專利名稱：一種用于帶電粒子束裝置的物鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用帶電粒子束的樣本檢查裝置。特別地，本發(fā)明涉及用于帶電粒子束裝置的一種物鏡。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡的分辨率受到可見(jiàn)光波長(zhǎng)的限制。此外，常規(guī)的光學(xué)顯微鏡在最高分辨率時(shí)場(chǎng)深非常淺。這兩個(gè)局限性使得用于樣本檢測(cè)的帶電粒子束裝置不斷普及。與可見(jiàn)光相比，加速的帶電粒子，例如電子，具有更短的波長(zhǎng)，這將提高分辨能力。而且，即使在最高分辨率時(shí)，帶電粒子束裝置表現(xiàn)出很深的場(chǎng)深。因此，帶電粒子束，尤其是電子束，被廣泛應(yīng)用于生物，醫(yī)藥，材料科學(xué)和制版中。例子包括人類，動(dòng)物和植物疾病的診斷，使亞細(xì)胞成分和結(jié)構(gòu)例如DNA可見(jiàn)，對(duì)復(fù)合材料，薄膜，陶瓷結(jié)構(gòu)的斷定，或者用于半導(dǎo)體技術(shù)中的掩膜和晶片的檢測(cè)。除了這些，帶電粒子束裝置還可以用于有機(jī)和無(wú)機(jī)材料以及其表面的改性。
在這些裝置中，被檢測(cè)和/或改性的區(qū)域被帶電粒子束照射，該帶電粒子束可以是靜態(tài)的或者在對(duì)著樣品表面的光柵內(nèi)進(jìn)行掃描。根據(jù)這種特定的應(yīng)用，帶電粒子束的聚焦程度有所不同，粒子的動(dòng)能也有很大的變化。當(dāng)帶電粒子束撞擊在樣品表面時(shí)，產(chǎn)生的信號(hào)類型包括如二次電子，反向散射電子，俄歇電子，特征x射線和各種能量的光子。這些信號(hào)是從樣品內(nèi)的特定發(fā)射部分中得到的，并且能用于檢測(cè)該樣品的許多特性，例如成分，表面形貌，和結(jié)晶學(xué)特性等。
在帶電粒子束裝置中，例如掃描電子顯微鏡(SEM)，帶電粒子束提供了一個(gè)典型的孔徑角，和一個(gè)數(shù)量級(jí)為幾個(gè)毫拉德的典型入射角度。然而，對(duì)許多裝置來(lái)說(shuō)需要帶電粒子束以一個(gè)大得多的角度打在樣品表面，典型的是5度到10度，對(duì)應(yīng)著90到180毫拉德。立體顯影是這樣一種裝置的一個(gè)實(shí)例。一些應(yīng)用中甚至需要傾斜角超過(guò)15度或甚至20度。因此，大量的傾斜機(jī)械裝置被應(yīng)用。在早期的解決方法中，入射的傾斜角度通過(guò)用機(jī)械傾斜樣品得到。然而，由于機(jī)械的非理想性，樣品橫向移動(dòng)是不可避免的，這種橫向移動(dòng)常常會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)具有不同視角的圖片重合失調(diào)。
入射的傾斜角也可以通過(guò)用電力傾斜帶電粒子束來(lái)得到。這常常通過(guò)使粒子束偏轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以單獨(dú)通過(guò)這種偏轉(zhuǎn)或者結(jié)合粒子束聚焦，就得到了入射傾斜角。由此，樣品可以保持水平，這在考慮橫坐標(biāo)重合時(shí)，具有重大的優(yōu)點(diǎn)。電學(xué)傾斜同時(shí)比其機(jī)械對(duì)應(yīng)部分要快得多。然而，電學(xué)方法也具有某些缺陷。特別地，在低能電子顯微鏡中，為了取得高分辨率，焦距很短(1-20毫米)的磁的或者復(fù)合的物鏡必須非常強(qiáng)。如果存在這樣一個(gè)物鏡，那么帶電粒子束打在樣品表面的位置和角度都很難受到影響。一般來(lái)說(shuō)，偏轉(zhuǎn)場(chǎng)的強(qiáng)度必須相當(dāng)于物鏡場(chǎng)。為了得到如此強(qiáng)的偏轉(zhuǎn)場(chǎng)，偏轉(zhuǎn)裝置必須采用磁性軟材料(例如鐵鎳銅錳磁性合金或者一種鐵鎳合金)制成的磁極條。而且，常常必須將偏轉(zhuǎn)場(chǎng)聚集到靠近光學(xué)軸線的一個(gè)區(qū)域內(nèi)。然而在常規(guī)系統(tǒng)中，對(duì)應(yīng)的磁極條不能靠近物鏡間隙處，這是因?yàn)樗鼈儗?huì)對(duì)物鏡場(chǎng)分布產(chǎn)生不利影響。然而，如果將偏轉(zhuǎn)裝置放在物鏡后面足夠遠(yuǎn)處，由于工作距離的增加，常常會(huì)導(dǎo)致分辨能力下降。而且，如果將偏轉(zhuǎn)裝置放在物鏡前面，常常會(huì)引起高離軸象差。
發(fā)明綜述本發(fā)明提供了一種用于帶電粒子束裝置的改進(jìn)的物鏡。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于帶電粒子束裝置的物鏡，該物鏡在獨(dú)立的權(quán)利要求1中被詳細(xì)描述。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一個(gè)用于帶電粒子束裝置的圓柱腔，該圓柱腔在獨(dú)立的權(quán)利要求16或者17中被詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明中的更多的優(yōu)點(diǎn)，特征，方面和細(xì)節(jié)在從屬的權(quán)利要求，說(shuō)明書和附圖得到清楚的表述。權(quán)利要求應(yīng)該被理解為概括地定義本發(fā)明的一種最沒(méi)有限制的方法。
