TW202343511A - 用以減少樣本上之粒子束誘發軌跡的多束粒子顯微鏡 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種用於減少存在高電壓的樣本上的粒子束誘發軌跡之多束粒子顯微鏡。藉由使用專門屏蔽的特定物鏡電纜及/或特定樣本台電纜，可減少該樣本室中附加殘留氣體的出現。

Description

用以減少樣本上之粒子束誘發軌跡的多束粒子顯微鏡

本發明係關於一種用於減少樣本上的粒子束誘發軌跡的多束粒子顯微鏡。

隨著諸如半導體組件之類越來越小並且更複雜的微結構不斷發展，需要進一步開發和最佳化平面生產技術，以及用於小尺寸微結構的生產和檢測之檢測系統。舉例來說，半導體組件的開發和生產需要監控測試晶圓的設計，而平面生產技術需要製程最佳化，以實現高產量的可靠生產。再者，最近還需要分析用於半導體組件的逆向工程和客戶專屬個別組態的半導體晶圓。因此，需要能夠以高產量、以高精度檢查晶圓上微結構的檢測構件。

用於生產半導體組件的典型矽晶圓之直徑可達300 mm，每個晶圓細分為30至60個重複區域（「晶粒」），最大尺寸為800 mm²。半導體裝置包含藉由平面整合技術在晶圓表面上分層生產的複數個半導體結構。由於生產製程的原因，使得半導體晶圓通常具有平坦表面。在這情況下已整合的半導體結構之結構尺寸從數µm擴展至5 nm的臨界尺寸（CD），其中結構尺寸在不久的將來會變得更小；未來，預計結構尺寸或臨界尺寸（CD）將小於3 nm，例如2 nm，甚至小於1 nm。在結構尺寸較小的情況下，必須在非常大的區域內快速識別出臨界尺寸的大小缺陷。對於數種應用，對於檢測設備提供測量精度的規格要求甚至更高，例如兩或一倍數量級。舉例來說，半導體特徵件的寬度必須以低於1 nm，例如0.3 nm或甚至更細的精度來測量，並且半導體結構的相對位置必須以低於1 nm，例如0.3 nm或甚至更細的覆蓋精度來確定。

多束掃描電子顯微鏡（MSEM）是帶電粒子系統領域中相對較新的發展（帶電粒子顯微鏡，CPM）。舉例來說，在專利案US 7 244 949 B2和US 2019/0355544 A1中揭示一多束掃描電子顯微鏡。在多束電子顯微鏡或MSEM的情況下，樣本被複數個以場（field）或網格（grid）方式配置的個別電子束同時照射。舉例來說，可提供4至10,000個個別電子束當成一次輻射，每個個別電子束係與相鄰的個別電子束分開1至200微米的間距。舉例來說，MSEM具有約100個個別電子束（「小射束（beamlets）」），例如配置成六邊形光柵，其中個別電子束以約10 μm的間距分開。複數個帶電個別粒子束（一次射束）通過共用物鏡聚焦在待檢驗樣本的表面上。舉例來說，樣本可為固定到組裝在可移動台上的晶圓承載台之半導體晶圓。在用帶電一次個別粒子束照射晶圓表面期間，相互作用產物，例如二次電子或背散射電子，從晶圓表面發出。其起點對應於該樣本（在其上每一該等複數一次個別粒子束所聚焦）上的那些位置。相互作用產物的數量和能量取決於材料成分和晶圓表面的形貌（topography）。相互作用產物形成複數個二次個別粒子束（二次射束），其由共用物鏡所聚束並通過多束檢測系統的投影成像系統入射到配置於偵測平面上的偵測器。偵測器包含複數個偵測區域，每個區域包含複數個偵測像素，並且偵測器捕捉該等二次個別粒子束中每一者的強度分佈。在該製程中獲得例如100 µm × 100 µm的像場。

先前技術的多束電子顯微鏡包含一系列靜電元件和磁性元件。至少一些靜電元件和磁性元件為可設定，以調適複數個帶電個別粒子束的焦點位置和像散。先前技術具有帶電粒子的多束系統更包含一次或二次帶電個別粒子束的至少一交叉平面。此外，先前技術的系統包含多個偵測系統以使設定更容易。先前技術的多束粒子顯微鏡包含至少一束偏轉器（「偏轉掃描器」），用於通過複數個一次個別粒子束聚束式掃描樣本表面的區域，以獲得樣本表面的像場。關於多束電子顯微鏡及其操作方法的更多細節說明於申請案第WO 2021239380 A1號的PCT專利申請案中，其揭露內容通過引用整個併入本專利申請案供參考。

為了能夠使用多束掃描電子顯微鏡或更普遍使用多束粒子顯微鏡對樣本或樣本表面進行精確檢測，必須在高真空環境下非常乾淨的環境中處理非常乾淨的樣本。在使用多束粒子顯微鏡產生影像時，樣本表面可能吸收的真空中污染物或殘留氣體會導致對比度發生劇烈變化，這會使準確分析變得更加困難甚至不可能。在這情況下，樣本表面上的粒子吸附可自發發生，或以粒子束誘發的方式發生。在這情況下，粒子束誘發的污染通常是由樣本表面上碳的生長所引起。防止這種污染的已知且成功之措施係在真空室中使用不除氣（outgas）或幾乎不除氣碳材料。

