粒子光學系統及布置與用于該系統及布置的粒子光學組件的制作方法

本申請是申請號為201180057076.2、申請日為2011年9月23日、發明名稱為“粒子光學系統及布置，以及用于這種系統及布置的粒子光學組件”的發明專利申請的分案申請。

本發明涉及產生和使用帶電粒子的多個小波束(beamlet)的帶電粒子系統。本發明尤其涉及一種帶電粒子檢查系統，諸如顯微鏡系統，以及涉及帶電粒子修改(modification)系統，例如電子光刻或選擇性材料沉積/去除系統。

本發明可應用于任何類型的帶電粒子，例如電子、離子(帶電原子或分子)、正電子、μ介子等。

背景技術：

對更小和更復雜的微結構化器件的日益增加的需求，以及對增加它的制造和檢查過程的吞吐量的需求已經稱為粒子光學系統的發展的動機，所述粒子光學系統使用多個帶電粒子小波束來取代單個帶電粒子束，因此明顯改善這種系統的吞吐量。多個帶電粒子小波束可由例如使用多孔徑陣列的單個柱(column)，或由多個單獨的柱，或二者的組合來提供，如下文將更詳細說明的。多小波束的使用關系到對粒子光學組件、布置和系統(例如顯微鏡、光刻系統和掩模修復系統)的全范圍的新挑戰。

從us6,252,412bl可知傳統的多帶電粒子多小波束系統。那里公開的電子顯微鏡設備用于檢查物體，例如半導體晶片。多個一次電子束彼此并行地聚焦在物體上，以在物體上形成多個一次電子束斑點(spot)。檢測由一次電子產生并從各自的一次電子束斑點發出的二次電子。針對每一個一次電子束，提供分離的電子束柱。緊密地組裝多個分離的電子束列。形成在物體上的一次電子束斑點的密度被形成電子顯微鏡設備的電子束柱的殘存足印所限制。因此，實際上還限制了可同時形成在物體上的一次電子束斑點的數量，導致在以高分辨率檢查半導體晶片時設備的吞吐量受限。

從us5,892,224、us2002/0148961al、us2002/0142496al,us2002/0130262al、us2002/0109090al、us2002/0033449al、us2002/0028399al可知使用聚焦在待檢查的物體的表面上的多個一次電子小波束的電子顯微鏡設備。

從wo2005/024881可知一種粒子光學系統，其中通過照明其中形成多個孔徑的多孔徑板來產生多個小波束，其中通過設置在多孔徑板上游的電子源產生單個電子束。電子小波束由電子束的穿過孔徑的電子形成在多孔徑板下游。多個一次電子小波束通過具有孔的物鏡而聚焦物體上，該孔被所有的一次電子小波束穿過。然后，一次電子斑點的陣列形成在物體上。由各個一次電子斑點發射的二次電子形成各自的二次電子小波束，使得產生與多個一次電子束斑點相應的多個二次電子小波束。多個二次電子小波束也穿過物鏡，并且設備提供二次電子束路徑，使得將各個二次電子小波束被提供給多個檢測器中相應的一個。維恩(wien)濾波器用于將二次電子束路徑從一次電子小波束的束路徑分離。因為使用了包含多個一次電子小波束的一個共同的一次電子束路徑和包含多個二次電子小波束的一個共同的二次電子束路徑，所以可在視場內的多個子區域中同時執行物體的輻射和成像，因此通過減少檢查或處理時間而提高了系統的吞吐量。

因此，增加所用的一次小波束的數量可提高這種系統的吞吐量。在可利用的視場內的小波束的最大可能數量由可實現的最小的小波束節距(pitch)來限定，其繼而直接與二次電子光學系統的分辨率相關。二次電子光學系統的分辨率主要是存在于樣品表面與粒子光學系統的物鏡之間的空間內的電場強度的函數，該電場強度用作二次電子的提取場(extractionfield)。提取場的強度的增加通常提高二次電子光學系統的橫向分辨率(橫向于系統的光軸)。

然而，不能隨意調整樣品表面上方的電場強度，這是因為許多樣品僅容忍受限的電場強度在其表面上。更高強度的電場可導致樣品表面構造的不期望修改達到損壞樣品的程度。因為樣品表面的提取場強度在某種程度上由來自系統的帶電粒子光學柱的組件的場穿透(fieldpenetration)所決定，所以提取場在寬范圍上的變化需要柱的機械設置的適配以及施加至它的電-光操作組件的電勢的適配。因為粒子光學柱中的電勢通常是預先確定的，所以帶電粒子光學柱的相應變化是不可能的。從而，提取場強度的由來自系統的帶電粒子光學柱的組件的穿透所限定的部分形成受限的參數，所以提取場強度通常僅可在受限制的范圍內變化。