本發(fā)明提供了一種用于帶電粒子束裝置的改進(jìn)的物鏡。該物鏡包括一個(gè)磁透鏡，該磁透鏡產(chǎn)生一個(gè)第一磁場(chǎng)將帶電粒子束聚焦在樣品上。而且，通過(guò)提供至少一個(gè)附加的線圈配置，用于產(chǎn)生使帶電粒子束偏轉(zhuǎn)的第二磁場(chǎng)，這樣一個(gè)偏轉(zhuǎn)裝置就被集成到物鏡中。因此，該第二磁場(chǎng)通過(guò)磁透鏡的至少一個(gè)磁極條而受到控制。本發(fā)明同時(shí)也提供了一種改進(jìn)的圓柱腔用于帶電粒子束裝置，它包括改進(jìn)的物鏡。
通過(guò)將偏轉(zhuǎn)裝置集成到物鏡中，可以得到大的入射角，而不會(huì)引起帶電粒子束在樣品上有大的橫向移動(dòng)。而且，由于將偏轉(zhuǎn)裝置集成到了物鏡中，系統(tǒng)可以保持小的工作距離，因此系統(tǒng)的分辨率不會(huì)受到不利的影響。物鏡可以用于以一種快而且可靠的方式生成樣品的立體圖像。從而，無(wú)需任何額外成本就可以得到額外的信息，該信息被包含于立體中像中并且在許多情況下都非常有價(jià)值。
本發(fā)明同時(shí)提供了一種用于帶電粒子束裝置的改進(jìn)的圓柱腔。該圓柱腔包括一個(gè)磁偏轉(zhuǎn)裝置，該偏轉(zhuǎn)裝置具有至少一個(gè)的激勵(lì)線圈配置，能產(chǎn)生一個(gè)使帶電粒子束偏轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，并被放置于物鏡和樣品之間，由此物鏡可以將偏轉(zhuǎn)裝置的磁場(chǎng)聚集在靠近樣品的一個(gè)區(qū)域內(nèi)。由于物鏡的場(chǎng)終止效果，磁場(chǎng)可以非?？拷镧R，而不會(huì)影響到物鏡的聚焦性能。因此，系統(tǒng)的工作距離可以保持較小，這樣，系統(tǒng)的分辨能力就不會(huì)受到不利的影響。
附圖簡(jiǎn)述本發(fā)明中在上面所指出的一些和其它更多的詳述的方面將會(huì)在下面的說(shuō)明書中被描述，并且部分地根據(jù)附圖加以說(shuō)明。


圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案的一種圓柱腔的示意2顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的一種物鏡的示意圖。
圖3顯示了圖2中的物鏡的較低的磁極條的頂部視圖。
圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的物鏡的示意圖。
圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的物鏡的示意圖。
圖6顯示了圖5中顯示的物鏡的場(chǎng)終止結(jié)構(gòu)和和較低的磁極條的頂部視圖。
圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的物鏡的示意圖。
圖8顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的物鏡的示意圖。
圖9顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的物鏡的示意圖。
圖10顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的物鏡的示意圖。
圖11顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的圓柱腔的示意圖。
圖12顯示了圖11中所示的物鏡和偏轉(zhuǎn)裝置的放大的示意圖。
圖13顯示了圖12中所示的偏轉(zhuǎn)裝置的放大示意圖。
圖14顯示了用于圖11所示的圓柱腔的偏轉(zhuǎn)裝置。
優(yōu)選實(shí)施方案說(shuō)明書根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方案如圖1所示。用于帶電粒子束裝置中的圓柱腔1包括一個(gè)帶電粒子源2，后者發(fā)射帶電粒子束4。在電子束裝置中，可以采用電子源，例如鎢針槍，六硼化鑭槍，場(chǎng)發(fā)射槍等。然而，本發(fā)明并不僅限于電子源；它也可以使用各種帶電粒子源。電子被加在電子源2上的加速電壓加速。由于電子源直接產(chǎn)生的粒子束直徑太大以至于在高放大倍數(shù)不能生成清晰的圖像，因此使電子束4通過(guò)聚光鏡5，聚光鏡5縮小射束，并且將電子束4引向樣品8。
