用于通过多个带电粒子分束来检查样品的带电粒子束装置的制作方法

本发明涉及一种用于通过多个带电粒子分束来检查样品的带电粒子束装置，该带电粒子束装置包含：

–用于保持样品的样品保持器；

–用于产生带电粒子的束的源；

–照射器，用于将带电粒子的所述束转换成多个带电粒子分束，并且将所述多个带电粒子分束聚焦到所述样品上；以及

–检测器组件，用于检测响应于所述多个带电粒子分束的辐射而从样品发出的辐射的通量。

背景技术：

在已知的系统中，照射器包含多孔径透镜板，其具有用于限定对应多个带电粒子分束的孔径的网格。孔径阵列典型地起到双重作用。首先，当从由（例如）场致发射枪发射的单个大束中切割出分束时，孔径限定各个分束。因此，它们用作各个分束的限束孔径。第二，如果至少在板的一侧上存在电场，并且在另一侧上存在不同的场，则各个孔径充当用于分束的（微）透镜。因此，为在不同平面中的分束形成（虚拟）交叉点，而不是为作为一个整体的束形成公共交叉点。这允许（例如）将分束作为探针以规则的二维图案聚焦在样品上。备选地，能够将与用于束清晰度的孔径阵列不同的孔径阵列用于透镜作用。

上述多分束装置一般提供令人满意的结果。然而，对于背散射电子检测，本设计提出了一些挑战。由于各种原因，希望能够在此些工具中准确地检测背散射电子（bse）。例如，bse一般来自比二次电子更大的亚表面深度，并且它们因此提供更多深度有关的信息。bse屈服值也给出关于样品的原子数组成的信息。此外，bse倾向于表现出作为深度的函数的优选能量和/或发射角，并且能够因此充当用于执行断层摄影的有用基础。然而，在多束em的情况下，由各种输入束产生的bse通量（带有关联信息）倾向于仅在样品表面上方的近距离变得混合/杂乱，例如对于典型的束阵列配置（诸如在例如大约3µm的（样品级）正交分离的14×14束）大约仅几微米。因此，如果使用传统的bse检测架构，则它将基本上记录bse的卷积混合。因此，背散射电子检测中的挑战之一存在于将检测到的背散射电子正确指派到对应分束，特别是在这些多分束装置中。

就此而论，目的是提供一种带有改进的检测器功能性的带电粒子束装置。具体地，目的是提供一种带电粒子束装置，而通过该装置，单独的分束背散射电子检测是可能的。

技术实现要素：

为此，提供了如权利要求1所限定的一种用于通过多个带电粒子分束来检查样品的带电粒子束装置。如本文中所定义的，带电粒子束装置包含用于保持样品的样品保持器，用于产生带电粒子的束的源，以及用于将带电粒子的所述束转换成多个带电粒子分束以及用于将所述多个带电粒子分束聚焦到所述样品上的照射器。进一步地，带电粒子束装置包含用于响应于由所述多个带电粒子分束的辐射而从样品发出的辐射的通量的检测器组件。

根据本发明，带电粒子束装置被布置成用于将所述多个带电粒子分束以基本上1d（一维）图案引导到所述样品上。所述基本上1d图案形成基本上2d几何形状的边缘的一部分。基本上1d图案能够是线，但也能够是样条、曲线、圆或其组合。根据本公开，多个带电粒子分束斑点以使得它们全部被定位在基本上2d（二维）几何形状的外边界或圆周上的此类方式布置。几何形状能够是矩形、正方形、三角形，圆形等等。

根据本发明，检测器组件包括以相应的基本上1d图案被定位的多个检测器单元，其中每个检测器单元被布置成用于检测响应于所述多个带电粒子分束中关联的一个带电粒子分束的辐射而从样品发出的辐射的通量。