因此，可能對于帶電粒子光學系統的應用(其中使用允許更高提取場強度的樣品)未最優化一次小波束的最大可能數量以及因此未最優化系統的吞吐量。

因此，期望帶電粒子光學系統中可以具有能夠針對特定應用而有效且容易地管理系統的適配的特征。

技術實現要素：

考慮上述技術問題，完成本發明。

本發明的實施例提供了一種帶電粒子多小波束系統，用于形成多個帶電粒子小波束，其數量可容易地適配于系統的特定應用。

帶電粒子多小波束系統包含：帶電粒子的源；具有多個孔徑的第一多孔徑板，其布置在所述系統的帶電粒子束路徑中所述源的下游；第一多孔徑選擇器板，具有多個孔徑；載體，其中所述第一多孔徑選擇器板安裝在所述載體上；致動器，構造為移動所述載體，使得在所述系統的第一操作模式中將所述第一多孔徑選擇器板布置在所述系統的帶電粒子束路徑中所述源的下游，并且使得在所述系統的第二操作模式中將所述第一多孔徑選擇器板布置在所述帶電粒子束路徑之外。因此，所述源、所述第一多孔徑板和所述載體被布置為使得在所述第一操作模式中，在所述第一多孔徑板和所述第一多孔徑選擇器板二者下游的位置處產生第一數量的帶電粒子小波束，并且使得在所述第二操作模式中，在所述位置處產生第二數量的帶電粒子小波束，其中小波束的第一數量與小波束的第二數量不同。

帶電粒子多小波束系統還可包含聚焦透鏡，其布置在所述第一多孔徑板和所述第一多孔徑選擇器板二者下游的束路徑中。這種聚焦透鏡使得小波束能夠聚焦于布置在聚焦透鏡下游的物體表面上，用于在物體表面上形成多個一次帶電粒子束斑點。對于物體的定位，該系統優選包含載臺，用于將物體安裝在位于聚焦透鏡下游的物平面中。

帶電粒子多小波束系統還可包含第一電壓源，其構造為將第一電壓提供給所述第一多孔徑板，使得穿過所述第一多孔徑板的孔徑的帶電粒子小波束各自在所述第一多孔徑板下游的一距離處具有小波束焦點。通過為第一多孔徑板設定相應的電勢，第一多孔徑板代表單獨靜電透鏡(electrostaticlenses)的陣列，其在下文中也稱為微透鏡陣列。

因此，優選地，帶電粒子多小波束系統的聚焦透鏡構造為使得小波束焦點成像于物平面上。因此，布置在聚焦透鏡的物平面中的物體或樣品表面上的一次帶電粒子束斑點的尺寸被最小化。

帶電粒子多小波束系統還可包含具有孔徑的場分離電極，其布置在所述聚焦透鏡下游且在所述物平面上游的帶電粒子束路徑中。各個場分離電極分別影響位于物平面中或在其附近的物體的表面處的場強度，并因此降低改變待測量的器件或樣品的表面構造的風險。在另一實施例中，場分離電極的孔徑具有一直徑，使得該孔徑在第一操作模式中由第一數量的小波束穿過，而在第二操作模式中由第二數量的小波束穿過。通過在不同的操作模式中將場分離電極的孔徑適配于不同的小波束構造，不同的操作模式之間的轉換變得容易。在優選的實施例中，場分離電極的直徑小于2.0mm、1.5mm、1.0mm、0.8mm、0.6mm和0.4mm中的至少一個，允許將孔徑直徑適配于帶電粒子多小波束系統的視場。

根據帶電粒子多小波束系統的另一實施例，聚焦透鏡具有由多個小波束穿過的孔直徑，并且其中滿足以下關系中的至少一個：

db/de>2,db/de>5,db/de>10以及db/de>20，

其中，db表示聚焦透鏡的孔直徑，以及de表示場分離電極的直徑。

根據另一實施例，場分離電極離物平面的距離小于2.0mm、1.2mm、0.8mm、0.5mm、0.3mm和0.2mm。

另一實施例包含第二電壓源和第三電壓源，該第二電壓源構造為將第二電壓提供給場分離電極，該第三電壓源構造為將第三電壓提供給物體。這允許控制物體表面處的電場強度。在實施例中，施加至場分離電極的電壓勢與施加至聚焦透鏡的面朝場分離電極的下表面的電壓勢匹配，因此根據特定實施例，第二電壓源可用于為場分離電極和聚焦透鏡的下表面二者供電。在另一實施例中，帶電粒子光學系統還包含控制器，其構造為控制致動器和第二及第三電壓源，因此控制器控制致動器，使得在第一操作模式中的小波束的第一數量小于在第二操作模式中的小波束的第二數量。注意，可以單單元或多單元的形式來實施控制器。

在另一實施例中，控制器構造為控制第一及第二電壓源，使得在第一操作模式中，第一電壓差存在于第二電壓和第三電壓之間，并使得在第二操作模式中，第二電壓差存在于第二電壓和第三電壓之間，以及其中第一電壓差與第二電壓差不同。通過對操作模式來控制在第二和第三電壓之間的電壓差，可將在物體表面處的電場適配于一次帶電粒子束斑點在物體表面上的構造。在具體實施例中，第一電壓差小于第二電壓差，反映了一次帶電粒子束斑點的數量在不同操作模式之間的差別。

根據帶電粒子光學系統的另一實施例，控制器構造為控制第二及第三電壓源，使得在第一操作模式中，在物平面處存在第一電場強度，并且使得在第二操作模式中，在物平面處存在第二電場強度，以及其中第一電場強度與第二電場強度不同。根據另一實施例，第一電場強度小于第二電場強度。

