技术领域
[0001] 本
发明涉及以多个粒子束操作的粒子束系统。
背景技术
[0002] WO2005/024881A2公开了以多个
电子束操作从而使用一束电子束平行扫描要检查的物体的电子
显微镜系统。该束电子束通过引导到多孔板上而产生，多孔板具有多个开口，电子束由电子源产生。电子束的电子中的一部分入射到多孔板上并在此被吸收，该束的另一部分穿透多孔板的开口，从而在每个开口下游的束路径中形成横截面由开口的横截面限定的电子束。此外，提供在多孔板上游和/或下游的束路径中的适当选择的
电场使得多孔板中的每个开口作为透镜作用于穿透该开口的电子束上，从而所述电子束聚焦在离多孔板一距离的平面中。其中形成电子束的焦点的平面通过下游光学系统成像在要检查的物体的表面上，从而单独电子束入射到物体上作为聚焦的初级束。此处，它们产生从物体发射的后向散射的电子，或者产生形成为二次束并由另外的光学系统引导到探测器上的二次电子。此处，二次束中的每一个入射到独立的探测器元件上，从而以其检测到的电子强度提供涉及相应初级束入射到物体上的
位置处的物体的信息。该束初级束在物体的表面上系统地扫描，从而以扫描电子显微镜的常规方法产
生物体的电子显微图像。
[0003] 扫描电子显微镜的
分辨率由入射到物体上的初级束的直径限制。因此，在多束电子显微镜方法中，所有束应该在物体上形成相同的小焦点。
发明内容
[0004] 本发明相应地具有提出以多个粒子束操作并可以用于实现较高分辨率的粒子束系统的目标。
[0005] 根据本发明的
实施例，提出一种粒子束系统，其包括配置为产生带电粒子束的粒子源。所述粒子束系统可以具有第一多孔板，其具有多个第一开口并布置在粒子的束路径中，使得所述束的粒子部分入射到第一多孔板上并且部分穿透第一多孔板的第一开口，从而截面由第一开口的截面限定的粒子束形成在每个第一开口下游的束路径中。粒子系统可以具有第二多孔板，其具有多个第二开口并且布置在粒子的束路径中，从而粒子束的粒子穿透第一多孔板中的第一开口中的一个和第二多孔板中的第二开口中的一个。此外，所述粒子束系统可以具有孔板，其布置在离第二多孔板一距离处并且具有由全部粒子穿透的单一开口，全部粒子还穿透第一和第二多孔板中的第一和第二开口。此外，所述粒子束系统可以具有第三多孔板，其具有多个第三开口并且布置在粒子的束路径中，从而穿透第一多孔板中的第一开口中的一个和第二多孔板中的第二开口中的一个的粒子束的粒子还穿透第三多孔板中的第三开口中的一个。第三多孔板可以
支撑多个场发生器，场发生器中的一个分配给第三开口中的每一个，场发生器中的每一个配置为提供作用在穿透相应的第三开口的粒子上的偶极场和四极场。此外，粒子束系统具有
控制器，其配置为将第一电势馈送至孔板和将第二电势馈送至第二多孔板，第一和第二电势被选择以使得第二多孔板中的第二开口分别作为透镜作用于粒子束的分别穿透所述第二开口的粒子上，以及配置为将可调节激励馈送到分配给第三多孔板的第三开口的场发生器。
[0006] 根据示例性实施例，可以调节可调节激励，使得偶极场或四极场的强度和偶极场或四极场的方向分别在围绕第三开口的周向上可调节。
[0007] 根据另外的示例性实施例，第二多孔板的第二开口的直径可为第一多孔板的相应第一开口的直径的至少1.05倍，特别是1.8倍。在另外的实施例中，第三多孔板的第三开口的直径可为第一多孔板的相应第一开口的直径的至少1.05倍。
[0008] 馈送至孔板的电势应当与馈送到多孔板的电势不同，从而在两个板之间会产生延伸到第二多孔板的电场。所述电场导致第二多孔板中的各开口作为透镜分别作用在穿透所述开口的粒子束上。所述透镜作用被选择以使得粒子束在第二多孔板下游的束路径中形成实焦点，或者在第二多孔板上游的束路径中形成虚焦点。通过下游的光学系统，所述焦点可以成像在平面内或成像到物体上。
