上形成三个探测点102_1s、102_2s和102_3s。探测点102_1s～102_3s的电流可以通过调节聚束透镜110的聚焦能力来改变。在图lB中，可移动聚束透镜210使初级电子束102聚焦为法向地入射到源转换单元220的小束限制部件121上，并且因此不需要图1A中的前置小束弯曲部件123。因此，探测点102_1s～102_3s的电流可以通过调节可移动聚束透镜210的聚焦能力和位置来改变。在图lA和图1B中，小束102_1～102_3在样本表面7上的着落能量可以通过调节电子源101的电势和样本表面7的电势中的任一者或两者来改变。

在多束装置中，每个小束扫描样本表面上的一个子FOV(视场)，并且总FOV是多个小束的子FOV的总和。每个子FOV等于或小于样本表面上的小束节距(图1A中的Ps)。为了进一步改善吞吐量，每个子FOV在成像分辨率方面最好是可选择的，并且多个小束的节距被相应地改变以保持子FOV缝合。在具有高图像分辨率的一种情况下，小像素尺寸将被使用，并且期望小子FOV，以避免大像素数量。在具有低图像分辨率的另一种情况下，大像素尺寸将被使用，并且期望大子FOV，以得到高吞吐量。图2A示出了后一情况下的示例。如用虚线示出的，如果图1A中的探测点102_2s和102_3s可以分别被有意地向右和向左移动，即，节距Ps可以从P1改变为P2，那么总FOV将从3×P1增大到3×P2，并且相应地吞吐量得到提高。因此，使小束节距Ps可选择将是一个优选功能。

连续扫描模式(样本在垂直于初级电子束的扫描方向的方向上连续地移动)是在传统单束装置中获得高吞吐量的传统方法。如果在多束装置中使用该方法，则最好使总FOV或探测点阵列的取向与台移动方向匹配。如众所周知的，如果在初级投影成像系统中存在一个磁透镜，则作为结果，其磁场将使多个小束和总FOV旋转。由于磁场相对于观察条件(诸如多个小束的着落能量和电流)而改变，总FOV的旋转角将相应地改变。图2B示出了在图1A中的物镜131是磁透镜或电磁复合透镜的情况下的示例。例如，当小束I02_1～102_3的着落能量从1keV改变为2keV时，探测点102_2s和102_3s将绕光轴100_1旋转角度β，如用虚线示出的，即，总FOV的取向旋转角度β。总FOV的取向变化影响连续扫描模式的性能。保持探测点阵列的取向相同或使其可选择可以提供改善吞吐量的更大灵活性，并且因此是另一优选功能。

对于一些示例，可以要求其上的图案的取向与探测点阵列的取向之间的特定匹配。使探测点阵列的取向可选择可以补偿归因于有限加载准确度的失配，并且因此可以通过避免重新加载的耗时而提高吞吐量。另外，为了有效地观察样本的一些图案，可以要求多个小束以特定入射角着落到样本表面上。使入射角可选择可以使得更多样本或图案可观察，并且将是又一优选功能。

本发明将提供在多束装置(尤其是针对交叉引用中提及的并被用作半导体制造工业中的产量管理工具的那些多束装置)中实现前述功能的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于以高分辨率和高吞吐量并且在灵活变化的观察条件下观察样本的新多束装置。基于交叉引用中的传统多束装置，本发明提出了若干方法来将新多束装置配置成具有可变总FOV。在该新装置中，总FOV的尺寸、取向和入射角可以是可变的。因此，新装置提供了加速样本观察和使得更多种类的样本可观察的更大灵活性。更具体地，如果被用作在半导体制造工业中检查和/或审查晶片/掩模上的缺陷的产量管理工具，则新装置可以提供实现高吞吐量和检测更多种类的缺陷的更多可能性。

相应地，本发明因此提供了一种用于观察样本的表面的多束装置，其包括：电子源；在电子源下方的聚束透镜；在聚束透镜下方的源转换单元；在源转换单元下方的物镜；在源转换单元下方的偏转扫描单元；在物镜下方的样本台；在源转换单元下方的束分离器；二次投影成像系统；以及具有多个检测元件的电子检测设备。电子源、聚束透镜和物镜与装置的主光轴对准，并且样本台保持样本，使得表面面对物镜。源转换单元包括小束限制部件和图像形成部件，小束限制部件具有多个束限制开口，图像形成部件具有多个电子光学元件并且沿主光轴可移动。电子源生成沿主光轴的初级电子束，并且聚束透镜使初级电子束聚焦。初级电子束的多个小束分别穿过多个束限制开口，并且由多个电子光学元件朝向主光轴偏转，以分别形成电子源的多个虚像。多个小束由物镜聚焦到表面上，并且因此在表面上分别形成多个探测点，并且偏转扫描单元使多个小束偏转，以分别在表面上的观察区内的多个扫描区域之上扫描多个探测点。多个二次电子束分别由多个探测点从多个扫描区域生成，并由束分离器引导到二次投影成像系统中，二次投影成像系统使多个二次电子束聚焦并保持多个二次电子束分别由多个检测元件检测，并且每个检测元件因此提供一个对应的扫描区域的图像信号。