然而，申請人進行的實驗表明，即使在高真空下，這些措施也不足以充分減少樣本表面上粒子束誘發的軌跡，無論如何當同時通過多束粒子顯微鏡進行檢測任務所需的精度越來越高。

美國專利公開案US 2020 / 0 373 116 A1揭露一種多束電子顯微鏡，除了二次電子之外，其另可偵測背散射電子。為此，在樣本與物鏡的下極靴之間提供特定薄膜。

美國專利公開案US 2020 / 0 243 296 A1揭露一種多束粒子顯微鏡，其具有包含三個極靴的物鏡。在那情況下，在極靴之間提供電絕緣。另揭露一種用於減少樣本帶電的屏蔽電極。

美國專利公開案US 2007 / 0 194 230 A1係關於通過SPLEEM檢驗磁性樣本。

因此，本發明的目的之一為進一步改善現有多束粒子顯微鏡。具體而言，一目的是提供一種能夠更減少樣本上的粒子束誘發軌跡之多束粒子顯微鏡。

本發明基於申請人所進行關於樣本表面上所描述粒子束誘發的污染或粒子束誘發的軌跡出現之試驗。在這情況下，令人驚訝的是，已經發現存在進一步的污染源，這在多束粒子顯微鏡的背景下以前是未知的：具體來說，如果使用多束粒子顯微鏡，在真空之下物鏡及/或樣本台上存在非常高或（在電子等帶負電粒子的情況下）非常低的電壓，就會發生污染。根據申請人的研究結果，每當在裝有待檢驗樣本的真空室內出現高電場時，污染就會越來越多。對此的一種解釋是發生在電纜附近真空室內的內部放電或電暈放電(corona discharges)。這尤其會影響物鏡電纜和樣本台電纜，在絕對值方面相對於接地真空室存在非常高的電壓。如果在真空室中發生放電，原子或分子或通常仍存在於真空室中的殘餘氣體被電離並加速。然後這些離子撞擊例如真空室的接地壁或電纜並在那裡噴射材料（濺射效應），例如從通常環繞電纜的絕緣體之材料中噴射材料。總體來說，由於內部放電或電暈放電，由於濺射效應，存在於真空室中干擾殘餘材料或殘餘氣體的量因此比在沒有相對放電的情況下存在的更多。

本發明利用了這些專業見解。作為本發明的一部分，減少或完全防止含有樣本的真空室內部放電或電暈放電之發生。

根據本發明的一第一態樣，後者有關一種用於減少樣本上的粒子束誘發軌跡的多粒子束顯微鏡，其包含下列特徵件： 一多束產生器，其配置成產生複數個帶電第一個別粒子束的一第一場； 一第一粒子光學單元，其具有一第一粒子射束路徑，其配置成將產生的個別粒子束成像到該物平面中的一樣本表面上，使得該第一粒子束在入射位置處入射在該樣本表面上，這形成一第二場； 一偵測系統，其具有形成一第三場的複數個偵測區； 一第二粒子光學單元，其具有一第二粒子射束路徑，其配置成將從該第二場中該入射位置處發出的第二個別粒子束成像到該偵測系統的該偵測區域內的該第三場上； 一磁性及/或靜電物鏡，該第一和第二個別粒子束都通過該物鏡； 一射束開關，其配置在該多束產生器與該物鏡之間的該第一粒子光學射束路徑中，並且其配置在該物鏡與該偵測系統之間的該第二粒子光學射束路徑中； 一樣本台，用於在樣本檢測期間固定及/或定位一樣本；及 一控制器，其配置成控制該多束粒子顯微鏡， 其中該物鏡和該樣本台配置在接地的真空室內； 其中高電壓能夠藉由一物鏡電纜施加或施加到該物鏡，該物鏡電纜係至少區段地被引入在該真空室內； 其中高電壓能夠藉由一樣本台電纜施加或施加到該樣本台，該樣本台電纜至少區段地被引入在該真空室內； 其中該物鏡電纜至少部分在被引入在該真空室中的區段中具有屏蔽，使得該物鏡電纜與該真空室之間的靜電放電減少，及/或其中該樣本台電纜至少部分在被引入該真空室中的區段中具有屏蔽，使得該樣本台電纜與該真空室之間的靜電放電減少。

該等帶電粒子可為例如電子、正電子、介子或離子或其他帶電粒子。較佳是，該等帶電粒子是例如使用熱場發射源（TFE）產生的電子。不過，也可使用其他粒子源。

該個別粒子束較佳以網格排列方式配置，也就是說該個別粒子束相對於彼此的配置較佳是固定或可選擇。較佳是，這是規則的網格配置，其可提供例如該個別粒子束相對於彼此的正方形、矩形或六邊形配置，特別是具有均勻間距。如果該等個別粒子束的數量為3n (n-1) + 1，其中n是任何自然數，則是有利的。

多束粒子顯微鏡可為單行(colume)操作的系統，但多束粒子顯微鏡也可通過多行系統來實現。較佳是，多束粒子顯微鏡僅包含一個物鏡（其又可為多部分），所有個別粒子束都穿過該物鏡。然而，也可設置複數個物鏡或設置一物鏡陣列，其中僅一第一個別粒子束或僅一子群組的所有個別粒子束穿過物鏡陣列的每個物鏡（其又可為多部分）。因此，為了向物鏡施加高電壓，可僅設置一物鏡電纜。然而，也可設置複數個物鏡電纜，以向一或複數個物鏡施加高電壓。所需的物鏡電纜越少，就越有利於減少樣本上的不需要的粒子束誘發軌跡。因此，較佳是，僅提供一物鏡電纜。