電子束4穿過(guò)檢測(cè)裝置9，后者用來(lái)探測(cè)從樣品8來(lái)的那些使樣品8成像的粒子束。檢測(cè)裝置9后面跟著掃描線圈6，后者被用于在樣品8表面上的類似電視的光柵內(nèi)移動(dòng)電子束4。經(jīng)過(guò)掃描線圈6后，電子束4進(jìn)入物鏡10，該物鏡將電子束4聚焦在樣品8上。物鏡10不僅能使電子束4聚焦，而且還能旋轉(zhuǎn)電子束4。然而，這種效果并沒(méi)有圖示出來(lái)，因?yàn)樗茈y在一個(gè)二維圖中描繪出來(lái)，還因?yàn)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員非常了解這種附加的效果。
當(dāng)射束4的粒子打在樣品8的表面時(shí)，它們與樣品原子中的原子核和電子發(fā)生了一系列復(fù)雜的相互作用。這些相互作用產(chǎn)生了多種二次產(chǎn)物，如不同能量的電子，x射線，熱和光。許多二次產(chǎn)物被用于樣品成像，和從中收集附加的數(shù)據(jù)。一類對(duì)樣品檢測(cè)和成像最重要的二次產(chǎn)物就是二次電子，它從樣品8中以不同的角度和相對(duì)低的能量(3-50電子伏特)逃逸。二次和反向散射電子到達(dá)探測(cè)器16并被測(cè)量。通過(guò)電子束掃描樣品和顯示/紀(jì)錄探測(cè)器16的輸出，一個(gè)樣品8表面的圖像形成了。樣品8被一個(gè)臺(tái)架7(樣品支架)支持，該臺(tái)架在任何水平方向可移，這使得電子束4能到達(dá)待測(cè)樣品8的目標(biāo)區(qū)域。
由于被集成到物鏡10中(圖2，圖3)的偏轉(zhuǎn)裝置11，電子束4以一個(gè)預(yù)定的入射角度θ打在樣品上，優(yōu)選范圍在1度到20度之間。通過(guò)提供一個(gè)傾斜的入射角，樣品的立體圖像以一種快速的可靠的方式形成了。例如，這種立體圖像可以用于對(duì)在樣品表面發(fā)現(xiàn)的特征做精確的高度測(cè)量。一旦一個(gè)特征的深度或者高度知道了，這個(gè)信息就可以被用于決定其它值得注意的參數(shù)。例如，在半導(dǎo)體工業(yè)中，在一個(gè)半導(dǎo)體晶片的工序中，知道接觸孔底部的寬度是非常有用的。知道了接觸孔的深度，接觸孔的立體圖像就可以被用來(lái)決定這個(gè)參數(shù)。
圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的一種物鏡10的示意圖。物鏡10包括第一激勵(lì)線圈12，后者被用于產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)用于依次將電子束聚焦在樣品8的表面。為了得到一個(gè)較短的焦距，由第一激勵(lì)線圈12產(chǎn)生的磁場(chǎng)穿過(guò)較高的磁極條13和較低的磁極條14，被引向磁極條間隙17。因此，磁場(chǎng)被集中在物鏡10的對(duì)稱軸16周圍的一個(gè)小的空間區(qū)域內(nèi)。該磁場(chǎng)在對(duì)稱軸16周圍是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的，并且在磁極條間隙17處到達(dá)最大值。電子基本上沿著物鏡10的對(duì)稱軸16移動(dòng)，因此，對(duì)稱軸16代表了電子的路徑。
為了在物鏡的表面得到一個(gè)預(yù)定的入射角度θ，物鏡包括一個(gè)偏轉(zhuǎn)裝置11。該偏轉(zhuǎn)裝置11包括4個(gè)附加的(第二)激勵(lì)線圈15，這些激勵(lì)線圈15位于較低的磁極條14上。從圖3中可以看出，較低的磁極條14被分成18A到18D四個(gè)部分，因此形成了一個(gè)四磁極。因此18A到18D的每個(gè)部分都有其相對(duì)應(yīng)的第二激勵(lì)線圈15A到15D。第二激勵(lì)線圈15A到15D纏繞著18A到18D各部分，于是，通過(guò)激勵(lì)第二激勵(lì)線圈15A到15D中的一個(gè)，在較低的磁極條14上的18A到18D的相應(yīng)部分就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)。圖3顯示了一種情形，其中，第二激勵(lì)線圈15B和15D被激勵(lì)，于是產(chǎn)生了磁場(chǎng)20(由圖3中的箭頭代表)。從圖3中可以看出，磁場(chǎng)20基本上垂直于電子束的路徑。因此，一個(gè)橫穿電子束路徑的磁場(chǎng)就產(chǎn)生了，該磁場(chǎng)可以引起電子束偏轉(zhuǎn)。
由于較低的磁極條14的18A到18D部分，磁場(chǎng)被引向靠近樣品8的一個(gè)區(qū)域，并且產(chǎn)生所需的強(qiáng)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。應(yīng)該緊記的是，較低的磁極條14的18A到18D部分同時(shí)也會(huì)控制由第一激勵(lì)線圈12場(chǎng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)。在對(duì)稱軸16上，由第一激勵(lì)線圈12產(chǎn)生的磁場(chǎng)和由第二激勵(lì)線圈15A到15D產(chǎn)生的磁場(chǎng)部分交疊。因此，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的最大值比聚焦場(chǎng)的最大值更靠近樣品8。這樣，無(wú)需電子束在樣品上作大的橫向移動(dòng)，就可以得到大的入射角θ，其范圍在5-20度。
圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的物鏡的示意圖。除了磁透鏡，圖3所示的物鏡包括一個(gè)靠近磁透鏡的靜電抑制透鏡。該靜電抑制透鏡由兩個(gè)電極22和23，分別處于不同的電勢(shì)。在圖示的實(shí)施方案中，兩個(gè)電極中的一個(gè)22由一個(gè)圓柱狀的管子形成，該管子被沿著電子束4的路徑放置在磁透鏡的較高的磁極條13中。靜電抑制透鏡的第二電極23是一個(gè)提供在磁透鏡下面的金屬盤。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，第一電極22被控制在一個(gè)高的正電勢(shì)，例如8kV，而第二電極23被控制在一個(gè)較低的正電勢(shì)，例如3kV，以至于電子在相應(yīng)的靜電場(chǎng)中從一個(gè)第一能量到較低的第二能量減速。
在圖4所示的例子中，樣品8接地。因此，在金屬盤23和樣品8之間就會(huì)有另外一個(gè)靜電抑制電場(chǎng)。由于金屬盤23和樣品8之間的靜電抑制電場(chǎng)，磁場(chǎng)20引起的電子束4的初始的偏轉(zhuǎn)被增強(qiáng)，產(chǎn)生了一個(gè)增大的入射角θ。因此，為了得到一個(gè)預(yù)定的入射角θ，一個(gè)由偏轉(zhuǎn)裝置11引起的相對(duì)小的偏轉(zhuǎn)是必要的。然而，樣品8的表面不需要接地。樣品8的表面的電勢(shì)也可以通過(guò)一個(gè)施加在樣品8上的電壓來(lái)調(diào)節(jié)。電壓可以加在晶片上，例如，為了得到對(duì)比成像電壓，它可以用來(lái)探測(cè)電路中的短路。只要金屬盤23的電勢(shì)高于樣品8表面的電勢(shì)，就可以產(chǎn)生一個(gè)靜電抑制電場(chǎng)。
圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的物鏡的示意圖。圖5所示的物鏡提供了四個(gè)溝槽24，它們排列在較低的磁極條14的18A到18D的每一部分的底面。因此，每個(gè)溝槽24都用來(lái)容納相應(yīng)的第二激勵(lì)線圈15A到15D。于是，由于第二激勵(lì)線圈15A到15D引起的物鏡10和樣品8之間的工作距離的增加可以避免。而且，圖5所示的物鏡提供了一個(gè)場(chǎng)終止結(jié)構(gòu)25，該結(jié)構(gòu)用于在靠近樣品8上面處終止偏轉(zhuǎn)裝置11的磁場(chǎng)。在圖5所示的例子中，場(chǎng)終止結(jié)構(gòu)25是由磁性材料組成的環(huán)，它被放置在較高的磁極條13和較低的磁極條14之間的磁極條間隙中。這里，場(chǎng)終止結(jié)構(gòu)25被用來(lái)在靠近樣品8的區(qū)域內(nèi)集中偏轉(zhuǎn)裝置11的磁場(chǎng)。
從圖6中可以看出，較低的磁極條被分成18A到18D四部分，于是形成了一個(gè)四磁極。因此，18A到18D的每部分有自己相應(yīng)的第二激勵(lì)線圈15A到15D。第二激勵(lì)線圈15A到15D被纏繞在18A到18D部分周圍，這樣，通過(guò)激勵(lì)第二激勵(lì)線圈15A到15D中的一個(gè)，就會(huì)在較低的磁極條14的18A到18D相應(yīng)的部分產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)。此外，圖6顯示了一種情形，其中第二激勵(lì)線圈15B和15D被激勵(lì)，于是產(chǎn)生了磁場(chǎng)20(由圖6中的箭頭代表)。從圖6中可以看出，磁場(chǎng)20基本上垂直于電子束的路徑。因此，一個(gè)橫穿電子束路徑的磁場(chǎng)就產(chǎn)生了，該磁場(chǎng)可以引起電子束偏轉(zhuǎn)。而且，在物鏡10中(圖5)，磁偏轉(zhuǎn)場(chǎng)20的一部分將向上擴(kuò)展，進(jìn)入場(chǎng)終止結(jié)構(gòu)25，并且從一個(gè)靠近18B部分的位置到一個(gè)靠近18D部分的位置被在此導(dǎo)向控制，在此，磁偏轉(zhuǎn)場(chǎng)20離開場(chǎng)終止結(jié)構(gòu)25，重新進(jìn)入較低的磁極條14。因此，場(chǎng)終止結(jié)構(gòu)25沒(méi)有對(duì)物鏡10的聚焦場(chǎng)產(chǎn)生重大的影響，卻能有效的集中偏轉(zhuǎn)場(chǎng)20。
圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的物鏡的示意圖。類似于圖4中所示的物鏡，圖7中所示的物鏡，除了磁透鏡，還包括一個(gè)靜電抑制透鏡。靜電抑制透鏡有一個(gè)電極22，電極22由一個(gè)圓柱狀的管子形成，該管子被沿著電子束4的路徑放置在磁透鏡的較高的磁極條13中。靜電抑制透鏡的第二電極就是樣品8自身。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，第一電極22通常被控制在一個(gè)高的正電勢(shì)，例如8kV，而樣品被控制在一個(gè)較低的正電勢(shì)，例如接地，以至于電子在相應(yīng)的靜電場(chǎng)中從一個(gè)第一能量到較低的第二能量減速。
