用于物体的粒子光学检查的粒子束系统和方法与流程

用于物体的粒子光学检查的粒子束系统和方法
1.本技术是申请日为2016年2月3日且发明名称为“用于物体的粒子光学检查的粒子束系统和方法”的中国专利申请no.201910426923.6的分案申请。
技术领域
2.本发明涉及一种使用多条粒子束操作的粒子束系统。


背景技术：

3.wo 2005/024881 a2已经披露了一种电子显微术系统形式的多粒子束系统，该系统使用多条电子束来操作以便借助于集束电子束来平行地扫描有待检查的物体。该集束电子束是借助于电子源产生的电子束产生的，该集束电子束被引向具有多个孔的多孔板。电子束的一些电子撞击在多孔板上并在那里被吸收，而该电子束的另一部分穿过多孔板的这些孔，从而使得在每个孔后面在电子束路径中形成电子束，该电子束的截面由孔的截面限定。另外，在电子束路径中在多孔板的上游和/或下游提供的合适地选定的电场引起多孔板中的每个孔对穿过孔的电子束起到透镜的作用，并且因此所述电子束聚焦在位于距离多孔板一定距离处的平面中。该平面(其中形成了电子束的焦点)通过后续光学器件成像在有待检查的物体的表面上，从而使得这些单独的电子束作为一次电子束聚焦撞击在物体上。在那里，它们产生来自物体的反向散射电子或二次电子，这些电子被形成为用于形成二次电子束并通过进一步的光学器件引导到检测器上。在所述检测器上，每一条二次电子束撞击在分开的检测器元件上，从而使得用其检测到的电子强度提供了与对应的一次电子束入射在物体上的位置处的物体有关的信息。这些集束一次电子束系统性地在物体的表面上扫描以便以扫描电子显微术的常规方式产生物体的电子显微图像。


技术实现要素：

4.本专利申请的目的是开发这类多束粒子束系统并且特别是进一步改进这类多束粒子束系统中的衬度(contrast)产生。进一步的目标在于指明用于物体的粒子光学检查的发展的方法。
5.所指明的目的首先是通过具有如下文所讨论的特征的粒子束系统来达成的。进一步的目的是通过如下文所讨论的用于物体的粒子显微检查的方法来达成的。从如下文所讨论的特征中显现出有利实施例。
6.根据一个实施例，该粒子束系统包括粒子源，该粒子源被配置成用于产生第一带电粒子束。另外，该粒子束系统包括多粒子束发生器，该多粒子束发生器被配置成用于从第一入射带电粒子束中产生多条部分粒子束，这些部分粒子束在空间上在垂直于这些部分粒子束的传播方向的方向上间隔开。在此，这多条部分粒子束至少包括第一部分粒子束和第二部分粒子束。该粒子束系统另外包括物镜，该物镜被配置成用于使入射的部分粒子束聚焦在第一平面中，其方式为使得该第一部分粒子束在该第一平面中入射在其上的第一区域与第二部分粒子束入射在其上的第二区域分开。另外，该粒子束系统包括检测器系统和投
射系统，该检测器系统包括多个检测区域。该投射系统被配置成用于将由于这些入射的部分粒子束而离开该第一平面的交互产物投射到该检测器系统的检测区域上。在此，该投射系统和该多个检测区域彼此匹配，其方式为使得来自该第一平面的该第一区域的交互产物投射到该检测器系统的第一检测区域上，而来自该第一平面的该第二区域的交互产物投射到第二检测区域上。在此，该第二检测区域不同于该第一检测区域。另外，该检测器系统包括用于根据这些交互产物对应的轨迹来过滤这些交互产物的过滤器装置。
7.通过根据交互产物对应的轨迹合适地过滤这些交互产物，就可以增大通过将检测器系统针对不同检测区域的输出信号合并形成整体图像而创造的图像的衬度。在此，过滤不应局限于对其轨迹在外部区域延伸远离投射系统的光轴的交互产物加以掩蔽或抑制。
8.所述带电粒子可以是电子和/或离子。具体地，这些交互产物可以是二次电子或反向散射电子。然而，这些交互产物还可以是由于物镜与物体之间的减速可能而经历逆转运动的一次粒子，其没有发生一次粒子与物体之间的物理散射过程。
9.在一个实施例中，过滤器装置具有多个第一检测场，这些第一检测场与第一检测区域相关联。另外，该过滤器装置具有多个第二检测场，这些第二检测场与第二检测区域相关联。在此，每个第一检测场和每个第二检测场被实施成用于以独立于在其他检测场上入射的交互产物的方式检测入射在对应的检测场上的交互产物。换言之，这个检测器的每个检测区域具有多个检测场，这些检测场在各自情况下彼此独立地检测交互产物。从文件us 8705172 b2和de 102010049627 a1、以及尚未公开的德国专利申请号10 2013 218 795.5中从光显微术中了解到这类仪器。
10.该粒子束系统另外可以包括控制器，该控制器被实施成用于从相关联的检测区域的这多个检测场分开地读出检测器信号并对其加以处理。可以通过评估从不同检测场生成的相关联的检测器信号来获得重要的附加信息。通过举例方式，对每个检测场的检测器信号加以分析使得可以确立相关联的一次部分粒子束是否聚焦地入射在物体表面上，即，物体的表面在入射的部分粒子束的位置是否与该第一平面重合。此信息可以随后用于启动自动化调整系统，如自动对焦系统、检测器调整系统或过滤器调整系统，以便实现部分粒子束在物体表面上的理想聚焦。另外，可以通过将属于同一检测区域的检测场的检测器信号相比较来获得可以在相关联的部分粒子束在物体上入射的位置处获得的、与所检查的物体的形貌有关的附加信息。另外，对属于该多个检测区域的或属于整个图像的检测器信号进行平均允许了获得与在由物体的表面上的平均化检测区域(物体区域)限定的区域内的样品的倾斜度有关的信息。而且，物体在该物体表面上的区域内的、由所评估的检测器信号限定的总体几何形状可以是通过评估属于该多个检测区域的检测器信号来确定的，并且此信息可以用于在与所评估的物体区域相邻的物体区域中矫正焦点和/或矫正像散。