樣本台用於在檢測期間固定及/或定位一樣本。由於高電壓施加到樣本台，使得可配置或排列在其上的樣本也處於相同電位。為此，較佳是，僅使用一單個樣本台電纜，但也可提供複數個樣本台電纜。

以下，始終參照單數形式的一物鏡電纜及一樣本台電纜；然而，在每個情況下，當然也可設置複數個具有以下所述特性的電纜。

物鏡電纜和樣本台電纜至少區段地被引入在真空室中。因此，如果存在相對的高電場，上述內部放電或電暈放電可能會發生在這些區段中。因此，至少部分在些區段中提供屏蔽，該屏蔽防止放電。至少部分意味著在此的兩不同事：首先，屏蔽不需要（但可）沿著在真空室內延伸的整個區段提供；其次，電纜的屏蔽不需要（但可）直接或間接100%完全包圍或包覆或覆蓋其每點上電纜的表面。

在這情況下，屏蔽本身是一種本身可通過多種方式實現的已知屏蔽。實現屏蔽的方式對於物鏡電纜和樣本台電纜可相同，但也可不同。原則上重要的是，屏蔽的導電性以及根據法拉第籠（Faraday cage）原理通過屏蔽充分良好限制電場。

根據本發明的一較佳具體實施例，物鏡電纜的屏蔽長度至少為20公分，及/或樣本台電纜的屏蔽長度至少為40公分。因此，屏蔽在每種情況下都至少在這個長度上有效；這也適用於以未100%覆蓋電纜的方式提供屏蔽之情況。

根據本發明的一較佳具體實施例，在真空室中可產生或已產生的真空為10 ^-7毫巴或更佳（並且壓力因此更低）。較佳是，真空室中的總壓力≤10 ^-8毫巴，最佳約10 ^-9毫巴。這些值與物鏡和樣本台上存在高電壓的情況有關。物鏡電纜和樣本台電纜的屏蔽效果非常好，即使在上述固有的總壓力已經很低之情況下也是如此。這是值得注意的。物鏡電纜和樣本台電纜上的電纜屏蔽層可將真空室中特定元件的壓力（更準確地說：部分壓力）降低約10倍。

額外地或選擇性地，能夠施加或施加到物鏡及/或樣本台的電壓之絕對值至少15 kV，特別是至少20 kV或特別是至少30 kV。在這些高電壓或相對於真空室（接地電位）的電壓差之情況下，即使在高真空中也會出現所描述的放電。物鏡通常非常靠近樣本或樣本台的上游，使得較佳在物鏡和樣本處存在幾乎相同的電位，例如在每情況下約±20kV、±22kV、±25kV、±28kV、±30kV或±32kV。

根據本發明的一較佳具體實施例，物鏡電纜及/或樣本台電纜包含環繞相對電纜芯的絕緣層。在這情況下，電纜較佳為單芯電纜，但也可為多芯電纜。在這情況下，屏蔽相對於絕緣體分別配置在外側。已經根據現有技術的物鏡電纜和樣本台電纜通常具有絕緣材料，其材料僅具有低位準的除氣性。因此，此時應該注意，理論上省略絕緣體將解決除氣問題，但不是本發明所解決與殘餘氣體中內部放電或電暈放電以及相關殘餘氣體離子的產生和加速相關之問題，這反過來導致電纜或真空室壁區域中顆粒的分離或噴射增加。因此，還可結合根據本發明的屏蔽來保持已知的絕緣。

根據本發明的一較佳具體實施例，絕緣體包含塑膠，其為疏水性、具有低位準除氣性及/或其為有彈性。彈性使電纜及其絕緣材料具有柔韌性。塑膠的除氣率通常指定為總質量損失（TML）或收集的揮發性可冷凝材料（CVCM）。總質量損失是樣本在真空下加熱至125℃並保持24小時後損失的質量百分比。CVCM是在25°C時凝結在附近測試表面上的質量比例。TML和CVCM可用於比較不同材料在真空中的適用性。為了預測系統將達到的實際壓力，或為了計算達到所需壓力所需的抽吸能力，可指定除氣率，表示為（體積乘以壓力）每單位面積每單位時間。如果滿足以下多個關係之至少一者，則存在本專利申請案意義上的低位準除氣：TML ≤ 1%，CVMC ≤ 0.02，除氣率≤10 ^-7torr*litre/cm ²*s。

根據本發明的一較佳具體實施例，塑膠選自以下塑膠群組中的至少一者：聚醯亞胺、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯、全氟烷氧基烷烴。

根據本發明的一較佳具體實施例，物鏡電纜及/或樣本台電纜的屏蔽是導電的，並且不含有機材料並且尤其也不含氟有機材料。因此，由於其導電性，金屬及/或半金屬(semi-metal)及其合金原則上適合作為屏蔽物。較佳使用的金屬是銅、鋁及/或銀，但也可使用其他金屬。較佳提供具有機材料，特別是含氟有機材料，因為碳可特別有效吸附並因此破壞性吸附在樣本表面上，或以粒子束誘發方式沉積其中。

根據本發明的一較佳具體實施例，該屏蔽包含一編織屏蔽。例如，屏蔽由裸銅線或鍍錫銅線編織而成，其中鍍錫具體實施例具有明顯更好的抗腐蝕特性。編織屏蔽的優點是非常好的阻尼和良好的機械性能。如此可生產高度靈活的線路，具有約70%的線性覆蓋和90%的光學覆蓋率，並具有特定的編織角度，這避免屏蔽線上的拉力。然而，其他具體實施例變體也可能。

