TW201248672A - Monochromator for charged particle beam apparatus - Google Patents

Description

201248672 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 [0001] 本發明係關於一種帶電粒子束裝置，特別是關於一 種將帶電粒子束過濾成小能量散佈的單色器。本發明同 時關於一種適於使用此裝置的帶電粒子束設備。儘管如 此，應該理解的是本發明具有更廣泛的適用範圍。 【先前技術】 [0002] 在應用電子顯微鏡原理觀察樣品的掃描式電子顯微鏡 以及相關的工業領域中，例如半導體製造中的良率管理 的缺陷檢視及缺陷檢查，需要獲得具有高解析度的試片 影像並要求低輻射損壞。 [0003] 減少試片樣品輻射損壞的唯一解決方式就是使用一低 能量（或一般在掃描式電子顯微鏡領域稱為低電壓）電 子束掃描（<5keV)，但卻會限制電子束試片表面下的穿 透力以及試片表面的殘餘電荷累積。不過由於低能量電 子束會形成一比高能量電子束大的探針點使得解析度變 差。

[0004] 試片表面上的探針點直徑係由成像系統中的電子源的 大小、球狀相差與色散像差、繞射與庫侖效應（Coulomb effect)決定。對於低能量電孚束而言，可實現最小探 針點尺寸受限於導因於較大之德布羅伊波長（de Broglie wavelength) 1的繞射圓平面及導因於較大之 相對能量散佈dV/V^的色散像差。兩者分別顯示於方程 式（1. 1)與（1. 2)。此處CrA是色散像差係數，V0及dV

CA 是電子能量及能量散佈，a是粒子束半角。很明顯的是， 1011丽产單編號紐01 1012031036-0 第4頁/共56頁 201248672 要減小探針點尺寸，減少能量散佈及降低色散像差係數 是另一個選項。 (1.1)

Dd = OM~ a where

12.26

(1.2)

CCA a dr [0005] ❹ 電子束之能量散佈係來自原始能量散佈，原始能量散 佈係由當電子從一電子源射出且由電子源到目標途中電 子之間統計上的交互作用造成之疊加能量散佈（Boersch effect)而生成。電子能量散佈通常有一具有長尾巴的 形狀，且電子束的能量散佈通常以FWHM(Full Width Half Maximum)(完整寬度一半最大值）來表示。蕭特 基場發射源（Schottky Field Emission Source)廣 泛應用於低電壓掃描式電子顯微鏡（LVSEM)，在陰極的 能量散佈dV是0.3 eV，且取決於粒子束電流，在電 子搶出口處增加到0.5-1 eV。對於低能電子束如1 keV 而言，此一能量散佈值大小意味著一相對的能量散佈 dV/V^較例如10keV的高能電子束大得多。 [0006] 目前提供了很多的解決方案以減少電子落在試片前的 能量散佈dV。在這些解決方案中，磁性及/或靜電折射 l〇m80#單編號綱01 第5頁/共56頁 1012031036-0 201248672 器（例如Alpha過濾器、omega過濾器及Wien過濾器 )及靜電圓透鏡（例如美國專利第7034315號）被用作為 分散元件。這些元件的共同點在於當偏折電子束時產生 折射散佈。在這些解決方案之中只有Wien過濾器具有一 直光軸且不會將具有正常能量的電子偏折遠離光軸。這 一特性使Wien過濾器易於準備並且不會產生實際上無法 獲得完全補償的離軸相差，因此許多提出的解決方案都 是基於Wien過濾器。 [0007] 如第一圖中所示，在一標準Wien過濾器的基本配置中 ，一沿X方向的靜電偶極場E及一沿Y方向磁偶極場B 彼此垂直疊加，且兩者都垂直於一直光軸Z。一電子束沿 光軸Z穿過Wien過濾器。Wien條件只有當電子以速度 沿Z方向移動時為真，如方程式（1. 3)中所示，此處對每 個電子的淨羅侖茲力F是零。對於具有自速度的速度 變化量dv沿Z方向移動的電子而言，其獲得沿X方向非 零淨羅侖茲力F，如以正常的電子能量及能量變化量 dV表示的方程式（1.4)或（1.5)中所示，且將在X方 向被折射且因此被轉向遠離Z方向。此處e及m分別是 電子的電荷與質量。折射角度α取決於能量變化量dV及 有關於磁場B與正常能量V0的折射功率K，如方程式 (1. 6)中所示。因此，Wien過濾器將產生折射散佈，而 折射功率K代表分散強度。為清楚起見，此處折射功率 K及偏折方向分別稱為分散功率及分散方向。在此情況下 對於速度的電子而言無離軸的像差發生。 [0008] 10111807^W A0101 第6頁/共56頁 1012031036-0 201248672 [0009] (1.3)

Wien Condition: 尸(岣）=仄 + = 0 nr Ε = υ〇 Β (1.4)

Dispersion: Ε(υΰ+δυ) = -βδυ·Β (1.5)

F(V0 + Sn = -e- η........— --B

(1.6)

a = K(B,V0)-SF 對於每個具有正常能量但不是在YOZ平面中移動的電 子而言，將獲得一種來自靜電場的電位改變。因此，當 其穿過Wien過濾器時速度將不同於Vjj如（1. 7)所示，並 且會獲得非零淨羅侖茲力如（1. 8)中所示。淨羅侖茲力 與電子位置X成正比，因此在X方向（分散方向）的聚 焦效應存在。分散方向的聚焦效應將生成像散聚焦（ astigmatic focusing)，並同時減少的離軸電子的折 射角度。後者意謂著分散功率降低。 (1.7)

e E · X tJ Q _ L? = 一 ........

m υ Q 10111807#單編號 Α〇101 第7頁/共56頁 1012031036-0 201248672 (1.8) F(x) = e2 B E m V。

