专利名称：电子光学排布结构、多电子分束检验系统和方法
技术领域：
本发明涉及使用多个分束带电粒子(beamlet)的粒子光学系统，如电子显微术设备和电子刻绘(lithography)设备。本发明还涉及可用于使用多个分束带电粒子的粒子光学系统中的粒子光学组件和排布结构；不过，所述粒子光学组件在本申请中并不限于使用多个分束的系统。这种粒子光学组件可以用于只使用单束带电粒子，或者使用多束带电粒子或多个分束带电粒子的粒子光学系统中。本发明可以应用于任何类型的带电粒子，如电子、正电子、迈子(myon)、离子等。
背景技术：
根据US 6252412B1已知一种常规粒子光学系统。其中公开的电子显微术设备用于检验物体，如半导体晶片。将多个一次电子束彼此平行地聚焦在物体上，以在其上形成多个一次电子斑。对由一次电子生成的并从各一次电子斑发出的二次电子进行检测。针对每个一次电子束，提供了一单独电子束柱(electron beam column)。将所述多个单独电子束柱彼此紧密地布在一起。形成在物体上的一次电子束斑的密度受到形成电子显微术设备的电子束柱的剩余步长(remaining foot step size)的限制。因此,实际上在物体上可以同时找到的一次电子束斑的数量也受到限制，这导致当按高分辨率检验大表面积的半导体晶片时，设备的呑吐量受限。根据US 5892224,US 2002/0148961AUUS 2002/0142496AUUS 2002/0130262A1、US 2002/0109090AU US 2002/0033449A1、US 2002/0028399A1，已知使用聚焦在待检验物体的表面上的多个一次电子分束的电子显微术设备。利用其中形成有多个孔的多孔板来生成这些分束，其中，在多孔板的上游设置有用于生成单电子束的电子源，以照射形成在该多孔板中的多个孔。在多孔板的下游由电子束的穿过这些孔的电子形成了多个电子分束。所述多个一次电子分束由物镜聚焦在物体上，该物镜具有所有一次电子分束都穿过的孔。由此在物体上形成了一次电子斑阵列。从各一次电子斑发出的二次电子形成了相应的二次电子分束，从而还生成了与所述多个一次电子束斑相对应的多个二次电子分束。所述多个ニ次电子分束穿过物镜，并且该设备按如下方式提供二次电子束路径，即，使得每个二次电子分束被提供给CCD电子检测器的多个检测器像素中的相应ー个。使用维恩滤波器来分开ニ次电子束路径与一次电子分束的束路径。由于使用了包括所述多个一次电子分束的ー个公共一次电子束路径和包括所述多个二次电子分束的ー个公共二次电子束路径，所以可以使用单个电子光学柱，并且形成在物体上的一次电子束斑的密度不受该单电子光学柱的步长的限制。
在上述文献的实施例中公开的一次电子束斑的数量在数十个斑的量级上。由于在物体上同时形成的一次电子束斑的数量限制了呑吐量，所以増加一次电子束斑的数量以实现更高的呑吐量将是有利的。然而，已经发现，使用这些文献中公开的技木，难以增加同时形成的一次电子束斑的数量或増大一次电子束斑密度，同时又保持电子显微术设备的希望成像分辨率。因此，本发明的ー个目的是，提供使用增大密度的带电粒子分束并允许按提高的精度操纵这些带电粒子分束的粒子光学系统。本发明的又一目的是，提供用于按提高的精度操纵带电粒子的束和分束的粒子光学组件。
发明内容
如以下将更详细描述的，根据本发明的粒子光学组件、粒子光学排布结构以及粒·子光学系统可以利用多个带电粒子分束并按提高的精度操纵这些带电粒子分束。根据本发明的一种实施方式，提供了ー种电子光学排布结构，其提供一次电子束路径和二次电子束路径，该一次束路径用于从一次电子源指向可定位在该排布结构的物面中的物体的一次电子束，该二次束路径用于源自物体的二次电子，该电子显微术排布结构包括磁体排布结构，该磁体排布结构具有第一磁场区，由一次电子束路径和二次电子束路径穿过，用于将一次电子束路径和二次电子束路径相互分开，第二磁场区，布置在第一磁场区的上游的一次电子束路径中，其中，二次电子束路径不穿过第二磁场区，并且其中，第一磁场区和第二磁场区沿基本上相反的方向使一次电子束路径偏转，第三磁场区，布置在第一磁场区的下游的二次电子束路径中，其中，一次电子束路径不穿过第三磁场区，并且其中，第一磁场区和第三磁场区沿基本上相同的方向使二次电子束路径偏转。根据本发明的实施方式，还提供了一种多电子分束检验系统，其包括台，用于安装待检验物体；电子源排布结构，用于生成一次电子分束阵列；物镜，用于将各一次电子分束聚焦在物体上，其中，由所述一次电子分束生成了二次电子分束阵列，所述二次电子分束横穿该物镜；分束器，用于将二次电子分束的二次电子束路径与一次电子分束的一次电子束路径分开；检测器排布结构，用于产生与二次电子分束阵列相对应的信号的阵列；其中，分束器包括磁体排布结构，该磁体排布结构具有第一磁场区，由一次电子束路径和二次电子束路径穿过，用于将一次电子束路径与二次电子束路径相互分开；第二磁场区，布置在第一磁场区的上游的一次电子束路径中，其中，二次电子束路径不穿过第二磁场区，并且其中，第一磁场区和第二磁场区沿基本上相反的方向使一次电子束路径偏转；第三磁场区，布置在第一磁场区的下游的二次电子束路径中，其中，一次电子束路径不穿过第三磁场区，并且其中，第一磁场区和第三磁场区沿基本上相同的方向使二次电子束路径偏转。