用于将多个带电粒子小波束的阵列投射到样品上的装置和方法与流程

1.本发明涉及一种用于将多个带电粒子小波束的阵列投射到样品上的装置和方法。


背景技术：

2.例如，在us 2015/027095 a1中公开的这种装置或方法。本专利申请描述了一种用于检查样品的表面的装置。所述装置包括用于生成一次带电粒子小波束(primary charged particle beamlets)的阵列的发生器，以及具有光轴的带电粒子光学系统。带电粒子光学系统包括透镜系统，用于将一次带电粒子小波束聚焦到样品表面上的斑点阵列中。该透镜系统包括所有带电粒子束共用的至少一个电磁透镜。优选地，用于聚焦一次带电粒子小波束的阵列的物镜包括所述电磁透镜，该电磁透镜被布置为围绕带电粒子光学系统的光轴旋转一次带电粒子小波束的阵列。


技术实现要素：

3.当带电粒子光学系统包括对所述一次带电粒子小波束的阵列的所有一次带电粒子小波束共用的磁透镜时，当磁透镜的激发和/或强度改变时，所述阵列将旋转和/或改变放大率。
4.本发明的目的是提供一种装置和方法，其中，样品上的一次带电粒子小波束的阵列的间距和/或旋转至少基本上保持恒定。
5.根据第一方面，本发明提供了一种用于检查样品的装置，其中，该装置包括：
6.样品架，该样品架用于将样品保持在样品平面处；
7.带电粒子柱，该带电粒子柱用于生成多个带电粒子小波束的阵列并将所述多个带电粒子小波束的阵列朝向样品架引导，其中，所述带电粒子柱包括物镜，该物镜用于将所述多个带电粒子小波束的阵列的带电粒子小波束聚焦在样品平面处或附近的带电粒子束斑点阵列中，其中，物镜包括所述多个带电粒子小波束的阵列中的所有带电粒子小波束共用的磁透镜；
8.位置传感器，该位置传感器被配置为提供取决于该样品在沿该带电粒子柱的光轴的方向上的位置的信号；以及
9.控制单元，该控制单元被配置为基于来自该位置传感器的信号至少在平行于该带电粒子柱的光轴的方向上控制该样品架的位置。
10.由于本发明的多带电粒子束检查装置中的组合的位置传感器和控制单元，可以控制样品架来保持样品借助于多个带电粒子束的阵列检查的、被定位在多带电粒子束检查装置的样品平面和/或焦平面处的部分。当带电粒子柱的设置不改变、并且样品被检查的部分保持在多带电粒子束检查装置的样品平面和/或焦平面时，多带电粒子束检查装置的样品平面和/或焦平面处的样品上的多个带电粒子小波束的阵列的间距和旋转可保持恒定。应注意的是，为了对样品进行成像，样品平面优选地被布置在多带电粒子束检查装置的焦平
面处。
11.应注意的是，在样品架被布置为将样品至少部分地定位在磁物镜的磁场中的情况下，所述一次带电粒子小波束的阵列将在磁场中在其朝向样品的方向上旋转。旋转尤其取决于磁透镜的磁场强度。即使样品架被配置为将样品表面布置在无场区域处，则样品在沿带电粒子柱的光轴的方向上的位置的变化通常需要调整焦点，因此调整磁场强度，以保持样品聚焦。因而，一次带电粒子小波束的阵列在样品表面处的取向取决于样品相对于磁透镜的位置、特别是在沿带电粒子光学系统的光轴的方向上的位置。
12.由于本发明的多带电粒子束检查装置中的组合的位置传感器和控制单元，可以控制样品架来保持样品借助于多个带电粒子束的阵列检查的、被定位在距该磁物镜期望的距离处的部分。当带电粒子柱的设置不改变、并且样品的被检查的部分保持距磁物镜期望的距离时，样品平面处的样品上的多个带电粒子小波束的阵列的间距和旋转可以保持恒定。