Wien過濾器在許多方面被應用做為單色器或能量過 濾器，其中能量過濾以及能量角度過濾為兩種典型方法 。在如第二a圖所示的能量過濾中，一來自電子源1的粒 子束2藉由圓形透鏡10及或Wien過濾器11本身（例如 ，美國專利第6452169號、美國專利第6580073號、美 p 國專利第6960763號及美國專利第7507956號）聚焦，在 能量限制孔徑12上形成像散的影像。具有能量的電 子形成聚焦到光軸的次電子束3，同時能量為V/dV的電 子分別形成分別在±X方向偏折且聚焦遠離光軸的次電子 束4及5。因此，在粒子束2内，其能量變化量在±dV内 的所有電子將通過孔徑12,其餘電子將被擋下。 [0010] 作為一明顯的優點，能量過濾將完全切斷電子能量分 布的長尾巴。能量分布的長尾巴產生影像中的一背景並 〇 降低影像對比。作為一不可忽視的缺點，能量過濾需增 加電子源尺寸。電子源1在孔徑12的影像為後續電子 光學的來源，實際上由孔徑大小決定其尺寸。然而目前 在實際孔徑大小目前（3100nm)是遠大於的原始電子源的 尺寸1 (蕭特基場發射源的虛擬來源為約20nm)。此外， 孔徑12上的影像是所有電子的交叉結果，此增強產生 額外能量散佈的電子相互作用。雖然在電子相互作用方 面而言，像散影像較無像散共焦影像為佳。 10111807产單編號厕01 第8頁/共56頁 1012031036-0 201248672 [0011] 如第二b圖中所示能量角度過遽中（例如美國專利第 6489621號、美國專利第7679054號及美國專利第 5838004號），一來自電子源！的粒子束2通過ffien過濾 器U。具有能量V〇的電子形成直行的次電子束3，同時 月匕里分別為V〇±dV的電子分別形成分別在±1方向偏折的次 電子束4及5。能量角度限制孔徑12上每個電子的位置 取決於其能量及進入Wien過濾器U的入射角。因此，孔 徑12不僅擋掉所有能量變化量不在±dv内的電子同時 即使其能#變化1：在：tdV内但具有較大人射肖的電子也被 擋掉。 關於能量變化量dV的折射角度a必須至少大於雙入射 半角b以清楚過濾出具有能量變化量dV的帶電粒子。此要 求Wien過濾器有足夠的分散功率或入射電子束分散程度 要夠小。增加Wien過濾器的分散功率將增加折射角度， 但同時加強聚焦作用，進而將減少折射角，並限制其可 實現的最大折射角度。抑制入射電子束的分散程度將限 〇 制粒子束電流或增強電子的互動形同增加電子束的能量 分散。另一個不容忽視的缺點是為了後續的電子光學原 始電子源1被改為較大的自14至15的虛擬電子源。 剛 彳〖乡種改進方法已減出以解決上述問題。在能量 角度過滤方面’-種方法是使用圓形透鏡以將原始電子 源成像到Wien過濾器中心（如美國專利第7468517號） 上。這將在電子源尺寸上的Wien過濾器效應減至最少， 但增加了-真實交又ϋ方法是使用第二心^過遽 器來補償（例如美國專利第6489621號、美國專利第 10111807产單編 51 A0101 第9頁/共56頁 1012031036-0 201248672 7679054號）第一個Wien過濾器的殘餘效應。雖然這種 方法不會產生一真實父叉，但將產生—遠離後續電子光 學的虛擬交叉，此將因為大為增加的粒子束尺寸造成大 的像差。 [0014] 在能量過濾方面，許多文件（例如美國專利第 6960763號、美國專利第6580073號及美國專利第 7507956號）提供使用一或更額外Wien過濾器21以補 償能量限制孔徑過濾'器12後第一個Wien過滤器丨丨之殘 餘效應的方法（如第三a圖及第三b圖中所示）。在這此 解決方案中，-共焦及無分散交又7，即在能量限二: 12的第-真實像散交又6後的-額外真實交又是在 一個Wien過濾器21後形成。這不但增加了電子相 用方面能量猶後的能量散佈，但也使掃描式電子Z作 鏡的總長度至少增加了單色器的長度8。 微