[0009] 上游和/或下游的光学系统通常不是无像差的，并且因此粒子束产生在下游平面中或在物体上的那些焦点不具有期望的小直径。因此，可以提供第三多孔板，所述第三多孔板的开口同样由粒子束穿透。在该情况下，分配给所述开口的场发生器可以分开地操纵每个单独的束。因为场发生器可以提供具有可调节强度和方向的四极场，所以可补偿单独粒子束上由下游光学系统施加的像散，从而粒子束可以在物体的平面中形成小的圆焦点。
[0010] 第一多孔板中的开口应当具有比第二多孔板中提供粒子束上的透镜作用的相应开口小的直径。第一多孔板中的开口的直径限定第一多孔板下游的束路径中的粒子束的直径。如果第一多孔板布置在第二多孔板上游的束路径中，则第二多孔板的开口具有比穿透所述开口的粒子束大的直径。因此，由第二多孔板中的开口提供的透镜的直径比穿透所述透镜的粒子束大，并且因此所述透镜的透镜
缺陷，特别是球差对粒子束聚焦的影响不会像粒子束的直径与提供透镜作用的开口的直径相等情况下一样强。
[0011] 但是，在第一多孔板布置在第二多孔板下游的束路径中时，上面的优点变成了负担，虽然提供透镜作用的开口的整个直径由粒子穿透。事实就是这样，因为粒子穿透第二多孔板的与第一多孔板中下游开口的截面对应的截面之外的开口，所以特别地，增加的球差遭受透镜作用，而且入射到下游的第一多孔板上并且不能穿透其开口，因此不会促成下游粒子束，并且还不会影响其聚焦。
[0012] 根据示例性实施例，第三多孔板布置在第二多孔板上游的束路径中。根据示例性实施例，在该情况下，第一多孔板布置在第三多孔板上游的束路径中。这具有的优点是，不会有第一多孔板限定的粒子束的粒子入射到第三多孔板和这里提供的场发生器上。因为电激励必须被馈送至场发生器，所以绝缘区提供在引线之间，所述区由于入射粒子而能够变得带电，并且能够导致干扰杂散场。
[0013] 根据另外的示例性实施例，第二多孔板布置在第一多孔板上游的束路径中。如上面所说明，形成由第一多孔板中的开口限定的粒子束的粒子仍然穿透第二多孔板中的开口的中心区域，从而由第二多孔板中的开口提供的透镜的球差不会严重影响粒子束的聚焦。然而，根据这里的实施例，第三多孔板仍然布置在第一多孔板下游的粒子的束路径中，使得尽可能小的粒子入射到第三多孔板上。
[0014] 根据示例性实施例，多孔板布置为彼此相距小距离。这种小距离的实例是第一多孔板的开口的直径的0.1倍至10.0倍，特别是0.3倍至3倍。这种小距离具有的优点是，在第一多孔板的开口边缘散射的粒子不入射到具有较大开口的下游孔板上，并且因此不能在那里产生电场会导致干扰的任意电荷。
[0015] 根据示例性实施例，分配给第三多孔板中的开口的场发生器具有八个
电极，所述八个电极布置为分布在围绕开口的周向上。所述电极可以馈送
电压，该电压可以由控制器调节，从而产生期望强度和方向的电四极场。
[0016] 根据替代实施例，场发生器可以包括布置为分布在围绕开口的周向上的至少四个线圈，并且所述线圈可以通过控制器而被供有可调节
电流，从而产生可调节强度和方向的磁四极场。
[0017] 根据示例性实施例，电子
电路安装在第三多孔板上或在其上安装第三多孔板的载体上。控制器可以配置为产生表示场发生器的激励的数据，并经由串行数据链路将它们发送至
电子电路。场发生器中的每一个可以经由至少八个支线连接至电子电路。以所接收的数据为
基础，电子电路产生每个场发生器的激励并施加合适的电压至所述至少八个支线或馈送合适的电流到所述至少八个支线中，场发生器经由所述至少八个支线连接至电子电路。为此，电子电路特别具有D/A转换器和
微控制器，以将经由数字数据线路输入的数字
信号用于产生期望的电流和/或电压作为
模拟信号。