類似于圖5中所示的物鏡，圖7所示的物鏡提供了四個(gè)溝槽24，它們排列在較低的磁極條14的18A到18D的每一部分的底面。此外，每個(gè)溝槽24都用來(lái)容納相應(yīng)的第二激勵(lì)線圈15A到15D。于是，由于第二激勵(lì)線圈15A到15D引起的物鏡10和樣品8之間的工作距離的增加可以避免。而且，物鏡10的較高的磁極條13的頂端位于偏轉(zhuǎn)裝置11的磁場(chǎng)中。于是，較高的磁極條13的頂端起到偏轉(zhuǎn)裝置11的磁場(chǎng)的場(chǎng)終止結(jié)構(gòu)的作用。這消除了物鏡10中較高部分的偏轉(zhuǎn)裝置11的磁場(chǎng)的擴(kuò)展。較高的磁極條13致使磁場(chǎng)終止，這有助于將偏轉(zhuǎn)場(chǎng)集中在靠近樣品8的區(qū)域。
圖8顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的物鏡的示意圖。此外，偏轉(zhuǎn)裝置11包括四個(gè)附加的(第二)激勵(lì)線圈15A到15D。然而，與前面的例子相比，激勵(lì)線圈15A到15D不位于較低的磁極條14上，而是在將較低的磁極條14連接在較高的磁極條13上的外磁極條26上。因此，較低的磁極條14和外磁極條26被分成18A到18D四部分，于是形成了一個(gè)四磁極。此外，18A到18D的每部分有自己相應(yīng)的第二激勵(lì)線圈15A到15D。第二激勵(lì)線圈15A到15D被纏繞在外磁極條上的18A到18D部分周圍，這樣，通過(guò)激勵(lì)第二激勵(lì)線圈15A到15D中的一個(gè)，就會(huì)在外磁極條和較低的磁極條14的18A到18D相應(yīng)的部分產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)。因此，這和前面裝置沒(méi)有原則上的不同。然而，通過(guò)在外磁極條26上配置第二激勵(lì)線圈15A到15D，第二激勵(lì)線圈15A到15D通常就有更多的空間可用。
在圖8所示的實(shí)施方案中，較低的磁極條14和外磁極條26被分成18A到18D四部分。然而也可以用其它數(shù)目的部分。例如，較低的磁極條14和外磁極條26可以被分成18A到18D八部分，于是形成了一個(gè)八磁極。沒(méi)有必要將全部的外磁極26分成多個(gè)部分。只要將位于第二激勵(lì)線圈15A到15D下的那一部分分成18A到18D部分就足夠了。
圖9顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的物鏡的示意圖。與本發(fā)明前面的例子相比，圖9所示的實(shí)施方案提供了兩個(gè)獨(dú)立的磁透鏡30和31，它們用使來(lái)帶電粒子束4在樣品8上聚焦。較高的磁透鏡30包括第一激勵(lì)線圈配置32，后者用于在較高的磁極條34和中間的磁極條35之間的磁極條間隙中產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)。因此，中間的磁極條35充當(dāng)了較高的磁透鏡30中的”較低的”磁極條。較低的透鏡31包括第一激勵(lì)線圈配置33，后者用于在中間的磁極條35和較低的磁極條36之間的磁極條間隙中產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)。因此，中間的磁極條35充當(dāng)了較低的磁透鏡31中的”較高的”磁極條。通過(guò)選擇經(jīng)過(guò)兩個(gè)線圈配置32和33的電流，可以調(diào)節(jié)兩磁極條間隙內(nèi)的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)決定了物鏡10的總焦距。
為了在物鏡的表面得到一個(gè)預(yù)定的入射角度θ，圖9所示的物鏡包括一個(gè)偏轉(zhuǎn)裝置11。該偏轉(zhuǎn)裝置11包括4個(gè)附加的(第二)激勵(lì)線圈15A到15D，它們位于較低的磁極條36上。此外，較低的磁極條36被分成四個(gè)部分，因此形成了一個(gè)四磁極。因此每個(gè)部分都有其相對(duì)應(yīng)的第二激勵(lì)線圈15A到15D。第二激勵(lì)線圈15A到15D纏繞著各部分，于是，通過(guò)激勵(lì)第二激勵(lì)線圈15A到15D中的一個(gè)，在較低的磁極條36上的相應(yīng)部分就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)。而且，物鏡10的中間磁極條35位于偏轉(zhuǎn)裝置11內(nèi)部。偏轉(zhuǎn)裝置11的部分磁場(chǎng)穿過(guò)中間磁極條35的頂部閉合。此外，這消除了物鏡較上部分的偏轉(zhuǎn)裝置11的磁場(chǎng)的擴(kuò)展。因此，中間磁極條35致使磁場(chǎng)終止，這有助于將偏轉(zhuǎn)場(chǎng)集中在靠近樣品8的區(qū)域。