在帶電粒子多小波束系統的優選實施例中，第一多孔徑板的孔徑以規則的圖案來布置，其允許將所照射的物體表面均勻劃分成子區域，每一個子區域由一個小波束照射。因此，規則的圖案優選包括六邊形圖案和矩形圖案中的至少一個，第一種使得具有最高可能的小波束密度，第二種直接將關注的區域細分為矩形圖案的子區域。

根據另一實施例，聚焦透鏡包含磁極靴，以及用于在極靴之間產生聚焦磁場的至少一個線圈。因此，控制器優選構造為控制聚焦磁場，使得聚焦磁場在第一和第二操作模式二者中為相同的場。

根據一有利的發展，帶電粒子光學系統的實施例包含聚焦透鏡，其包含至少一對電極、以及用于在該對電極之間產生聚焦電場的電壓源。因此，控制器有利地構造為控制聚焦電場，使得聚焦電場在第一和第二操作模式二者中為相同的場。

帶電粒子光學系統的另一實施例包含檢測器，其布置為檢測從物平面發射的帶電粒子。為了分開檢測由各個小波束產生的不同的二次帶電粒子束，檢測器有效地包含多個檢測器元件，其構造為使得每一個檢測器元件接收物體上由一個小波束產生的帶電粒子。

本發明的進一步實施例提供一種方法，其包含：將第一數量的帶電粒子小波束引導至所述物體，且施加至物體的表面的電場具有第一場強度；以及將第二數量的帶電粒子小波束引導至所述物體，且施加至所述物體的表面的電場具有第二場強度。因此，優選地，第一數量小于第二數量，第一電場強度小于第二電場強度。使用根據本發明的上述實施例之一的帶電粒子小波束系統來有效地執行該方法。

附圖說明

在以下描述中，關于特定實施例以及關于附圖來詳細說明本發明，其中：

圖1為示出多小波束帶電粒子顯微鏡系統的基本特征和功能的示意圖；

圖2為帶電粒子多小波束發生器的第一實施例的示意圖；

圖3為帶電粒子多小波束發生器的第二實施例的示意圖；

圖4為帶電粒子多小波束發生器的第三實施例的示意圖；

圖5為一次小波束形成單元的實施例的軸測圖投影的示意圖；

圖6示出了具有以六邊形構造布置的孔徑的多孔徑陣列的一部分的俯視圖；

圖7以軸測圖投影示出了一次小波束形成單元的實施例的示意圖；

圖8示出了根據圖1的多小波束帶電粒子顯微鏡系統的光學柱的下部的實施例的示意圖；

圖9示出了圖解來自圖8示出的場分離電極的孔徑直徑的場穿透對該電極至物體表面的距離的依賴性的圖；以及

圖10示出了圖解根據本發明的方法的實施例中使用的基本方法的流程圖。

具體實施方式

在下文所述的示例實施例中，在功能和結構上相似的組件盡可能由類似的參考符號表示。

圖1的示意圖示出了多小波束帶電粒子顯微鏡系統1的基本特征和功能。注意，圖中所用的符號不代表示出的組件的物理構造，而已經被選擇為用符號表示它們各自的功能。示出的系統的類型為掃描電子顯微鏡(sem)類型，該掃描電子顯微鏡使用多個一次電子小波束3，用于在位于物鏡102的物平面101中的物體7上產生一次電子束斑點5。然而，不言而喻，也可使用其他類型的一次帶電粒子，例如離子(特別是氦離子)、正電子、μ介子等，代替電子來實現系統1的特征和功能。

示出的顯微鏡系統1包含：帶電粒子多小波束發生器300，用于產生多個一次帶電粒子小波束3；分束器單元400，用于將二次帶電粒子束路徑11從一次帶電粒子束路徑13分離；物體照射單元100，適配于將一次帶電粒子小波束3聚焦在物平面101上；以及檢測單元200，用于針對每一個二次帶電粒子小波束9產生單獨的強度信號。

在示出的實施例中，一次小波束發生器300包含電子源301、準直透鏡303、一次小波束形成單元305和場透鏡307。

電子源301產生發散的電子束309，其由準直透鏡準直，以形成入射在一次小波束形成單元305上的束311。可使用產生兩個或更多個發散電子束的電子源，代替如圖1所示的只產生一個發散電子束309的電子源。然后，兩個或更多個電子束由僅一個準直透鏡303準直或由合適數量的準直透鏡303(每一個準直透鏡準直多個單獨(individual)電子束309的子集或僅其中一個)準直。

小波束形成單元305主要包含第一多孔徑板和第二多孔徑板，第一多孔徑板由一個或多個電子束311照明，第二多孔徑板關于束311中的電子的移動方向而位于第一多孔徑板的下游。優選地，將第二多孔徑板設定為限定的電勢，使得向孔徑賦予聚焦質量，并且第二多孔徑板呈現微透鏡陣列的功能。下文參考帶電粒子多小波束發生器的不同實施例來說明小波束形成單元305的進一步細節。

