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CN107112183A - 多电子束检查装置 - Google Patents

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CN107112183A
CN107112183A CN201580057918.2A CN201580057918A CN107112183A CN 107112183 A CN107112183 A CN 107112183A CN 201580057918 A CN201580057918 A CN 201580057918A CN 107112183 A CN107112183 A CN 107112183A
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primary electron
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Abstract

本发明涉及用于检查样本的表面的组件。该组件包括两个或更多个多束电子柱单元。每个单元包括：单个热场发射器，用于朝向分束器发射发散的电子束；其中分束器包括第一多孔板，该第一多孔板包括用于创建多个初级电子束的多个孔；准直器透镜，用于将来自发射器的发散的电子束准直；物镜单元，用于将所述多个初级电子束聚焦在所述样本上；以及多传感器检测器系统，用于分开地检测由所述经聚焦的初级电子束中的每个在所述样本上创建的次级电子束的强度。两个或更多个多束电子柱单元布置为彼此相邻，用于同时检查样本的表面的不同部分。

Description

多电子束检查装置
技术领域
本发明涉及用于检查样本的表面的组件。
背景技术
集成电路的生产过程中的常规步骤之一是检查经图案化的表面，尤其是在开始新设计时。将整个300mm晶片的主要部分成像，以检查图案中的缺陷并检查嵌入在图案中的或晶片顶部上的颗粒。这种检查目前通过高通量光学显微镜在专用仪器中执行。
随着光刻的进步，仪器必须检测越来越小的缺陷和颗粒。问题是，当粒子的尺寸减小时，来自粒子的光散射迅速地减少，因此信号-背景(和噪声)比降低。
为了解决这个问题，已经使用了电子束检查机，并且出于某些目的电子束检查机仍在使用中。电子束检查机可以具有比光学系统高得多的分辨率。但是，电子束检查机在其检查晶片的速度方面受到限制。为了提高速度，已经提出了多柱电子束系统。
例如，WO 2004/017355公开了用于多柱电子束检查工具的电子光学组件的示例，该多柱电子束检查工具具有分布在半导体晶片的区域上方的大约52个电子束柱。每个柱包括其自己的电子枪。根据WO 2004/017355，有利的是，组件包括一个或多个电子光学部件，所述一个或多个电子光学部件是用于电子束柱的整个组件的单个的结构，诸如第一个加速器电极、最终加速器电极、聚焦电极安装板和枪安装板。这些单个的结构为电子光学组件提供机械完整性并且便于组件的制造。
由于52个电子束柱的使用，可以提高生产率。但是，例如，对于具有量级为每小时一个晶片的吞吐量的电子束检查装置来说，这个电子束柱的数量太少，如下所示：
为了制作具有合理的信噪比的图像，需要大约每个像素300至400个初级电子(考虑到约0.3的量子检测效率)。对于检测10nm缺陷来说，具有300mm直径的半导体晶片包含大约7×1014个10×10nm的像素。为了获得每小时一个晶片的吞吐量，需要大约10μA的电流。实际所需的电流依赖于许多因素，诸如缺陷对比度、束尺寸的选择和所需的缺陷捕获率。但是，所需的电流将是这个数量级的。
具有高亮度源的电子显微镜中的典型电流为nA的量级。因此，只能使用例如并联的10000个电子束柱或更多个电子束柱来获得每小时1个晶片的期望的吞吐量。这种系统需要电子束柱被小型化到大约7mm2的柱占用面积，这对于制造是困难且昂贵的。
本发明的目的是提供替代的检查装置，该替代的检查装置允许对样本(特别是半导体晶片)的高吞吐量检查。
发明内容
本发明提供了包括多个多束电子柱单元的组件，用于同时检查样本的表面的不同部分。本发明还包括多束电子柱单元的若干新颖方面，包括用于所述单个热场发射源的单独的高真空腔室的设计、用于校正所述发射源的漂移的校正设备的设计，以及次级电子收集和检测系统的设计。
根据第一方面，本发明涉及用于检查样本的表面的组件，其中该组件包括两个或更多个多束电子柱单元，每个多束电子柱单元包括：
单个热场发射源，优选地是肖特基(Shottky)类型，用于朝向分束器发射发散的电子束，
分束器包括第一多孔板，该第一多孔板包括布置成用于创建多个初级电子束的多个孔，所述第一多个孔中的每个孔创建一个初级电子束，
准直器透镜，用于将来自发射器的发散的电子束基本准直，
物镜单元，用于将所述多个初级电子束聚焦在所述样本上，以及
多传感器检测器系统，用于分开地检测由所述经聚焦的初级电子束中的每一个在所述样本上创建的次级电子束的强度，
其中所述两个或更多个多束电子柱单元布置为彼此相邻，并且布置成将它们的多个初级电子束聚焦在样本的表面上，用于同时检查样本的表面的不同部分。
应当指出，多束电子柱本身是已知的。这种系统的示例尤其在US 6,774,646、US7,504,622、US 8,039,813、US 2010/0133433、US 2010/0320382、US 2012/0231606和WO2006/009444中公开。应当指出，至少在理论上，当今的多电子束柱通常具有与300mm半导体晶片相同数量级的直径，并且可以布置成将数以千计的电子束提供到样本上。
本发明提出使用包括多个多电子束柱的组件，代替使用如从现有技术已知的一个多电子束柱。本领域技术人员知道，由于使用第一多孔板用来创建多个初级电子束，由电子源产生的电流的相当大的一部分被所述第一多孔板阻挡。考虑到这一点，清楚的是，高亮度电子枪(诸如冷场发射器或肖特基类型枪)不能为10000个电子束提供足够的总电流。提供足够的总电流的电子枪不具有所需的亮度。
这个限制已经被本发明撇开。根据本发明的组件提供允许使用具有尽可能少的源的高亮度热场发射(TFE或“肖特基类型”)电子源的解决方案。由于单个TFE源可以为100至1000个具有大约1nA的电流的探针输送足够的电流，因此总数为10至100个的TFE源足以满足高吞吐量检查装置的要求。
例如，根据数据传输的观点，将10000个束划分成例如各自有100个电子束的100个单元也是有利的。在1nA束的情况下，每个像素400个电子的像素率为16×106s-1。对于100个电子束单元，这给出大约1GB/s的数据。这对于单个数据线和处理单元是适当的。因此，在实施例中，两个或更多个多束电子柱单元中的至少一个包括单个信号处理单元，该单个信号处理单元连接到两个或更多个多束电子柱单元中的所述一个的多传感器检测器系统。优选地，所述两个或更多个多束电子柱单元中的所述一个经由单个信号线或数据线连接到组件的中央信号处理单元。
在实施例中，分束器包括与第一多孔板一起提供第一静电透镜阵列的第一电极，其中在使用中所述第一多孔板的基本每个孔都包括静电透镜，以及其中第一静电透镜阵列的静电透镜布置成将多个初级电子束聚焦在第一焦平面中。在这个实施例中，分束器的功能与静电透镜阵列的功能相结合，用于为第一多孔板中的每个孔提供聚焦透镜，以及因此为多电子束柱单元中的每个电子束提供聚焦透镜。在使用中，所述多电子束单元的电子束聚焦在第一焦平面中，该第一焦平面优选地布置在TFE源和物镜单元之间的位置处。
在实施例中，第一焦平面布置在准直器透镜单元中或准直器透镜单元附近。在使用中，各个电子束聚焦在准直器透镜中或聚焦在准直器透镜附近，准直器透镜优选地是用于所述多电子束单元中的所有电子束的单个透镜，在本文中也被表示为微距透镜。通过将第一焦平面布置在准直微距透镜中或在准直微距透镜附近，可以在很大程度上减小由于微距透镜的像差引起的各个电子束的失真。
