TWI622077B

TWI622077B - 帶電粒子束裝置、用於帶電粒子束裝置的系統、及用於操作帶電粒子束裝置的方法

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Publication number: TWI622077B
Application number: TW106103907A
Authority: TW
Inventors: 史帝芬拉尼歐; 馬蒂亞斯費恩克斯; 班傑明約翰庫克
Original assignee: 德商Ｉｃｔ積體電路測試股份有限公司
Priority date: 2016-02-18
Filing date: 2017-02-07
Publication date: 2018-04-21
Also published as: US9666406B1; TW201740423A

Abstract

本揭示提供一種帶電粒子束裝置（500）。帶電粒子束裝置（500）包括發射器佈置、樣品台（7）、物鏡（510）、及初級帶電粒子光學器件，發射器佈置經配置以產生具有二或更多個初級帶電粒子分束的初級帶電粒子束，樣品台（7）用於支撐樣品（8），物鏡（510）用於將二或更多個初級帶電粒子分束聚焦至樣品（8）上。初級帶電粒子光學器件包括設置於發射器佈置與物鏡（510）之間的線圈（540）。線圈（540）經配置以產生具有平行於線圈（540）的縱軸的磁場分量的磁場，其中磁場作用於沿著縱軸傳播的二或更多個初級帶電粒子分束，且其中線圈的高寬比為至少1。控制器經配置以調整線圈（540）的磁場，而使得二或更多個初級帶電粒子分束的第一初級帶電粒子分束被引導朝向樣品（8）上的第一斑點，而二或更多個初級帶電粒子分束的第二初級帶電粒子分束被引導朝向樣品（8）上的第二斑點，其中第一斑點與第二斑點彼此間隔。

Description

帶電粒子束裝置、用於帶電粒子束裝置的系統、及用於操作帶電粒子束裝置的方法

本揭示之實施例係關於帶電粒子束裝置、用於帶電粒子束裝置的系統、及用於操作帶電粒子束裝置的方法。本揭示之實施例特別關於用於帶電粒子束裝置的柱體內的多光束導引的帶電粒子束裝置。

帶電粒子束裝置在複數個工業領域中具有許多功能，包括但不限於電子束檢查（EBI）、製造期間的半導體裝置的臨界尺寸（CD）量測、製造期間的半導體裝置的缺陷檢視（DR）、用於光刻的曝光系統、偵測裝置、及測試系統。因此，對於微米與奈米級內的樣本的結構化、測試、及檢查存在高需求。微米與奈米級處理控制、檢查、或結構化可以利用在帶電粒子束裝置（例如電子顯微鏡）中產生及聚焦的帶電粒子束（例如，電子束）進行。相較於例如光子束，帶電粒子束由於其短波長而提供優越的空間解析度。

高通量電子束檢查（EBI）系統可利用多光束帶電粒子束裝置（例如電子顯微鏡），而能夠在帶電粒子束裝置的單一柱體內建立、聚焦、及掃描多個初級帶電粒子束。可藉由聚焦的初級帶電粒子束的陣列掃描樣品，這又建立多個訊號帶電粒子束。獨立訊號帶電粒子束映射至偵測元件上。

可以藉由帶電粒子束裝置的操作參數而影響初級帶電粒子束的陣列的旋轉位置。因此，例如，當改變帶電粒子束裝置的成像模式時，初級帶電粒子束的陣列的旋轉位置可以改變。獨立初級帶電粒子束無法可靠地映射至樣品上的預定斑點。

如上所述，克服本領域中的至少一些問題的帶電粒子束裝置、系統、及方法是有益的。更特定言之，即使當帶電粒子束裝置的操作參數改變時，亦能夠可靠地將獨立初級帶電粒子束映射至樣品上的預定斑點的帶電粒子束裝置、系統、及方法是有益的。

如上所述，提供一種帶電粒子束裝置、用於帶電粒子束裝置的系統、及用於操作帶電粒子束裝置的方法。從申請專利範圍、說明書、及隨附圖式中可理解本揭示的進一步態樣、益處、及特徵。

根據本揭示的一態樣，提供一種帶電粒子束裝置。帶電粒子束裝置包括發射器佈置、樣品台、物鏡、及初級帶電粒子光學器件，發射器佈置經配置以產生具有二或更多個初級帶電粒子分束的初級帶電粒子束，樣品台用於支撐樣品，物鏡用於將二或更多個初級帶電粒子分束聚焦至樣品上。初級帶電粒子光學器件包括線圈與控制器，線圈係提供於發射器佈置與物鏡之間，其中線圈經配置以產生具有平行於線圈的縱軸的磁場分量的磁場，其中磁場作用於沿著縱軸傳播的二或更多個初級帶電粒子分束，且其中線圈的高寬比為至少1，控制器經配置以調整線圈的磁場，而使得二或更多個初級帶電粒子分束中之第一初級帶電粒子分束被引導朝向樣品上的第一斑點，而二或更多個初級帶電粒子分束中之第二初級帶電粒子分束被引導朝向樣品上的第二斑點，其中第一斑點與第二斑點彼此間隔。

