TWI658487B - 多帶電粒子束裝置及用於觀測樣品表面之方法 - Google Patents

Abstract

本案提出一種新穎具有可變大小、方向，以及入射角的一總視野的多 帶電粒子束裝置。此新穎裝置可使得樣品的觀察更加快速、並提高樣品觀察的品質。更特別的是，針對半導體產業的晶圓或光罩的檢測(inspect)或再檢查(review)，此新裝置做為一產量管理工具可提高其檢測或再檢查的產量，並偵測更多種類的缺陷。

Description

多帶電粒子束裝置及用於觀測樣品表面之方法

本發明係關於一種具有多帶電粒子束的裝置，更關於一種利用多重帶電粒子束以同時獲得多個掃描區域的影像的裝置。因此，本發明提供的裝置可被用於以高解析和高產量的方式，檢測(inspect)及/或再檢查(review)半導體製造領域的晶圓或光罩。

本章節中以下的描述與舉例的內容並不是被本申請案所承認的習知技術。

在製造半導體電路晶片的過程中，圖案(pattern)缺陷或不被允許的微粒(例如殘餘物)無可避免地會出現在晶圓或光罩的表面，造成產率大幅下降。因此，必須以產率管理工具檢測或再檢查缺陷或者微粒。為了使晶片的性能達到愈來愈高的要求，採用了更小的圖案以及更小的關鍵特徵尺寸。如此，由於衍射效應(diffraction effect)，傳統利用光束的產率管理工具逐漸變得無法勝任，而逐漸被利用粒子束的產率管理工具所取代。與光子(photon)束相較，電子束的波長較短因此可提供較好的空間分辨率(spatial resolution)。目前，使用電子束的產率管理工具採用掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope，SEM)的單電子束的原理，其被公知的缺點是處理樣品的能力無法應付大量生產。雖然增加電子束電流可改善產量，但隨者電流的增加，庫倫效應(Coulomb Effect)會造成空間分辨率會大幅降低。

為了提升生產力，一種比較好的方法是使用多電子束，其中每個電子束具有小電流。多電子束在待測樣品的觀測表面上形成了多個探測點(probe spots)，或簡稱為一探測陣列(a probe spot array)。此多個探測點可分別、同時掃描在樣品的表面上的一大觀測區域內複數個小的掃描區域。每個探測點的電子打到樣品的表面並由此產生二次電子(secondary electrons)。二次電子包含慢的二次電子(能量小於50eV)以及背散射(backscatter)電子(其能量接近電子的著陸能量(landing energy))。從多個小掃描區域反射的二次電子可分別、同時被多個電子偵測器所收集。從而，相較於使用單一電子束的掃描，多電子束掃描可更快獲得具有多個小掃描區域的大觀測區域的影像。

多電子束可以分別由來自多個電子源，或者來自單一電子源。對於多電子源而言，多個電子束通常分別透過個別的電子腔(column)聚焦、掃描多個小掃描區域，而從每個小掃描區域產生的二次電子，是由設置於所對應的電子腔內的電子偵測器所偵測。因此，此類裝置通常被稱為多電子腔設備或裝置。在樣品表面，多電子束彼此之間的間距為數個或數十個公釐(mm)的量階。

對於單一電子源而言，通常利用一電子源轉換單元將單一電子源轉換成多個次電子源(sub-sources)。電子源轉換單元包含具有多個射束限制開口的用於射束限制(beamlet-limit)或射束形成(beamlet-forming)的工具或方法，以及一個具有多電子光學元件的用於影像形成的工具或方法。該多個射束限制開口分別將單一電子源產生的一次電子束(primary-electron beam)分成多個次電子束(sub-beams)或射束。該多個電子光學元件影響該多個射束，以分別形成該單一電子源的多個第一平行(虛擬或真實)影像。每個第一影像是一個射束的交叉並且可被看作是發射出對應射束的次電子源。為了增加射束的量，射束之間的間距為微米(micro meter)等級。此外，使用一個一次投影成像系統以及設置在電子腔內的一偏斜掃描單元以分別投影複數個第一平行影像以及分別掃描該多個小掃描區域。而從掃描產生的二次電子由一射束分離器導向至一二次投影成像系統，接著第二投影成像系將二次電子聚焦以分別由設置於單一電子腔內一電子偵測裝置的複數個偵測單元所偵測。該複數個偵測單元可以是邊靠邊設置的多 個電子偵測器，或者是一個電子偵測器的多個畫素。由於具有以上特色，上述裝置常被稱為多電子束裝置。

用於射束限制的工具或方法，通常是一個具有多個穿孔的導電板，其中多個穿孔是作為多個射束限制開口。而影像形成的工作或方法，每個電子光學元件是將一個射束聚焦以形成一個真實影像(如美國專利US7,244,949以及本案所提相關申請案中的第四個申請案)，或者將一射束偏斜以形成一個虛擬影像(如美國專利US7,244,949以及本案所提相關申請案中的其他申請案)。圖1和圖2顯示本案所提的第五個相關申請案中的兩個範例。為使表達清楚，圖中只顯示三個射束，並且省略掉偏斜掃描單元、射束分離器、二次投影成像系統，以及電子偵測裝置。

如圖1A所示，由電子源101所產生的一次電子束102，被聚光透鏡110聚焦而入射至電子源轉換單元120。電子源轉換單元120包含具有三個預先彎曲微偏斜器(123_1、123_2、123_3)的預先射束彎曲工具123、三個射束限制開口(121_1、121_2、121_3)的射束限制工具121，以及三個電子光學元件(122_1、122_2、122_3)的影像形成工具122。三個預先彎曲微偏斜器(123_1、123_2、123_3)分別將三個射束(102_1、102_2、102_3)偏斜，使其分別正交於三個射束限制開口(121_1、121_2、121_3)。而每個射束限制開口(121_1、121_2、121_3)作為射束限制開口以限制所對應射束的電流。三個電子光學元件(122_1、122_2、122_3)分別將三個射束(102_1、102_2、102_3)偏斜使其朝向光軸100_1，並形成電子源101的三個第一虛擬影像，亦即，每個射束具有一個虛擬交叉(virtual crossover)。一次投影成像系統是物鏡131構成，其將三個被偏斜的射束102_1~3聚焦在樣品8的表面7上，亦即，將三個第一虛擬影像投影在表面7上。因此，三個射束102_1~3在表面7形成三個探測點(102_1s、102_2s、102_3s)。探測點(102_1s、102_2s、102_3s)的電流可以透過調整聚光透鏡110的放大率(power)而改變。如圖1B所示，可動聚光透鏡210將一次電子束102聚焦使其法線入射於電子源轉換單元220的射束限制工具121，因此不需要如圖1A所示的預先射束彎曲工具123。因此， 探測點(102_1s、102_2s、102_3s)的電流，可透過調整可動聚光透鏡210的放大率以及位置而改變。如圖1A和圖1B所示，射束(102_1、102_2、102_3)衝擊樣品的表面7的著陸能量(landing energy)，其大小可透過調整電子源101及/或樣品表面7的電位而改變。

在一多電子束裝置，每個射束掃描樣品表面7的一個次視野(sub-FOV(fie1d of view))，而總視野是所有射束的次視野的總和。每個次視野等於或小於樣品表面的射束間距(Ps，圖1A)。為了增加生產力，每個次視野最好可選擇其成像解析度，從而使得其射束間距被改變，以保持次視野的編結。如果是高影像解析度，則使用較小尺寸的畫素且需要較小的次視野，以避免過多的畫素數量。如果是低影像解析度，則使用較大尺寸的畫素且需要較大的次視野，以提高生產力。圖2A顯示低影像解析度的範例。如圖2A的虛線表示，如果探測點102_2s和102_3s可分別被移動到右邊和左邊，則射束間距Ps會由P1變成P2，而總視野會從3×P1增加到3×P2，使得生產力增加。因此，使得射束間距Ps成為可選擇的將是一個較優選的功能。

連續掃描模式(一樣品連續移動使正交於一個一次電子束的一掃描方向)是一種習知的方法，使提高傳統單電子束裝置的生產力。如果將這種方法使用在多電子束裝置，則最好將總視野或者探測點陣列的方位，與平台的移動方向匹配。如果在一次投影成像系統內具有一個磁性透鏡，其磁場會旋轉射束以及總視野，這是被眾所周知的。由於磁場會隨著觀測條件，例如著陸能量和多個射束的電流而改變，總視野的旋轉角度也會跟著改變。圖2B顯示一個範例，其中圖1A的物鏡131被一磁性或電磁複合透鏡所取代。例如，當射束102_1~102_3的著陸能量由1keV變更為2keV，則探測點102_2S和102_3S會繞著以虛線表示的光軸100_1旋轉一個角度θ。而總視野的方位改變會衝擊連續掃描模式的特性。將探測點陣列的方位保持一致或者使其為可選擇的，可提供改善生產力的更多彈性，因此也是一種較優選的功能。