在束斑點5處入射在物體7上的一次電子產生從物體7的表面發射的二次電子。二次電子形成二次電子小波束9，其沿著二次束路徑11穿過物鏡102和分束器單元400。分束器單元400通常利用磁場將二次束路徑11從一次束路徑13分離，并將二次束路徑11引導至檢測單元200。

檢測單元200包含投射透鏡205，用于將二次電子小波束9投射在檢測器布置209的電子敏感檢測器207的表面平面211上。電子敏感檢測器207可為單個裝置或包含多于一個單獨檢測器。不考慮這些，檢測器207提供感測區域的陣列，以與通過投射透鏡205聚焦在檢測器表面211上的二次帶電粒子小波束9的圖案一致的圖案來布置所述感測區域。這使得能夠獨立于入射在檢測器表面211上的其他二次帶電粒子小波束9而檢測每一個單獨的二次帶電粒子小波束9。因此，產生了多個電信號，由此，各信號的值對應于僅一個二次小波束9的特征。

如果一次小波束發生器300不僅允許改變一次小波束3的圖案，使得各個圖案形成基本圖案的子圖案，而且還允許改變基本圖案，則檢測器布置209優選配備有其它檢測器207，每一個其它檢測器207以不同的基本圖案布置其感應區域。因為二次小波束9的圖案對應于由一次小波束發生器300產生的一次小波束3的圖案，所以各個檢測器207的感應區域陣列圖案優選地對應于可用于一次小波束3的圖案之一。

物體照射單元100包含物鏡102，其將一次帶電粒子小波束3聚焦在物平面101上，在該物平面中，物體7的研究表面由諸如樣品臺的物體載具(objectmount)來定位。在圖中未示出物體載具。

圖2的示意圖示出了用于小波束發生器300中的小波束產生布置300′的第一實施例的基本組件。一次小波束3僅被顯示到其第一焦平面，但是應理解的是，小波束在該平面之外延伸以進入場透鏡307(僅在圖1中示出)，并沿著一次帶電粒子束路徑13。

小波束產生布置300′包含一次帶電粒子的源301、準直透鏡303和一次小波束形成單元305。

在示出的示例中，一次帶電粒子源以電子源301的形式實現，該電子源以發射端310和提取電極302為特征。當使用不是電子的一次帶電粒子，例如氦離子時，一次帶電粒子源301的構造可能與示出的不同。

電子源301發射發散的電子束309，其在所示示例中由準直透鏡303準直，以形成準直束311。準直透鏡303通常由一個或多個靜電透鏡或磁透鏡形成，或由靜電透鏡和磁透鏡的組合形成。準直透鏡的使用不是必須的，但其在小波束形成單元305中使用的多孔徑板具有平面構造(即以非彎曲平面布置孔徑315的構造)時是優選的。當未使用準直透鏡303時，多孔徑板313和320的孔徑315優選地布置在曲面中，該曲面的曲率適配于一次束309的發散度，如例如在文獻wo2007/028596a1中所述，通過引用將該文獻并入本文。

準直束311(或在未使用準直透鏡時為非準直束)入射于一次小波束形成單元305的多孔徑選擇器板313上。多孔徑選擇器板313具有形成于其中的兩個或更多個孔徑陣列317。每一個孔徑陣列包含形成于多孔徑選擇器板313中的一個或多個孔徑315。可以一維或以二維圖案來布置多孔徑陣列的孔徑，其中，對于物體表面的快速檢查，二維圖案是優選的。

圖2的截面圖示出了三個不同的多孔徑陣列的孔徑布置，即在圖2的示圖中由準直電子束311照射的陣列317，以及都位于電子束311之外的陣列317i和317ii。典型地，不同的孔徑陣列在每一陣列中出現的孔徑數量、孔徑的幾何布置、孔徑的尺寸和/或形狀，或它們的組合上彼此不同。

在圖2示出的示例實施例中，所有的多孔徑陣列都形成在多孔徑選擇器板313中。當選擇多孔徑陣列中的特定一個時，使用致動器350移動保持多孔徑選擇器板313的載體340，使得期望的多孔徑陣列位于電子束311中。在一次小波束形成單元305的另一實施例中，載體340構造為承載多于一個的多孔徑選擇器板，其中每一個多孔徑選擇器板中僅形成一個多孔徑陣列。在一次小波束形成單元305的又一實施例中，至少一個多孔徑選擇器板中形成多于一個的多孔徑陣列，其中根據有利的發展，多孔徑選擇器板之一中的多孔徑陣列或多個陣列的基本圖案與形成于另一個多孔徑選擇器板中的多孔徑陣列的基本圖案不同。載體340還可適配于以可交換的方式承載一個或多個多孔徑選擇器板313。例如，載體340具有傳送帶(carousel)形式的結構，其具有一個或更多的夾鉗用于可拆卸地保持多孔徑選擇器板313，多孔徑選擇器板313中形成有一個或多個多孔徑陣列317。不同的多孔徑板可保存在停放(parking)位置，可利用夾鉗機構從該停放位置將該多孔徑板撿起和放下。除了傳送帶形式的結構，也可使用其他結構，例如像x-y-工作臺的線性位移機構。