[0018] 因为粒子束的数目很大，并且支线的数目是粒子束的数倍，并且每个场发生器能够单独激励，所以激励所述场发生器所需的支线的数目非常大。分配给第三多孔板中的开口的场发生器应当与粒子束系统的
真空空间中的多孔板布置在一起。如果产生场发生器的激励并馈送到它们的支线的电子电路将布置在所述真空的外部，则对于全部线路来说都需要真空引入(vacuum leadthrough)，并且这会非常昂贵。然而，根据这里描述的实施例，对于串行数据线路，只需要一个真空引入，并且这减小了花费。
附图说明
[0019] 下文借助附图更详细地解释本发明的实施例，其中：
[0020] 图1示出多束粒子显微镜的示意图；
[0021] 图2以横截面示出具有三个多孔板的布置的示意截面图；
[0022] 图3示出根据图2的布置的第一多孔板的俯视图；
[0023] 图4示出根据图2的布置的第二多孔板的俯视图；
[0024] 图5示出根据图2的布置的第三多孔板的俯视图的一部分；
[0025] 图6示出根据图2的布置的一部分的更具体的示意图；
[0026] 图7示出根据图5的俯视图的一部分的更具体的示意图；
[0027] 图8示出根据另一实施例的三个多孔板的布置的示意图；以及
[0028] 图9示出多个多孔板的布置的示意截面图。
具体实施方式
[0029] 图1是采用多个粒子束的粒子束系统1的示意图。粒子束系统1产生入射到要检查的物体上的多个粒子束，以在那里产生从物体发射并随后被检测的电子。粒子束系统1是扫描电子显微镜(SEM)类型，其采用在物体7的表面上的位置5入射并在那里产生多个电子束斑的多个初级电子束3。要检查的物体7可以是任何期望的种类，并且例如包括
半导体晶片、生物样品和小型化元件的布置等。物体7的表面布置在物镜系统100的物镜102的物平面101中。
[0030] 图1的放大部分I1示出物平面101的俯视图，具有形成在平面101中的入射位置5的规则矩形场103。图1中入射位置的数目是25，并且它们形成5×5的场103。为了简化表示而选择的入射位置的数目25是小数目。在实践中，举例而言，束的数目和/或入射位置的数目可以被选择为比20×30、100×100等大很多。
[0031] 在描绘的实施例中，入射位置5的场103基本上是规则的矩形场，在邻近入射位置之间具有恒定距离P1。距离P1的示例性值是1微米、10微米和40微米。然而，场103还可以具有其他对称性，例如六
角形对称性。
[0032] 形成在物平面101中的束斑的直径可以很小。所述直径的示例值是1纳米、5纳米、100纳米和200纳米。用于形成束斑5的粒子束3的聚焦由物镜系统100执行。
[0033] 入射到物体上的粒子产生从物体7的表面发射的电子。从物体7的表面发射的电子通过物镜102形成为电子束9。检查系统1提供用于将多个电子束9馈送到探测系统200的电子束路径11。探测系统200包括具有用于将电子束9引导到电子多探测器209上的投射透镜205的电子光学系统。
[0034] 图1中部分I2示出平面211的俯视图，位于平面211中的是在位置213处电子束9入射其上的各单独探测区域。入射位置213位于场217中，相互之间的规则距离为P2。距离P2的示例值是10微米、100微米和200微米。
[0035] 初级电子束3产生在束发生装置300中，束发生装置300包括至少一个电子源301、至少一个
准直透镜303、多孔布置305和场透镜307。电子源301产生由
准直透镜303准直的发散电子束309，以形成照射多孔布置305的束311。