13.此外，应注意，带电粒子检查设备(如电子显微镜)的聚焦深度相对较大。因而，在聚焦深度范围的至少一部分内，样品可在平行于带电粒子光学系统的光轴的方向上移动，以便将样品布置在沿光轴的期望位置处，其中，多个带电粒子小波束的阵列在围绕带电粒子柱的光轴的方向上具有期望的取向。在样品平面处或附近的带电粒子束斑点阵列的期望取向例如取决于多个带电粒子小波束的阵列可在样品上扫描的方向和/或取决于样品可相对于带电粒子柱移动的方向。由于本发明的多带电粒子束检查装置中的组合的位置传感器和控制单元，可以控制样品架以将样品借助于多个带电粒子束的阵列检查的部分保持在期望的位置处，并且将带电粒子束斑点阵列保持在期望的取向上的样品平面处或附近。
14.在实施例中，该位置传感器被配置为使得该信号取决于该样品架或样品平面相对于该物镜的位置。具体地，信号取决于样品架或样品平面与物镜之间的距离。如上所述，一次带电粒子小波束的阵列在样品表面处的取向取决于样品相对于磁透镜的位置、特别是在沿着带电粒子光学系统的光轴的方向上的位置。
15.在实施例中，装置进一步包括：光检测器以及光学组件，该光检测器用于检测由所述多个带电粒子小波束的阵列的一个或更多个带电粒子小波束在其撞击在样品上时或当所述一个或更多个带电粒子小波束在透过样品之后撞击在发光材料层上时产生的光子；该光学组件用于沿光束路径将所述光子的至少一部分投射或成像到所述光检测器上。
16.在实施例中，光学组件被配置为将该样品平面成像到该光检测器上。本实施例提供了所谓的集成检查装置的改进，其特征为多束带电粒子检查装置(例如多束扫描电子显微镜(多束sem))和光学检查装置(例如光学显微镜光学器件)的集成。根据本发明，当带电粒子柱的设置不改变、并且样品被检查的部分保持在距磁物镜期望的距离处时，样品平面处的样品上的多个带电粒子小波束的阵列的间距和旋转可以保持恒定。此外，本发明允许相对于光学显微镜、特别是相对于光学显微镜的光检测器，提供和维持多个带电粒子小波束的阵列中的带电粒子小波束的期望的对准和间距。
17.在实施例中，该光学组件包括用于从所述样品和/或所述发光材料层收集光子的光学物镜。
18.在实施例中，该装置进一步包括光学聚焦传感器，该光学聚焦传感器被配置为提供取决于该样品平面与该光学物镜之间的距离的信号，其中，该控制单元被配置为基于来自该光学聚焦传感器的信号，至少在平行于该带电粒子柱的光轴的方向上控制该样品架的
位置。除了使用位置传感器之外或作为使用位置传感器的替代方案，光学聚焦传感器还可以用于控制样品架以保持样品借助于多个带电粒子束的阵列检查的、被定位在样品平面处的部分。光学聚焦传感器和控制单元的组合允许用光检测器将样品保持在光学组件的焦点内，因此保持样品借助于多个带电粒子束的阵列检查的、被定位在样品平面处的部分。当带电粒子柱的设置不改变、且样品被检查的部分保持在样品平面处时，样品平面上的多个带电粒子小波束的阵列的间距和旋转可保持恒定。
19.在实施例中，该光学组件、特别是其光学物镜包括光轴，其中该装置被配置为使得该光轴基本上平行于该带电粒子柱的光轴。在这个实施例中，样品的位置在沿该带电粒子柱的光轴的方向上的变化导致该样品的位置在沿该光轴的方向上的相同变化。因此，当使用该光学组件来将该样品保持在沿光轴的基本上恒定的位置中时，这还将该样品保持在沿该带电粒子柱的光轴的基本上恒定的位置中。
20.应注意的是，该光学组件在样品处的聚焦深度通常远小于带电粒子检查设备的聚焦深度。因此，通过将样品定位和/或保持在光学组件的焦点中，该样品借助于该多个带电粒子束的阵列检查的部分也被定位和/或保持在距该磁物镜基本上固定的距离处。当带电粒子柱的设置不改变、并且样品的被检查的部分保持在距磁物镜期望的距离处时，样品平面处的样品上的多个带电粒子小波束的阵列的间距和旋转可以保持恒定。
21.根据第二方面，本发明提供了一种用于检查样品的装置，其中该装置包括：
22.样品架，该样品架用于将样品保持在样品平面处；