根据本发明的实施方式，还提供了ー种用于对基板进行多电子分束检验的方法，该方法包括以下步骤生成一次电子分束阵列；将各一次电子分束聚焦在基板上，以生成从基板发出的二次电子分束的阵列；检测二次电子分束的強度；以及使用分束器将二次电子分束的二次电子分束路径与一次电子分束的一次电子分束路径分开，该分束器包括磁体排布结构，该磁体排布结构具有第一磁场区，由一次电子束路径和二次电子束路径穿过，用于将一次电子束路径和二次电子束路径相互分开；第二磁场区，布置在第一磁场区的上游的一次电子束路径中，其中，二次电子束路径不穿过第二磁场区，并且其中，第一磁场区和第二磁场区沿基本上相反的方向使一次电子束路径偏转；第三磁场区，布置在第一磁场区的下游的二次电子束路径中，其中，一次电子束路径不穿过第三磁场区，并且其中，第一磁场区和第三磁场区沿基本上相同的方向使二次电子束路径偏转。根据本发明的一个实施例，提供了一种用于形成多个带电粒子分束的粒子光学排布结构，其中，这些分束按高规则度阵列图案排列。该高规则度阵列图案是由这些分束沿分束的束路径在希望的位置处形成的。例如，所述高规则度阵列图案可以形成在其中各分束形成相应的焦点的像面或中间像面处。所述粒子光学排布结构包括用于生成至少一束带电粒子的至少ー个带电粒子源。由穿过形成在多孔板中的孔的带电粒子束的粒子形成带电粒子分束。在分束的束路径中可以布置一块或多块其他多孔板，其中，分束穿过形成在所述ー块或多块其他多孔板中的孔。
所述粒子光学排布结构还可以包括至少ー个聚焦透镜或其他粒子光学元件，所述至少ー个聚焦透镜或其他粒子光学元件用于操纵所述至少一束带电粒子和/或所述多个带电粒子分束。典型地，这种粒子光学元件对所述粒子光学排布结构的光学畸变有贡献。这种畸变会劣化操纵分束的可实现精度，并且会妨碍在分束的束路径中的希望位置处形成分束阵列的希望的高规则度阵列图案。所述高规则度阵列图案与形成在所述至少ー块多孔板中的孔的阵列图案存在粒子光学对应性。多孔板中的孔的位置被确定为，使得所述希望的高规则度阵列图案基本上形成在所述至少ー块多孔板的下游。与所述高规则度阵列图案的规则度相比，多孔板中的孔的阵列图案则具有较低的规则度。然而，从高规则度图案偏移孔的位置以形成较低规则度的图案，并不限于补偿由ー个或另ー个粒子光学元件弓I入的畸变，而可以用于任何其他目的。不必针对图案的所有方向提高规则度。只在ー个特定方向(如与物体相对于所述排布结构的物镜的移动横交的方向)上提高规则度可能就足够了。此外，可能足够的是，分束的某个子集沿预定方向投影到一面上，形成了这样的图案，即，其所具有的规则度，与根据孔的对应子集沿电子光学地对应于所述预定方向的方向的投影所确定的对应规则度相比提闻了。例如，通过某些合适的数学方法，如对各分束的中心位置和各孔的中心位置应用的用于确定多个孔之间的空间关联的方法和一维或ニ维傅里叶分析，可以确定分束的高规则度阵列图案和孔的较低规则度图案的规则度。所述至少ー个粒子光学元件可以包括用于将分束聚焦到可定位在粒子光学排布结构的像面中的物体上的聚焦透镜，如物镜。为了补偿聚焦透镜的典型畸变，优选地，多孔板中的相邻孔之间的距离随着各孔距由多孔板中的孔形成的阵列图案的中心的距离增大而连续地减小。根据本发明另ー实施例，提供了 ー种粒子光学排布结构，其与上述排布结构类似地具有至少ー个带电粒子源和至少ー块多孔板。该排布结构还可以包括至少ー个粒子光学元件，所述至少ー个粒子光学元件用于操纵由所述源生成的至少一束带电粒子，或者用于操纵多个带电粒子分束。典型地，这种粒子光学元件对粒子光学排布结构的光学像散有贡献。为了补偿这种像散，形成在所述至少ー块多孔板中的孔包括具有椭圆形状而非完全圆形状的孔。然而，设置椭圆孔形状并不限于补偿由ー个或另ー个粒子光学元件引入的像散，而可以用于任何其他目的。根据ー个实施例，优选地，孔的椭圆形状的椭圆度随着距孔图案的中心的距离增大而増大，以补偿典型地由聚焦透镜引入的像散。所述椭圆形状的长轴可以相对于孔图 案的中心沿径向取向，或者长轴可以按相对于径向方向成一角度取向。如果长轴按相对于径向方向成一角度取向，则这种角度可以随着距孔图案的中心的距离增大而増大。根据本发明又一实施例，提供了 ー种粒子光学排布结构，其与上述排布结构类似地包括至少ー个带电粒子源和至少ー块多孔板。该排布结构还可以包括至少ー个粒子光学元件，所述至少ー个粒子光学元件用于操纵由所述源生成的至少一束带电粒子或者用于操纵多个带电粒子分束。所述粒子光学元件可能对所述排布结构的光学场曲(field curvature)有贡献。为了补偿这种场曲，形成在多孔板中的孔的直径随着距孔图案的中心的距离増大而变化。直径的变化可以是，孔的直径随着距孔图案的中心的距离增大而增大或减小。然而，孔的直径的变化并不限于补偿由ー个或另ー个粒子光学元件引入的场曲，而可以用于任何其他目的。根据本发明又ー实施例，提供了ー种粒子光学组件，其可有利地用于使用多个带电粒子分束的粒子光学系统中。可以将该粒子光学组件用于这种系统中，以补偿由该系统的ー个或另ー个粒子光学元件引入的场曲，或者可以出于任何其他合适的目的将该粒子光学组件用于这种系统中。所述粒子光学组件包括其中形成有多个孔的至少ー块多孔板，所述至少ー块多孔板用于操纵穿过其间的带电粒子分束的粒子。该多孔板由基本上布置在单个面中的多个层部分形成，其中在所述多个层部分的每ー个中都形成有多个孔。这些层部分由这样的材料形成，即，其充分导电，使得可以根据希望的应用按充分的精度将其中限定了相应孔的层部分保持在预定电势。相邻导电层部分彼此不直接连接。