[發(fā)明專利]檢測樣品表面的裝置和方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380056036.5
• 申請日: 2013-10-24
• 公開（公告）號: CN104903710A
• 公開（公告）日: 2015-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: P·庫魯伊特
• 申請（專利權(quán)）人: 代爾夫特理工大學(xué)
• 主分類號: G01N23/203
• 分類號: G01N23/203;G01N23/225;H01J37/28
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 顧嘉運(yùn)

背景技術(shù)

本發(fā)明涉及一種用于檢測樣品表面的裝置和方法。特別地，本發(fā)明涉及一種使用多個帶電的粒子束檢測樣品表面的裝置，例如多波束掃描電子顯微鏡。本發(fā)明可用于任何類型的帶電粒子，如電子、正電子、離子和其它粒子。

本發(fā)明涉及一種用于探測背散射帶電粒子，如電子的裝置。這些背散射的帶電粒子具有與初級帶電粒子幾乎相同的能量。通常假設(shè)這些帶電粒子再次出來之前，在樣品內(nèi)損失多達(dá)幾百電子伏的能量。這些背散射的帶電粒子的角分布明顯大于初級帶電粒子束的角分布。那些靠近相應(yīng)的初級帶電粒子束的軸運(yùn)動的背散射帶電粒子將通過帶電粒子光學(xué)系統(tǒng)，沿著非常類似初級帶電粒子的路徑行進(jìn)回來，并且它們將被聚焦在與初級帶電粒子束大致相同的平面。

這樣的裝置例如公開在美國專利7,732,762中。該美國專利公開了一種電子顯微鏡，包括電子發(fā)射器，用于發(fā)射朝向樣本表面的多個初級電子束。該裝置包括用于將電子束聚焦到位于電子發(fā)射器和樣本表面之間的中間平面上的分離的光斑(spot)的第一陣列的第一透鏡系統(tǒng)。該裝置進(jìn)一步包括第二透鏡系統(tǒng)，用于將初級電子束從中間平面導(dǎo)向至樣本表面，并且用于將所有的初級電子束聚焦到樣本表面上個別的點(diǎn)的第二陣列。特別地，該第二透鏡系統(tǒng)包括級聯(lián)透鏡，更特別地包括微透鏡陣列，所述微透鏡陣列包括用于每個單獨(dú)的電子束的單獨(dú)的微透鏡。

在中間平面，設(shè)置有包括熒光材料的薄的片狀板。該薄板包括孔，從而初級電子束被允許通過。該板收集背散射電子，并且將收集的電子轉(zhuǎn)換為光子。光子至少部分地通過光學(xué)透鏡系統(tǒng)被導(dǎo)向至光探測器陣列。

該系統(tǒng)的一個缺點(diǎn)是，由于針對每個電子束使用一個物鏡微透鏡，樣本表面上單獨(dú)的點(diǎn)之間的距離相對比較大。因此已知的系統(tǒng)很少適合用于探測小的樣品。

本發(fā)明的目的是提供一種用于探測樣品表面的多帶電粒子束裝置，其為探測背散射電子提供新的探測布置。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供了一種用于檢測樣品表面的裝置，其中該裝置包括用于產(chǎn)生初級帶電粒子束的陣列的多束帶電粒子發(fā)生器，和具有光軸的帶電粒子光學(xué)系統(tǒng)，包括：

第一透鏡系統(tǒng)，用于將初級帶電粒子束聚焦成中間平面上分離的點(diǎn)的第一陣列，以及

第二透鏡系統(tǒng)，用于將初級帶電粒子束從中間平面導(dǎo)向至樣品的表面，并且其包括電磁的或者靜電的物鏡，其至少對于初級帶電粒子束來說是公共的，用于將全部初級帶電粒子束聚焦成樣品表面上單獨(dú)的點(diǎn)的第二陣列，

其中該裝置包括位于中間平面中或者其附近的對位置敏感的背散射帶電粒子探測器，其中所述探測器包括一個或者多個通孔，用于使所述初級帶電粒子束通過，并且其中所述第二透鏡系統(tǒng)布置成將背散射帶電粒子從樣品表面上單獨(dú)的點(diǎn)的第二陣列投射至探測器上背散射帶電粒子點(diǎn)的陣列。

采用至少對初級帶電粒子束來說是公共的單個物鏡，由于采用共同的透鏡用于將所有的初級帶電粒子束聚焦成樣品表面上個體的點(diǎn)組成的第二陣列，樣品表面上個體的點(diǎn)可布置成互相非常接近。這使得本發(fā)明的多束裝置更適合用于探測較小的樣品，例如，具有1mm²甚至更小的表面積的樣品。

值得注意的是，在該申請的說明書中，樣品的表面包圍樣品的頂層，其中頂層包括正好位于樣品的邊界平面之下的材料。

還應(yīng)該注意的是，在該申請的上下文中，用于使初級帶電粒子束通過的一個或者多個通孔，可包括一個或者多個位于探測器中的孔，并且還可以包括臨近探測器的開口。

優(yōu)選地，初級束在其上為最小的中間平面與背散射帶電粒子所聚焦的平面接近，探測器優(yōu)選布置在該平面。

在一個實(shí)施例中，一個或多個通孔包括孔的陣列，其中孔的陣列中每個孔布置成用于使所述初級帶電粒子束陣列中的一個從其通過。在一個實(shí)施例中，孔的陣列中的孔的直徑基本上小于孔之間的間距。由于探測器布置為至少基本上位于初級帶電粒子束所聚焦的中間平面內(nèi)或者其附近，初級帶電粒子束充分地穿過探測器內(nèi)的小孔，從而探測器內(nèi)有足夠的表面面積以允許有效探測。

然而，根據(jù)本發(fā)明，在樣品表面上彼此更加接近地布置各個點(diǎn)，使得分離和區(qū)分來自樣品表面不同的點(diǎn)的背散射帶電粒子變得更加困難。例如，如US7,732,762中公開的裝置所示出的，背散射電子在熒光材料板上聚焦的初級束的位置或者其周圍成像。在該裝置中，一部分背散射電子通過熒光材料板上的孔，并且沒有被探測到。在現(xiàn)有技術(shù)的裝置中，只有不聚焦在與初級束相同的點(diǎn)并且在熒光材料板上形成模糊的斑點(diǎn)的背散射電子才能被探測。