根據本揭示的另一態樣，提供一種用於帶電粒子束裝置的系統。該系統包括發射器佈置、線圈、及控制器，發射器佈置經配置以產生具有二或更多個初級帶電粒子分束的初級帶電粒子束，線圈經配置至產生具有平行於線圈的縱軸的磁場分量的磁場，其中磁場作用於沿著縱軸傳播的二或更多個初級帶電粒子分束，且其中線圈的高寬比為至少1，控制器經配置以調整線圈的磁場，以相對於縱軸旋轉二或更多個初級帶電粒子分束。

根據具有進一步可選擇特徵的進一步態樣，線圈與控制器可以如本文所述的任何實施例中的帶電粒子束裝置所定義而配置。

根據本揭示的另一態樣，提供一種用於操作帶電粒子束裝置的方法。該方法包括以下步驟：產生具有二或更多個初級帶電粒子分束的初級帶電粒子束，導引二或更多個初級帶電粒子分束通過高寬比為至少1的線圈，及使用線圈的磁場而相對於線圈的縱軸旋轉二或更多個初級帶電粒子分束。

實施例亦關於用於實現所揭示之方法的設備，並包括用於執行每一所述方法態樣的設備部件。可以藉由硬體部件、由適當軟體程式化的電腦、二者之任何組合或以任何其他方式執行這些方法態樣。此外，根據本揭示之實施例亦關於用於操作所述設備的方法。該方法包括用於實現設備的每一功能的方法態樣。

現在將詳細參照本揭示的各種實施例，一或更多個實例係圖示於圖式中。在以下圖式的描述中，相同的元件符號指稱相同的部件。僅描述關於獨立實施例的差異。每一實例係藉由本揭示之解釋而提供，而不意味對本揭示的限制。此外，作為一個實施例的一部分圖示或描述的特徵可以在其他實施例使用或與其他實施例結合使用，以產生進一步實施例。敘述係意欲包括此類修改與變化。

在不限制本申請案的保護範圍的情況下，在下文中，帶電粒子束裝置或其部件將示例性指稱為使用電子作為帶電粒子的帶電粒子束裝置。然而，亦可使用其他類型的初級帶電粒子，例如離子。在藉由帶電粒子束（亦稱為「初級帶電粒子束」）照射樣本或樣品時，建立訊號帶電粒子（例如次級電子（SE）），其可攜帶關於地形、化學成分、及/或樣品與其他者的靜電位。次級電子可包括背散射電子與歐傑電子中之至少一者。訊號帶電粒子可收集並導引至偵測器、感測器，例如閃爍器、pin二極體、或類似者。

高通量電子束檢查（EBI）系統可利用多光束帶電粒子束裝置（例如電子顯微鏡），而能夠在帶電粒子束裝置的單一柱體內建立、聚焦、及掃描多個初級帶電粒子束（初級帶電粒子分束）。可藉由聚焦的初級帶電粒子分束的陣列掃描樣品，這又建立多個訊號帶電粒子束（「訊號帶電粒子分束」）。EBI系統可以使用複合靜電磁物鏡，以收集多個訊號帶電粒子束及加速多個訊號帶電粒子束回到柱體中，以藉由偏轉裝置（例如維恩濾波器（Wien Filter））而與多個初級帶電粒子束分離。

在聚焦的初級帶電粒子分束的陣列的掃描方案中，陣列的旋轉（例如相對於提供二個正交掃描維度中之一者的樣品台的行進方向）的精確對準是有益的。由於物鏡的磁場，可以變化陣列在樣品位置的旋轉角度（例如相對於中心軸向分束）。此變化係源於由物鏡的磁場造成的分束（例如電子束）的拉莫爾旋轉。拉莫爾旋轉的量可以取決於EBI系統的成像模式。

本揭示可以補償例如由物鏡造成的初級帶電粒子分束的陣列的拉莫爾旋轉。本文所述的實施例使用初級帶電粒子光學器件，而非樣品台的機械旋轉或偏斜行進。旋轉校正特別藉由具有高的高寬比（亦即，線圈長於半徑）的線圈（例如長螺線管線圈）而實現。線圈可以***至定義多光束陣列的發射器佈置與物鏡之間的偏移空間。藉由實施線圈（例如在偏移空間中），可以引入定義量的拉莫爾旋轉，其中初級帶電粒子分束的原始聚焦特性保持基本上不變。更特定言之，線圈導致邊緣附加聚焦作用，特別是當旋轉角度小時，例如低於+/-30°，這在零線圈激發處基本上並未劣化原始光學性質。

第1圖圖示根據本文所述之實施例的帶電粒子束裝置的系統100的示意圖。本文所指稱之「樣品」包括但不限於半導體晶圓、半導體工件、及其他工件，例如記憶體碟及類似者。本揭示的實施例可以應用至材料沉積其上的任何工件或所構造的任何工件。

系統100包括發射器佈置110，經配置以產生具有二或更多個初級帶電粒子分束（例如第一初級帶電粒子分束12與第二初級帶電粒子分束14）的初級帶電粒子束10。系統100包括線圈120，經配置以產生具有平行於線圈120的縱軸A的磁場分量的磁場。磁場（例如平行於縱軸A的磁場分量）作用於沿著縱軸A傳播的二或更多個初級帶電粒子分束。系統100進一步包括控制器130，經配置以調整線圈120的磁場，以相對於縱軸A旋轉二或更多個初級帶電粒子分束。線圈120的高寬比為至少1。

