CN116745880A - 电子光学列和初级电子射束到样品上的引导方法 - Google Patents

Abstract

公开了用于将初级电子射束沿着初级射束路径引导到样品上的装置和方法。在一种布置中，射束分离器使从样品沿着初级射束路径发射的次级电子射束远离初级射束路径转向。色散设备位于射束分离器的射束上游。色散设备补偿由射束分离器在初级射束中引起的色散。一个或多个公共电源驱动射束分离器和色散设备两者。

Description

电子光学列和初级电子射束到样品上的引导方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年12月22日提交的美国申请63/129,330、于2021年4月21日提交的US申请63/177,563和于2021年5月4日提交的EP申请21171996.8的优先权，这些申请均通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开一般涉及带电粒子射束装置的领域，更具体涉及补偿单射束装置或多射束装置中的射束分离器的色散的电子光学列以及方法。

背景技术

在集成电路(IC)的制造过程中，对未完成的电路部件或已完成的电路部件进行检查，以确保它们根据设计制造，并且没有缺陷。利用光学显微镜的检查***的分辨率通常低至几百纳米；并且分辨率受到光的波长的限制。随着IC部件的物理尺寸不断减小到低于100纳米甚至低于10纳米，需要能够比使用光学显微镜的检查***具有更高分辨率的检查***。

诸如扫描电子显微镜(SEM)或透射电子显微镜(TEM)之类的带电粒子(例如，电子)射束显微镜的分辨率低至纳米以下，用作检查特征尺寸低于100纳米的IC部件的实用工具。使用SEM，可以将单个初级电子射束的电子或多个初级电子射束中的电子聚焦在受检晶片的探测光斑处。初级电子与晶片的相互作用可以产生一个或多个次级电子射束。次级电子射束可以包括由初级电子与晶片的相互作用产生的背色散电子、次级电子或俄歇电子。一个或多个次级电子射束的强度可以基于晶片的内部结构和/或外部结构的性质而发生变化。

可以使用检测设备或检测器来确定次级电子射束的强度。次级电子射束可以在检测器的表面上的预定位置处形成一个或多个射束光斑。检测器可以生成表示所检测到的次级电子射束的强度的电信号(例如，电流、电压等)。可以使用测量电路***(例如，模数转换器)测量电信号，以获得所检测到的电子的分布。在检测时间窗口期间收集的电子分布数据结合入射在晶片表面上的一个或多个初级电子射束的对应扫描路径数据可以用于重构受检晶片结构的图像。所重构的图像可以用于揭示晶片的内部结构或外部结构的各种特征，并且可以用于揭示可能存在于晶片中的缺陷。

在包括单个初级射束和单个次级射束的检查***(单射束装置)中，如果检测器具有允许初级射束穿过的空穴，则检测器可以沿着装置的光轴放置。然而，空穴的存在会降低次级射束的检测效率，并且在一些情况下，会导致经重构的图像的中心出现黑色光斑。射束分离器可以用于将次级射束与初级射束分离，并且引导次级射束朝向离轴放置的检测器。在包括多个初级射束和多个次级射束的检查***(多射束装置)中，射束分离器可以用于将多个次级射束与多个初级射束分离，并且引导多个次级射束朝向离轴放置的检测器。

射束分离器包括至少一个磁偏转器，因此在一个或多个初级射束和一个或多个次级射束上生成色散。色散可以使初级射束的圆形探测光斑变形为椭圆形探测光斑。色散还可以使所检测到的射束光斑变形，从而导致降低了经重构的图像的分辨率。

发明内容

根据一个方面，提供了一种电子光学列，该电子光学列被配置为将初级电子射束沿着初级射束路径引导到样品上，包括射束分离器、色散设备和一个或多个公共电源，该射束分离器被配置为使从样品沿着初级射束路径发射的次级电子射束远离初级射束路径转向；该色散设备位于射束分离器的射束上游，色散设备被配置为补偿由射束分离装置在初级射束中引起的色散；并且每个公共电源被配置为驱动射束分离器和色散设备两者。

根据一个方面，提供了一种将初级电子射束沿着初级射束路径引导到样品上的方法，包括：使用射束分离器使从样品沿着次级束路径发射的次级电子射束远离初级射束路径转向；以及使用位于射束分离器的射束上游的色散设备来补偿由射束分离器在初级射束中引起的色散，其中使用一个或多个公共电源来驱动射束分离器和色散设备两者。

所公开的实施例的附加目的和优点将在以下描述中进行部分阐述，并且部分将从描述中显而易见，或可以通过实施例的实践来学习。所公开的实施例的目的和优点可以通过权利要求中提出的元件和组合来实现和获得。

应当理解，上述一般描述和以下详细描述都只是示例性的和解释性的，而非是对权利要求所公开的实施例的约束。

附图说明

图1是图示了根据本公开的实施例的示例性电子射束检查(EBI)***的示意图。

图2A、图2B是图示了根据本公开的实施例的示例性电子射束工具的示意图，该示例性电子射束工具可以是图1的示例性电子射束检查***的一部分。

图3A、图3B、图3C是图示了根据本公开的实施例的示例性色散设备的示意图。

图4A、图4B是图示了根据本公开的实施例的示例性单射束装置的示意图。

图5是图示了根据本公开的实施例的示例性单射束装置的示意图。

图6是图示了根据本公开的实施例的示例性多射束装置的示意图。

图7是图示了根据本公开的实施例的示例性多射束装置的示意图。

图8是图示了包括由分开的电压源驱动的射束分离器和色散设备的电子光学列的一部分的示意图。

图9是图示了在电压源中的一个电压源中存在电压波动的情况下图8的布置的示意图。

图10是图示了包括由具有电压波动的公共电压源驱动的射束分离器和色散设备的电子光学列的一部分的示意图。

图11是图示了包括被配置为使用相应的线圈生成磁场的射束分离器和色散设备的电子光学列的一部分的示意图。

图12是图示了包括被配置为使用相应的线圈和电极生成交叉的磁场和电场的射束分离器和色散设备的电子光学列的一部分的示意图。

图13是图示了包括被配置为使用相应的线圈和电极生成交叉的磁场和电场并且还包括由独立电源驱动的调整电极和线圈的射束分离器和色散设备的电子光学列的一部分的示意图。

具体实施方式

现在，详细参考示例性实施例，其示例在附图中示出。以下描述参考附图，其中除非另有指示，否则不同附图中的相同数字表示相同或类似的元件。在示例性实施例的以下描述中阐述的实现方式并不代表根据本发明的所有实现方式。相反，它们仅仅是根据与可以在所附权利要求中叙述的主题有关的各方面的装置、***和方法的示例。