[0036] 图1中的部分I3示出多孔布置305的俯视图。多孔布置305包括多孔板313，其具有形成于其中的多个开口或孔315。开口315的中心317布置在对应于场103的场319中，场103由物平面101中的束斑5形成。孔315的中心317彼此之间的距离P3的值可以例如是5微米、100微米和200微米。孔315的直径D比孔的中心的距离P3小。直径D的示例性值是0.2×P3、0.4×P3和0.8×P3。
[0037] 照射束311的电子穿透孔315并形成电子束3。入射到板313上的照射束311的电子被板313捕获，并且不会促成电子束3的形成。
[0038] 由于施加的静电场，所以多孔布置305以束焦点323形成在平面325中的方式聚焦电子束3。焦点323的直径可以例如是10纳米、100纳米和1微米。
[0039] 为了使其中形成有焦点的平面325成像在物平面101上，场透镜307和物镜102提供第一成像粒子光学系统，以在物体7的表面上形成入射位置5的场103或束斑。
[0040] 为了将物平面101成像到探测平面211上，物镜102和投射透镜布置205提供第二成像粒子光学系统。因此，物镜102是为第一和第二粒子光学系统的一部分的透镜，同时场透镜307只属于第一粒子光学系统，并且投射透镜205只属于第二粒子光学系统。
[0041] 束
开关400布置在多孔布置305和物镜系统100之间的第一粒子光学系统的束路径中。束开关400还是物镜系统100和探测系统200之间的束路径中的第二粒子光学系统的部分。
[0042] 涉及这种多波束检查系统和这里采用的诸如粒子源、多孔板和透镜的部件的进一步的信息可以从国际
专利申请WO2005/024881、WO2007/028595、WO2007/028596和WO2007/060017和申请号为DE102013016113.4和DE102013014976.2的德国专利申请中获得，它们公开的内容通过引用全部合并在本申请中。
[0043] 图2是用于产生和聚焦例如可以在图1中的系统中采用的多个粒子束的布置305的示意性截面图。所述布置包括具有多个开口353的第一多孔板351、具有多个开口361的第二多孔板359、具有多个开口357的第三多孔板355和具有单一开口365的孔板363。使用图2的示图中的从上方入射到第一多孔板351上的带电粒子的单一束，所述布置形成多个单独粒子束3并将它们聚焦在平面367中。在这里说明的实施例中，带电粒子是电子。在其他实施例中，还可以采用离子作为带电粒子。
[0044] 图3示出第一多孔板351的俯视图。开口353具有圆形截面和从10至100微米的直径D1，所述直径例如为35微米。开口353的数目是3·n·(n-1)+1，n是自然数。在这里示出的示例中，n＝5，并且开口353的数目是61，开口353布置成六角形图案。具有六角形图案的矩形场或者具有矩形图案的矩形场也是可能的。相互邻近的开口353的中心之间的距离P3可以是15至300微米，例如100微米。在图2的示图中从上方入射到多孔板351上的粒子的部分通过开口353穿透所述板并随后形成多个粒子束3。粒子的剩余部分被多孔板351吸收或另外阻止。因此，开口353的截面限定形成在多孔板351下游的粒子束3的截面。在示出的具有圆形开口353的示例中，形成在多孔板351下游的束路径中的波束因此同样具有直径例如是30μm、45μm和55μm的圆形截面。
[0045] 图4示出具有其开口361的第二多孔板359的俯视图。开口361以与第一多孔板351中的开口353相同的图案布置，但是具有的直径D2是第一多孔板351中的开口353的直径D1的1.05至1.8倍。在示出的示例中，直径D2是40微米至80微米，例如大约70微米。第一多孔板351和第二多孔板359相对彼此