为了将相邻导电层部分相互电分离开，有利的是，可以在这种相邻导电层部分之间形成具有足够电阻的间隙。该间隙具有足够的电阻，以使得可以按足够的精度向相邻导电层部分施加不同电势。尽管相邻导电层部分彼此不直接电连接，但是可以设置多个预定电阻器，以将相邻导电层部分或不相邻导电层部分相互连接起来，从而将这些导电层部分保持在希望的电势。根据ー优选实施例，设置有至少两个环形部分，其中，一个环形部分位于另ー个环形部分的内部。优选地，环形导电层部分的径向宽度随着距形成在多孔板中的孔图案的中心的距离增大而减小。可以设置上述多孔板，以对穿过形成在该多孔板中的各孔的分束的带电粒子进行操纵。通过将限定各孔的板保持在合适的电势可以实现对分束的这种操纵。由此，对分束的操纵可以包括对分束提供聚焦、散焦以及偏转效果或任何其他效果，以及这些效果的组合。限定多个孔的板被保持的电势，可以生成沿分束的上游或下游并远离多孔板的方向延伸的电场。由于在多孔板中存在所述多个孔，所以这种电场将偏离由其中没有形成孔的板生成的均匀场。偏离均匀电场可能对由各孔对分束的希望类型的操纵存在不利影响。根据本发明的又ー实施例，提供了ー种粒子光学组件，其包括第一多孔板，该第一多孔板由绝缘基板制成并具有贯穿其中而形成的多个孔。形成在绝缘基板中的孔的内部覆盖有导电层。在孔的内部设置的这种导电层的优点是，这些层对屏蔽源自相邻或更远的孔的杂散电场有贡献。可以将所述层的电导率设计成，使得实现充分的屏蔽。
根据简化的设计规则，在多孔板上的总电阻，S卩，在该多孔板的两个主平坦表面之间的电阻在以下范围内约250 Q到8MQ、约250Q到4MQ、约4MQ到8MQ、约250Q至Ij800 Q、约 800 Q 至Ij I. 5MQ、约 I. 5MQ 至Ij 3MQ、约 3MQ 至Ij 5MQ，和 / 或约 5MQ 至Ij 8MQ。可以在第一多孔板的ー侧或两侧与其紧密接触地设置其他多孔板。根据ー实施例，所述导电层还覆盖第一多孔板的ー个或两个主表面。这样，该导电层形成了第一多孔板的一体部分，从而，如果设置有其他多孔板的话，所述其他多孔板将被形成为与所述导电层直接接触。优选地，所述其他多孔板由电导率比设置在第一多孔板的孔中的导电层的电导率高的导电材料制成。根据本发明又ー实施例，提供了ー种粒子光学组件，其具有其中形成有多个孔的至少ー块多孔板，其中，该多孔板由导电材料制成，使得在第一多孔板的两个主平坦表面之间的电阻在以下范围内约250 Q到8MQ、约250Q到4MQ、约4MQ到8MQ、约250Q至Ij800 Q、约 800 Q 至Ij I. 5MQ、约 I. 5MQ 至Ij 3MQ、约 3MQ 至Ij 5MQ，和 / 或约 5MQ 至Ij 8MQ。i亥基板材料的电导率对屏蔽孔中生成的电场有贡献。可以从玻璃材料中选择用于制造基板的合适材料，因为已将玻璃材料用于制造图像放大器的多通道板。根据本发明又ー实施例，提供了ー种具有至少ー块多孔板的粒子光学组件，所述至少ー块多孔板中形成有用于操纵穿过其间的带电粒子分束的多个束操纵孔，其中所述多个束操纵孔按预定的阵列图案排列。此外，在多孔板中形成有场修正孔，以修正由该多孔板生成的电场的畸变。可以对场修正孔在束操纵孔的阵列图案中的位置以及场修正孔的大小和形状进行选择，使得由多孔板生成的电场基本上对应于该多孔板的上游和/或下游的希望电场。当将所述电子光学组件用于使用多个带电粒子分束的粒子光学系统中时，那些分束将穿过束操纵孔，而非穿过场修正孔。然而，这并不排除有中间分束穿过场修正孔，其中通过某些其他装置从系统要使用的一簇带电粒子分束中去除所述中间分束。用于去除穿过场修正孔的中间分束的这种装置可以包括布置在所述ー簇希望带电粒子分束上的合适位置处的束阻挡部。有利的是，可以由其他多孔板形成这种阻挡部，该其他多孔板具有形成在其中的允许希望分束穿过的多个孔，并在与中间分束的束路径对应的位置处没有形成孔。还可以在粒子光学组件自身中拦截中间分束。其中，有利的是，所述阻挡部可以由所述板的不是通孔的开ロ孔的底部形成。当将束操纵孔密集布在多孔板中时，优选地，场修正孔的尺寸比与其相邻的束操纵孔的要小。此外，当围绕给定束操纵孔的中心沿周向观察时，场修正孔在周向上位于直接与该给定束操纵孔相邻的其他束操纵孔之间。根据本发明又ー实施例，提供了ー种粒子光学组件，其与上述粒子光学组件类似地包括其中形成有多个束操纵孔的至少ー块多孔板。为了补偿由多孔板生成的电场与希望电场的偏离，可以将束操纵孔的形状设计成，向场操纵孔的基本形状添加了附加形状特征。该基本形状是考虑到对穿过孔的分束提供希望的束操纵效果，根据电子光学设计规则来设计的。例如，该基本形状可以是用于提供圆透镜效果的圆形状，或者该基本形状可以是用于提供像散透镜效果的椭圆形状。所述形状特征被设置为所述基本形状中的径向凹部或凸起部。按沿所述基本形状的周部的多重性或対称性设置给定孔的形状特征，该多重性或対称性对应于在给定束操纵孔的邻域中的束操纵孔的排布结构的多重性或対称性。例如，如果给定束操纵孔具有四个紧邻束操纵孔作为最近邻居，则该给定束操纵孔的形状特征将具有关于该给定孔的中心的四重対称性，以补偿在该给定束操纵孔的上游或下游的空间内的非旋转对称场结构。这种非旋转对称场结构是由位于该给定孔周围的束 操纵孔的対称性造成的。给定孔周围的最近邻居可以通过其他技术领域中的技术已知的方法来确定。根据ー种可能的方法，首先通过从不同于给定孔的所有其他孔中将布置在距该给定孔的最小距离处的孔识别为极最近邻居，来确定该给定孔的极最近邻居。