如本揭示通篇所使用，撞擊於樣品上的初級帶電粒子束係由多個初級帶電粒子分束組成，其可以彼此分離或間隔。同樣地，在初級帶電粒子撞擊於樣品上之後，從樣品發出的訊號帶電粒子束係由多個訊號帶電粒子分束組成，其可以彼此分離或間隔。

根據可以與本文所述的其他實施例組合的一些實施例，發射器佈置110包括初級帶電粒子發射器112、一或更多個孔隙114（例如，光束限制孔隙）、及分束偏轉器佈置116，初級帶電粒子發射器112經配置以產生初級帶電粒子束10，一或更多個孔隙114經配置以從初級帶電粒子束10產生二或更多個初級帶電粒子分束，分束偏轉器佈置116經配置以偏轉二或更多個初級帶電粒子分束。第5A圖與第5B圖係進一步解釋發射器佈置110的實例。

更特定言之，從單一電子顯微鏡柱體內的單一發射器產生許多電子束的陣列可以使用電子發射器（例如，初級帶電粒子發射器112）、聚光透鏡系統、偏轉系統的陣列（例如，分束偏轉器佈置116）、及物鏡系統，聚光透鏡系統將所發射的電子集束匯聚至光束限制孔隙的陣列（例如，一或更多個孔徑114；孔徑陣列建立仍然源自同一虛擬源的多個小光束），偏轉系統的陣列在孔隙的陣列下方，以將獨立光束朝向光軸偏轉（此舉產生虛擬源的陣列），物鏡系統將虛擬源的陣列成像至樣品平面上。

對於給定柱體與（i）柱體內的光束能量、（ii）工作距離、（iii）著陸能量LE、及（iv）提取場G的固定操作條件，對於柱體參數僅能存在一個最佳化設定（例如，透鏡激發、光束軸對準、及類似者），以給定最佳的光學性能。最佳化設定可以伴隨由物鏡系統的軸向磁場造成的一定量的拉莫爾旋轉θ。因此，樣品上的聚焦光束的方位定向係相對於孔隙陣列的方位定向旋轉角度θ。此角度可以取決於帶電粒子束裝置（例如電子顯微鏡）的成像模式（IM）。由於在掃描斑點圖案與台座行進方向（可以對準樣品（晶片）佈局坐標系統）之間的固定相對旋轉在多光束掃描中是有益的，因此本揭示提供電子光學部件（亦即線圈120），而可以利用IM校正拉莫爾旋轉的變化。

根據可以與本文所述的其他實施例組合的一些實施例，線圈120可以是螺線管線圈。磁場（例如平行於縱軸A的磁場分量）係作用於沿著線圈120的縱軸A傳播的二或更多個初級帶電粒子分束，例如第一初級帶電粒子分束12與第二初級帶電粒子分束14。縱軸A可以對應於帶電粒子束裝置的光軸，或者為帶電粒子束裝置的光軸。更特定言之，縱軸A可以是系統100的光軸的截面。儘管第1圖圖示具有二個訊號帶電粒子分束的初級帶電粒子束10，但應理解，本揭示並未對此限制，而可提供任何數量的初級帶電粒子分束。更特定言之，初級帶電粒子分束的數量可以對應於樣品上的斑點的數量或從樣品發出的訊號帶電粒子分束的數量。

根據一些實施例，控制器130可經配置以控制流過線圈120的電流，以調整由電流產生的磁場。線圈120係配置為旋轉校正裝置，用於校正二或更多個初級帶電粒子分束（例如第一初級帶電粒子分束12與第二初級帶電粒子分束14）的旋轉。更特定言之，線圈120係配置為旋轉校正裝置，用於校正二或更多個初級帶電粒子分束的旋轉，以將二或更多個初級帶電粒子分束引導至樣品上的各別預定斑點。此舉將在第3A圖與第3B圖進一步解釋。

線圈120的高寬比（例如，如下所述的L/R及/或L'/R'）係為至少1，具體為至少3，更具體為至少5。在一些實施方案中，高寬比係在1與10之間的範圍內，例如在1與5之間或者在5與10之間。具有高的高寬比的線圈120可以在初級帶電粒子分束中引入預定量的拉莫爾旋轉。初級帶電粒子分束的原始聚焦特性可以保持基本上不改變。

線圈120具有沿著縱軸A的長度L以及垂直於縱軸A的半徑R。線圈120的直徑D可以是半徑R的兩倍。半徑R可以是線圈120的內半徑，例如線圈120內的空傳播空間的半徑，經配置以用於初級帶電粒子束10的傳播。在一些實施方案中，線圈120係為圓柱形線圈。半徑R可以是圓柱體的（內）半徑，而長度L可以是圓柱體的長度。線圈120內的傳播空間可以對應於圓柱形線圈的圓柱體容積。高寬比可以定義為長度L與半徑R（L/R）的比率。根據一些實施例，長度L係為至少5cm，具體為至少10cm，更具體為至少15cm。

線圈120產生在線圈120內的磁場，更特定為在經配置以用於傳播初級帶電粒子束10的傳播空間內。磁場具有平行於線圈120的縱軸A的磁場分量以及垂直於線圈120的縱軸A的磁場分量（小得多），更特定為在線圈120的入口部分及/或出口部分。磁場（例如平行於縱軸A的磁場分量）係作用於垂直於縱軸A的帶電粒子速度的向量分量，而造成初級帶電粒子分束的初級帶電粒子相對於縱軸A的拉莫爾旋轉。換言之，初級帶電粒子沿著螺旋路徑移動通過線圈120。