附加或替代上，屏蔽也可包含雙絞線屏蔽。內部導體的覆蓋率通常範圍在95%與100%之間。

舉例來說，由裸銅線或鍍錫銅線組成的屏蔽覆蓋或纏繞內部導體，其中鍍錫具體實施例具有明顯更好的抗腐蝕特性。雙絞線屏蔽的優點是生產簡單、快速且成本低廉。也可使用其他金屬來替代銅，例如鋁或銀。

額外地或選擇性地，屏蔽也可包括箔片，特別是鋁箔片。箔片可塗有鋁。箔片最好提供100%的覆蓋率，但也可有切口或孔洞，而不會明顯削弱其功能。

根據本發明的一較佳具體實施例，屏蔽通過氣相沉積（例如電子束蒸發、電阻蒸發或通常物理氣相沉積（PVD））施加到電纜上，特別是施加到電纜的絕緣體上。較佳是，覆蓋是完全的或100％。對於通過氣相沉積產生的層之厚度Sd，較佳適用於10 nm ≤ Sd ≤ 200 nm，例如10 nm、20 nm、30 nm、50 nm、80 nm、100 nm、150 nm或200 nm。在這情況下，施加的物質在電纜或絕緣體上的良好黏附是重要的，並且當然取決於分別使用的材料組合，如熟習該項技藝者所熟知。

根據本發明的一較佳具體實施例，通過氣相沉積施加的屏蔽包含來自以下所列舉金屬群組中的至少一金屬：鉑、鈀、銅、鈦、鋁、金、銀、鉻、鉭、鎢、鉬。

額外地或選擇性地，根據進一步較佳具體實施例，通過氣相沉積施加的屏蔽包含來自以下所列舉半金屬群組中的至少一半金屬：Si、Si/Ge、GaAs、AlAs、InAs、GaP、InP、InSb、GaSb、GaN、AlN、InN、ZnSe、ZnS、CdTe。

本發明的上述具體實施例可全部或部分彼此組合，只要結果不出現技術上的矛盾即可。

當然，也可類似於物鏡電纜和樣本台電纜的屏蔽來屏蔽一或多個進一步電纜。

圖1為採用多粒子束的多束粒子顯微鏡1形式之粒子束系統1的示意圖。多束粒子顯微鏡1產生多粒子束，撞擊在要試驗的物件上，以在此產生相互作用產品，例如二次電子，這些產品從該物件發出並接著被偵測到。多束粒子顯微鏡1為一種掃描式電子顯微鏡（SEM，Scanning Electron Microscope），其使用複數個一次粒子束3入射到複數個入射位置5上物件7之表面，並且在此產生複數個彼此隔開的電子束點。要試驗的物件7可為任意類型，例如半導體晶圓或生物樣本，並包含小型化元件的配置等等。物件7的該表面配置在一物鏡系統100的物鏡102之第一平面101（物平面）內。

圖1內的放大細節I1顯示物平面101的平面圖，其具有形成於第一平面101中形成的入射位置5之一般矩形場103。在圖1中，入射位置的數量為25，形成為一5 x 5場103。為了簡化起見，所以選擇入射位置數25。在實踐中，可選擇明顯更大的束數量以及入射位置數量，例如20×30、100×100等。

在例示的具體實施例中，入射位置5的場103大體上為一般矩形場，其在相鄰入射位置之間具有恆定間隔P1。間距P1的示範值為1微米、10微米以及40微米。不過，場103也可具有其他對稱性，例如，諸如六角對稱。

在第一平面101內形成的粒子束點直徑並不大，該直徑的示範值為1奈米、5奈米、10奈米、100奈米以及200奈米。利用物鏡系統100執行用於形成入射位置5的粒子束3之聚焦。

該等一次粒子入射至該物件上而產生相互作用產品，例如二次電子、背散射電子或因為其他因素而經歷逆向運動的一次粒子，其從物件7的表面或從第一平面101發出。從物件7表面冒出的該等相互作用產品由物鏡102形成二次粒子束9。粒子束系統1提供一粒子束路徑11，以將複數個二次粒子束9引導到偵測器系統200。偵測器系統200包含一粒子光學單元，其具有一投影透鏡205，用於將第二粒子束9引導到一粒子多偵測器209上。

圖1中的細節I2顯示平面211的平面圖，其中粒子多偵測器209的個別偵測區域，其上二次粒子束9入射在位置213上。入射位置213位於一場217中，彼此之間具有一常規間隔P2。間距P2的範例值為10微米、100微米以及200微米。

束產生裝置300中產生一次粒子束3，該裝置包含至少一粒子來源301（例如一電子來源）、至少一準直透鏡303、一多孔徑配置305以及一場透鏡307。粒子源301產生一發散粒子束309，其利用準直透鏡303準直或大體上準直，以形成照明粒子束311照射多孔徑配置305。

圖1中的細節I3顯示多孔徑配置305的平面圖。多孔徑配置305包含一多孔板313，其中形成複數個開口或孔徑315。開口或孔徑315的中點317配置在一場319中，其成像在物平面101內入射位置5所形成的場103。開口或孔徑315的中點317間之間距P3可具有5微米、100微米和200微米的示範值。開口或孔徑315的直徑D小於該等孔徑中點間之距離P3，該直徑D的示範值為0.2 x P3、0.4 x P3和0.8 x P3。

