本发明涉及用于检查薄样本的装置和方法。具体而言，本发明涉及用于使用多个带电粒子束来检查样本的装置，诸如多波束扫描电子显微镜。本发明可以被应用到任何类型的带电粒子，诸如电子、正电子、离子以及其他带电粒子。
背景技术：
此类装置例如在A.Mohammadi-Gheidari和P.Kruit所著“Electron optics of multi-beam scanning electron microscope(多波束扫描电子显微镜的电子光学)”，Nuclear Instruments and Methods in Physics Research(物理研究的核心仪器和方法)A 645(2011)60-67中公开。本公开公开了一种电子显微镜，其包括用于生成一次带电粒子束的阵列(尤其是一次电子束阵列)的电子源。这些一次电子束通过物镜，该物镜将电子束从公共交叉定向到样本，以及将一次电子束聚焦到样本上的个体束斑的阵列上。为了形成样本的图像，需要检测来自每个波束的特征信号。在电子显微镜中，这可以是二次电子信号或背散射电子信号，或者透射电子信号。用以检测二次电子信号和背散射电子信号的方法分别在PCT/NL2013/050416和PCT/NL2013/050746中公开。
那些方法的一个缺点在于要么检测器本身，要么波束分离设备需要被置于一次电子束的路径中。那些方法的另一缺点在于一次波束的透镜的激励需要被调节从而适应信号电子束。最后，相比二次检测或背散射检测而言，待检查的样本中的一些对照机制更适用于透射检测。
本发明的目的在于提供用于检查样本的多带电粒子束装置，该装置提供了用于检测由多个带电粒子束产生的信号的新检测布置。
技术实现要素：
根据第一方面，本发明涉及一种用于检查样本的装置，其中该装置包括：
用于保持该样本的样本支持器，
用于生成一次带电粒子束阵列的多波束带电粒子发生器，
电磁透镜系统，用于将该一次带电粒子束阵列定向到该样本支持器处的单独的聚焦一次带电粒子束的阵列，
多像素光子检测器，其布置成用于检测在该一次带电粒子束撞击到该样本上时或者在该一次带电粒子束穿透过该样本之后由该聚焦一次带电粒子束产生的光子，以及
光学组件，其用于将该单独的聚焦一次带电粒子束的阵列中的至少两个相邻聚焦一次带电粒子束产生的光子传送到多像素光子检测器的不同和/或单独像素或者不同和/或单独像素群。
本发明的装置被布置成检测当该一次带电粒子束撞击该样本时或在该一次带电粒子束穿透过该样本之后由该聚焦一次带电粒子束产生的光子，来替代或附加于检测二次电子信号和/或背散射电子信号。附加地，本发明的装置提供有多/像素检测器来检测产生自两个或更多聚焦一次带电粒子束的光子。根据本发明，该光学组件和/或该多像素光子检测器被布置成提供能够区分由该至少两个相邻聚焦一次带电粒子束中的一者产生的光信号与由该至少两个相邻聚焦一次带电粒子束中的另一者产生的光信号的分辨率。本发明的装置由此提供了一种用于同时个别地检测两个或更多聚焦一次带电粒子束产生的光子的新检测布置。
应注意，该光学组件可以布置在样本支持器面向该电磁透镜系统的一侧，或者可以布置在该样本支持器背离该电磁透镜系统的相对侧。
由于带电粒子在材料(尤其是发光材料)上的影响而引起光子的发射的现象被称为阴极射线发光。应注意，在样本包括一个或多个阴极射线发光成分的情形中，光子由该聚焦一次带电粒子束在该一次带电粒子束撞击到该样本(尤其是其阴极射线发光成分)上时产生。
在一个实施例中，该装置包括阴极射线发光材料层，其中该样本支持器被布置成将该样本置于该电磁透镜系统和该阴极射线发光材料层之间，从而该带电粒子在穿透过该样本之后撞击在该阴极射线发光材料层上。在该实施例中，该样本不需要具有阴极射线发光成分，因为光子是在该一次带电粒子束穿透过该样本之后该一次带电粒子束撞击在该阴极射线发光材料层上时由该聚焦一次带电粒子束产生的。
在一个实施例中，阴极射线发光材料层是由透光支撑板支持的。在另一方面，使用支撑板允许使用薄阴极射线发光材料层。在另一方面，使用透光支撑板允许所产生的光子穿过该支撑板，以及允许将该光学组件和该多像素光子检测器布置在该支撑板背离该薄阴极射线发光材料层的一侧。
在一个实施例中，该阴极射线发光材料层覆盖有电荷传导层，优选地，其中该电荷传导层布置在该阴极射线发光材料层面向该电磁透镜系统的一侧。该电荷传导层使得能够扩散和/或移除由撞击的带电粒子感生的表面电荷。优选地，在使用中，该电荷传导层导电地连接到接地电位以转移该表面电荷。