[0015] …町π此里项篇及能量角度過濾 的解決方案。不同於形成入射帶電粒子束經單色°]畸 真實共焦交叉’其形成了單色器内虛擬的共焦及無:、的 交又。其後本發明提供基於低t壓掃描式電子々散 理改良低電壓掃描式電子顯微鏡及相關設備鏡原 的有效方法。 解軒度 〇 [0016] 10111807^^ 【發明内容】 本發明的目的是提供一種帶電粒子裝置中的 減少主帶電粒子束的能量散佈。藉由特別沿色器以 量限制孔控的直光軸形成在折射色散及基本轨跳；月b 稱，此單色器使-來自帶電粒子源人射帶電的雙對 40101 * _ 束離開 1012031036-0 201248672 時具有減少的能量散佈以及保持有效交叉直徑及行進方 向不變。因此，本發明提供了基於低電壓掃描式電子顯 微鏡的原理提高低電壓掃描式電子顯微鏡及相關裝置的 成像解析度的有效途徑，如半導體良率管理的缺陷檢測 與缺陷再檢視。 [0017] 因此，本發明提供一種單色器，該單色器包含一沿 直光軸對齊以將具有一正常能量與一能量散佈的帶電粒 子束折射的第一分散單元與一第二分散單元、一具有一 位於一在該第一與第二分散單元之間的中間平面的能量 限制孔徑之平板及一粒子束調整元件，該粒子束調整元 件將該帶電粒子束於該帶電粒子束進入該第一分散單元 之前聚焦以在該能量限制孔徑上形成一真實交叉。該帶 電粒子束沿光轴通過並包含具有正常的能量直線通過該 每一分散單元的帶電粒子以及具有自正常能量改變的能 量變化並由該每一分散單元沿一相同分散方向折射的帶 電粒子。由該每一分散單元產生的每一帶電粒子之折射 角係由該每一分散單元的一分散功率及該每一帶電粒子 的能量變化決定。該分散功率及該第一分散單元與該第 二分散單元的該分散方向為分別相等。該能量限制孔徑 與該直光軸對齊。當該帶電粒子束自該第二分散單元離 開後一虛擬交叉形成於該第一分散單元與該能量限制孔 徑之間。 [0018] 自離開該單色器之後該帶電粒子束之一離開能量散 佈可藉由同時改變該第一與第二分散單元之該分散功率 及該粒子束調整元件之一聚焦功率來改變。該粒子束調 1011180#單編號綱01 第11頁/共56頁 1012031036-0 201248672 整元件為一圓透鏡。該能量限制孔徑的形狀為圓形、長 方形、正方形或橢圓形，其中該平板在該第一分散單元 之該分散方向有多個具有不同尺寸的能量限制孔徑，其 中自離開該單色器之後該帶電粒子束之一離開能量散佈 可藉由改變使用一位於該平板上之不同能量限制孔徑來 改變。 [0019] 本發明提供一種單色器包含一具有一第一Wien過濾 器與一第一散光像差補償器之第一分散單元，該第一散 光像差補償器補償該第一Wien過濾器產生之一第一像散 0 ，一包含一第二Wien過濾器與一第二散光像差補償器之 第二分散單元，該第二散光像差補償器補償該第二Wien 過濾器產生之一第二像散，以及一具有一位於一在該第 一與第二分散單元之間的中間平面的能量限制孔徑之平 板。該第一分散單元與該第二分散單元沿一直光軸對齊 。一入射帶電粒子束包含具有一正常能量且直線通過該 每一分散單元的帶電粒子以及具有自正常能量改變的能 量變化並由該每一分散單元沿一相同分散方向折射的帶 ϋ 電粒子。每一帶電粒子之一折射角係由該每一帶電粒子 的能量變化及該每一分散單元的一分散功率決定。該分 散功率及該第一分散單元與該第二分散單元的該分散方 向為分別相等。該能量限制孔徑與該直光軸對齊。 [0020] 該第一Wien過濾器與該第一散光像差補償器沿該光 軸疊加，且該第二Wien過濾器與第二散光像差補償器沿 該光軸疊加。該單色器更包含一粒子束調整元件，該粒 子束調整元件將該帶電粒子束於該帶電粒子束進入該第 10111807^^ A〇101 第12頁/共56頁 1012031036-0 201248672 一分散單元之前聚焦以在該能量限制孔徑上形成一真實 交叉，其中該粒子束調整元件為一圓透鏡。當該帶電粒 子束自該第二分散單元離開後一虛擬交叉形成於該第一 分散單元與該能量限制孔徑之間。自離開該單色器之後 該帶電粒子束之一離開能量散佈可藉由同時調整該第一 與第二分散單元之該分散功率及該粒子束調整元件之該 聚焦功率來改變。該第一與第二分散單元之分散功率可 藉由改變施加在該第一與第二分散單元内之該第一與第 二Wien過濾器的電激發來調整。該平板在該第一分散單 元之該分散方向具有多個具有不同尺寸的能量限制孔徑 。自離開該單色器之後該帶電粒子束之該離開能量散佈 可藉由在垂直於該直光軸的方向上移動該平板來改變以 將一不同能量限制孔徑對齊該直光軸。該能量限制孔徑 的形狀為圓形、長方形、正方形或橢圓形。 [0021] 本發明進一步提供一種電子裝置，此電子裝置包含 一電子源，該電子源提供沿一直光軸移動之主電子束； 一聚光鏡，該聚光鏡與該光學軸對齊以聚焦該主電子束 ;一物鏡，該物鏡與該光學軸對齊以將該主電子束聚焦 在一試片之一發射二次電子的表面上；一承載該試片的 平台；一接收該二次電子的偵測器；一位於該電子源與 該物鏡之單色器，該單色器減少該主電子束之一能量散 佈，其中該單色器包令—包含一第一 Wien過渡器與一第 一散光像差補償器之第一分散單元，該第一散光像差補 償器補償該第一Wien過濾器產生之一第一像散，一包含 一第二Wien過濾器與一第二散光像差補償器之第二分散 10111807产單編號 A〇101 第13頁/共56頁 1012031036-0 201248672 單元，該第二散光像差補償器補償該第二Wien過濾器產 生之一第二像散，及一具有一位於一在該第一與第二分 散單元之間的中間平面上的能量限制孔徑之平板。該第 一分散單元與該第二分散單元沿一直光軸對齊。該主電 子束内具有一正常能量的電子直線通過該每一分散單元 以及具有自正常能量改變的能量變化的電子被該每一分 散單元沿一相同分散方向折射。每一帶電粒子之一折射 角係由該每一帶電粒子的能量變化及該每一分散單元的 一分散功率決定。其中該分散功率及該第一分散單元與 該第二分散單元的該分散方向為相等。該能量限制孔徑 與該直光軸對齊。 [0022] 該第一Wien過濾器與該第一散光像差補償器沿該光 轴疊加，且該第二Wien過濾器與第二散光像差補償器沿 該光軸疊加。該能量限制孔徑的形狀為圓形、長方形、 正方形或橢圓形。 電子裝置更包含一粒子束調整元件，該粒子束調整元件 與該直光軸對齊，該粒子束調整元件將該主電子束於該 主電子束進入該第一分散單元之前聚焦以在該能量限制 孔徑上形成一真實交叉。該粒子束調整元件為一圓透鏡 。當該主電子束自該第二分散單元離開後一虛擬交叉形 成於該第一分散單元與該能量限制孔徑之間。一離開能 量散佈可藉由同時調整該第一與第二分散單元之該分散 功率及該粒子束調整元件之該聚焦功率來改變。該第一 與第二分散單元之分散功率可藉由改變施加在該第一與 第二分散單元内之該第一與第二Wien過濾器的電激發來 10111807#單編號 A0101 第14頁/共56頁 1012031036-0 201248672 調整。該平板在該第一分散單元之該分散方向具有多個 具有不同尺寸的能量限制孔徑。自離開該單色器之後該 主電子束之該離開能量散佈可藉由在垂直於該直光軸的 方向上移動該平板來改變以將一不同能量限制孔徑對齊 該直光軸。 [0023] 該電子裝置更包含一第一板，該第一板具有一位於 該電子源與該聚光鏡之間的一第一孔徑及一第二板，該 第二板具有一位於該聚光鏡與該物鏡之間的一第二孔徑 。該單色器係位於該第一板與該聚光鏡之間或該單色器 係位於該第二板與該物鏡之間。 [0024] 本發明同時提出一種用於過濾一帶電粒子束之單色 器，該單色器包含一沿直光轴對齊以將具有一正常能量 與一能量散佈的帶電粒子束折射的第一分散單元與一第 二分散單元，及一具有一位於一在該第一與第二分散單 元之間的中間平面的能量限制孔徑之平板。該帶電粒子 束沿光軸通過並包含具有正常的能量直線通過該每一分 散單元的帶電粒子以及具有自正常能量改變的能量變化 並由該每一分散單元沿一相同分散方向折射的帶電粒子 。由該每一分散單元產生的每一帶電粒子之一折射角係 由該每一分散單元的一分散功率及該每一帶電粒子的能 量變化決定。該分散功率及該第一分散單元與該第二分 散單元的該分散方向為分別相等。該能量限制孔徑與該 直光軸對齊，其中該帶電粒子束之一真實交叉形成於該 能量限制孔徑上且當該帶電粒子束自該第二分散單元離 開後一虛擬交叉形成於該第一分散單元與該能量限制孔 1〇1118〇#單編號删1 第15頁/共56頁 1012031036-0 201248672 徑之間。 【實施方式】 [0025] [0026] [0027] 本發明的各種實施例現在將伴隨圖示更充分敘述， 圖示中顯示一些實施例。在不限制本發明的保護範圍下 ，實施例中所有的說明與圖示將以電子源與掃描式電子 顯微鏡為例。不過實施例並非用來將本發明實施例限制 在特定的帶電粒子源與特定的電子顯微鏡領域。 以下的說明將集中在使用為一種帶電粒子的電子束 。在圖示中，每個元件及每個元件之間的相對尺寸為清 〇 晰起見可能被放大。在下列圖示的說明中，相同的參考 編號對應相同的元件或實體，並只對個別的實施例間的 差異進行說明。 本發明提供一具有雙對稱的Wien過濾器型單色器。 如第四a圖及第4b圖中所示，由兩個完全相同的分散單 元（20及40)對稱地位於能量限制孔徑30的每一側以實 現雙對稱。兩個完全相同的每一分散單元於具有自一正 〇 常的能量改變的能量變化帶電粒子產生折射散佈並將離 軸帶電粒子聚焦。在一方面，這兩個完全相同的分散單 元對同一方向具有自一正常的能量改變的能量變化的帶 電粒子產生兩個相等的折射角（al= a2)。在此情況下， 折射散佈相對能量限制孔徑（30)展現對稱性，如第四a 圖中所示。另一方面，這兩個完全相同的色散單位同樣 將離軸帶電粒子聚焦，且第一分散單元（20)使具有正 常能量的帶電粒子通過能量限制孔徑（30)的中心。在 這種情況下具有正常能量的每個離軸粒子的轨跡顯示相 1〇1118〇7#單編號舰〇1 1012031036-0 第16頁/共56頁 201248672 對於能量限制孔徑（30)的反對稱性，如第四b圖中所示 。雙對稱實現能量過濾，並同時確保離開的帶電粒子束 具有一在單色器内且無第一級分散及像散的虛擬交叉。 [0028] Ο [0029] ❹ 每個分散單元包含一Wien過濾器及一散光像差補償 器，且兩者的靜電場與磁場都沿光軸疊加。對於具有正 常能量與一定的能量散佈的帶電粒子束而言，Wien過渡 器產生所需的隨雙極磁場與靜電場強度改變的分散功率 ，以及隨分散功率改變的像散聚焦功率，如方程式（ 1. 3)-(1. 8)所示。散光像差補償器是受控制以產生一像 散功率以補償Wien過濾器的像散聚焦功率。由於在像散 產生處已完成補償因此來自每一分散單元的粒子束可達 成無像散現象。因此每一分散單元具有一可獨立改變的 分散功率以及一依附改變的共焦聚焦功率。 根據像散的補償，因為在色散方向散光像差補償器 產生的負聚焦功率，Wien過濾器在分散方向的聚焦效應 使分散功率減少被減弱。帶電粒子光束通過能量限制孔 徑的能量散佈係由第一分散單元（20)的分散功率及能量 限制孔徑（30)的尺寸（在分散方向）決定，因此離開 帶電粒子束的能量散佈可藉由改變分散功率及/或改變在 分散單元中能量限制孔徑尺寸。前者可以透過調整施加 在Wien過濾器的電激發實現，因此可以連續。不過，分 散功率的改變將會導致的共焦聚焦功率的改變，將打破 基本軌跡的反對稱性，因此破壞由兩個分散單位（20及 40)產生的像差的抵銷。 [0030] 1011180#^^ 當分散功率改變或入射帶電粒子束改變時，為了要 A0101 第17頁/共56頁 1012031036-0 201248672 保持雙對稱，一 定。粒子束調M _ 調整兀件係在兩個分散單元前設 功率為可變^1件為磁性或靜電的81形透鏡，其對焦 適器。當人^子“整元件作為-個可變的粒子束調 的原因改變及或電粒子束交又及或正常能量可因-些好 得對於—特定 f散單元的分散功率可被改變以獲 散的減少，的能量限制孔徑而言—所需的能量分 [0031]