根據可以與本文所述的其他實施例組合的一些實施例，線圈120提供磁場區域，該磁場區域提供作用於訊號帶電粒子分束的磁場，以造成拉莫爾旋轉。磁場區域具有沿著縱軸A的長度L'與垂直於縱軸A的半徑R'。根據一些實施例，半徑R'可以對應於線圈120的半徑R，或者是線圈120的半徑R，及/或長度L'可以對應於線圈120的長度L，或者是線圈120的長度L。線圈120的高寬比可以定義為磁場區域的長度L'與半徑R'的比率（L'/R '）。根據一些實施例，長度L'係為至少5cm，具體為至少10cm，更具體為至少15cm。

為了補償初級帶電粒子分束的旋轉（例如藉由物鏡激發所引入），及/或為了保持樣品平面上的初級帶電粒子分束的位置基本上恆定，用於旋轉校正的線圈120具有高的高寬比。更詳細地，具有N匝的線圈120的中心處的磁場可近似表示為其中μ₀ 係為真空滲透性，NI係為線圈激發（Amp-匝），及R與L係為線圈120的半徑與長度。初級帶電粒子（例如電子）的旋轉在行進通過線圈120的磁場之後可以近似為其中e係為電子電荷，m係為電子質量，而v係為電子的速度（非相對）。

線圈120的聚焦長度可以近似為其中V係為電子電位。

考慮到固定NI的Ɵ與L/R之間的比例，對於1與5之間的高寬比，旋轉強烈增加，而對於大於5的比率，旋轉角度朝向由NI定義的極限而安定。關於旋轉角度與聚焦長度，當旋轉角度隨著NI線性增加時，聚焦長度以1/（NI）² 減少。作為實例，為了校正±10°的旋轉角度，可以使用約160AT的線圈激發。此舉導致約3000mm的聚焦長度，而遠大於物鏡的聚焦長度（例如，數十mm）。線圈120對初級帶電粒子分束的聚焦的影響是最小的。根據一些實施例，線圈120對聚焦特性的負載可以由物鏡補償。

第2圖圖示根據本文所述之實施例的初級帶電粒子分束在樣品平面上的旋轉。第3A圖與第3B圖圖示根據本文所述之實施例的初級帶電粒子分束的陣列在樣品或樣品平面上的旋轉。

初級帶電粒子分束（初級帶電粒子斑點圖案）的旋轉位置並非固定值，而是可以取決於例如在成像模式（IM）中使用的帶電粒子束裝置的操作參數。可以藉由帶電粒子束裝置（例如電子顯微鏡）的操作參數定義成像模式。操作參數可以包括樣品上的電子著陸能量LE（keV）、提取場G（V/mm）、柱體內的光束能量BE（keV）、及工作距離WD（mm）中之至少一者。

儘管光束能量BE與工作距離WD可以保持固定，但是著陸能量LE與提取場G經常重新調整，以從給定樣品取得最佳成像性能。這些可以影響帶電粒子束裝置的物鏡的折射功率的變化可以影響初級帶電粒子束，例如，形成陣列的多個分束。更特定言之，場變化能夠導致樣品平面中的初級帶電粒子斑點圖案的拉莫爾旋轉的變化。

根據可以與本文所述的其他實施例組合的一些實施例，線圈經配置以相對於或圍繞垂直於線圈的縱軸的平面中的軸線202旋轉二或更多個初級帶電粒子分束（例如第一初級帶電粒子分束和第二初級帶電粒子分束）。軸線202可以平行於或對應於線圈的縱軸。如第2圖所示，藉由線圈所產生的磁場將初級帶電粒子分束從第一位置1旋轉到第二位置2。旋轉係圍繞軸線202（其可為縱軸）的旋轉。在垂直於縱軸A的平面中，旋轉可以對應於初級帶電粒子分束在圓形路徑210上的移動。

在一些實施方案中，線圈經配置以將二或更多個初級帶電粒子分束（例如第一初級帶電粒子分束與第二初級帶電粒子分束）在角度+30°與-30°之間的範圍旋轉，具體為角度+10°與-10°之間的範圍，更具體為角度+5°與-5°之間的範圍。當從樣品側邊觀察時，正角度值可以指示順時針旋轉。當從樣品側邊觀察時，負角度值可以指示逆時針旋轉。

現在轉到第3A圖與第3B圖，可以藉由初級帶電粒子分束的陣列所掃描的樣品8的表面提供樣品平面。將獨立初級帶電粒子分束引導至樣品8上的各別分離斑點。斑點的數量對應於初級帶電粒子分束的數量。

根據可以與本文所述的其他實施例組合的一些實施例，相鄰斑點（例如其中心）之間的距離或間隔d可以為至少1μm，具體為至少10μm，更具體為至少50μm。在一些實施方案中，距離或間隔d係為約50μm。

在一些實施方案中，初級帶電粒子分束的陣列可以沿著一個方向掃描樣品（亦稱為「晶圓」），同時樣品台沿著正交方向行進，藉此提供第二維度的掃描。陣列相對於台座行進方向旋轉，而使得每一分束或（「小光束」）覆蓋樣品上的獨立窄條紋，而在條紋的邊緣具有小的重疊區域，以用於圖像縫合。陣列可以提供掃描區域的100％覆蓋。