23.带电粒子柱，该带电粒子柱用于生成多个带电粒子小波束的阵列，并且将所述多个带电粒子小波束的阵列朝向所述样品架引导，其中，所述带电粒子柱包括物镜，该物镜用于将所述多个带电粒子小波束的阵列的带电粒子小波束聚焦在样品平面处或附近的带电粒子束斑点阵列中，其中，物镜包括所述多个带电粒子小波束的阵列中的所有带电粒子小波束共用的磁透镜；
24.光检测器，该光检测器用于检测由所述多个带电粒子小波束的阵列中的所述带电粒子小波束中的一个或更多个在该带电粒子小波束中的一个或更多个撞击在样品上时、或者当所述一个或更多个带电粒子小波束在透过样品之后撞击在发光材料层上时产生的光子；
25.光学组件，该光学组件用于沿光束路径将所述光子的至少一部分投射或成像到所述光检测器上，其中该光学组件包括用于从所述样品和/或所述发光材料层收集光子的光学物镜；
26.光学聚焦传感器，该光学聚焦传感器被配置为提供取决于样品架或样品平面与光学物镜之间的距离的信号；以及
27.控制单元，该控制单元被配置为基于来自该光学聚焦传感器的信号至少在平行于该带电粒子柱的光轴的方向上控制该样品架的位置。
28.在组合的多束带电粒子设备和光学检查设备中，可以使用该光学检查设备。
29.该光学聚焦传感器和该控制单元的组合允许利用该光检测器将该样品保持在该光学组件的焦点内和/或保持该样品借助于该多个带电粒子束的阵列检查的、被定位在该样品平面处的部分。当带电粒子柱的设置不改变、且样品被检查的部分保持在样品平面处时，样品平面处的样品上的多个带电粒子小波束的阵列的间距和旋转可保持恒定。
30.在实施例中，该光学物镜包括光轴，其中该装置被配置为使得该光轴基本上平行于该带电粒子柱的光轴。
31.在实施例中，该光学组件被配置为将该样品平面成像到该光检测器上。本实施例提供了所谓的集成检查装置的改进，其特征为多束带电粒子检查装置(如多束扫描电子显微镜(sem))和光学检查装置(如光学显微镜光学器件)的集成，其中，该光学显微镜用于在所述样品的检查过程中设定并保持样品上的带电粒子的阵列的对准至少基本上恒定。
32.根据第三方面，本发明提供了一种用于检查样品的方法，其中该方法包括以下步骤：
33.将该样品布置在样品架上；
34.使用带电粒子柱生成多个带电粒子小波束的阵列并将该多个带电粒子小波束的阵列朝向样品引导，其中，所述带电粒子柱包括物镜，该物镜将所述多个带电粒子小波束的阵列的带电粒子小波束聚焦在样品平面处或附近的带电粒子束斑点阵列中，其中，物镜包括所述多个带电粒子小波束的阵列的所有带电粒子小波束共用的磁透镜；
35.使用位置传感器来提供信号，该信号取决于该样品在沿该带电粒子柱的光轴的方向上的位置；以及
36.基于来自该位置传感器的信号，使用控制单元来至少在平行于该带电粒子柱的光轴的方向上控制该样品架的位置。
37.在实施例中，位置传感器被配置为使得信号取决于样品架或样品平面与物镜之间的距离。
38.在实施例中，该方法包括以下步骤：
39.至少在平行于带电粒子柱的光轴的方向上，调整样品架和/或带电粒子柱相对于彼此的位置，和/或聚焦和设置多个带电粒子小波束的阵列在样品平面处的期望间距和取向。
40.根据第四方面，本发明提供了一种用于检查样品的方法，其中该方法包括以下步骤：
41.将该样品布置在样品架上；
42.使用带电粒子柱生成多个带电粒子小波束的阵列并将多个带电粒子小波束的阵列朝向样品引导，其中，所述带电粒子柱包括物镜，该物镜将所述多个带电粒子小波束的阵列的带电粒子小波束聚焦在样品平面处或附近的带电粒子束斑点阵列中，其中，物镜包括所述多个带电粒子小波束的阵列的所有带电粒子小波束共用的磁透镜；