通过将多个带电粒子分束以基本上1d图案引导到所述样品上，其中所述基本上1d图案形成基本上2d几何形状的边缘的一部分，也可能将相应的基本上1d图案用于多个检测器单元。此配置提供了很多的设计自由度，特别是对于检测器单元的设计选择，因为基本上1d图案允许直接接近与每个分束相邻的小的有效表面。首先，此配置为检测器单元提供了很多的空间，因为它们能够被定位在2d几何形状的外边缘之外，并且在径向和垂直方向上的所有空间可以被用于平行检测器构造。其次，减轻了设计限制，因为检测器单元不需要如将在带有网格状分束图案的现有技术多分束装置中所要求的，到达在两个相邻的第一与第二分束之中以到达第三、更内部的分束。通过基本上1d图案，不需要复杂的构造就能够将检测器单元定位成靠近对应带电粒子分束。由此，实现了如本文所限定的目的。

下面将讨论其它有利的实施例。

在一实施例中，所述基本上1d图案包含直线。所述基本上1d图案可以附加地或备选地包含曲线。所述基本上1d图案可以包含半圆或圆（的一部分）。这些全部是提供空间优点的几何形状，并且也允许关于检测器单元的紧凑设计。在半圆或圆（的一部分）的情况下，在带电粒子分束被大体上与带电粒子束装置的光轴等距放置时，它是有利的。这样，分束基本上全部展示能够以统一方式抵消（如果期望的话）的相同光学像差。

在一实施例中，带电粒子束装置被布置成通过所述多个带电粒子分束来扫描所述样本。这允许以有效的方式研究样品的更大部分。

在所述带电粒子束装置被布置成用于在第一方向上多个带电粒子分束的往复移动以及用于在与第一方向大体上正交的第二方向上样品保持器的往复移动时，可以获得所述样本的有效扫描。这样，样品可以在第二方向上被移动，例如从左到右，而同时分束可以在第一方向上被来回（即以往复的方式）移动，例如向上和向下。这允许以快速和有效的方式扫描样本的大面积。显然，也将可设想到备选移动方案。例如，样本可以以往复的方式被移动，而分束被从上到下移动。注意，在带电粒子分束在第一方向上的移动和样品保持器在第二方向上的移动期间，也可设想到带电粒子分束在第二方向上的附加移动和/或样品保持器在第一方向上的附加移动，以允许漂移校正、失真校正等。

在一实施例中，所述检测器组件是bse检测器组件，包含多个bse检测器单元。

在一实施例中，多个检测器单元中的至少一个包含具有被定向到对应带电粒子分束的前端表面以及被定向到所述样本的底部表面的外壳。该设定允许检测器单元被定位成相对靠近对应带电粒子分束，这有助于将检测到的信号指派到正确的带电粒子分束。

在一实施例中，所述底部表面包含用于检测响应于所述对应带电粒子分束的辐射而从样品发出的辐射的所述通量的检测器元件。

检测器元件可以备选地或附加地，所述前端表面包含检测器元件。

所述检测器元件可以包含闪烁层和/或单晶闪烁体。

在一实施例中，所述检测器元件包含光子传感器或固态直接电子传感器。

在一实施例中，所述检测器单元包含用于所述检测器元件的直接光耦合的光导元件。所述光导元件可以被布置成用于所述闪烁层到所述光子传感器的直接光耦合。

在另一实施例中，使用了充当检测器元件和光导元件的单晶闪烁体。单晶闪烁体能够与光子传感器或固态直接电子传感器接触。

可设想的是，光导元件延伸超过至少5mm，具体地说至少10mm的距离。

使用闪烁层时，使用基本上1d图案的方法允许经由光导元件从闪烁体到光子传感器的直接光耦合。在圆或半圆1d图案被用于多个分束-并且因此也用于检测器单元的情况下，这允许光导占据圆的恒定扇区（恒定角度），这允许光导在离光轴约10mm的距离之后从微米大小的尺寸扩展到毫米。这使得能够为每个分束通道使用分立的光电二极管/光电倍增器。由此，能够获得与cmos相机（高达khz）相比较更高的速度（大于1mhz）。另外，诸如pmt或sipm的分立传感器提供有利的宏观尺寸。使用单晶闪烁体时存在类似的优点，因为单晶闪烁体充当光导元件。总而言之，如本文中所呈现的设计提供了使用光导元件的更好的光收集以及使用单片检测元件的显著更容易的对准和鲁棒性及降低的复杂性，而不必求助于复杂和具有挑战性的检测器组件。