量限制孔#中,、、率被調整為保持帶電粒子束在能 、（第四b圖的S71)處具有一真實交叉。 因此，從A

含一粒子束M D側至出口側，本發明的單色器500包 处畺_調整元件（刚）、第一分散單元⑵0)、一 月&量限制孔徑Γ )及一第二分散單元（400)，如第 _ 丁兩個分散單元具有相同的結構及方位，在相 =使用’以及對稱性地位於能量限制孔a (期 彳所有元件被設定並將其激發以確保在折射散 佈相對於此量限制孔徑的基本軌跡的雙對稱性。 ❹ 本發月的單色器具有—直絲且具有正常能量的帶電粒 子因此不會被轉向遠離光軸。此一特性不僅使單色器易 於生產並調整’同時*會產生實際上無法完全補償的離 軸像差。此外’―帶電粒子束之虛擬共焦及無分散交叉 形成於第一分散單元與能量限制孔徑之間，而不是帶電 粒子束的—真實共焦交叉形成在單色器出口側。此虛擬 交叉會是一需要單色器的裝置之後續光學的來源。在一 方面虛擬交又的伯爾施效應（Boersch ef fect)也比 真實交又的伯爾施效應小。另一方面，虛擬交又的位置 更接近原始的帶電粒子源，並因此當單色器整合進入現 101_#單編號删1 第18頁/共56頁 1012031036-0 201248672 有汁的電子顯微鏡如低電壓掃描式電子顯微鏡時所需 的t改將比真實交又少。根據所有上述的觀點，本發明 的單色器提供-種基於低電麼掃描式電子顯微鏡原理改 良低電_描式電子㈣鏡及相M置成像解析度的有 效方法。

本發明還提供了在掃描式電子顯微鏡中使用本發明 ，色器的兩個實例。在第-個實例中如第七a圖所示， 單色器被置於電子源6〇〇及一聚光鏡“ο之間，且一電 机限制孔徑610被用來控制通過卩色器的粒子束電流以 降低單色器内部發生的電子相互作用。在第二個實例中 如第八圖所7F ’單色器被置於-聚光鏡及-物鏡之間， 而粒子束限制孔徑63〇控制單色器的人射粒子束電流。 下一步將描述本發明的詳細敘述及機構。 本發明提供一 wi en過濾器型的單色器以降低掃描式 電子顯微鏡或帶電粒子裝置中主電子束的能量散佈。單 色器形成相對於人射粒子束在折射散佈及沿直光軸之基 =軌跡的雙對稱。雙對稱可雜來自帶電粒子源的入射 帶電粒子束自單色器離開時之能量散佈減少， 以及保持 有效父又直控及傳播方向不變。 本發明還提供_種將單色器整合進人掃描式電子顯 微鏡的方心本發日㈣單色ϋ有助於藉由減少主粒子束 或成像粒子束的能量散佈崎低試片色散像差，同時不 會導致粒子源尺寸㈣顯增加。因此，試片上的探針點 尺寸將藉^重財衡因縣、_及好狀寸造成的 10111807^單編號 ΑΟίοι 第19頁/共56頁 1012031036-0 201248672 景^模糊而達成—較低值。因此，單色器提供-種根據 低私壓掃料電子賴鏡的原理提高掃描式電子顯微鏡 特別是低魏掃描式電子顯微鏡及相職置的成像解析 又的有效方法，例如半導體良率管理中的缺陷檢測與缺 陷檢視。 [0036] 作為本發明中提供的單色器之基礎的雙對稱包含分 別關於能量限制孔徑之折射散佈切—對稱及—基本軌 跡中的反對稱。在顯示折射散佈中之對稱的第四a圖中， ❹ 〇 -具有正常能量VQ及—能量散佈的軸上電子束5G連續地 沿Z軸進入兩個分散單元2〇與4〇。兩分散單元 與40結構相同且位於並對稱地朝向與光學z轴垂直的 平面3卜每—分散單元的位置係、由場區域中心定義。每 刀散單7C包含_Wlen過濾器及_散光像差補償器且 兩者的磁場與電場彼此相互疊加。相㈣發施加在每個 wlen過濾器，以產生不會使具有正常能量v。（例如⑴ 的電子偏折但會使具有自正常能* V。（例如71)改變之 能量變細的電子偏折所需的折射功率。如方程式（16 )所示’能量變化dv越大折射角度（例如_a2)就越 大。隨能量變化改變的折射角度的特徵稱為折射散佈， 且折射角度比K及能量變化dv稱為分散功率。分散功率 隨正常能量及可被施加在Wie_濾器上的電激發調整 的磁偶極場改變。 [0037] 一平板位於平面31上，其中—位於平板上的孔徑 30與光軸Z對準。在第心圖中，具有能量變侧的電子 71的折射相對於平面31對稱地離I㈣《ien_ 1〇111807,單編號_1 第20頁/共56頁 1012031036-0 201248672 器產生在第-分散單元2G及第二分散單元辦的二折 射角度al與a2彼此相等，即al=a2，且均與能量變㈣ 成正比。自第二分散單力娜_電子71_跡虛擬地 交叉光軸於自第二分散單元40的中心向後—距離[2的位 置，其中 [0038] (2. 1) Ο 若所有高於第-級的項可被省略距離L2 +會隨折射 角al改變。因此出射粒子束的第一級分散消失，且入射 轴上粒子減為-看來自二分散單元之幾何中心點^發 散的出射粒子束。 [0039] ❹ 基本軌跡巾的反對難絲於折射散佈對稱性。基 於第四a ®中所示的内容’第四圖4b顯示基本軌时 的反對稱性。在第四b圖中的每個分散單元（2〇及 ’散光像差補償紐激發㈣償扣㈣心作動以達 成第四a ®中所示的折射散佈對稱時出現且隨過濾 器分散功率增加而増加的像散。因此每—分散單元 及40)在X肖Y方向有相等的隨每一分散單元之分散 功率增加而增加的聚焦功率f。 [0040] 10111807^單'編號仙101 τ叼汉對稱性可藉由若一具 有正常能量VQ的人射電子束62具有—原來在光轴上特、 定位置上的交叉62a達成。交又…位於第—及第二分散 第21頁/共％頁 1012031036-0 201248672 單元（20及40)之幾何中心點S71向前一距離L3的位 置。若距離L3滿足下列條件， (2. 2) f ~ L2 其中f表示每個分散單元的聚焦功率。第一分散單 元20將使入射電子束62聚焦且相應地將其交叉自位置 62a向後移動至幾何中心點S71。然後，以相同的方式第 〇 二分散單元40將入射電子束62聚焦並最後將位於 S71的交叉向後移動一距離L3至一位置62b。電子束 62中具有正常能量電子的執跡具有相對於第一及第二 分散單元20與40的幾何中間平面31的反對稱性。.