對於一些樣品，樣品上的圖案的方位與探測點陣列的方位可能需要特定的匹配。將探測點陣列的方位變成可選擇的，可補償因為有限的衝擊精確度(landing accuracy)所造成的不匹配，從而避免再次衝擊所耗的時間，如此可增加生產力。此外，為了有效觀察一樣品的一些圖案，多個射束可能需要以特定的入射角度打在該樣品的表面上。如果使得入射角的角度變成可以選擇的，將可提供各種樣品的可觀察性，因此這將是一種更優選的功能。

本發明將提供實現上述所需功能的方法或裝置，以多重電子束裝置的方式實踐，特別是那些本案所提的相關申請案中實現，並且在半導體製造領域中作為一種產率管理工具。

以下列出與本案相關的申請案：

(1)美國專利申請案，公告號US 6,943,349，申請日2001年04月，發明人Pavel Adanec等。

(2)美國專利申請案，公告號US 7,244,949，申請日2006年03月，發明人Ranier Knippelmeyer等。

(3)美國專利申請案，申請號15/065,342，申請日2016年03月，發明人Weiming Ren等。

(4)美國專利申請案，申請號15/078,369，申請日2016年03月，發明人Weiming Ren等。

(5)美國專利申請案，申請號15/150,858，申請日2016年05月，發明人Xuedong Liu等。

(6)美國專利申請案，申請號15/213,781，申請日2016年07月，發明人Shuai Li等。

(7)美國專利申請案，申請號15/216,258，申請日2016年07月，發明人Weiming Ren等。

(8)美國專利申請案，申請號15/365,145，申請日2016年11月，發明人Weiming Ren等。

本發明的目的在於提供一種新的多帶電粒子束裝置，以更高的分析率和生產力觀察一樣品，並且增加改變觀測條件的彈性。基於在本案相關申請案所提出的習知多電子束裝置，本發明提供幾種方法以完成一種具有可變視野的新多帶電粒子束裝置。此新的多帶電粒子束裝置具有可變尺寸、方位以及入射角等特徵。因次，該新穎的多帶電粒子束裝置可提供更多彈性，以加速樣品的觀測，並使更多樣品具有可觀測性。更特別的是，該新穎的多帶電粒子束裝置可作為半導體製造產業的一產率管理工具，以檢測及/或再檢查晶圓/光罩，該新穎的多帶電粒子束裝置將很可能可以達到高生產力，並且檢測更多種類的缺陷。

根據上述目的，本發明實施例提供一種多帶電粒子束裝置，用以觀測一樣品的一表面，其包含一電子源、一聚光透鏡、一電子源轉換單元、一物鏡、一偏斜掃描單元、一樣品台、一射束分離器、一二次投影成像系統，以及一電子偵測裝置。該聚光透鏡位於該電子源下方。該電子源轉換單元位於該聚光透鏡下方。該物位於該電子源轉換單元下方。該偏斜掃描單元位於該電子源轉換單元下方。該樣品台位於該物鏡下方。該射束分離器位於該電子源轉換單元下方。該電子偵測裝置具有複數個偵測元件。該電子源，該聚光透鏡，以及該物鏡與該多帶電粒子束裝置的一光軸排列，該樣品台支撐該樣品，該樣品的該表面面向該物鏡。該電子源轉換單元包含具有多個射束限制開口的一射束限制工具，以及具有多個電子光學元件的一影像形成工具，該影像形成工具可沿著光軸移動。該電子源產生一次電子束沿著該光軸，該聚光透鏡聚焦該一次電子束。該一次電子束的多個射束分別通過該些射束限制開口，並且被該些電子光學元件偏斜使其朝向該光軸，以分別形成該電子源的複數個虛擬影像。該物鏡將該多個射束聚焦在該樣品的該表面，以在該表面上形成複數個探測點，該偏斜掃描單元使該多個射束偏斜，以在該表面的一觀測區域內的一複數個掃 描區域中掃描該複數個探測點。該複數個探測點分別從該複數個掃描區域產生複數個二次電子束，該些二次電子束被該射束分離器導向該二次投影成像系統，該二次投影成像系統聚焦並保持該複數個二次電子束，使其分別被該複數個偵測元件所偵測，每個該偵測元件因此提供對應一個該掃描區域的一影像訊號。

在一實施例，上述多帶電粒子束裝置中由於該複數個電子光學元件所致的複數個射束的偏斜角分別被設定，以降低該複數個探測點的離軸偏差。透過沿著該光軸移動該影像形成工具，複數個探測點之間的間距可以一起被調整。該物鏡包含一磁透鏡以及一靜電透鏡，該複數個探測點的方位是可選擇的，透過變更該磁透鏡與該靜電透鏡的變焦倍率而改變探測點的方位。

在一實施例，上述多帶電粒子束裝置中偏斜角可確保複數個射束以正交或實質上正交於該表面的方向著陸於該表面。偏斜角可確保複數個射束以一個特定角度著陸於該表面。偏斜掃描單元位於該物鏡的一前聚焦面上。偏斜掃描單元將複數個射束傾斜，使每個射束以相同或實質相同的著陸角著陸於該表面。該多帶電粒子束裝置還可包含位於該電子源轉換單元和該物鏡的前聚焦面之間的一射束傾斜偏斜器。該射束傾斜偏斜器將複數個射束傾斜，使每個射束以相同或實質相同的著陸角著陸於該表面。

根據上述目的，本發明實施例提供一種多帶電粒子束裝置，用以觀測一樣品的一表面，其包含一電子源、一聚光透鏡、一電子源轉換單元、一物鏡、一偏斜掃描單元、一樣品台、一射束分離器、一二次投影成像系統，以及一電子偵測裝置。該電子源轉換單元位於該聚光透鏡下方。該物鏡位於該電子源轉換單元下方。該偏斜掃描單元位於該電子源轉換單元下方。該樣品台位於該物鏡下方。該射束分離器位於該電子源轉換單元下方。該電子偵測裝置具有複數個偵測元件。該電子源，該聚光透鏡，以及該物鏡與該多帶電粒子束裝置的一光軸排列，該樣品台支撐該樣品，該樣品的該表面面向該物鏡。該電子源轉換單元包含具有多個射束限制開口的一射束限制工具、一具有複數個第一 電子光學元件的第一影像形成工具，以及一具有複數個第二電子光學元件的第二影像形成工具，該第二影像形成工具位於該第一影像形成工具下方並且沿著一徑向移動，且該第一影像形成工具或該第二影像形成工具是作為一主動影像形成工具。該電子源產生一次電子束沿著該光軸，該聚光透鏡聚焦該一次電子束。該一次電子束的多個射束分別通過該些射束限制開口，並且被該些電子光學元件偏斜使其朝向該光軸，以分別形成該電子源的複數個虛擬影像。該物鏡將該多個射束聚焦在該樣品的該表面，以在該表面上形成複數個探測點，該偏斜掃描單元使該多個射束偏斜，以在該表面的一觀測區域內的一複數個掃描區域中掃描該複數個探測點。該複數個探測點分別從該複數個掃描區域產生複數個二次電子束，該些二次電子束被該射束分離器導向該二次投影成像系統，該二次投影成像系統聚焦並保持該複數個二次電子束，使其分別被該複數個偵測元件所偵測，每個該偵測元件因此提供對應一個該掃描區域的一影像訊號。

在一實施例，上述多帶電粒子束裝置中由於該主動影像形成工具所致的複數個射束的偏斜角分別被設定，以降低該複數個探測點的離軸偏差。透過於該第一影像形成工具和第二影向形成工具之間切換成該主動影像形成工具，複數個探測點之間的間距可以一起被調整。當第一影像形成工具被選擇，則第二影像形成工具被移出，以避免擋住該複數個射束。該物鏡包含一磁透鏡以及一靜電透鏡。透過改變該磁透鏡和該靜電透鏡的一變焦倍率比，可改變複數個探測點的方位。

在一實施例，上述多帶電粒子束裝置中偏斜角可確保複數個射束以正交或實質上正交於該表面的方向著陸於該表面。偏斜角可確保複數個射束以一個特定角度著陸於該表面。偏斜掃描單元位於該物鏡的一前聚焦面上。偏斜掃描單元將複數個射束傾斜，使每個射束以相同或實質相同的著陸角著陸於該表面。該多帶電粒子束裝置還可包含位於該電子源轉換單元和該物鏡的前聚焦面之間的一射束傾斜偏斜器。該射束傾斜偏斜器將複數個射束傾斜，使每個射束以相同或實質相同的著陸角著陸於該表面。