11.在进一步的实施例中，检测系统此外可以包括产生弥散的元件。该产生弥散的元件于是导致与检测区域相关联的交互产物根据其对应的动能而分裂。通过对属于同一检测区域的检测场的检测器信号加以比较，就可以推断出当交互产物从物体出射时这些交互产物的动能。因此可以产生电压衬度。在此，电压衬度还应被理解为是指对于来自物体的带有不同电荷的物体区域的二次电子而言，所述二次电子从物体出射所带的电势不同。对此的一个实例是半导体结构中的接触孔，这些接触孔在导体轨道结构的不同平面之间建立接触。如果两个平面之间在这类接触孔中没有连接，则以带电粒子(例如，电子)来照射会在接
触孔中引起充电，因为电荷不能消散。非弹性散射粒子(例如，电子)或二次电子于是以与接触的接触孔情况不同的电势开始。由于因为电子的动能不同(其由于产生弥散的元件而引起不同的轨迹)而可以将这些电子彼此区分开的事实，就可以以显著更高的速度检测到未接触的接触孔，因为信噪比大大增大。
12.作为带有产生弥散的元件的实施例的替代方案，过滤器装置也可以是弥散产生成像能量过滤器。所检测到的交互产物可以借助于这类能量过滤器根据其动能而分裂并进行选择。还可以用这个实施例来产生电压衬度。
13.根据进一步的实施例，该投射系统包括交叉平面，并且该过滤器装置被实施为安排在这个交叉平面附近的光阑。具体地，该光阑可以具有环形孔。借助于环形光阑可以实现的是仅检测来自所检查的物体的、在特定虚拟起始角度范围下从物体出射出来的那些交互产物。由于环形光阑，根据来自物体的交互产物的初始速度的平行于物体表面指向的向量分量来进行选择。由此，就可以获得与物体表面或物体表面处的材料在相关联的部分粒子束入射的位置处的形貌有关的附加信息。具体地，可以通过环形光阑来部分地过滤穿过该光阑的交互产物的能量分布。由于交互产物的能量分布(特别是在二次电子作为交互产物的情况下)尤其还取决于局部表面电势和发射的二次电子的数目、在二次电子从物体出射的位置处的原子的原子质量数，所以在可以关于样品表面做出假设的程度上，可以因此获得与物体的材料成分在物体表面的相应位置有关的附加信息。
14.根据进一步的实施例，该投射系统可以包括彼此前后串列安排的多个粒子束透镜，这些透镜产生彼此前后相继的至少两个交叉平面。然后，可以对应地在这至少两个交叉平面中的每一者中安排一个光阑。通过举例方式，第一光阑可以具有中心孔，仅其轨迹离投射系统的光轴足够近地延伸的交互产物可以穿过该中心孔。使用这类“明视野光阑(bright field stop)”，可以防止不同检测区域之间串扰。换言之，借助于“明视野光阑”可以防止的是来自第一平面的第一区域的交互产物撞击在与第一平面中的不同区域相关联的检测区域上。再一次地，可以在第二交叉平面中安排带有环形孔的光阑。与以上已经描述的实施例中相似，于是就可以获得与物体表面处的原子质量数有关的附加信息和/或生成附加的形貌衬度。这可以优选地使用暗视野光阑(dark field stop)来执行。
15.通过改变粒子束透镜的焦距，就可以改变通过这些光阑获得的过滤效果。因此，在进一步的实施例中粒子束透镜的焦距是可变的。
16.这些粒子束透镜可以被实施为磁透镜或静电透镜，或者它们可以被实施为带有重叠的磁场和静电场的组合式透镜。
17.根据进一步的实施例，该粒子束系统另外包括粒子束偏转系统，该粒子束偏转系统被实施成用于使该第一粒子束和该第二粒子束垂直于其传播方向而偏转。在这种情况下，该控制器被另外实施成用于将属于这些部分粒子束的对不同检测区域的不同偏转的检测器信号合并形成图像。通过偏转这些部分粒子束，各部分粒子束就可以扫描整个第一区域，并且通过该多条部分粒子束的扫描所产生的图像信息就可以合并形成整体图像。
18.根据进一步的实施例，本发明涉及一种用于物体的粒子显微检查的方法，该方法包括以下步骤：
[0019]-在多个相互分开的场区域中对应地使用一条一次带电粒子束同时照射该物体。
[0020]-收集由于这些入射的一次粒子束而从该物体出射的交互产物，
[0021]-将这些交互产物投射到检测器的多个检测区域上，其方式为使得来自两个不同场区域的交互产物被投射到该检测器的不同检测区域上，并且
[0022]-以取决于这些交互产物对应的轨迹的方式过滤这些交互产物。
[0023]
具体地，可以根据这些交互产物的动能来过滤这些交互产物。
[0024]
如以上已经进一步描述的，在一个实施例中可以借助于检测器来过滤这些交互产物，该检测器每个检测区域包括多个相互独立的、对交互产物敏感的检测场。在此，可以对属于同一检测区域的这些检测场的信号相对于彼此加以评估，以便例如产生带有改进的电压衬度、改进的形貌衬度或改进的材料衬度的图像。另外，可以对特定对齐的边缘加以突出显示或产生物体表面的高度轮廓。
[0025]
