包含多束偏转装置和束终止器的粒子束系统，操作粒子束系统的方法及相关的计算机程序产品与流程

1.本发明关于以多个粒子束操作的粒子束系统。


背景技术：

2.就像单束粒子显微镜一样，多束粒子显微镜可用于在微观尺度上分析物体。举例来说，可使用这些粒子显微镜来记录表示物体表面的物体的图像。以这种方式，可例如分析表面的结构。在单束粒子显微镜中，使用带电粒子(例如电子、正电子、介子或离子)的单粒子束来分析物体，而在多束粒子显微镜中，使用多个粒子束用于此目的。多个粒子束(也称作波束(bundle))同时导向至物体表面，其结果为，相较于在相同时段内使用单束粒子显微镜，可对物体表面的明显更大的区域进行取样和分析。
3.wo 2005/024 881 a2揭露了形式为电子显微镜系统的多粒子束系统，其使用多个电子束进行操作，以使用平行的电子束波束来扫描待检查物体。电子束波束是通过将电子源产生的电子束引导到具有多个开口的多孔径板上而产生的。电子束的一部分电子撞击多孔径板并在该处被吸收，而束的另一部分穿过多孔径板中的开口，使得电子束在每一开口下游的束路径中被塑形，该电子束的横截面由开口的横截面来定义。此外，设置在多孔径板的上游和/或下游的束路径中的适当选择的电场具有以下效果：多孔径板中的每个开口在穿过开口的电子束上作用为透镜，使得电子束聚焦在距多孔径板一定距离的平面上。通过下游光学单元将其中形成电子束的焦点的平面成像到待检查物体的表面上，使得个别电子束以聚焦方式撞击物体作为初级束。它们在该处产生从物体发出的相互作用产物，例如反向散射电子或二次电子，这些相互作用产物被塑形以形成二次束，并由另一个光学单元引导到检测器上。每个二次束在该处撞击单独的检测器元件，使得由该检测器元件所检测到的电子强度提供了有关物体在相应的初级束撞击物体的位置处的信息。初级束的波束在物体表面上被系统地扫描，以使用扫描电子显微镜惯用的方式产生物体的电子显微照片。
4.在所述的多粒子束系统中，高分辨率对于在实践中获得满意和成功的使用是非常相关的。粒子束系统的分辨率通常受到个别像素的扫描网格或样品上每个像素的停留时间的限制以及受到粒子束直径的限制。为了尽可能精确地观察样品上每个像素的特定的停留时间或特定扫描网格，有必要对扫描粒子束进行精确控制，且可能希望以针对性的方式短暂中断粒子束在样品上的入射，例如在扫描过程中出现跳行的情况，或是在为了扫描不同的样品区域而移动样品台的情况。
5.原则上，偏转装置与束终止器的结合使用已知用于这样的粒子束的中断(所谓的“遮蔽(blanking)”)或粒子束在物体上的入射的中断。举例来说，在us 8,759,796 b2和us 2018/0151327 a1中出现了用于单束粒子显微镜的相应配置。粒子束通过带电偏转板进行偏转，并使用简单的光阑作为束终止器。由于与单束粒子显微镜的束管直径相比，单粒子束的束直径小，因此原则上可将光阑依需求定位在粒子光学单元内。
6.由于空间原因，在多粒子束系统中不存在这种设计自由度，因为与多束粒子系统
的情况中的束管相比，束阵列具有相对较大的直径。因此，在多粒子束系统中(特别是在多束粒子显微镜中)的偏转装置被配置在阴极附近，且相关的束终止器被配置在阳极附近，因此仍在产生多个个别粒子束的上游。然而，这种标准配置导致在多粒子束系统中的多束产生器附近产生不想要的电荷，该多束产生器用于从单个粒子束产生多个个别的粒子束。这些电荷是不利的，且妨碍了要尽可能均匀的多束产生器的照明，或者导致多束产生器的多孔径板中的孔径的透镜效应受到损害。在最坏的情况下，这会导致图像失真。


技术实现要素：

7.因此，本发明的目的为提出改进的粒子束系统，特别是多束粒子显微镜，其包含偏转装置和束终止器，其解决了上述问题。
8.此目的通过独立权利要求的主题来解决。由从属权利要求可清楚看出本发明的有利实施例。
9.本发明主张申请号为102019008249.4的德国专利申请案的优先权，其揭露的全部内容通过引用并入在本专利申请案中。
10.在此，本发明基于以下基本考虑：首先，根据本发明使用多束偏转装置，以使多个带电的第一个别粒子束共同偏转。因此，首先产生多个个别的粒子束，且由多束偏转装置所进行的选择性遮蔽或偏转仅随后以集体的方式实施。因此，如从粒子束的传播方向以及相对于粒子光学束路径所见，根据本发明的偏转装置仅配置在多束产生器的下游，其首先产生多个个别粒子束。这避免了对多束产生器产生不想要的充电。其次，束终止器在粒子光学束路径中的巧妙配置考虑了多粒子束系统中有限的空间条件。这是因为束终止器配置成与粒子束直径减小或为最小值的位置齐平。在这种情况下，举例来说，这可能是交叉点或中间图像的位置。下文将更详细地解释本发明：
11.根据本发明的第一方面，本发明关于一粒子束系统，更具体地为关于一多束粒子显微镜，其包含以下：
12.至少一个粒子源，其构造成产生带电粒子束；
13.第一粒子光学单元，其具有第一粒子光学束路径，该粒子光学单元构造成产生多个个别粒子束，并将这些个别粒子束成像在物平面上；以及
14.第二粒子光学单元，其构造成成像多个第二个别粒子束，其从物平面中的入射点发出到检测器单元上；
15.其中粒子束系统更包含以下：
16.多束产生器，其构造成从该带电粒子束中产生多个带电的第一个别粒子束；
17.物镜，其中个别粒子束基本上穿过该物镜，且该物镜构造成将第一个别粒子束引导在物平面处，使得第一个别粒子束在多个入射点处撞击在物平面上；
18.束开关，其配置在多束产生器和物镜之间的第一粒子光学束路径中，并配置在物镜和检测器单元之间的第二粒子光学束路径中，第一粒子光学束路径和第二粒子光学束路径在束开关内分支；
19.束终止器；以及
20.具有控制器的多束偏转装置，
21.其中多束偏转装置配置在多束产生器下游和束开关上游的第一粒子光学束路径
中，
22.其中控制器构造成借助于多束偏转装置暂时地共同偏转第一个别粒子束，使得第一个别粒子束基本上入射在束终止器上，因而不是入射在物平面上，以及