在一个实施例中，该样本支持器被布置成将该样本放置成与该阴极射线发光材料层直接接触和/或由该阴极射线发光材料层支持。
在替换性实施例中，该样本支持器被布置成将该样本放置成距该阴极射线发光材料层一段距离。通过将该样本放置成距该阴极射线发光材料层一段距离，由未在样本中散射的带电粒子束产生的光信号可以与由在样本中散射的带电粒子产生的光信号区分开来，尤其对每个带电粒子束而言。
此外，通过将该样本布置成距该阴极射线发光材料一段距离，可以创建明场图像或暗场图像。必要的距离取决于电子能量和所需对比度。在按不同方向散射的电子之间进行区分也是有可能的。
在一个实施例中，该光学布置包括布置成用于将所产生的光子成像到多像素光子检测器上的透镜系统，该透镜系统具有5倍到500倍之间的光学放大。
在一个实施例中，该电磁透镜系统被布置成将分开的束斑的阵列投影到样本表面上的该聚焦一次带电粒子束撞击到该样本支持器上的该样本上之处，其中该样本表面上的各束斑之间的间距在0.3到30微米之间。这些波束优选地被充分分隔，从而电子在该样本中或在该阴极射线发光材料中的散射范围小于诸电子波束之间的距离。对于5KV电子而言，该散射范围通常为300-500nm。对于越高能量的电子，该范围越大。在该情形中，也有可能使用薄阴极射线发光材料层，从而薄层中的横向散射范围小于聚焦一次带电粒子束之间的距离。
在一个实施例中，多像素光子检测器是CCD相机，CMOS相机、雪崩光电二极管阵列或光电倍增器阵列。
在一个实施例中，CCD相机、CMOS相机、雪崩光电二极管或光电倍增器的阵列包括检测器像素阵列，该检测器像素阵列其被放置成使得该检测器像素阵列与由该一次带电粒子束的个体波束产生的个体光束斑的图像阵列重合。具体而言，该光学组件将由该一次带电粒子束的个体波束产生的个体光束斑投影或成像到图像阵列中。
在一个实施例中，该装置进一步包括用于在该样本支持器上扫描该聚焦一次带电粒子的系统。在使用过程中，当样本被布置在该样本支持器上或该样本支持器中时，该扫描系统被布置用于在该样本上扫描该聚焦一次带电粒子束。在一个实施例中，该装置进一步包括用于控制该扫描系统和/或该检测器，和/或用于每个一次带电粒子束创建一个图像的控制及信号处理系统。
在一个实施例中，该装置包括用于以恒定速度，按第一方向移动该样本支持器的第一致动系统，以及用于按至少基本垂直于该第一方向的第二方向在该样本支持器上扫描该聚焦一次带电粒子束的第二致动系统。在一个实施例中，该装置进一步包括用于控制该第一和第二致动系统和/或该检测器，和/或用于每个一次带电粒子束创建一个图像的控制及信号处理系统。
在一个实施例中，该装置进一步包括用于将该每个一次带电粒子束的个体图像组合成该样本的至少一部分的一个组合图像的信号处理单元。
在一个实施例中，该一次带电粒子束包括电子束。
根据第二方面，本发明涉及一种用于检查样本的方法，该方法使用一种装置，包括：
持有该样本的样本支持器，
生成一次带电粒子束阵列的多波束带电粒子发生器，
电磁透镜系统，其将该一次带电粒子束阵列定向到该样本支持器上或该样本支持器中的该样本上的单独的聚焦一次带电粒子束阵列，
多像素光子检测器，其布置成检测在该一次带电粒子束撞击到该样本上时或者在该一次带电粒子束穿透过该样本之后由该聚焦一次带电粒子束产生的光子，以及
光学组件，其将该单独的聚焦一次带电粒子束的阵列中的至少两个相邻聚焦一次带电粒子束产生的光子传送到多像素光子检测器的不同和/或单独像素或者不同和/或单独像素群。
在该方法的一个实施例中，该装置包括阴极射线发光材料层，其中该样本支持器被布置成将该样本置于该电磁透镜系统和该阴极射线发光材料层之间，其中穿过该样本的该带电粒子随后撞击在该阴极射线发光材料层上。
说明书中描述和示出的各方面和特征可以被个别应用在任何可能之处。这些个别的方面，尤其是所附从属权利要求中描述的方面和特征可以成为专利分案申请的主题。
附图说明
本方面将会在所附附图中所示的示例性实施例的基础上阐述，其中：
图1示出了多波束扫描电子显微镜(MBSEM)的示例，
图2示出了根据本发明的检测布置的第一实施例，
图3示出了在阴极射线发光层顶部的样本的布置，
图4示出了根据本发明的检测布置的第二实施例，
图5示出了距阴极射线发光层一段距离的样本的布置，
图6示出了检测器的检测区域的分段的示例。
图7A和7B示出了透光支撑板顶部的薄阴极射线发光层的示例，以及