在实施例中，物镜单元包括用于将所述多个初级电子束聚焦在样本的表面上的第二静电透镜阵列，其中第二静电透镜阵列至少包括第二多孔板，其中在使用中的所述第二多孔板的基本每个孔都包括静电透镜。因此，物镜单元包括静电透镜的阵列，具体来说每个单独电子束一个静电透镜。
在实施例中，所述第二静电透镜阵列包括距离第二多孔板一定距离的第二电极，其中所述第二电极包括具有孔的阵列的多孔板，其中孔的阵列与第二多孔板的孔对准。将孔对准，以便提供多个初级电子束中的一个通过第二电极的多孔板的一个孔和第二多孔板的一个相关联的孔的通路。在使用中，所述第二电极相对于第二多孔板设定在不同的电压。所述电压差在第二电极与第二多孔板之间产生电场，该电场充当用于电子束行进通过第二电极的多孔板的所述一个孔和第二多孔板的所述相关联的孔的透镜。使用至少两个这种经对准的多孔板提供了良好限定的静电透镜的阵列，用于将多个初级电子束中的每一个准确地聚焦到样本的表面上。
在实施例中，所述第二静电透镜阵列包括距离第二多孔板一定距离的第二电极，其中所述第二电极包括用于使所述多个初级电子束通过的单个洞。在使用中，所述第二电极设定在与第二多孔板不同的电压。与具有两个多孔板的堆叠的静电透镜阵列相比，根据本实施例的第二静电透镜阵列更容易制造和对准。
在实施例中，在使用中，所述第二多孔板被设定在与样本的表面不同的电压，以便在第二多孔板与样本的表面之间提供静电减速场，该静电减速场小于在所述多孔板的背离样本的一侧的最近的电极与第二多孔板之间的静电减速场。在实施例中，所述最近的电极是第二电极。用于初级电子束的这个减速场为来自样本的次级电子提供加速场，该加速场用于将次级电子引导朝向所述多束电子柱单元的多传感器检测系统。
在实施例中，第二静电透镜阵列包括一系列第二电极，一系列第二电极都以距离第二多孔板的不同的距离布置。在实施例中，所述系列包括多于两个第二电极，优选地是四个第二电极。通过在使用中在第二电极的所述系列中的相邻的电极之间提供适当的电压差，可以优化物镜单元，以将初级电子装置准确地聚焦在样本的表面上，并且此外还适当地将来自样本的次级电子收集到次级电子束中。
在实施例中，每个多束电子柱单元还包括电-磁偏转单元，用于将来自所述分束器的多个初级电子束对准到所述第二静电透镜阵列中的透镜的中心上。在具有第一多孔板和第二多孔板两者的多束电子柱中，源自第一多孔板的孔的电子束必须正确地对准在第二多孔板的孔上。通过提供电-磁偏转单元，可以通过电磁偏转单元校正第一多孔板和第二多孔板之间的对准之间的任何偏差或漂移。
在实施例中，电-磁偏转单元布置成用于为所述多个初级电子束的所有初级电子束都提供基本相等的偏转。对于所述多束电子柱单元的所有电子束的这种基本相等的偏转的优点是，只需要一个偏转信号来控制所有电子束的基本相等的偏转。在实施例中，所述偏转信号包括电势和电流中的至少一个。
在实施例中，每个多束电子柱单元包括所述电-磁偏转单元中的两个，其中所述两个电-磁偏转单元的偏转方向基本彼此垂直。使用两个电-磁偏转单元的这种组合，电子小束的阵列可以在两个基本正交的方向上偏转，这允许将电子小束的阵列定位在偏转单元下游的平面上的任何位置处，特别是在用于将所述多个初级电子束聚焦在所述样本上的物镜单元上的期望位置。
在实施例中，所述多束电子柱包括可单独地调整的偏转元件的阵列，用于将来自所述分束器的多个初级电子束转向到所述第二静电透镜阵列中的透镜的中心上。
在实施例中，准直器透镜是组合的磁和静电准直器电子透镜，用于将由所述分束器创建的多个初级电子束的间距和旋转调整到所述第二静电透镜阵列中的透镜的中心的间距和旋转位置。优选地，准直器透镜包括具有一个或多个绕组的线圈，该线圈被布置在基本垂直于所述多束电子柱单元的纵向中心线的平面中，其中线圈的中心或中心线与所述多束电子柱单元的纵向中心线基本重合。在实施例中，所述线圈的所述一个或多个绕组被布置在基本平面的基板(例如硅晶片)上，其中该基板设置有用于使所述(一个或多个)电子束通过的一个或多个通孔，其中线圈基本围绕所述一个或多个通孔布置。在实施例中，所述一个或多个通孔设置有电-磁偏转单元的电极或者设置有可单独调整的偏转元件的阵列的电极。
在实施例中，至少在使用中，第二静电透镜阵列中的每个透镜布置成，与初级电子束相比，以一个附加的交叉(cross-over)将来自样本的次级电子投射到多传感器检测器上。优选地，第二静电透镜阵列布置成将次级电子投射到多传感器检测器系统上，优选地，将次级电子在多传感器检测器系统上散焦。优选地，多传感器检测器系统包括在次级电子在所述多传感器检测器系统上的所述散焦斑点的区域处的多个传感器。通过使用偏心的传感器来检测次级电子的散焦斑点的中心部分，可以获得所研究的样本的角度信息。此外，或者可替代地，可以使用这个设置来获得暗场图像。
在实施例中，所述多束电子柱单元中每一个都包括在所述准直器透镜和所述物镜单元之间的电-磁偏转系统，用于将次级电子束朝向所述多传感器检测器系统偏转。在实施例中，电-磁偏转系统布置成用于使所述次级电子束在1和20度之间的角度上偏转，优选地在大约3度的角度上偏转。通过使用次级电子束的这种低偏转，多传感器检测器系统布置成邻近并接近初级电子束的束路径，这允许多束电子柱单元的紧凑设计和小占用面积。
在实施例中，所述电-磁偏转系统包括Wien偏转器。这种Wien偏转器使用磁场将次级电子的轨迹从初级电子的轨迹解开。为了使次级电子在1和20度之间的小角度上偏转，优选地在大约3度的角度上偏转，仅仅次级电子和初级电子在使用中穿过的相对弱的磁场和/或在相对小的磁场区域中就足以解开它们的轨迹。优选地，布置成偏转低能量次级电子的磁场强度和/或磁场区域尺寸与布置成补偿磁场对高能量初级电子的影响的静电场叠加。初级电子基本不偏转地穿过Wien偏转器，这提供了若干优点。首先，用于初级电子束的电子光学柱的设计相对简单，例如使用具有基本直的线性光轴的基本直的设置。第二，初级电子束的对准基本与Wien偏转器无关。第三，这种直的设计提供小的占用面积，这允许容易地将若干多束电子柱单元组合到根据本发明的组件中。
在将次级电子束路径从初级电子束路径解开或分离之后，次级电子被引导朝向多传感器检测器系统。下面提出用于这种多传感器检测器系统的若干不同实施例：
在第一实施例中，所述多传感器检测器系统包括：
荧光板，布置成用于在所述荧光板的第一侧接收次级电子束，以及用于为所述次级电子束中的每一个生成基本分开的发光斑点，以及
多传感器检测器，布置在所述荧光板的背离第一侧的第二侧。
优选地，多传感器检测器直接布置在荧光板的顶部上，优选地抵靠在荧光板上，和/或连接到荧光板。
在第二实施例中，所述多传感器检测器系统包括：
荧光板或荧光层，布置成用于接收次级电子束并且用于为所述次级电子束中的每一个生成基本分开的发光斑点，
光纤的阵列，其中所述荧光板或荧光层布置成邻近或附连到所述光纤的阵列的第一端，用于将来自所述基本分开的发光斑点的光耦合到光纤中，以及
多传感器检测器，耦合到所述光纤的阵列的与所述第一端相对的第二端。
在第三实施例中，所述多传感器检测器系统包括：
荧光板，布置成用于接收次级电子束并且用于为所述次级电子束中的每一个生成基本分开的发光斑点，以及
镜子，用于将发光斑点成像在多传感器检测器上。这种镜子提供对布置在椭圆形镜子的一个焦点中的荧光板上的发光斑点到布置在椭圆形镜子的其它焦点中的多传感器检测器(诸如CCD传感器)上的高效成像。
优选地，镜子包括基本椭圆形的反射表面。
优选地，镜子设置有用于允许初级电子束和次级电子束通过的通孔。
在多传感器检测器系统的所有这些实施例中，多传感器检测器优选地包括多像素光检测器(诸如CCD相机、CMOS相机、雪崩光电二极管的阵列和光电倍增器的阵列)中的至少一个。
在实施例中，所述多像素检测器系统包括直接多像素电子检测器。
在实施例中，每个多束电子柱单元包括布置在第一焦平面处或第一焦平面附近的第三多孔板，其中所述第三多孔板包括布置成用于使经聚焦的初级电子束通过的多个孔，所述第三多个孔中的每个孔使一个经聚焦的电子束通过。在实施例中，每个多束电子柱单元包括腔室，其中所述单个热场发射源和所述分束器布置在所述腔室内部，以及其中所述第二多孔板提供所述腔室的壁。所述腔室将热场发射源与真空环境分开，在真空环境中布置了多束电子柱单元和样本的其余部分。