本公开涉及用于补偿单射束装置或多射束装置中的射束分离器的色散的***和方法。射束分离器在一个或多个初级射束和一个或多个次级射束上生成色散。本公开的实施例提供了一种包括静电偏转器和磁偏转器的色散设备，该静电偏转器和色散设备被配置为引起射束色散集合，以消除由射束分离器生成的色散。静电偏转器和磁偏转器的组合可以用于使(由于色散设备的)偏转角度在所引起的射束色散发生改变时保持不变，以补偿由射束分离器生成的色散的改变。在一些实施例中，偏转角度可以被控制为零，并且初级射束轴不会由于色散设备而发生改变。在一些实施例中，色散设备可以包括多极透镜(例如，四极透镜)，该多极透镜被配置为生成四极场，以抵消由射束分离器和色散设备在由初级射束形成的探测光斑上引起的散光像差的影响中的至少一个。

现在，参考图1，该图1图示了根据本公开的实施例的示例性电子射束检查(EBI)***100。如图1所示，EBI***100包括主腔室101、装载/锁定腔室102、电子射束工具104和设备前端模块(EFEM)106。电子射束工具104位于主腔室101内。

EFEM 106包括第一装载端口106a和第二装载端口106b。EFEM 106可以包括一个或多个附加装载端口。第一装载端口106a和第二装载端口106b接收晶片前开式晶片盒(FOUP)，该晶片前开式晶片盒包含晶片(例如，半导体晶片或由一种或多种其他材料制成的晶片)或要检查样品(晶片和样品本文中可以被统称为“晶片”)。EFEM 106中的一个或多个机器人臂(未示出)将晶片传送到装载/锁定腔室102。

装载/锁定腔室102连接到装载/锁定真空泵***(未示出)，该装载/锁定真空泵***去除装载/锁定腔室102中的气体分子以达到低于大气压力的第一压力。在达到第一压力之后，一个或多个机器人臂(未示出)可以将晶片从装载/锁定腔室102传送到主腔室101。主腔室101连接到主腔室真空泵***(未示出)，该主腔室真空泵***去除主腔室101中的气体分子以达到低于第一压力的第二压力。在达到第二压力之后，通过电子射束工具104对晶片进行检查。

现在，参考图2A，该图2A图示了根据本公开的实施例的电子射束工具104的示例性部件。图2A图示了电子射束工具104A(本文中还被称为装置104A)，该电子射束工具104A包括电子源206、枪孔径212、会聚透镜214、从电子源206发射的初级电子射束210、射束限制孔径216、射束分离器222、偏转扫描单元226、物镜228、样品台(图2A中未示出)、次级电子射束220和电子检测器218。电子源206、枪孔径212、会聚透镜214、射束限制孔径216、射束分离器222、偏转扫描单元226和物镜228可以与装置104A的光轴202对准。

电子源206可以包括阴极、提取器或阳极，其中初级电子可以从阴极发射并且被提取或加速以形成具有高能量(例如，8keV至20keV)、高角强度(例如，0.1mA/sr至1mA/sr)和交叉点(虚拟和真实)208的初级电子射束210。初级电子射束210可以被可视化为从交叉点208发射。枪孔径212可以阻挡初级电子射束210的***电子以减少库仑效应。库仑效应可以导致探测光斑236的尺寸增加。

会聚透镜214可以聚焦初级电子射束210，且射束限制孔径216可以限制初级电子射束的尺寸。通过调整会聚透镜214的焦度或通过改变射束限制孔216的径向尺寸，位于射束限制孔径216的下游的初级电子射束210的电流可能会发生变化。物镜228可以将初级电子射束210聚焦到样品238上以进行检查。初级电子射束210可以在样品238的表面上形成探测光斑236。

响应于初级电子射束210入射在探测光斑236处，次级电子射束220可以从样品238发射。次级电子射束220可以包括具有能量分布的电子，这些电子包括次级电子(能量≤50eV)和背色散电子(能量介于50eV与初级电子射束210的着陆能量之间)。

射束分离器222可以是维恩滤波器类型的射束分离器，其包括生成静电偶极场E₁和磁偶极场B₁的静电偏转器。对于维恩滤波器类型的射束分离器，由静电偶极场E₁施加在初级电子射束210的电子上的力与由磁偶极场B₁施加在电子上的力在大小上相等且在方向上相反。因此，初级电子射束210可以以零偏转角度直接穿过射束分离器222。然而，由射束分离器222生成的初级电子射束210的总色散是非零的。对于射束分离器222的色散平面224，图2A示出了将具有标称能量V₀和能量扩展ΔV的初级电子射束210被色散成与能量V₀-ΔV/2相对应的射束部分230、与能量V₀相对应的射束部分232和与能量V₀+ΔV/2相对应的射束部分234。由射束分离器222施加在次级电子射束220的电子上的总力是非零的。因此，射束分离器222可以将次级电子射束220与初级电子射束210分离，并且引导次级电子射束220朝向电子检测器218。电子检测器218可以检测次级电子射束220，并且生成对应信号。

偏转扫描单元226可以使初级电子射束210偏转，以在样品238的表面区域上扫描探测光斑236。电子检测器218可以检测对应次级电子射束220，并且生成用于重构样品238的表面区域的图像的对应信号。

物镜228的物平面204可以随着会聚透镜214的焦度的改变而移位。对于初级电子射束210，如果射束分离器222的色散平面224和物镜228的物平面204不重合，则射束部分230、232和234保持分离，并且探测光斑236沿色散方向延伸。这可能会造成样品238的经重构的图像的分辨率降低。

现在，参考图2B，该图2B图示了电子射束工具104B(本文中还被称为装置104B)，该电子射束工具104B包括电子源206、枪孔径212、会聚透镜214、从电子源206发射的初级电子射束210、源转换单元252、初级电子射束的多个束波254、256和258、初级投射光学***260、样品台(图2B中未示出)、多个次级电子射束276、278和280、次级光学***282和电子检测设备284。初级投射光学***260可以包括物镜228。电子检测设备284可以包括检测元件286、288和290。射束分离器222和偏转扫描单元226可以被放置在初级投射光学***260内部。