根據上述目的，本發明實施例提供一種多帶電粒子束裝置，用以觀測一樣品的一表面，包含一電子源、一聚光透鏡、一電子源轉換單元、一物鏡、一偏斜掃描單元、一樣品台、一射束分離器、一二次投影成像系統，以及一電子偵測裝置。該聚光透鏡，位於該電子源下方。該電子源轉換單元位於該聚光透鏡下方。該物鏡位於該電子源轉換單元下方。該偏斜掃描單元位於該電子源轉換單元下方。該樣品台位於該物鏡下方。該射束分離器位於該電子源轉換單元下方。該電子偵測裝置具有複數個偵測元件。該電子源，該聚光透鏡，以及該物鏡與該多帶電粒子束裝置的一光軸排列，該物鏡的一第一原理平面可沿著該光軸移動，該樣品台支撐該樣品，該樣品的該表面面向該物鏡。該電子源轉換單元包含具有多個射束限制開口的一射束限制工具，以及具有多個電子光學元件的一影像形成工具。該電子源產生一次電子束沿著該光軸，該聚光透鏡聚焦該一次電子束。該一次電子束的多個射束分別通過該些射束限制開口，並且被該些電子光學元件偏斜使其朝向該光軸，以分別形成該電子源的複數個虛擬影像。該物鏡將該多個射束聚焦在該樣品的該表面，以在該表面上形成複數個探測點，該偏斜掃描單元使該多個射束偏斜，以在該表面的一觀測區域內的一複數個掃描區域中掃描該複數個探測點。該複數個探測點分別從該複數個掃描區域產生複數個二次電子束，該些二次電子束被該射束分離器導向該二次投影成像系統，該二次投影成像系統聚焦並保持該複數個二次電子束，使其分別被該複數個偵測元件所偵測，每個該偵測元件因此提供對應一個該掃描區域的一影像訊號。

在一實施例，上述多帶電粒子束裝置中由於該複數個電子光學元件所致的複數個射束的偏斜角分別被設定，以降低該複數個探測點的離軸偏差。透過沿著該光軸移動該第一原理平面，複數個探測點之間的間距可以一起被調整。

在一實施例，上述多帶電粒子束裝置中偏斜角可確保複數個射束以正交或實質上正交於該表面的方向著陸於該表面。偏斜角可確保複數個射束 以一個特定角度著陸於該表面。偏斜掃描單元位於該物鏡的一前聚焦面上。偏斜掃描單元將複數個射束傾斜，使每個射束以相同或實質相同的著陸角著陸於該表面。該多帶電粒子束裝置還可包含位於該電子源轉換單元和該物鏡的前聚焦面之間的一射束傾斜偏斜器。該射束傾斜偏斜器將複數個射束傾斜，使每個射束以相同或實質相同的著陸角著陸於該表面。該物鏡包含一磁透鏡以及一靜電透鏡。靜電透鏡包含一場控電極以及一場移動電極，並且產生一靜電場。場控電極的電位被設定，以控制在該表面上的靜電場，以確保該表面不發生電擊穿(electrical breakdown)。場移動電極的電位被設定，以移動該靜電場以移動第一原理平面。該複數個探測點的方位，可透過變更場電極及/或場移動電極的電位而改變。該多帶電粒子束裝置更包含位於下磁透鏡上方的一上磁透鏡。透過改變上磁透鏡和下磁透鏡的變焦倍率比，可移動該第一原理平面。藉由設定該上磁透鏡和下磁透鏡的極性，可改變複數個探測點的方位。

根據上述目的，本發明實施例提供一種多帶電粒子束裝置，用以觀測一樣品的一表面，包含一電子源、一聚光透鏡、一電子源轉換單元、一轉換透鏡、一場透鏡、一物鏡、一偏斜掃描單元、一樣品台、一射束分離器、一二次投影成像系統，以及一電子偵測裝置。該電子源轉換單元位於該聚光透鏡下方。該轉換透鏡位於該電子源轉換單元下方。該場透鏡位於該轉換透鏡下方。該物鏡位於該場透鏡下方。該偏斜掃描單元位於該電子源轉換單元下方。該樣品台位於該物鏡下方。該射束分離器位於該電子源轉換單元下方。該電子偵測裝置具有複數個偵測元件。該電子源，該聚光透鏡，該轉換透鏡，該場透鏡，以及該物鏡與該多帶電粒子束裝置的一光軸排列，該樣品台支撐該樣品，該樣品的該表面面向該物鏡。該電子源轉換單元包含具有多個射束限制開口的一射束限制工具，以及具有多個電子光學元件的一影像形成工具。該電子源產生一次電子束沿著該光軸，該聚光透鏡聚焦該一次電子束。該一次電子束的多個射束分別通過該些射束限制開口，並且被該些電子光學元件偏斜使其朝向該光軸，以分別形成該電子源的複數個第一虛擬影像。該轉換透鏡將該複數個第一 虛擬影像成像於一中間影像平面上，因此於該中間影像平面上形成複數個第二真實影像，該場透鏡位於該中間影像平面上並將該多個射束彎曲，該透鏡將該複數個第二真實影像成像在該樣品的該表面從而在該表面形成複數個探測點，該偏斜掃描單元使該多個射束偏斜，以在該表面的一觀測區域內的一複數個掃描區域中掃描該複數個探測點。該複數個探測點分別從該複數個掃描區域產生複數個二次電子束，該些二次電子束被該射束分離器導向該二次投影成像系統，該二次投影成像系統聚焦並保持該複數個二次電子束，使其分別被該複數個偵測元件所偵測，每個該偵測元件因此提供對應一個該掃描區域的一影像訊號。

在一實施例，上述多帶電粒子束裝置中由於該場透鏡所致的複數個射束的彎曲角分別被設定，以降低該複數個探測點的離軸偏差。由於該複數個光學電子元件所致的複數個射束的偏斜角分別被設定，以調整複數個探測點之間的間距。該物鏡包含一第一磁透鏡以及一第一靜電透鏡。透過改變第一磁透鏡和第一靜電透鏡的變焦倍率比，可改變複數個探測點的方位。該場透鏡包含一第三磁透鏡以及一第三靜電透鏡。透過改變第三磁透鏡和第三靜電透鏡的變焦倍率比，可改變複數個探測點的方位。

在一實施例，上述多帶電粒子束裝置中由於該複數個光元件所致的複數個射束的偏斜角和彎曲角可確保複數個射束以正交或實質上正交於該表面的方向著陸於該表面。由於該複數個光元件所致的複數個射束的偏斜角和彎曲角可確保複數個射束以一個特定角度著陸於該表面。偏斜掃描單元位於該物鏡的一前聚焦面上。偏斜掃描單元將複數個射束傾斜，使每個射束以相同或實質相同的著陸角著陸於該表面。該多帶電粒子束裝置還可包含位於該電子源轉換單元和該物鏡的前聚焦面之間的一射束傾斜偏斜器。該射束傾斜偏斜器將複數個射束傾斜，使每個射束以相同或實質相同的著陸角著陸於該表面。

根據上述目的，本發明實施例提供一種配置於一多帶電粒子束裝置的方法，用於觀測一樣品的一表面，包含下列步驟：配置一電子源轉換單元 的一影像形成工具，其可沿著一光軸移動；以該影像形成工具分別形成一電子源的複數個虛擬影像；以一物鏡將複數個虛擬影像成像於該表面並在該表面上形成複數個探測點；以及移動該影像形成工具以改變該複數個探測點之間的間距。

根據上述目的，本發明實施例提供一種配置於一多帶電粒子束裝置的方法，用於觀測一樣品的一表面，包含下列步驟：配置具有一第一影像形成工具和一第二影像形成工具的一電子源轉換單元，其中該第二影像形成工具與一電子源的距離比該第一影像形成工具與該電子源的距離更長，該第二影像形成工具可沿著該多帶電粒子束裝置的徑向移動；以該第一影像形成工具或該第二影像形成工具作為一主動影像形成工具，其中當使用第一影像形成工具，則該第二影像形成工具被移開；以該主動影像形成工具分別形成該電子源的複數個虛擬影像；以一物鏡將複數個虛擬影像成像於該表面並在該表面上形成複數個探測點；以及改變該主動影像形成工具為該第一影像形成工具或該第二影像形成工具，以改變該複數個探測點之間的間距。

根據上述目的，本發明實施例提供一種配置於一多帶電粒子束裝置的方法，用於觀測一樣品的一表面，包含下列步驟：配置一具有一第一原理平面的物鏡，該物鏡可沿著多帶電粒子束裝置的一光軸移動；以一電子源轉換單元的一影像形成工具分別形成一電子源的複數個虛擬影像；以該物鏡將複數個虛擬影像成像於該表面並在該表面上形成複數個探測點；以及移動該第一原理平面以改變該複數個探測點之間的間距。

根據上述目的，本發明實施例提供一種配置於一多帶電粒子束裝置的方法，用於觀測一樣品的一表面，包含下列步驟：在該多帶電粒子束裝置中配置一具有一下磁透鏡以及一靜電透鏡的物鏡；以一電子源轉換單元的一影像形成工具分別形成一電子源的複數個虛擬影像；以該物鏡將複數個虛擬影像成像於該表面並在該表面上形成複數個探測點；以及改變該下磁透鏡以及該靜電透鏡的變焦倍率的一比例，以選擇該複數個探測點的一方位。

在一實施例，上述方法更包含一配置於該物鏡的一上磁透鏡，該上磁透鏡相較於該下磁透鏡遠離於該表面。在一實施例，上述方法更包含以改變上磁透鏡和下磁透鏡的極性，以改變探測點的方位。