由于第三多孔板优选地布置在第一焦平面处或第一焦平面附近，因此孔优选地具有非常小的直径，例如小于25微米，优选地是大约5微米。第三多孔板的这种小孔仅提供到腔室中的非常有限的泄漏，这允许相对于真空环境的真空压力在包括热场发射源的腔室内部提供低得多的真空压力。
在实施例中，所述腔室连接到或包括真空泵。这个真空泵允许在腔室内部提供适于操作热场发射源的非常低的真空压力，也被称为高真空。腔室周围的真空环境的真空压力在使用中被布置成适于通过多个电子束来操作样本的检查，但是这个真空压力可以高于腔室中的真空压力。
优选地，连接到腔室或是腔室的一部分的所述真空泵包括离子泵。这种真空泵允许获得非常低的真空压力，并且可以在基本不引起多束电子柱单元的振动的情况下操作。
在实施例中，每个多束电子柱单元包括在单个热场发射源处或单个热场发射源附近的偏转器。这个偏转器布置成偏转热场发射源的整个电子束，并且可以用于校正热场发射源在其使用期期间的任何漂移。这个偏转器对于对准和/或维持多个电子束的正确对准以穿过第三多孔板的孔是特别实用的，该孔优选地非常小，优选地具有5微米的直径。
在实施例中，第一孔板设置有比系统中的初级电子束的数量更多的孔，特别是在使用时。在实施例中，设置有孔的第一孔板的面积大于在所述第一孔板上在使用中被由单个热发射源发射的发散的电子束照射的面积。第一孔板因此设置有多个备用孔，该多个备用孔优选地布置成围绕在使用中创建多个初级电子束。在单个热场发射源的漂移变得太大以至于不能由单个热场发射源处或其附近的偏转器恰当地校正的情况下，可以使用这些备用孔。如果漂移变得太大，则偏转器布置成将整个发散的电子束偏移过第一孔板的两个相邻孔之间的距离，以便使用所述备用孔中的一个或多个从而确保维持所需数量的初级电子束并且可以通过偏转器得到适当的偏转范围，以便校正任何进一步的漂移。在实施例中，电-磁偏转单元用于将经偏移的电子束的阵列偏转回物镜单元并且偏转到物镜单元上。
在实施例中，所述多束电子柱占据所述样本的表面之上在20×20mm2至60×60mm2的范围内的表面区域，优选地大约26×32mm2。
在实施例中，在样本的表面上的所述经聚焦的多个初级电子束的间距在50至500μm的范围内，优选地大约150μm。
根据第二方面，本发明提供了用于检查样本的表面的多束电子柱单元，其中多束电子柱单元包括：
单个热场发射源，优选地是肖特基类型，用于朝向分束器发射发散的电子束，
其中分束器包括第一多孔板，该第一多孔板包括布置成用于创建多个初级电子束的多个孔，所述第一多个孔中的每个孔创建一个初级电子束，其中分束器包括第一电极，该第一电极与第一多孔板一起提供第一静电透镜阵列，其中在使用中所述第一多孔板的基本每个孔都包括静电透镜，并且其中第一静电透镜阵列的静电透镜布置成将多个初级电子束聚焦在第一焦平面中，
另外的多孔板，布置在第一焦平面处或第一焦平面附近，其中所述另外的多孔板包括布置成用于使经聚焦的初级电子束通过的多个孔，所述第三多个孔中的每个孔使一个经聚焦的电子束通过，
准直器透镜，用于将来自发射器的发散的电子束基本准直，
物镜单元，用于将所述多个初级电子束聚焦在所述样本上，
多传感器检测器系统，用于分开地检测由所述经聚焦的初级电子束中的每一个在所述样本上创建的次级电子束的强度，
其中多束电子柱单元包括腔室，优选地是真空腔室，其中所述单个热场发射源和所述分束器布置在所述腔室内部，以及其中所述另外的多孔板提供所述腔室的壁。
在实施例中，所述腔室连接到或包括真空泵，其中所述真空泵优选地包括离子泵。
在实施例中，所述多束电子柱单元包括在单个热场发射源处或单个热场发射源附近的偏转器，其中所述偏转器布置成用于校正所述发射源的漂移。
根据第三方面，本发明提供了用于检查样本的表面的多束电子柱单元，其中多束电子柱单元包括：
单个热场发射源，用于朝向分束器发射发散的电子束，优选地是肖特基类型，
其中分束器包括第一多孔板，该第一多孔板包括布置成用于创建多个初级电子束的多个孔，所述第一多个孔中的每个孔一个初级电子束，
准直器透镜，用于将来自发射器的发散的电子束基本准直，
物镜单元，用于将所述多个初级电子束聚焦在所述样本上，以及
多传感器检测器系统，用于分开地检测由所述经聚焦的初级电子束中的每一个在所述样本上创建的次级电子束的强度，
其中所述多束电子柱单元包括在单个热场发射源处或单个热场发射源附近的偏转器，其中所述偏转器布置成用于校正所述发射源的漂移。
根据第四方面，本发明涉及如上所述的组件或多束电子柱单元的用于检查样本的表面的用途，优选地是用于检查半导体晶片的表面的用途。
在说明书中描述和示出的各个方面和特征可以在任何可能的时候单独地应用。这些单独的方面，特别是在所附从属权利要求中描述的方面和特征，可以作为分案专利申请的主题。
附图说明
将基于附图中所示的示例性实施例来阐明本发明，其中：
图1示意性地示出了根据本发明的具有两个多束电子柱单元的组件的示例；
图2示意性地示出了用于用在图1的组件中的多束电子柱单元的第一示例；
图3示意性地示出了用于用在图1的组件中的多束电子柱单元的第二示例；
图4示意性地示出了用于用在图1的组件中的多束电子柱单元的第三示例；
图5A示意性地示出了用于初级电子束的电子-光学部件的示例，包括用于用在图2、3和4中所示的示例中的任何一个中的偏转器子系统；
图5B和5C示意性地示出了通过偏转器子系统进行的初级电子束的可能的偏转；
图6A、6B和6C示意性地示出了偏转器子系统的三个示例；
图6D示意性地示出了用于将初级带电粒子束的阵列准直和旋转初级带电粒子束的阵列的准直器透镜设计的示例；
图7示意性地示出了用于初级电子束的电子-光学部件的示例，包括用于用在图2、3和4中所示的示例中的任何一个中的电子源的外壳；
图8示意性地示出了包括用于用在图7的示例中的孔阵列的准直器透镜的示例；
图9示意性地示出了用于用在图2、3、4、5和6中所示的示例中的任何一个中的物镜的示例；
图10A示意性地示出了当初级电子被物镜聚焦在晶片上时初级电子的轨迹的放大视图的示例；
图10B示意性地示出了当次级电子由于较低的能量而以附加的交叉被聚焦回到检测器上时次级电子的轨迹的放大视图的示例；以及
图10C示意性地示出了图10B的次级电子束在多传感器检测器上的束斑点的示例。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的组件的示意表示。该组件包括两个基本相同的多束电子柱单元1、1’。每个单元1、1’都包括用于朝向分束器4发射发散的电子束3的单个肖特基场发射器2。分束器4包括第一多孔板，该第一多孔板包括用于创建多个初级电子束5的多个孔。单元1、1’还包括准直器透镜6，用于将来自发射器2的发散的电子束3准直，并将多个初级电子束5引导朝向物镜单元7，用于将所述多个初级电子5聚焦在样本13上。此外，物镜单元7布置成用于拾取由初级电子5与样本13的表面的相互作用而形成的次级电子，并将这些次级电子引导朝向多传感器检测系统8。多传感器检测器系统8布置成用于分开地检测由所述经聚焦的初级电子束5中的每一个在所述样本13上创建的次级电子束9的强度。此外，每个柱单元1、1’都设置有用于解开(低能量)次级电子束9与(高能量)初级电子束5的分离器10，诸如Wien偏转器。
如图1中所示，准直器透镜6相对于初级电子从发射器2朝向物镜7的行进方向布置在分束器4之前。但是，在多束电子柱单元的其它示例中，准直器透镜也可以布置在分束器之后，如下文所述。
两个多束电子柱单元1、1’布置为彼此相邻，用于同时检查样本13的表面的不同部分。为了例示的原因，在图1中仅呈现了各自具有4个束的两个多束电子柱单元1、1’。优选地，组件包括100个多束电子柱单元，每个多束电子柱单元有100个电子束，其中100个多束电子柱单元被布置在300mm晶片的区域内。在这个示例中的样本13是在半导体行业中已知的单个晶片。