电子源206、枪孔径212、会聚透镜214、源转换单元252、射束分离器222、偏转扫描单元226和物镜228可以与装置104B的初级光轴250对准。次级光学***282和电子检测设备284可以与装置104B的次级光轴292对准。

电子源206可以包括阴极、提取器或阳极，其中初级电子可以从阴极发射，并且被提取或加速以形成具有交叉点(虚拟或真实)208的初级电子射束210。初级电子射束210可以被可视化为从交叉点208发射。枪孔径212可以阻挡初级电子射束210的***电子，以减少库仑效应。枪孔径212可以被称为库仑孔径；其中限定孔径的板可以被称为库仑孔径板。库仑效应可以导致探针光斑270、272和274的尺寸增加。

源转换单元252可以包括图像形成元件的阵列(图2B中未示出)和射束限制孔径的阵列(在图2B中没有示出)。图像形成元件的阵列可以包括微偏转器或微透镜的阵列。图像形成元件的阵列可以与初级电子射束210的多个束波254、256和258形成交叉点208的多个平行图像(虚拟或真实)。射束限制孔径的阵列可以限制多个束波254、256和258。

会聚透镜214可以聚焦初级电子射束210。通过调整会聚透镜214的焦度或通过改变射束限制孔径阵列内的对应射束限制孔径的径向尺寸，源转换单元252下游的束波254、256和258的电流可以会发生变化。物镜228可以将束波254、256和258聚焦到样品238上以进行检查，并且可以在样品238的表面上形成多个探测光斑270、272和274。

射束分离器222可以是维恩滤波器类型的包括静电偏转器的射束分离器，该静电偏转器生成静电偶极场E₁和磁偶极场B₁(图2B中未示出两者)。如果施加静电偶极场E₁和磁偶极场B₁，则由静电偶极场E₁施加在束波254、256和258的电子上的力与由磁偶极场B₁施加在电子上的力在大小上相等且在方向上相反。因此，射束254、256和258可以以零偏转焦度直接穿过射束分离器222。然而，由波射束分离器222生成的束波254、256和258的总色散是非零的。对于射束分离器222的色散平面224，图2B示出了具有标称能量V₀和能量扩展ΔV的束波254被色散成与能量V₀相对应的束波部分262、与能量V₀+ΔV/2相对应的束波部分264和与能量V₀-ΔV/2相对应的束波部分266。由射束分离器222施加在次级电子射束276、278和280的电子上的总力是非零的。因此，射束分离器222可以将次级电子射束276、278和280与束波252、254和256分离，并且引导次级电子射束276、278、和280朝向次级光学***282。

偏转扫描单元226可以使束波254、256和258偏转，以在样品238的表面区域上扫描探测光斑270、272和274。响应于束波254、256和258入射在探测光斑270、272和274处，可以从样品238发射次级电子射束276、278和280。次级电子射束276、278和280可以包括具有能量分布的电子，这些电子包括次级电子(能量≤50eV)和背色散电子(能量介于50eV与束波254、256和258的着陆能量之间)。二次光学***282可以将次级电子射束276、278和280聚焦到电子检测设备284的检测元件286、288和290上。检测元件286、288和290可以检测对应次级电子射束276、278和280，并且生成用于重构样品238的表面区域的图像的对应信号。

现在，参考图3A，图3A是图示了根据本公开的实施例的示例性色散设备的示意图。图3A图示了包括静电偏转器和磁偏转器的色散设备310。静电偏转器可以生成静电偶极场E₂，并且磁偏转器能够生成磁偶极场B₂，其中E₂和B₂基本彼此垂直并且垂直于光轴330叠置。静电偶极场E₂对沿着光轴330传播的电子射束210的电子施加力F_e，磁偶极场B₂对电子施加力F_m。力F_e和F_m作用在基本相反的方向上。由静电偶极场E₂和磁偶极场B₂施加在具有标称能量V₀和标称速度v₀的电子上的总力可以使用以下等式来计算：

F(v₀)＝F_e+F_m＝e(E₂-v₀×B₂) (1)

对于能量为V₀+dV、速度为v₀+dV的电子，由静电偶极场E₂和磁偶极场B₂施加的总力可以使用以下方程计算：

F(v₀+dv)＝F_e+F_m＝F(v₀)-(e×dv×B₂) (2)

现在，参考图3B，该图3B图示了根据本公开的实施例的色散设备311。与色散设备310相似的色散设备311包括静电偏转器和磁偏转器，该静电偏转器和磁偏转器能够生成对应的静电偶极场E₂和磁偶极场B₂。可以布置静电偏转器和磁偏转器，其中E₂和B₂基本彼此垂直并且垂直于光轴331叠置。在色散设备311中，可以控制静电偶极场E₂和磁偶极场B₂，其中当改变E₂和B₂时，总力(F_e+F_m)可能基本为零。因而，标称偏转角度为零，如图3B所示。可以通过使E₂和B₂发生变化同时将偏转角度维持在零来控制色散设备311在色散平面341处引起的偏转色散。

现在，参考图3C，该图3C图示了根据本公开的实施例的色散设备312。与色散设备310和311相似的色散设备312包括静电偏转器和磁偏转器，该静电偏转器和磁偏转器能够生成对应的静电偶极场E₂和磁偶极场B₂。可以布置静电偏转器和磁偏转器，其中E₂和B₂基本彼此垂直并且垂直于光轴332叠置。在色散设备312中，可以控制静电偶极场E₂和磁偶极场B₂，其中当改变E₂和B₂时，总力(F_e+F_m)可以是恒定的非零值。因而，标称偏转角度α是非零的，如图3C所示。可以通过使E₂和B₂发生变化同时将偏转角度维持在α来控制色散设备312在色散平面342处引起的偏转色散。

在以下讨论中，术语偏转色散和色散可以互换使用，以指代由偏转角度的能量依存性引起的电子射束的任何扩展。在维持固定偏转角度(在图3B和图3C的示例中，等于零或α)的同时，可以控制由色散设备311或312引起的色散。当色散设备311或312位于射束分离器222的射束上游时，色散设备311和312的色散可以用于补偿在射束分离器222中引起的色散。色散设备311或312的色散可以被布置为与例如在射束分离器222中引起的色散相等并且相反。下文参考图4A、图4B、图5至图13对具有射束分离器222和位于射束分离器222的射束上游的对应色散设备311或312的实施例的示例进行描述。