照明粒子束311的粒子通過開口或孔徑315，並形成粒子束3。入射在平板313上的照明粒子束311之粒子會被平板所吸收，因此不會用於形成粒子束3。

由於施加了靜電場，使得多孔徑配置305將粒子束3聚焦，如此在平面325中形成束焦點323。選擇性地，束焦點323可為虛擬。束焦點323的直徑可為例如10奈米、100奈米以及1微米。

場透鏡307和物鏡102提供一用於將平面325（其中形成焦點323）成像到第一平面101上的第一成像粒子光學單元，使得在此形成入射位置5的一場103或粒子束點。若物件7的表面配置在該第一平面中，該等粒子束點因此形成於該物件表面上。

物鏡102和投影透鏡配置205提供一用於將第一平面101成像到偵測平面211上的第二成像粒子光學單元。如此，物鏡102是一透鏡，其是該第一和該第二粒子光學單元兩者的一部分，而場透鏡307只屬於該第一粒子光學單元，而投影透鏡205只屬於該第二粒子光學單元。

一粒子射束開關400配置於多孔徑配置305與物鏡系統100之間該第一粒子光學單元之該射束路徑內。射束開關400也是物鏡系統100與偵測器系統200之間該射束路徑內的該第二粒子光學單元之一部分。

從PCT專利申請案WO 2005/024881 A2、WO 2007/028595 A2、WO 2007/028596 A1、WO 2011/124352 A1和WO 2007/060017 A2當中以及德國專利申請案DE 10 2013 016 113 A1和DE 10 2013 014 976 A1當中，可獲得本文內所使用有關這種多束系統及所使用組件的進一步資訊，例如粒子來源、多孔徑平板以及透鏡，這些申請案通過引用整個併入本專利申請案供參考。

該多粒子束系統更包含一電腦系統或控制器10，其配置成用於控制該多粒子束系統的該等個別粒子光學組件，以及用於評估及分析由粒子多偵測器209所獲得的該等信號。電腦系統或控制器10可由複數個個別的電腦或組件構成。多束粒子顯微鏡1形式的多束粒子束系統可包含根據本發明在物鏡電纜和樣本台電纜上的電纜屏蔽。

圖2示意性顯示多粒子束系統的剖面圖，例如圖1中所示的多束粒子顯微鏡。在這情況下，圖2主要舉例說明真空下的粒子束路徑。根據圖2所示實例的多束粒子顯微鏡1再次首先包括粒子源301。在所示實例中，該粒子源301發射包括帶電粒子的個別粒子束，例如電子。在這情況下，粒子源301可用高電壓操作，例如用至少±20 kV或±30 kV的電壓。在圖2中，粒子束或粒子射束路徑由具有參考符號3的虛線示意性表示。個別粒子束3最初通過聚光透鏡系統303，隨後入射在多孔徑配置305上。此多孔徑配置305可能具有另外的粒子光學組件，作為多束產生器。後者較佳約處於接地電位。從多孔徑配置305發出的第一粒子束然後通過場透鏡或場透鏡系統307，並隨後進入束切換器400。在穿過射束開關400之後，第一粒子束穿過掃描偏轉器500，然後在第一粒子束3入射在物件7上之前，穿過粒子光學物鏡102。由於此入射，使得二次粒子，例如二次電子，從物件7中釋放出來。這些二次粒子形成二次粒子束，以分配二次粒子束路徑9。在從物件7射出之後，二次粒子束首先穿過粒子光學物鏡102，隨後穿過掃描偏轉器500，然後該等二次粒子束進入束切換器400。隨後，二次粒子束9從束切換器400射出，通過投影透鏡系統205，通過靜電元件260，然後撞擊粒子多偵測器209。

粒子束3、9移動通過被抽空的束管(beam tube)460。在一些區域中，束管460加寬以形成更大的腔室或由腔室中斷。這些包括例如粒子源301區域中的腔室350、粒子光學組件的多孔徑配置305之區域中的腔室355，諸如例如多束產生器或多孔徑配置305、粒子多偵測器209的區域中之腔室250，以及物鏡102的區域中之真空室150和具有樣本7的樣本台153。在這情況下，較佳具有小於10 ^-5毫巴、特別是小於10 ^-7毫巴及/或10 ^-9毫巴壓力的高真空，在束切換器400內的束管460內部佔優勢。在已經提到的腔室350、355和250中較佳於每種情況下具有小於10 _-5毫巴、特別是小於10 ^-7毫巴及/或10 ^-9毫巴壓力的真空。總壓小於10 ^-7毫巴、特別是小於10 ^-8毫巴及/或10 ^-9毫巴的真空，較佳存在於包圍物鏡102和具有樣本7的樣本台153之真空室150內。

物鏡102具有一上極靴(pole shoe)108及一下極靴109。用於產生磁場的繞組110位於兩極靴108和109之間。在這情況下，上極靴108和下極靴109可彼此電絕緣。在所示的實例中，粒子光學物鏡102是磁透鏡；但是，其也可為靜電透鏡或磁/靜電組合透鏡。在這情況下，在所示的實例中，物鏡以高電壓操作，即以絕對值至少為20 kV、特別是至少30 kV的電壓操作。其可為例如約±20 kV、±22 kV、±25 kV、±28 kV、±30 kV或±32 kV。物鏡102和樣本台153或樣本7靠得很近，因此樣本台153或樣本7處的電壓也是與物鏡102處相同數量級的高電壓。物鏡電纜151和樣本台電纜152分別用於施加電壓（為了簡單起見，圖2中均未示出）。