在如图1中所示的组件的示例中，多束电子柱单元1、1’中的每个都连接到多束电子柱单元控制器11、11’。因此，两个或更多个多束电子柱单元1、1’中的每一个都包括单个信号处理单元或控制器11、11’，单个信号处理单元或控制器11、11’至少连接到两个或更多个多束电子柱单元1、1’的多传感器检测器系统8。各个多束电子柱单元控制器11、11’经由单个信号线14、14’连接到中央信号处理单元或组件控制器12组件。在这个示例中，多束电子柱单元控制器11、11’和组件控制器12是单独的控制器。在替代实施例中，多束电子柱单元控制器11、11’和组件控制器12可以组合在一个控制单元中。
多束电子柱单元控制器11、11’布置成用于控制多束电子柱单元1、1’的各种元件的功能运行，以及用于从包含由特定的多束电子柱单元1、1’检查的样本13的部分的图像信息的多传感器检测器系统8取回数据。将来自各个多束电子束单元1、1’的数据组合在组件控制器12中，以提供至少基本整个300mm晶片的表面的图像。
可以单独地使用或在根据本发明的组件中使用的第一替代多束电子柱单元21在图2中示出。多束电子柱单元21包括肖特基类型的单个热场发射源22，用于朝向分束器24发射发散的电子束。这个示例的分束器24包括第一多孔板31，多孔板31包括布置成用于创建多个初级电子束25的多个孔，所述第一多个孔中的每个孔创建一个初级电子束25。此外，分束器24包括第一电极32，该第一电极32与第一多孔板31一起提供第一静电透镜阵列，其中在使用中的所述第一多孔板31的基本每个孔都包括聚焦由所述孔创建的电子束的静电透镜。分束器24的第一静电透镜阵列的静电透镜布置成将多个初级电子束25聚焦在第一焦平面中。
多束电子柱单元21还包括准直器透镜单元26，该准直器透镜单元26将来自分束器24的发散的初级电子束25准直成基本平行的初级电子束25的阵列。虽然从图2中未明确，但是在图5A和图7中清楚地绘出，第一焦平面布置在准直器透镜单元26中或准直器透镜单元26附近，以便限制或甚至规避可能由准直器透镜单元26引起的初级电子束25中的光学像差。从准直器透镜单元26起，经准直的初级电子束25被引导至物镜单元27，用于将所述多个初级电子束25聚焦在所述样本13上。在初级电子束25朝向物镜单元27的途中，初级电子束25通过Wien偏转器30，Wien偏转器30在使用中布置有对高能量初级电子束25具有可忽略的影响的场强。
物镜单元27包括用于将所述多个初级电子束聚焦在样本的表面上的第二静电透镜阵列，其中第二静电透镜阵列至少包括第二多孔板33。此外，物镜单元27包括第二电极34，该第二电极34与第二多孔板33一起提供第二静电透镜阵列。在使用中，所述第二电极34中的至少一个被设定在与第二多孔板33不同的电压，使得所述第二多孔板33的每个在使用的孔都包括将初级电子束25聚焦到样本13的表面上的静电透镜。在这个示例中，第二电极34布置在距离第二多孔板33一定距离处，并且所述第二电极34中的每一个都包括具有与第二多孔板33的孔对准的孔37的阵列的多孔板。将孔对准以便提供多个初级电子束25通过第二电极34的多孔板中的每一个的一个孔37和第二多孔板33的一个相关联的孔的通路。
可替代地，物镜单元包括第二电极，第二电极每个都包括用于使所述多个初级电子束通过的单个洞。之后参考图9更详细地描述这种物镜单元。
在使用中，所述第二多孔板33相对于样本13的表面设定在不同的电压，以便为初级电子束25提供静电减速场，该静电减速场布置在第二多孔板33和样本13的表面之间。此外，另外的静电减速场在使用中被布置在所述多孔板33的背离样本13的一侧的最近的电极之间。在这个示例中，最近的电极是第二电极34中的一个。此外，在第二电极34和第二多孔板33之间的另外的静电减速场优选地布置成大于第二多孔板33和样本13的表面之间的静电减速场。用于初级电子束25的这个减速场为来自样本13的次级电子29提供加速场，该加速场用于在与初级电子束25的行进方向相反的方向上将次级电子29朝上引导。
在次级电子束29远离物镜单元27的途中，次级电子束29穿过Wien偏转器30，该Wien偏转器30在使用中布置有使低能量次级电子束29在1和20度之间的小角度上(优选地在3度的角度上)偏转的场强度，这足以使次级电子束29与初级电子束25解开，特别是基本不使初级电子束25偏转，如图2中示意性地绘出的。Wien偏转器30设置有在使用中生成静电场的静电偏转器，该静电场布置成补偿磁场对高能量初级电子25的影响。这种静电偏转器的示例例如在图6A(附图标记882、883)中示出和在图6B(附图标记893)中示出，之后参考这些附图更详细地讨论这些事例。
经偏转的次级电子束29被引导朝向多传感器检测器系统28。这个示例的多传感器检测器系统28包括荧光板35，该荧光板35布置成使得荧光板35不干扰初级电子束25的轨迹。在图2的示例中，这是通过将荧光板35布置在初级电子束25的轨迹旁边而建立的。
荧光板35布置在用于分开地检测由所述经聚焦的初级电子束25中的每一个在所述样本13上创建的各个次级电子束29的强度的位置。特别地，荧光板35布置成用于接收次级电子束29，并且用于为所述次级电子束29中的每一个生成发光斑点。
如图2中所示，多传感器检测器36布置在荧光板35的背离物镜单元27的一侧。多传感器检测器36包括多像素光检测器，特别是以下中的一个：CCD相机、CMOS相机、光电二极管的阵列和光电倍增器阵列。在这个示例中，次级电子束29在荧光板35处的分离被布置成使得在使用中多传感器检测器36分开地检测由所述经聚焦的初级电子束25中的每一个在所述样本13上创建的各个次级电子束29的强度。
在实际的示例中，多束电子柱单元21布置成用于使用布置在规则的阵列中的100个初级电子束25，其中在样本13的表面上的所述经聚焦的初级电子束25的间距在50至500微米的范围内，特别是150微米。规则的阵列包括例如10×10个初级电子束25。在这种情况下，在样本13的表面上的初级电子束25的阵列的直径d在大约0.5-5mm的范围内，特别是1至2mm的范围。
为了覆盖在规则地布置的初级电子束25的阵列之间的区域，物镜单元27由用于在样本13的表面上方扫描初级电子束25的阵列的扫描偏转器提供。扫描偏转器在图2中未详细示出，但是这种扫描偏转器的示例在图6A、6B和6C中示出，这在之后更详细地讨论。
在图3中示出可以单独地或在根据本发明的组件中使用的第二替代多束电子柱单元41。再次，多束电子柱单元41包括单个热场发射源42，用于朝向分束器44发射发散的电子束。分束器44包括第一多孔板51，第一多孔板51包括布置成用于创建多个初级电子束45的多个孔。此外，分束器44包括第一电极52，该第一电极52与第一多孔板51一起提供第一静电透镜阵列，其中所述第一多孔板51的基本每个在使用的孔都包括聚焦由所述孔创建的初级电子束45的静电透镜。再次，分束器44的第一静电透镜阵列的静电透镜布置成将多个初级电子束45聚焦在布置在准直器透镜单元46中或其附近的第一焦平面中。准直器透镜单元46将来自分束器44的发散的初级电子束45准直到基本平行的初级电子束45的阵列中。经准直的初级电子束45从准直器透镜单元46被引导到物镜单元47，用于将所述多个初级电子束45聚焦在样本13上。在初级电子束45朝向物镜单元47的途中，初级电子束45通过Wien偏转器50，Wien偏转器50在使用中布置有对高能量初级电子束45具有可忽略的影响的场强。Wien偏转器50设置有静电偏转器，该静电偏转器在使用中生成静电场，该静电场布置成补偿磁场对高能量初级电子45的影响。物镜单元47包括用于将所述多个初级电子束45聚焦在样本13的表面上的第二静电透镜阵列，其中第二静电透镜阵列包括至少第二多孔板53和次级电极54，它们一起提供第二静电透镜阵列。再次，物镜单元47在使用中布置成为来自样本13的次级电子49提供加速场，该加速场用于在与初级电子的行进方向相反的方向将次级电子49朝上引导。在次级电子束49离开物镜单元47的途中，次级电子束49通过Wien偏转器50，Wien偏转器50在使用中被布置有使低能量次级电子束49在小角度上偏转的场强，这足以使次级电子束49与初级电子束45解开，如图3中示意性地绘出的。经偏转的次级电子束49被引导朝向多传感器检测器系统48。