已经发现，色散补偿对用于为色散设备311、312或射束分离器222供电的电压或电流的非想要波动非常敏感。图8描绘了一种示例布置，其中在射束分离器222的射束上游设置色散设备311。在该示例中，射束分离器222和色散设备311是维恩滤波器。维恩滤波器是一种施加交叉的电场和磁场的电子光学元件。电场和磁场可以由相应的电压源和电流源供电，尽管为了便于说明，仅描绘了电压源。交叉的电场和磁场可以被布置为提供偏转器，该偏转器具有用于穿过滤波器的电子的可调谐穿过速度(或穿过能量)。对于具有选定标称速度的电子，电力和磁力抵消，并且滤波器不会使电子偏转。使速度低于或高于标称速度的电子偏转。单个维恩滤波器可以用于将初级电子射束与次级电子射束分离，因为初级电子和次级电子在不同方向上穿过维恩滤波器。因此，初级电子和次级电子受到由维恩滤波器施加的磁场的不同影响。例如，在维恩滤波器被配置为沿着光轴将初级电子引导到样品上的情况下，维恩滤波器将使次级电子偏转远离光轴。由于射束中的电子的速度的固有扩展，所以单个维恩滤波器导致电子射束中的色散。该色散导致电子射束在样品238处的角度扩展。角度扩展导致电子射束的焦点模糊，从而降低了有效分辨率。提供第二维恩滤波器作为色散设备311允许对色散效应的补偿。在图8所示的示例中，第二维恩滤波器被配置为施加交叉的电场和磁场，该交叉的电场和电磁场与由射束分离器222的维恩滤波器施加的电场和磁场在方向上相反。图8中描绘了这种维恩滤波器双重透镜(由射束分离器222和色散设备311形成)的组合作用。初级射束穿过色散设备311和射束分离器222两者，并且撞击在样品238上。初级射束的一部分1040具有与两个维恩滤波器的穿过能量相对应的标称射束能量。因此，初级射束的部分1040不偏转地穿过维恩滤波器。初级射束的一部分1041具有不同的射束能量。首先沿一个方向使初级射束的部分1041偏转(在色散设备311处向右)，然后沿相反方向返回(在射束分离器222处向左)。两个部分1040和1041随后被聚焦到样品238上的同一位置。选择施加到每个维恩滤波器中的电极的标称电压V_A和V_B(和/或施加到每个威恩滤波器中的线圈的标称电流)，使得在样品238处抵消色散的影响，以提供清晰的经聚焦光斑。在实践中，用于为维恩滤波器供电的电压和/或电流出现显著波动。图9中描绘了电压V_A中的代表性波动dV。波动dV使得初级射束的部分1040在射束分离器222处偏转(与图8中的情形相反)。这种偏转使聚焦移位远离预期聚焦位置。初级射束的部分1041还被偏转，以便聚焦在经移位的聚焦位置。因此，波动dV干扰了样品238处的聚焦。电压V_B和施加到维恩滤波器中的一者或两者的电流中也可能出现波动。这些波动还可能干扰在样品238处的聚焦。

在本公开的一些实施例中，通过提供一个或多个公共电源1002、1004来减少或消除上文参考图8和图9所描述的聚焦干扰，每个公共电源驱动射束分离器222和色散设备311、312两者。公共电源可以包括公共电流源1002和公共电压源1004中的一个或两个。图10中描绘了说明性示例(其中仅示出了公共电压源1004)。参考图11至图13对更详细的示例配置进行描述。由于射束分离器222和色散设备311、312施加的电场和/或磁场被定向为彼此相反，因此由公共电源中的波动引起的这些场中的任何波动都将至少部分相互补偿。可调整电子器件(例如，分压器和/或分流器)可以用于优化电压和/或电流的水平，以消除样品238处的非想要射束位移。在图10的说明性示例中，公共电压源1004被配置为提供标称电压V并且受到波动dV的影响。与图9中所示的布置相反，波动dV被施加到射束分离器222和色散设备311两者。因此，波动dV在色散设备311处引起初级射束的部分1040和1041的附加偏转。附加偏转补偿由作用在射束分离器222上的波动dV引起的射束分离器222处的部分1040和1041的相应偏转，从而减少或消除由波动dV造成的样品238处的聚焦位置的位移。在图9所描绘的类型的典型配置中，预期在没有补偿的情况下，电源波动可能导致与SEM图像分辨率相当或甚至更大(例如，10nm量级)的非想要射束位移。使用图10的补偿方案，非想要射束位移通常可以被降低到远低于SEM图像分辨率(例如，减小至0.5nm或更低)。

图4A、图4B和图5至图7描述了其中射束分离器222和对应色散设备311、312可以由公共电源驱动的示例上下文。在每个示例中，描绘了公共电流源1002和公共电压源1004两者。每个示例还可以仅使用公共电流源1002或仅使用公共电压源1004来实现。为了清楚起见，图4A、图4B和图5至图7中未示出公共电源与射束分离器222和对应色散设备311、312之间的连接。图11至图13中示出了用于这些连接的示例布置。

现在，参考图4A，该图4A图示了根据本公开的实施例的示例性单射束装置400。单射束装置400可以是图2A的电子射束工具104A，还包括图3B的色散设备311。图4A针对物镜228的物平面204在物镜228上方的情况而说明了色散设备311的操作。图4B针对物镜228的物平面204在物镜228下方的情况而说明了色散设备311的操作。如下文所描述的，所公开的实施例可以在不限制物镜228的操作模式的情况下补偿射束色散。

单射束装置400可以包括电子源206、枪孔径212、会聚透镜214、从电子源206发射的初级电子射束210、射束限制孔径216、色散设备311、射束分离器222、偏转扫描单元226、物镜228、次级电子射束220和电子检测器218。电子源206、枪孔径212、会聚透镜214、射束限制孔径216、色散设备311、射束分离器222、偏转扫描单元226和物镜228可以与单射束装置400的光轴402对准。