归因于多个电子光学元件的多个小束的偏转角分别被设置，以减小多个探测点的离轴像差。通过沿主光轴移动图像形成部件，多个探测点的节距被一起改变。物镜包括磁透镜和静电透镜。通过改变磁透镜的聚焦能力与静电透镜的聚焦能力的比率，多个探测点的取向是可选择的。

偏转角可以确保多个小束垂直地或基本上垂直地着落在表面上。偏转角可以确保多个小束以相同的或基本上相同的着落角倾斜地着落在表面上。偏转扫描单元在物镜的前焦平面上方。偏转扫描单元使多个小束倾斜成以相同的或基本上相同的着落角倾斜地着落在表面上。装置还可以包括在源转换单元与物镜的前焦平面之间的小束倾斜偏转器。小束倾斜偏转器使多个小束倾斜成以相同的或基本上相同的着落角倾斜地着落在表面上。

本发明还提供一种用于观察样本的表面的多束装置，其包括：电子源；在电子源下方的聚束透镜；在聚束透镜下方的源转换单元；在源转换单元下方的物镜；在源转换单元下方的偏转扫描单元；在物镜下方的样本台；在源转换单元下方的束分离器；二次投影成像系统；以及具有多个检测元件的电子检测设备。电子源、聚束透镜和物镜与装置的主光轴对准，并且样本台保持样本，使得表面面对物镜。源转换单元包括具有多个束限制开口的小束限制部件、具有多个第一电子光学元件的第一图像形成部件和具有多个第二电子光学元件的第二图像形成部件，第二图像形成部件在第一图像形成部件下方并且在径向方向上是可移动的，并且第一图像形成部件和第二图像形成部件中的一个被用作主动图像形成部件。电子源生成沿主光轴的初级电子束，并且聚束透镜使初级电子束聚焦。初级电子束的多个小束分别穿过多个束限制开口，并且由主动图像形成部件朝向主光轴偏转，以分别形成电子源的多个虚像。多个小束由物镜聚焦到表面上，并且因此在表面上分别形成多个探测点，并且偏转扫描单元使多个小束偏转，以分别在表面上的观察区内的多个扫描区域之上扫描多个探测点。多个二次电子束分别由多个探测点从多个扫描区域生成，并由束分离器引导到二次投影成像系统中，二次投影成像系统使多个二次电子束聚焦并保持多个二次电子束分别由多个检测元件检测，并且每个检测元件因此提供一个对应的扫描区域的图像信号。

归因于主动图像形成部件的多个小束的偏转角分别被设置以减小多个探测点的离轴像差。通过使主动图像形成部件在第一图像形成部件与第二图像形成部件之间改变，多个探测点的节距被一起改变，并且当第一图像形成部件被选择时，第二图像形成部件被向外移动，以便不阻挡多个小束。物镜包括磁透镜和静电透镜。通过改变磁透镜的聚焦能力与静电透镜的聚焦能力的比率，多个探测点的取向是可选择的。

偏转角可以确保多个小束垂直地或基本上垂直地着落在表面上。偏转角可以确保多个小束以相同的或基本上相同的着落角倾斜地着落在表面上。偏转扫描单元在物镜的前焦平面上方。偏转扫描单元使多个小束倾斜成以相同的或基本上相同的着落角倾斜地着落在表面上。装置还可以包括在源转换单元与物镜的前焦平面之间的小束倾斜偏转器。小束倾斜偏转器使多个小束倾斜成以相同的或基本上相同的着落角倾斜地着落在表面上。

本发明还提供了一种用于观察样本的表面的多束装置，其包括：电子源；在电子源下方的聚束透镜；在聚束透镜下方的源转换单元；在源转换单元下方的物镜；在源转换单元下方的偏转扫描单元；在物镜下方的样本台；在源转换单元下方的束分离器；二次投影成像系统；以及具有多个检测元件的电子检测设备。电子源、聚束透镜和物镜与装置的主光轴对准，物镜的第一主平面沿主光轴是可移动的，并且样本台保持样本，使得表面面对物镜。源转换单元包括具有多个束限制开口的小束限制部件以及具有多个电子光学元件的图像形成部件。电子源生成沿主光轴的初级电子束，并且聚束透镜使初级电子束聚焦。初级电子束的多个小束分别穿过多个束限制开口，并且由多个电子光学元件朝向主光轴偏转，以分别形成电子源的多个虚像。多个小束由物镜聚焦到表面上，并且因此在表面上分别形成多个探测点，并且偏转扫描单元使多个小束偏转，以分别在表面上的观察区内的多个扫描区域之上扫描多个探测点。多个二次电子束分别由多个探测点从多个扫描区域生成，并由束分离器引导到二次投影成像系统中，二次投影成像系统使多个二次电子束聚焦并保持多个二次电子束分别由多个检测元件检测，并且每个检测元件因此提供一个对应的扫描区域的图像信号。