在使用基于硅的传感器的不同方案的情况下，1d图案（线性或圆形）能够被有利地用于来自每个检测区域的信号线的简单布线，这将在如现有技术中使用的紧密封装的2d网格中是不可能的。

根据一方面，提供了一种通过多个带电粒子分束来检查样品的方法，该方法包含以下步骤：

–提供样品；

–提供多个带电粒子分束并且将所述多个带电粒子分束聚焦到所述样品上；

–响应于由所述多个带电粒子分束的辐射，检测从样品发出的辐射的通量。

如本文所述，方法包含以下步骤：

–将所述多个带电粒子分束以基本上1d图案引导到所述样品上；以及

–检测响应于所述多个带电粒子分束的关联的一个带电粒子分束的辐射而从样品发出的辐射的通量。

在一实施例中，所述检测具体地说使用以相应的基本上1d图案布置的多个检测器单元来进行。

此类方法的优点已在上面参照如本文中所公开的带电粒子束装置解释。方法可以通过如本文中所描述的带电粒子束装置来执行。

下面将解释有利实施例。

在一实施例中，方法包含通过所述带电粒子分束来扫描所述样本的步骤，具体地说通过在第一方向将所述带电粒子分束移动到所述样品上，并且同时在与所述第一方向大体上正交的第二方向上移动所述样品。

在一实施例中，检测辐射的通量包含检测背散射电子的步骤。

在一实施例中，在检测器和样品之间的距离在检查所述样品期间被保持恒定。另外，在检测器和分束之间的距离可以在检查期间被保持恒定。通过移动工作台可以使距离保持恒定。实现此结果的其它方式也是可以设想到的。

在一实施例中，多个带电粒子分束和对应多个检测器元件的相互位置被对准。这样，检测器元件的中心和分束的中心位置在切线方向上匹配，并且检测器元件边缘和分束的垂直距离能够在系统操作期间保持较小并且大体上恒定。

附图说明

现在将基于示范性实施例和所附示意图更详细地阐明本发明，在附图中：

图1给出了其中实现了本发明的电子显微镜的实施例的纵向截面正视图。

图2图示了根据现有技术布置的能够从单个原始粒子（progenitor）束生成电子束阵列的方式。

图3图示了根据第一实施例的能够生成多个带电粒子分束的1d图案的方式。

图4图示了根据第二实施例的能够生成多个带电粒子分束的1d图案的方式。

图5图示了根据第三实施例的能够生成多个带电粒子分束的1d图案的方式。

图6图示了能够使用多个带电粒子分束的1d图案来检查样本的方式；

图7图示了检测器组件及其检测器单元的顶视图和侧（截面）视图；

图8示出了根据实施例的检测器的透视图。

具体实施方式

图1示出了采用多束扫描电子显微镜（mbsem）形式的带电粒子束装置的示例。mbsem1包含用于生成主带电粒子束3的阵列（在此情况下的主电子束3的阵列）的多束带电粒子生成器2a。多束电子生成器2a包含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被孔径透镜阵列6拆分成聚焦的主电子束3的阵列。如由箭头p以示意图方式所指示，主电子束3随后被引导向样本15。样本能够被定位在工作台上，使得它能够相对于带电粒子分束3以期望的方式被定位。

源4的多个图像被定位在加速器透镜7的物主平面上。加速器透镜7将主电子束3引导向光轴8，并且形成所有主电子束3的第一公共交叉点9。

第一公共交叉点9由磁聚光透镜10成像到作为电流限制孔径的可变孔径11上。在可变孔径11处，形成所有主电子束3的第二公共交叉点。

mbsem包含用于将来自在可变孔径11处公共交叉点的主带电粒子束引导向样本表面15，并用于将所有主带电粒子束3聚焦到样本表面15上的各个斑点的阵列中的透镜系统13、14。该透镜系统包含用于将可变孔径11成像到物镜14的无彗差平面上的中间磁透镜13，该物镜14在样本表面15上形成聚焦的主电子束的阵列。