準直電子束311的寬度(或多孔徑選擇器板313的位置處的非準直束的寬度)優選地適配于多孔徑陣列317的尺寸，即束的橫截面幾何形狀構造為照射形成于多孔徑選擇器板313中的多孔徑陣列317、317i和317ii的所有孔徑。在圖2所示實施例的變型中，掩模位于多孔徑選擇器板313上游，用于使帶電粒子束311的橫截面幾何形狀適配于多孔徑陣列317、317i和317ii的周界。優選地，掩模由板狀結構形成，該板狀結構具有構造為遮蔽帶電粒子束311的外圍部分的孔徑。因此，孔徑的幾何形狀優選地適合于將帶電粒子束311限制于由多孔徑陣列允許的最大邊界所限定的區域。

根據進一步優選的實施例，掩模包含多孔徑陣列，而不是單個孔徑，其中多孔徑陣列的圖案代表形成在多孔徑選擇器板中的所有多孔徑陣列的聯合。多孔徑陣列掩模330(僅在圖7中示出)遮住帶電粒子束311的照射掩模的實體區域的所有部分。只有進入孔徑的帶電粒子可穿過多孔徑掩模，從而形成與掩模中的孔徑一樣多的部分束3a。然后，位于多孔徑掩模下游的多孔徑選擇器板313用于選擇由多孔徑掩模形成的數量的部分束3a中的特定的一些。將多孔徑掩模置于多孔徑選擇器板313上游會提高一次小波束形成單元305的光學參數的穩定性，因為通過多孔徑掩模已經吸收了帶電粒子束311的非使用部分的大多數能量而降低了多孔徑選擇器板313的熱應力。

利用多孔徑選擇器板313選擇的部分束3a進入第二多孔徑陣列320的孔徑，由此每一個部分束3a穿過形成于第二多孔徑陣列320中的不同孔徑。注意，除了由部分束3a穿過的那些，第二多孔徑陣列320還可包含其它孔徑，例如用以降低可能的像差效應。

典型地，其中具有形成為開口321的孔徑的導電板形成第二多孔徑陣列320。為該板設置合適的電勢。為了設定電勢，使用由控制器500控制的電壓源501。通常，也將相同的電勢施加至多孔徑選擇器板或多個板313。在一些實施例中，使用由控制器500控制的分離的電壓源501′來控制在多孔徑選擇器板或多個板313與第二多孔徑陣列320之間的電壓差。通過施加合適的電勢至多孔徑陣列320，在陣列的開口附近的電場彎曲，從而聚焦部分束3a，以形成小波束3。

在另一優選實施例(圖中未示出)中，多孔徑選擇器板或多個板313和第二多孔徑陣列320布置在沒有電場的空間中，其中，小波束的聚焦由位于第二多孔徑陣列320下游的靜電透鏡實現。

因此，每一個孔徑形成微透鏡，并且第二多孔徑陣列320代表如上所述的微透鏡陣列320。微透鏡321的每一個的周界幾何形狀，即每個開口321的輪廓，至少與穿過其的相應部分束3a的橫截面幾何形狀的輪廓相同，但優選更大以降低像差。換句話說，多孔徑陣列317中的孔徑315的輪廓小于或等于由同一粒子束穿過的相應微透鏡的輪廓，也就是說，當在穿過二者的部分束3a的方向上看時，孔徑315的輪廓不延伸到相應微透鏡的輪廓之外。

優選地，微透鏡321的形狀和位置適配于微孔徑板313中的相應孔徑315的形狀和位置。微透鏡陣列320可進一步包含改進小波束3的質量的附加結構。關于這個的細節例如描述于文獻wo2005/024881中，在此通過引用將該文獻并入本文。

與多孔徑選擇器板313不同，根據圖2示出的實施例的微透鏡陣列320僅包含微透鏡321的一個陣列。微透鏡321的數量和布置代表了由多孔徑選擇器板313提供的單獨的多孔徑陣列317、317i和317ii的聯合。微透鏡321位于以預定圖案布置的位置處。因此，微透鏡的位置由其幾何形狀的特定性質來限定，例如圓形或橢圓形輪廓的中心等。

陣列317、317i和317ii的孔徑315的位置也以圖案布置。以與微透鏡相同的方式來限定孔徑位置。多孔徑陣列的圖案317、317i和317ii與微透鏡陣列的圖案相對應為前者與后者相同或形成后者的子集。當使用發散的帶電粒子束309，而不是準直的帶電粒子束311時，多孔徑陣列317的圖案典型地為微透鏡陣列圖案或其子集的成比例(scaled)版本。

圖3和4示出了帶電粒子多小波束發生器300的進一步實施例300″和300″′。各個實施例包含一次小波束形成單元305，該一次小波束形成單元305具有與根據圖2的多小波束發生器300相同的構造，但用于產生入射于小波束形成單元305上的準直一次束311的構造不同。