归因于多个电子光学元件的多个小束的偏转角分别被设置以减小多个探测点的离轴像差。通过沿主光轴移动第一主平面，多个探测点的节距被一起改变。

偏转角可以确保多个小束垂直地或基本上垂直地着落在表面上。偏转角可以确保多个小束以相同的或基本上相同的着落角倾斜地着落在表面上。偏转扫描单元在物镜的前焦平面上方。偏转扫描单元使多个小束倾斜成以相同的或基本上相同的着落角倾斜地着落在表面上。装置还可以包括在源转换单元与物镜的前焦平面之间的小束倾斜偏转器。小束倾斜偏转器使多个小束倾斜成以相同的或基本上相同的着落角倾斜地着落在表面上。物镜包括下磁透镜和静电透镜。静电透镜包括场控制电极和场移动电极，并生成静电场。场控制电极的电势被设置以控制表面上的静电场，以便样本免于电击穿。场移动电极的电势被设置以移动静电场，以用于移动第一主平面。通过改变场控制电极的电势和场移动电极的电势中的任一者或两者，多个探测点的取向是可选择的。装置还可以包括在下磁透镜上方的上磁透镜。通过改变下磁透镜的聚焦能力与上磁透镜的聚焦能力的比率，第一主平面被移动。通过将上磁透镜和下磁透镜的磁场的极性设置为相同或相反，多个探测点的取向是可选择的。

本发明还提供了一种用于观察样本的表面的多束装置，其包括：电子源；在电子源下方的聚束透镜；在聚束透镜下方的源转换单元；在源转换单元下方的传递透镜；在传递透镜下方的场透镜；在场透镜下方的物镜；在源转换单元下方的偏转扫描单元；在物镜下方的样本台；在源转换单元下方的束分离器；二次投影成像系统；以及具有多个检测元件的电子检测设备。电子源、聚束透镜、传递透镜、场透镜和物镜与装置的主光轴对准，并且样本台保持样本，使得表面面对物镜。源转换单元包括具有多个束限制开口的小束限制部件以及具有多个电子光学元件的图像形成部件。电子源生成沿主光轴的初级电子束，并且聚束透镜使初级电子束聚焦。初级电子束的多个小束分别穿过多个束限制开口，并且由多个电子光学元件朝向主光轴偏转，以分别形成电子源的多个第一虚像。传递透镜将多个第一虚像成像到中间图像平面上，并且因此在中间图像平面上分别形成多个第二实像，场透镜被放置在中间图像平面上并且使多个小束弯曲，物镜将多个第二实像成像到表面上，并且因此在表面上分别形成多个探测点，并且偏转扫描单元使多个小束偏转，以分别在表面上的观察区内的多个扫描区域之上扫描多个探测点。多个二次电子束分别由多个探测点从多个扫描区域生成，并由束分离器引导到二次投影成像系统中，二次投影成像系统使多个二次电子束聚焦并保持多个二次电子束分别由多个检测元件检测，并且每个检测元件因此提供一个对应的扫描区域的图像信号。

归因于场透镜的多个小束的弯曲角被设置以减小多个探测点的离轴像差。归因于多个电子光学元件的多个小束的偏转角分别被调节以改变多个探测点的节距。物镜包括第一磁透镜和第一静电透镜。通过改变第一磁透镜的聚焦能力与第一静电透镜的聚焦能力的比率，多个探测点的取向是可选择的。传递透镜包括第二磁透镜和第二静电透镜。通过改变第二磁透镜的聚焦能力与第二静电透镜的聚焦能力的比率，多个探测点的取向是可选择的。场透镜包括第三磁透镜和第三静电透镜。通过改变第三磁透镜的聚焦能力与第三静电透镜的聚焦能力的比率，多个探测点的取向是可选择的。弯曲角和归因于多个电子光学元件的多个小束的偏转角可以确保多个小束垂直地或基本上垂直地着落在表面上。弯曲角和归因于多个电子光学元件的多个小束的偏转角可以确保多个小束以相同的或基本上相同的着落角倾斜地着落在表面上。偏转扫描单元在物镜的前焦平面上方。偏转扫描单元使多个小束倾斜成以相同的或基本上相同的着落角倾斜地着落在表面上。装置还可以包括在源转换单元与物镜的前焦平面之间的小束倾斜偏转器。小束倾斜偏转器使多个小束倾斜成以相同的或基本上相同的着落角倾斜地着落在表面上。

本发明还提供了一种配置用于观察样本的表面的多束装置的方法，其包括以下步骤：将源转换单元的图像形成部件配置为沿其主光轴可移动；使用图像形成部件来分别形成电子源的多个虚像；使用物镜来将多个虚像成像到表面上并且在表面上形成多个探测点；并且移动图像形成部件以改变多个探测点的节距。