如图3中所示，这个第二替代多束电子柱单元41包括多传感器检测器系统48，该多传感器检测器系统48与前一示例的多传感器检测器系统28不同。这个第二替代多束电子柱单元41的多传感器检测器系统48包括布置成丛的光纤56的阵列，该丛具有邻近初级电子束45的轨迹布置的第一端，特别是使得该第一端不干扰初级电子束45的轨迹。与所述第一端相邻或附连的是荧光板或荧光层55，荧光板或荧光层55布置成用于接收次级电子束49并用于生成用于所述次级电子束49中的每一个的基本分离的发光斑点。
在这个示例中，在荧光板55处的次级电子束49分离布置成使得在使用中所述光纤56中的一个或多个与所述发光斑点中的每一个相关联。来自所述发光斑点中的一个的光的至少部分耦合到与所述发光斑点中的所述一个相关联的一个或多个光纤56中，并且由光纤56传送到布置在光纤56的所述丛的与所述第一端相对的第二端的多传感器检测器58。多传感器检测器58包括多像素光检测器，特别是CCD相机、CMOS相机、光电二极管的阵列和光电倍增器的阵列中的一个。
这种构造的优点在于，多传感器检测器58可以被布置在距离所述荧光板55一定距离处，或者甚至与多束电子柱单元41分离，以便例如为多束电子柱单元41提供更小的占用面积。
这种构造的另外的优点是，光纤56的丛可以布置成展开，以便相对于束的第一端在第二端处覆盖更大区域，如图3中示意性地绘出的。由于布置在或耦合到多传感器检测器58的光纤56的丛的第二端处这个更大的区域，来自荧光板55上分离的发光斑点的光在多传感器检测器58处更多地分离，使得更容易分开地检测来自各个斑点的光。还可以将光纤56的丛分裂成子丛，其中每个子丛连接到单独的检测器。光纤56的展开或分裂允许多传感器检测器58的各个检测器有更多的空间。
可以单独地或在根据本发明的组件中使用的第三可选多束电子柱单元61在图4中示出。再次，多束电子柱单元61包括用于朝向分束器64发射发散的电子束的单个热场发射源62。分束器64包括第一多孔板71，第一多孔板71包括布置成用于创建多个初级电子束65的多个孔。此外，分束器64包括第一电极72，第一电极72与第一多孔板71一起提供第一静电透镜阵列，其中在使用中所述第一多孔板71的基本每个孔都包括聚焦由所述孔创建的初级电子束65的静电透镜。再次，分束器64的第一静电透镜阵列的静电透镜布置成将多个初级电子束65聚焦在布置在准直器透镜单元66中或准直器透镜单元66附近的第一焦平面中。准直器透镜单元66将来自分束器64的发散的初级电子束65准直到基本平行的初级电子束65的阵列中。从准直器透镜单元66起，经准直的初级电子束65被引导朝向物镜单元67，用于将所述多个初级电子束65聚焦在样本13上。在初级电子束45朝向物镜单元67的途中，初级电子束45通过Wien偏转器70，Wien偏转器70在使用中布置有对高能量初级电子束65具有可忽略的影响的场强。Wien偏转器70设置有静电偏转器，该静电偏转器在使用中生成静电场，该静电场布置成补偿磁场对高能量初级电子75的影响。物镜单元67包括第二静电透镜阵列，用于将所述多个初级电子束65聚焦在样本13的表面上，其中第二静电透镜阵列至少包括第二多孔板73和次级电极74，它们一起提供第二静电透镜阵列。再次，物镜单元67在使用中布置成为来自样本13的次级电子69提供加速场，该加速场用于在与初级电子65的行进方向相反的方向上将次级电子69朝上引导。在次级电子束69远离物镜单元67的途中，次级电子束69通过Wien偏转器70，Wien偏转器70在使用中被布置有使低能量次级电子束69在小角度上偏转的场强，这足以使次级电子束69与初级电子束65解开，如图4中示意性地绘出的。经偏转的次级电子束69被引导朝向多传感器检测器系统68。
如图4中所示，这个第三替代多束电子柱单元61包括多传感器检测器系统68，该多传感器检测器系统68不同于之前的示例的多传感器检测器系统28、48。这个示例的多传感器检测器系统68包括邻近初级电子束65的轨迹布置的荧光板75，使得荧光板75不干扰初级电子束65的轨迹。再次，荧光板75布置成用于接收次级电子束69并且用于为所述次级电子束69中的每一个生成发光斑点。
这个示例的多传感器检测器系统68还包括用于将所述荧光板75的发光斑点成像到多传感器检测器80上去的镜子81。图4示意性地示出了若干光纤79，以指示所述发光斑点83中的一个在所述多传感器检测器80上的斑点84上的成像。如图4中所绘出的，这个示例的镜子81在初级电子束65和次级电子束69的轨迹的位置处设置有通孔82。优选地，镜子81包括基本椭圆形的反射表面。
这种构造的优点是，椭圆形镜子81具有高光的收集能力或大数值孔，这使得能够将由次级电子束69生成的光79的大部分从荧光板76投射到多传感器检测器80上。多传感器检测器80包括多像素光检测器，特别是CCD相机、CMOS相机、光电二极管的阵列和光电倍增器的阵列中的一个。
应当指出，通过在所述荧光板76的背离物镜单元67的一侧向荧光板76提供镜子表面78，甚至可以进一步提高光收集能力。
还应当指出，也可以使用透镜系统将荧光板76成像到多传感器检测器80上，如例如在WO 2006/009444中所公开的。
如上所述并在图1至4中示出的多束电子柱单元1、1’、21、41、61的各种示例使用基本相同的部件将来自单个热场发射源2、22、42、62的初级电子投射到样本13的表面上。下面参考图5至10呈现用于多束电子柱单元的附加和/或替代部件。应当指出，这些附加和/或替代部件可以用在根据本发明的组件中，但是也可以单独地用在其它电子-光学布置中。
在第一附加部件中包括如图5A中所示的偏转器子系统。用于将来自单个发射源82的初级电子83投射到样本13上的部件包括布置成用于创建多个初级电子束85的分束器84、准直器透镜86、物镜单元87以及，此外，用于将来自所述分束器84的多个初级电子束85对准到物镜单元87中的透镜(特别是第二静电透镜阵列的透镜)的中心上的偏转器子系统或偏转单元88。优选地，偏转器单元88布置成用于将初级电子束85的完整阵列偏转过距离Δ，如图5B中示意性地示出的，和/或用于使初级电子束85的完整阵列旋转过角度如图5C中示意性示出的。
图6A示出了这种偏转器单元88的第一示例的分解图。单元88包括三个基板882、883、884，每个基板都包括通孔885、886、887的阵列。三个基板的通孔885、886、887的阵列在平行于光轴881的方向上排成直线，使得每个初级电子束穿过一组经对准的通孔，所述三个基板882、883、884中的每个的一个通孔。三个基板882、883、884布置成在基本垂直于光轴881的平面中延伸。
第一基板882设置有第一电极888和第二电极889，该第一电极和第二电极在基本上平行于y方向的方向上延伸并且布置在所述通孔885的两侧，第一电极888在一侧邻近所述通孔885，并且第二电极889在与所述一侧相对的另一侧邻近所述通孔885。通过向第一电极和第二电极提供不同的电压，生成用于在x方向上偏转初级电子束85的完整阵列的静电场。
第二基板883设置有第一电极890和第二电极891，该第一电极和第二电极在基本平行于x方向的方向上延伸并且布置在所述通孔886的两侧，第一电极890在一侧邻近所述通孔886，并且第二电极891在与所述一侧相对的另一侧邻近所述通孔886。通过向第一电极和第二电极提供不同的电压，生成用于在y方向上偏转初级电子束85的完整阵列的静电场。
第三基板884设置有导电材料条，该导电材料条布置为围绕通孔887的阵列作为线圈892。通过提供流过所述线圈892的电流，生成用于使初级电子束85的完整阵列围绕光轴881旋转的磁场。