根據上述目的，本發明實施例提供一種配置於一多帶電粒子束裝置的方法，用於觀測一樣品的一表面，包含下列步驟：以一電子源轉換單元的一影像處理工具將一電子源的複數個射束偏斜，以形成該電子源的複數個第一虛擬影像；以一物鏡將該複數個第一虛擬影像成像於該表面並在該表面上形成複數個探測點；以及設定由於該影像處理工具所致的該複數個射束的偏斜角，使得該複數個射束以相同或實質相同的著陸角著陸於該表面。

在一實施例，上述方法更包含利用改變偏斜角，以相同改變量改變著陸角的步驟。在一實施例，上述方法更包含一利用傾斜掃描單元的步驟，該傾斜掃描單元將複數個射束傾斜，以同樣的改變量改變著陸角。在一實施例，上述方法更包含一利用射束傾斜偏斜器的步驟，該射束傾斜偏斜器將複數個射束傾斜，以同樣的改變量改變複數個射束的著陸角。

根據上述目的，本發明實施例提供一種配置於一多帶電粒子束裝置的方法，用於觀測一樣品的一表面，包含下列步驟：以一電子源轉換單元的一影像處理工具將一電子源的複數個射束偏斜，以形成該電子源的複數個第一虛擬影像；以一轉換透鏡將該複數個第一虛擬影像成像於一中間影像平面並且形成複數個第二真實影像；將一場透鏡設於該中間影像平面上以將該複數個射束彎曲；以及以一物鏡將複數個第二真實影像成像於該表面並且在該表面上形成複數個探測點。

在一實施例，上述方法更包含改變由於影像形成工具造成的複數個射束的偏斜角以改變複數個探測點的間距的步驟。在一實施例，上述方法更包含改變由於影像形成工具造成的複數個射束的偏斜角以及由於場透鏡造成的複數個射束的彎曲角的步驟，使得該複數個射束以相同或實質相同的著陸角著陸於該表面。在一實施例，上述方法更包含改變傾斜角，以相同變化量改變複 數個射束的著陸角的步驟。在一實施例，上述方法更包含利用一偏斜掃描單元，以將複數個射束的偏斜角等量的偏斜的步驟。在一實施例，上述方法更包含利用一射束傾斜偏斜器，以將複數個射束的偏斜角等量的偏斜的步驟。在一實施例，上述方法更包含配置具有一第一磁透鏡和一第一靜電透鏡的物鏡的步驟。在一實施例，上述方法更包含改變該第一磁透鏡和該第一靜電透鏡的變焦倍率比，以選擇該複數個探測點的一方位的步驟。在一實施例，上述方法更包含配置具有一第二磁透鏡以及一第二靜電透鏡的轉換透鏡的一步驟。在一實施例，上述方法更包含透過改變第二磁透鏡和第二靜電透鏡的變焦倍率，以選擇該複數個探測點的一方位的步驟。在一實施例，上述方法更包含配置具有一第三磁透鏡以及一第三靜電透鏡的場透鏡的一步驟。在一實施例，上述方法更包含透過改變第三磁透鏡和第三靜電透鏡的變焦倍率，以選擇該複數個探測點的一方位的步驟。

根據上述目的，本發明實施例提供一種裝置，包含一粒子源、一粒子源轉換單元，以及一物鏡。該粒子源用以提供一一次帶電粒子束。該粒子源轉換單元將該一次帶電粒子束分為複數個帶電粒子射束，並形成該粒子源的複數個影像。該物鏡位於該粒子源轉換單元，用於將該複數個影像投影在一樣品的一表面上。該複數個帶電粒子射束在該表面上的間距，透過改變該複數個帶電粒子射束在進入該物鏡之前的傾斜角而調整。

根據上述目的，本發明實施例提供一種裝置，包含一用以提供一一次帶電粒子束的粒子源、一用於將該一次帶電粒子束分為複數個帶電粒子射束並形成該粒子源的複數個影像的工具、一用以將複數個影像投影至一樣品的一表面，而在該表面上形成複數個探測點的物鏡，以及一用於調整在該表面上複數個探測點之間的間距的工具。

根據上述目的，本發明實施例提供一種用於觀測一樣品表面的方法，包含下列步驟：提供具有複數個交叉的複數個帶電粒子束；投影該複數個交叉於該樣品表面，以在該樣品表面上形成複數個探測點；掃描該樣品表面上 的該複數個探測點；以及改變該複數個帶電粒子束的偏斜角，使得該複數個探測點之間的間距被調整。