然后，将不同于给定孔的布置在距给定孔小于约I. 2到约I. 3倍所述最小距离的距离处的所有孔识别为最近邻居。为了确定形状特征的対称性，还可以例如通过对给定孔周围的第一阵列图案执行傅里叶分析来考査给定孔周围的更大邻域的対称性。从而该给定孔将具有这样的形状，即，该形状具有与该给定束操纵孔周围的第一阵列图案的対称性对应的至少ー个対称性组成部分。根据该方法，也可以将靠近孔图案的周缘的孔的边界效应考虑进来，在该周缘处，例如，给定孔周围的一半空间可能未被其他孔占据。在其中形成有多个束操纵孔作为受限阵列图案的多孔板中，该板将延伸得超出束操纵孔的图案。由此，由板的其中没有形成孔的区域生成的电场将与从其中形成有孔图案的区域延伸的场不同，这尤其是在靠近图案的周缘的区域中，造成了偏离均匀电场或其他希望电场的电场。与由位于图案的中心处的孔提供的光学性质相比，在周缘处，由孔向穿过其间的各束提供的光学性质可能被劣化。根据本发明又一实施例，提供了 ー种粒子光学排布结构，其与上述排布结构类似地包括其中形成有用于操纵多个带电粒子分束的多个束操纵孔的多孔板。束操纵孔按第一阵列图案排列，并且在该多孔板中，在与该第一阵列图案相邻的区域中形成有多个场修正孔。场修正孔可以排列成ー阵列，该阵列形成束操纵孔的阵列图案的扩展。所述粒子光学排布结构要提供的分束不穿过场修正孔。然而，如上所述，这并不排除通过在场修正孔的下游或在场修正孔内的某些其他装置拦截穿过场修正孔的中间分束。根据本发明又一实施例，提供了 ー种粒子光学排布结构，其与上述排布结构类似地包括至少ー个带电粒子源；至少ー块多孔板，其中形成有多个孔；第一电压源；用于向所述多个孔提供预定的第一电压；第一单孔板，布置在距多孔板的上游或下游的ー距离处；以及第ニ电压源，用于向第一单孔板提供预定的第二电压。
设置多孔板中的孔以操纵穿过其间的带电粒子分束。其中孔的操纵效果是通过由多孔板在其上游和/或下游生成的电场来确定的。将单孔板分别设置在多孔板的上游和下游，以将电场形成为希望的形状，使得孔的操纵效果根据希望的依赖性在孔图案上变化。根据ー实施例，将单孔板布置在距多孔板小于75mm的距离处，优选地，布置在小于25mm的距离处，更优选地，布置在小于IOmm或小于5mm的距离处。根据又ー实施例，将单孔板布置在距孔这样ー距离处，即，该距离小于多孔板的孔的透镜功能向穿过其间的分束提供的焦距的一半(特别地，四分之一)。根据再ー实施例，将单孔板布置在距多孔板这样ー距离处，S卩，其使得所述多孔板的表面上的电场高于100V/mm、高于200V/mm、高于300V/mm、高于500V/mm,或者高于IkV/mmD根据另ー实施例，多孔板与第一单孔板之间的距离小于单孔直径的5倍、小于单孔直径的3倍、小于该直径的2倍，或者甚至小于单孔直径本身。·为了提供孔阵列上的所述多个孔的束操纵效果的更强依赖性，优选地，设置布置在多孔板与第一单孔板之间的第二单孔板。设置第三电压源，以向该第二单孔板提供预定的第三电压。可以将第三电压选择为，使得它基本上等于或低于第一电压的平均值，或者可以将第三电压选择为，使得它在第二电压与第一电压的平均值之间。在多孔板的两侧都可以设置第一单孔板。根据本发明又一实施例，提供了 ー种粒子光学排布结构，其与上述排布结构类似地包括用于生成带电粒子束的至少ー个带电粒子源，和其中形成有多个孔的至少ー块多孔板。在带电粒子源与多孔板之间的带电粒子束的束路径中，布置有第一聚焦透镜。该第一聚焦透镜具有减小由所述源生成的带电粒子束的发散性的效果，以利用带电粒子照射形成在多孔板中的所述多个孔。在第一聚焦透镜的下游的带电粒子束可以是发散束或平行束。但是，该束的发散度或平行度应当高精度地对应于希望的发散度或平行度。实际中，诸如开ロ误差或色误差(chromatic error)的透镜误差对与希望的发散度或平行度的偏离有贡献。设置用于在第一聚焦透镜与多孔板之间的区域中提供减速电场的减速电极，以使带电粒子在穿过第一聚焦透镜之后減速到希望的动能以穿过多孔板。由此，穿过聚焦场的带电粒子的动能比穿过多孔板的带电粒子的希望动能要高。这种排布结构的ー个可能的优点是，在增大的动能下对第ー聚焦透镜的色误差的贡献降低了。本发明人已发现，即使穿过多孔板的电子的动能很高，也可以对其中形成有多个孔的多孔板的聚焦效果进行很好的控制和相对精确的调节。这可以降低穿过各孔的带电粒子分束的色像差。由此，根据本发明又ー实施例，撞击在或穿过多孔板的电子的动能可以高于5keV、高于lOkeV、高于20keV,或者甚至高于30keV。根据又ー实施例，本发明提供了ー种粒子光学排布结构，其与上述排布结构类似地包括至少ー个带电粒子源、至少ー块多孔板以及在该多孔板的上游和/或下游的区域中提供聚焦场的第一聚焦透镜。该粒子光学排布结构还包括能量改变电极，该能量改变电极用于在多孔板的上游和/或下游的第二区域中改变束的带电粒子的动能。为了减小由第一聚焦透镜引起的误差，其中设置有聚焦场的第一区域与其中设置有能量改变场的第二区域是交叠区域。根据ー实施例，所述能量改变场是用于减小束的带电粒子的动能的減速电场，并且所述交叠区域大致位于多孔板的上游。根据又ー实施例，所述能量改变场是用于増大束的带电粒子的动能的加速电场，并且所述交叠区域大致位于多孔板的下游。在所述交叠区域中所述能量改变场与所述聚焦场之间的交叠可以大于1%、大于5%,或者大于10%。