在用于物体的粒子显微检查的方法的进一步实施例中，该粒子束系统以所谓的反射模式来操作。在这种方法中，静电势被施加给有待检查的物体，该电势基本上对应于该粒子束发生器或这些粒子束发生器(粒子源)的电势。由于施加于物体上的静电势，如同静电反射镜的情况，一次粒子束在到达物体之前、但非常靠近物体表面处减速到零动能，并逆向、即在返回到物镜的方向上加速返回。由于该物体的静电势而经历逆转运动的那些电粒子被收集起来，并且随后所收集到的带电粒子被投射到检测器的多个检测区域上，其方式为使得从该物体平面的两个不同场区域收集到的带电粒子被投射到该检测器的不同检测区域上。在根据本发明的方法的这个实施例中，还存在根据所收集的粒子对应的轨迹来过滤这些粒子。在此，可以借助于检测器来过滤所收集到的粒子，该检测器每个检测区域具有多个相互独立的、对所收集到的粒子敏感的检测场。
[0026]
当在反射模式下操作粒子束系统来检查不导电的物体时，在合适地选择辐射参数情况下，就有可能由于这些部分粒子束的一次粒子并不穿入到该物体中而几乎完全避免物体的由入射的一次粒子束导致的局部充电。如果物体电势改变，则可以确定一次粒子没有动能地落在物体表面上时的物体电势。由此，就可以确定物体电荷的电势。如果这针对物体表面上的多个不同点来执行，就可以确定物体表面附近的电势轮廓。由于上述对交互产物的过滤，就进而可以确定所述交互产物的轨迹。这些轨迹允许推断出在物体的表面附近的局部电势轮廓的形式、并且据此可以推断出物体表面的局部形貌。由于这种对表面的“非接触式”感测，就可以很大程度上省掉电荷补偿方法。具体地，可以通过不同的参数(如物体电势或多束粒子束系统的焦点位置)来从多个数据记录中以更高的准确度确定样品形貌。因此，该方法还可以含有以下步骤：改变物体电势、确定物体表面附近的电势轮廓、以及由物体表面附近的局部电势轮廓来确定物体表面的局部形貌。
[0027]
在用于使用多束粒子束系统来对物体进行粒子显微检查的方法的进一步实施例中，由于入射的一次粒子束而从物体出射的交互产物最初使用第一吸力场来收集并被投射到检测器的多个检测区域上，其方式为使得来自两个不同场区域的交互产物入射在检测器的不同检测区域上。随后，借助于与该第一吸力场不同的第二吸力场来收集由于这些入射的一次粒子束而从该物体出射的交互产物，该第二吸力场所收集的交互产物进而随后也被投射到检测器的多个检测区域上，其方式为使得来自物体的两个不同场区域的二次粒子被投射到检测器的不同检测区域上。随后，通过计算将属于不同吸力场但属于同一检测区域的检测器信号彼此相组合，其方式为使得产生富含物体的形貌效应的数据信号，该数据信号随后则用于产生图像和描绘图像。可以类似地针对三个、四个或更多不同吸力场来执行
这种方法，以便当通过计算进行组合时实现更高的准确度。如果吸力场能够穿入物体中，则这种方法还可以用于对物体表面下方的在单独图像中看不到的结构进行成像。
[0028]
在其中以不同吸力场来检测交互产物的上述方法中，还可以在检测交互产物之前额外地以取决于交互产物对应的轨迹的方式对这些交互产物进行过滤。如上所述，该过滤可以被实施为使用带有对于交互产物透射性的圆形或环形孔的光阑来在交叉平面中进行傅立叶过滤。作为其替代方案和同样如以上已经进一步描述的，可以借助于检测器来过滤这些交互产物，该检测器每个检测区域具有多个相互独立的、对交互产物敏感的检测场。
附图说明
[0029]
下面基于附图解释了前述和进一步实施例的细节。详细地是：
[0030]
图1：示出了多束粒子束仪器的实施例的示意图。
[0031]
图2：示出了第一实施例中的检测器系统的示意图。
[0032]
图3：示出了带有环形孔的光阑的俯视图。
[0033]
图4：示出了检测器系统的第二实施例的示意图。
[0034]
图5：示出了检测器系统的进一步实施例的示意图。
[0035]
图6：示出了带有圆形孔的光阑的俯视图。
[0036]
图7：示出了带有检测器的检测器系统的实施例的示意图，该检测器的每个检测区域具有多个检测场。
[0037]
图8：示出了带有多个检测区域的检测器的俯视图，其中以示意性方式在这些检测区域上指示了入射在这些检测区域上的交互产物的强度分布。
[0038]
图9：示出了带有多个检测区域的检测器的俯视图，其中以示意性方式在这些检测区域上指示了入射在这些检测区域上的交互产物的强度分布。
[0039]
图10：示出了带有能量过滤器的检测器系统的示意图。
[0040]
图11：示出了带有弥散元件的检测器系统的示意图。
[0041]
图12：示出了带有多个明视野孔和暗视野孔的多光阑的俯视图。
[0042]
图13：示出了检测器系统的进一步实施例的示意图。
[0043]
图14：示出了带有多个检测区域的检测器的进一步的俯视图，其中以示意性方式在这些检测区域上指示了入射在这些检测区域上的交互产物的强度分布。
[0044]
图15：示出了图14的检测器的进一步俯视图，其中检测场与检测区域之间有修改后的指配。
[0045]
图16：示出了用于放大形貌效应(topography effect)的方法的流程图。
具体实施方式
[0046]
图1是使用多条粒子束的粒子束系统1的示意图。粒子束系统1产生多条粒子束，这些粒子束入射在有待检查的物体上以便在那里生成交互产物，例如二次电子，这些交互产物来自该物体并随后被检测。粒子束系统1属于“扫描电子显微镜”(sem)类型，其使用多条一次部分粒子束3，这些一次部分粒子束撞击在物体7的表面上的多个位置5并且在那里产生多个空间上分开的束斑。有待检查的物体7可以属于任何类型，例如包括半导体晶圆、生物样品、小型化元件的安排等等。物体7的表面被安排在物镜系统100的物镜102的第一平面
101(物体平面)中。
[0047]