另外，mbsem提供有用于扫描在样本表面15上方聚焦的主电子束的阵列的扫描线圈16。

在此实施例中示出的mbsem还提供有位置敏感二次电子检测器12，该位置敏感二次电子检测器12至少基本上定位在包含公共交叉点的平面中或附近，在此情况下，直接定位在可变孔径11的下方。此二次电子检测系统12被布置成在样本表面15上采集每个单一主电子束斑点的单独二次电子图像。这意味着，当在此mbsem1中扫描样本表面15时，能够在一个单扫描期间中同时采集多个图像。

如图1中所示的带电粒子束装置1被布置成通过多个带电粒子分束3来检查样品15。带电粒子束装置包含用于保持样品的样品保持器15；用于产生带电粒子的束5的源4；用于将带电粒子的所述束5转换成多个带电粒子分束3并且将所述多个带电粒子分束3引导到所述样品15上的照射器2b。照射器2b包含具有用于限定对应多个带电粒子分束的多个孔径的多孔径透镜板6；以及用于在多孔径透镜板6的表面处产生电场的至少第一电极61；以及用于检测响应于所述多个带电粒子分束的辐射而从样品15发出的辐射的通量的检测器12。注意，如这里在图1中所示的一般设定对于本领域技术人员来说是已知的，例如从ep2864997b1中，并且对此设定的修改对于本领域技术人员来说也是已知的。

如本文中所公开的带电粒子装置1包含多孔径透镜板6，其中所述多孔径透镜板6中的孔径具有非圆形横截面形状。这将相对于如图2到图7中所示的几个实施例更详细地讨论。通过多孔径透镜板，改进了成像分辨率。

图2示出了根据现有技术的在多孔径板6中形成的孔径315的规则网格319。每个非周边孔径或中心孔径“a”具有四个直接相邻的孔径“b”、“c”、“d”和“e”，并且它具有四个第二最近的相邻孔径或对角相邻“f”、“g”、“h”和“i”。图2指示其中孔径315以最接近的邻居节距排列的基本阵列向量[10]，并且图2指示其中孔径315以第二最接近的邻居节距排列的基本阵列向量[11]。每个孔径具有中心317。这里所示的孔径以5×5矩阵布置，具有定位在网格的轮廓或边缘上的外部孔径i、b、f、c、g和定位在网格的内部的内部孔径e、a、h、d。使用此类孔径板6，在使用常规bse检测架构的情况下，检测到bse的卷积混合。如前面所指示，背散射电子检测中的挑战之一存在于将检测到的背散射电子正确指派到对应分束，特别是在这些多分束装置中。

图3示出了根据本公开的实施例的设定。这里，多孔径板6包含被布置成形成线的多个孔径315。通过多孔径板6，带电粒子束装置能将所述多个带电粒子分束以基本上1d图案（在此情况下采用直线的形式）引导到所述样品上。由于此基本上1d图案，可能布置检测器组件以包含以相应的基本上1d图案布置的多个检测器单元，每个检测器单元被定位成相对靠近对应分束，使得检测到的信号能够被正确指派到对应带电粒子分束。

在图3中，基本上1d图案包含直线。备选地，它能够是曲线。基本上1d图案以使得图案无内部孔径的此类方式布置。诸如如图2中所示的内部孔径e、a、h、d的内部孔径的使用使得相对难以辨别响应于由第一带电粒子分束的辐射而从样品发出的辐射的第一通量和响应于由第二、相邻带电粒子分束的辐射而从样品发出的辐射的第二相邻通量。为能够做到这一点，将要求各个检测器单元被布置成相对靠近样品，并且也相对靠近带电粒子分束。特别是对于内部孔径，这是困难的，因为用于放置检测器单元的可用空间太小。然而，根据本公开，当多个带电粒子分束形成基本上1d图案，特别是其中所述基本上1d图案形成基本上2d几何形状的边缘的一部分时，上述要求能够得以满足。2d几何形状能够是正方形、矩形、三角形、圆形或其部分。这允许所有检测器单元从侧面，即从基本上2d几何形状的外部轮廓，接近样本和对应带电粒子分束。这样，检测器单元能够被定位得足够靠近样本，并且足够靠近对应分束，以确保检测到的信号是从对应带电粒子分束发出的。当所述检测器组件是包含多个背散射电子（bse）检测器单元的bse检测器组件时，这是特别有利的。多个检测器也可以以对应1d图案布置，或者可以以不同1d图案布置。例如，在图3的实施例中，可设想的是，检测器单元以交替方式布置，例如在带电粒子分束的（左和右）两侧交替。这导致用于检测器单元的z字形1d图案。也可能使用各自来自不同侧的两个专用检测器元件来收集由完全相同的分束生成的信号，并且因此增强信号收集效率和改进图像snr。