本發明的其他優點與特徵，由以下圖式與其相關文字說明的各實施範例中，可更清楚明瞭。

7‧‧‧表面

8‧‧‧樣品

101‧‧‧電子源

102‧‧‧一次電子束

110‧‧‧聚光透鏡

120‧‧‧電子源轉換單元

121‧‧‧射束限制工具

122‧‧‧影像形成工具

123‧‧‧預先射束彎曲工具

124‧‧‧影像形成工具

131‧‧‧物鏡

131-1‧‧‧物鏡

210‧‧‧可動聚光透鏡

210_2‧‧‧變動範圍

220‧‧‧電子源轉換單元

300‧‧‧多帶電粒子束裝置

320‧‧‧電子源轉換單元

322‧‧‧可動影像形成工具

420‧‧‧電子源轉換單元

533‧‧‧轉換透鏡

534‧‧‧場透鏡

631‧‧‧物鏡

100_1‧‧‧光軸

100_1‧‧‧光軸

100_1‧‧‧光軸

100A‧‧‧多帶電粒子束裝置

102_1‧‧‧射束

102_1‧‧‧探測點

102_1m‧‧‧第二真實影像

102_2‧‧‧射束

102_2‧‧‧探測點

102_2m‧‧‧第二真實影像

102_3‧‧‧射束

102_3‧‧‧探測點

102_3m‧‧‧第二真實影像

121_1‧‧‧電子束限制開口

121_2‧‧‧電子束限制開口

121_3‧‧‧電子束限制開口

122_1‧‧‧電子光學元件

122_2‧‧‧電子光學元件

122_3‧‧‧電子光學元件

123_1‧‧‧預先彎曲微偏斜器

123_2‧‧‧預先彎曲微偏斜器

123_3‧‧‧預先彎曲微偏斜器

124_1‧‧‧電子光學元件

124_2‧‧‧電子光學元件

124_3‧‧‧電子光學元件

131_c1‧‧‧線圈

131_e1‧‧‧場控電極

131_mp1‧‧‧磁極

131_mp2‧‧‧磁極

131_y1‧‧‧軛鐵

135‧‧‧射束傾斜偏斜器

300_1‧‧‧光軸

300A‧‧‧多帶電粒子束裝置

322_0‧‧‧有效偏斜平面

322_1‧‧‧電子光學元件

322_2‧‧‧電子光學元件

322_3‧‧‧電子光學元件

322_or‧‧‧變動範圍

400A‧‧‧多帶電粒子束裝置

500_1‧‧‧光軸

500A‧‧‧多帶電粒子束裝置

510A‧‧‧多帶電粒子束裝置

520A‧‧‧多帶電粒子束裝置

533_11‧‧‧靜電轉換透鏡

533_12‧‧‧磁轉換透鏡

533-1‧‧‧電磁複合轉換透鏡

534_11‧‧‧靜電場透鏡

534_12‧‧‧磁場透鏡

534-1‧‧‧電磁複合場透鏡

600_1‧‧‧光軸

600A‧‧‧多帶電粒子束裝置

631_1‧‧‧第一原理平面

631_2r‧‧‧變動範圍

631-1‧‧‧物鏡

631-1_e2‧‧‧電極

631-2‧‧‧物鏡

631-2_e2‧‧‧電極

631-2_e3‧‧‧電極

631-3‧‧‧物鏡

631-3_2‧‧‧軛鐵

631-3_c2‧‧‧線圈

700_1‧‧‧光軸

700A‧‧‧多帶電粒子束裝置

G1‧‧‧磁流間距

G2‧‧‧磁流間距

PP1‧‧‧中間影像平面

Ps‧‧‧間距

α 1‧‧‧偏斜角

α 2‧‧‧偏斜角

α 3‧‧‧偏斜角

γ 2‧‧‧彎曲角

γ 3‧‧‧彎曲角

透過下面的描述與圖式，將可容易了解本案的技術內容。圖式中相似的元件編號代表相同或相似的結構元件，圖式包含：

圖1A和圖1B為示意圖，顯示如本案相關前案中所列的第五個申請案的習知多電子束裝置的結構。

圖1C為示意圖，顯示一習知電磁複合物鏡的結構。

圖2A和圖2B為示意圖，顯示可變化尺寸和方位的總視野。

圖3A為示意圖，顯示根據本發明一實施例多帶電粒子束裝置的結構。

圖3B和圖3C為示意圖，顯示根據圖3A實施例多帶電粒子束裝置的可變化尺寸和方位的總視野。

圖4A為示意圖，顯示根據本發明另一實施例多帶電粒子束裝置的結構。

圖4B和圖4C為示意圖，顯示根據圖4A實施例多帶電粒子束裝置的可變化尺寸和方位的總視野。

圖5A為示意圖，顯示根據本發明另一實施例多帶電粒子束裝置的結構。

圖5B和圖5C為示意圖，顯示根據圖5A實施例多帶電粒子束裝置的可變化尺寸和方位的總視野。

圖6A為示意圖，顯示根據本發明另一實施例多帶電粒子束裝置的結構。

圖6B和圖6C為示意圖，顯示根據圖5A實施例多帶電粒子束裝置的可變化尺寸和方位的總視野。

圖7A至7C顯示根據本案另三個實施例之如圖6A中可動物鏡的結構。

圖8A和8B為示意圖，顯示根據本發明另二實施例多帶電粒子束裝置的結構。

圖9A顯示根據本發明另一實施例，將如圖1B的多電子束裝置的多電子束傾斜。

圖9B顯示根據本發明圖5A實施例的多帶電粒子束裝置的多帶電粒子束的傾斜。

圖10為示意圖，顯示根據本發明另一實施例多帶電粒子束裝置的結構。

以下將詳述本案的各實施例，並配合圖式作為例示。作為例示而非限制，各圖式與描述是以電子束作為範例。然而，在本發明其他實施例中，也可以使用其他的帶電粒子束。

在圖式中，為了清楚表達，元件的尺寸可能會被誇大繪出，元件與元件之間可能未依照比例顯示。圖式中相同或相似的元件符號代表相同或相似的元件，個別元件之間僅描述其差異。

本說明書所揭露的每個/全部實施例，本領域熟悉技藝人士可據此做各種修飾、變化、結合、交換、省略、替代、相等變化，只要不會互斥者，皆屬於本發明的概念，屬於本發明的範圍。本發明實施例中所做的詳盡描述是例示而非限制。

在本說明書中，「軸向(axial)」指的是一電子光學元件，例如一球形透鏡(round lens)或多極透鏡(multipole lens)，或一成像系統或一裝置的光軸方向。「徑向(radial)」指的是與光軸正交的半徑方向。「軸上(on-axial)」指的是在光軸上或與光軸排列。「離軸(off-axial)」指的是未在光軸上或者未與光軸排列。

在本說明書中，「一成像系統與一光軸排列」指的是所有的電子光學元件，例如球形透鏡(round lens)或多極透鏡(multipole lens)，皆與光軸排列。

在本說明書中，X、Y、X座標形成直角坐標(Cartesian coordinate)，而一次投影成像系統的光軸是在Z座標，一次電子束沿著Z軸行進。

在本說明書中，「一次電子(primary electrons)」指的是從電子源發射出的電子並入射至一樣品的待觀測或待檢表面。「二次電子(secondary electrons)」指的是一次電子入射該樣品的待測表面後所產生的電子。

在本說明書中，「間距」指的是在一平面上兩個相鄰射束(beamlet)或帶電粒子束的距離。

在本說明書中，「偏斜器的有效偏斜平面」指的是偏斜器的等同於總偏斜功能的平面(the plane where the total deflection function of the deflector can be equivalent to happen)。

基於本案相關申請案中所提的一些多電子束裝置，本發明提出一種新的多帶電粒子束裝置，其具有可變的總視野(field of view，FOV)。其中，該新的多帶電粒子束裝置的總視野可改變大小、方位，以及照射角(illumination angle)。為了清楚表達本案的方法，本實施例是以圖1B的多電子束裝置作為範例。為使描述簡化，該新的多帶電粒子束裝置的射束的數量簡化為三個，然而在本發明其他實施例中射束的數量並沒有限制，可以是任意個。此外，三個射束的其中之一為軸上，但在其他實施例，三個射束可以都離軸。此外，與本發明無關的元件，例如偏斜掃描單元以及射束分離器，並未顯示在圖上，甚至也未被在說明書中提到。

在每個習知的多電子束裝置中，利用影像形成工具將多個射束偏斜而朝向光軸。多個射束的偏斜角被設定使得多個探測點由於物鏡所致的離軸偏差被最小化。因此，多個被偏差的射束通常穿過或接近物鏡的前焦點(front focal point)，亦即，在物鏡的前聚焦面(front focal plane)上或接近前聚焦面處形成一軸上交叉(on-axis crossover)。因此，多個探測點之間的間距，取決於多個射束的偏斜角度以及該物鏡的第一焦距(first or object focal length)。因此，射束的間距可透過改變偏斜角度及/或物鏡的第一焦距而調整。例如，如圖1A和圖1B所示，兩個離軸射束102_2和102_3的偏斜角度α 2和α 3可被設定使得探測點102_2s和102_3s由於物鏡131所致的離軸偏差被最小化。因此，射束102_2和102_3通常通過或接近物鏡131的前焦點，亦即，在物鏡131的前聚焦面或接近前聚焦面處與光軸形成交叉(crossover，CV)。而探測點102_1s和102_2s的間距是由偏斜角α2以及物鏡131的第一焦距f所決定，並可簡單表示成Ps α ₂．f。同理，探測點102_1s和102_3s的間距是由偏斜角α 3以及物鏡131的第一焦距f所決定，並可簡單表示成Ps α ₃．f。

圖3A、圖4A和圖5A顯示根據本發明實施例多帶電粒子束裝置300A、400A、500A透過變更偏斜角度調整探測點間距的實施例，而圖6A顯示根據本發明實施例600A透過變更第一焦距調整探測點間距的實施例。如圖3A所示，多帶電粒子束裝置300A的電子源轉換單元320包含一射束限制工具121，其具有三個射束限制開口121_1、121_2、121_3。電子源轉換單元320還包含一可動影像形成工具322，其具有三個電子光學元件322_1、322_2、322_3。可動影像形成工具322的有效偏斜平面322_0可沿著光軸300_1在變動範圍322_or內移動。當有效偏斜平面322_0移動至靠近物鏡131，探測點之間的間距將會變大，若反過來則變小。

圖3B顯示當有效偏斜平面322_0在位置D1時三個射束102_1、102_2、102_3的路徑。可動聚光透鏡210在變動範圍210_2內準直(collimate)一次電子束102使其正交入射進入電子源轉換單元320。射束限制開口121_1、121_2、 121_3將電子源分成軸上射束102_1以及兩個離軸射束102_2、102_3。兩個離軸電子光學元件322_2、322_3分別使射束102_2、102_3偏斜，使其朝向光軸300_1。物鏡131將三個射束102_1、102_2、102_3聚焦於樣品8的表面7，從而分別形成三個探測點102_1s、102_1s、102_3s。射束102_2和102_3的偏斜角α 2和α 3分別被設定，使得探測點102_2和102_3的離軸偏差達到最小。因此射束102_2和102_3通過物鏡131的前焦點，亦即，在物鏡131的前聚焦面的光軸300_1上形成交叉。而三個探測點所形成的兩個間距，分別大約為α ₂．f和α ₃．f，其中f是物鏡131的第一焦距。圖3C的有效偏斜平面322_0是在靠近物鏡131的D2位置上，而不是D1位置。因此，偏斜角α 2和α 3被增加，而偵測點之間的間距變大。如圖3C所示，探測點102_2s和102_3s由原先的圖3B的虛線位置向外移動。

相較於圖1B的習知技術，如圖4A所示，本實施例多帶電粒子束裝置400A的電子源轉換單元420更包含影像形成工具124，其具有三個電子光學元件124_1、124_2、124_3。影像形成工具124位於影像形成工具122下方，並且可以在徑向移動；因此，電子源轉換單元420有兩種運作模式。如圖4B所示，在第一種模式，影像形成工具122是用於形成單電子源101的三個第一虛擬影像，而影像形成工具124被移出射束102_1、102_2、102_3的路徑之外。如圖4B所示，在第二種模式，影像形成工具122被關閉，而影像形成工具124被移回原來位置，以形成電子源101的三個第一虛擬影像。在第一種模式中，射束102_2和102_3的偏斜角α 2和α 3小於第二種模式中的偏斜角α 2和α 3。因此，第二種模式之三個探測點的兩個間距會比第一種模式的兩間距更大。

如圖5A所示，相較於圖1B的多電子束裝置，本實施例多帶電粒子束裝置500A在電子源轉換單元220與物鏡之間更包含一轉換透鏡533以及一場透鏡534。因此，轉換透鏡533、場透鏡534，以及物鏡131構成一次投影成像系統。圖5B顯示射束102_1、102_2、102_3的路徑。可動聚光透鏡210準直一次電子束102，使其正交入射進入電子源轉換單元220。射束限制開口121_1、121_2、121_3將一次電子束分為一個軸上射束102_1，以及兩個離軸射束102_2和102_3。兩個 離軸電子光學元件122_2和122_3分別將射束102_2和102_3偏斜，使其朝向光軸500_1。接著形成單電子源的三個第一虛擬影像。接著轉換透鏡533將三個射束102_1、102_2、102_3聚焦在中間影像平面PP1，亦即，將三個虛擬第一影像投影在其上。因此，單電子源101的三個第二真實影像102_1m、102_2m、102_3m被形成。場透鏡534位於中間影像平面PP1上，並將離軸射束102_2和102_3轉向使其朝向光軸500_1但沒有影響其聚焦情形。之後，物鏡131將三個射束102_1、102_2、102_3聚焦在樣品8的表面7上，亦即，將三個第二真實影像投影在表面7上。接著，在樣品8的表面7上，分別形成三個探測點102_1s、102_2s、102_3s。