图1中的放大截面i1示出了物体平面101的俯视图，其中撞击位置5的规则矩形场103形成在第一平面101中。在图1中，撞击位置的数目为25，其形成5
×
5场103。撞击位置的数目25是为了简化说明而选择的小数目。在实践中，粒子束或撞击位置的数目可以被选择为显著更大，例如像20
×
30、100
×
100等等。
[0048]
在所示实施例中，撞击位置5的场103是在相邻撞击位置5之间具有恒定距离p1的基本上规则的矩形场。距离p1的示例性值是1微米、10微米和40微米。然而，场103还可以具有不同的对称性，例如像六边形对称性。
[0049]
第一平面101中形成的束斑的直径可以较小。这个直径的示例性值是1纳米、5纳米、10纳米、100纳米和200纳米。粒子束3聚焦形成束斑5是通过物镜系统100实现的。
[0050]
撞击在物体上的一次粒子产生交互产物，例如来自物体7的表面或来自第一平面101的、由于其他原因经历逆转运动的二次电子、反向散射电子或一次粒子。来自物体7的表面的这些交互产物通过物镜102形成为二次粒子束9。粒子束系统1提供粒子束路径11，以便将这多条二次粒子束9给送到检测器系统200。检测器系统200包括具有投射透镜205的粒子光学器件，该投射透镜用于将这些二次粒子束9引导至粒子多检测器209上。
[0051]
图1中的截面i2示出了平面211的俯视图，粒子多检测器209的单独检测区域位于该平面中，二次粒子束9在位置213撞击在这些检测区域上。撞击位置213位于场217中，彼此相距规则距离p2。距离p2的示例性值是10微米、100微米和200微米。
[0052]
这些一次粒子束3在粒子束产生设备300中产生，该设备包括至少一个粒子源301(例如，电子源)、至少一个准直透镜303、多孔安排305和场透镜307。粒子源301产生发散性粒子束309，该粒子束由准直透镜303准直、或在很大程度上准直以形成照射多孔安排305的粒子束311。
[0053]
图1中的截面i3示出了多孔安排305的俯视图。多孔安排305包括多孔板313，该多孔板在其中形成有多个开口或孔315。这些孔315的中心点317被安排在场319中，该场与通过束斑5形成在物体平面101中的场103相对应。这些孔315的中心点317彼此相距的距离p3可以具有5微米、100微米和200微米的示例性值。这些孔315的直径d小于这些孔的中心点之间的间距p3。直径d的示例性值是0.2
×
p3、0.4
×
p3和0.8
×
p3。
[0054]
照射粒子束311中的粒子穿过这些孔315并且形成这些部分粒子束3。照射粒子束311中撞击在板313上的粒子被该板捕获而无助于形成部分粒子束3。
[0055]
多孔安排305由于所施加的静电场而使每一条部分粒子束3聚焦，其方式为使得在平面325中形成粒子束焦点323。举例来讲，粒子束焦点323的直径可以是例如10纳米、100纳米和1微米。
[0056]
场透镜307和物镜102提供了第一成像粒子光学器件，该成像粒子光学器件用于将其中形成有粒子束焦点的平面325成像至第一平面101上，从而使得在该第一平面中创造撞击位置5或束斑的场103。就物体7的表面被安排在第一平面中的程度而言，束斑相应地形成在物体表面上。
[0057]
物镜102和投射透镜安排205提供第二成像粒子光学器件，该成像粒子光学器件用于将第一平面101成像在检测平面211上。因此，物镜102是第一和第二粒子光学器件两者的部分，而场透镜307仅属于第一粒子光学器件，并且投射透镜205仅属于第二粒子光学器件。
[0058]
粒子束开关400被安排在第一粒子光学器件的粒子束路径中，在多孔安排305与物镜系统100之间。粒子束开关400也是第二光学粒子器件的在物镜系统100与检测器系统200之间的粒子束路径中的部分。
[0059]
可以从国际专利申请wo 2005/024881、wo 2007/028595、wo 2007/028596、wo 2011/124352和wo 2007/060017以及申请号为de 10 2013 016 113.4和de 10 2013 014 976.2的德国专利申请中获得关于这类多束粒子束系统和其中使用的部件(例如粒子源、多孔板、以及透镜)的进一步信息，这些专利申请的披露内容以其全部内容通过引用包括在本技术中。
[0060]
另外，检测器系统200具有过滤器装置208，在该过滤器装置的帮助下，来自物体7或第一平面101的交互产物(例如，电子束9)根据其轨迹被过滤。以下基于图2-15更详细地描述了带有不同过滤器装置的检测装置的实例。
[0061]
多束粒子束系统另外具有控制器10，该控制器被实施成既用于控制多束粒子束系统的单独粒子光学部件还用于评估和分析多检测器209获得的检测器信号。另外，控制器10被实施成由多检测器209生成的检测器信号继而在再现装置(例如，显示器)上产生物体表面的图像。
[0062]
除了投射透镜205和多检测器209以外，图2中的检测器系统200具有两个进一步的粒子束透镜210、211。第一进一步的粒子束透镜210在交叉平面214中形成交叉。在这个交叉平面214中，在不同区域中离开第一平面101(物体平面)的交互产物的轨迹重叠。第二附加粒子束透镜211被操作成其方式为使得其焦平面基本上在第一附加粒子束透镜210的交叉平面214中。来自第一平面101中的不同区域的交互产物然后在第二附加粒子束透镜211后面再次彼此分开传播并且它们通过投射透镜205被投射到多检测器209的不同检测区域215。