除了兩個(gè)磁透鏡30和31，圖9所示的實(shí)施方案沒(méi)有提供靜電透鏡。然而，通過(guò)在樣品8和物鏡10之間施加一個(gè)電勢(shì)差，就可以產(chǎn)生一個(gè)靜電透鏡。而且，類似于圖4和圖5中的那些附加的電極也可以被提供。
圖10顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的物鏡的示意圖。與圖9中的實(shí)施方案相比，圖10中的實(shí)施方案只提供了一個(gè)第一激勵(lì)線圈配置32，后者用于在較高的磁極條34和中間的磁極條35之間的磁極條間隙中產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)。為了將帶電粒子束進(jìn)一步聚焦，放置在較低的磁極條36上的第二激勵(lì)線圈15A到15D被采用。四個(gè)第二激勵(lì)線圈15A到15D的一個(gè)相同的激勵(lì)(對(duì)稱的激勵(lì))在中間磁極條35和較低的磁極條之間產(chǎn)生一個(gè)軸對(duì)稱的場(chǎng)，該場(chǎng)可以用來(lái)將帶電粒子束4聚焦在樣品8上。第二激勵(lì)線圈15A到15D的一個(gè)非對(duì)稱的激勵(lì)產(chǎn)生一個(gè)非對(duì)稱的場(chǎng)，用于帶電粒子束4的偏轉(zhuǎn)。中間磁極條35又終止了第二激勵(lì)線圈15A到15D產(chǎn)生的磁場(chǎng)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案在圖11中顯示。除了下面的，這個(gè)實(shí)施方案與圖1中的是相似的。圖11中所示的圓柱腔40包括一個(gè)磁物鏡40，后者用于將帶電粒子束4聚焦在樣品8上?？拷鼧悠?，物鏡40具有一個(gè)較低磁極條44。然而，相比于前面的例子，用于本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方案中的物鏡40不包括一個(gè)集成到物鏡中的偏轉(zhuǎn)裝置，該偏轉(zhuǎn)裝置用于傾斜帶電粒子束4。
從圖12中可以看出，實(shí)際的偏轉(zhuǎn)裝置50被作為一個(gè)單獨(dú)的實(shí)體提供，即使它可能被固定在物鏡上。偏轉(zhuǎn)裝置50被放置在物鏡40的較低的磁極條44下面，偏轉(zhuǎn)裝置50被分成4部分，于是形成一個(gè)四磁極。而且，每個(gè)部分有其相應(yīng)的激勵(lì)線圈55A到55D。激勵(lì)線圈55A到55D纏繞著各部分，于是，通過(guò)激勵(lì)激勵(lì)線圈55A到55D中的一個(gè)，在偏轉(zhuǎn)裝置的相應(yīng)部分就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)。偏轉(zhuǎn)裝置50的頂部視圖類似于圖3或者圖7中所示的物鏡10的較低的磁極條14的頂部視圖。
磁偏轉(zhuǎn)裝置50被放置在較低的磁極條44和樣品8之間，由此，較低的磁極條44位于偏轉(zhuǎn)裝置50的磁場(chǎng)中，以便將偏轉(zhuǎn)裝置的磁場(chǎng)集中在靠近樣品8的一個(gè)區(qū)域內(nèi)。于是，物鏡40的較低的磁極條44充當(dāng)了偏轉(zhuǎn)裝置50中磁場(chǎng)的場(chǎng)終止結(jié)構(gòu)。由于物鏡40中的較低的磁極條44的場(chǎng)終止效果，偏轉(zhuǎn)裝置50的磁場(chǎng)不會(huì)與聚焦場(chǎng)發(fā)生不良的相互作用，該聚焦場(chǎng)位于較高的磁極條43和較低的磁極條44之間的磁極條間隙中。由于磁偏轉(zhuǎn)裝置50被放得很靠近樣品8，無(wú)需電子束在樣品上作大的橫向移動(dòng)，就可以在樣品表面得到大的入射角θ。
類似于圖5中所示的物鏡，除了磁透鏡，圖12所示的物鏡包括一個(gè)靜電抑制透鏡。靜電抑制透鏡有一個(gè)電極22，它由一個(gè)圓柱狀的管子形成，該管子被沿著電子束4的路徑放置在磁透鏡的較高的磁極條43中。靜電抑制透鏡的第二電極23是樣品8自身。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，第一電極22通常被控制在一個(gè)高的正電勢(shì)，例如8kV，而樣品8被控制在一個(gè)較低的正電勢(shì)，例如接地的電勢(shì)，以至于電子在相應(yīng)的靜電場(chǎng)中從一個(gè)第一能量到較低的第二能量減速。在較低的磁極條44和樣品8之間的區(qū)域，靜電抑制場(chǎng)和磁偏轉(zhuǎn)場(chǎng)交疊。由于電極22和樣品8之間的靜電抑制場(chǎng)，磁偏轉(zhuǎn)場(chǎng)引起的初始的偏轉(zhuǎn)被增強(qiáng)，產(chǎn)生了一個(gè)增大的入射角。因此，為了得到一個(gè)預(yù)定的入射角，一個(gè)由偏轉(zhuǎn)裝置50引起的相對(duì)小的偏轉(zhuǎn)是必要的。