如圖5B所示，射束102_2和102_3由於場透鏡534所致的彎曲角γ 2和γ 3分別被設定，使得探測點102_2s和102_3s的離軸偏差被最小化。從而射束102_2和102_3通過或接近物鏡131的前焦點，亦即，在物鏡131的前聚焦平面或接近聚焦平面處的光軸500_1上形成交叉。探測點102_1s和102_2s是由彎曲角γ 2以及物鏡131的第一焦距f決定，亦可以簡單表示成Ps γ ₂．f。同理，探測點102_1s和102_3s是由彎曲角γ 3以及物鏡131的第一焦距f決定，亦可以簡單表示成Ps γ ₃．f。彎曲角γ 2和γ 3會隨著第二真實影像102_2m和102_3m的徑向移動而改變，而由於電子光學元件122_2和122_3，徑向移動會隨著射束102_2和102_3的偏斜角α 2和α 3而改變。因此，探測點之間的兩個間距可透過調整偏斜角α 1和α 2而改變。如圖5C所示，偏斜角α 1和α 2被調整使其大於圖5B的偏斜角α 1和α 2，使兩個離軸的探測點102_2s和102_3s由原先的虛線位置(圖5B)移動到現在圖5C所示的位置，造成探測點之間的兩個間距變大。

如圖6A顯示，多帶電粒子束裝置600A的物鏡631的第一原理平面631_2在變動範圍631_2r內可沿著光軸600_1位移。此軸向位移可藉由機械式的移動物鏡631的位置，或透過電子式改變物鏡像場(objective lens field)的形狀或位置而完成。當第一原理平面接近樣品8的表面7，第一焦距f變小，而第一聚焦面將朝向表面7移動。此外，當第一聚焦面往下移動，多個射束的偏斜角變小；因此，造成多個探測點之間的間距變小。

圖6B和圖6C分別顯示當第一原理平面631_2分別在位置D3以及D4時，三個射束的路徑。D3位置相較於D4位置更靠近樣品8的表面7。因此，圖6B的第一焦距f以及射束102_2和102_3的偏斜角α 2和α 3小於圖6C的第一焦距f以及射束102_2和102_3的偏斜角α 2和α 3。如圖6C所示，探測點102_2s和102_3s由原先的虛線位置(圖6B)向外移動，相較於圖6B，兩個探測點的間距變得更大。

如圖1C所示，習知多電子束裝置的物鏡131-1是一種電磁複合透鏡。該物鏡包含一磁透鏡以及一靜電透鏡，並由於低幾何像差以及對樣品低放射破壞，以一延遲模式運作(電子的著陸能量(landing energy)低於電子通過物鏡的能量)。磁透鏡是由線圈131_c1以及具有磁極131_mp1和131_mp2的軛鐵131_y1構成。靜電透鏡是由磁極131_mp1、場控電極131_e1以及樣品8構成。磁極131_mp1的電位高於樣品8的電位。場控電極131_e1的電位被設定，以控制樣品8的表面7的電場。電場可確保表面7不發生電擊穿(electrical breakdown)、降低多個探測點的幾何像差、藉由反射部分二次電子以控制表面7的電荷，或增加二次電子的收取。如圖1C所示，磁場的形狀是不能改變的，而靜電場的形狀僅能在有限的範圍內做改變。從而，習知的物鏡幾乎無法透過電控制，亦即，改變電極的電位及/或改變線圈的激磁電流(excitation current)使其移動。

根據圖1C的習知物鏡131-1，本發明圖7A、7B和7C分別提供三種新穎可動的物鏡631-1、631-2、631-3。如圖7A所示，相較於圖1C，物鏡631-1還包含介於磁極131_mp1和場控電極131_e1之間的電極631-1_e2。因此，靜電透鏡是由磁極131_mp1、電極631-1_e2、場控電極131_e1，以及樣品8構成。靜電透鏡的靜電場的形狀，可藉由調整場控電極131_e1的電位以及電極631-1_e2的電位而改變。當電極631-1_e2的電位被調整到接近磁極131_mp1的電位，靜電場被壓縮而朝向樣品8，此相當於移動物鏡631-1朝向樣品8。因此，電極631-1_e2也可以被稱為場移動電極。

如圖7B所示，相較於圖1C，物鏡631-2還包含了位於軛鐵131_y1凹槽內以及位於場控制電極131_e1上的兩個電極631-2_e2和631-2_e3。因此，靜 電透鏡是由電極631-2_e3和631-2_e2、場控制電極131_e1，以及樣品8構成。電極631-2_e3的電位高於樣品8的電位，且也可等於磁極131_mp1的電位。靜電透鏡的靜電場的形狀，可透過調整電極131_e1的電位和電極631-2_e2的電位而改變。與圖7A實施例類似，在圖7B實施例，當電極631-2_e2的電位被調整到接近電極631-1_e3的電位，靜電場被壓縮而朝向樣品8，此相當於移動物鏡631-2朝向樣品8。因此，電極631-2_e2也可以被稱為場移動電極。與圖7A的物鏡631-1相較，圖7B實施例的磁透鏡可放在更靠近樣品8的位置，因此提供樣品8更深的磁浸漬(magnetic immersion)，使得偏差更小。

如圖7C所示，相較於圖1C，物鏡631-3還包含了位於軛鐵131_y1凹槽內以及位於磁極131_mp1上的線圈631-3_c2和軛鐵631-3_y2。因此，形成一個一下磁透鏡、一上磁透鏡，以及一靜電透鏡。其中，該下磁透鏡由線圈131_c1透過位於軛鐵131_1的磁極131_mp1和磁極131_mp2之間的低磁流間距G1產生一下磁場。而該上磁透鏡由線圈631-3_c2，透過位於磁極131_mp1和軛鐵631-3_y2的磁極631-3_mp3之間的磁流間距G2產生較一上磁場。靜電透鏡由磁極131_mp1、場控電極131_e1，以及樣品8構成。物鏡631-3的總磁場的分布形狀會隨著上述上磁場和下磁場的結合而改變，因此可透過調整下磁透鏡和上磁透鏡的激勵比，或調整線圈131_c1和631-3_c2的電流比而改變。當調整電流比較高，物鏡631-3的總磁場受擠壓而朝向樣品8，此相當於將物鏡631-3往樣品8方向移動。此處例示兩個極端範例，當線圈131_c1關閉、線圈631-3_c2打開，物鏡631-3的總磁場位於較上方；另外，當線圈131_c1打開、線圈631-3_c2關閉，物鏡631-3的總磁場位於最下方。圖7C的實施例可以和圖7A和圖7B的實施例做任意的結合，以實踐物鏡631更多的實施例。

以下的實施例，將提出旋轉探測點陣列的方法，可用於消除關於觀測條件改變總視野的方位變異，及/或精確匹配樣品圖案的方位和探測點陣列的方位。如先前所述，習知多電子束裝置的物鏡是一種電磁複合透鏡，例如圖1C所示的物鏡131-1。因此，適當結合磁透鏡和靜電透鏡的變焦倍率可使得探測 點繞著光軸旋轉一個角度。例如，如果圖1A中的物鏡131是類似於圖1C中的物鏡131-1，則場控電極131_e1可用於旋轉探測點102_2s和102_3s至一個角度，並控制樣品8的表面7的電場。為了維持表面7的電場低於一個基於樣品安全考量的允許值，場控電極131_e1的電位可在一特定範圍內調整，例如相對於樣品的3kV至5kV之間調整。靜電透鏡的聚焦倍率會隨著場控電極131_e1的電位變化，因此磁透鏡的聚焦倍率必需做改變，以保持多個射束聚焦在樣品8的表面7。磁透鏡的聚焦倍率改變，造成探測點102_2S和102_3S的旋轉角度改變。因此，探測點102_2s和102_3s的旋轉角度，可透過在特定範圍內調整場控電極131_e1的電位而改變。

對於圖3A、4A和5A的多帶電粒子束裝置300A、400A和500A，如果其物鏡131的結構類似於圖1C的物鏡131-1，則可以透過這個方法調整探測點陣列的角度。對於圖6A的多帶電粒子束裝置600A，如果物鏡631具有如圖7A至7C所示的物鏡631-1、631-2、631-3的結構，則場控電極131_e1及/或對應的場移動電極可用於控制探測點陣列的旋轉。對於物鏡631-3，探測點的方位可透過變更上磁透鏡與下磁透鏡的磁場的極性而改變。對於磁透鏡，旋轉角與磁場的極性有關但與聚焦倍率無關，此已被熟知。當上磁透鏡和下磁透鏡的磁場的極性相同，則上磁透鏡和下磁透鏡以同一個方向旋轉探測點陣列。當上磁透鏡和下磁透鏡的磁場的極性相反，則上磁透鏡和下磁透鏡以相反的方向旋轉探測點陣列。因此對於一所需的聚焦倍率以及第一原理平面的對應位置，物鏡631-3可產生兩種不同的探測點陣列旋轉方向。