[0063]
光阑213被安排在交叉平面214中或在交叉平面214附近，即在两个附加粒子束透镜210与211之间，在该光阑的帮助下，交互产物可以如所希望地根据它们对应的轨迹被过滤。图3和图6中描绘了两个示例性光阑213。图3中描绘的光阑213具有中心区域220和外周区域223，两个区域均不透射交互产物。在中心区域220和外周区域223之间，光阑213具有环形区域，该环形区域透射交互产物，在所描绘的实施例中，所述区域由三个环形段221、222、223构成。这些环形段221、222、223之间存在的将这些环形段彼此分开的腹板仅用于将中心区域220和外周区域223彼此连接。在这类环形光阑的帮助下，可以根据交互产物在从物体7出射时或在离开第一平面101时的起始角度来过滤这些交互产物。因此，仅在特定角区域中离开第一平面101的那些交互产物可以在对于交互产物而言透明的三个环形段221、222、223中的一个环形段中穿过光阑。在这类光阑的帮助下，可以增大形貌衬度，因为交互产物(例如，二次电子)主要在物体表面7的边缘处以相对于入射的部分粒子束较大的倾角出射。
[0064]
由于光阑213被安排在检测器系统的交叉平面214中，所以多粒子束系统的所有部分粒子束仅需要单个环形光阑。以此方式，由粒子束系统的所有部分粒子束从物体7上产生的交互产物经历相同的过滤。
[0065]
在图2的实施例中，这两个进一步的粒子束透镜210、211与光阑213和投射透镜205一起形成投射系统。
[0066]
图6中的光阑213仅具有透射交互产物的圆形孔214。借助于图2的检测器系统200
的交叉平面214中的这类“明视野光阑”可以避免检测器209的检测区域之间的检测信号串扰。当来自第一平面101中的场区域的交互产物撞击在没有指配给这个场区域的检测区域215上时，就可能产生检测区域215之间的串扰。借助于图6的明视野光阑213，就可以通过合适地选择圆形孔214的孔直径来确保光阑213过滤掉和吸收由于其轨迹而将撞击在不与对应的场区域相关联的检测区域上的交互产物。那些在从物体上出射时具有大的起始角度和大的起始能量的组合的交互产物的轨迹就径向方向方面而言就延伸在交叉平面的外部区域中。明视野光阑可以减少相邻粒子束之间的串扰。而且，明视野光阑可以影响衬度，例如像边缘衬度。
[0067]
为了能够产生不同的过滤，光阑213可以以可互换的方式安排在检测器系统200中，并且可以为多个光阑提供不同的孔直径、环直径和环宽度。作为仅带有一个光阑孔的可互换光阑的替代方案，还可以使用多光阑。图12中描绘了带有多个光阑孔803a-803d的多光阑803的俯视图。在图12中描绘的多光阑中，两个光阑孔803a、803b各自具有对于交互产物而言透明的环形孔，其中，环形孔的内径和外径是不同的。两个进一步的光阑孔803c、803d是圆形的并且具有不同的孔直径。然而，带有更多或更少不同光阑孔的其他光阑安排是有可能的。
[0068]
图13示出了检测器系统的示例性实施例，该检测器系统的设计与图2中的设计相似。检测器系统再一次包括第一附加粒子束透镜210，该粒子束透镜在交叉面中产生交叉。第二附加粒子束透镜211再一次被操作成其方式为使得其焦平面与通过第一进一步粒子束透镜210形成的交叉平面重合。来自第一平面101中的不同区域的交互产物然后在第二附加粒子束透镜211后面再次彼此分开传播并且它们通过投射透镜205被投射到多检测器209的不同检测区域215上。附加于图2的示例性实施例，在图13的示例性实施例中，在第一附加粒子束透镜210与交叉平面之间安排了第一双偏转系统801、802，并且在交叉平面与第二进一步粒子束透镜之间安排了第二双偏转系统803、804。在交叉平面中安排了如图12中以示例性方式描绘的多光阑803。借助于两个双偏转系统801、802、803、804，在这个示例性实施例中可以选择多光阑803的这些孔中的一个孔，其中，在图13中仅描绘了多光阑的两个孔803a、803b。因此，取决于对其的激励，可以借助于双偏转系统来在多光阑的帮助下在不同衬度之间切换。两个双偏转系统801、802、804、805因此起到孔选择器的作用。
[0069]
在图13的实施例中，两个进一步的粒子束透镜210、211与光阑213，双偏转系统801、802、803、804，和投射透镜205一起形成投射系统。
[0070]
除了投射透镜205和多检测器209以外，图4中的检测器系统200具有六个进一步粒子束透镜230、231、232、233、235、236。两个第一进一步粒子束透镜230、231在第一交叉平面238中形成第一交叉，两个后续进一步粒子束透镜232、233在第二交叉平面239中形成第二交叉。第二交叉平面239后面的两个进一步粒子束透镜235、236重汇集来自第二交叉平面239的交互产物的粒子束，其方式为使得来自第一平面101中不同场区域的交互产物借助于多检测器209上的投射透镜205而再次投射到多检测器209的不同检测区域215中。
[0071]
在检测器系统200的这个实施例中，可以在第一和第二交叉平面238和239中同时使用两个不同光阑237、234。通过举例方式，图6中描绘的明视野光阑213可以被安排在第一交叉平面238中，并且图3中描绘的带有环形孔的光阑可以被安排在第二交叉平面239中。在这个实施例中同时进行了检测区域215之间的串扰的抑制和根据交互产物在第一平面101