圖13顯示了圖12中所示的偏轉(zhuǎn)裝置的放大示意圖。從圖13中可以看出，偏轉(zhuǎn)裝置50的部分磁流穿過(guò)物鏡40的較低的磁極條44的頂部閉合，這樣，遠(yuǎn)離樣品處的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)51的擴(kuò)展就被消除了。于是，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)50主要在較低的磁極條44和樣品8之間的抑制靜電透鏡的區(qū)域有效。因此，偏轉(zhuǎn)裝置的磁極條52的內(nèi)徑D要遠(yuǎn)大于d，其中d是它的較低的面到物鏡40的較低的磁極條44的較低的面的距離。優(yōu)選的直徑/距離比值大于2，更優(yōu)選的大于4。而且，偏轉(zhuǎn)裝置的磁極條52可以與較低的磁極條44電學(xué)隔離。這允許任意選擇偏轉(zhuǎn)裝置的磁極條52的電勢(shì)，這可以用來(lái)產(chǎn)生預(yù)定的勢(shì)分布，從而適應(yīng)特定的測(cè)量條件。
圖14顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的一種偏轉(zhuǎn)裝置配置50。相比于圖11到13所示的本發(fā)明中的例子，圖14所示的偏轉(zhuǎn)裝置提供了四個(gè)激勵(lì)線圈55A到55D，它們不靠近樣品8，但是平行于物鏡40中的激勵(lì)線圈12。因此，更多的空間可以為四個(gè)激勵(lì)線圈55A到55D利用。而且，與前面的例子一樣，偏轉(zhuǎn)裝置磁極條52不平行于樣品8；但是平行于物鏡40的較低的磁極條44。然而，這些不同并不影響偏轉(zhuǎn)裝置的主要操作。
權(quán)利要求
1.一種用于一種帶電粒子束裝置的物鏡，帶電粒子束裝置被用于檢測(cè)或者處理樣品，該物鏡包括a)至少兩個(gè)磁極條，由此一個(gè)較低的磁極條通過(guò)一個(gè)磁極條間隙與一個(gè)較高的磁極條隔開，該較高的磁極條和該較低的磁極條為帶電粒子束提供了一個(gè)路徑。b)至少一個(gè)第一激勵(lì)線圈配置，用于在所述較高的磁極條和所述較低的磁極條之間產(chǎn)生一個(gè)第一磁場(chǎng)，從而將帶電粒子束在樣品上聚焦，并且c)一個(gè)磁偏轉(zhuǎn)裝置包括至少一個(gè)第二激勵(lì)線圈配置，用于產(chǎn)生一個(gè)第二磁場(chǎng)，從而使帶電粒子束偏轉(zhuǎn)，該第二磁場(chǎng)通過(guò)至少一個(gè)磁極條被導(dǎo)向控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的物鏡，其中較低的磁極條被分成至少兩部分，每部分被提供至少一個(gè)獨(dú)立的第二激勵(lì)線圈配置，使得用于偏轉(zhuǎn)帶電粒子束的第二磁場(chǎng)通過(guò)較低的磁極條被導(dǎo)向控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的物鏡，其中較低的磁極條被分成四部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的物鏡，其中較低的磁極條被分成八部分
5.根據(jù)前述的任一權(quán)利要求的物鏡，其中，該物鏡還包含一個(gè)靜電透鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的物鏡，其中一個(gè)第一電極被放置在所述的較高磁極條的區(qū)域；在所述的第一電極上施加一個(gè)第一電勢(shì)的裝置被提供，其中，一個(gè)第二電極、在所述的第二電極上施加一個(gè)第二電勢(shì)的裝置被提供，以便在所述的靜電透鏡中產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)，使得該電場(chǎng)中的粒子束被從一個(gè)第一能量減速到一個(gè)第二較低能量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的物鏡，其中該第一電極是一個(gè)中空的圓柱狀電極，被置于所述的較高的磁極條內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或者7之一的物鏡，其中其第二電極是金屬盤，被置于較低的磁極條下面。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或者7之一的物鏡，其中其第二電極是樣品
10.根據(jù)前述的權(quán)利要求2到10中的任一個(gè)的物鏡，其中，較低的磁極條的每一部分被提供一個(gè)溝槽，該溝槽位于該部分的表面，面對(duì)樣品，用于容納第二激勵(lì)線圈配置。
11.根據(jù)前述的權(quán)利要求的任一個(gè)的物鏡，其中，一個(gè)磁極條位于第二磁場(chǎng)內(nèi)，將第二磁場(chǎng)集中在靠近樣品的一個(gè)區(qū)域內(nèi)。
12.根據(jù)前述的權(quán)利要求1到10中的任一個(gè)的物鏡，其中，一個(gè)場(chǎng)終止結(jié)構(gòu)位于第二磁場(chǎng)內(nèi)，將第二磁場(chǎng)集中在靠近樣品的一個(gè)區(qū)域內(nèi)