本发明还提供了一种配置用于观察样本的表面的多束装置的方法，其包括以下步骤：将源转换单元配置成具有第一图像形成部件和第二图像形成部件，其中，第二图像形成部件比第一图像形成部件离电子源更远，并且在装置的径向方向上是可移动的；将第一图像形成部件和第二图像形成部件中的一个图像形成部件用作主动图像形成部件，其中，当第一图像形成部件被使用时，第二图像形成部件被移开；使用主动图像形成部件来分别形成电子源的多个虚像；使用物镜来将多个虚像成像到表面上并且在表面上形成多个探测点；并且使主动图像形成部件在第一图像形成部件与第二图像形成部件之间改变，以改变多个探测点的节距。

本发明还提供了一种配置用于观察样本的表面的多束装置的方法，其包括以下步骤：将物镜配置成具有沿装置的主光轴可移动的第一主平面；使用源转换单元的图像形成部件来分别形成电子源的多个虚像；使用物镜来将多个虚像成像到表面上并且在表面上形成多个探测点；并且移动第一主平面，以改变多个探测点的节距。

本发明还提供了一种配置用于观察样本的表面的多束装置的方法，其包括以下步骤：在装置中将物镜配置成具有下磁透镜和静电透镜；使用源转换单元的图像形成部件来分别形成电子源的多个虚像；使用物镜来将多个虚像成像到表面上并且在表面上形成多个探测点；并且改变磁透镜的聚焦能力与静电透镜的聚焦能力的比率，以选择多个探测点的取向。

该方法还可以包括将物镜配置成具有上磁透镜的步骤，上磁透镜比下磁透镜离表面更远。该方法还可以包括改变上磁透镜和下磁透镜的磁场的极性以选择取向的步骤。

本发明还提供了一种配置用于观察样本的表面的多束装置的方法，包括以下步骤：使用源转换单元的图像形成部件来使来自电子源的多个小束偏转，以分别形成电子源的多个第一虚像；使用物镜来将多个虚像成像到表面上并且在表面上形成多个探测点；并且设置归因于图像形成部件的多个小束的偏转角，使得多个小束以相同的或基本上相同的着落角着落在表面上。

该方法还可以包括改变偏转角以同等地改变着落角的步骤。该方法还可以包括使用偏转扫描单元来使多个小束倾斜以便同等地改变着落角的步骤。该方法还可以包括使用小束倾斜偏转器来使多个小束倾斜以便同等地改变着落角的步骤。

本发明还提供了一种配置用于观察样本的表面的多束装置的方法，其包括以下步骤：使用源转换单元的图像形成部件来使来自电子源的多个小束偏转，以分别形成电子源的多个第一虚像；使用传递透镜来将多个第一虚像成像到中间图像平面上并且分别形成多个第二实像；将场透镜放置在中间图像平面上以使多个小束弯曲；并且使用物镜来将多个第二实像成像到表面上并且在表面上形成多个探测点。

该方法还可以包括改变归因于图像形成部件的多个小束的偏转角以改变多个探测点的节距的步骤。该方法还可以包括以下步骤：设置归因于图像形成部件的多个小束的偏转角和归因于场透镜的多个小束的弯曲角，使得多个小束以相同的或基本上相同的着落角着落在表面上。该方法还可以包括改变偏转角以同等地改变着落角的步骤。该方法还可以包括使用偏转扫描单元来使多个小束倾斜以同等地改变着落角的步骤。该方法还可以包括使用小束倾斜偏转器来使多个小束倾斜以同等地改变着落角的步骤。该方法还可以包括将物镜配置成具有第一磁透镜和第一静电透镜的步骤。该方法还可以包括改变第一磁透镜的聚焦能力与第一静电透镜的聚焦能力的比率以选择多个探测点的取向的步骤。该方法还可以包括将传递透镜配置成具有第二磁透镜和第二静电透镜的步骤。该方法还可以包括改变第二磁透镜的聚焦能力与第二静电透镜的聚焦能力的比率以选择多个探测点的取向的步骤。该方法还可以包括将场透镜配置成具有第三磁透镜和第三静电透镜的步骤。该方法还可以包括改变第三磁透镜的聚焦能力与第三静电透镜的聚焦能力的比率以选择多个探测点的取向的步骤。

本发明还提供了一种装置，其包括：源，用于提供初级带电粒子束；源转换单元，用于将初级带电粒子束分成多个带电粒子小束，并且使用多个带电粒子小束来分别形成源的多个图像；以及在源转换单元下方的物镜，用于将多个图像投影到样本表面上。通过在多个带电粒子小束进入物镜之前改变多个带电粒子小束的偏转角，多个带电粒子小束在样本表面上的节距是可调节的。