中的起始角度对交互产物的有目的过滤。
[0072]
在此，注意到的事实是两个光阑237、234还可以以互换方式来安排成使得带有环形孔的光阑被安排在第一交叉平面238中，而带有中心孔的光阑被安排在第二交叉平面239中。
[0073]
通过改变对进一步粒子束透镜230、231、232、233、234、235的激励，就可以在两个交叉平面238、239中彼此独立地设定交互产物的轨迹。通过改变在交叉平面238、239中的轨迹，就可以模拟不同的光阑半径和光阑直径，而无需为此机械地对光阑加以更换。在这种情况下可以使得进入检测器系统200中时的和进入投射透镜205中时的轨迹保持一致，从而使得可以维持第一平面101中的场区域与多检测器209的检测区域之间的关联。由第一平面101中的交互产物的所有部分粒子束传输的物体场在该过程中保持不变和恒定。
[0074]
在这种情况下，进一步的粒子束透镜230、231、232、233、235、236可以是磁透镜或静电透镜。
[0075]
在图4的实施例中，六个进一步的粒子束透镜230、231、232、233、235、236与两个光阑234、237和投射透镜205一起形成投射系统。
[0076]
图5中的检测器系统200的实施例具有与图4中的检测器系统200非常相似的设计。具体地，除了投射透镜205和多检测器209以外，图5中的检测器系统200再一次具有总计六个进一步的粒子束透镜230、231、232、233、235、236，在这些进一步粒子束透镜中，前两个进一步粒子束透镜230、231再一次在第一交叉平面238中产生第一交叉，而后续两个进一步粒子束透镜232、233再一次在第二交叉平面239中产生第二交叉。附加于图4中的实施例，图5中的检测系统200对应地在第一交叉平面238前面和第一交叉平面238后面各自具有一个偏转系统240、244。检测器系统200同样在第二交叉平面239前后对应地具有一个偏转系统241、242。由于对相应交叉平面238、239前面和后面的偏转系统(相应地一个光阑237、238位于其间)的不同激励，就可以放大多检测器209检测到的信号中的边缘效应并且可以产生阴影效应。在此，重要的是交互产物束通过相应地安排在交叉平面前面的偏转系统244、241经历的偏转被通过安排在相应交叉平面后面的偏转系统240、242再次进行补偿。由于交叉平面位于对应地指配给彼此的两个偏转系统之间，所以这意味着安排在交叉平面前面的偏转系统244、241和安排在同一交叉平面后面的偏转系统240、242在特定配置情况下可以产生完全相同的偏转。
[0077]
可以通过记录在交叉平面中具有不同偏转角度的多张图像并通过在控制器10中评估对应地发生的阴影效应来生成样品表面的3d数据记录。
[0078]
偏转系统240、244、241、242可以对应地实施为单偏转系统或双偏转系统，其中单偏转系统对于大多数应用而言是足够的。
[0079]
在图5的实施例中，六个进一步的粒子束透镜230、231、232、233、235、236与两个光阑237、238，偏转系统240、244、241、241，和投射透镜205一起形成投射系统。
[0080]
图7示出了检测系统的进一步实施例的多检测器209的俯视图。检测器209还具有针对平面101的各场区域的相关联的检测区域215a、215b、215c。然而，在这个检测器209中，检测区域215a、215b、215c各自再一次被细分成彼此独立地进行检测的多个检测场216a、216b。在图7中，对检测区域215a、215b的这种细分成彼此独立地进行检测的检测场216a、216b仅是针对一列检测区域(通过检测区域215b和215c)来描绘的。而且，在图7中针对每个
检测区域215b、215c对应地描绘了20个检测场216a、216b。然而，每个检测区域215b、215c的检测场216a、216b的数目还可以是不同的数目；特别是每个检测场可以呈现出更多、或更少的检测场。每个检测区域的检测场的数目优选地在3与64的范围内。有可能有检测场的正方形或六边形安排、但其他对称性也是有可能的。在高测量速度并不那么重要的情况下，每个检测区域的检测场的数目还可以显著更大。
[0081]
在检测器系统200的这个实施例中，仅当对应的交互产物撞击在多检测器209上时，才根据交互产物对应的轨迹来过滤交互产物，这种过滤是通过在控制器10进行的后续评估中保持不对属于同一检测区域215b、215c的检测场216a、216b的输出信号加以考虑来用于产生图像、或通过藉由控制器10以适合的方式计算来将属于同一检测区域的这些不同检测场的输出信号彼此加以组合来实现的。
[0082]