13.根據(jù)前述的權(quán)利要求的任一個(gè)的物鏡，其中較低的磁極條和外部磁極條被分成至少兩部分，每部分被提供一個(gè)獨(dú)立的第二激勵(lì)線圈配置，位于外部磁極條上。
14.根據(jù)前述的權(quán)利要求的任一個(gè)的物鏡，其中偏轉(zhuǎn)裝置的內(nèi)徑大于磁偏轉(zhuǎn)裝置的表面和較低的磁極條之間的距離，該磁偏轉(zhuǎn)裝置指向樣品。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的物鏡，其中偏轉(zhuǎn)裝置的內(nèi)徑比磁偏轉(zhuǎn)裝置的表面和較低的磁極條之間的距離大兩倍，優(yōu)選地大四倍，該磁偏轉(zhuǎn)裝置指向樣品。
16.一個(gè)用于帶電粒子束裝置的圓柱腔，帶電粒子束裝置被用于檢測(cè)或者處理樣品，該圓柱腔包括a)一個(gè)粒子源用于提供帶電粒子束；b)一個(gè)探測(cè)器用于測(cè)量來(lái)自樣品的至少一個(gè)二次生成物和/或反向散射粒子；并且c)根據(jù)前述的權(quán)利要求的任一個(gè)的物鏡，用于將帶電粒子束聚焦在樣品上。
17.一個(gè)用于帶電粒子束裝置的圓柱腔，帶電粒子束裝置被用于檢測(cè)或者處理樣品，該圓柱腔包括a)一個(gè)粒子源用于提供帶電粒子束；b)一個(gè)探測(cè)器用于測(cè)量來(lái)自樣品地至少一個(gè)二次生成物和/或反向散射粒子；c)一個(gè)物鏡，用于將帶電粒子束聚焦在樣品上；并且d)一個(gè)磁偏轉(zhuǎn)裝置，包括至少一個(gè)激勵(lì)線圈，用于生成一個(gè)磁場(chǎng)來(lái)偏轉(zhuǎn)帶電粒子束，并且被放置于物鏡和樣品之間，由此，物鏡將偏轉(zhuǎn)裝置的磁場(chǎng)集中在靠近樣品的一個(gè)區(qū)域內(nèi)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的圓柱腔，其中，該物鏡是一個(gè)磁性物鏡，它包含一個(gè)靠近樣品的較低磁極條，該較低磁極條將偏轉(zhuǎn)裝置的磁場(chǎng)集中在靠近樣品的一個(gè)區(qū)域內(nèi)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或者18的圓柱腔，其中磁偏轉(zhuǎn)裝置是四極的。
20.根據(jù)權(quán)利要求17或者18的圓柱腔，其中磁偏轉(zhuǎn)裝置是八極的。
21.根據(jù)權(quán)利要求17到20中的任何一個(gè)的圓柱腔，其中偏轉(zhuǎn)裝置的內(nèi)徑大于磁偏轉(zhuǎn)裝置的表面和較低的磁極條之間的距離，該磁偏轉(zhuǎn)裝置指向樣品。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的物鏡，其中偏轉(zhuǎn)裝置的內(nèi)徑比磁偏轉(zhuǎn)裝置的表面和較低的磁極條之間的距離大兩倍，優(yōu)選地大四倍，該磁偏轉(zhuǎn)裝置指向樣品。
23.根據(jù)權(quán)利要求17到22中的任何一個(gè)的圓柱腔，其中，偏轉(zhuǎn)裝置被提供一個(gè)溝槽，該溝槽位于該偏轉(zhuǎn)裝置的表面，面對(duì)樣品，用于容納產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)場(chǎng)的激勵(lì)線圈配置。
24.根據(jù)權(quán)利要求17到23中的任何一個(gè)的物鏡，其中，所述的物鏡還包括一個(gè)靜電透鏡。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的圓柱腔，其中，一個(gè)第一電極和給所述第一電極施加一個(gè)第一電勢(shì)的裝置被提供，其中，一個(gè)第二電極和給所述第二電極施加一個(gè)第二電勢(shì)的裝置被提供，以在所述的靜電透鏡內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)，使得所述電場(chǎng)內(nèi)的粒子束被從一個(gè)第一能量減小到一個(gè)較低的第二能量。
26.根據(jù)權(quán)利要求25中的圓柱腔，其中第二電極是樣品。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于帶電粒子束裝置的改進(jìn)物鏡。該物鏡包括一個(gè)磁透鏡，用于產(chǎn)生一個(gè)第一磁場(chǎng)將帶電粒子束聚焦在樣品上。而且，通過(guò)提供至少一個(gè)附加線圈配置，一個(gè)偏轉(zhuǎn)裝置被集成到磁透鏡中，產(chǎn)生一個(gè)第二磁場(chǎng)用于使帶電粒子束偏轉(zhuǎn)。因此，第二磁場(chǎng)通過(guò)磁透鏡的至少一個(gè)磁極條被控制，本發(fā)明也提供了用于帶電粒子束裝置的改進(jìn)的圓柱腔，它包括改進(jìn)的物鏡。
文檔編號(hào)H01J37/147GK1404617SQ01805432
公開日2003年3月19日 申請(qǐng)日期2001年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月27日
發(fā)明者帕維爾·亞達(dá)梅克 申請(qǐng)人:Ict半導(dǎo)體集成電路測(cè)試有限公司