定位，使得在各情况下由第一多孔板351形成的粒子束穿透第二多孔板359的开口361。具有由全部粒子束3穿透的大开口365的孔板363布置在第二多孔板359下游的束路径中并且与第二多孔板359相距一距离。控制器369将不同电势施加至第二多孔板359和孔板363，以形成所述两个板359和363之间的电场。因此，第二多孔板359中的开口361具有对粒子束的聚焦效应，使得粒子束352的焦点371产生在平面367中。
[0046] 具有其开口357的第三多孔板355布置在第一多孔板351和第二多孔板359之间(比较图2)。第三多孔板355中的开口357以与两个其他多孔板351和359中的开口353和361相同的图案布置，并且第三多孔板355相对于第一多孔板351和第二多孔板359而调节，从而全部粒子束352同样穿透第三多孔板355中的开口357。开口357的内径D3是第一多孔板351中开口353的直径D1的至少1.05倍。
[0047] 第三多孔板355的俯视图的一部分示意性描绘在图5中。开口357的每一个分配有场发生器372，以产生作用在穿透所述开口357的束3的四极场。每个场发生器372具有布置为在绕着开口357的周向上分布并由控制器369控制的八个电极373。为此，产生可调电压并将其经由线路377馈送至电极373的电子电路375布置在多孔板355上离开口357一距离而布置的区域中。
[0048] 控制器369经由穿透粒子束系统的真空
外壳381的串行数据链路379控制电子电路375。在这种情况下，提供
密封件382，其从真空外壳381密封串行数据链路的线路。经由线路377馈送到电极373的电压由电子电路375根据经由串行数据链路379从控制器369接收的数据而产生。因此，控制器369能够在开口357的每一个中产生围绕开口357的中心的强度和方向可以调节的电四极场。使用所述四极场，全部粒子束352可以分别被单独操纵。控制器369调节四极场，从而它们在束352上施加散射，这补偿由下游光学系统在所述束上产生的散射，下游光学系统例如是图1的物镜102，从而所述束以基本上没有散射(像散性地(stimagtically))的方式聚焦在物平面101上。
[0049] 在参考图5说明的示例中的场发生器372是电极，并且因此提供四极场的场是静电场。然而，为此目的还可以使用
磁场。那么，场发生器是以在绕着每个开口的周向上分布的方式安装的线圈。在该情况下，每个线圈可以具有例如仅一个或仅两个绕组。这种线圈可以通过在由
硅单晶制成的薄
光圈中蚀刻凹陷和通孔并使用导电材料填充所述凹陷和通孔而制造在所述薄光圈中。
[0050] 对应于图2，图6是穿过布置305的截面图，图6更详细。示出的是通过第一、第二和第三多孔板351、359、355的孔中的一个的粒子的轨道362和入射到第一多孔板351上但不穿透第一多孔板351的粒子的轨道364。同样示意性示出的是，由第二多孔板359和仅具有单一大开口(图6中未示出)的孔板之间的静电场形成的静电透镜场的等势线384。还示意性画出的是，经由第三多孔板355的场发生器372产生的四极场的等势线383。
[0051] 在示出的示例中，第一多孔板351的厚度t1是5微米至100微米，例如10微米。在示出的示例中，第二多孔板359的厚度t2是10微米至200微米，例如25微米。在示出的示例中，第三多孔板355的厚度t3是10微米至200微米，例如30微米。在示出的示例中，第一多孔板351和第三多孔板355之间的距离d1是10微米至500微米，例如45微米。在示出的示例中，第三多孔板355和第二多孔板359之间的距离d2是1微米至100微米，例如
8微米。在示出的示例中，第二多孔板359和孔板363(图6中未示出)(比较图2)之间的距离是1000微米至40000微米，例如5000微米。