43.使用光检测器来检测由所述多个带电粒子小波束的阵列中的所述带电粒子小波束中的一个或更多个在所述带电粒子小波束中的一个或更多个撞击在样品上时、或者当所述一个或更多个带电粒子小波束在透过样品之后撞击在发光材料层上时产生的光子；
44.使用光学组件沿光束路径将所述光子的至少一部分投射或成像到所述光检测器上，其中该光学组件包括光学物镜，该光学物镜用于从所述样品和/或所述发光材料层收集光子；
45.使用光学聚焦传感器来提供取决于样品架或样品平面与光学物镜之间的距离的信号；以及
46.基于来自该光学聚焦传感器的信号，使用控制单元至少在平行于带电粒子柱的光
轴的方向上控制该样品架的位置。
47.根据第五方面，本发明提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质具有计算机可执行指令，该计算机可执行指令适于使如上所述的装置或其实施例执行如上所述的方法或其实施例。
48.本说明书中所描述和示出的各个方面和特征可以在任何可能的情况下单独地应用。这些单独的方面、特别是在所附的从属权利要求中所描述的方面和特征，可以是分案专利申请的主题。
附图说明
49.将基于在附图中示出的示例性实施例来阐明本发明，在附图中：
50.图1示意性地示出了典型地由本发明改进的装置的第一示例性实施例；以及
51.图2示意性地示出了典型地由本发明改进的装置的第二示例性实施例。
具体实施方式
52.图1示意性地示出了典型地由本发明改进的装置的第一示例性实施例。根据此第一示例的装置包括多束扫描电子显微镜(mbsem)。mbsem l包括用于生成一次带电粒子小波束的阵列(在这种情况下为一次电子小波束3的阵列)的多束带电粒子发生器2。多束电子发生器2包括用于生成发散电子束5的至少一个电子源4。发散电子束5通过孔径透镜阵列6分成聚焦的一次电子小波束3的阵列。如箭头p示意性所示的，一次电子小波束3随后被朝向样品架17中的样品15引导。
53.源4的多个图像被定位在加速器透镜7的物方主平面上。加速器透镜7将一次电子小波束3朝向光轴8引导，并产生所有一次电子小波束3的第一公共交叉9。由磁聚光透镜10将第一公共交叉9成像到充当限流孔径的可变孔径16上。在可变孔径16处，产生所有一次电子小波束3的第二公共交叉。
54.mbsem包括透镜系统13、14，该透镜系统13、14用于将来自可变孔径16处的公共交叉的一次带电粒子小波束朝向样品表面15引导，并且用于将所有一次带电粒子小波束3聚焦到样品表面15上的单个斑点阵列中。透镜系统包括用于将可变孔径16成像到物镜14的彗差自由平面(coma free plane)上的中间磁透镜13，该物镜14在样品表面15上产生聚焦的一次电子小波束的阵列。
55.此外，mbsem设置有扫描线圈18，用于在样品表面15上扫描聚焦的一次电子小波束的阵列。
56.因此，mbsem包括带电粒子柱，用于生成多个带电粒子小波束3的阵列并将所述多个带电粒子小波束3的阵列朝向样品架17引导，其中，所述带电粒子柱包括物镜14，用于将所述多个带电粒子小波束的阵列的带电粒子小波束聚焦在样品表面15处或附近的带电粒子束斑点阵列中，其中，物镜14包括对所述多个带电粒子小波束3的阵列的所有带电粒子小波束共用的磁透镜。
57.图1的装置还包括：位置传感器19和控制单元20，该位置传感器19被配置为提供取决于样品15在沿带电粒子柱的光轴8的方向上的位置的信号；该控制单元20与该位置传感器19连接以用于接收信号，并且该控制单元20与样品架17连接以控制该样品架17中的致动