图8示出了提供有电荷传导层的阴极射线发光层的示例。
具体实施方式
图1示出了本发明的多波束扫描电子显微镜(MBSEM)的示例。MBSEM 1包括用于生成一次带电粒子束阵列(在该情形中是一次电子束3阵列)的多波束带电粒子发生器2。多波束电子发生器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由孔径透镜阵列6分成聚焦一次电子束3阵列。一次电子束3随后被定向到样本支持器150中的样本15，如箭头P所示意性指示的。
源4的多个图像被置于加速计透镜(accelerator lens)7的对象本源面(objective principle plane)上。加速计透镜7将一次电子束3定向到光轴8并且创建了所有一次电子束3的第一公共交叉9。
第一公共交叉9由磁聚光透镜10成像到充当限流孔的可变孔径16上。在可变孔径16处，创建了所有一次电子束3的第二公共交叉。
MBSEM包括用于将一次带电粒子束从可变孔径16处的公共交叉定向到样本表面15以及用于将所有一次带电粒子束3聚焦到样本表面15上的个体束斑阵列中的透镜系统13、14。透镜系统包括用于将可变孔径16成像到物镜14的无慧差面(coma free plane)上的中间磁透镜13，其中物镜14在样本表面15上创建了聚焦一次电子束阵列。
此外，MBSEM提供有用于在样本表面15上扫描聚焦一次电子束阵列的扫描线圈18。
MBSEM由此包括用于生成一次带电粒子束3阵列的多波束导电粒子发生器2，以及用于将该一次带电粒子束3阵列定向到样本支持器150中的样本15处的单独的聚焦一次带电粒子束阵列中的电磁透镜系统13、14。
根据本发明，以及如图2的第一示例中所示意性示出的，该装置进一步包括布置成检测当该一次带电粒子束3、3'、3”撞击在样本15上时由聚焦一次带电粒子束3、3’、3”产生的光子30、31、32的多像素光子检测器20。此外，该装置包括用于将该单独聚焦的一次带电粒子束3、3’、3”的阵列中的至少两个相邻聚焦一次带电粒子束3、3'产生的光子30、31传送到多像素光子检测器20的不同和/或单独像素或者不同和/或单独像素群的光学组件40。
当样本15包括一个或多个阴极射线发光成分时，光子30、31、32由该聚焦一次带电粒子束3、3’、3”在该一次带电粒子束3、3’、3”撞击在样本15上(尤其是撞击在其阴极射线发光成分上)时产生。
然而，当样本15未生成足够的光子30、31、32以供由多像素光子检测器20容易地检测到时，在样本15背离电磁透镜系统13、14的一侧布置有阴极射线发光材料层19，从而来自一次带电粒子束3、3'、3”的带电粒子在穿透过该样本15之后撞击在该阴极射线发光材料层19上。在图3中所示的示例中，样本支持器150被布置成将样本15放置成与该阴极射线发光材料层19直接接触并受到该阴极射线发光材料层19支持。当来自一次带电粒子束3、3’、3”的带电粒子击中阴极射线发光材料层19时，从交互腔(interaction volume)190中产生了光子。该交互腔190的大小和所产生的光的亮度除其它因素外尤其取决于撞击阴极射线发光材料层19的带电粒子的能量。
在本发明的装置的第二示例中，如图4中所示意性地示出的，样本支持器150布置成将样本15置于距该阴极射线发光材料层19一段距离d。再次，该装置包括布置成用于检测当带电粒子束23、23’、23”在一次聚焦带电粒子束3、3’、3”穿透过样本15之后撞击在阴极射线发光材料层19上时由带电粒子束23、23’、23”产生的光子30、31、32的多像素光子检测器20。该装置还包括用于将穿透的一次带电粒子束23、23’、23”的阵列中的至少两个相邻带电粒子束23、23'产生的光子30、31传送到多像素光子检测器20的不同和/或单独像素或者不同和/或单独像素群的光学组件40。
样本15和阴极射线发光材料层19的布置在图5中更为具体地示出。该附图进一步示出了一次聚焦带电粒子束3、3’、3”的带电粒子能够直接穿过样本15。这些带电粒子也被记为第0阶穿透带电粒子。当第0阶穿透带电粒子击中阴极射线发光材料层19时，从交互腔190中产生了光子。当使用由这些第0阶穿透带电粒子产生的光子来对样本成像时，获得了一明场图像。