如圖5A所示，多帶電粒子束500A的轉換透鏡533和場透鏡534提供旋轉探測點陣列的更多可能性。圖8A顯示根據本發明另一實施例的多帶電粒子束裝置510A，其中電磁複合轉換透鏡533-1包含一個靜電轉換透鏡533_11和一個磁轉換透鏡533_12。磁轉換透鏡533_12的磁場可被調整，以改變探測點陣列的旋轉角度；從而靜電轉換透鏡533_11的靜電場可跟著改變，以保持三個真實影像102_1m、102_2m、102_3m在中間影像平面PP1上。圖8B顯示根據本發明另 一實施例的多帶電粒子束裝置520A，其中電磁複合場透鏡534-1包含一靜電場透鏡534_11和一磁場透鏡534_12。磁場透鏡531_12的磁場可被調整，以改變探測點陣列的旋轉角度。而靜電場透鏡534_11的靜電場可跟著改變，以產生多個射束所需的彎曲角。

前述每個實施例中，多個射束是正交或實質上正交入射於樣品8的表面7，亦即，射束的入射角或著陸角(射束和表面7的法向量的夾角)接近零。為了有效觀察樣品8的一些圖案，入射角最好稍微大於零。為了確保多個射束具有相同的表現，多個射束必須具有相同的入射角。為達到此目的，多個射束的交叉(crossover)必須被移出光軸。可利用影像形成工具或再一個射束傾斜偏斜器達到上述目的。

圖9A顯示在多帶電粒子束裝置100A中如何以影像形成工具122將多個射束102_1、102_2、102_3傾斜的方法。圖1B的偏斜角α 1為零，而圖9A的偏斜角α 1、α 2、α 3被增加相同的量，使得射束102_1、102_2、102_3的交叉從光軸100_1中移開，並且移到或接近物鏡131的第一聚焦面上。因此射束102_1、102_2、102_3以同樣的偏斜角或著陸角傾斜地著陸於樣品8的表面7。同樣地，先前所述的多帶電粒子束裝置300A、400A、500A和600A可以對應的影像形成工具使各射束傾斜。對於多帶電粒子束裝置300A、400A，和600A的射束102_1、102_2、102_3，其路徑類似於圖9A各射束的路徑。而多帶電粒子束裝置500A的各射束的路徑會略有不同，如圖9B所示。圖5B的偏斜角α為零，而圖9B的三個射束102_1、102_2、102_3的偏斜角α 1、α 2、α 3在中間影像平面PP1上偏移三個第二真實影像102_1m、102_2m、102_3m相同或實質相同的距離。從而經過場透鏡534彎曲的射束102_1、102_2、102_3的交叉，仍然在第一聚焦面上或接近第一聚焦面，但偏移於光軸500_1。

圖10顯示根據本發明另一實施例多帶電粒子束裝置700，其利用一射束傾斜偏斜器135使射束102_1、102_2、102_3傾斜。相較於圖1B，射束傾斜偏斜器135同時將射束102_1、102_2、102_3偏斜，使它們的交叉CV皆移出光 軸，並移至物鏡131的第一聚焦面或接近第一聚焦面上。同樣地，此射束傾斜偏斜器135也可應用於本案其他實施例，例如多帶電粒子束裝置300A、400A、500A、600A，以將多個射束一起偏斜。射束傾斜偏斜器135可設置於電子源轉換單元以及物鏡的前聚焦面之間，且較佳地，靠近電子源轉換單元。此外，如果前述各實施例的偏斜掃描單元是在物鏡的前聚焦面上，則偏斜掃描單元可移動多個射束的交叉，如此不需要射束傾斜偏斜器135。

雖然本案各實施例的多帶電粒子束裝置分別利用一或兩種方法以改變視野的尺寸、方位，或入射角，但本領域熟悉技藝人士可據此做各種組合，只要不會互斥者，皆屬於本發明的概念和範圍。例如，在一實施例的多帶電粒子束裝置，可使用可動影像形成工具，同時也使用可動物鏡。在另一實施例，使用一可動物鏡、一轉換透鏡，以及一場透鏡。雖然各實施例使以圖2B的多電子束裝置200A做範例，但本發明所提的裝置、元件及/或方法也可以應用在其他習知多電子束裝置，例如圖1A的多電子束裝置，這些變化實施例都屬於本發明的範圍。

總之，基於在相關申請案所提出的各種習知多帶電粒子束裝置，本發明提出一種新的多帶電粒子束裝置，其包含以多種方法或元件使裝置的總視野具有可變大小、方位，及/或入射角。因此，該新穎的多帶電粒子束裝置提供更多彈性，使提升樣品的觀測速度，以及樣品的觀測品質。更特別的，該新穎的多帶電粒子裝置作為一產率管理工具時，很有機會可達到高生產力，並檢測更多種類的缺陷。本發明提出三種方法以改變多個射束入射在樣品的表面上的間距。該些方法包含在電子源轉換單元中使用一可動影像形成工具，或包含使用可動物鏡，或者在電子源轉換單元和物鏡之間使用一轉換透鏡以及一場透鏡，以改變總視野的大小。本發明提出三種方法以旋轉探測點陣列，使得總視野的方位被改變。該些方法包含使用電磁複合物鏡並改變其電場，使用具有兩個磁透鏡的物鏡並設定使得兩個磁透鏡具有相反的極性，使用一磁透鏡以及一轉換透鏡或場透鏡，或者磁透鏡加上轉換透鏡及場透鏡。本發明提出三種方法， 使多個射束的交叉由光軸上移出，使得多個射束於樣品的表面的著陸角被做相同的改變。該些射束的偏移可透過影像形成工具、或再加上射束傾斜偏斜器，或傾斜掃描單元而完成。

上述眾實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟悉此技藝之人士能了解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即凡其他未脫離本發明所揭示精神所完成之各種等效改變或修飾都涵蓋在本發明所揭露的範圍內，均應包含在下述之申請專利範圍內。

Claims (13)