[0052] 图7是第三多孔板355中的开口357中的一个的俯视图，示出了产生的电四极场的场线。在图7中指出了被施加以产生四极场并分配给所述电极373的电压。
[0053] 图8示出具有开口353的第一多孔板351、具有开口361的第二多孔板359和具有开口357的第三多孔板355以及具有单一开口365的孔板363的布置305，所述布置305很大程度上类似于图2中示出的布置，但是与其不同的是关于板的布置顺序。在图8示出的布置305的情况下，由粒子源产生的粒子也从附图表示中的上方入射到布置305上并且首先穿透孔板363中的开口365。在布置305下游的束路径中形成的粒子束3由中间的第一多孔板351中的开口353限定。然而，之前的所述粒子束穿透第二多孔板359中的开口361，该多孔板提供由控制器369产生在孔板363和第二多孔板359之间的电场产生的透镜作用。第三多孔板355中的开口357具有场发生器，相应地，也就是示出的示例性实施例中的电极，以在开口中产生四极场。
[0054] 对应于图2，图9是多个多孔板的布置的截面图，所述示图揭露了各孔板相对于另一个的保持和其制造的细节。图9的示图是示意性的。特别地，粒子束的传播方向上的方向(附图的平面中的竖直方向)使用比与其垂直的方向(附图的平面中的
水平方向)充分更大的放大因子来示出。
[0055] 其中包括用于粒子
辐射通过的开口的三个多孔板351、355和359非常薄。在各情况下，所述板由硅单晶制成的相当厚的板制造。通过
各向异性蚀刻，薄区域和开口形成于所述板中。在单独工艺步骤中，为了蚀刻或不为蚀刻的区域由常规
光刻步骤限定。
[0056] 第一多孔板351是较厚的第一板385的较薄的光圈区域，第二多孔板359是较厚的第二板386的较薄的光圈区域，并且第三多孔板355是较厚的第三板390的较薄的光圈区域。用于第一多孔板351的第一板385具有带有凸出部389的厚的
框架区域387，通过凸出部389，第一板385支撑在第三板390的光圈区域并固定。板385和390之间的固定可以例如通过接合来完成。为了控制相关接合工艺，多个开口391提供在框架区域387中，考虑正确定位第一多孔板351和第三多孔板355的开口，多个开口391与提供在第三板390中的开口392相互齐平。在接合操作中，开口391和392相互的校准可以在显微镜下检查。在
固化所用的接合剂之前，操纵器可以用于使板相对于另一个板移动，并且正确定位它们。通过类似的方式，用于第二多孔板359的第二板386的框架区域支撑在第三板390处，并且同样具有与第三板390中的开口392齐平的开口，从而同样通过接合将第二板386固定在第三板390上。第三板390的框架区域394支撑在作为多孔板布置的支持物的
基座396上。
[0057] 图9再一次示意性示出数据链路379的连接体397(比较图5)和用于使
电信号到第三板390上的引线398，所述信号转换为第三多孔板355的场发生器的激励，如上文结合图5所已经描述的。
[0058] 在图9示出的示例性实施例中，布置在三个多孔板的布置的中间的束路径中的多孔板支撑两个其他的多孔板。
[0059] 关于此的
变形是可设想的，以使例如首先布置在束路径中的多孔板支撑两个其他的多孔板，因为两个其他的多孔板通过接合固定到第一个多孔板。还可能的是，束路径中的第一多孔板通过接合而连接至束路径中的第二多孔板，同时束路径中的第三多孔板通过接合连接至束路径中的第二多孔板。
[0060] 此外，可能的是通过支持物将单独多孔板分离地保持在基座396上，从而各多孔板不通过接合连接至其他多孔板。在将两个或全部三个多孔板分离保持在基座上的情况下，还可在支持物中提供
致动器，例如
压电致动器，从而通过操作致动器来相对于彼此来校准多孔板。那么，多孔板相对于彼此的校准是可能的，尤其在操作期间是可能的。