由於所使用的高電壓，使得所示的多束粒子顯微鏡1已經不同於先前技術中的許多其他粒子顯微鏡(其中樣本7處於接地電位)。然而，實際上，儘管樣本7的區域內高真空狀態僅在申請人進行詳細研究時變得明顯，但這差異對於樣本7上的粒子束誘發或電子束誘發軌跡很重要。

圖3例示高真空中殘餘氣體部分壓力的測量。尤其是，申請人調查了真空室150中各種元素或各種殘留氣體的部分壓力。使用質譜儀來確定部分壓力。在圖3所示的圖式中繪製兩條曲線；在一條曲線中，由未填充的點表示，繪製原子質量為101至200的物質之部分壓力；帶有實心圓圈的曲線表示原子質量為45到100的物質之部分壓力。在這情況下，相對的部分壓力隨時間繪製。

部分壓力的測量都在無場的情況下開始，即真空室150和物鏡102以及樣本台153在時間間隔T1期間都接地，或者其沒有電壓存在（也就是說，在這個時間間隔T1中，多束粒子顯微鏡沒有發生成像，否則電壓或高電壓將不得不施加到或已經存在於物鏡102和樣本台153上。在時間間隔T2和T3期間也沒有成像發生）。相對的部分壓力在時間間隔T1內大致恆定，分別為約2 x 10 ^-10毫巴和約8 x 10 ^-10毫巴。一小時之後，在所示實例中約為-30 kV的高電壓被施加到物鏡電纜151和樣本台電纜152。在施加高電壓之後，直接觀察到在每種情況下相對部分壓力突然升高約一倍數量級。在施加高電壓的時間間隔T2期間，部分壓力在每種情況下再次保持大致恆定。在時間間隔T3中，高電壓隨後再次被切斷，或者說兩根物鏡電纜151和樣本台電纜152接地。部分壓力隨即再次恢復或緩慢下降。復甦不是突然發生的，而是逐漸發生的。由此首先可推斷，殘餘氣體的出現是電壓引起的或可歸因於一方面物鏡電纜151和樣本台電纜152與另一方面真空室150的接地壁159間之電暈放電。可排除由電纜攜帶的高電壓所引起之質譜儀干擾，因為在切斷高電壓之後部分壓力的降低是逐漸發生，而不是突然發生的。在這情況下，由於上述濺射效應，在時間間隔T2期間存在高電壓時測量到之殘留氣體出現。如果在真空室150中出現放電，則仍然存在於真空室150中的殘餘氣體被電離，並且離子根據其電荷而加速。例如，然後其撞擊真空室150的接地壁159，或者其撞擊物鏡電纜151和樣本台電纜152，在此其特別從環繞物鏡電纜151和樣本台電纜152的絕緣體158射出材料，然後該材料在真空室150中自由移動並且有助於產生那裡的殘餘氣體。

圖4示意性顯示具有物鏡電纜151和樣本台電纜152的多束粒子顯微鏡1之真空室150。樣本台153用於在樣本檢測期間固定及/或定位一樣本7。樣本台153的整體結構僅為示意性說明；所示實例涉及在z方向上可調節或高度可調節的樣本台153。樣本台電纜152連接到該樣本台的樣本台表面154，而高電壓施加到該電纜。物鏡102剛好位於樣本台表面154上方，並且在圖4中僅示意性示出。物鏡電纜151已連接至物鏡102。在所示實例中，物鏡電纜151和樣本台電纜152都是絕緣的或被絕緣體158環繞。後者可涉及例如聚醯亞胺，其具有低位準的除氣，並且由於物鏡電纜151和樣本台電纜152所需的柔性而具有彈性。然而，也可用其他材料。在所示實例中，兩條物鏡電纜151和樣本台電纜152在物鏡電纜151和樣本台電纜152於在真空室150內延伸的整個長度上屏蔽。其各自分別通過適用於真空和適用於高電壓的連接器155和156被引入到腔室150中。在所示實例中，真空室150內物鏡電纜或物鏡電纜151的屏蔽區段之長度至少為20公分。在所示實例中，樣本台電纜152的屏蔽長度至少為40公分。相對電纜151、152的具體長度當然也取決於真空室150的設計。

在所示實例中，在真空室150中可產生或已產生的真空為10 ^-7毫巴或更佳，其中該規格涉及殘餘氣體的總壓力。能夠施加或已施加到物鏡102及/或樣本台153或樣本台表面154的電壓之絕對值至少為20 kV，尤其是至少30 kV。在所示實例中，電壓約為-30 kV，因為在所示的實例中電子當成帶電粒子束。

根據本發明實施例，圖5示意性例示a)真空室中電暈放電的影響和b)通過屏蔽來防止真空室中的電暈放電。

在這情況下，根據圖5a)的電暈放電如下產生：物鏡電纜151及/或樣本台電纜152包含一導電芯157和一配置在後者周圍的絕緣體158。此較佳涉及由塑膠製成的絕緣體，其是疏水性、具有低位準的除氣及/或具有彈性。在此情況下，塑膠選自以下塑膠群組中的至少一者：聚醯亞胺、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯、全氟烷氧基烷烴。不過，也可使用其他塑膠。