如上文参考图3B所描述的，与色散设备311相关联的标称色散角度为零，并且初级电子射束210可以直接穿过色散设备311。色散设备311可以基于E₂和B₂的值来引起射束色散。初级电子射束210还可以直接穿过维恩滤波器类型的射束分离器222。射束分离器222还可以基于E₁和B₁的值来引起射束色散。由射束分离器222引起的射束色散可以被称为主色散(MDS)，并且由色散设备311引起的射束色散可以被称为补偿色散(CDS)。色散设备311可以被配置和控制为生成与MDS在方向上相反的CDS。例如，参考图4A，通过射束分离器222可以使能量>标称能量V₀的电子朝向-x方向偏转，并且通过色散设备311朝向+x方向偏转(与射束路径430相对应)。通过射束分离器222可以使能量＜标称能量V₀的电子朝向+x方向偏转，并且通过色散设备311朝向-x方向偏转(与射束路径434相对应)。可以控制色散设备311所生成的CDS的大小，以使能量与标称能量V₀不同的电子(例如，与射束路径430和434相对应的电子)实际上聚焦在物平面204上。因而，物镜228将初级电子射束210聚焦到样品238上以形成探测光斑236。

现在参考图5，该图5图示了根据本公开的实施例的示例性单射束装置600。单射束装置600可以包括电子源206、枪孔径212、会聚透镜214、从电子源206发射的初级电子射束210、射束限制孔径216、色散设备312、射束分离器510、偏转扫描单元226、物镜228、次级电子射束220和电子检测器218。射束分离器510包括磁偏转器，因此相关联的偏转角度642具有非零值。电子源206、枪孔径212、会聚透镜214、射束限制孔径216、色散设备312、射束分离器510、偏转扫描单元226和物镜228可以相对于单射束装置600的光轴602对准。

如上文参考图3C所描述的，与色散设备312相关联的标称色散角度为非零，并且初级电子射束210可以以标称偏转角度641和相关联的射束色散CDS穿过色散设备312。对于单射束装置600，可以使以标称能量V₀沿着光轴602行进的初级电子射束210的电子在(色散设备312的)偏转平面342处偏转角度641，并且该电子可以以入射角度641入射在(射束分离器510的)偏转平面520处。以>V₀的能量沿着光轴602行进的电子可以以＜角度641的入射角度入射在射束分离器510处。以＜V₀的能量沿着光轴602行进的电子可以以＞角度641的入射角度入射在射束分离器510处。

射束分离器510可以使初级电子射束210以标称偏转角度642和相关联的射束色散MDS偏转。在偏转平面520处可以使具有标称能量V₀的电子偏转角度642。可以使能量>V₀的电子以小于角度642的角度偏转。可以使能量＜V₀的电子以大于角度642的角度偏转。

可以控制色散设备312所生成的CDS，其中CDS针对具有不同能量的电子生成的入射角度变化可以补偿MDS所生成的偏转角度变化。因而，可以控制具有不同能量的电子来实际上聚焦在物平面204上。进一步地，物镜228可以将具有不同能量的电子(与射束路径630、632和634相对应)聚焦到样品238上以形成探测光斑236。色散设备312包括静电偏转器和磁偏转器，因此在维持偏转角度641恒定的同时CDS可以发生变化。因此，可以改变CDS以与物平面204的位置变化相匹配，并且对物镜228的操作模式没有约束。另外，可以控制色散设备312以维持角度641和642相等。因此，可以维持光轴602平行于射束分离器510的光轴。这可以简化单射束装置600的各种部件的布置和对准。

现在，参考图6，该图6图示了根据本公开的实施例的示例性多射束装置700。多射束装置700可以是图2B的电子射束工具104A，还包括图3B的色散设备311。

多射束装置700可以包括电子源206、枪孔径212、会聚透镜214、从电子源206发射的初级电子射束210、源转换单元252、初级电子射束的多个束波254、256和258、初级投射光学***260、多个次级电子射束730、732和734、次级光学***282和电子检测设备284。初级投射光学***260可以包括物镜228。电子检测设备284可以包括检测元件286、288和290。色散设备311、射束分离器222和偏转扫描单元226可以放置在初级投射光学***260内部。

电子源206、枪孔径212、会聚透镜214、源转换单元252、色散设备311、射束分离器222、偏转扫描单元226和物镜228可以与装置700的初级光轴702对准。次级光学***282和电子检测设备284可以与装置700的次级光轴292对准。

如上文参考图3B所描述的，与色散设备311相关联的标称色散角度为零，并且束波254、256和258可以直接穿过色散设备311。色散设备311可以引起用于束波254、256和258的CDS。色散设备311可以被放置在初级投射光学***260上方。

束波254、256和258还可以直接通过维恩滤波器类型的射束分离器222。射束分离器222可以引起用于束波的MDS。如上文参考图4A和图4B所描述的，色散设备311可以被配置和控制为生成与MDS在方向上相反的CDS。可以控制由色散设备311生成的CDS的大小，以使每个束波的经色散的电子(例如，与射束路径720和724的电子相对应)实际上聚焦在物镜228的物平面上。因而，物镜228将束波254、256和258的经色散的电子聚焦到样品238上，以形成对应探测光斑270、272和274。

现在参考图7，该图7图示了根据本公开的实施例的示例性多射束装置900。多射束装置900可以包括电子源206、枪孔径212、会聚透镜214、从电子源206发射的初级电子射束210、源转换单元252、初级电子射束的多个束波254、256和258、初级投射光学***260、多个次级电子射束930、932和934、次级光学***282和电子检测设备284。初级投射光学***260可以包括物镜228。电子检测设备284可以包括检测元件286、288和290。色散设备312、射束分离器510和偏转扫描单元226可以放置在初级投射光学***260内部。

电子源206、枪孔径212、会聚透镜214、源转换单元252、色散设备312、射束分离器510、偏转扫描单元226和物镜228可以与装置900的初级光轴902对准。次级光学***282和电子检测设备284可以与装置900的次级光轴292对准。

如上文参考图3C所描述的，与色散设备312相关联的标称色散角为非零，初级电子射束210可以以标称偏转角908和相关联的射束色散CDS穿过色散设备312。以标称能量V₀沿着光轴902行进的束波254、256和258的电子可以以入射角度908入射在射束分离器510处。以>V₀的能量沿着光轴902行进的电子可以以＜角度908的入射角度入射在射束分离器510处。以＜V₀的能量沿着光轴902行进的电子可以以＞角度908的入射角度入射在射束分离器510处。色散设备312可以被放置在初级投射光学***260上方。