本发明还提供了一种装置，其包括：源，用于提供初级带电粒子束；用于使用初级带电粒子束的多个小束来形成源的多个图像的部件；物镜，用于将多个图像投影到样本表面上以形成多个探测点；以及用于调节样本表面上的多个探测点的节距的部件。

本发明还提供了一种用于观察样本表面的方法，其包括以下步骤：分别提供具有多个交叉的多个带电粒子束；将多个交叉投影到样本表面上，以在样本表面上形成多个探测点；扫描样本表面上的多个探测点；并且改变多个带电粒子束的偏转角，使得多个点的节距可以被调节。

本发明的其他优点将从下面结合附图进行的描述中变得显而易见，其中，通过说明和举例的方式阐述了本发明的某些实施例。

附图说明

将通过下面结合附图的详细描述来容易地理解本发明，其中，相似的附图标记指代相似的结构元件，并且在附图中：

图1A和1B是交叉引用的第五个申请中公开的传统多束装置的两种配置的示意性图示。

图1C是传统电磁复合物镜的一种配置的示意性图示。

图2A和2B是尺寸和取向变化的总FOV的示意性图示。

图3A是根据本发明的一个实施例的新多束装置的一种配置的示意性图示。

图3B和3C是改变根据图3A中的实施例的总FOV的尺寸的示意性图示。

图4A是根据本发明的另一实施例的新多束装置的另一配置的示意性图示。

图4B和4C是改变根据图4A中的实施例的总FOV的尺寸的示意性图示。

图5A是根据本发明的另一实施例的新多束装置的另一配置的示意性图示。

图5B和5C是改变根据图5A中的实施例的总FOV的尺寸的示意性图示。

图6A是根据本发明的另一实施例的新多束装置的另一配置的示意性图示。

图6B和6C是改变根据图6A中的实施例的总FOV的尺寸的示意性图示。

图7A～7C是根据本发明的另外三个实施例的图6A中的可移动物镜的三种配置的图示。

图8A和8B是根据本发明的另外两个实施例的新多束装置的另外两种配置的示意性图示。

图9A是根据本发明的另一实施例的使图1B中的传统多束装置中的多个小束倾斜的示意性图示。

图9B是根据本发明的另一实施例的使图5A中的新多束装置中的多个小束倾斜的示意性图示。

图10是根据本发明的另一实施例的新多束装置的另一配置的示意性图示。

具体实施方式

现在将参考附图更充分地描述本发明的各种示例实施例，在附图中示出了本发明的一些示例实施例。在不限制本发明的保护范围的情况下，实施例的所有描述和附图将示例性地涉及电子束。然而，实施例不被用于将本发明限于特定带电粒子。

在附图中，每个组件和每一个组件之间的相对尺寸可能为了清楚性而被夸大。在附图的以下描述内，相同的或相似的附图标记指代相同的或相似的组件或实体，并且仅仅描述了关于个体实施例的差异。

因此，尽管本发明的示例实施例能够有各种修改和备选形式，但是其实施例通过举例的方式在附图中示出并且将在本文中详细描述。然而，应当理解，不旨在将本发明的示例实施例限于公开的具体形式，而是相反，本发明的示例实施例应覆盖落在本发明的范围内的所有修改、等同和备选。

在本发明中，“轴向”意指“在电子光学元件(诸如圆形透镜或多极透镜)或成像系统或装置的光轴方向上”，“径向”意指“在垂直于光轴的方向上”，“轴上”意指“在光轴上或与光轴对准”，并且“离轴”意指“不在光轴上或未与光轴对准”。

在本发明中，“成像系统与光轴对准”意指“所有电子光学元件(诸如圆形透镜和多极透镜)与光轴对准”。

在本发明中，X轴、Y轴和Z轴形成笛卡尔坐标。初级投影成像系统的光轴在Z轴上，并且初级电子束沿着Z轴行进。

在本发明中，“初级电子”意指“从电子源发射的并且入射到样本的正被观察或检查的表面上的电子”，并且“二次电子”意指“由“初级电子”从该表面生成的电子”。

在本发明中，“节距”意指平面上的两个相邻小束或束之间的间隔。

在本发明中，“偏转器的有效偏转平面”意指“偏转器的总偏转功能可以等同发生的平面”。

基于在交叉引用中提及的一些传统多束装置，本发明提出了若干方法来将新多束装置配置成具有可变总FOV。在该新装置中，总FOV的尺寸、取向和照射角可以是可变的。为了清楚地表述方法，图1B中的多束装置被当作示例。为简单说明起见，在新装置中，仅仅示出了三个小束，但是小束的数量可以是任意个。另外，三个小束中的一个小束是轴上的，但是它们可以全部是离轴的。另外，在实施例的图示和描述中，未示出或甚至未提及与方法不相关的元件，诸如偏转扫描单元和束分离器。