作為實例，初級帶電粒子分束的掃描方案使用第一掃描方向301以及不同於第一掃描方向301的第二掃描方向302。作為實例，第一掃描方向301與第二掃描方向302基本上可以彼此垂直。可藉由偏轉器佈置提供第一掃描方向301，偏轉器佈置經配置以在第一掃描方向301上偏轉初級帶電粒子分束。可藉由樣品台提供第二掃描方向302，樣品台經配置以沿著第二掃描方向302移動樣品8。

在第3A圖中，初級帶電粒子分束的陣列300係圖示為不具有相對於樣品平面上的第二掃描方向302的旋轉。在第3B圖中，初級帶電粒子分束的陣列310係圖示為具有使用本揭示的線圈而產生的旋轉。初級帶電粒子分束的陣列310（而特別是初級帶電粒子分束中之每一者）旋轉所定義的角度，而使得陣列310相對於樣品8或樣品平面對準。更特定言之，初級帶電粒子分束的陣列310可以相對於樣品台所提供的第二掃描方向302旋轉，而使得每一分束如上所述覆蓋樣品上的獨立窄條紋。

第4圖圖示根據本文所述之進一步實施例的帶電粒子束裝置的系統400的示意圖。系統400可以設置於真空殼體內。

根據可以與本文所述的其他實施例組合的一些實施例，系統400包括至少部分包圍或包覆線圈120的磁屏蔽裝置440。磁屏蔽裝置440亦可稱為「磁性覆蓋物」。磁屏蔽裝置440可以由軟磁材料製成，例如高電阻高導磁率合金（Mu-metal）或高導磁合金。磁屏蔽裝置440可以減少或甚至防止磁場線從線圈120洩漏到磁屏蔽裝置440的外部。更特定言之，磁屏蔽裝置440可以提供線圈120的磁場分佈的改良定義，在磁屏蔽裝置440的外部的帶電粒子束裝置（例如發射器佈置110）的元件不受線圈120所產生的磁場的影響。能夠確認帶電粒子束裝置（例如發射器佈置110）的可靠功能。

在一些實施方案中，磁屏蔽裝置440可以具有入口開口442，初級帶電粒子束10可以透過入口開口442進入磁屏蔽裝置440與設置其中的線圈120。作為實例，入口開口442可以設置於發射器佈置110的前方，而特別是在分束偏轉器佈置116的前方。入口開口442可以圍繞縱軸A基本上對稱設置，縱軸A對應於系統400的光軸或是系統400的光軸。

磁屏蔽裝置440可以具有出口開口444，初級帶電粒子束10可以透過出口開口444離開磁屏蔽裝置440與設置其中的線圈120。出口開口444可以圍繞縱軸A基本上對稱設置，縱軸A對應於系統400的光軸或是系統400的光軸。

根據一些實施例，磁屏蔽裝置440係由單片材料製成。在進一步實施例中，磁屏蔽裝置440係由安裝在一起的二或更多個元件組成。作為實例，磁屏蔽裝置440可以由兩個單獨部分製成，例如凸緣與管。

第5A圖與第5B圖圖示根據本文所述之實施例的帶電粒子束裝置500的示意圖。帶電粒子束裝置500可以是例如用於電子束檢查（EBI）的電子顯微鏡。帶電粒子束裝置500可以利用根據本文所述之實施例的系統，並更特定為用於校正拉莫爾旋轉的線圈540。線圈540僅設置於初級帶電粒子束的行進路徑中，而不設置於訊號帶電粒子束的行進路徑中。

帶電粒子束裝置500具有帶有柱體外殼501的柱體，並包括發射器佈置、樣品台7、物鏡510、及初級帶電粒子光學器件，發射器佈置經配置以產生具有二或更多個初級帶電粒子分束的初級帶電粒子束，樣品台7用於支撐樣品8，物鏡510用於將二或更多個初級帶電粒子分束聚焦至樣品8上。初級帶電粒子光學器件包括設置於發射器佈置與物鏡510之間的線圈540。線圈540經配置以產生具有平行於線圈540的縱軸的磁場分量的磁場，其中磁場作用於沿著縱軸傳播的二或更多個初級帶電粒子分束，且其中線圈的高寬比為至少1。控制器經配置以調整線圈540的磁場，而使得二或更多個初級帶電粒子分束的第一初級帶電粒子分束被引導朝向樣品8上的第一斑點，而二或更多個初級帶電粒子分束的第二初級帶電粒子分束被引導朝向樣品8上的第二斑點，其中第一斑點與第二斑點彼此間隔。線圈540可以定位於發射器佈置與樣品台7之間的偏移空間中。

帶電粒子束裝置500包括光束分離器514，經配置以用於分離初級帶電粒子束以及初級帶電粒子束撞擊樣品8之後形成的訊號帶電粒子束。撞擊於樣品8上的初級帶電粒子束係由彼此間隔的多個初級帶電粒子分束組成。同樣地，從樣品8發出的訊號帶電粒子束係由彼此間隔的多個訊號帶電粒子分束組成。帶電粒子束裝置500可進一步包括偏轉器裝置513，設置於發射器佈置與光束分離器514之間。偏轉器裝置513可將初級帶電粒子束引導朝向光束分離器514。