此外，一次聚焦带电粒子束3、3’、3”的带电粒子还能够被样本15散射。这些散射的带电粒子以相对于传播第0阶穿透带电粒子的直线成角度的方向离开样本15。如图5中所示，因为样本15和阴极射线发光材料层19之间有距离d，所以散射的带电粒子终止在阴极射线发光材料层19上与第0阶穿透带电粒子的位置相邻的位置处。当这些散射的带电粒子击中阴极射线发光材料层19时，从交互腔191中产生了光子。当使用由这些散射的带电粒子产生的光子来对样本成像时，获得了一暗场图像。
为了在第0阶穿透带电粒子和散射的带电粒子之间进行区分，可以使用检测器20的检测区域的分段，就如例如图6中所示。
在第一实施例中，检测器20的光敏感区域如图6中所示的那样布置。由此，对于每个一次聚焦带电粒子束来说，存在光敏感区域群60、60’(也被标记为像素)，包括：
用于检测由第0阶穿透带电粒子生成的光的中央光敏感区域60、61’，以及
布置在中央光敏感区域61、61’周围，用于检测由散射带电粒子生成的光的一圈光敏感区域62、63、64、65、62’、63’、64’、65’。
在第二实施例中，检测器20包括以行和列布置的大量像素，这允许检测待检测的所生成的光的任何图案。生成自个体一次聚焦带电粒子3、3’、3”的光可以与那些图案相区分，因为该光是以光束斑群布置的。每一个此类光束斑群包括源自交互腔190的第0阶穿透带电粒子的中央部分，参见图5的示例。该中央部分可以被源自交互腔191的散射带电粒子的光束斑包围。来自各种群内的这些各种光束斑的信号可以使用用于读出并分析来自检测器20的像素的光信号的适当的子例程来分开。
替换地，例如可以根据图6中所示的图案来分配或指派具体像素或像素群。中央像素或像素群61、61’被指派用于检测由第0阶穿透带电粒子生成的光，以及周围的像素或像素群62、63、64、65、62’、63'、64’、65’被指派用于检测由散射的带电粒子生成的光。
在一个示例性实施例中，阴极射线发光材料层19包括钇铝石榴石(YAG，Y3Al5O12)，该钇铝石榴石是石榴石类合成晶体材料。虽然YAG晶体层提供了非常均匀的且定义良好的阴极射线发光材料层，但是YAG层的缺点在于其还吸收了部分生成的光。为了限制所生成的光的吸收量，阴极射线发光材料层19’优选地是薄层，优选地小于或等于交互腔的最大深度，该阴极射线发光材料层19’被布置成在透光支撑板200顶部和/或由该透光支撑板200支持，例如如图7A中所示。
在替换示例性实施例中，阴极射线发光材料层19”比交互腔的最大深度薄，该阴极射线发光材料层19”也被称为散射范围，如图7B中所示。使用此类薄的阴极射线发光材料层19”，来自较高能量的带电电粒子束的信号至少基本不产生干扰。
附加地或替换地，阴极射线发光材料层19被用电荷传导层300覆盖，例如如图8中所示。该电荷传导层300优选地布置在阴极射线发光材料层19背离电磁透镜系统13、14的一侧，并且优选地连接到接地电位。电荷传导层300包括例如ITO层和/或石墨烯层。替换地或附加地，电荷传导层300包括薄金属层，例如其具有10到20nm的厚度。此类薄金属层提供了期望的电荷传导属性以及附加地提供了阴极射线发光材料19中产生的光子的镜面效应，其中镜面效应能够增加所产生的光子的定向到光学组件40和检测器20的部分。
注意，光学组件40包括透镜系统41、42，该透镜系统41、42被布置成用于将所产生的光子30、31成像到多像素光子检测器20上。优选地，光学组件40提供了5倍到500倍之间的光学放大。
为了从样本15的表面获得图像，该装置进一步包括用于在该样本上扫描聚焦一次带电粒子束的系统18，以及用于控制扫描系统18和检测器20，以及用于分析来自检测器20的数据以及为每个一次带电粒子束创建一个图像的控制及信号处理系统21。
替换地或附加地，该装置进一步包括用于以恒定速度按第一方向移动样本支持器150的第一致动系统180。连同扫描系统18作为第二致动系统，其用于在该样本上以至少基本垂直于第一方向的第二方向扫描聚焦一次带电粒子束，该聚焦一次带电粒子束可以在样本15的表面区域上被扫描。同样，控制及信号处理系统21被例如布置成为每个一次带电粒子束创建一个图像。
控制及信号处理单元21优选地被布置成和/或提供有用于将每个一次带电粒子束的个体图像组合成样本15的至少一部分的组合图像的适当的子例程。
将理解以上描述被包括以解说优选的实施例的操作而并不旨在限制本发明的范围。从以上讨论中看出，许多变化对于本领域技术人员是下而易见的，其被本发明的精神和范围所涵盖。