在那些传统多束装置中的每个传统多束装置中，通过图像形成部件使多个小束朝向光轴偏转。多个小束的偏转角被设置，以使归因于物镜的多个探测点的离轴像差最小化。相应地，多个偏转的小束通常经过或接近物镜的前焦点，即，在物镜的前焦平面上或接近于物镜的前焦平面形成轴上交叉。多个探测点的节距因此取决于多个小束的偏转角和物镜的第一(或物)焦距。因此，节距可以通过改变偏转角和/或物镜的第一焦距来改变。例如，在图1A或图1B中，两个离轴小束102_2和102_3的偏转角α

图3A、图4A和图5A示出了通过改变偏转角来改变节距的新装置的三个实施例300A、400A和500A，并且图6A示出了通过改变第一焦距来改变节距的一个实施例600A。在实施例300A中，源转换单元320包括具有三个束限制开口121_1、121_2和121_3的一个小束限制部件121以及具有三个电子光学元件322_1、322_2和322_3的一个可移动图像形成部件322。可移动图像形成部件322的有效偏转平面322_0可以沿着光轴300_1在变化范围322_0r内被移动。随着有效偏转平面322_0被移动得靠近物镜131，多个探测点的节距将变大，反之亦然。

图3B示出了当有效偏转平面322_0在位置D1上时的三个小束102_1、102_2和102_3的路径。可移动聚束透镜210将初级电子束102准直为法向地入射到源转换单元320上。束限制开口121_1～121_3将初级电子束102分成一个轴上小束102_1和两个离轴小束102_2和102_3。两个离轴电子光学元件322_2和322_3分别将小束102_2和102_3朝向光轴300_1偏转。三个小束102_1～102_3被物镜131聚焦到样本表面7上，并且因此分别形成三个探测点102_1s、102_2s和102_3s。小束102_2和102_3的偏转角α

与图1B相比，在图4A中的实施例400A中，源转换单元420包括又一图像形成部件124。具有三个电子光学元件124_1、124_2和124_3的图像形成部件124在图像形成部件122下方，并且可以在径向方向上被移动。相应地，源转换单元420以两种模式工作。在如图4B中所示的第一模式中，图像形成部件122被用于形成单个电子源101的三个第一虚像，并且图像形成部件124被移动到小束102_1～102_3的路径的外部。在如图4C中所示的第二模式中，图像形成部件122被关闭，并且图像形成部件124被移动回来以形成单个电子源101的三个第一虚像。小束102_2和102_3的偏转角α

与图1B相比，图5A中的实施例500A在源转换单元220与物镜131之间采用了一个传递透镜533和一个场透镜534。相应地，传递透镜533、场透镜534和物镜131构成初级投影成像系统。图5B示出了三个小束102_1～102_3的路径。可移动聚束透镜210将初级电子束102准直为法向地入射到源转换单元220上。束限制开口121_1～121_3将初级电子束102分成一个轴上小束102_1和两个离轴小束102_2和102_3。两个离轴电子光学元件122_2和122_3分别将小束102_2和102_3朝向光轴500_1偏转。因此，形成单个电子源101的三个第一虚像。之后，传递透镜533使三个小束102_1～102_3聚焦到中间图像平面PP1上，即将三个第一虚像投影在其上。相应地，形成单个电子源101的三个第二实像102_1m、102_2m和102_3m。场透镜534被定位在中间图像平面PP1处，并且使离轴小束102_2和102_3朝向光轴500_1弯曲，而不影响其聚焦情形。在此之后，物镜131使三个小束102_1～102_3聚焦到样本表面7上，即将三个第二实像102_1m～102_3m投影在其上。因此，在样本表面7上，三个小束102_1～102_3分别形成三个探测点102_1s、102_2s和102_3s。

在图5B中，归因于场透镜534的小束102_2和102_3的弯曲角γ

在图6A中的实施例600A中，物镜631的第一主平面631_2可以沿着光轴600_1在变化范围631_2r内被偏移。轴向偏移可以通过机械地移动物镜631的位置或电气地改变物镜场的形状和/或位置来完成。随着第一主平面更靠近样本表面7，第一焦距f将变小并且第一焦平面将朝向表面7移动。另外，随着第一焦平面向下移动，多个小束的偏转角减小。相应地，多个探测点的节距将减小。

图6B和图6C示出了当第一主平面631_2分别在位置D3和位置D4上时三个小束的路径。位置D3比位置D4更靠近样本表面7。相应地，图6B中的第一焦距f以及小束102_2和102_3的偏转角α

如图1C中示出的一个实施例131-1，一个传统多束装置中的物镜是电磁复合透镜。该物镜包括一个磁透镜和一个静电透镜，并且归因于关于样本的低几何像差和低辐射损伤以减缓模式工作(电子的着落能量低于穿过物镜的电子的能量)。磁透镜由线圈131_c1和具有极片131_mp1和131_mp2的轭131_y1配置，并且静电透镜由极片131_mp1、场控制电极131_e1和样本8形成。内部极片131_mp1的电势高于样本8。场控制电极131_e1的电势被设置以控制样本表面上的电场。该电场可以确保样本免于电击穿，减少多个探测点的几何像差，通过将二次电子的一部分反射回去来控制样本表面7上的充电，或者增强二次电子束的收集。在图1C中，磁场的形状不是可变的，并且静电场的形状可以仅仅在有限范围内被改变。因此，传统物镜几乎在电气上(改变电极的电势和/或线圈的激发电流)是不可移动的。