示出的實施例具有兩個一次帶電粒子源301和301′，但是也可包含更多的(例如三個或四個)帶電粒子源。在圖3所示的實施例中，從帶電粒子源301和301′發射的一次束309和309′被靜電偏轉單元301a調準(align)，然后由同一準直透鏡303準直。在圖4所示的實施例中，在各個單獨的一次束路徑中僅使用準直透鏡303和303′之一來分開地準直從帶電粒子源301和301′發射的一次束309和309′。單獨的準直帶電粒子束311和311′并排布置，以實現對多孔徑陣列317的大致鄰接的照明。應理解的是，為了實現準直一次束311和311′的并排布置，除了圖中所示的那些，還可使用另外的帶電粒子光學元件，例如像圖3中的單元301a的偏轉單元或沿著準直束路徑布置的不同的偏轉單元。

圖5的示意圖示出了具有多孔徑選擇器板313的一次小波束形成單元305的示例實施例的構造和功能，多孔徑選擇器板313中形成了四個不同的多孔徑陣列317i、317ii、317iii和317iv。各個多孔徑陣列的孔徑布置在由陣列317i和317iv的位置圖案(即矩形的5x5圖案)代表的基本圖案的位置處。多孔徑選擇器板313可位于與其主面平行的平面中，所述主面用于改變插入帶電粒子束311中的多孔徑陣列。

示出的示例中所示的陣列的孔徑都具有圓形輪廓，其中第四陣列317iv的孔徑的直徑大于其他三個陣列中的孔徑的直徑。第一陣列317i的孔徑和第四陣列317iv的孔徑以對應于規則的矩形柵格構造的圖案布置。第二317ii和第三317iii多孔徑陣列的孔徑各以形成陣列317i和317iv的子圖案的圖案布置。在示出的示例中，多孔徑陣列僅形成在一個多孔徑選擇器板313中。在與此的不同實施例中，可如上所述使用兩個或更多的多孔徑選擇器板313，其中各個多孔徑選擇器板313提供一個或多個多孔徑陣列。

通過將多孔徑陣列317之一插入一次束311的路徑中(該圖中未示出)，一次部分束3a的陣列被形成為向多透鏡陣列320的下游行進。其中形成孔徑315的導體板形成多透鏡陣列320。當將合適的電勢施加給該板時，孔徑315擔當聚焦部分束3a以形成小波束3的微透鏡。不是必須使微透鏡完全由導電材料制成。只要透鏡陣列的表面是導電的，也可使用其他的材料。為了更好的辨識，部分束3a和小波束3在圖5中以陰影表示法顯示。多透鏡陣列320的矩形周界不是強制性的，在實際中，其可具有任何期望或需要的形狀，例如用于將多透鏡陣列安裝在帶電多小波束系統1的光學柱中。

可使用不同的微透鏡陣列，而不是如圖5所示的僅使用一個多透鏡陣列，以允許改變小波束構造的基本圖案，例如從如圖5所示的矩形柵格式結構變為六邊形結構，如圖6所示的多孔徑陣列317的截面的結構。通過改變小波束構造的基本圖案，例如可以改變小波束密度。當在使用如上所述的多孔徑掩模330時提供多于一個微透鏡陣列時，多孔徑掩模優選構造為具有不同的掩模孔徑陣列，每一個掩模孔徑陣列符合不同的多透鏡陣列之一。基本圖案可具有任何類型，并且子圖案也可被隨期望而設計，例如星形或其他合適的圖案，只要子圖案符合它們相應的基本圖案。

在另一實施例中，多透鏡陣列320(或多個多透鏡陣列320)位于多孔徑選擇器板313(或多個多孔徑選擇器板313)上游，但是在可選的多孔徑掩模330的下游。圖7中示出了相應構造，其中所示的小波束形成單元305包含三個多孔徑板，第一多孔徑板330擔當多孔徑掩模，第二多孔徑板320擔當微透鏡陣列，而第三多孔徑板313擔當多孔徑選擇器板。圖7所示的多孔徑選擇器板313位于微透鏡陣列320的焦平面中。然而，應意識到，多孔徑選擇器板313還可位于微透鏡陣列的焦平面之外，即，更靠近微透鏡陣列320或在微透鏡陣列320更遠的下游。還應注意，準直束311以及小波束3是以截斷的表示法示出的，其范圍當然比所示的長。

小波束形成單元305的所述實施例使得能夠產生一次小波束陣列，其具有變化數量的小波束、小波束陣列的變化的圖案以及單獨小波束的變化的尺寸。因此，所述小波束形成單元使相應帶電粒子多小波束系統1的使用者能夠針對物體表面特征以及研究要求快速適配表面上的一次電子束斑點5以及注入到研究中的物體7的表面的電荷量。

圖中由微透鏡或多孔徑陣列的數量顯示或表示的一次小波束3的數量僅被選擇用于說明的目的。事實上，利用小波束形成單元305產生的一次小波束3的數量可為一至幾千之間的任意數量。在實際中，可使用30x30,100x100或其它的小波束陣列。微透鏡的節距可在5μm至200μm的范圍內。微透鏡直徑可在微透鏡節距的0.2至0.9倍的范圍內，特別是在微透鏡節距的20％至50％的范圍內，在微透鏡節距的30％至60％的范圍內，在微透鏡節距的40％至70％的范圍內，在微透鏡節距的50％至70％的范圍內，在微透鏡節距的50％至60％的范圍內，在微透鏡節距的60％至70％的范圍內，在微透鏡節距的70％至80％的范圍內，和/或在微透鏡節距的80％至90％的范圍內。