然後，物鏡電纜151及/或樣本台電纜152至少部分延伸到接地的真空室150之接地壁159附近。在物鏡電纜151及/或樣本台電纜152152的芯157和接地壁159之間出現強電場，該電場的場線由圖5a)中的場線161指出。然後由於芯157和接地壁159之間的高電場強度而出現電暈放電，在電暈放電過程中存在於真空室150中的殘餘氣體被電離。因此，帶正電和帶負電的離子在圖5a)中示意性說明。在所示實例中，帶負電的離子以高速向接地壁159移動，並且在撞擊接地壁159時從接地壁159射出粒子163。這用箭頭表示。射出的粒子形成附加的殘餘氣體，其可在真空室150中偵測到或測量。相反，在所示實例中（例如，芯157的電位為-30 kV），帶正電的離子高速移動至絕緣體158，並且在撞擊絕緣體時，從絕緣體158中射出材料162，這用箭頭表示。然後這些粒子也形成真空室150中的附加殘餘氣體。

圖5b)隨後顯示當存在根據本發明的屏蔽160時之情況：屏蔽160將物鏡電纜151及/或樣本台電纜152的導電芯157之電場限制在屏蔽內。處於接地電位的屏蔽160與真空室150的接地壁159之間不再存在任何電位差。如此，避免了電暈放電，真空室150中也沒有附加的殘餘氣體形成。因此，也可減少樣本表面上粒子束誘發或電子束誘發軌跡形成。

物鏡電纜151及/或樣品台電纜152的屏蔽160導電，並且在所示實例中不含有機材料，並且特別也不含氟有機材料。在這情況下，屏蔽本身可通過多種方式實現；物鏡電纜151和樣本台電纜152可相同或不同實現。根據一實例，屏蔽160包含編織屏蔽。在此情況下，屏蔽可由裸銅線或鍍錫銅線編織而成，其中鍍錫具體實施例具有明顯更好的抗腐蝕特性。編織屏蔽具有非常好的阻尼和良好的機械性能。如此可生產高度靈活的線路，具有約70%的線性覆蓋和90%的光學覆蓋率，並具有特定的編織角度，這避免屏蔽160的屏蔽線上之拉力。然而，其他具體實施例變體也可能。

額外地或選擇性地，屏蔽160也可包含雙絞線屏蔽。含有芯157和較佳絕緣體158的內部導體或電纜之範圍通常在95％與100％之間。在所述雙絞線屏蔽的情況下，由裸銅線或鍍錫銅線或由一些其他材料（例如鋁或銀）構成的線組成之屏蔽鋪設或纏繞在電纜上。

額外地或選擇性地，屏蔽160也可包含箔片，特別是鋁箔片。箔片也可塗覆鋁。較佳係，箔片提供100%的覆蓋率，但也可有切口或孔洞，而不會明顯削弱其功能。

根據本發明的一較佳具體實施例，屏蔽160通過氣相沉積施加到物鏡電纜151及/或樣本台電纜152，並且具體施加到物鏡電纜151及/或樣本台電纜152的相對絕緣體。為此，例如可使用電子束蒸發或電阻蒸發，但通常物理氣相沉積（PVD）也可能。較佳是，氣相沉積覆蓋完全或為100％。由於氣相沉積的典型層厚度Sd為10 nm ≤ Sd ≤ 200 nm，例如10 nm、20 nm、30 nm、50 nm、80 nm、100 nm、150 nm或200 nm。在這情況下，通過氣相沉積在電纜151、152上或作為電纜151、152最外層的絕緣體158上施加之材料的良好黏附相當重要，並且當然取決於分別使用的材料組合，如熟習該項技藝者所熟悉。舉例來說，通過氣相沉積施加的屏蔽160可包含來自以下所列舉金屬群組中的至少一金屬：鉑、鈀、銅、鈦、鋁、金、銀、鉻、鉭、鎢、鉬。附加或替代上，通過氣相沉積施加的屏蔽160可包含來自以下所列舉半金屬群組中的至少一半金屬：Si、Si/Ge、GaAs、AlAs、InAs、GaP、InP、InSb、GaSb、GaN、AlN、InN、ZnSe、ZnS、CdTe。

通過本發明，可進一步減少樣本7上的粒子束誘發軌跡，從而能夠通過多束粒子顯微鏡1進行甚至更佳記錄。

1:多束粒子顯微鏡 3:一次粒子束 5:入射位置 7:物件 9:一次粒子束 10:電腦系統或控制器 11:粒子束路徑 100:物鏡系統 101:物平面 102:物鏡 103:場 108:上極靴 109:下極靴 150:真空室 151:物鏡電纜 152:樣本台電纜 153:樣本台 154:樣本台表面 155:高真空襯套 156:高真空襯套 157:電纜芯 158:絕緣體 159:接地壁 160:屏蔽 161:場線 162:射出材料 163:射出粒子 200:偵測器系統 205:投影透鏡 209:粒子多偵測器 211:偵測平面 213:入射位置 215:偵測區域 217:場 250:真空室 300:粒子束產生裝置 301:粒子源: 303:準直透鏡 305:多孔徑配置 306:微光學 307:場透鏡 309:發散粒子束 311:照明粒子束 313:多孔板 315:開口或孔徑 317:開口的中點 319:場 323:焦點 325:中間影像平面 350:真空室 355:真空室 400:粒子射束開關 410:磁扇 420:磁扇 460:束管配置 500:掃描偏轉器