通过按任意单位将沿束轴线的所述聚焦场的场强和所述能量改变场的场强绘制 成相应的曲线(对它们进行归一化，以使得两条曲线的峰值在同一水平上)，可以确定所述能量改变场与所述聚焦场的交叠。然后可以将两条曲线下的交叠面积除以一条或另一条曲线下的总面积当作对交叠的測度。根据本发明又一实施例，提供了 ー种粒子光学排布结构，其与上述排布结构类似地包括至少ー个带电粒子源、至少ー块多孔板，以及在该带电粒子源与该多孔板之间的区域中提供聚焦场的第一聚焦透镜。设置第一聚焦透镜是为了减小由多孔板的上游的源生成的带电粒子束的发散度，使得紧邻多孔板的上游的束具有剩余发散度。换句话说，当该束穿过第一聚焦透镜时的截面比当该束撞击在多孔板上时的截面要小。通过这种排布结构，可以使用给定截面的束照射多孔板的孔，其中，穿过第一聚焦透镜的束的截面比该给定截面要小。这可能具有以下优点，与用于对照射给定截面的束进行准直以形成大致平行束的聚焦透镜相比，可以减小第一聚焦透镜的开ロ误差。根据ー些实施例，紧邻多孔板的上游的束的发散度可以高于0. 5mrad、高于I. Omrad，或者甚至高于2mrad>5mrad 或 IOmracL然而，应当指出的是，根据某些实施例，多孔板的汇聚照射是有利的。具体来说，可以将这种汇聚照射应用于电子刻绘领域。实际中，形成在多孔板中的孔的相邻中心之间的距离是不能进ー步减小的有限距离。如果利用平行束照射这种多孔板，在该多孔板的下游的分束的相邻焦点的距离也会对应于该多孔板中的相邻孔之间的距离。然而，通过利用汇聚束照射多孔板，可以减小分束的相邻焦点之间的距离，同时保持多孔板的相邻孔之间的距离相同。这使得可以按如下方式在所述设备的物面上形成束斑图案，即，使这些束斑彼此之间的距离很小，并使它们可以彼此接触，或者使它们甚至彼此交叠。另外，照射束的汇聚度可以在以下范围内高于0.5mrad、高于I. Omrad，或者甚至高于2mrad。根据本发明又一实施例，提供了 ー种粒子光学排布结构，其与上述排布结构类似地包括至少ー个带电粒子源，用于生成带电粒子束；至少ー块多孔板，其中形成有多个孔；以及第一聚焦透镜，在带电粒子源与多孔板之间的区域中提供聚焦场部分。第一聚焦透镜提供了磁场，并且带电粒子源布置在第一聚焦透镜提供的磁场内。利用其中带电粒子源浸没在磁场中的这种排布结构，可以减小聚焦场部分提供的透镜误差。根据ー优选实施例，其中设置有带电粒子源的磁场部分是具有大致均匀磁场的部分。根据本发明又一实施例，提供了 ー种粒子光学排布结构，其与上述排布结构类似地包括用于生成带电粒子束的至少ー个带电粒子源，和其中形成有多个孔的至少ー块多孔板，其中，在所述至少ー块多孔板的下游形成了多个带电粒子分束，使得每个带电粒子分束都在多孔板的下游的聚焦区中形成一焦点。
第二聚焦透镜提供了聚焦区中的聚焦场，其中，该聚焦场对带电粒子分束簇有聚焦效果。由于设计所述粒子光学排布结构所基于的某种设计原因，可能需要将第二聚焦透镜置于多孔板的下游的某个位置处。第二聚焦场的聚焦场区的与多孔板的聚焦区相重合的位置可以具有以下优点各分束在其焦点处的角误差(如焦点处的色误差)，对在第二聚焦透镜下游的其中形成有所述聚焦区的像的区域中的分束的影响减小了。 根据本发明又一实施例，提供了 ー种粒子光学排布结构，其与上述排布结构类似地包括至少ー个带电粒子源，和用于对带电粒子分束进行聚焦的至少ー块多孔板，每个带电粒子分束在多孔板的位于其下游的聚焦区中都具有一焦点。设置一物镜，以将聚焦区或其中间像成像到可定位在所述排布结构的物面中的物体上。通过将带电粒子分束的焦点成像到物体上，可以在物体上获得相对较小直径的束斑。此外，所述至少ー块多孔板中的孔可以设置有比焦点区中的分束的直径大得多的直径。由此，可以按相对较大的孔直径形成分束的小焦点。因此，孔的总面积与孔图案的总面积之比也相对较高。该比确定了分束生成的效率，即，所有分束的总电子流与照射多孔板的束的总流之比。由于在多孔板中形成了大直径孔，所以这种效率相对较高。根据本发明又ー实施例，提供了一种电子光学排布结构，其分别提供了束路径分离器和束路径合成器的功能。该排布结构可以提供一次束路径和二次束路径，该一次束路径用于从一次电子源指向可定位在所述排布结构的物面中的物体的一次电子束，该二次束路径用于源自该物体的二次电子。一次束路径和二次束路径可以是用于单个电子束或多个电子束的束路径。然而，对于如上所述的应用，一次束路径和二次束路径是用于多个电子分束的优选束路径。所述排布结构包括磁体排布结构，该磁体排布结构具有第一磁场区、第二磁场区以及第三磁场区。一次束路径和二次电子束路径穿过第一磁场区，并且第一磁场区执行将它们相互分开的功能。第二磁场区布置在一次电子束路径中的第一磁场区的上游，并且ニ次电子路径不穿过第二磁场区。第三磁场区布置在第一磁场区的下游的二次电子束路径中，并且第一电子束路径不穿过第三磁场区。第一磁场区和第二磁场区沿基本上相反的方向使一次电子束偏转，而第一磁场区和第三磁场区沿基本上相同的方向使二次电子束路径偏转。所述排布结构具有很少数量(仅三个)的必要磁场区，但是仍可以将其设计成使得，对于一次电子的给定动能和二次电子的给定动能，该排布结构提供了第一量级消像散并且/或者第一量级无畸变的粒子光学性质。根据ー优选实施例，第二磁场区对一次电子束路径的偏转角比第一磁场区对一次电子束路径的偏转角要大。其中，更优选地，在第一磁场区与第二磁场区之间的一次电子束路径中不形成中间像。根据又ー优选实施例，在第二磁场区与第一磁场区之间的一次电子束路径中设置有基本上没有磁场的第一漂移区。根据又ー优选实施例，在第一磁场与第三磁场区之间的二次电子束路径中设置有基本上没有磁场的第二漂移区。然而，也可以将基本上没有磁场的第二漂移区设置在第一磁场区与第三磁场区之间的二次电子束路径中。如果同时设置了第一漂移区和第二漂移区，那么优选的是第二漂移区比第一漂移区短得多。根据又ー优选实施例，在第一磁场区与物面之间设置有聚焦透镜，其中，一次电子束路径和二次电子束路径均穿过该聚焦透镜。从电子显微镜应用的角度说，可以将该聚焦透镜实现为物镜。