發射器佈置包括經配置以發射初級帶電粒子束的初級帶電粒子發射器20，例如電子束源（如場發射器）。在一些實施方案中，初級帶電粒子束通過具有複數個孔隙開口的發射器佈置的孔隙板505，以建立多個初級帶電粒子分束。可提供具有複數個偏轉器506A、506B、及506C的發射器佈置的分束偏轉器佈置，以影響從初級帶電粒子發射器20發射的初級帶電粒子束通過孔隙開口而產生的初級帶電粒子分束（小光束）。

獨立偏轉器506A-C可以影響初級帶電粒子分束，而提供複數個虛擬帶電粒子源。更特定言之，初級帶電粒子分束的帶電粒子看起來是從垂直於帶電粒子束裝置500的光軸4的初級帶電粒子發射器20的平面中的不同位置發射。在第5A圖與第5B圖所示的實例中，提供3×5個源的陣列（參見示意陣列30）。中心源對應於初級帶電粒子發射器20。其他14個源係為在垂直於光軸4的平面中偏置的虛擬源。陣列30中的光束間隔可以最小化，而可以建立最大數量的光束，同時所得到的多個訊號帶電粒子分束仍然可以彼此保持分離，以進行配準（registration）。

儘管第5A圖與第5B圖圖示使用具有孔隙板505的發射器佈置以產生多個初級帶電粒子分束，但應理解，本揭示並不限於此。可以使用適於產生多個初級帶電粒子分束以撞擊於樣品8上的分離斑點的其他裝置。

根據可以與本文描述的其他實施例組合的一些實施例，帶電粒子束裝置500包括光束分離器514，經配置以用於將初級帶電粒子分束與訊號帶電粒子分束分離。作為實例，光束分離器514可包括一或更多個偏轉器，例如磁偏轉器或維恩濾波器。線圈540可以定位於發射器佈置與樣品台7之間的偏移空間中。在一些實施方案中，線圈540可以定位於發射器佈置與光束分離器514之間。如第5A圖示例性圖示，線圈540可以定位於發射器佈置與偏轉器裝置513之間。在第5B圖所示的實例中，線圈540係定位於偏轉器裝置513與光束分離器514之間。

帶電粒子束裝置500可包括具有一或更多個掃描偏轉器512的掃描偏轉器佈置，經配置以在樣品8的表面上掃描二或更多個初級帶電粒子分束。線圈540可以定位於發射器佈置與掃描偏轉器佈置之間。

在一些實施方案中，掃描偏轉器佈置可經配置以沿著第一掃描方向在樣品上掃描二或更多個初級帶電粒子分束，如第3A圖與第3B圖所描述。根據一些實施例，帶電粒子束裝置500進一步包括致動器，經配置以沿著不同於第一掃描方向的第二掃描方向移動樣品台7，以沿著第二掃描方向在樣品上掃描二或更多個初級帶電粒子分束。

使用物鏡510將看起來是從陣列30發射的初級帶電粒子分束聚焦於樣品8。根據可與本文所述的其他實施例組合的一些實施例，物鏡510可以是靜電磁複合透鏡，更特定為具有將柱體內的能量從高能量降低至較低著陸能量的靜電部件。作為實例，從柱體能量到著陸能量的能量降低係為至少10倍，例如至少30倍。物鏡510可以是複合靜電磁物鏡，以收集訊號帶電粒子分束，並加速訊號帶電粒子分束返回到柱體中，其中可以使用光束分離器將訊號帶電粒子分束與初級帶電粒子束分離。

源自樣品8上的斑點的訊號帶電粒子分束可以包括從樣品釋放及/或背散射的粒子(例如次級電子(SE))，並可以攜帶關於樣品8的資訊。資訊可以包括關於樣品8的地形、化學成分、靜電位、及其他者的資訊。使用光束分離器將訊號帶電粒子分束與初級帶電粒子分束分離，並讓訊號帶電粒子分束進入訊號帶電粒子偏轉裝置520。舉例而言，訊號帶電粒子偏轉裝置520可包括光束彎曲器(例如半球形或扇形光束彎曲器)。然後，訊號帶電粒子分束進入訊號帶電粒子偵測系統。

訊號帶電粒子偵測系統可包括偵測器佈置562、線圈564、及放大光學器件550。線圈564可配置為類似於設置於初級帶電粒子束的行進路徑中的線圈564。更特定言之，線圈564可經配置以產生用於旋轉校正的磁場，而使得獨立訊號帶電粒子分束被引導朝向偵測器佈置562的各別偵測元件。放大光學器件550可包括一或更多個靜電透鏡552與一或更多個偏轉器554。放大光學器件550可經配置以將源自樣品上的第一斑點的第一訊號帶電粒子分束以及源自第二斑點的第二訊號帶電粒子分束之間的間隔適應於偵測器佈置562的第一偵測元件與第二偵測元件之間的間隔。

第6圖圖示根據本文所述之實施例的用於操作帶電粒子束裝置的方法600的流程圖。方法600可以利用根據本文所述之實施例的系統與帶電粒子束裝置。

方法600包括以下步驟：在方塊610中，產生具有二或更多個初級帶電粒子分束的初級帶電粒子束，在方塊620中，導引二或更多個初級帶電粒子分束通過高寬比為至少1的線圈，及在方塊630中，使用線圈的磁場而相對於線圈的縱軸旋轉二或更多個初級帶電粒子分束。