23.其中束终止器配置在第一粒子光学束路径中、与粒子束直径减小或为最小值的位置齐平。
24.带电粒子可例如为电子、正电子、介子(muons)或离子或其他粒子。较佳地，带电粒子为例如使用热场发射源(tfe)产生的电子。然而，也可使用其他粒子源。
25.原则上，现有技术中已知多束产生器。举例来说，多束产生器可包含由多孔径板和对应电极所构成的多透镜阵列。可替代地，多束产生器可包含多孔径板和多偏转器阵列。两个多束产生器在产生多个带电的第一个别粒子束的方式上有所不同；特别地，当使用多透镜阵列时，出现真实的中间图像，而当使用多偏转器阵列时，可能出现虚拟的中间图像。本发明可与所描述的多束产生器的两个变型结合使用，但其他的多束产生器构造也是可能的。
26.粒子光学物镜可为磁性透镜或静电透镜或组合的磁性/静电透镜。
27.多束偏转装置在粒子束的传播方向上配置在多束产生器下游以及束开关上游的第一粒子光学束路径中，因此在多束产生器和束开关之间。这防止了在遮蔽过程期间对多束产生器的不利充电。此外，多束偏转装置构造成以相同偏转场作用在所有第一个别粒子束上。因此，没有针对单独的个别粒子束提供单独的偏转装置。相反地，在多束偏转装置的协助下，共同地实现个别粒子束的偏转。
28.多束偏转装置的控制器构造成借助于多束偏转装置使第一个别粒子束暂时地偏转，使得第一个别粒子束基本上入射在束终止器上并因此不在物平面上。控制器可为用于多束偏转装置的单独控制器。多束偏转装置的控制器也可整合在整个系统的控制器中，即整合到整个粒子束系统的控制器中。控制器控制了遮蔽程序。此处暂时地实现所获得的第一个别粒子束的偏转，因此不是永久地实现。可以间隔类型的方式来实现暂时的偏转，并且偏转时间间隔各自具有相同的长度。然而，这些时间间隔也可能会有所不同。有利的操作模式将在本专利申请案中进一步描述于下文。
29.此外，根据本发明，束终止器配置在第一粒子光学束路径中、与粒子束直径减小或为最小值的位置齐平。这考虑到了多粒子束系统中的有限空间条件。特定的减小或最小的粒子束直径可相关于多个个别粒子束的各自粒子束直径。然而，替代地，这也可相关于整体粒子束直径，其由多个个别粒子束整体所形成，并因此由粒子束阵列或个别粒子束波束所形成。当提及粒子束直径减小或为最小值的位置时，参照的是没有由多束偏转装置造成偏转的粒子光学束路径，但个别粒子束入射在物平面。因此，在停用多束偏转装置的情况下，束终止器也不位于粒子束直径减小或为最小值的位置；相反地，在多束偏转装置使个别粒子束偏转的情况下，束终止器与此位置位于同一水平，在个别粒子束撞击的位置处。
30.根据本发明的较佳实施例，第一粒子光学束路径具有在物镜上游的个别粒子光束的交叉平面，且束终止器配置在第一粒子光学束路径中、与交叉平面齐平。第一个别粒子束在此交叉平面中彼此交叉，因此整个粒子束阵列的粒子束直径在此处为最小或至少减小。第一个别粒子束在交叉点中以最大可能的程度彼此接近。典型地，所有个别粒子束(即个别粒子束波束)的共同横截面在交叉平面中约为25μm至200μm。因此，即使在多束粒子束系统
中的空间条件受限的情况下，束终止器也可配置为与此交叉齐平。此外，多束偏转装置的熟练配置和致动使得有可能在具有同样很小的粒子束直径的束终止器处偏转个别粒子束波束。因此，有可能也以尽可能小且节省空间的方式来实施束终止器。根据本发明的实施例，交叉平面配置在束开关和物镜之间。
31.根据本发明的较佳实施例，束终止器配置在第一粒子光学束路径中，其与面向多束产生器的物镜的上焦平面基本上齐平。在此平面中，个别粒子束的直径为最小。较佳地，物镜的上焦平面对应于交叉的个别粒子束的交叉平面。此设置也允许个别粒子束在物平面上或在位于该处的样品上的远心入射。
32.根据本发明的较佳实施例，多束偏转装置配置和/或控制使得由多束偏转装置所偏转的个别粒子束在交叉平面中和/或在物镜的上焦平面中基本上经历平行偏移。此处，可在中间图像附近设置多束偏转装置。也有可能将多束偏转装置与场镜系统结合。场镜系统包含至少一个场镜；它也可为具有两个、三个、四个或更多个场镜的场镜系统。
33.在交叉平面中的平行偏移(根据该偏移，交叉平面中的入射位置发生了变化，但在交叉平面中的个别粒子束的方向却没有改变)导致了以下事实：被偏转或遮蔽的个别粒子束的粒子束直径也减小或最小化。因此，与交叉点齐平配置或在交叉平面中的束终止器可具有相应较小的尺寸或束捕获面积。物镜的上焦平面中的平行偏移是有利的，因为在该个别粒子束的偏移过程中(精确地说，直到被偏转的个别粒子束偏转到无法再通过物镜而是入射在束终止器上的程度为止)，个别粒子束在物平面或样品上的入射位置不会改变。因此，此处可非常快速和突然地实现个别粒子束的可观察到的激活和停用，而无需个别粒子束通过物体。
34.根据本发明的较佳实施例，束终止器包含杯状物。因此，束光阑在此处不是具有基本上平坦的表面或用于粒子束的撞击面的光阑；相反，束终止器具有预定义的深度或空腔，被偏转的个别粒子束被偏转进入其中，以在该处被捕获或吸收。与具有平面表面的束终止器(例如光阑)的情况下相比，使用具有一定深度的束终止器可确保更有效，且特别是更有针对性和更明确的束捕获。在偏转束的入射位置处可能形成进一步充电的污染。通过使用在入射点处有一定凹陷的束终止器，可将这些电荷与通过杯状物而没有偏转的其他束隔离开。如果束终止器相应地深且窄，且如果相应地控制在其中待吸收的粒子束的入射方向，则即使在个别粒子束反射的情况下，也可能防止这些反射的个别粒子束以不受控制且非常发散的方式从束终止器重新出现。因此，二次电子也不能以不受控制和非常发散的方式从束终止器出现。此外，在针对性地进入束终止器的情况下，很大程度上避免了进入区域中的电荷。在这里，杯状物可有不同的设计。举例来说，杯状物的深度可大于1cm，尤其是至少1.5cm。
35.根据本发明的较佳实施例，杯状物相对于粒子束系统的光轴基本上为旋转对称的。这允许个别粒子束在不同方向上的偏转和吸收。