其中，更优选地，在一次电子束路径和二次电子束路径中设置至少ー个电极，用于使一次电子在撞击在物体上之前減速，并用于使二次电子从物体射出之后加速。利用这种电极，可以改变一次电子撞击在物体上的动能，同时将穿过磁体排布结构的一次电子的动能保持在同一值。由此，可以将束路径分离器/合成器的电子光学性质保持在基本上相同的电子光学性质，同时可以改变撞击在物体上的一次电子的动能。因此，可以实现在撞击在物体上的一次电子的动能的相对较大范围上，高精度地将一次电子聚焦在物体上。其中，更优选地，所述磁体排布结构还包括位于第三磁场区的下游的二次电子束路径中的第四磁场区，其中，可以相对于第一磁场区中的磁场强度调节第三磁场区中的磁场强度。可以根据提供给成对电极的电压调节第四磁场区中的场强。由于提供给所述成对电极的电压的变化改变了进入所述磁体排布结构的二次电子的动能，所以也改变了第一磁场区对二次电子束路径的偏转角。可以对第三磁场区和第四磁场区中的场强进行调节，使得可以补偿由于对所述成对电极的电压提供的变化而导致的二次电子束路径的这种变化。实际上，第四磁场区可以提供补偿偏转器的功能。此外，进入所述磁体排布结构的二次电子的动能的变化，可以导致由第一磁场区和第三磁场区对二次电子束路径产生的四极效应的变化。优选地，还在二次电子束路径中设置了至少ー个电子光学组件，以补偿这种四极效应的变化。可以由设置在二次电子束路径中的ー个或两个附加磁场区，或者设置在二次电子束路径中的ー个或两个四极透镜，或者设置在二次电子束路径中的附加场区与四极透镜的组合，来提供这种补偿组件。根据ー优选实施例，在第四磁场区的下游的二次电子束路径中设置了第五磁场区，并在该第五磁场区的下游设置了四极透镜。优选地，可以根据提供给所述至少ー个电极的电压，来调节该四极透镜和/或第五磁场区提供的场强。根据又ー优选实施例，二次电子在包括第一磁场区、第三磁场区、第四磁场区以及第五磁场区的区域中，形成了物面的中间像。
參照附图，根据以下对本发明优选实施例的详细描述，本发明的上述和其他有利特征将更加清楚。图I示意性地例示了根据本发明一实施例的电子显微术系统的基本特征和功能；图2a_2d示出了可用于根据图I的电子显微术系统中的多孔排布结构中多个示意部分；图3是用于例示用于照射多孔排布结构并用于操纵该多孔排布结构生成的电子分束的电子光学组件的示意图；图4示出了可用于图I的电子显微术系统中的一次电子分束生成排布结构的示例；图5示出了如图4所示的排布结构提供的束路径的多个物理性质；图6示出了可用于图I的电子显微术系统中的一次电子分束生成排布结构的示例；图I示出了形成在多孔板中的孔阵列图案；图8是具有用于对由图7所示的孔图案排布结构产生的多极效应进行补偿的附加形状特征的孔形状的细节图；
图9示出了设置在多孔板中的孔和场修正孔的排布结构；图10是沿图9中表示的X-X线所截取的图9所示的板的截面图；图11示出了六边形孔阵列图案；图12示出了一次电子束斑的畸变图案；图13示出了用于补偿图12所示的畸变的孔排布结构；图14示出了由于像散而畸变的一次电子束斑图案；图15示出了与用于补偿图14所示的像散畸变的孔图案有关的平面图；图16例示了由将焦面成像到物体上所涉及的电子光学组件产生的场曲效应；图17例示了适于补偿图16所示的场曲的多孔排布结构；图18示出了与用于补偿场曲的多孔图案有关的正视图；图19例示了用于补偿场曲的又一多孔排布结构；图20a_20e例示了用于补偿场曲的又一多孔排布结构；图21是一次电子束路径的示意例示图；图22示意性地例示了可用于图I所示的电子显微术系统中的与物侧排布结构协同操作的分束器/合束器排布结构；以及图23是根据本发明ー实施例的电子刻绘系统的例示图。
具体实施例方式在以下描述的示例性实施例中，尽可能地以相似的标号指示功能和结构上相似的组件。因此，为了理解特定实施例的各个组件的特征，应当參照对本发明的其他实施例和发明内容的描述。图I是示意性地例示了电子显微术系统I的基本功能和特征的示意图。电子显微术系统I是扫描电子显微型(SEM)的，其使用用于在待检验物体7的表面上生成一次电子束斑5的多个一次电子分束3，所述表面布置在物侧排布结构100的物镜102的物面101中。图I的插图I1示出了与其上形成有一次电子束斑5的规则矩形阵列103的物面101有关的正视图。图I中示出了按5X5阵列103排列的25个一次电子束斑5。一次电子束斑的该数量是很小的数量，以便于例示电子显微术系统I的原理。实际中，一次电子束斑的数量可以选择为大得多，如30X30、100X100等。在所例示的实施例中一次电子束斑5的阵列103是具有在I U m到10 ii m的范围内的大致恒定间距P1的大致规则矩形阵列。然而，阵列103也可以是变形的规则阵列或不规则阵列，或者某些其他对称阵列，如六边形阵列。形成在物面101中的一次电子束斑的直径可以在5nm到200nm的范围内。由物镜排布结构100对一次电子分束3进行聚焦以形成一次电子束斑5。在束斑5处入射在物体7上的一次电子生成从物体7的表面发出的二次电子。这些二次电子形成了进入物镜102的二次电子分束9。电子显微术系统I提供了用于将所述多个二次电子分束9提供给检测排布结构200的二次电子束路径11。检测排布结构200包括投影透镜排布结构205，该投影透镜排布结构205用于将二次电子分束9投射到检测器排布结构209的电子敏感检测器207的表面211上。检测器207可以是从固态CXD或CMOS、闪烁器排布结构、微通道板、PIN ニ极管阵列等中选出的一个或更多个。