射束分离器510可以以等于角度910的标称偏转角度和相关联的射束色散MDS使束波254、256和258偏转。可以以等于角度910的角度使具有标称能量V₀的电子偏转。可以以小于角度910的角度使能量大于V₀的电子偏转。可以以大于角度910的角度使能量＜V₀的电子偏转。

可以控制色散设备312所生成的CDS，其中CDS针对具有不同能量的电子生成的入射角度变化可以补偿MDS所生成的偏转角度变化。因而，具有不同能量的电子可以被控制为实际上聚焦在物镜228的物平面上。进一步地，物镜228可以将具有不同能量的电子(与射束路径920、922和924相对应)聚焦到样品238上，以形成对应探测光斑270、272和274。色散设备312包括静电偏转器和磁偏转器，因此CDS可以发生变化同时维持偏转角度908恒定。因此，可以改变CDS以与物平面204的位置变化相匹配，并且不会约束物镜228的操作模式。另外，可以控制色散设备312以维持角度908和910相等。因此，可以维持光轴902平行于射束分离器510的光轴906。这可以简化单射束装置900的各种部件的布置和对准。

图11至图13描绘了具有用于驱动射束分离器222和色散设备311、312的一个或多个公共电源1002、1004的电子光学列的其他示例的部分。光学列被配置为将初级电子射束沿着初级射束路径1045引导到样品238上。该光学列包括射束分离器222。射束分离器可以采取上文参考图2至图10所描述的形式中的任一形式。射束分离器222使沿着初级射束路径1045从样品238发射的次级电子射束1060远离初级射束路径1045转向。在图11的示例中，远离初级射束路径1045转向出现在点1070处。在射束分离器222的射束上游设置色散设备311、312。色散设备311、312可以采取上文参考图3至图10所描述的形式中的任一形式。色散设备311、312补偿由射束分离器222在初级射束中引起的色散。提供一个或多个公共电源1002、1004用于驱动射束分离器222和色散设备311、312两者。

在一些布置中，如图11所示，射束分离器222使用由射束分离器线圈1111生成的磁场使次级电子射束1060转向。磁场可以垂直于列的光轴。在所示的示例中，磁场垂直于页面。色散设备312使用由色散设备线圈1110生成的磁场至少部分补偿由射束分离器222(例如，由射束分离器线圈1111)引起的色散。在这种类型的布置中，一个或多个公共电源可以包括驱动射束分离器线圈1111和色散设备线圈1110两者的公共电流源1002。当电流被驱动通过线圈时，线圈生成对应的磁场。射束分离器线圈1111和色散设备线圈1110可以形成在相应的磁芯上。由射束分离器线圈1111生成的磁场被定向为与由色散设备线圈1110生成的磁场相反。在一个实施例中，射束分离器线圈1111和色散设备线圈1110彼此串联连接，并且连接到公共电流源1002，如通过连接1005所示意性地描绘的。可以提供分流器布置，以调整射束分离器线圈1111和色散设备线圈1110中的电流的相对大小。可替代地或附加地，可以改变任一线圈或两个线圈的匝数，以调整射束分离器线圈1111和色散设备线圈1110中的磁激励的相对大小。

在一些布置中，如图12至图13所示，射束分离器222包括射束分离器电极1121。射束分离器电极1121向射束分离器222中的初级电子施加电场。电场对初级电子施加的力与由射束分离器线圈1111生成的磁场对初级电子所施加的力在方向上相反。在一些布置中，如上文例如参考图10所讨论的并且如在图13中所例示的，由电场施加到射束分离器222中具有选定标称能量的初级射束的一部分的力与由磁场施加到初级射束的同一部分的力在大小上基本相等。在这种类型的布置中，射束分离器222可以被称为维恩滤波器。具有标称能量的初级射束的部分将不偏转地穿过射束分离器222。在其他布置中，如图12所例示的，对于射束的所有部分，由电场施加的力与由磁场施加的力在大小上不同。例如，由磁场施加的力可以是由电场施加的力的两倍，以使色散最小。出现这种情况是因为在距离l上施加的交叉的电场和磁场中，质量为m、电荷为q、速度为v的电子的偏转角度由θ＝ql(vB-E)/(mv²)给出，并且当vB＝2E时，在这种情形下，由磁场本身给予的偏转角度θ_B可能是由电场本身并且沿相反方向施加的偏转角度θ_E的两倍大，使得θ_B＝-2θ_E。从样品238发射的次级电子射束1060沿与初级电子射束相反的方向行进，并且在射束分离器222中通过磁场和电场沿相同的方向偏转。这两种力的累积效应导致偏转为-3θ_E或更大(因为次级电子的能量可能低于初级电子)。如上文参考图3C所讨论的，布置为不抵消的电场和磁场可以将固定的非零偏转施加至初级射束。

在一些实施例中，色散设备包括色散设备电极1120。色散设备电极1120向色散设备311、312中的初级电子施加电场。电场施加到初级电子上的力与由色散设备线圈1110生成的磁场施加到初级电子的力在方向上相反。在一些布置中，如上文例如参考图10所讨论的并且在图13中所例示的，由电场施加到色散设备311中初级射束的具有选定标称能量的一部分的力与由磁场施加到初级射束的同一部分的力在大小上基本相等。在这种类型的布置中，色散设备311可以被称为维恩滤波器。具有标称能量的初级射束部分将不偏转地穿过色散设备311。在其他布置中，如图12所示，对于射束的所有部分，由电场施加的力与由磁场施加的力在大小上不同。例如，由磁场施加的力可以是由电场施加的力的两倍大。如上文参考图3C所讨论的，以这种方式布置为不抵消的电场和磁场可以向初级射束施加固定的非零偏转。

在一些实施例中，如图12至图13所示，一个或多个公共电源包括公共电压源1004，该公共电压源被配置为驱动射束分离器电极1121和色散设备电极1120两者。因此，公共电压源1004可以跨射束分离器电极1121和色散设备电极1120两者施加电压(电势差)。射束分离器电极1121和色散设备电极1120可以彼此并联连接，如图12和图13所示意性地描绘的。射束分离器电极1121和色散设备电极1120可以连接，使得跨射束分离器电极112的电压与跨色散设备电极11.2的电压在极性上相反。可以提供分压器布置，以调整射束分离器电极1121和色散设备电极1120中的电场的相对大小。可替代地或附加地，可以改变射束分离器电极1121和色散设备电极1120中的一个或两个的位置和/或几何形状，以调整射束分离器电极112和色散设备电路1120对穿过射束分离器222和色散设备311、312的电子的相对影响。例如，可以使电极沿着射束路径更长或更短，以改变电场作用在电子上的周期或可以改变电极之间的间隔，以使所施加的给定电压的电场发生变化。