接下来，根据图1C中的传统物镜131-1，提出了用于配置可移动物镜631的三种解决方案，并且分别将其示出在图7A、7B和7C中。在图7A中，与图1C相比，实施例631-1包括在内部极片131_mp1与场控制电极131_e1之间的又一电极631-1_e2。相应地，静电透镜由内部极片131_mp1、电极631-1_e2、场控制电极131_e1和样本8形成。静电透镜的静电场形状也可以通过调节电极131_e1的电势和电极631-1_e2的电势来改变。随着电极631-1_e2的电势被调节为接近内部极片131_mp1的电势，静电场被挤压朝向样本，这等同于将物镜631-1朝向样本8移动。相应地，电极631-1_e2可以被称为场移动电极。

在图7B中，与图1C相比，实施例631-2包括在轭131_y1的膛内部并且在场控制电极131_e1上方的另外两个电极631-2_e2和631-2_e3。相应地，静电透镜由电极631-2_e2和631-2_e3、场控制电极131_e1和样本8形成。电极631-2_e3的电势高于样本，并且可以等于内部极片131_mp1。静电透镜的静电场形状也可以通过调节电极131_e1的电势和电极631-2_e2的电势来改变。类似于图7A，随着电极631-2_e2的电势被调节为接近电极631-1_e3的电势，静电场被挤压朝向样本8，这等同于将物镜631-2朝向样本8移动。相应地，电极631-2_e2可以被称为场移动电极。与关于图7A的实施例631-1相比，磁透镜可以被放置为更靠近样本8，并且由此提供对样本的更深的磁浸没，以便生成更低像差。

在图7C中，与图1C相比，实施例631-3包括在轭131_y1的膛内部并且在内部极片131_mp1上方的又一线圈631-3_c2和又一轭631-3_y2。相应地，一个下磁透镜、一个上磁透镜和一个静电透镜被形成。下磁透镜由线圈131_c1通过在轭131_y1的内部极片131_mp1与外部极片131_mp2之间的下磁路间隙G1生成一个下磁场，而上磁透镜由线圈631-3_c2通过在内部极片131_mp1与轭631-3_y2的上极片631-3_mp3之间的磁路间隙G2形成一个上磁场。静电透镜由内部极片131_mp1、场控制电极131_e1和样本8形成。物镜631-3的总磁场的分布形状随着上磁场和下磁场的组合而变化，因此可以通过调节上磁透镜与下磁透镜的激发比率或线圈131_c1与631-3_c2的电流比率来改变。当电流比率被调节得越高时，物镜631-3的总磁场被挤压朝向样本，这等同于将物镜631-3朝向样本8移动。两个极端示例是：当线圈131_c1断开且线圈631-3_c2接通时，物镜631-3的总磁场位于最顶部；而当线圈131_c1接通且线圈631-3-c2断开时,物镜631-3的总磁场位于最低处。图7A和图7B中的解决方案中的每个解决方案可以与图7C中的解决方案进行组合，以配置可移动物镜631的更多实施例。

接下来，将提出有意地使探测点阵列旋转的一些方法，它们可以被用于消除关于观察条件变化的总FOV取向变化，和/或准确地匹配样本图案的取向与探测点阵列的取向。如以上提到的，一个传统多束装置中的物镜通常是电磁复合透镜，诸如图1C中示出的实施例131-1。因此，将磁透镜与静电透镜的聚焦能力适当地进行组合可以在一定程度上使探测点阵列绕光轴旋转。例如，如果图1A中的物镜131与图1C中的实施例131-1相似，则场控制电极131_e1可以被用于在一定程度上控制探测点102_2和102_3s的旋转，以及控制表面7上的电场。为了保持表面7上的电场弱于用于标本安全的容许值，场控制电极131_e1的电势可以在关于样本8的一个特定范围(诸如-3kV～5kV)内变化。静电透镜的聚焦能力随着场控制电极131_e1的电势而变化，并且相应地磁透镜的聚焦能力需要被改变以保持多个小束被聚焦在样本表面7上。磁透镜的聚焦能力变化改变探测点102_2s和102_3s的旋转角。因此，可以通过使场控制电极131_e1的电势在特定范围内改变，来调节探测点102_2s和102_3s的旋转角。