可利用的視場中能容納的小波束的數量主要決定利用帶電粒子多小波束光學系統實現的吞吐量。小波束3之間的節距由物體表面上的一次電子束斑點5之間的最小距離限定，并且其確定可容納在給定視場內的小波束3的數量。小波束3之間的最小可能節距由分辨率確定，在相應的一次電子束斑點5處發出的二次電子可以該分辨率投射至檢測器陣列207上。二次電子小波束9成像的分辨率主要依賴于二次電子小波束9的分離，其受物體表面處的二次電子小波束9的開口角度地強烈影響，并且其繼而為物體表面附近的電場強度的函數。較高的電場強度提高二次電子小波束9的分離，并導致更高的二次路徑分辨率。

當使用具有靜電組件的聚焦透鏡(如圖8所示的聚焦透鏡)時，兩個貢獻量支配樣品或物體表面處的電場：源于物體表面和聚焦透鏡面朝向物體表面的表面之間的電勢差的電場；以及從位于光學柱中物體表面上游的靜電組件傳播的電場。光學柱的組件的電勢通常由柱光學特性限定，并且不能被改變來適配樣品表面處的電場。因此，從光學柱傳播至物體表面的場代表約束，而非參數。

最佳吞吐量需要最小的小波束節距，其僅利用足夠高的電場來實現，該電場足夠高到在充分窄的開口角度內將二次電子從樣品表面拉出。為了保證物體表面附近的電場不會影響物體表面構造，一些應用需要使物體表面處的電場強度低于其他應用所需的電場強度。

為了控制位于聚焦透鏡102之下的物體表面處的電場強度，提供場分離電極103，其在優選的實施例中位于聚焦透鏡和聚焦透鏡102的物平面101之間。場分離電極將聚焦透鏡和物體表面之間的空間細分為兩個區域，并減少源自系統的光學柱的組件的場傳播至樣品表面。

圖8的橫截面視圖示出了帶電粒子多小波束系統1的光學柱的下部的示例實施例。光學柱的示出的部分包含聚焦透鏡102和位于物鏡102和物平面101之間的場分離電極103，物體7的關注表面位于該物平面中。細節a的放大視圖示出了圍繞光軸1021的小區域中的物鏡102的下部，場分離電極103，以及樣品7，并限定了用于場分離電極103的參數特征。注意，圖8的表示不是按比例繪制的，并且其中使用的尺寸只用于說明目的。特別地，場分離電極103和聚焦透鏡布置102的下部之間的距離通常小得多，并且聚焦透鏡102和場分離電極的開口直徑彼此還在較大程度上不同。

圖8所示的聚焦透鏡102表示位于樣品或物體7上游的物鏡布置，其安裝在一載臺(stage)上(圖中未示出)。示出的物鏡布置102包含第一磁極靴1022，其關于帶電粒子多小波束系統1的光學柱的光軸1021(或對稱軸)為同心的。第二磁極靴1023位于第一磁極靴1022下方(即下游)。如同第一磁極靴，第二磁極靴1023也具有旋轉對稱構造，并布置為與光軸1021同心。形成在兩個極靴中的腔容納激勵線圈(excitationcoil)，用于產生基本上對光軸1021對稱的磁場。

由第一激勵線圈1024產生的磁場對在束管1028的面朝物平面101的末端離開束管1028的一次小波束的電子具有聚焦效應。第二激勵線圈1025產生磁場，其用于精細調整由第一激勵線圈1024產生的聚焦磁場的強度和位置。調整由位于第二極靴內的第三激勵線圈1026產生的磁場，以補償由第一和第二極靴之間的間隙限定的區域內的聚焦磁場。關于物鏡布置102的構造和技術功能的細節被描述于國際公布wo2007/060017中，在此通過引用將其內容并入本文。

束管1028布置為圍繞光軸1021的同心，其貫穿由第一極靴環繞的區域。將高電壓源(圖中未示出)施加至束管1028，使得一次帶電粒子減速，而從樣品7的表面發出的二次帶電粒子加速。因為一次帶電粒子在束管1028中減速，所以必須以較高能量將它們從一次帶電粒子源301中提取出，以保證它們到達樣品表面。一次帶電粒子離開源301時的能量典型地在15kev和60kev之間，并且束管1028的減速電勢(retardingpotential)在15kev和30kev之間，由此典型地，一次帶電粒子在樣品方向上離開束管1028時的能量被設置在15kev和60kev之間。

可將磁極靴設為不同的電勢。例如，可將第一極靴設為接地電勢，而將第二極靴設為與接地電勢不同的電勢，用于調整物體7處的電場強度。由此將一次帶電粒子的著落能量(landingenergy)設為典型地從50ev至3kev的值。

注意，與圖8所示的物鏡布置102不同，其他類型的物鏡，例如單個激勵線圈的物鏡布置也可用于本發明。

利用束管1028產生的電場延伸穿過聚焦透鏡102的孔，到達樣品表面。其疊加由下極靴1023和樣品表面之間的電勢差所產生的電場。在關注的樣品表面處產生的總場強度為兩個場的場強度的加權和。