[0041] 因此，第四a圖與第四b圖中所示的雙對稱可確保一 電子束在中間平面31形成一真實交叉以及在自中間平面 31向後一距離形成一虛擬交叉。在真實交叉内，具正常 〇 能量的電子集中進入至一光軸上的一小圓平面，且具有 Θ 自正常能量偏離相同能量變化値集中進入至一位於遠離 光軸位置的一小圓平面。能量變化値越大，圓平面離光 軸就越遠。若孔徑30設定在真實交叉所在的中間平面， 所有圓平面内具有離軸距離大於孔徑30内半徑的電子會 被截斷。換句話說，通過孔徑30的電子的能量散佈將 小於一由第一分散單元的分散功率及孔徑30内半徑決定 的特定值。在虛擬交叉内，所有的電子集中進入一光軸 上小圓平面。與進入第一分散單元20的粒子束相比，自 10111807#單編號 A_ 第22頁/共56頁 1012031036-0 201248672 [0042] ❹ 第二分散單元40射出的粒子束具有較小能量散佈、一幾 乎未變的交叉尺寸以及一向後移動的交叉。 第五圖顯示本發明一基於第四a圖與第四b圖中所示 的雙對稱的單色器實施例。從電子粒子束入口侧至出口 側，單色器500包含一粒子束調整元件100、一第一分散 單元200、能量限制孔徑300及一第二分散單元400。 所有元件（100-400)排成一列並垂直光軸Z。二分散單 元200與400構造相同且位於並對稱地朝向也是垂直光學 軸Z的平面310。能量限制孔徑300係位於平面310。與第 四a圖及第四b圖相比，每當入射電子束在交叉位置改變 及/或正常能量為了一些好的理由及/或第一分散單元 200的分散功率改變以改變在單色器後的電子束的能量散 佈，在第五圖中加入粒子束調整單元100以確保維持雙 對稱。換句話說，粒子束調整元件強化了單色器的適用 性及彈性。 [0043]