36.根据本发明的较佳实施例，杯状物具有沿其纵轴的通道开口，且在通道开口的周围配置了具有用于束捕获的大致环形横截面的沟槽。在此，杯状物配置成使得粒子束系统的光轴特别是沿着杯状物的纵轴延伸穿过杯状物的通道开口。因此，在束终止器的此实施例中，未被多束偏转装置偏转的个别粒子束基本上不受干扰地穿过杯状物的通道开口。相反地，如果激活多束偏转装置，则个别粒子束会偏转进入环形沟槽中。在此处，环形沟槽较
佳具有连续的圆周，使得个别粒子束可围绕系统的光轴在任何方向上偏转并转向进入沟槽。因此，通过对多束偏转装置的熟练控制，可将整个环形沟槽临时地用于束捕获，因此，由此产生的电荷分布或充电分布在整个环形沟槽中，而不仅限于沟槽的几个点。
37.根据本发明的较佳实施例，环形沟槽的束进入开口在内环上具有锐利边缘，其中提供了相对于杯状物的纵轴倾斜并远离纵轴的表面，其从这个锐利边缘延伸到沟槽中。锐利边缘的提供确保了在束进入开口的区域中存在很少用于对束终止器进行充电的区域。如上述对齐并从此锐利边缘开始的锥形表面，即使在杯形边缘上发生偏转的情况下，也有助于将个别粒子束反射到环形沟槽中。这增加了束终止器的效率。
38.根据本发明的另一较佳实施例，束进入区域中的通道开口的直径从通道开口的束进入开口处开始增大。在此，束进入区域表示杯状物在安装状态中面向多束偏转装置的上部区域及其通道开口。举例来说，可借助于底切来实现通道开口直径的改变。通道开口的直径在束进入开口下方的粒子光学束路径的方向上可基本上为恒定。所描述的直径在上部区域中的变化确保了穿过杯状物的个别粒子束不会与内管或通道开口的内壁接触，而是与通道开口的内壁保持所需的最小距离。
39.根据本发明的较佳实施例，吸收体材料配置在环形沟槽的底部。举例来说，此材料为针对入射在其上的粒子束具有低反向散射系数的材料。较佳地，这些是具有低原子序数的材料，例如碳、铝、铍等。另外，材料的选择应使得在入射到材料上的情况下，在可能的情况下不产生二次电子。
40.根据本发明的较佳实施例，杯状物至少部分地嵌入物镜中，特别是螺旋嵌入，和/或所述杯状物可借助于一更换工具来进行更换。为此，可在杯状物的下部设置用于将杯状物旋入物镜的螺纹，其位在束进入开口的对面。粒子束系统的粒子光学物镜通常包含上(源侧)极靴和下(物体侧)极靴。两个极靴都具有与物镜的光轴重合的极靴孔。内部为真空的束管可穿过上极靴的极靴孔延伸。在此，上极靴通常不是平坦的，然而其形式具有漏斗形的实施例，且较佳地处于接地电位。现在，束终止器或杯状物可全部地或部分地嵌入上极靴的极靴孔中。较佳地，在束管中的这种嵌入是在物镜内实现的。物镜的极靴相对容易接近。它们可通过样品室来取得，以安装或在必要时更换束终止器。尽管在这种更换过程中需要使样品室通气，但没有必要为此破坏粒子束系统其余部分的高真空。因此，将杯状物嵌入物镜中确保了能够非常快速地进行杯状物的可能更换程序。较佳地，杯状物为非磁性的；如果物镜是磁性物镜，则这是有利的。
41.根据本发明的较佳实施例，多束偏转装置与束终止器之间的距离为至少20cm，较佳为至少30cm。此长度规格涉及多束偏转装置与束终止器之间的最小距离，因为部件本身也具有空间范围。沿系统的光轴进行测量。在这种情况下，至少20cm、较佳为至少30cm的漂移路径是相对较长。这是有利的，因为对于个别粒子束的偏转仅需要相对较低的电压。电压通常小于100v。如果漂移路径更短，即距离更短，则必须使用更强的电场来偏转个别粒子束；如果漂移路径只有几厘米，则所需电压在1kv的范围内。然而，较佳为在低电压下工作。举例来说，如果束终止器配置在第一粒子光学束路径中与束开关和物镜之间的交叉平面齐平，则多束偏转装置和束终止器之间的漂移路径至少为20cm，较佳为至少30cm。
42.根据本发明的替代实施例，束终止器与中间像平面齐平配置在多束产生器下游及束开关的上游的第一粒子光学束路径中。在这种情况下，与上述解决方案相比，漂移路径明
显较短，但所需的绝对偏转也较小。在束终止器的这种配置中，也存在这样的情况，即，束终止器配置在第一粒子光学束路径中，其与粒子束直径减小或为最小值的位置齐平。举例来说，多束源的中间像出现在场镜系统的区域中，其中通过多束产生器的个别粒子束的焦点可被认为是多源的相应源。然而，即使没有场镜系统，也可在多束产生器和束开关之间产生中间像。
43.根据本发明的较佳实施例，配置在第一粒子光学束路径中与中间像平面齐平的束终止器包含孔径阵列。此阵列包含多个开口，只要多束偏转装置不执行束偏转，第一个别粒子束就可穿过这些开口。相反地，如果多束偏转被激活或在操作中，则个别粒子束在中间像平面中的孔径阵列上的入射位置发生位移，且该个别粒子束因此入射在阵列或多光阑上。在此，各个个别粒子束的入射位置彼此不同。在这方面，此实施例变型也因此与上述实施例变型不同，根据该实施例变型，束终止器配置成与多个个别粒子束的交叉平面齐平。
44.根据本发明的较佳实施例，多束偏转装置包含偏转板。例如，这些偏转板可成对地配置。较佳地，多束偏转装置包含一对偏转板，其使个别粒子束共同地偏转。也有可能在多束偏转装置中提供多对偏转板，其使个别粒子束共同地偏转。举例来说，可提供两对偏转板，其相对于粒子光学束路径水平配置，但彼此旋转了90
°
。这在由多束偏转装置产生的一个或多个偏转方向上产生了可变性。偏转板较佳为有利于快速偏转的静电偏转板。然而，也有可能使用磁偏转装置。
45.根据本发明的另一较佳实施例，多束偏转装置具有多级实施例。在这种情况下，也可设置多对偏转板；然而，它们相对于粒子光学束路径配置在不同的位置或不同的水平。关于粒子光学束路径，例如，可连续配置多束偏转装置的各个级。在此，粒子光学单元的其他部件也有可能位于多束偏转装置的各个级之间。然而，多偏转装置的各级也有可能彼此直接地跟随。针对多束偏转装置提供第二级或另一级的优点在于，可以非常精确地设定多束偏转装置的偏转。此外，第二级提供了额外的自由度，其例如还可用于再次不同地设定个别粒子束在物平面中的入射。