參考附圖將更能夠理解本發明，其中： 圖1顯示多束粒子顯微鏡（MSEM）的示意圖； 圖2顯示通過多束粒子顯微鏡的示意剖面圖； 圖3例示高真空中殘餘氣體部分壓力的測量； 圖4示意性顯示具有物鏡電纜和樣本台電纜的多束粒子顯微鏡之真空室；及 圖5示意性例示a）真空室中電暈放電的影響及b）通過屏蔽來防止真空室中的電暈放電。

151:物鏡電纜

152:樣本台電纜

157:電纜芯

158:絕緣體

159:接地壁

160:屏蔽

161:場線

162:射出材料

163:射出粒子

Claims (14)

1. 一種用於減少樣本上的粒子束誘發軌跡的多束粒子顯微鏡，其包含下列特徵件： 一多束產生器，其配置成產生複數個帶電第一個別粒子束的一第一場； 一第一粒子光學單元，其具有一第一粒子光學射束路徑，其配置成將該等帶電第一個別粒子束成像到該物平面中的一樣本表面上，使得該等帶電第一個別粒子束在入射位置處入射在該樣本表面上，其形成一第二場； 一偵測系統，其具有形成一第三場的複數個偵測區； 一第二粒子光學單元，其具有一第二粒子光學射束路徑，其配置成將從該第二場中的該入射位置處發出的複數個第二個別粒子束成像到該偵測系統的該等偵測區內的該第三場上； 一磁性及/或靜電物鏡，該等帶電第一個別粒子束和該等第二個別粒子束兩者通過該物鏡； 一射束開關，其配置在該多束產生器與該物鏡之間的該第一粒子光學射束路徑中，並且其配置在該物鏡與該偵測系統之間的該第二粒子光學射束路徑中； 一樣本台，用於在樣本檢測期間固定及/或定位一樣本；及 一控制器，其配置成控制該多束粒子顯微鏡， 其中該物鏡和該樣本台配置在接地的一真空室內； 其中一高電壓能夠藉由一物鏡電纜施加或施加到該物鏡，該物鏡電纜係至少區段地被引入在該真空室內； 其中另一高電壓能夠藉由一樣本台電纜施加或施加到該樣本台，該樣本台電纜至少區段地被引入在該真空室內； 其中該物鏡電纜至少部分在被引入在該真空室中的區段中具有屏蔽，使得該物鏡電纜與該真空室之間的靜電放電減少，及/或其中該樣本台電纜至少部分在被引入在該真空室中的區段中具有屏蔽，使得該樣本台電纜與該真空室之間的靜電放電減少。
2. 如前述請求項所述的多束粒子顯微鏡， 其中該物鏡電纜包含被引入在該真空室中的整個區段中之一屏蔽，及/或其中該樣本台電纜包含被引入在該真空室中的整個區段中之一屏蔽。
3. 如前述請求項中任一項所述之多束粒子顯微鏡， 其中該物鏡電纜的該屏蔽長度為至少20公分，及/或 其中該樣本台電纜的該屏蔽長度為至少40公分。
4. 如前述請求項中任一項所述之多束粒子顯微鏡， 其中在該真空室中的真空為10 ^-7毫巴或更低，及/或 其中施加到該物鏡及/或該樣本台的電壓之絕對值至少15 kV，特別是至少20 kV或至少30 kV。
5. 如前述請求項中任一項所述之多束粒子顯微鏡， 其中該物鏡電纜及/或該樣本台電纜包含環繞電纜芯的絕緣體，並且其中該屏蔽配置在相對於該絕緣體的外側。
6. 如前述請求項所述的多束粒子顯微鏡， 其中該絕緣材料包含具有低除氣位準、疏水性及/或彈性的塑膠。
7. 如前述請求項所述的多束粒子顯微鏡， 其中該塑膠來自以下塑膠群組中的至少一者：聚醯亞胺、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯、全氟烷氧基烷烴。
8. 如前述請求項中任一項所述之多束粒子顯微鏡， 其中該物鏡電纜及/或該樣本台電纜的屏蔽為可導電，並且不含有機材料並且尤其也不含氟有機材料。
9. 如前述請求項中任一項所述之多束粒子顯微鏡， 其中該屏蔽包含一編織屏蔽。
10. 如前述請求項中任一項所述之多束粒子顯微鏡， 其中該屏蔽包含一雙絞線屏蔽。
11. 如前述請求項中任一項所述之多束粒子顯微鏡， 其中該屏蔽包含一箔片，特別是鋁箔片。
12. 如前述請求項中任一項且尤其如請求項5所述之多束粒子顯微鏡， 其中該屏蔽通過氣相沉積施加到該電纜上，特別是施加到該絕緣體上。
13. 如前述請求項所述之多束粒子顯微鏡， 其中藉由氣相沉積施加的該屏蔽包含來自下所列舉金屬群組中的至少一金屬：鉑、鈀、銅、鈦、鋁、金、銀、鉻、鉭、鎢、鉬。
14. 如請求項12和13所述之多束粒子顯微鏡， 其中藉由氣相沉積施加的該屏蔽包含來自以下所列舉半金屬群組中的至少一半金屬：Si、Si/Ge、GaAs、AlAs、InAs、GaP、InP、InSb、GaSb、GaN、AlN、InN、ZnSe、ZnS、CdTe。

Images