如图6A中所示，偏转器单元88的第一示例提供了对所有初级电子束85的共同动作，用于将所述初级电子束85’的完整阵列对准到物镜单元87的对应透镜上。应当指出，包括所述第一基板882和/或所述第二基板883的类似的检测单元可以用在所述物镜单元87处或用在所述物镜单元87中用于在样本13的表面上方扫描初级电子束85’，以及用在所述Wien偏转器处或用在所述Wien偏转器中用于补偿磁场对高能量初级电子的影响。
图6B示出了这种偏转器单元88’的第二示例的分解图。单元88’包括两个基板893、894，每个基板都包括通孔895、896的阵列。三个基板的通孔895、896的阵列在平行于光轴881的方向上排成直线，使得每个初级电子束穿过一组经对准的通孔，所述两个基板893、894中的每个的一个通孔。两个基板893、894布置成在基本垂直于光轴881的平面中延伸。
第一基板893的每个通孔895设置有与所述通孔895相邻布置的第一电极897和第二电极898。通过向所述通孔895中的一个的第一电极897提供电势差，生成用于在x方向上偏转穿过所述通孔895中的所述一个的初级电子束的静电场。通过向所述通孔895中的一个的第二电极898提供电势差，生成用于在y方向上偏转穿过所述通孔895中的所述一个的初级电子束的静电场。
第二基板894设置有导电材料条，该导电材料条布置为围绕通孔896的阵列作为线圈899。通过提供流过所述线圈899的电流，生成用于使初级电子束85的完整阵列围绕光轴881旋转的磁场。
在实施例中，第一基板893或驱动器因此布置成用于向所述通孔895中的每一个的第一电极897提供相同的第一电势差，和/或用于向所述通孔895中的每一个的第二电极897提供相同的第二电势差。向第一电极897提供这种相同的第一电势差和/或向第二电极898提供相同的第二电势差提供对所有初级电子束85的共同动作，用于将所述初级电子束85’的完整阵列对准到物镜单元87的对应透镜上。
在替代实施例中，第一基板或驱动器因此布置成为为每个通孔895单独地调整第一电极897的电势差和第二电极898的电势差。这允许单独地将每个初级电子束85在x方向和/或y方向上的偏转调整至物镜单元87中的物镜的阵列中与其对应的物镜。应当指出，这个替代实施例的旋转对准仍然是对所有初级电子束85的共同动作。
图6C示出了这种偏转器单元88”的第三示例的分解图。单元88”仅包括一个基板900，该基板包括通孔901的阵列。基板900布置成在基本垂直于光轴881的平面中延伸。
基板900的每个通孔901都设置有与所述通孔901相邻布置的第一电极902和第二电极903。通过向所述通孔901中的一个的第一电极902提供电势差，生成用于在x方向上偏转穿过所述通孔901中的所述一个的初级电子束85的静电场。通过向所述通孔901中的一个的第二电极903提供电势差，生成用于在y方向上偏转穿过所述通孔901中的所述一个的初级电子束85的静电场。此外，基板900设置有导电材料条，该导电材料条布置成围绕通孔901作为阵列线圈904。通过提供流过所述线圈904的电流，生成用于使初级电子束85的完整阵列围绕光轴881旋转的磁场。通过将第一电极902、第二电极903和线圈904布置在单个基板900上，获得了非常紧凑的偏转器单元88”，该偏转器单元88”一般而言高度适合用在紧凑的多束电子柱单元中，特别是用于根据本发明的组件。
在实施例中，基板900或驱动器因此布置成用于向所述通孔901中的每一个的第一电极902提供相同的第一电势差，和/或用于向所述通孔901中的每一个的第二电极903提供相同的第二电势差。向第一电极902提供这种相同的第一电势差和/或向第二电极903提供相同的第二电势差提供对所有初级电子束85的共同动作，用于将所述初级电子束85’的完整阵列对准到物镜单元87的对应透镜上。
在替代实施例中，基板900或驱动器因此布置成用于单独地为每个通孔901调整第一电极902的电势差和第二电极903的电势差。这允许单独地将每个初级电子束85在x方向和/或y方向上的偏转调整至物镜单元87中的物镜的阵列中与其对应的物镜。应当指出，这个替代实施例的旋转对准仍然是用于所有初级电子束85的共同动作。
应当指出，在准直器透镜86是磁准直器透镜的情况下，准直器透镜还可以用于初级电子束85的阵列的旋转对准代替偏转单元88、88’、88”的线圈892、899、904或作为偏转单元88、88’、88”的线圈892、899、904的附加。
还应当指出，在准直器透镜86’是静电准直器透镜86的情况下，如图6D中的示意性截面所示，这个准直器透镜86’可以设置有线圈908。这个示例的准直器86’包括中心电极906，以及布置在中心电极906的两侧并且距离中心电极906一定距离(特别是在平行于光轴910的方向上)的两个次级电极905、907。通过在使用中相对于次级电极905、907的电压V2向中心电极906提供不同的电压V1，生成向穿过的电子束提供透镜效应的静电场。
如图6D中所绘出的，线圈908布置在中心电极906上或附连到中心电极906。通过提供流过所述线圈908的电流，生成用于使穿过所述准直器86’的电子束围绕光轴910旋转的磁场。此外，次级电极905、907至少部分地包括铁磁材料层，其中次级电极905、907的铁磁材料通过桥接铁磁互连909互连，这提供用于在使用中由线圈908生成的磁场的磁场线的磁路，该磁场线是闭环的形式。在示例中，铁磁材料包括铁。根据这个示例，具有铁磁材料的互连909的次级电极905、907向静电准直器86’提供良好限定的磁场，该磁场可以用于调整初级电子束85的阵列的间距和/或旋转
第二附加部件包括用于基本封住单个热场发射源92的腔室99，如图7中所示。用于将来自单个发射源92的初级电子93投射到样本13上的部件，包括布置成用于创建多个初级电子束95的分束器94、准直器透镜96和物镜单元97。分束器94包括第一静电透镜阵列，其中在使用中的所述分束器94的每个孔都包括静电透镜94’，并且其中静电透镜94’布置成将每个单独的初级电子束95聚焦在第一焦平面中。在第一焦平面处，布置第三多孔板98，该第三多孔板98包括布置成用于使经聚焦的初级电子束95通过的多个孔。因为初级电子束95聚焦在第三多孔板98处或第三多孔板98附近，所以孔可以非常小，而不会阻碍初级电子束95。所述孔的典型直径可以小至5微米。
将这个第三多孔板98布置为腔室99的壁，用于封住单个热场发射源92，其中所述壁中的孔允许初级电子束95通过。腔室99的所有其它壁基本闭合，以将热场发射源92与所述腔室99外部的环境分离，在腔室99外部的环境中布置了多束电子柱单元的一些部分，特别是所述物镜单元97以及样本13。第三多孔板98的小孔仅提供到腔室99中的非常有限的泄漏，这允许相对于腔室99外部的环境特别是相对于腔室99外部的真空环境的真空压力，在包括热场发射源92的真空腔室99内部提供低得多的真空压力。例如，用于操作热场发射源92(优选地是肖特基类型)的腔室99内部的合适的真空压力是大约10-9托，而腔室99外部的真空环境的真空压力可以例如仅为10-5托，这足以将初级电子束95’投射到样本13的表面上，并且用于收集和检测来自样本13的表面的次级电子。
为了获得真空腔室99内部的较低真空压力，腔室99可以例如经由真空管连接到真空泵。但是，在如图7中所示的示例中，真空泵100直接耦接到腔室99，特别地，真空泵100是腔室99的一部分。如图7中所示，真空泵100布置在腔室99的靠近热场发射源92的一侧，优选地在所述腔室99的与第三多孔板98相对的一侧。在图7中所示的示例中，第三多孔板98布置在腔室99的底部上，或者是腔室99的底壁的一部分，而真空泵100布置在腔室99的顶部或者是腔室99的顶壁的一部分。
优选地，真空泵100是离子泵或吸气泵。与其它真空泵(诸如涡轮分子泵和扩散泵)相反，离子泵或吸气泵没有运动部分并且不使用油。因此，离子泵或吸气泵是清洁的，几乎不需要维护，并且不产生振动，这使得离子泵或吸气泵非常适合于被包含在多束电子柱单元中。优选地，在根据本发明的组件中的多束电子单元中的每一个都设置有其自己的真空泵100。