对于图3A、4A和5A中的新装置的前述实施例300A、400A和500A中的每个实施例，如果物镜131具有与实施例131-1相似的配置，则探测点阵列的取向可以通过该方法来调节。对于图6A中的新装置的实施例600A，如果可移动物镜631具有与图7A～7C中的实施例631-1、631-2和631-3中的一个实施例相似的配置，则场控制电极131_e1和/或对应的场移动电极可以被用于控制探测点阵列的旋转。对于实施例631-3，取向也可以通过改变上磁透镜和下磁透镜的磁场的极性来改变。如众所周知的，对于磁透镜，旋转角与磁场的极性相关，但是聚焦能力却不是。当上磁透镜和下磁透镜的磁场的极性相同时，上磁透镜和下磁透镜使探测点阵列在相同的方向上旋转。当极性彼此相反时，上磁透镜和下磁透镜使探测点阵列在相反的方向上旋转。因此，实施例631-3可以生成探测点阵列相对于所需要的聚焦能力和第一主平面的对应位置的两个不同取向。

对于图5A中的实施例500A，传递透镜533和场透镜534提供了控制探测点阵列的旋转的更多可能性。一个实施例510A被示出在图8A中，其中，电磁复合传递透镜533-1包括一个静电传递透镜533_11和一个磁传递透镜533_12。磁传递透镜533_12的磁场被调节以改变探测点阵列的旋转，并且静电传递透镜533_11的静电场可以被相应地改变以保持三个第二实像102_1m、102_2m和102_3m在中间图像平面PP1上。另一实施例520A被示出在图8B中，其中，电磁复合场透镜534-1包括一个静电场透镜534_11和一个磁场透镜534_12。磁场透镜534_12的磁场可以被调节以改变探测点阵列的旋转，并且静电场透镜534_11的静电场可以被相应地改变以生成多个小束的所需要的弯曲角。

在前述实施例中的每个实施例中，多个小束法向或基本上法向入射到样本表面上，即，多个小束的入射角或着落角(与样本表面的法线形成的角)大约等于零。为了有效地观察样本的一些图案，入射角最好稍微大于零。在这种情况下，为了确保多个小束的性能类似，要求多个小束具有相同入射角。为了实现这一点，多个小束的交叉CV需要被偏移远离光轴。交叉CV的偏移可以通过图像形成部件或一个附加的小束倾斜偏转器来完成。

图9A示出了如何通过传统多束装置200A中的图像形成部件122来使多个小束102_1～102_3倾斜。与图lB相比，小束102_1～102_3的偏转角α

图10示出了在新装置的一个实施例700A中，如何通过一个小束倾斜偏转器135来使多个小束102_1～102_3倾斜。与图lB相比，小束倾斜偏转器135使小束102_1～102_3一起偏转，以使交叉CV偏移远离光轴700_1并且在物镜131的前焦平面上或接近于物镜131的前焦平面。类似地，一个小束倾斜偏转器也可以被添加到实施例300A、400A、500A和600A，以用于使多个束一起倾斜。小束倾斜偏转器可以被放置在源转换单元与物镜的前焦平面之间，并且优选靠近源转换单元。另外，如果前述实施例中的一个实施例中的偏转扫描单元在物镜的前焦平面上方，则它可以使多个小束的交叉偏移，并且因此不需要附加的小束倾斜偏转器。

尽管新装置的前述实施例中的每个实施例仅仅采用方法中的一种或两种方法来改变总FOV的尺寸、取向和入射角，但是方法可以以许多方式进行组合。例如，新装置可以一起使用一个可移动图像形成部件和一个可移动物镜，或者一起使用一个可移动物镜、一个传递透镜和一个场透镜。尽管方法通过以图1B中的实施例200A作为示例来示出和说明，但是方法可以被应用到传统装置的其他实施例(诸如图1A中的实施例100A)以配置新多束装置的更多实施例。

总之，基于在交叉引用中提及的传统多束装置，本发明提出了若干方法来配置新多束装置，新多束装置的总FOV的尺寸、取向和入射角是可变的。因此，新装置提供了加速样本观察和使得更多种类的样本可观察的更大灵活性。更具体地，新装置可以被用作产量管理，以提供实现高吞吐量和检测更多种类的缺陷的更多可能性。提出了三种方法来改变样本表面上的多个小束的节距以改变总FOV的尺寸，即在源转换单元中使用可移动图像形成部件，使用可移动物镜，以及在源转换单元与物镜之间使用传递透镜和场透镜。采用了三种方法来有意地使探测点阵列旋转以改变总FOV的取向，即使用电磁复合物镜并改变其电场，使用具有两个磁透镜的一个物镜并将其磁场的极性设置为相反，以及在传递透镜和场透镜中的任一者或两者中使用一个磁透镜。提出了三种方法来使多个小束的交叉偏移远离光轴以同等地改变多个小束在样本表面上的着落角。偏移可以通过图像形成部件、或一个附加小束倾斜偏转器、或偏转扫描单元来完成。

尽管已经关于本发明的优选实施例说明了本发明，但是应理解，可以在不脱离后面要求保护的本发明的精神和范围的情况下进行其他修改和变型。