[0044] 在第五圖中，粒子束調整元件100包含一可以是 靜電或磁性的圓透鏡。每個分散單元（ 200、400 )包含 可以是靜電或磁性的一Wien過濾器及一散光像差補償器 ，兩者都沿Z軸相互疊加。能量限制孔徑3 0 0的形狀可 為圓形、橢圓形、正方形或長方形。若孔徑形狀是橢圓 或矩形，其較短軸或短邊係位於第一分散單元200的分 散方向。在分散方向的孔徑尺寸係根據所需的能量散佈 的減少程度及第一分散單元200的分散功率選擇。 第五圖中所示的單色器的操作方法將於第六a圖至第 六f圖中逐步表示。第六a圖顯示粒子束調整元件100的 10111807#單編號 A_ 第23頁/共56頁 1012031036-0 201248672 的功能。s〗β & 7 疋電子源或具有正常能量νη及原始能量散 佈土 △ V且台t θ 0 ο此里政佈將被減為±Δν的電子束交叉。若si 為電子去六 又又’其可位於單色器的入口側或出口側。 、由方程式（2.2)所示的方式所決定形成基本軌跡 +稱所需的位置。因此粒子束調整元件1〇〇一開 始=來自電子源S1的電子束聚焦以形成_在進入第一分 散單兀2GG前於S2會聚的粒子束。更具體地說粒子束 調整το件1〇〇的聚焦功率隨人射電子束交叉的初始位置 S1的改變以及第—分散單元2QQ的聚焦功率^改變。 後者隨第一分散單元200的分散功率改變。 ◎ 第六b圖與第六c圖顯示第一分散單元2〇〇對入射粒 子束分別在XOZ平面及YOZ平面上的影響。在第一分 散單元200中的Wien過濾器被激發以滿足”⑶條件並產 生一所需的X方向折射散佈於入射電子束。第一分散單 元2 0 0中的散光像差補償器被激發以補償在在第一分散 單元200中的Wien過濾器產生的像差。在像差補償後殘 餘的共焦聚焦功率f將入射粒子束聚焦在中間平面3丨〇上 〇 形成一自第六a圖中所示S2向後的真實交又。由於wien過 濾器的X方向折射散佈，只有具有正常能量的電子會集 中進入一轴上圓平面S3。根據磁偏折方向，由具有能量 變化dV (>0)與-dV的電子形成的圓平面S4與S5分 別自光軸的X與_ X方向偏移。能量變化越大，離轴偏 移也越大。在Y方向，圓平面S3、S4與S5的光碟 均位於光抽如第六c圖所示。 [0046] 第六d圖顯示能量限制孔徑300的電子散佈。在第六 *單煸號A0101 第24頁/共56頁 10111807« 1012031036-0 201248672 d圖中，只顯示具有正常能量的電子顯示以及六個特定 的能量變化，且以一圓形孔徑300為例。能量限制孔徑 300的内半徑等於具有能量變化iAVi之電子的離軸偏移 。如此，電子束帶著減少的能量變化土 △ Vi自孔徑30 0離 開，但一擴大的交叉在X方向的尺寸等於能量限制孔徑 300的内直徑。減少的能量變化土 △ Vi由第一分散單元的 分散功率及能量限制孔徑在第一分散單元在分散方向的 尺寸決定。 0 [0047] 第六e圖與第六f圖顯示第二分散單元400在入射粒 子束上產生的效應。第二分散單元400與第一分散單元 200於相同的激發中作用。因此，第二分散單元400如 同第一分散單元200對孔徑300前的電子束所作的一般 將來自中間平面310中真實交叉的電子束折射及聚焦。 如第六e圖中所示在XOZ平面上，第二分散單元400不 僅將圓平面S3-S5自中間平面310向後移動一相同的距 離，同時消除存在於真實交叉在X方向的圓平面偏移。 Q 如第六f圖中所示在YOZ平面上，第二分散單元400將 圓平面S3-S5如同在XOZ向後移動一相同的距離。因此 ，自第二分散單元400離開後，自第六b圖及第六c圖所 示三個圓平面S3-S5離開的電子實際上幾乎在光軸Z上相 同的位置交叉並形成一虛擬交叉S6。虛擬交叉S6係位於 第一分散單元200及中間平面310之間，並在未損失主 要部份情況下具有一遠比第六d圖中所示的能量限制孔 徑300内直徑或能量限制孔徑300在分散方向的尺寸小 的尺寸。 1011180#單編號廳01 第25頁/共56頁 1012031036-0 201248672 [0048] 第七a圖與第八圖分別顯示使用上述及第五圖及第六a 圖至第六f圖所示單色器的掃描式電子顯微鏡的兩個實施 例。為了簡單起見，並未顯示偏向掃描。在第七a圖中， 一電子源6 0 0發射沿光軸Z的電子束7 0 0。一第一電流 限制孔徑610切斷電子束700的一部分，以限制電子 束電流進入單色器500。單色器500中一大電子束電流在 電子束聚焦範圍内將產生一強電子交互作用，尤其是在 位於能量限制孔徑300中心區域的真實交叉，因此在單 色器中出現一額外能量散佈及一交叉尺寸增加。因此， 必須限制電子束電流至一能使電子相互作用之效應不明 顯程度的範圍。 [0049] 在第七a圖的單色器500中，起初電子束被粒子束調 整元件100聚焦成所需的會聚粒子束。然後會聚粒子束 分散並被第一分散單元200聚焦。具體地說，具有正常 能量的電子實質上直線通過並形成一在光軸上及能量限 制孔徑300中心的共焦真實交叉，具有相同相對於正常 能量的能量變化的電子則被偏折並形成一遠離光軸但卻 是在能量限制孔徑300所在平面上的共焦真實交叉。電 子的能量變化越大，交叉離光軸就越遠。能量限制孔徑 300然後將能量變化在所需範圍土AVi外的電子切斷，以 使離開的電子束具有一已減少的能量分散±Δ Vi。 [0050] 隨後在第七a圖的單色器500中，從能量限制孔徑 300出來的電子將進入第二分散單元400。第二分散單 元400與第一分散單元200以相同方式運作。因此第 二分散單元400使電子自每個能量限制孔徑300上的交 10111807#單編號纽01 第26頁/共56頁 1012031036-0 201248672 =偏折遠離具有相同角度料軸並將電子聚焦以如同第 單元2〇0一般’在—自最後對應真實交叉向後相 ° 距離的位置形成—位置虛擬 有# 1㈣父又。不過，此處所 色器=又虛擬地位於光轴上同—處。因此，所有從單 所常電子看來像從虛擬電子源6G2射出且具有在 範圍土^乂丨内的能量變化❶ [0051] Ο 入j第七a圖中’從單色器5〇〇離開的電子束然後進 光掃描式電子顯微鏡的後續成像系統，並由聚 及麵子/物鏡_聚㈣鳩5Q的表面上。聚光鏡 ，麵2限制孔徑咖—起控制最终探針電流。事實上 效應，限制孔徑630具有與能量角度過渡相同的額外 子、如第"^圖所7^。雖然所有從單色器_離開的電 的^上㈣_&£6„2虚擬交又，但具有能量“ 累積第-及第二分散單元2〇〇及彻產生的折 限制孔因此R:具有相同能量變化的電子具有-在粒子束 〇 的的相等額外橫移，且—些具有較大極角 部分所將，:束限制孔徑严阻擒，如第七b圏的陰影 化是越大，不會通過粒子束限制孔徑 減，所以粒子束限制孔握630實際上進一步 電子束^焦在试片650上的物鏡640之 [0052] 少足探針點°因此探針點的色散像差將會減 探針點的尺寸將小於沒有使用單色器的探針點。 會被士=斤=使的是由於具有能量變化大於限制値的電子 探斜束==單色器提高成像解析度會犧牲-部分 外束電肌。對於需要使用大探針 第27頁/共56頁 101118〇#單編號A0101 机、應用而言， 1012031036-0 201248672 除了粒子束調整單元100之外單色器500可被停用，如第 七c圖中所示。在此情況下，粒子束調整單元ι〇〇將 取代原來的聚光鏡620作為聚光鏡。通常較接近電子源並 且更遠離粒子束限制孔徑的聚先鏡會產生一比相反條件 情況下較小的像差。 [0053] 第八圖顯示使用單色器的掃描式電子顯微鏡的另— 實施例’其中掃描式電子顯微鏡原本就具有位於物鏡 640前一固定位置的真實交叉6〇2。在第八圖中，電子源 600沿光轴Z發射一電子束700。聚光鏡62〇及粒子束限 制孔徑630控制進入單色器的粒子束電流。隨後在單色 器500中，電子束將經歷如第七3圖中所述的相同能量過 濾。從單色器500離開的粒子束具有虚擬交又6〇2及 減少的能量散佈。對於需要使用大探針束電流的應用而 言’除了粒子束調整單力_之外可以停用單色器5〇〇。 在此情況下’粒子束調整單元刚彳將電子束聚焦以在 相同位置具有-真實交又620。然後物鏡640將電子束 聚焦在試片65G的表面。因此探針點的色散像差將會減少 且探針點的尺寸將比沒有❹單色器的探針點小。