可以以许多不同方式实现带有每个检测区域215a、215b、215c多个检测场216a、216b的对应多检查器209。这类多检测器209的第一实施例可以是带有上游闪烁体的ccd相机。ccd相机的每个像素于是形成检测场216a、216b并且多个检测场一起就相应地形成一个检测区域215a、515b、215c。在另一个实施例中，可以在闪烁体与检测器之间安排将通过交互产物撞击在闪烁体上而在该闪烁体中产生的光传送到检测器的光缆。光缆于是针对每个检测场216a、216b具有至少一条光纤。并且检测器同样针对每个检测场具有专用检测器或专用检测器像素。然而，替代地，对应的检测器209也可以是非常快速的像素化电子检测器，该检测器直接将入射电子(交互产物、二次电子)转换成电信号。在这种情况下，每个检测器像素也形成检测场。所描述的实施例的组合也是有可能的。通过举例方式，安排在闪烁体后面的光缆可以引向第一组检测器，这组检测器仅每个检测区域具有单一的检测器。通过安排在闪烁体与光缆的入口端之间的分束器，在闪烁体中产生的光的另一部分可以被引导至第二组检测器，这组检测器每个检测区域具有多个检测器。与同一检测区域相关联的每个检测器于是形成检测场。由于两组检测器具有非常不同数目的检测器，所以这两组检测器于是可以用针对整个检测器组的相应不同的时钟来读取。由于第二组检测器因为检测器数目较大而通常具有较低时钟，所以可以用这组检测器获得不要求高数据速率的信号，例如像部件的用于粒子束调整的信号，而使用第一组检测器获得用于产生图像的信号。
[0083]
图8和图9分别描绘了对应的多检测器209的进一步的俯视图，在检测区域内同时指明了入射在相应检测区域上的交互产物的对应粒子束的强度分布。
[0084]
如果物镜102、粒子束开关400和投射透镜205完全无像差，并且如果物体表面是平坦的且无电荷，则来自平面101中的每个场区域的交互产物应通过由物镜、粒子束开关400和投射透镜205制成的系统被投射到检测器209上，其方式为使得每个检测区域215中的强度分布是旋转对称的，如针对图8中的检测区域215e中的强度分布515e所指示的。然而，由于不同的效应，入射在相应检测区域上的实际强度分布偏离这种理想情况。通过举例方式，这样的效应可以是影响来自物体的二次电子的起始状况的物体表面形貌效应、或者其他简单的电荷效应。而且，可能由于物镜102、粒子束开关400和投射透镜205的像差而在检测区域中出现与旋转对称性相偏离的强度分布。这在图9中用检测区域215a中的十字515a来指示。如果像差引起的与旋转对称性的偏差在理想聚焦情况下是已知的，则此信息可以用于产生自动对焦信号。为此，可以关于其空间分布对同一检测区域的这些单独检测场中检测到的交互产物和由其而来的检测器信号加以分析。如果所确立的强度分布对称性与已知的
刻意几何形状相偏离，就有必要进行调整，例如重新聚焦。当检测区域中的强度分布的对称性具有所预期的对称性时，就实现了理想聚焦。相对于预期位置或预期分布使得检测器处的交互产物的强度分布整体位移或变形允许得出关于整体样品几何形状的结论，例如像样品倾斜、或整体样品电荷。在此，如果样品特性遍布多于一个单独粒子束的场区域，则该样品特性是整体性的。
[0085]
如果一次部分粒子束撞击在第一平面101中的物体表面的边缘上，这由于来自样品的交互产物的不同轨迹而通常引起多检测器209的平面中强度分布的移位和强度分布形式的变化。这在图8中针对部分215c和215d中的强度分布515c和515d进行了指明。多检测器209的平面中的交互产物的变化后的强度分布形式是由物体的表面形貌或由其他效应(例如像局部充电)导致的交互产物轨迹的对应变化所引起的。通过评估用这些单独的检测场记录的检测信号，就可以再一次确定所检测到的交互产物的强度分布的移位和强度分布与旋转对称性的偏差二者。通过评估此附加信息，就可以例如借助于对边缘加以突出显示来改善随后呈现给使用者的图像信息。
[0086]
在具体地反射模式下，可以通过确定二次电子在检测器上的位置来推断出局部二次电子起始角度。有利的是让这种评估每张图像(帧)进行多于一次，并且特别有利的是每个扫描像素都进行这种评估。可以与关于物体的进一步信息(如材料成分和/或形貌特征的高度)一起由起始角度分布来计算这些特征的横向形式。为此，可以分析二次电子产生的亮度分布的相对位置，并且可以分析在检测器处的局部相对粒子束形式变化和粒子束位置变化。
[0087]
物体在一次粒子束的撞击位置处充电也导致检测器平面中交互产物的强度分布的移位并且导致交互产物的强度分布形式的变化。如在图14中描绘的，物体在充电区域810中充电可以导致检测区域811的一部分中的交互产物具有更宽的强度分布。在其他检测区域812、813、818中，强度分布相对于未充电的物体的情况发生位移，并且部分还是长形的，从而使得在多检测器209的平面中出现椭圆形强度分布。在其他检测区域814、815中，这些检测区域在物体表面上的位置离充电区域足够远，物体的充电不再具有影响并且强度分布具有其预先确定的形式和位置。特别是在检测区域817中可能容易存在检测信号串扰，相邻检测区域812的强度分布会投射到这些检测区域中。
[0088]
可以通过评估这些单独检测场中的检测器信号来以有针对性的方式产生电荷衬度图像。通过举例方式，这可以借助于检测到交互产物的特定强度分布形式的那些点来引起的，在所描绘的图像中以特殊方式描绘了那些点。另外，通过对检测区域与所指配的检测场之间的关联基于借助于这些检测场所确定的强度分布地加以修改就可以防止串扰。这在图15中针对检测区域811a、812a、818a进行了描绘。在图15中根据这些单独检测区域中相应的局部确定的强度分布来确定对应地描绘成正方形的检测场，并且将其重新组合以形成检测区域811a、812a、818a，其方式为使得交互产物的对应强度分布完全位于各检测区域的边界内。通过举例方式，在重新指配之后，在图14中，六个检测场与原始检测区域811相关联，而在对一个不同的原始检测区域812进行重新指配之后出现了带有十个检测场的检测区域812a。在为检测区域重新指配这些检测场之后，所有检测场中的检测器信号然后对应地加成一个信号并且将之与物体表面上的对应物体点相关联而成为图像信号。可选地，在评估物体表面上的单独图像点的检测器信号的过程中可以实现为检测区域重新指配检测场。