在一些实施例中，如图13所示，射束分离器222和色散设备311中的一个或两个包括调整电极1130、1131。调整电极1130、1131向初级电子施加如下的电场，该电场垂直于或倾斜于由射束分离器电极1121或色散设备电极1120施加的电场。在图13的示例中，调整电极1130、1131设在射束分离器222和色散设备311两者中。调整电极1130、1131平行于页面的平面，因此生成垂直于页面的平面的电场。因此，由调整电极1130、1131施加到初级电子的力垂直于由射束分离器线圈1111、色散设备线圈1110、射束分离器电极1121和色散设备电极1120施加的力。调整电极1130、1131可以用于通过沿垂直于由射束分离器线圈1111、色散设备线圈1110、射束分离器电极1121和色散设备电极1120施加的力的方向上的偏转来微调初级电子射束。执行微调所需的电场可能明显小于施加在射束分离器电极1121和色散设备电极1120中的电场。因此，由于用于为调整电极供电的电源的波动而引起的误差可能仅对性能具有有限的负面影响。在这种类型的实施例中，可以提供独立电源1005和1006以分别驱动调整电极1130、1131。独立电源1005和1006独立于一个或多个公共电源1002、1004。

在一些布置中，一个或多个调整线圈1132可以设在射束分离器222和/或色散设备311、312处。在图13的示例中，射束分离器222包括一对调整线圈1132。在其他布置中，色散设备311、312可以包括一个或多个调整线圈，或射束分离器222和色散设备311和312可以各自包括一个或多个调整线圈。调整线圈1132向初级电子施加如下的磁场，该磁场垂直于或倾斜于由射束分离器线圈1111或色散设备线圈1110施加的磁场。调整线圈1132可以用于通过沿垂直于由射束分离器线圈1111、色散设备线圈1110、射束分离器电极1121和色散设备电极1120施加的力的方向上的偏转来微调初级电子射束。执行微调所需的磁场可能明显小于施加在射束分离器线圈1111和色散设备线圈1110中的磁场。因此，由于用于为调整线圈供电的电源波动而导致的误差可能仅对性能具有有限的负面影响。在这种类型的实施例中，可以提供独立电源1007来驱动射束分离器222或色散设备312处的一个或多个调整线圈1132。独立电源1007独立于一个或多个公共电源1002、1004，并且在存在的情况下，独立于用于驱动调整电极1130、1131的电源1005和1006。为了清楚起见，图13中省略了独立电源1005、1006和1007与调整电极1130、1131和调整线圈1132之间的连接。

上文对各种布置进行了描述，其中以电子光学方式串联提供射束分离器222和色散设备311、312。一个或多个初级电子射束在到达样品238之前首先穿过色散设备311、312，然后穿过射束分离器222。色散设备311、312预先补偿由射束分离器222在初级射束中引起的色散的至少一部分。色散设备311、312是前馈校正器或补偿器。在射束分离器222对射束311、312进行操作之前，补偿被引入到射束。为了进行有效补偿，可以期望射束分离器222和色散设备311、312沿着初级射束路径直接连续。在这样的布置中，因此电子射束分离器222与色散设备311、312之间不存在对电子具有显著影响的其他元件。射束分离器222与色散设备311、312之间的任何区域都没有任何可以显著更改电子的轨迹或能量的元件，诸如另一电子光学元件、障碍物或滤波器。优选地，初级射束中的电子的轨迹在射束分离器222与色散设备311、312之间彼此平行。轨迹使得射束分离器222与色散设备311、312之间不会形成中间焦点。这种电子光学设计可以被描述为相对于射束分离器222和色散设备不对称。射束路径在射束分离器222与色散设备311、312之间是连续的，并且诸如中间焦点之类的任何焦点沿着射束分离器222和色散设备311、312两者的初级射束路径位于射束上游或射束下游。

射束分离器222和色散设备311、312可以彼此基本对称。例如，由射束分离器222施加的电场可以与由色散设备311、312施加的电场在大小上基本相等并且在方向上相反。由射束分离器222施加的磁场可以与由色散设备311、312施加的磁场在大小上基本相等并且在方向上相反。初级射束路径的电子受到射束分离器222影响所沿的一部分的长度可以与初级射束路径的电子受色散设备311、312影响所沿的一部分的长度基本相同。因此，射束分离器222和色散设备311、312的尺寸可能基本相同。以这种方式使电场和/或磁场的影响对称可以便于对色散的最佳补偿。然而，发明人已经发现，即使在存在一些不对称的情况下，也可以实现有效的补偿水平。有效的补偿水平可以包括对由射束分离器生成的色散进行校正但并非完全消除。这使得可以在节省空间与色散补偿之间实现期望平衡。例如，在一些布置中，色散设备311、312被有意地制成小于射束分离器222，以允许在色散设备311和312将要定位于的区域中节省空间。因此，色散设备311、312可以被配置为比射束分离器色散设备311相比沿着初级射束路径的更小部分影响电子，从而可以被制造得更小。

应当领会，本发明不限于上文所描述的和附图所示出的确切构造，并且在没有背离其范围的情况下，可以进行各种修改和改变。本发明的范围应当仅由所附权利要求和条款限制。提供了以下条款。

条款1：一种电子光学列，被配置为将初级电子射束沿着初级射束路径引导到样品上，包括射束分离器，被配置为使从所述样品沿着所述初级射束路径发射的次级电子射束远离所述初级射束路径转向；色散设备，位于所述射束分离器的射束上游，所述色散设备被配置为补偿由所述射束分离器在所述初级射束中引起的色散；以及一个或多个公共电源，每个公共电源被配置为驱动所述射束分离器和所述色散设备两者。

条款2：根据条款1所述的列，其中所述射束分离器被配置为使用由射束分离器线圈生成的磁场使所述次级电子射束转向；以及所述色散设备被配置为使用由所述色散设备线圈生成的磁场补偿所述色散。