在如图7中所示的示例中，多束电子柱单元包括在单个热场发射源92处或单个热场发射源92附近的偏转器101。偏转器101布置成用于将经聚焦的电子束95与第三多孔板98的小孔对准和/或布置成调整单个热场发射源92的任何漂移，以便确保经聚焦的电子束95通过小孔。
此外，偏转器101还可以布置成将经聚焦的电子束95定位成与第三多孔板98的孔不对准，在这种情况下，经聚焦的电子束95撞击在第三多孔板上，并且其通路被第三多孔板阻挡。因此，偏转器101可以用于至少暂时停止电子束95’到达样本13的表面，而不必关闭单个热场发射源92。
应当指出，如图7中所示的示例还可以设置有如图5A中所示的偏转器单元88，该偏转器单元88被布置在准直器透镜96和物镜单元97之间。
还应当指出，在图7中所示的示例中，第三多孔板98布置在准直器透镜96处或准直器透镜96附近。优选地，具有孔98’的阵列的第三多孔板98是准直器透镜96的部分，如图8中所示的示例中示意性地绘出的。准直器透镜96包括作为中心平面电极的第三多孔板98。在这个中心平面电极之上和之下并且在距离该中心平面电极一定距离处，分别地布置有上电极101和下电极102，上电极101和下电极102中的每个电极都包括中心开口，该中心开口足够大，以便让电子束95、95’的整个阵列通过。通过在上电极101和中心地布置的第三多孔板98之间施加电势差，和/或在中心地布置的第三多孔板98和下电极102之间施加电势差，静电场。优选地，这个静电场布置成为电子束95提供正透镜，该正透镜布置成在所述单个热场发射源92的发射位置处或该发射位置附近具有焦点。
在实施例中，具有位于电极101’、102’之间的孔板98’的准直器透镜96’设置有附加电极101”、102”，附加电极101”、102”布置成和/或在使用中被驱动成产生具有零球面像差或基本零球面像差的静电准直器透镜96’。
图9更详细地示出了物镜单元97的示例。如上面所讨论的，物镜单元97包括具有用于电子束95’中的每一个的通孔的第二多孔板103。在所述第二多孔板103的面向单个热场发射源92的一侧，布置了一个或多个另外的电极104、105。
虽然这些另外的电极可以包括一个或多个具有与如图2、3和4中的示例所示的第二多孔板的通孔对准的通孔的多孔板，但是图9中的示例还包括具有由所有电子束95’共享的一个中心通孔106的另外的电极104、105。这种用于让多个初级电子束95’通过的对所有电子束95’共用的单个洞106使得另外的电极104、105相对于第二多孔板103的对准不太关键。
在使用中，第二多孔板103相对于样本13的表面设定在不同的电压V4，以便在第二多孔板103和样本13的表面之间为多个初级电子束95’的初级电子提供静电减速场。此外，布置在第二多孔板103的背离样本13的一侧的最近的另外的电极104相对于第二多孔板103设定在不同的电压V5，以便在最近的另外的电极104和第二多孔板103之间为多个初级电子束95’的初级电子提供静电减速场。优选地，第二多孔板103和样本13之间的静电减速场小于最近的另外的电极104和第二多孔板103之间的静电减速场。这将在下面参考如图10A和10B中所示的示例更详细地讨论。
图10A和10B示意性地示出了物镜单元97’的示例的表示，物镜单元97’包括第二多孔板103、最近的另外的电极104和三个更多的另外的电极105、105’、105”。在使用中，这些电极103、104、105、105’、105”被布置在距离样本表面13距离z处。在这个示例中，与图9所示的示例相反，另外的电极104、105、105’、105”也布置为具有用于每个初级电子束95’的通孔的多孔板。
在这个示例中，样本表面13被设定在2kV的电势，第二多孔板103被设定在2,3kV的电势，最近的另外的电极104被设定在9kV的电势，以及三个更多的另外的电极105、105’、105”分别被设定在5kV、3kV和5kV的电势。
图10A示出了在物镜单元97’处的初级电子束95’中的一个的束轮廓的模拟。初级电子束95’在方向Z1上朝向样本表面13行进，基本通过另外的电极105”、105’、105、104中的通孔的中心部分以及第二多孔板103中的通孔的中心部分，如图10A中所指示的。为了更清楚地示出束轮廓的形状，在图10A中还示出了初级电子束95”的第二表示，该第二表示在径向方向r上被大大地放大。此外，图10A示意性地示出了由物镜单元97’生成的静电场的场线108，该静电场布置成将初级电子束95”的初级电子聚焦在样本13的表面上。
图10B示意性地示出了当初级电子撞击在样本13的表面上时由初级电子生成的次级电子的轨迹。在最近的另外的电极104和第二多孔板103之间的使初级电子减速的同一的静电场使远离样本13的表面朝向第二多孔板103的次级电子加速，以及在第二多孔板103和样本13的表面之间的使初级电子减速的同一静电场使远离样本13的表面朝向第二多孔板103的次级电子加速，以及提供在基本与初级电子束95’的行进方向Z1相反的方向Z2上行进的次级电子束107。
为了更清楚地示出次级电子束107的束轮廓的形状，在图10B中还示出了次级电子束107’的第二表示，该第二表示已经在径向方向r上被大大地放大。由于次级电子相对于初级电子的较低的能量，由物镜单元97’提供的静电场为次级电子束107’提供与初级电子束95”相比的附加交叉109。在图10B中所示的示例中，附加交叉109布置在第二多孔板103和最近的另外的电极104之间，特别是在最近的另外的电极104附近。三个更多的另外的电极105、105’、105”布置成将次级电子束107’投射到多传感器检测器系统上，如图1、2、3和4中示意性地示出的。
在如图10B中所示的示例中，次级电子束107’在离开物镜单元97’时基本被准直。当这个次级电子束107’被投射到多传感器检测器系统上时，次级电子束107’的斑点107”覆盖所述多传感器检测器的多个传感器108、108’，如图10C中示意性地示出的，多传感器检测器还可以获得关于次级电子束107’的斑点107”内的强度分布的信息。特别地，布置在斑点107”的中心部分周围的传感器108’检测次级电子束107’的斑点107”的边缘处的次级电子，其可以包含关于在样本13上次级电子束107’源自的位置处的样本13的表面的梯度或斜率的信息。此外，通过使用偏心传感器108’，可以重建样本的暗场图像。
应当理解，包括上述描述是为了例示优选实施例的操作，而不意在限制本发明的范围。根据上面的讨论，对于本领域技术人员来说，许多变化将是清楚的，这些变化仍将被本发明的精神和范围所涵盖。
总之，本发明涉及用于检查样本的表面的组件。该组件包括两个或更多个多束电子柱单元。每个单元包括：
单个场发射器，用于朝向分束器发射发散的电子束，
其中分束器包括第一多孔板，该第一多孔板包括用于创建多个初级电子束的多个孔，
准直器透镜，用于将来自发射器的发散的电子束准直，
物镜单元，用于将所述多个初级电子束聚焦在所述样本上，以及
多传感器检测器系统，用于分开地检测由所述经聚焦的初级电子束中的每一个在所述样本上创建的次级电子束的强度。两个或更多个多束电子柱单元彼此相邻布置，用于同时检查样本的表面的不同部分。

Claims (28)

1.一种用于检查样本的表面的组件，其中所述组件包括两个或更多个多束电子柱单元，每个多束电子柱单元包括：
单个热场发射源，优选地是肖特基类型，用于朝向分束器发射发散的电子束，
其中所述分束器包括第一多孔板，所述第一多孔板包括布置成用于创建多个初级电子束的多个孔，所述第一多个孔中的每个孔创建一个初级电子束，
准直器透镜，用于将来自发射器的发散的电子束基本准直，
物镜单元，用于将所述多个初级电子束聚焦在所述样本上，其中所述物镜单元包括用于将所述多个初级电子束聚焦在所述样本的表面上的第二静电透镜阵列，其中所述第二静电透镜阵列至少包括第二多孔板，其中在使用中的所述第二多孔板的基本每个孔都包括静电透镜，以及
多传感器检测器系统，用于分开地检测由所述经聚焦的初级电子束中的每一个在所述样本上创建的次级电子束的强度，
其中所述两个或更多个多束电子柱单元布置为彼此相邻，并且布置成将它们的多个初级电子束聚焦到所述样本的表面上，用于同时检查所述样本的表面的不同部分。