现在转到图4，示出了多孔径板的又一实施例，允许如本文中公开的带电粒子束装置将所述多个带电粒子分束以基本上1d图形引导到所述样品上。这里，多孔径板包含并排定位的孔径315的两行319a、319b。在所示的实施例中，基本上1d图案形成正方形或矩形325（点线）的边缘的一部分。通过如这里所示的基本上1d图案，再次可能以相应的基本上1d图案布置检测器单元，以允许响应于由所述多个带电粒子分束中的关联的一个带电粒子分束的辐射而可靠地检测从样品发出的辐射的通量。在此情况下，与第一行319a关联的检测器能够被定位在附图的左侧，并且与第二行319b关联的检测器能够被定位在附图的右手侧。

在图3和图4的实施例中，它涉及用于限定带电粒子分束的基本上1d图案的多孔径板6。本领域技术人员将理解，实现此基本1d图案的其它方式也是可能的。进一步地，在图3中，使用了总共五个孔径，并且在图4中，使用了总共十个孔径。然而，可设想到在基本上1d图案中使用任何数量的孔径。

还可设想到通过阻挡多孔径板6中的多个孔径而获得期望的1d图案。例如，在如图2所示的现有技术的孔径板6中，可设想到来自内部孔径（例如e、a、h、d）的分束被阻挡，并且不能到达样品。在该情况下，到达样品的分束能够形成由基本上2d几何形状（在此情况下，为正方形）的外部轮廓限定的基本上1d图案，这允许检测器单元也以对应1d图案被定位。

现在转向图5，示出了多孔径板的又一实施例，允许如本文中所公开的粒子束装置将所述多个带电粒子分束以基本上1d图案引导到所述样品上。这里，基本上1d图案包含圆325的两个子部分。在该意义上，该布置与图4的两行线性布置非常相似，但存在两个主要不同：首先，图5中使用的两行319a、319b被布置成在圆325上，即，它们被定位在2d几何形状（其在此情况下是圆325）的外轮廓或周线上。其次，第二行319b相对于第一行319a有稍微的偏移。图5示出了坐标轴x、y以对此进行说明。第二行319b与第一行319a相比在（负）y方向上被稍微偏移。具体地说，该偏移使得第一行319a的给定孔径处在第二行319b的相邻孔径之间。此策略也适用于图4的实施例。此偏移或交错布置在有效和高效地扫描样本方面具有几个优点，如下面将相对于图6所讨论的。要注意的是，在单行中，相邻孔优选地在y方向上具有相同的距离，但在此情况下在x方向上的距离可以变化，因为孔径基本上被置于圆325的外轮廓上。

现在参考图6，示出了本文中所描述的带电粒子分束布置的示意性顶视图。示出了包含多个样本区sa–sk的样本15的示意性顶视图。这里要注意的是，为清楚起见，并非所有样本区都提供有附图标记。每个样本区sa–sk具有关联的带电粒子分束3a-3k。能够在正（和负）x方向（由箭头ss指示）上移动样本15。能够在正和负y方向上移动带电粒子分束。样本和分束的另外移动也是可设想到的。因此，带电粒子束装置被布置成通过所述多个带电粒子分束来扫描所述样本。图6中指示了单个分束的扫描路径sa-sk。通过在单个方向ss上移动样本并且同时以往复的方式向上和向下（大体上与样本移动方向正交）移动分束3a-3k，可能以快速、有效和可靠的方式扫描样本15的相对大的部分。以采用圆形的周线形式的1d图案放置束确保了检测器单元能够被放置在相应分束附近（参见图7），而且还确保了像差被最小化。