图2的插图I2示出了与像面211和检测器207的表面(在此二次电子束斑213形成为阵列217)有关的正视图。阵列间距P2可以在IOiim到200 iim的范围内。检测器207是具有多个检测像素215的位置敏感检测器。这些像素215排列成与由二次电子束斑213形成的阵列217相匹配的阵列，使得各像素215可以检测与其相关联的二次电子分束9的強度。一次电子分束3由分束生成排布结构300生成，该分束生成排布结构300包括电子源排布结构301、准直透镜303、多孔板排布结构305以及场透镜307。电子源排布结构301生成发散电子束309，准直透镜303使该发散电子束309变准直，以形成用于照射多孔板排布结构305的束311。图I的插图I3示出了多孔排布结构305的正视图。多孔排布结构包括其中形成有多个孔315的多孔板313。孔315的中心317排列成图案319，该图案319电子光学地对应于形成在物面101中的一次电子束斑5的图案103。阵列319的间距P3可以在5 iim到200 iim的范围内。孔315的直径D可以在以下范围内0. 2 XP3 到 0. 5XP3、0. 3 XP3 到 0. 6XP3、0. 4XP3 到 0. 7XP3、0. 5 XP3 到 0. 7XP3、0. 5XP3 到 0. 6XP3、0. 6XP3 到 0. 7XP3、0. 7XP3 到 0. 8XP3，和 / 或 0. 8XP3 到 0. 9XP3。照射束311的穿过孔315的电子形成一次电子分束3。照射束311的撞在板313上的电子从一次电子束路径13受到拦截，因此对形成一次电子分束3没有贡献。如至此所例示的，多孔排布结构305的ー个功能是从照射束311形成所述多个一次电子分束3。该多孔排布结构的另一功能是对各一次电子分束3进行聚焦，使得在焦区或焦面325中生成焦点323。图I的插图I4示出了按图案327排列焦点323的焦面325的正视图。如根据以下说明将理解的，该图案的间距P4可以与多孔板313的图案319的间距P3相同或不同。焦点323的直径可以在IOnm到I y m的范围内。场透镜307和物镜102 —起执行以下的功能将焦面325成像到物面101上，以在物体7上形成小直径的一次电子束斑5的阵列103，来实现通过由检测器排布结构209检测二次电子分束9的强度而生成的二次电子图像的高分辨率。在分束生成排布结构300与物侧排布结构100之间的一次电子束路径313中，以及在物侧排布结构100与检测排布结构200之间的二次电子束路径11中，设置有分束器/合束器排布结构400。图2示出了多孔排布结构305的多个可能实施例中的一些实施例的截面图。图2a示出了这样的多孔排布结构305，即，该多孔排布结构305具有其中形成有多个孔315的单个多孔板313。这种单多孔板313既可以执行从照射束311生成一次电子分束3的功能，也可以执行将一次电子分束3聚焦在多孔板313的下游的功能。根据以下公式可以估计各孔315提供的焦距
权利要求
1.一种电子光学排布结构，其提供一次电子束路径和二次电子束路径，该一次束路径用于从一次电子源指向可定位在该排布结构的物面中的物体的一次电子束，该二次束路径用于源自物体的二次电子，该电子显微术排布结构包括磁体排布结构，该磁体排布结构具有 第一磁场区，由一次电子束路径和二次电子束路径穿过，用于将一次电子束路径和二次电子束路径相互分开， 第二磁场区，布置在第一磁场区的上游的一次电子束路径中，其中，二次电子束路径不穿过第二磁场区，并且其中，第一磁场区和第二磁场区沿基本上相反的方向使一次电子束路径偏转， 第三磁场区，布置在第一磁场区的下游的二次电子束路径中，其中，一次电子束路径不穿过第三磁场区，并且其中，第一磁场区和第三磁场区沿基本上相同的方向使二次电子束路径偏转。
2.根据权利要求I所述的电子光学排布结构，其中，除第一磁场区和第二磁场区以外，在一次电子束路径中没有设置使一次电子束路径偏转大于5°的其他磁场区。
3.根据权利要求2所述的电子光学排布结构，其中，第二磁场区对一次电子束路径的偏转角比第一磁场区对一次电子束路径的偏转角要大。
4.根据权利要求I所述的电子光学排布结构，其中，第一磁场区对二次电子束路径的偏转角比第二磁场区对一次电子束路径的偏转角要小。
5.根据权利要求I所述的电子光学排布结构，其中，在第二磁场区与第一磁场区之间的一次电子束路径中设置有基本上没有磁场的第一漂移区。
6.根据权利要求I所述的电子光学排布结构，其中，在第一磁场区与第三磁场区之间的二次电子束路径中设置有基本上没有磁场的第二漂移区。
7.根据权利要求I所述的电子光学排布结构，还包括设置在第一磁场区与物面之间的物镜，其中，一次电子束路径和二次电子束路径穿过该物镜。