46.根据本发明的较佳实施例，多束偏转装置构造成使得个别粒子束波束可在不同的偏转方向上偏转。举例来说，这已经可使用一对偏转板来实现，只要两个板之间的电场方向是可逆的。另外的成对偏转板或用于多束偏转装置的其他构造也使得个别粒子束的波束能够在不同的偏转方向上偏转。这是有利的，因为只要在任何情况下都不能避免其出现，束终止器上的电荷不仅会在某些位置累积发生，且可更好地分布。
47.根据本发明的第二方面，该第二方面关于用于操作粒子束系统的方法，尤其是操作前文在多个实施例变型中所述的粒子束系统的方法。根据本发明，方法包含以下步骤：
[0048]-借助于第一个别粒子束在第一行中扫描物体；
[0049]-借助于第一个别粒子束在第二行中扫描物体；以及
[0050]-根据多束偏转装置的第一设定，在该第一行到第二行的跳行期间，借助于多束偏转装置来偏转别粒子束。
[0051]
在此，多束偏转装置的第一设定特征化了偏转方向和由此获得的偏转功率。举例来说，多束偏转装置的第一设定对应于导致了所描述效果的施加到多束偏转的电场。
[0052]
因此，根据本发明，个别粒子束在从第一行到第二行的过渡期间被偏转或遮蔽。因此，这涉及跳行期间的遮蔽。在这样的跳行期间，个别粒子束将以不受控制的方式入射在物
体上，或在没有遮蔽程序的情况下越过物体。这将导致物体上的充电，其降低了粒子束系统的分辨率。因此，在跳行期间抑制个别粒子束在物体上的入射是有利的。
[0053]
根据本发明的另一较佳实施例，方法更包含以下步骤：
[0054]-借助于个别粒子束在第三行中扫描物体；
[0055]-根据多束偏转装置的第二设定，在从第二行到第三行的跳行期间，借助于多束偏转装置来偏转个别粒子束。
[0056]
在此，多束偏转装置的第二设定不同于多束偏转装置的第一设定。举例来说，可改变施加到多束偏转装置上的电场的强度。也可能不是强度而是电场的方向被改变，从而改变偏转方向。场强度的改变和场方向的改变的组合也是可能的。多束偏转装置的不同激活部件(特别是板或板对)也可能特征化不同的设定。多束偏转装置的设定的变化确保了在束终止器上不可避免地出现的残余电荷不会在特定位置处累积。
[0057]
根据本发明的较佳实施例，多束偏转装置的不同设定是随机选择的。此随机选择可基于随机方法或伪随机方法。在两种情况下都实现的是，当激活多束偏转装置时，个别粒子束在束终止器上的入射位置会发生变化，且不会产生不想要的电荷的累积和/或不想要的电荷对称地分布在束终止器上。
[0058]
根据本发明的第三方面，第三方面关于用于操作粒子束系统的方法，特别是操作前文在多个实施例变型中所述的粒子束系统的方法。该方法包含以下步骤：
[0059]-借助于第一个别粒子束来扫描物体的第一区域；
[0060]-借助于第一个别粒子束来扫描物体的第二区域；以及
[0061]-至少根据多束偏转装置的第一设定，在从第一区域到第二区域的区域变化期间，借助于多束偏转装置来偏转个别粒子束。
[0062]
因此，此实施例变型不涉及在扫描个别粒子束的跳行期间的遮蔽；相反地，这较佳涉及图像改变：借助于粒子束系统所产生的图像通常由各种个别的图像构成。在此，单个个别的粒子束通过所谓的单一视场(sfov)，且多个个别的粒子束(即个别粒子束的波束)相应地通过多视场(mfov)。接着，整体图像由各种多视场或多图像所构成。在图像改变或两个多视场之间的区域改变期间会出现小停顿，在此期间不应使用个别粒子束扫描或探测物体。因此，在此区域变化期间进行个别粒子束的遮蔽。区域改变期间所需的停顿通常长于个别粒子束在其相应的个别图像产生期间的跳行期间的停顿。因此，在区域改变期间用于驱动多束偏转装置的策略也可与行改变期间的策略不同。较长的遮蔽时间过程中充电的风险相应地更大，因此在区域变化期间，应特别注意改变个别粒子束在束终止器上的入射位置。根据本发明的较佳实施例，在区域改变期间以交替的方式使用多束偏转装置的不同设定。举例来说，有可能在2、3、4、5或更多设定之间进行交替，例如按照1-2-1-2-1-2或1-2-3-4-5-1-2-3-4-5-1-2-3-4-5...。
[0063]
根据本发明的另一较佳实施例，多束偏转装置的不同设定是随机选择和使用的。在此，可再次使用随机方法或伪随机方法，以在多束偏转装置的各种设定之间进行切换。在此，多束偏转装置较佳为在区域改变期间始终保持激活，且个别粒子束较佳为绝不在没有偏转的情况下通过多束偏转装置且绝不入射到物体上。
[0064]
根据本发明的方法的较佳实施例，旋转对称杯状物作用为束终止器，其具有沿其纵轴的通道开口，其中用于束捕获的具有圆形横截面的沟槽配置在通道开口周围；以及
[0065]
其中，通过多束偏转装置的设定来穿过用于束捕获的圆形沟槽。
[0066]
因此，根据本发明的此实施例变型，沿着杯状物的整个沟槽来捕获或吸收个别粒子束。这确保了杯状物中均匀且旋转对称的电荷分布。在产生电荷的范围内，这些电荷大约呈旋转对称，且对沿光轴通过杯状物的通道开口的粒子束产生的干扰作用明显较小。而且，当将杯状物配置在个别粒子束的交叉平面中时，这些个别粒子束彼此靠近或彼此重叠，因此，原则上，针对每一个别粒子束，电荷分布对个别粒子束的影响是相同的。
[0067]
根据本发明的第四方面，第四方面关于计算机程序产品，其具有用于执行所述方法的程序代码，如前文根据本发明的第二方面和第三方面在多个实施例变型中所作的更详细描述。程序代码可细分为一个或多个部分码。任何传统的编程语言都可使用作为编程语言。
[0068]
本发明的上述实施例变型可全部或部分地彼此组合，只要不导致技术上的矛盾。这同样适用于根据本发明的第一、第二、第三和第四方面的特征的相互组合。
附图说明
[0069]
参照附图将更佳地理解本发明。在图中：
[0070]
图1显示了多束粒子显微镜形式的粒子束系统的示意图；