在一些實施方案中，方法600進一步包括以下步驟：將二或更多個初級帶電粒子分束的第一初級帶電粒子分束引導至樣品上的第一斑點，並將二或更多個初級帶電粒子分束的第二初級帶電粒子分束引導至樣品上的第二斑點，其中第一斑點與第二斑點彼此間隔。

第一斑點與第二斑點彼此分離。在一些實施方案中，相鄰斑點之間（例如第一斑點與第二斑點之間）的間隔（例如，斑點的中心或中間部分之間的距離）可以是至少1μm，具體為至少10μm，並具體為至少50μm，更具體為至少100μm。作為實例，第一斑點與第二斑點之間的間隔可以是約50μm。根據一些實施例，相鄰斑點並未彼此重疊。同樣地，撞擊於樣品上的初級帶電粒子分束彼此分離。在樣品處的初級帶電粒子分束的間隔（例如，分束的中心或中間部分之間的距離）係對應於斑點（例如第一斑點與第二斑點）之間的間隔。在一些實施方案中，在樣品處的相鄰初級帶電粒子分束之間的間隔可以是至少1μm，具體為至少10μm，而具體為至少50μm，更具體為至少100μm。作為實例，在樣品處的相鄰初級帶電粒子分束之間的間隔可以是約50μm。

根據本文所述之實施例，用於操作帶電粒子束裝置的方法可以使用電腦程式、軟體、電腦軟體產品、及相關控制器進行，相關控制器可以具有CPU、記憶體、使用者介面、及輸入與輸出裝置，以與用於成像訊號帶電粒子束的系統的相應部件通訊。

本揭示允許補償例如由物鏡造成的初級帶電粒子分束的陣列的拉莫爾旋轉。本文所述的實施例使用初級帶電粒子光學器件，而非樣品台的機械旋轉或偏斜行進。旋轉校正特別藉由具有高的高寬比（亦即，線圈遠長於半徑）的線圈（例如長螺線管線圈）而實現。線圈可以***至定義多光束陣列的發射器佈置與物鏡之間的偏移空間。藉由實施線圈（例如在偏移空間中），可以引入定義量的拉莫爾旋轉，其中初級帶電粒子分束的原始聚焦特性保持基本上不變。更特定言之，線圈僅導致邊緣附加聚焦作用，特別是當旋轉角度小時，例如低於+/-30°，這在零線圈激發處並未劣化原始光學性質。

儘管前述係關於本揭示之實施例，本揭示之其他及進一步實施例可在不脫離本揭示之基本範疇的情況下擬出，且本揭示之範疇係由下列申請專利範圍所決定。

4‧‧‧光軸

7‧‧‧樣品台

8‧‧‧樣品

10‧‧‧初級帶電粒子束

12‧‧‧第一初級帶電粒子分束

14‧‧‧第二初級帶電粒子分束

20‧‧‧初級帶電粒子發射器

30‧‧‧陣列

100‧‧‧系統

110‧‧‧發射器佈置

112‧‧‧初級帶電粒子發射器

114‧‧‧孔徑

116‧‧‧分束偏轉器佈置

120‧‧‧線圈

130‧‧‧控制器

202‧‧‧軸線

210‧‧‧圓形路徑

300‧‧‧陣列

301‧‧‧第一掃描方向

302‧‧‧第二掃描方向

310‧‧‧陣列

400‧‧‧系統

440‧‧‧磁屏蔽裝置

442‧‧‧入口開口

444‧‧‧出口開口

500‧‧‧帶電粒子束裝置

501‧‧‧柱體外殼

505‧‧‧孔隙板

506A‧‧‧偏轉器

506B‧‧‧偏轉器

506C‧‧‧偏轉器

510‧‧‧物鏡

512‧‧‧掃描偏轉器

513‧‧‧偏轉器裝置

514‧‧‧光束分離器

520‧‧‧訊號帶電粒子偏轉裝置

540‧‧‧線圈

550‧‧‧放大光學器件

552‧‧‧靜電透鏡

554‧‧‧偏轉器

562‧‧‧偵測器佈置

564‧‧‧線圈

600‧‧‧方法

610‧‧‧方塊

620‧‧‧方塊

630‧‧‧方塊

為了可以詳細地理解本揭示的上述特徵，簡要概述於上的本揭示的更具體的描述可以參照實施例。隨附圖式係關於本揭示的實施例，並描述於下：第1圖圖示根據本文所述之實施例的帶電粒子束裝置的系統的示意圖；第2圖圖示根據本文所述之實施例的初級帶電粒子分束在樣品平面上的旋轉；第3A圖與第3B圖圖示根據本文所述之實施例的初級帶電粒子分束的陣列在樣品平面上的旋轉；第4圖圖示根據本文所述之進一步實施例的帶電粒子束裝置的系統的示意圖；第5A圖與第5B圖圖示根據本文所述之實施例的帶電粒子束裝置的示意圖；以及第6圖圖示根據本文所述之實施例的用於操作帶電粒子束裝置的方法的流程圖。