器来移动该样品15。控制单元20被配置为基于来自位置传感器19的信号，至少在平行于带电粒子柱的光轴8的方向上控制样品架17的位置。位置传感器19、控制单元20和样品架17被配置为提供控制回路，以在平行于光轴8的方向上定位样品15。以这种方式，样品15可以沿着光轴8被布置在期望的位置处，在该位置处，带电粒子小波束3的阵列具有期望的取向或对准，并且控制回路可以用于将样品15保持在所述期望的位置处。在所述样品15的检查期间，mbsem的设置优选地保持不变，因此，多个带电粒子小波束3的阵列的间距和取向保持恒定。
58.应注意的是，位置传感器19优选测量样品架17上的与光轴8在一条直线上的样品15的位置。因为位置传感器19被布置为在垂直于光轴8的方向上与光轴8间隔开，所以传感器19与样品架17之间的距离对倾斜误差敏感。这种倾斜误差基本上可以通过使用如图1中示意性示出的两个位置传感器19、19’来防止。
59.另外或可替代地，两个位置传感器19、19’可以被配置为使用三角测量来确定样品15沿光轴8的位置。
60.进一步注意，如图1中所呈现的mbsem通常布置在真空室中。此外，mbsem通常设置有用于检测二次带电粒子和/或当一次带电粒子小波束3撞击在样品15上时源自样品15的电磁辐射的传感器。
61.图2示意性地示出了典型地由本发明改进的装置的第二示例性实施例。根据此第二示例的装置的特征在于多束带电粒子检查装置(例如多束扫描电子显微镜30(mbsem))和光学检查装置(例如光学显微镜50)的集成。多束扫描电子显微镜30(mbsem)和光学检查装置(诸如光学显微镜50)被机械地耦接。
62.mbsem 30可以是与在上面的第一示例中呈现的基本上相同的装置。因而，mbsem 30包括用于生成一次带电粒子小波束的阵列(在这种情况下为一次电子小波束33的阵列)的多束带电粒子发生器32。多束电子发生器32包括用于生成发散电子束35的至少一个电子源34。发散电子束35通过孔径透镜阵列36分成聚焦的一次电子小波束33的阵列。一次电子小波束33随后被朝向样品架47上的样品45引导。源34的多个图像被定位在加速器透镜37的物方主平面上。加速器透镜37将一次电子小波束33朝向光轴38引导，并产生所有一次电子小波束33的第一公共交叉39。由磁聚光透镜40将第一公共交叉39成像到充当限流孔径的可变孔径46上。在可变孔径46处，产生所有一次电子小波束33的第二公共交叉。mbsem包括透镜系统43、44，该透镜系统43、44用于将来自可变孔径46处的公共交叉的一次带电粒子小波束朝向样品表面45引导，并且用于将所有一次带电粒子小波束33聚焦到样品表面45上的单个斑点阵列中。透镜系统包括用于将可变孔径46成像到物镜44的彗差自由平面上的中间磁透镜43，该物镜44在样品表面45上产生聚焦的一次电子小波束的阵列。此外，mbsem设置有扫描线圈48，用于在样品45的表面上扫描聚焦的一次电子小波束33的阵列。
63.优选地，mbsem还设置有带电粒子传感器49，该带电粒子传感器49被配置为检测二次带电粒子和/或当一次带电粒子小波束33撞击在样品45上时源自样品的电磁辐射。出于清楚的原因，在图中未示出二次带电粒子的轨迹，并且还非常示意性地呈现了带电粒子传感器49。
64.如图2所示，mbsem被布置在真空室31内，该真空室31包括用于将该真空室31与真空泵(未示出)连接的输出端口70。
65.在样品架47的下方，布置了光学显微镜50。光学显微镜50包括布置在真空室31内的显微镜物镜51。光学显微镜系统的其他主要部分布置在真空室31外部。来自样品45的光被显微镜物镜51收集并且经由反射镜52、窗口53和半透明反射镜或二向色镜56成像到光检测器54(例如ccd传感器)上。
66.应注意的是，还有可能使用包括光源55(例如，led)的光学显微镜50。来自光源55的发射光被引导朝向半透明反射镜或二向色镜56并且经由窗口53被引导到真空室31中。该光经由反射镜52耦合到显微镜物镜51中，用于从底侧照亮样品45。