[0071]
图2示意性地显示了粒子束系统，其包含多束偏转装置，且包含在个别粒子束的交叉平面区域中的束终止器；
[0072]
图3示意性地显示了粒子束系统，其包含多束偏转装置，且包含在中间像的区域中的束终止器；
[0073]
图4示意性地显示了在物镜内的杯状的束终止器的配置；
[0074]
图5以截面图和3d视图示意性地显示了杯状的束终止器的结构；
[0075]
图6以截面图示意性地显示了杯状的另一束终止器的结构；
[0076]
图7显示了当粒子束入射在束终止器上时，多束偏转装置的三种不同设定的效果；以及
[0077]
图8显示了与杯状的束终止器结合的多束偏转装置的可能调整。
具体实施方式
[0078]
图1为形式为多束粒子显微镜1的粒子束系统1的示意图，其使用多个粒子束。粒子束系统1产生多个粒子束，其撞击在待检查物体上，以在该处产生相互作用的产物(例如二次电子)，其从物体发出并随后被检测。粒子束系统1是扫描电子显微镜(sem)类型，其使用多个初级粒子束3，其在多个位置5处入射在物体7的表面上，并在该处产生在空间上彼此分开的多个电子束斑点或斑点。待检查物体7可为任何期望的类型，例如半导体晶片或生物样品，且可包含微型化元件等的配置。物体7的表面配置在物镜系统100的物镜102的第一平面101(物平面)中。
[0079]
图1中的放大摘录i1显示了物平面101的平面图，其中物平面101具有在第一平面101中形成的入射位置5的规则矩形场103。在图1中，入射位置的数量为25，其形成5x5场103。入射位置的数量25是出于简化图式的原因而选择的数量。实际上，可选择明显更大数量的束以及因此选择更大数量的入射位置，例如20
×
30、100
×
100等。
[0080]
在所示的实施例中，入射位置5的场103基本上为规则的矩形场，其在相邻的入射位置之间具有恒定的间距p1。间距p1的示例值为1微米、10微米和40微米。然而，场103也可能具有其他对称性，例如六边形对称性。
[0081]
在第一平面101中成形的束斑点的直径可以较小。该直径的示例数值为1纳米、5纳米、10纳米、100纳米、和200纳米。通过物镜系统100对粒子束3进行聚焦以使束斑点5成形。
[0082]
撞击物体的初级粒子产生相互作用产物，例如二次电子、反向散射电子或出于其他原因而经历了运动反转的初级粒子，其从物体7的表面或从第一平面101发出。从物体7的表面所发出的相互作用产物由物镜102塑形以形成二次粒子束9。粒子束系统1提供了粒子束路径11，用于将多个二次粒子束9引导至检测器系统200。检测器系统200包含粒子光学单元，其具有投射透镜205，用于将二次粒子束9引导到粒子多检测器209上。
[0083]
图1中的摘录i2显示了平面211的平面图，粒子多检测器209的个别检测区域位于其中，二次粒子束9在该个别检测区域上入射在位置213。入射位置213落在场217中，其相对于彼此具有规则间距p2。间距p2的示例值为10微米、100微米、和200微米。
[0084]
初级粒子束3在包含至少一个粒子源301(例如，电子源)、至少一个准直透镜303、多孔径配置305和场镜307的束产生装置300中产生。粒子源301产生发散的粒子束309，其由准直透镜303校准或至少基本上校准，以形成照射多孔径装置305的束311。
[0085]
图1中的摘录i3显示了多孔径配置305的平面图。多孔径配置305包含具有多个开口或孔315形成于其中的多孔径板313。开口315的中点317配置在场319中，其被成像到物平面101中由束斑点5所形成的场103上。孔315的中点317之间的间距p3可具有5微米、100微米和200微米的示例数值。孔315的直径d小于孔中点之间的间距p3。直径d的示例数值为0.2
×
p3、0.4
×
p3和0.8
×
p3。
[0086]
照明粒子束311的粒子穿过孔315并形成粒子束3。撞击在板313上的照明束311的粒子被板313吸收，且对粒子束3的形成没有贡献。
[0087]
由于施加的静电场，多孔径配置305聚焦每个粒子束3，使得束焦点323形成在平面325中。可替代地，束焦点323可为虚拟的。束焦点323的直径可例如为10纳米、100纳米和1微米。
[0088]
场镜307和物镜102提供第一成像粒子光学单元，用以将其中形成有束焦点323的平面325成像到第一平面101上，使得入射位置5或束斑点的场103在该处出现。如果将物体7的表面配置在第一平面中，则束斑点相应地形成在物体表面上。
[0089]
物镜102和投射透镜配置205提供第二成像粒子光学单元，用于将第一平面101成像到检测平面211上。因此，物镜102是作为第一和第二粒子光学单元的一部分的透镜，而场镜307仅属于第一粒子光学单元，且投射透镜205仅属于第二粒子光学单元。
[0090]
束开关400配置在多孔径装置305和物镜系统100之间的第一粒子光学单元的束路径中。束开关400也是物镜系统100与检测器系统200之间的束路径中的第二光学单元的一部分。
[0091]
可从国际专利申请案wo 2005/024881 a2、wo 2007/028595 a2、wo 2007/028596a1、wo 2011/124352 a1及wo 2007/060017 a2及德国专利申请案de 10 2013 016 113 a1和de 10 2013 014 976 a1获得与这种多束粒子束系统和其中所使用的部件(例如粒子源、多孔径板和透镜)有关的更多信息，其全部内容通过引用合并于本技术中。
[0092]
多束粒子束系统更具有计算机系统10，其构造成用于控制多束粒子束系统的个别粒子光学部件，以及用于评估和分析由多检测器209所获得的信号。在此情况下，计算机系统10可由多个个别计算机或部件所构成。
[0093]