2.根据权利要求1所述的组件，其中所述两个或更多个多束电子柱单元中的至少一个多束电子柱单元包括单个信号处理单元，所述单个信号处理单元连接到所述两个或更多个多束电子柱单元中的所述一个多束电子柱单元的多传感器检测器系统。
3.根据权利要求2所述的组件，其中所述两个或更多个多束电子柱单元中的所述一个多束电子柱单元经由单个信号线连接到所述组件的中央信号处理单元。
4.根据权利要求1、2或3所述的组件，其中所述分束器包括与所述第一多孔板一起提供第一静电透镜阵列的第一电极，其中在使用中的所述第一多孔板的基本每个孔都包括静电透镜，以及其中所述第一静电透镜阵列的静电透镜布置成将所述多个初级电子束聚焦在第一焦平面中。
5.根据权利要求4所述的组件，其中所述第一焦平面布置在所述准直器透镜单元中或所述准直器透镜单元附近。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的组件，其中所述第二静电透镜阵列包括距离所述第二多孔板一定距离的第二电极，其中所述第二电极包括用于使所述多个初级电子束通过的单个洞。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的组件，其中，所述第二多孔板在使用中被设定在与所述样本的表面不同的电压，以便在所述第二多孔板和所述样本的表面之间为初级电子提供静电减速场，所述静电减速场小于所述第二电极和所述第二多孔板之间的静电减速场。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的组件，其中每个多束电子柱单元还包括电-磁偏转单元，用于将来自所述分束器的所述多个初级电子束对准到所述第二静电透镜阵列中的透镜的中心。
9.根据权利要求8所述的组件，其中所述电-磁偏转单元布置成用于为所述多个初级电子束的所有初级电子束提供基本相等的偏转。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的组件，其中所述准直器透镜是组合的磁和静电准直器透镜，用于将通过所述分束器创建的所述多个初级电子束的间距和旋转调整到所述第二静电透镜阵列中的透镜的中心的间距和旋转位置。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的组件，其中所述多束电子柱包括可单独地调整的偏转元件的阵列，用于将来自所述分束器的多个初级电子束转向到所述第二静电透镜阵列中的透镜的中心上。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的组件，其中，至少在使用中所述第二静电透镜阵列中的每个透镜布置成，与所述初级电子束相比，以一个附加的交叉将来自所述样本的次级电子聚焦到所述多传感器检测器上。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的组件，其中所述多束电子柱单元中的每个都包括在所述准直器透镜和所述物镜单元之间的电-磁偏转系统，用于将次级电子束朝向所述多传感器检测器系统偏转。
14.根据权利要求13所述的组件，其中所述电-磁偏转系统布置成用于使所述次级电子束在1和20度之间的角度上偏转，优选地在大约3度的角度上偏转。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的组件，其中所述多传感器检测器系统包括：
荧光板，布置成用于接收次级电子束以及用于为所述次级电子束中的每一个生成基本分开的发光斑点，以及
镜子，用于将所述发光斑点成像在多传感器检测器上，其中所述镜子优选地包括基本椭圆形的反射表面。
16.根据权利要求1-14中的任一项所述的组件，其中所述多传感器检测器系统包括：
荧光板或荧光层，布置成用于接收次级电子束以及用于为所述次级电子束中的每一个生成基本分开的发光斑点，
光纤的阵列，其中所述荧光板或荧光层布置成邻近所述光纤的阵列的第一端或附连到所述光纤的阵列的第一端，用于将来自所述基本分开的发光斑点的光耦合到光纤中，以及
多传感器检测器，耦合到所述光纤的阵列的与所述第一端相对的第二端。
17.根据权利要求15或16所述的组件，其中所述多传感器检测器包括多像素光检测器，诸如CCD相机、CMOS相机、雪崩光电二极管的阵列或光电倍增器的阵列。
18.根据权利要求1至14中的任一项所述的组件，其中所述多像素检测器系统包括直接多像素电子检测器。
19.根据权利要求1至18中的任一项所述的组件，其中每个多束电子柱单元包括布置在所述第一焦平面处或所述第一焦平面附近的第三多孔板，其中所述第三多孔板包括布置成用于使经聚焦的初级电子束通过的多个孔，所述第三多个孔中的每个孔使一个经聚焦的电子束通过。
20.根据权利要求19所述的组件，其中每个多束电子柱单元包括腔室，其中所述单个热场发射源和所述分束器布置在所述腔室内部，以及其中所述第二多孔板提供所述腔室的壁。
21.根据权利要求20所述的组件，其中所述腔室连接到真空泵或包括真空泵，其中所述真空泵优选地包括离子泵。
22.根据前述权利要求中的任一项所述的组件，其中每个多束电子柱单元包括在所述单个热场发射源处或在所述单个热场发射源附近的偏转器。
23.根据前述权利要求中的任一项所述的组件，其中所述多束电子柱占据所述样本的表面上的在20×20mm2至60×60mm2的范围内的表面区域，优选地是大约26×32mm2。
24.根据前述权利要求中的任一项所述的组件，其中在所述样本的表面上的所述经聚焦的多个初级电子束的间距在50μm至500μm的范围内，优选地是大约150μm。
25.一种用于检查样本的表面的多束电子柱单元，其中所述多束电子柱单元包括：
单个热场发射源，优选地是肖特基肖特基类型，用于朝向分束器发射发散的电子束，
其中所述分束器包括第一多孔板，所述第一多孔板包括布置成用于创建多个初级电子束的多个孔，所述第一多个孔中的每个孔创建一个初级电子束，其中所述分束器包括第一电极，所述第一电极与所述第一多孔板一起提供第一静电透镜阵列，其中在使用中的所述第一多孔板的基本每个孔都包括静电透镜，并且其中所述第一静电透镜阵列的静电透镜布置成将所述多个初级电子束聚焦在第一焦平面中，
另外的多孔板，布置在所述第一焦平面处或所述第一焦平面附近，其中所述另外的多孔板包括布置成用于使经聚焦的初级电子束通过的多个孔，所述第三多个孔中的每个孔使一个经聚焦的电子束通过，
准直器透镜，用于将来自发射器的发散的电子束基本准直，
物镜单元，用于将所述多个初级电子束聚焦在所述样本上，
多传感器检测器系统，用于分开地检测由所述经聚焦的初级电子束中的每一个在所述样本上创建的次级电子束的强度，
其中所述多束电子柱单元包括腔室，其中所述单个热场发射源和所述分束器布置在所述腔室内部，以及其中所述另外的多孔板提供所述腔室的壁。
26.根据权利要求25所述的多束电子柱单元，其中所述腔室连接到真空泵或包括真空泵，其中所述真空泵优选地包括离子泵。
27.一种用于检查样本的表面的多束电子柱单元，其中所述多束电子柱单元包括：
单个热场发射源，优选地是肖特基肖特基类型，用于朝向分束器发射发散的电子束，，
其中所述分束器包括第一多孔板，所述第一多孔板包括布置成用于创建多个初级电子束的多个孔，所述第一多个孔中的每个孔创建一个初级电子束，
准直器透镜，用于将来自发射器的发散的电子束基本准直，
物镜单元，用于将所述多个初级电子束聚焦在所述样本上，以及
多传感器检测器系统，用于分开地检测由所述经聚焦的初级电子束中的每一个在所述样本上创建的次级电子束的强度，
其中所述多束电子柱单元包括在所述单个热场发射源处或在所述单个热场发射源附近的偏转器，其中所述偏转器布置成用于校正所述发射源的漂移。
28.根据前述权利要求中的任一项所述的组件或多束电子柱单元的用于检查样本的表面的用途，优选地是用于检查半导体晶片的表面的用途。
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