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Claims

一種帶電粒子束裝置，包含：一發射器佈置，經配置以產生具有二或更多個初級帶電粒子分束的一初級帶電粒子束；一樣品台，用於支撐一樣品；一物鏡，用於將該等二或更多個初級帶電粒子分束聚焦至該樣品；以及初級帶電粒子光學器件，包含：一線圈，設置於該發射器佈置與該物鏡之間，其中該線圈經配置以產生具有平行於該線圈的一縱軸的一磁場分量的一磁場，其中該磁場作用於沿著該縱軸傳播的該等二或更多個初級帶電粒子分束，且其中該線圈的一高寬比為至少1；以及一控制器，經配置以調整該線圈的該磁場，而使得該等二或更多個初級帶電粒子分束的一第一初級帶電粒子分束被引導朝向該樣品上的一第一斑點，而該等二或更多個初級帶電粒子分束的一第二初級帶電粒子分束被引導朝向該樣品上的一第二斑點，其中該第一斑點與該第二斑點彼此間隔。
如請求項1所述之帶電粒子束裝置，其中該線圈具有沿著該縱軸的一長度L以及垂直於該縱軸的一半徑R，且其中該高寬比係定義為L/R。
如請求項1所述之帶電粒子束裝置，其中該高寬比係在1與10之間的一範圍內。
如請求項1所述之帶電粒子束裝置，其中該高寬比係在1與5之間的一範圍內。
如請求項1所述之帶電粒子束裝置，其中該線圈係配置為一旋轉校正裝置，用於校正該等二或更多個初級帶電粒子分束的一旋轉，以將該等二或更多個初級帶電粒子分束引導至一樣品上的各別預定斑點。
如請求項1所述之帶電粒子束裝置，其中該線圈經配置以圍繞垂直於該線圈的該縱軸的一平面中的一軸線旋轉該等二或更多個初級帶電粒子分束。
如請求項6所述之帶電粒子束裝置，其中該線圈經配置以將該等二或更多個初級帶電粒子分束以在+30°與-30°之間的一範圍內的一角度旋轉。
如請求項1所述之帶電粒子束裝置，其中該線圈係定位於該發射器佈置與該樣品台之間的一偏移空間。
如請求項1所述之帶電粒子束裝置，進一步包括一掃描偏轉器佈置，經配置以在該樣品上沿著一第一掃描方向掃描該等二或更多個初級帶電粒子分束，其中該線圈係定位於該發射器佈置與該掃描偏轉器佈置之間。
如請求項9所述之帶電粒子束裝置，進一步包括一致動器，經配置以沿著不同於該第一掃描方向的一第二掃描方向移動該樣品台，以在該樣品上沿著該第二掃描方向掃描該二個或更多個初級帶電粒子分束。
如請求項1所述之帶電粒子束裝置，進一步包括一磁屏蔽裝置，該磁屏蔽裝置至少部分地包圍該線圈。
如請求項1所述之帶電粒子束裝置，其中該發射器佈置包括：一初級帶電粒子發射器，經配置以產生該初級帶電粒子束；一或更多個孔隙，經配置以從該初級帶電粒子束產生該等二或更多個初級帶電粒子分束；以及一分束偏轉器佈置，經配置以偏轉該等二或更多個初級帶電粒子分束。
一種用於一帶電粒子束裝置的系統，包含：一發射器佈置，經配置以產生具有二或更多個初級帶電粒子分束的一初級帶電粒子束；一線圈，經配置以產生具有平行於該線圈的一縱軸的一磁場分量的一磁場，其中該磁場作用於沿著該縱軸傳播的該等二或更多個初級帶電粒子分束，且其中該線圈的一高寬比為至少1；以及一控制器，經配置以調整該線圈的該磁場，以相對於該縱軸旋轉該等二或更多個初級帶電粒子分束。
一種用於操作一帶電粒子束裝置的方法，包含以下步驟：產生具有二或更多個初級帶電粒子分束的一初級帶電粒子束；導引該等二或更多個初級帶電粒子分束通過一線圈，該線圈具有至少為1的一高寬比；以及使用該線圈的一磁場讓該等二或更多個初級帶電粒子分束相對於該線圈的一縱軸旋轉。
如請求項14所述之方法，進一步包括以下步驟：將該等二或更多個初級帶電粒子分束的一第一初級帶電粒子分束引導至一樣品上的一第一斑點，並將該等二或更多個初級帶電粒子分束的一第二初級帶電粒子分束引導至該樣品上的一第二斑點，其中該第一斑點與該第二斑點彼此間隔。
如請求項15所述之方法，其中該方法係使用一帶電粒子束裝置實現，該帶電粒子束裝置包含：一發射器佈置，經配置以產生具有該等二或更多個初級帶電粒子分束的該初級帶電粒子束；一樣品台，用於支撐一樣品；一物鏡，用於將該等二或更多個初級帶電粒子分束聚焦至該樣品；以及初級帶電粒子光學器件，包含：該線圈，設置於該發射器佈置與該物鏡之間，其中該線圈經配置以產生具有平行於該線圈的該縱軸的一磁場分量的該磁場，其中該磁場作用於沿著該縱軸傳播的該等二或更多個初級帶電粒子分束，且其中該線圈的該高寬比為至少1；以及一控制器，經配置以調整該線圈的該磁場，而使得該等二或更多個初級帶電粒子分束的一第一初級帶電粒子分束被引導朝向該樣品上的一第一斑點，而該等二或更多個初級帶電粒子分束的一第二初級帶電粒子分束被引導朝向該樣品上的一第二斑點，其中該第一斑點與該第二斑點彼此間隔。