8.根据权利要求I所述的电子光学排布结构，还包括设置在第一磁场区与物面之间的至少一个电极，其中，一次电子束路径横穿所述至少一个电极，以使一次电子在撞在物体上之前减速，其中，二次电子束路径穿过所述至少一个电极，以使二次电子在从物体发出之后加速。
9.根据权利要求8所述的电子光学排布结构，还包括驱动器，该驱动器用于向所述至少一个电极提供可调节电压。
10.根据权利要求9所述的电子光学排布结构，还包括控制器，该控制器用于根据提供给所述至少一个电极的电压，相对于第一磁场区中的磁场强度，改变第三磁场区中的磁场强度。
11.根据权利要求10所述的电子光学排布结构,其中，所述磁体排布结构还包括位于第三磁场区的下游的二次电子束路径中的第四磁场区，其中，第四磁场区中的磁场强度是可以相对于第三磁场区中的磁场强度进行调节的。
12.根据权利要求11所述的电子光学排布结构，还包括控制器，该控制器用于根据提供给所述至少一个电极的电压，相对于第三磁场区中的场强改变第四磁场区中的场强。
13.根据权利要求11所述的电子光学排布结构，其中，第三磁场区和第四磁场区基本上彼此直接相邻地布置在二次电子束路径中。
14.根据权利要求9所述的电子光学排布结构，还包括布置在第三磁场区的下游的二次电子束路径中的至少一个四极透镜。
15.根据权利要求14所述的电子光学排布结构，还包括控制器，该控制器用于根据提供给所述至少一个电极的电压，改变四极透镜的场强。
16.根据权利要求11所述的电子光学排布结构，还包括布置在第四磁场区与四极透镜之间的二次电子束路径中的第五磁场区。
17.根据权利要求16所述的电子光学排布结构，还包括控制器，该控制器用于根据提供给所述至少一个电极的电压，相对于第三磁场区中的场强改变第五磁场区中的场强。
18.根据权利要求16所述的电子光学排布结构，其中，第四磁场区和第五磁场区基本上彼此直接相邻地布置在二次电子束路径中。
19.根据权利要求16所述的电子光学排布结构,其中，二次电子在第一磁场区与第五磁场区之间的束路径的区域中形成了物面的中间像。
20.根据权利要求I所述的电子光学排布结构，还包括布置在第三磁场区的下游的二次束路径中的检测器。
21.根据权利要求I所述的电子光学排布结构，还包括布置在检测器的上游的二次束路径中的中继透镜排布结构。
22.根据权利要求16所述的电子光学排布结构,其中,在第一磁场区、第二磁场区、第三磁场区、第四磁场区以及第五磁场区中的至少一个中设置了基本上均匀的磁场。
23.—种多电子分束检验系统,其包括 台，用于安装待检验物体； 电子源排布结构，用于生成一次电子分束阵列； 物镜，用于将各一次电子分束聚焦在物体上，其中，由所述一次电子分束生成了二次电子分束阵列，所述二次电子分束横穿该物镜； 分束器，用于将二次电子分束的二次电子束路径与一次电子分束的一次电子束路径分开； 检测器排布结构，用于产生与二次电子分束阵列相对应的信号的阵列； 其中，分束器包括磁体排布结构，该磁体排布结构具有 第一磁场区，由一次电子束路径和二次电子束路径穿过，用于将一次电子束路径与二次电子束路径相互分开； 第二磁场区，布置在第一磁场区的上游的一次电子束路径中，其中，二次电子束路径不穿过第二磁场区，并且其中，第一磁场区和第二磁场区沿基本上相反的方向使一次电子束路径偏转； 第三磁场区，布置在第一磁场区的下游的二次电子束路径中，其中，一次电子束路径不穿过第三磁场区，并且其中，第一磁场区和第三磁场区沿基本上相同的方向使二次电子束路径偏转。
24.一种用于对基板进行多电子分束检验的方法，该方法包括以下步骤 生成一次电子分束阵列； 将各一次电子分束聚焦在基板上，以生成从基板发出的二次电子分束的阵列；检测二次电子分束的强度；以及 使用分束器将二次电子分束的二次电子分束路径与一次电子分束的一次电子分束路径分开，该分束器包括磁体排布结构，该磁体排布结构具有 第一磁场区，由一次电子束路径和二次电子束路径穿过，用于将一次电子束路径和二次电子束路径相互分开； 第二磁场区，布置在第一磁场区的上游的一次电子束路径中，其中，二次电子束路径不穿过第二磁场区，并且其中，第一磁场区和第二磁场区沿基本上相反的方向使一次电子束 路径偏转； 第三磁场区，布置在第一磁场区的下游的二次电子束路径中，其中，一次电子束路径不穿过第三磁场区，并且其中，第一磁场区和第三磁场区沿基本上相同的方向使二次电子束路径偏转。
全文摘要
本发明涉及电子光学排布结构、多电子分束检验系统和方法。该电子光学排布结构提供一次和二次电子束路径，一次束路径用于从一次电子源指向可定位在该排布结构的物面中的物体的一次电子束，二次束路径用于源自物体的二次电子，该结构包括磁体排布结构，其具有第一磁场区，由一次和二次电子束路径穿过，用于将一次和二次电子束路径相互分开；第二磁场区，布置在第一磁场区的上游的一次电子束路径中，二次电子束路径不穿过第二磁场区，第一和第二磁场区沿基本上相反的方向使一次电子束路径偏转；第三磁场区，布置在第一磁场区的下游的二次电子束路径中，一次电子束路径不穿过第三磁场区，第一和第三磁场区沿基本上相同的方向使二次电子束路径偏转。
文档编号H01JGK102709143SQ20121011170
公开日2012年10月3日 申请日期2004年9月7日 优先权日2003年9月5日
发明者史蒂文·罗杰, 奥利弗·金茨勒, 安东尼奥·卡萨雷斯, 托马斯·克门, 斯特凡·乌勒曼, 海科·米勒, 赖纳·克尼佩梅尔, 马克西米利安·海德尔 申请人:以色列实用材料有限公司, 卡尔蔡司Smt有限责任公司