图2示意性地显示了粒子束系统1，其包含多束偏转装置350，并包含配置在个别粒子束3、3a的交叉平面111的区域中的束终止器120。束路径以非常简化的方式呈现。从粒子源(未示出)发出的带电粒子入射到多孔径配置或多束产生器305上，其构造成从带电粒子束中产生多个带电的第一个别粒子束3。在所示的示例性实施例中，多束产生器305对个别粒子束3具有聚焦效果。例如，这可借助于多透镜阵列与多孔径板的组合来实现，但对于多束产生器的其他实施例选项(例如，多检测器阵列与多孔径板的组合)也是可能的。从这个意义上讲，所示的示例实施例不应被解释为限制性的。
[0094]
由于在所示示例中的多束产生器305的聚焦效果，束焦点323出现在相对于粒子光学束路径的多束产生器305下游的焦平面中。在所示的示例中，多束偏转装置350配置为与此焦平面齐平或与束焦点323齐平。在所示的示例中，此多束偏转装置350由两个相互平行的偏转板(一对)构成。可在这些偏转板之间施加电场。多束偏转装置350在第一粒子光学束路径中配置在多束产生器305下游和场镜系统307上游。这种配置防止了多束产生器305在由多束偏转装置350进行的束偏转过程中被入射粒子束意外地静电充电，特别是以不均匀的方式充电。
[0095]
现在，在图2的图式中绘示了个别粒子束3的两个不同的第一粒子光学束路径：穿过粒子束系统1而没有经历多束偏转装置350所造成的偏转的个别粒子束3a在图中以虚线标出，并标记为参考符号3a。相反地，如果多束偏转装置350被开启或激活，则个别粒子束3b将依循不同的粒子光学束路径，这在图2中由点线示意性地表示。
[0096]
如果现在首先考虑未偏转的个别粒子束3a的未扰动粒子光学束路径，则个别粒子束3a在穿过场镜系统307之后穿过束开关400，然后穿过粒子光学物镜102，其将个别粒子束3a成像在物体(未示出)上。个别粒子束3a在场镜系统307与物镜102之间或在束开关400与物镜102之间彼此交叉，并形成所谓的交叉点110。此交叉点110位于交叉平面111中。在交叉点110的区域内或在交叉平面111内，个别粒子束3a的整个束阵列的粒子束直径减小，或在最佳情况下为最小值。如果相交的个别粒子束110的位置现在在交叉平面111内移动，则可以节省空间的措施在此移动位置处设置束终止器。在图2中显示了这样的束终止器120。如果启动多束偏转装置350、或如果在平行板之间施加电场，则个别粒子束3b经历向侧面的偏转。在穿过场镜系统307或束开关400之后，个别粒子束3b在交叉平面111内在偏离距离d的位置处相交；在此，d表示交叉平面111中的交叉点110的平行偏移。束终止器120的上边缘位于与交叉平面111大致齐平的位置。因此，偏转的个别粒子束3b以尽可能小或为最小的个别粒子束波束的粒子束直径进入束终止器120。由于整体粒子束直径为小，也有可能以杯形的方式实现束终止器120。在此，杯形意味着束终止器120具有一定的深度，且入射的个别粒子束3b不是仅撞击平板。较佳地，杯状物的深度大于杯状物120的直径。杯状物120可实现得越深和越窄(纵横比越大)且由多束偏转装置350偏转的个别粒子束3b可穿透到该杯状物越深，则束终止器120的效果更好。在所示的示例中，杯状物120更具有相对于粒子束系统1的光轴z为旋转对称的实施例。这是有利的，因为可在不同方向上实现个别粒子束3b的偏转。然而，也有可能将杯状物120实现为相对于光轴z为非旋转对称，例如，将该杯状物仅设置在
光轴z的一侧上。
[0097]
图2更显示了选择性提供的第二级多束偏转装置351，其配置在多束偏转装置350与场镜系统307或束开关400之间的粒子光学束路径中。借助于此选择性的第二级，有可能在进行遮蔽时更精确地设定偏转的个别粒子束3b的束路径。因此，举例来说，有可能精确地设定个别粒子束3b在交叉平面111中的束终止器120上的入射角。作为补充或替代，可在物镜102的上焦平面中设定个别粒子束3b的平行偏移，如前文已作出的详细解释，其允许非常快速和精确的遮蔽，例如在跳行或区域改变期间。
[0098]
图3示意性地显示了根据本发明的第二实施例的粒子束系统1，其包含多束偏转装置350且包含束终止器320。原则上，图2和3中的相同组件符号表示分别显示的粒子束系统1的相同特征。为了避免不必要的重复，下文的解释主要集中于图3中所示的实施例变型与已在图2中描述的实施例变型之间的相关差异。束路径同样以非常简化的方式呈现。
[0099]
在图3所示的粒子束系统1中，束终止器320位于不同的位置，确切地说是在多束偏转装置350与场镜系统307或束开关400之间。在所示的示例中，束终止器320位于中间像平面中，即，个别粒子束聚焦于其中的平面。因此，对于第一粒子光学束路径，相较于图2中的实施例，在此解决方案中的束终止器320在粒子光学束路径中位于更上方，即更靠近源侧。然而，这也适用于粒子束直径减小或在最佳情况下为最小的中间像的区域。然而，在这种情况下，这涉及个别粒子束3的各个粒子束直径。束终止器320同样可以相对节省空间的方式配置在中间像的区域中。
[0100]
在图3所示的示例性实施例中，束终止器320包含孔径阵列。这在中间像处由束终止器320的虚线来示意性地显示。当多束偏转装置350被停用时，个别粒子束3a以不受阻碍的方式通过束终止器320。然而，当多束偏转装置350被激活时，粒子束3b在中间像平面内偏移并且撞击孔径阵列320的板。因此，个别粒子束3b被遮蔽且不再到达物体(未显示)。
[0101]
此外，个别粒子束3a在中间像的区域中非常清楚地彼此分离，因此借助于多束偏转装置350，个别粒子束也可容易地在中间像平面内在横向方向上彼此分开移动。在这种情况下，需要非常精确的工作，以甚至有助于精确遮蔽个别粒子束3。在此处，当激活多束偏转装置350时，每一个别粒子束3a、3b的中心束较佳正交地穿过束终止器320的孔径，或正交地撞击孔径阵列320的板。
[0102]