為了將樣品表面處的場強度調整至特定應用的要求，將場分離電極置于聚焦透鏡102和樣品之間，在樣品表面上游的一距離d處，如圖8所示。場分離電極103具有開口，其布置為與系統的光學柱的光軸1021和物鏡布置102的孔同心。場分離電極的孔徑的直徑de小于物鏡布置102的孔直徑db。孔直徑db和場分離電極103中的孔徑的直徑de的比率優選大于2，更優選地大于10，并且最優選大于20。孔徑的直徑優選地適配于所用的視場，因此小于2.0mm，優選小于1.5mm，更優選地小于1.0mm，更優選地小于0.8mm，更加優選地小于0.6mm，以及最優選地小于0.4mm的直徑是優選的。

在場分離電極的孔徑或開口的直徑足夠小的情況下，在樣品表面的電場主要由樣品和場分離電極之間的電勢差來限定。因此，直接在關注的樣品表面之上的電場的強度可由場分離電極的電勢有效地控制。可使用控制器500控制電壓差，該控制器可為還用于小波束產生布置的控制器或獨立的控制器。控制器被適配于控制樣品表面和場分離電極103之間的電壓差。在圖8所示的示例實施例上，控制器500在此控制場分離電極103的電壓源502和樣品7的電壓源503。

通過在場分離電極103和樣品表面之間施加不同的電壓差，可以兩個或更多個模式來操作帶電粒子光學系統1，每一個模式適配于特定應用。因為對于樣品表面處的較低電提取場強度，二次電子小波束9成像的分辨率較低，而對于較高的電提取場強度，分辨率較高，所以最佳的吞吐量需要一次小波束節距適配于場分離電極103和樣品7之間的電壓差。較低的電壓差比較高的電壓差需要更大的節距。因此，當以具有第一數量的一次帶電粒子小波束3的第一操作模式操作系統時，第一電壓差被施加在場分離電極103和樣品表面之間，以及當以具有第二數量的一次帶電粒子小波束3的第二操作模式操作系統時，第二電壓差被施加在場分離電極103和樣品表面之間。假設在第一操作模式中存在比第二操作模式少的一次小波束3，那么第一電壓差小于第二電壓差。從而，對于第一操作模式，利用場分離電極103和樣品7之間的電勢差實現的電場強度在樣品表面處比第二操作模式的情況小。

圖9示出了圖900，其示出了相對場穿透率(relativefieldpenetration)相對于場分離電極的孔徑的直徑de與距離d之間的比率de/d的關系901，距離d是在樣品表面和場分離電極103的下表面之間的距離。已經針對以下條件計算了該圖：樣品表面和場分離電極的下表面之間的距離d為0.8mm，場分離電極103中的開口的直徑從0.01mm變化至1.2mm。外部場在場分離電極的上游表面處導致4kv/mm的場強度，該外部場被計算為經下方的(第二)極靴的0.66的場穿透因子校正的、在5mm上具有30kv的電勢差。場穿透率被定義為樣品表面處的場與場分離電極的上游表面處的場的比率。

直到de/d的大約0.125的值(本計算中對應于de＝0.1mm)，外部場實際上不到達樣品表面。隨著直徑de的進一步增加，場穿透率以第一近似對數地增加，在de/d＝0.5(在本計算中de＝0.4)處小于50％，而在de/d＝1.5處約為85％。場分離電極的孔徑的直徑de因此可用作第二參數(第一參數為樣品7和場分離電極103之間的電壓差)，以控制直接在關注的樣品或物體的表面之上的電場強度。

圖10中示出的流程圖100示出了根據本發明的實施例中使用的方法的基本步驟。方法在步驟1001中開始，其中選擇第一數量的帶電粒子小波束3入射于物體7或樣品7上，同時將具有第一電場強度的電場施加至樣品表面。優選地，通過使用根據上述實施例之一的帶電粒子多小波束系統1、以及樣品表面和場分離電極之間的電壓差的相應控制，來調整電場的強度。

在下一步驟1002中，將系統轉換到第二操作模式，其中選擇第二數量的帶電粒子小波束3入射于物體7或樣品7上，同時將具有第二電場強度的電場施加至樣品表面。再次，優選地，通過使用根據上述實施例之一的帶電粒子多小波束系統1、以及樣品表面和場分離電極之間的電壓差的相應控制，來調整電場的強度。當選擇的小波束3的第二數量高于第一數量時，第二電場強度也高于第一電場強度，反之亦然。

方法終止于步驟1003。替代地，樣品的照射可重復，或者在樣品表面的不同位置處繼續，從步驟1001開始并進一步前進到步驟1002，或者從步驟1002開始并接著前進到步驟1001。

雖然在此已經以被認為是最實際和優選的實施例示出及描述了本發明，但是應理解，許多替代、修改及變型對于本領域技術人員來說是顯而易見的。從而，這里所述的本發明的示例實施例意在說明而非以任何方式的限制。可進行各種改變，而不脫離如所附權利要求中限定的本發明的精神和范圍。