[0054] 10111807^'^ Α〇101 搜恥减少主要電子束能 的掃描式電子顯微鏡中的單色器，其时減少成> 散色差’⑽㈣描錢子_鏡的最終成像％ 尤其是基於低電壓掃描式電子顯微鏡原理的低電7 式電子顯微鏡及相關裝置。單色器使用Wien過濾 分散元件以沿-直光_行能量财，基本 實際上無法補償的離轴像差。雙對稱性形成於單目 第28頁/共π百 共56頁 1012031036-0 201248672 ，其包含折射散佈中的對稱性及相對於能量限制孔徑基 本轨跡中的反對稱性。雙對稱實現能量過濾，同時確保 離開的帶電粒子束具有一在單色器内且無第一級分散與 像散的虛擬交叉。與先前技術中位於單色器出口側的一 真實交叉相較，單色器内一虛擬交叉會產生較少的電子 交互作用並僅需要對掃描式電子顯微鏡原始設計作較少 的修改。此外，本發明的單色器當應用於一裝置時比先 前技術具有更廣泛的適用性與更強的彈性。本發明還提 供了兩種將單色器整合進入掃描式電子顯微鏡的方法， Ο [0055] G [0056] 其一就是將單色器置於電子源與聚光鏡之間，而另一個 是將單色器置於粒子束限制孔徑與物鏡之間。前者提供 額外能量角度過濾，並且比後者獲得一較小的有效能量 散佈。 雖然以上已描述本發明的特定實施例，必須理解的 是對於本領域具有一般技術者而言，藉由上述說明内容 ，將可理解仍有其他與所述實施例相同的實施例。因此 必須理解的是本發明並不受限於所示特定實施例，而僅 受限逾本發明申請專利範圍之範圍。 【圖式簡單說明】 本發明經以下詳細說明伴隨圖示進行說明後將更易於了 解領會，其中參考符號標明結構元件，其中： 第一圖顯示一Wien過濾器的基本的結構； 第二a圖顯示一使用W i en過濾器作為色散元件的單色器的 概要圖不， 第二b圖顯示一使用Wien過濾器作為色散元件的單色器的 lOlllSO#單編號鹿01 第29頁/共56頁 1012031036-0 201248672 概要圖不， 第三a圖顯示一使用兩個Wien過遽器的單色器的概要圖示 9 第三b圖顯示一使用兩個Wien過濾器的單色器的概要圖示 第四a圖顯示一根據本發明的折射色散的對稱性的概要圖 示；

第四b圖顯示一根據本發明之基本軌跡的反對稱性的概要 圖示； 第五圖顯示一根據本發明之第一實施例中用於帶電粒子 裝置之一單色器的概要圖示； 第六a至六f圖顯示一根據本發明之第五圖所示單色器之 功能（ΧΟΖ、Υ0Ζ平面）的概要圖示； 第七a至七c圖顯示一根據本發明之第二實施例將一單色 器整合至掃描式電子顯微鏡的概要圖示；

第八圖顯示一根據本發明之第三實施例將一單色器整合 至掃描式電子顯微鏡的概要圖示。 【主要元件符號說明】 [0057] 1電子源 2粒子束 3次電子束 4次電子束 5次電子束 6真實像散交叉 7共焦及無像散交叉 8單色器長度 10111807#單編號 A〇101 第30頁/共56頁 1012031036-0 201248672 ίο圓形透鏡 11 Wien過濾器 12能量限制孔徑 14虛擬電子源 1 5虛擬電子源 20第一分散單元 21 Wien過濾器 30能量限制孔徑 31平面 40分散單元 50轴上電子束 61正常能量電子 62入射電子束 62a交叉 62b位置 71正常能量電子 100粒子束調整元件 200第一分散單元 300能量限制孔徑 310平面 400第二分散單元 500單色器 600電子源 602真實交叉 610電流限制孔徑 620聚光鏡 10111807#單編號 A0101 第31頁/共56頁 1012031036-0 201248672 630粒子束限制孔徑 640物鏡 650試片 700電子束

10111807#單編號 A0101 第32頁/共56頁 1012031036-0

Claims (1)

1. 201248672 七、申請專利範圍： 1 . 一種單色器包含： 一沿直光軸對齊以將具有一正常能量與一能量散佈 的帶電粒子束折射的第一分散單元與一第二分散單元，該 帶電粒子束沿光軸通過並包含具有正常的能量直線通過該 每一分散單元的帶電粒子以及具有自正常能量改變的能量 變化並由該每一分散單元沿一相同分散方向折射的帶電粒 子，其中由該每一分散單元產生的每一帶電粒子之折射角 _ 係由該每一分散單元的一分散功率及該每一帶電粒子的能 ◎ 量變化決定，其中該分散功率及該第一分散單元與該第二 分散單元的該分散方向為分別相等； 一具有一位於一在該第一與第二分散單元之間的中 間平面的能量限制孔徑之平板，其中該能量限制孔徑與該 直光轴對齊；及 一粒子束調整元件，該粒子束調整元件將該帶電粒 子束於該帶電粒子束進入該第一分散單元之前聚焦以在該 0 能量限制孔徑上形成一真實交叉，其中當該帶電粒子束自 該第二分散單元離開後一虛擬交叉形成於該第一分散單元 與該能量限制孔徑之間。 2.如申請專利範圍第1項所述之單色器，其中自離開該單色 器之後該帶電粒子束之一離開能量散佈可藉由同時改變該 第一與第二分散單元之該分散功率及該粒子束調整元件之 一聚焦功率來改變。 3 .如申請專利範圍第1項所述之單色器，其中該粒子束調整 元件為一圓透鏡。 10111807#單編號 A_ 第33頁/共56頁 1012031036-0 201248672 4 .如申請專利範圍第1項所述之單色器，其中該能量限制孔 徑的形狀為圓形、長方形、正方形或橢圓形。 5 .如申請專利範圍第4項所述之單色器，其中該平板在該第 一分散單元之該分散方向具有有多個具有不同尺寸的能量 限制孔徑。 6.如申請專利範圍第5項所述之單色器，其中自離開該單色 器之後該帶電粒子束之一離開能量散佈可藉由改變使用一 位於該平板上之不同能量限制孔徑來改變。