与图2所示的实施例相比，此处减少了多束偏转装置350的位置与束终止器320之间的漂移路径；然而，由于在中间像平面内的个别粒子束3的小偏移已经足以掩盖或遮蔽个别粒子束3，所以仅需要在多束偏转装置350上以相对较低的电压进行工作。举例来说，在漂移路径为约5cm的情况下，此处的偏移为约50μm，这对应于个别粒子束3b通过约1mrad的偏转。在图2所示的实施例变型中，在约30cm的漂移路径的情况下，交叉点110在交叉平面111中的偏移为约1.5mm，这对应于个别粒子束3b通过约5mrad的偏转。
[0103]
图4示意性地显示物镜102内的杯状的束终止器120的配置。粒子光学物镜102包含上极靴102a和下极靴102b。在极靴102a和102b之间产生磁场，该磁场对穿过物镜102的个别粒子束3a具有聚焦作用(未示出)。束管140伸入物镜102的上极靴102a。举例来说，在向上的方向上，此束管140可合并至束开关(未示出)。在束管140内普遍存在真空或高真空。在图4所示的示例中，束管140具有绕系统的光轴z为旋转对称的实施例。现在，在示出的示例性实施例中，束终止器120位于上极靴102a的区域中且位于束管140内的个别粒子束3的交叉点
区域中，其中束终止器120具有杯状物。
[0104]
杯状的束终止器120包含通道开口134和沟槽130。在非偏转状态下，个别粒子束3a经由通道开口134穿过束终止器120。然而，若多束偏转装置350(图4中未示出)被激活，则个别粒子束经历偏转，其由图4中的个别粒子束的参考标记3b来表示。个别粒子束3b撞击束终止器120的沟槽130，该沟槽具有环形横截面。与沟槽130的宽度相比，沟槽130相对较深。
[0105]
此外，图4显示了有可能通过物镜102的下极靴102b将杯状的束终止器120安装在物镜102的上极靴102a中，特别是将其螺旋拧入其中。杯状物120的外部直径d1小于或等于物镜102的下极靴102b的孔径d2。这可实现快速更换物镜102内的束终止器120。更换有可能在约一小时内。为此，仅需要使物镜102下方的样品室通气(未示出样品室)；不必破坏束管140的上部区域中的高真空。
[0106]
图5以横截面和3d视图示意性地示出了杯状的束终止器120的结构。它的几何设计具有促进高效的束捕获的各种特征。总体上，杯状的束终止器120具有基本上旋转对称的实施例。这尤其适用于杯状物120的上部区域，即所谓的束插入区域133。
[0107]
在所示的示例中，束终止器20包含通道开口134和具有环形横截面的沟槽130。现在，在束进入区域133中，在通道开口134的顶部处提供一个锐利的边缘136。此锐利的边缘136或到一点逐渐变细的边缘确保了在该点仅有几个电荷载流子具有空间，因此甚至有可能借助于个别粒子束3b撞击边缘136来对此边缘136进行少量充电。此外，设置了相对于杯状物的纵轴倾斜并远离纵轴的圆锥形表面138，其从此锐利边缘136延伸到沟槽130中。此成角度的或圆锥形表面138用于在杯状物120的边缘上反射入射的个别粒子束并进入沟槽130，例如甚至在遮蔽期间。此外，从束方向看，从通道开口134的束进入开口开始，通道开口134的直径在束进入区域133中变宽。因此，在通道开口134的区域内的束进入区域133中设置底切137，使得进入通道开口134的个别粒子束3a不与杯状物120的内管132接触；反而是，个别粒子束3a与杯状物的内管132之间的距离保持足够大。
[0108]
选择性地在沟槽130的下部区域中设置吸收体材料135。此处，吸收体材料135可为对粒子辐射具有低反向散射系数的材料，例如具有低原子序数的材料，例如碳、铝或铍等。
[0109]
此外，在杯状物120的下部区域设有螺纹139，其用于将杯状物120旋入物镜102，特别是旋入物镜102的上极靴102a。特别地，可使用六角扳手141用于旋入螺丝。
[0110]
总体而言，束终止器120具有基本旋转对称的构造。特别地，形成杯状物或束终止器120的上部区域的束进入区域133是旋转对称的。这有利于最佳或均匀的电荷分布。此外，考虑到拉莫尔旋转(larmor rotation)，这提供了优点。例如，当更改系统的工作点(着陆能量、束电流等)时，由于系统中磁性透镜设定的改变，束波束将绕光轴旋转。对于遮蔽过程，这意味着束波束在交叉平面中偏转的方向取决于系统中的透镜设定。原则上，此旋转可通过多束偏转装置的设定的相应变化来补偿。然而，在束终止器的旋转对称构造和多束偏转装置及其控制可具有更简单构造的情况下，这种补偿是不必要的。
[0111]
图6以横截面示意性地显示了杯形的另一束终止器120的结构。此杯状物120也具有相对粒子束系统1的光轴z为基本上旋转对称的配置。与图5所示的实施例变型相比，图6中的杯状物120具有外壁131的不同构造。它在上部区域中没有逐渐变细到一点，而是具有台阶并且略微弯曲。这使得更容易将杯状物120安装/引入到物镜的极靴中。此外，图6和图5中的杯状物120的一些尺寸彼此不同。在图6中以示例性方式指定了一些尺寸；然而，这些不
应被解释为对本发明的限制。因此，沟槽130的深度是11mm。在这种情况下，通道开口134的直径在上边缘136处的最窄位置处为1.5mm。环形沟槽130的宽度是0.5mm。
[0112]