1. 一種多帶電粒子束裝置，用以觀測一樣品的一表面，包含：一電子源；一聚光(condenser)透鏡，位於該電子源下方；一電子源轉換單元，位於該聚光透鏡下方；一物鏡，位於該電子源轉換單元下方；一偏斜(deflection)掃描單元，位於該電子源轉換單元下方；一樣品台，位於該物鏡下方；一射束分離器，位於該電子源轉換單元下方；一二次投影成像系統；以及一電子偵測裝置，具有複數個偵測元件；其中該電子源，該聚光透鏡，以及該物鏡與該多帶電粒子束裝置的一光軸排列(align)，該樣品台支撐該樣品，該樣品的該表面面向該物鏡；其中該電子源轉換單元包含具有多個射束(beamlets)限制開口的一射束限制工具，以及具有多個電子光學元件的一影像形成工具，該影像形成工具可沿著該光軸移動；其中該電子源沿著該光軸產生一次電子束，該聚光透鏡聚焦該一次電子束；其中該一次電子束的多個射束分別通過該等射束限制開口，並且被該等電子光學元件偏斜使其朝向該光軸，以分別形成該電子源的複數個虛擬影像；其中該物鏡將該多個射束聚焦在該樣品的該表面，以在該表面上形成複數個探測點(spots)，該偏斜掃描單元使該多個射束偏斜，以在該表面的一觀測區域內的一複數個掃描區域中掃描該複數個探測點；其中該複數個探測點分別從該複數個掃描區域產生複數個二次電子束，該等二次電子束被該射束分離器導向該二次投影成像系統，該二次投影成像系統聚焦並保持該複數個二次電子束，使其分別被該複數個偵測元件所偵測，每個該偵測元件因此提供對應一個該掃描區域的一影像訊號。
2. 一種多帶電粒子束裝置，用以觀測一樣品的一表面，包含：一電子源；一聚光透鏡，位於該電子源下方；一電子源轉換單元，位於該聚光透鏡下方；一物鏡，位於該電子源轉換單元下方；一偏斜掃描單元，位於該電子源轉換單元下方；一樣品台，位於該物鏡下方；一射束分離器，位於該電子源轉換單元下方；一二次投影成像系統；以及一電子偵測裝置，具有複數個偵測元件；其中該電子源，該聚光透鏡，以及該物鏡與該多帶電粒子束裝置的一光軸排列，該樣品台支撐該樣品，該樣品的該表面面向該物鏡；其中該電子源轉換單元包含具有多個射束限制開口的一射束限制工具、一具有複數個第一電子光學元件的第一影像形成工具，以及一具有複數個第二電子光學元件的第二影像形成工具，該第二影像形成工具位於該第一影像形成工具下方並且沿著一徑向移動，且該第一影像形成工具或該第二影像形成工具是作為一主動影像形成工具；其中該電子源沿著該光軸產生一次電子束，該聚光透鏡聚焦該一次電子束；其中該一次電子束的多個射束分別通過該等射束限制開口，並且被該主動影像形成工具偏斜使其朝向該光軸，以分別形成該電子源的複數個虛擬影像；其中該物鏡將該多個射束聚焦在該樣品的該表面，以在該表面上形成複數個探測點，該偏斜掃描單元使該多個射束偏斜，以在該表面的一觀測區域內的一複數個掃描區域中掃描該複數個探測點；其中該複數個探測點分別從該複數個掃描區域產生複數個二次電子束，該等二次電子束被該射束分離器導向該二次投影成像系統，該二次投影成像系統聚焦並保持該複數個二次電子束，使其分別被該複數個偵測元件所偵測，每個該偵測元件因此提供對應一個該掃描區域的一影像訊號。
3. 一種多帶電粒子束裝置，用以觀測一樣品的一表面，包含：一電子源；一聚光透鏡，位於該電子源下方；一電子源轉換單元，位於該聚光透鏡下方；一物鏡，位於該電子源轉換單元下方；一偏斜掃描單元，位於該電子源轉換單元下方；一樣品台，位於該物鏡下方；一射束分離器，位於該電子源轉換單元下方；一二次投影成像系統；以及一電子偵測裝置，具有複數個偵測元件；其中該電子源，該聚光透鏡，以及該物鏡與該多帶電粒子束裝置的一光軸排列，該物鏡的一第一原理平面可沿著該光軸移動，該樣品台支撐該樣品，該樣品的該表面面向該物鏡；其中該電子源轉換單元包含具有多個射束限制開口的一射束限制工具，以及具有多個電子光學元件的一影像形成工具；其中該電子源沿著該光軸產生一次電子束，該聚光透鏡聚焦該一次電子束；其中該一次電子束的多個射束分別通過該等射束限制開口，並且被該等電子光學元件偏斜使其朝向該光軸，以分別形成該電子源的複數個虛擬影像；其中該物鏡將該多個射束聚焦在該樣品的該表面，以在該表面上形成複數個探測點，該偏斜掃描單元使該多個射束偏斜，以在該表面的一觀測區域內的一複數個掃描區域中掃描該複數個探測點；其中該複數個探測點分別從該複數個掃描區域產生複數個二次電子束，該等二次電子束被該射束分離器導向該二次投影成像系統，該二次投影成像系統聚焦並保持該複數個二次電子束，使其分別被該複數個偵測元件所偵測，每個該偵測元件因此提供對應一個該掃描區域的一影像訊號。
4. 一種多帶電粒子束裝置，用以觀測一樣品的一表面，包含：一電子源；一聚光透鏡，位於該電子源下方；一電子源轉換單元，位於該聚光透鏡下方；一轉換透鏡，位於該電子源轉換單元下方；一場透鏡，位於該轉換透鏡下方；一物鏡，位於該場透鏡下方；一偏斜掃描單元，位於該電子源轉換單元下方；一樣品台，位於該物鏡下方；一射束分離器，位於該電子源轉換單元下方；一二次投影成像系統；以及一電子偵測裝置，具有複數個偵測元件；其中該電子源，該聚光透鏡，該轉換透鏡，該場透鏡，以及該物鏡與該多帶電粒子束裝置的一光軸排列，該樣品台支撐該樣品，該樣品的該表面面向該物鏡；其中該電子源轉換單元包含具有多個射束限制開口的一射束限制工具，以及具有多個電子光學元件的一影像形成工具；其中該電子源沿著該光軸產生一次電子束，該聚光透鏡聚焦該一次電子束；其中該一次電子束的多個射束分別通過該等射束限制開口，並且被該等電子光學元件偏斜使其朝向該光軸，以分別形成該電子源的複數個第一虛擬影像；其中該轉換透鏡將該複數個第一虛擬影像成像於一中間影像平面上，因此於該中間影像平面上形成複數個第二真實影像，該場透鏡位於該中間影像平面上並將該多個射束彎曲，該透鏡將該複數個第二真實影像成像在該樣品的該表面從而在該表面形成複數個探測點，該偏斜掃描單元使該多個射束偏斜，以在該表面的一觀測區域內的一複數個掃描區域中掃描該複數個探測點；其中該複數個探測點分別從該複數個掃描區域產生複數個二次電子束，該等二次電子束被該射束分離器導向該二次投影成像系統，該二次投影成像系統聚焦並保持該複數個二次電子束，使其分別被該複數個偵測元件所偵測，每個該偵測元件因此提供對應一個該掃描區域的一影像訊號。
5. 一種配置於一多帶電粒子束裝置的方法，用於觀測一樣品的一表面，包含下列步驟：配置一電子源轉換單元的一影像形成工具，其可沿著一光軸移動；以該影像形成工具分別形成一電子源的複數個虛擬影像；以一物鏡將複數個虛擬影像成像於該表面並在該表面上形成複數個探測點；以及移動該影像形成工具以改變該複數個探測點之間的間距。
6. 一種配置於一多帶電粒子束裝置的方法，用於觀測一樣品的一表面，包含下列步驟：配置具有一第一影像形成工具和一第二影像形成工具的一電子源轉換單元，其中該第二影像形成工具與一電子源的距離比該第一影像形成工具與該電子源的距離更長，該第二影像形成工具可沿著該多帶電粒子束裝置的徑向移動；以該第一影像形成工具或該第二影像形成工具作為一主動影像形成工具，其中當使用該第一影像形成工具，則該第二影像形成工具被移開；以該主動影像形成工具分別形成該電子源的複數個虛擬影像；以一物鏡將複數個虛擬影像成像於該表面並在該表面上形成複數個探測點；以及改變該主動影像形成工具為該第一影像形成工具或該第二影像形成工具，以改變該複數個探測點之間的間距。
7. 一種配置於一多帶電粒子束裝置的方法，用於觀測一樣品的一表面，包含下列步驟：配置一具有一第一原理平面的物鏡，該物鏡可沿著多帶電粒子束裝置的一光軸移動；以一電子源轉換單元的一影像形成工具分別形成一電子源的複數個虛擬影像；以該物鏡將複數個虛擬影像成像於該表面並在該表面上形成複數個探測點；以及移動該第一原理平面以改變該複數個探測點之間的間距。
8. 一種配置於一多帶電粒子束裝置的方法，用於觀測一樣品的一表面，包含下列步驟：在該多帶電粒子束裝置中配置一具有一下磁透鏡以及一靜電透鏡的物鏡；以一電子源轉換單元的一影像形成工具分別形成一電子源的複數個虛擬影像；以該物鏡將複數個虛擬影像成像於該表面並在該表面上形成複數個探測點；以及改變該下磁透鏡以及該靜電透鏡的變焦倍率的一比例，以選擇該複數個探測點的一方位。
9. 一種配置於一多帶電粒子束裝置的方法，用於觀測一樣品的一表面，包含下列步驟：以一電子源轉換單元的一影像處理工具將一電子源的複數個射束偏斜，以形成該電子源的複數個第一虛擬影像；以一物鏡將該複數個第一虛擬影像成像於該表面並在該表面上形成複數個探測點；以及設定由於該影像處理工具所致的該複數個射束的偏斜角，使得該複數個射束以相同或實質相同的著陸角著陸於該表面。
10. 一種配置於一多帶電粒子束裝置的方法，用於觀測一樣品的一表面，包含下列步驟：以一電子源轉換單元的一影像處理工具將一電子源的複數個射束偏斜，以形成該電子源的複數個第一虛擬影像；以一轉換透鏡將該複數個第一虛擬影像成像於一中間影像平面並且形成複數個第二真實影像；將一場透鏡(field lens)設於該中間影像平面上以將該複數個射束彎曲；以及以一物鏡將複數個第二真實影像成像於該表面並且在該表面上形成複數個探測點。
11. 一種多帶電粒子束裝置，包含：一粒子源，用以提供一一次帶電粒子束；一粒子源轉換單元，將該一次帶電粒子束分為複數個帶電粒子射束(beamlets)，並形成該粒子源的複數個影像；一物鏡，位於該粒子源轉換單元下方，用於將該複數個影像投影在一樣品的一表面上；其中該複數個帶電粒子射束在該表面上的間距，透過改變該複數個帶電粒子射束在進入該物鏡之前的偏斜角而調整。
12. 一種多帶電粒子束裝置，包含：一粒子源，用以提供一一次帶電粒子束；一轉換裝置，用於將該一次帶電粒子束分為複數個帶電粒子射束並形成該粒子源的複數個影像；一物鏡，用以將複數個影像投影至一樣品的一表面，而在該表面上形成複數個探測點；以及一調整裝置，用於調整在該表面上複數個探測點之間的間距。
13. 一種用於觀測一樣品表面的方法，包含下列步驟：提供具有複數個交叉(crossovers)的複數個帶電粒子束；投影該複數個交叉於該樣品表面，以在該樣品表面上形成複數個探測點；掃描該樣品表面上的該複數個探測點；以及改變該複數個帶電粒子束的偏斜角，使得該複數個探測點之間的間距被調整。