现在转到图7，在该图的左手部分中示出了检测器单元41a-41e相对于带电粒子分束3a-3e的定位，并且在该图的右手部分中示出了单个检测器单元41的截面视图。能够看到的是出，带电粒子分束3a-3e以圆的一部分的形式被定位。要注意的是，图7的左边部分仅示出了设定的一部分，并且整个设定能够类似于图6中所示的设定。然而，还可以设想到使用如图3-5的一或多个中所示的设定。然而，在所有情况下，各个检测器单元41能够被定位成相对靠近样本15以及靠近对应带电粒子分束3a-3e。通过如本文中所公开的设定，检测器单元41a-41e能够从基本上2d几何形状（其在所示实施例中为圆形）的外部轮廓的外部部分接近对应带电粒子分束。如前面所提及的，基本上2d几何形状能够是正方形、矩形、三角形、半圆形、圆形或任何其它形状，或其部分或组合。由于检测器能够接近由粒子分束3a-3e限定的2d几何形状的外部轮廓，因此，有充分的空间来实施检测器单元。换句话说，由带电粒子分束限定的1d图案减轻了对对应检测器单元的空间约束。

图7的横截面示出了单个带电粒子分束3撞击在样本15的表面上，从而生成辐射r的通量。检测器单元41被定位成靠近样本的表面和靠近带电粒子分束3。检测器单元41包含外壳50，其带有被定向到对应带电粒子分束3的前端表面52以及被定向到所述样本的底部表面51。外壳也包含顶部表面53。前端表面52将底部表面51连接到顶部表面53。也能够提供又一个圆周壁（未示出）。在所示的实施例中，底部表面51包含用于检测响应于所述对应带电粒子分束3的辐射而从样本15发出的辐射r的所述通量的检测器元件42。备选地，或另外，前端表面52可以提供有此类检测器元件42。检测器元件能够是闪烁材料的相对薄的层。

在所示的实施例中，检测器41包含在外壳50内形成并且被布置成用于所述检测器元件的直接光耦合的光导l。光导能够是在抛光的反射“外壳”内空的空间，或者是光通过玻璃传播并通过全反射从光真空边界反射的玻璃部分。在所示的实施例中，光从传感器表面42耦合到光子传感器43。传感器表面42能够是薄的闪烁体层。在实施例中，传感器42能够是固态直接电子传感器。

在备选实施例中，外壳50能够由例如玻璃的透明材料制成并且充当光导l，并且检测器元件42能够是放置在光导表面上并且光子传感器43耦合到它的闪烁材料的薄层。

在备选实施例中，带有检测器元件42的外壳50能够是带有传感器表面42的功能性的单晶闪烁体，传感器表面42也充当用于耦合到光子传感器43的光导l。

在备选实施例中，外壳50携带固态直接电子传感器42。在该情况下，能够不存在传感器元件43。

现在参照图8，示出了带有总共五个单独检测器单元41的检测器组件的设定。这里，通过使检测器单元41的1d布置与带电粒子分束的1d图案匹配而实现的微观到宏观尺度的跨度被可视化。分束被布置成在作为2d几何形状，具有大约100μm的直径的圆的外部轮廓上。光导l将检测器单元的前端连接到单个传感器43的阵列（这里由虚线示意性地指示）。这里示出的光导l的长度大约为10mm，并且传感器43附近的端面大约为2mm宽，使得良好的检测器-传感器耦合能够实现。在其中使用了基于硅的传感器的其它实施例中，能够利用（线性、正方形或圆形）1d图案来进行从每个检测区域的信号线的简单布线。这在现有技术中使用的带电粒子分束的紧密封装的2d阵列中将是不可能的。

上面已相对于附图讨论了几个实施例。期望的保护由所附权利要求确定。