图7显示了当粒子束3b入射在束终止器120上时的多束偏转装置350的三种不同设定的效果。图7a)显示了两种设定e1和e2，其中多束偏转装置350被激活且束3b被偏转进入束终止器120的沟槽130。相比之下，在多束偏转装置350的设定e0中，没有个别粒子束的偏转；相反地，多个个别粒子束3a以基本上不受阻碍的方式穿过束终止器120的通道开口134。相对于零设定e0，根据图7a)，个别粒子束3b在设定e1的情况下向左偏转，且在设定e2的情况下向右偏转。这种根据设定e0、e1和e2的致动是有利的，特别是结合个别粒子束3的跳行。举例来说，有可能以以下的方式操作上述的粒子束系统1：借助于第一个别粒子束3a逐行地扫描物体。在个别行的扫描之间存在跳行，且在从一行跳到另一行的跳行过程中，借助于多束偏转装置350来遮蔽个别的粒子束3b，从而使粒子束3b撞击在束终止器120、320上。在每个跳行期间存在相应的偏转。现在，根据图7a)，从跳行到跳行在两个设定e1和e2之间存在交替。因此，在某一点向左(e1)遮蔽，而在下一情况下向右(e2)遮蔽。这导致束终止器120的边缘的对称充电，其在开始和停止粒子束的遮蔽时被掠过。结果，双侧的电荷都得到补偿。自然地，除了设定e1和e2之外，还可提供其他设定e3和e4等，并且在遮蔽期间在这些设定之间交替以更好地分配电荷。由电荷产生的像散也可借助于在两个以上方向上的偏转来消除，即，例如借助于设定e1、e2、e3和e4来消除，其例如各自对应于以90
°
彼此间隔配置的偏转方向。此外，也有可能有意地避免被发现为较差(例如由于局部污染)的遮蔽方向。
[0113]
图7b)和7c)显示了可在相对长的遮蔽的情况下使用的遮蔽策略，例如在各种图像记录之间以及因此当改变记录的区域时。根据较佳实施例，束终止器120的旋转对称沟槽130以动态方式被穿越。因此，偏转的个别粒子束3b绕束终止器120的光轴或绕整个系统的光轴z移动沿圆形轨迹移动。为此，多束偏转装置可包含围绕光轴配置的多个电极对，其受到随时间变化的正弦或余弦型偏转电势的影响。根据图7c)，在每个遮蔽程序过程中将到达一个新的任意位置。后者可以真正随机或伪统计的方式来决定。因此，这是以随机或伪随机的方式决定并设定多束偏转装置350的设定的情况。这种随机过程的结果是平均，且可能的污染或电荷积聚在这种情况下也更好地分布。
[0114]
此外，也有可能在预先精确定义的位置之间来回切换，例如，根据图7a)的位置e1和e2。
[0115]
图8显示了对多束偏转装置350的可能调整，其设置为与杯形束终止器120结合。重要的是，束终止器120被正确地击中。为此，必须知道束遮蔽器350或多束偏转装置350在束终止器的平面内(例如，在交叉平面111内)的偏转敏感度。然而，由于空间的原因，不可能在那里进行检测以检查束终止器120是否被正确击中。如果多束偏转装置350只能使个别粒子束3在一个方向上偏转，则可能产生另外的困难。
[0116]
解决方案的一种方法为使用另一偏转器360。此另一偏转器360位于多束偏转装置350和束终止器120之间的粒子光学束路径中。如果多束偏转装置350和偏转器360都被停用，则多粒子束或多个个别粒子束3沿着系统的光轴z延伸。现在，利用偏转器360将多束偏转到束终止器120的边缘(位置a)，使得多束阵列的中心束3c恰好在束终止器120处被裁去(点线)。然后，以多束偏转装置350将粒子束偏转到束终止器120的相对边缘(位置b)，使得多束阵列的中心束3b再次在束终止器120处被裁去(虚线)。记录为此目的所需的多束偏转
器电压，并可借助于束终止器120的已知尺寸(更准确地说：束终止器120的内部开口的直径)来计算敏感度，或是可直接计算使多个个别粒子束从初始状态偏转到束终止器120的沟槽130中所需的多束偏转器电压。可进行其他调整。
[0117]
附图标记列表
[0118]
1粒子束系统
[0119]
3初级粒子束
[0120]
3a未通过多束偏转装置偏转的粒子束
[0121]
3b通过多束偏转装置偏转的粒子束
[0122]
5位置
[0123]
7物体
[0124]
9二次粒子束
[0125]
10计算机系统
[0126]
25入射位置
[0127]
100物镜系统
[0128]
101物平面
[0129]
102物镜
[0130]
102a物镜的上极靴
[0131]
102b物镜的下极靴
[0132]
103物平面中的入射位置的场
[0133]
104下极靴中的开口
[0134]
110交叉点
[0135]
111交叉平面
[0136]
120交叉平面中的束终止器、杯形物
[0137]
130沟槽
[0138]
131沟槽/杯形物的外壁
[0139]
132沟槽的内壁
[0140]
133束进入区域、杯形物的上部区域
[0141]
134通道开口
[0142]
135吸收体材料、具有低反向散射系数的材料
[0143]
136锐利边缘
[0144]
137底切
[0145]
138倾斜表面
[0146]
139螺纹
[0147]
140束管
[0148]
141六角扳手
[0149]
200检测器系统
[0150]
205投射透镜
[0151]
209粒子多检测器
[0152]
211检测平面
[0153]
213用于检测的入射位置
[0154]
217用于检测的入射位置的场
[0155]
300束产生装置
[0156]
301粒子源
[0157]
303准直透镜
[0158]
305多孔径配置
[0159]
307场镜、场镜系统
[0160]
309发散的粒子束
[0161]
311粒子束
[0162]
313多孔径板
[0163]
315孔
[0164]
319孔的场
[0165]
320中间像处的束终止器
[0166]
323束焦点
[0167]
325焦平面
[0168]
350多束偏转装置
[0169]
350多束偏转装置
[0170]
351多束偏转装置的(选择性的)第2级
[0171]
360偏转器
[0172]
400束开关
[0173]
a位置、杯形物的边缘
[0174]
b位置、杯形物的边缘
[0175]
e0多束偏转装置的设定0情况下的束
[0176]
e1多束偏转装置的设定1情况下的束
[0177]
e2多束偏转装置的设定2情况下的束
[0178]
d交叉平面中交叉点的平行偏移
[0179]
d1杯形物的外部直径
[0180]
d2物镜的下极靴的开口直径
[0181]
p1(物体)入射位置之间的间距
[0182]
p2(检测)入射位置之间的间距
[0183]
p3孔的中心之间的间距