67.在使用中，光检测器54被配置用于检测来自样品45的反射光。此外，光检测器54被配置用于检测由所述多个带电粒子小波束33的阵列的所述带电粒子小波束中的一个或更多个在带电粒子小波束中的一个或更多个撞击在样品45上时、或者当所述一个或更多个带电粒子小波束在透过样品45之后撞击在发光材料层42上时产生的光子。
68.光检测器54可以用作光学聚焦传感器，例如通过提供取决于样品45是否在光检测器54的焦点上的信号。另外或可替代地，光学显微镜可以设置有单独的光学聚焦传感器，该光学聚焦传感器被配置为例如使用用于提供自动聚焦的众所周知的技术(如三角测量、相位检测或对比度检测)，提供取决于样品架47或样品表面45与光学物镜51之间的距离的信号。
69.来自光检测器54或单独的光学聚焦传感器的信号被提供给控制单元60，该控制单元60被配置为基于来自光检测器54或单独的光学聚焦传感器的信号，至少在与mbsem 30的光轴38平行的方向上，控制样品架47的位置。
70.应注意，光学聚焦传感器优选使用至少基本上与来自样品的发射光的波长不同的波长。以此方式，光学聚焦传感器不干扰来自样品的发射光的收集。
71.如上所述，最后的mbsem透镜44包括对于所述多个带电粒子小波束33的阵列的所有带电粒子小波束共用的磁透镜。由磁透镜44投射到样品45上的多个带电粒子小波束33的阵列的图案通常是非远心的。即使样品架47被配置为将样品45布置在无场区域处，那么样品45在沿着光轴38的方向上的位置的变化通常需要调整聚焦，因此调整磁透镜44的磁场强度以保持样品45聚焦。因此，如果磁透镜44的激发/强度改变(例如，用于聚焦)，则多个带电粒子小波束33的阵列的图案将旋转和/或改变放大率。为解决该问题，本发明提供了一种方法，包括以下步骤：
72.a.调整样品45沿mbsem 30的光轴的位置，使得样品45在光检测器54的焦点上。
73.b.将多个带电粒子小波束33的阵列聚焦在样品45上，并设置成期望的间距(放大率)。样品45、光学焦点和mbsem焦点现在处于相同的平面中。
74.c.提供光检测器54和/或单独的光学聚焦传感器，光检测器54和/或单独的光学聚焦传感器被配置为提供在光学聚焦与样品表面45之间的量度的信号。
75.d.该信号在控制单元中用于控制样品架47以将样品表面45保持在光检测器54的焦点内。
76.以此方式，样品45被保持在光检测器54的焦点内，因此也被保持在mbsem的焦点内。在样品45的检查期间，mbsem的设置基本上保持不变，因此，样品表面45上的带电粒子束斑点阵列的间距和取向(特别是绕光轴8的旋转)基本上保持恒定。
77.应注意的是，以上步骤a和步骤b可以重复以获得所期望的对准。
78.应当理解的是，以上描述被包括用于展示优选实施例的操作并且并不意味着限制本发明的范围。从以上讨论中，许多变型对于本领域技术人员将是显而易见的，这些变型仍将被本发明的范围所涵盖。
79.综上所述，本发明提供了一种用于检查样品的装置，该装置包括：样品架以及带电粒子柱，该样品架用于将样品保持在样品平面处；该带电粒子柱用于生成多个带电粒子小波束的阵列并且将所述阵列朝向样品架引导。所述带电粒子柱包括物镜，该物镜用于将所述阵列的带电粒子小波束聚焦在样品平面处或附近的带电粒子束斑点阵列中。物镜包括所有带电粒子小波束共用的磁透镜。该装置进一步包括：位置传感器以及控制单元，该位置传感器用于提供取决于样品沿带电粒子柱的光轴的位置的信号；该控制单元用于基于来自位置传感器的信号来控制样品架的位置，以保持样品上的斑点的间距和/或取向恒定。