条款3：根据条款2所述的列，其中所述一个或多个公共电源包括公共电流源，所述公共电流源被配置为驱动所述射束分离器线圈和所述色散设备线圈两者。

条款4：根据条款2或3所述的列，其中由所述射束分离器线圈生成的所述磁场被定向为与由所述色散设备线圈生成的所述电磁场相反。

条款5：根据条款2至4中任一项所述的列，其中所述射束分离器包括射束分离器电极，所述射束分离器电极被配置为向所述射束分离器中的初级电子施加电场；以及所述电场对所述初级电子施加如下的力，所述力在方向上与由所述射束分离器线圈生成的所述磁场对所述初级电子所施加的力相反。

条款6：根据条款5所述的列，其中由所述电场施加到所述射束分离器中的所述初级射束的一部分的所述力在大小上与由所述磁场施加到所述初级射束的所述同一部分的所述力基本相等，所述初级射束的所述一部分具有选定标称能量。

条款7：根据条款5或6所述的列，其中所述色散设备包括色散设备电极，所述色散设备电极被配置为向所述色散设备中的初级电子施加电场；以及所述电场对所述初级电子施加的如下的力，所述力在方向上与由所述色散设备线圈生成的所述磁场对所述初级电子所施加的力相反。

条款8：其中由所述电场施加到所述色散设备中的所述初级射束的一部分的所述力在大小上与由所述磁场施加到所述初级射束的所述同一部分的所述力基本相等，所述初级射束的所述一部分具有选定标称能量。

条款9：根据条款7或8所述的列，其中所述一个或多个公共电源包括公共电压源，所述公共电压源被配置为驱动所述射束分离器电极和所述色散设备电极两者。

条款10：根据条款5至9中任一项所述的列，其中所述射束分离器和所述色散设备中的任一者或两者包括调整电极，所述调整电极被配置为向初级电子施加如下的电场，所述电场垂直于或倾斜于由所述射束分离器电极或所述色散设备电极所施加的所述电场。

条款11：根据条款10所述的列，还包括被配置为驱动所述调整电极的至少一个独立电源，每个独立电源独立于所述一个或多个公共电源。

条款10：根据任一前述条款所述的列，其中所述色散设备被配置为与所述射束分离器相比沿着所述初级射束路径的更小部分影响电子。

条款13：根据任一前述条款所述的列，其中所述射束分离器和所述色散设备沿着所述初级射束路径直接连续。

条款14：一种带电粒子评估工具，包括根据条款1至13中任一项所述的列。

条款15：一种将初级电子射束沿着初级射束路径引导到样品上的方法，包括：使用射束分离器，使从所述样品沿着所述初级射束路径发射的次级电子射束远离所述初级射束路径转向；以及使用位于所述射束分离器的射束上游的色散设备来补偿由所述射束分离器在所述初级射束中引起的色散，其中使用一个或多个公共电源来驱动所述射束分离器和所述色散设备两者。

Claims (15)

1.一种电子光学列，被配置为将初级电子射束沿着初级射束路径引导到样品上，包括：

射束分离器，被配置为使从所述样品沿着所述初级射束路径发射的次级电子射束远离所述初级射束路径转向；

色散设备，位于所述射束分离器的射束上游，所述色散设备被配置为补偿由所述射束分离器在所述初级射束中引起的色散；以及

一个或多个公共电源，每个公共电源被配置为驱动所述射束分离器和所述色散设备两者。

2.根据权利要求1所述的列，其中

所述射束分离器被配置为使用由射束分离器线圈生成的磁场使所述次级电子射束转向；以及

所述色散设备被配置为使用由所述色散设备线圈生成的磁场补偿所述色散。

3.根据权利要求2所述的列，其中所述一个或多个公共电源包括公共电流源，所述公共电流源被配置为驱动所述射束分离器线圈和所述色散设备线圈两者。

4.根据权利要求2或3所述的列，其中由所述射束分离器线圈生成的所述磁场被定向为与由所述色散设备线圈生成的所述电磁场相反。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的列，其中

所述射束分离器包括射束分离器电极，所述射束分离器电极被配置为向所述射束分离器中的初级电子施加电场；以及

所述电场对所述初级电子施加如下的力，所述力在方向上与由所述射束分离器线圈生成的所述磁场对所述初级电子所施加的力相反。

6.根据权利要求5所述的列，其中由所述电场施加到所述射束分离器中的所述初级射束的一部分的力在大小上与由所述磁场施加到所述初级射束的同一部分的力基本相等，所述初级射束的所述一部分具有选定标称能量。

7.根据权利要求5或6所述的列，其中

所述色散设备包括色散设备电极，所述色散设备电极被配置为向所述色散设备中的初级电子施加电场；以及

所述电场对所述初级电子施加的如下的力，所述力在方向上与由所述色散设备线圈生成的所述磁场对所述初级电子所施加的力相反。

8.根据权利要求7所述的列，其中由所述电场施加到所述色散设备中的所述初级射束的一部分的力在大小上与由所述磁场施加到所述初级射束的同一部分的力基本相等，所述初级射束的所述一部分具有选定标称能量。

9.根据权利要求7或8所述的列，其中所述一个或多个公共电源包括公共电压源，所述公共电压源被配置为驱动所述射束分离器电极和所述色散设备电极两者。

10.根据权利要求5至9中任一项所述的列，其中所述射束分离器和所述色散设备中的任一者或两者包括调整电极，所述调整电极被配置为向初级电子施加如下的电场，所述电场垂直于或倾斜于由所述射束分离器电极或所述色散设备电极所施加的电场。

11.根据权利要求10所述的列，还包括被配置为驱动所述调整电极的至少一个独立电源，每个独立电源独立于所述一个或多个公共电源。

12.根据任一前述权利要求所述的列，其中所述色散设备被配置为与所述射束分离器相比沿着所述初级射束路径的更小部分影响电子。

13.根据任一前述权利要求所述的列，其中所述射束分离器和所述色散设备沿着所述初级射束路径直接连续。

14.一种带电粒子评估工具，包括根据权利要求1至13中任一项所述的列。

15.一种将初级电子射束沿着初级射束路径引导到样品上的方法，包括：

使用射束分离器，使从所述样品沿着所述初级射束路径发射的次级电子射束远离所述初级射束路径转向；以及

使用位于所述射束分离器的射束上游的色散设备来补偿由所述射束分离器在所述初级射束中引起的色散，其中

使用一个或多个公共电源来驱动所述射束分离器和所述色散设备两者。