   7 . —種單色器包含： 一包含一第一Wien過濾器與一第一散光像差補償器 之第一分散單元，該第一散光像差補償器補償該第一 Wien過濾器產生之一第一像散；

   一包含一第二Wien過濾器與一第二散光像差補償器 之第二分散單元，該第二散光像差補償器補償該第二 Wien過濾器產生之一第二像散，該第一分散單元與該第 二分散單元沿一直光軸對齊，其中一入射帶電粒子束包含 具有一正常能量且直線通過該每一分散單元的帶電粒子以 及具有自正常能量改變的能量變化並由該每一分散單元沿 一相同分散方向折射的帶電粒子，其中每一帶電粒子之一 折射角係由該每一帶電粒子的能量變化及該每一分散單元 的一分散功率決定，其中該分散功率及該第一分散單元與 該第二分散單元的該分散方向為分別相等；及 一具有一位於一在該第一與第二分散單元之間的中 間平面的能量限制孔徑之平板，其中該能量限制孔徑與該 直光軸對齊。 8 .如申請專利範圍第7項所述之單色器，其中該第一 Wien過 10111807产單峨應01 第34頁/共56頁 1012031036-0 201248672 濾器與該第一散光像差補償器沿該光軸疊加，且該第二 Wien過濾器與第二散光像差補償器沿該光軸疊加。 9 .如申請專利範圍第8項所述之單色器更包含一粒子束調整 元件，該粒子束調整元件將該帶電粒子束於該帶電粒子束 進入該第一分散單元之前聚焦以在該能量限制孔徑上形成 一真實交又。 10.如申請專利範圍第9項所述之單色器，其中當該帶電粒子 束自該第二分散單元離開後一虛擬交又形成於該第一分散 單元與該能量限制孔徑之間。 11 .如申請專利範圍第10項所述之單色器，其中自離開該單色 器之後該帶電粒子束之-離開能量散佈可藉由同時調整該 第-與第二分散單元之該分散功率及該粒子束調整元件之 該聚焦功率來改變。 12 .如申請專利範圍第n項所述之單色器，其令該第一與第二 分散單元之分散功率可藉由改變施加在該第一與第二分散 單元内之該第-與第二―過濾器的電激發來調整。 13 .如申請㈣範圍第10項所述之單色器，其中該平板在該第 一分散單元之該分散方向具❹個具有不同尺寸的能量限 制孔徑。 Η .如申請專利範圍第13項所述之單色器，其中自離開該單色 ϋ之後該帶電粒子束之該離開能量散佈可藉由在垂直於該 直光軸的方向上移動該平板來改變以將_不同能量限制孔 fe對齊該直光軸。 ’其中該粒子束調整 ’其中該能量限制孔 15 .如申請專利範圍第9項所述之單色器 元件為一圓透鏡。 16 .如申請專利範圍第8項所述之單色器 10111807#單編號A〇101 帛35頁/共56頁 1012031036-0 201248672 徑的形狀為圓形、長方形、正方形或橢圓形。 17 . —種電子裝置，包含： 一電子源，該電子源提供沿一直光轴移動之主電子束； 一聚光鏡，該聚光鏡與該光學轴對齊以聚焦該主電子束； 一物鏡，該物鏡與該光學軸對齊以將該主電子束聚焦在一 試片之一發射二次電子的表面上； 一承載該試片的平台； 一接收該二次電子的偵測器； 一位於該電子源與該物鏡之單色器，該單色器減少該主電 子束之一能量散佈，其中該單色器包含 一包含一第一Wien過濾器與一第一散光像差補償器之第 一分散單元，該第一散光像差補償器補償該第一Wien過 濾器產生之一第一像散； 一包含一第二Wien過濾器與一第二散光像差補償器之第 二分散單元，該第二散光像差補償器補償該第二Wien過 濾器產生之一第二像散，該第一分散單元與該第二分散單 元沿一直光軸對齊，其中該主電子束内具有一正常能量的 電子直線通過該每一分散單元以及具有自正常能量改變的 能量變化的電子被該每一分散單元沿一相同分散方向折射 ，其中每一帶電粒子之一折射角係由該每一帶電粒子的能 量變化及該每一分散單元的一分散功率決定，其中該分散 功率及該第一分散單元與該第二分散單元的該分散方向為 相等；及 一具有一位於一在該第一與第二分散單元之間的中間平面 上的能量限制孔徑之平板，其中該能量限制孔徑與該直光 軸對齊。 180#單編號删1 第36頁/共56頁 1012031036-0 201248672 18 .如申請專利範圍第17項所述之電子裝置，其中該第一 Wien過濾器與該第一散光像差補償器沿該光軸疊加，且 該第二Wien過濾器與第二散光像差補償器沿該光轴疊加 19 ·如申請專利範圍第18項所述之電子裝置，其中該能量限制 孔徑的形狀為圓形、長方形、正方形或橢圓形。 2〇 .如申請專利範圍第19項所述之電子裝置更包含一粒子束調 整兀件，該粒子束調整元件與該直光軸對齊，該粒子束調 Q 整元件將該主電子束於該主電子束進入該第一分散單元之 前聚焦以在該能量限制孔徑上形成一真實交叉。 21 .如申請專利範圍第21項所述之電子裝置，其中該粒子束調 整元件為一圓透鏡。 22 ·如申請專利範圍第21項所述之電子裝置，其中當該主電子 束自該第二分散單元離開後一虛擬交又形成於該第—分散 單元與該能量限制孔徑之間。 23 _如申請專利範圍第22項所述之電子裝置，其中一離開能量 〇 散佈可藉由同時調整該第一與第二分散單元之該分散功率 及該粒子束調整元件之該聚焦功率來改變。 24 .如申請專利範圍第23項所述之電子裝置，其中該第一與第 二分散單元之分散功率可藉由改變施加在該第一與第二分 散單元内之該第一與第二ffien過濾器的電激發來調整。 25 ·如申請專利範圍第22項所述之電子裝置，其中該平板在該 第一分散單元之該分散方向具有多個具有不同尺寸的能量 限制孔徑。 26 .如申請專利範圍第25項所述之電子裝置，其中自離開該單 色器之後該主 10111807#單蝙號 ΑΟίοι 電子束之該離開能量散佈可藉由在垂直於該 第37頁/共56頁 1012031036-0 201248672 直光轴的方向上移動該平板來改變以將一不同能量限制孔 徑對齊該直光軸。 27.如申請專利範圍第24項所述之電子裝置更包含： 一第一板，該第一板具有一位於該電子源與該聚光鏡之間 的一第一孔徑；及 一第二板，該第二板具有一位於該聚光鏡與該物鏡之間的 一第二孔徑。 28 .如申請專利範圍第27項所述之電子裝置，其中該單色器係

   位於該第一板與該聚光鏡之間。 29 .如申請專利範圍第27項所述之電子裝置，其中該單色器係 位於該第二板與該物鏡之間。 30 . —種用於過濾一帶電粒子束之單色器，包含：

   一沿直光軸對齊以將具有一正常能量與一能量散佈的帶電 粒子束折射的第一分散單元與一第二分散單元，該帶電粒 子束沿光軸通過並包含具有正常的能量直線通過該每一分 散單元的帶電粒子以及具有自正常能量改變的能量變化並 由該每一分散單元沿一相同分散方向折射的帶電粒子，其 中由該每一分散單元產生的每一帶電粒子之一折射角係由 該每一分散單元的一分散功率及該每一帶電粒子的能量變 化決定，其中該分散功率及該第一分散單元與該第二分散 單元的該分散方向為分別相等；及 一具有一位於一在該第一與第二分散單元之間的中間平面 的能量限制孔徑之平板，其中該能量限制孔徑與該直光軸 對齊，其中該帶電粒子束之一真實交又形成於該能量限制 孔徑上且當該帶電粒子束自該第二分散單元離開後一虛擬 交叉形成於該第一分散單元與該能量限制孔徑之間。 10111807#單織應01 第38頁/共56頁 1012031036-0