[0089]
如上所述，充电或边缘衬度过大可以在针对每个图像检测区域具有单个固定检测区域的多检测器中导致串扰(检测器通道之间的串扰)，这是因为检测信号部分地不再与检测区域唯一地相关联。使用每个检测区域具有多个检测场的检测器(也就是说其中针对每个一次粒子束有多个检测器可供使用)就可以对与各检测区域相关联的检测场进行重新关联，其方式为，取决于在通过寻找具有增大的信号强度的简单连续区域来分析粒子束位置之后得到的粒子束位置，首先使得减少串扰、并且其次使得其他通道中不损失检测器信号。特别有利的是这种评估不只是每帧实施一次，而是每帧或甚至每个像素实施多次。结果是，大幅度减少了对可能的电荷补偿系统的要求或对物体的形貌要求。
[0090]
特别是在充电物体情况下，借助于这种方法就有可能在反射模式下如上所述地推断出局部物体结构。
[0091]
通过整合属于同一检测区域215a的所有检测场的所有检测器信号，就还有可能在用一次粒子束对物体进行照射引起局部物体充电的条件下获得图像信息。
[0092]
图10中的检测系统200除了多检测器209和投射透镜205以外还具有所谓的成像能量过滤器600，例如欧米茄过滤器。通过举例方式，在us4740704a中描述了这类成像能量过滤器。成像能量过滤器600将第一输入侧平面601以消除色差的方式成像到输出图像平面602中。同时，该成像能量过滤器将第二输入侧平面603以弥散的方式成像到第二输出图像平面604、弥散平面中。通过在使第二输入侧平面603成像于其中的弥散平面604中安排光阑，就可以改变能够穿过过滤器600的那些交互产物的能量。以这种方式可以实现的是仅通过多检测器209检测来自物体的、具有由弥散平面604中的光阑所预先确定的能量的那些交互产物。在这个实施例中，对交互产物的过滤也是根据交互产物在投射系统中对应的轨迹来实现的，即使能量过滤器确保了每个交互产物的轨迹都是取决于其在过滤器中的动能的也是如此。在这个实施例中，成像能量过滤器600与投射透镜205一起形成投射系统。
[0093]
以上述方式，可以使用多粒子束系统产生电压衬度图像，因为交互产物的能量是由物体在交互产物离开该物体的位置处的电势确定的。
[0094]
图11描绘了检测器系统200，该检测器系统除了多检测器209和投射透镜205以外还具有弥散产生元件700。通过举例方式，这类弥散产生元件可以是扇形磁场。进入弥散产生元件700的交互产物根据其动能在弥散产生元件700中分裂。在这种情况下，多检测器209(像图7中的检测器)每个检测器区域具有多个检测场216a、216b。来自平面101中各场区域的交互产物于是由于弥散产生元件700中的弥散而撞击在同一检测区域215b的不同检测场216a、216b上。由于对这些不同检测场中的检测器信号的合适评估，就可以再一次获得图像信息，该图像信息是取决于对应检测场中检测到的交互产物的动能的。由于交互产物的动能进而取决于在交互产物离开第一平面101的位置处的静电势，所以就可以以此方式产生电压衬度图像。
[0095]
通过评估属于同一检测区域的检测场中的信号分布，就可以得出关于整个系统的调整状态的结论。这些结论或此信息可以用于以自动化方式重新调整系统或激活自动化调整动作。对属于同一检测区域的检查场中的信号分布形式或信号偏移进行评估也可以用于得出关于聚焦参数或其他参数(如物体表面的倾斜度)的结论。此外或替代地，属于同一检测区域的检查场中的信号分布可以在多个检测场上和/或在一段时间上加以平均。这于是就提供了关于总体物体特性的信息，如物体表面相对于粒子束系统的光轴的总体倾斜度。
[0096]
图16描述了可以使用粒子束仪器来实施的并且通过其可以获得物体表面的具有放大形貌效应的图像信息的一种方法。在第一步骤中，在多个相互分开的场区域中在各自情况下使用一次带电粒子束同时照射物体表面。在此，在步骤902中，由于入射的一次粒子束而从物体出射的交互产物被借助于第一吸力场而收集起来并且该第一吸力场所收集的交互产物被投射到检测器的多个检测区域上，其方式为使得来自两个不同场区域的交互产物被投射到检测器的不同检测区域上。之后，在进一步的步骤903中，在该多个相互分开的场区域中再一次对应地使用一次带电粒子束来同时照射物体表面。在此，在步骤904中，由于入射一次粒子束而从物体出射的交互产物被借助于第二吸力场而收集起来，其中，该第二吸力场不同于该第一吸力场。在此，该第二吸力场所收集的交互产物进而被投射到检测器的该多个检测区域上，其方式为使得来自物体的两个不同场区域的交互产物被投射到检测器的不同检测区域上。在后续的步骤905中，对两个不同吸力场情况下检测到信号一起加以评估，并且在步骤906中，从在不同吸力场情况下获得的检测器信号中获得对物体的形貌效应加以突出显示的数据信号。步骤901和903中的两个吸力场在这种情况下应彼此显著不同；具体是，在物体的表面处，较强吸力场的电场强度应比较弱吸力场的电场强度大至少10％、甚至更好地超过20％。同时，较强吸力场的电场强度应比较弱吸力场的电场强度大至少100v/mm。