專利名稱：來自場發(fā)射源的發(fā)射參數(shù)的確定的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及場發(fā)射帶電粒子源，并且特別地涉及用于使用電子束的儀器的電子源。
背景技術(shù)：
在多種多樣的儀器中都使用電子束，所述多種多樣的儀器包括電子顯微鏡、電子束光刻系統(tǒng)、臨界尺寸測量工具以及各種其他檢查、分析以及處理工具。在大多數(shù)儀器中，通過觀察電子束與樣本的相互作用的結(jié)果來獲取關(guān)于樣本的信息。在此類儀器中，由電子源發(fā)射電子并形成為射束，其被電子光學鏡筒(column)聚焦和指引。電子源通常包括:發(fā)射體，從該發(fā)射體發(fā)射電子；引出(extraction)電極,其從發(fā)射體引出電子；以及抑制電極，其抑制遠離發(fā)射體尖端的電子的不期望發(fā)射。理想的電子源產(chǎn)生可以被聚焦至納米或亞納米尺度斑點的電子，具有足以提供快速、一致的數(shù)據(jù)收集或電子束處理的電子流。此類電子源通常以具有發(fā)射電子之間的低能量散度(energy spread)、高亮度和長期穩(wěn)定性為特征。低能量散度減少電子鏡筒中的射束的色差，因為色差是由于具有不同能量的電子被聚焦至不同的點而引起的。為了被從固體表面釋放，電子必須克服能量壘。此能量壘的高度被稱為材料的“功函數(shù)”。電子源可以使用不同類型的發(fā)射體，其使用不同的方法來克服功函數(shù)?！盁犭x子發(fā)射體”被絲極加熱以便為電子提供足以克服能量壘并離開表面的熱能。“場發(fā)射體”至少部分地依賴于電場以便從源拉出電子。“冷場發(fā)射體”使用電場來提供用于電子遂穿能量壘的條件，而不是為電子提供足以穿過該壘的熱能?！靶ぬ鼗l(fā)射體”(“SE”)使用降低功函數(shù)的涂層材料、用以提供熱能的熱量以及用以釋放電子的電場的組合。SE通常在約1，800卡爾文下操作。肖特基電子源已經(jīng)變成其中要求高亮度和/或小能量散度的電子光學系統(tǒng)中最廣泛使用的源。另一類型的發(fā)射體(“熱場發(fā)射體”)通常在比SE更高的溫度下操作，并且與冷場發(fā)射體類似地操作，但是僅在高溫下以獲得增加的發(fā)射穩(wěn)定性。發(fā)射體操作期間的高電場和/或高溫導致發(fā)射體形狀隨時間推移而變化。圖1A—IC示出了多種多樣的發(fā)射體形狀或“端部形狀(end form)”。發(fā)射體可能將在1_3年的典型使用壽命期間采取全部的這三個端部形狀。發(fā)射體端部形狀被稱為階段0 (圖1A)、階段I (圖1B)和階段2 (圖1C)。圖1中所示的不同晶體小面增長或收縮，促使端部形狀的整體形態(tài)改變，這接著又促使用于給定引出電壓的場改變，并且因此發(fā)射特性改變?？梢酝ㄟ^從鏡筒移除源并將其安裝在具體地設計的昂貴的測試設備中來確定電子源的發(fā)射特性。讓操作員“就地”確定源的特性(即其中源被安裝在聚焦鏡筒中(諸如在掃描電子顯微鏡(“SEM”)或透射電子顯微鏡(“TEM”)中))當前是不切實際的。當前可用的就地技術(shù)需要超過大多數(shù)儀器操作員的技能的復雜程序。例如，用于推斷SEM中的源亮度的一個當前可用方法需要在虛擬源尺寸受限模式下操作鏡筒并測量斑點尺寸。這種技術(shù)取決于系統(tǒng)操作員使鏡筒對準以獲得最佳斑點尺寸且然后進行適當測量的能力。由于不存在用以就地評估SE的狀態(tài)的準確方法，所以常常以用于零件的顯著成本和用于儀器的停機時間過早地移除發(fā)射體。在以下參考文獻中部分地描述了肖特基發(fā)射體領(lǐng)域中的當前知識:Liu等人在 J.Vac.Sc1.Technol.B 28(6) pp.C6C26-33 (2010)中所著的 “Field inducedshape and work function modification for the ZrO/W(100) Schottky Cathode”；Bahm 等人在 J.Vac.Sc1.Technol.B 26(6) pp.2080-2084 (2008)中所著的“Range ofValidity of Field Emission Equations，，;M.S.Bronsgeest 在 http://tnw.tudelft.nl/index.php id=33723&L=l, Delft University of Technology 中所著的 “Fundamentalsof Schottky Emission，，；Bronsgeest 等人在 J.Vac.Sc1.Technol.B 26(3) pp.949-955 (2008)中所著的“Probe current, probe size, and the practical brightnessfor probe forming Systems”； Handbook of Charged Particle Optics.第 2 版，J.0rloff editor, CRC Press (2008) ；Modinos 的 Field, Thermionic, and SecondaryElectron Emission Spectroscopy (Plenum Press, N.Y, 1984) ；Bahm 等人 J.App1.Phys.110 (2011) 054322。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是簡化場發(fā)射源的發(fā)射特性的確定。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，可以通過可以由操作員來執(zhí)行的相對簡單的測量而確定發(fā)射體的特性。申請人:已發(fā)現(xiàn)一系列相對簡單的測量與發(fā)射體特性之間的數(shù)學關(guān)系取決于源幾何結(jié)構(gòu)且與發(fā)射體的形狀無關(guān)。因此，可以針對特定的源幾何結(jié)構(gòu)導出該關(guān)系且然后可以將其應用于確定發(fā)射特性，甚至確定在發(fā)射體形狀隨時間推移而改變時的發(fā)射特性，而不必確定發(fā)射體形狀且不必重新定義該關(guān)系。在一些實施例中，測量作為引出電壓的函數(shù)的角度強度(angular intensity)。根據(jù)所測量的數(shù)據(jù)來確定場形因數(shù)貝塔(P )。然后可以將該場形因數(shù)與所測量的數(shù)據(jù)一起用來導出發(fā)射特性，諸如能量散度、虛擬源尺寸以及亮度，在現(xiàn)有技術(shù)中是難以在不從聚焦鏡筒移除源并將其安裝在專用設備中的情況下確定它們的?？梢詢?yōu)選地“就地”確定發(fā)射特性，即不用將電子源從該電子源被安裝在其中以供使用的儀器移除。前述內(nèi)容已相當廣泛地概述了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)點，以便可以更好地理解隨后的本發(fā)明的詳細描述。在下文中將描述本發(fā)明的附加特征和優(yōu)點。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應認識到的是所公開的概念和特定實施例可以容易地被利用作為用于修改或設計其他結(jié)構(gòu)以便執(zhí)行本發(fā)明的相同目的的基礎。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還應認識到的是此類等價構(gòu)造并不脫離如在所附權(quán)利要求中所闡述的本發(fā)明的范圍。


為了更透徹地理解本發(fā)明及其優(yōu)點，現(xiàn)在對結(jié)合附圖進行的以下描述進行參考，在所述附圖中:
圖1A — IC示出了典型電子發(fā)射體在其使用壽命中將采取的發(fā)射體端部形狀。圖2A — 2C示出了用于確定發(fā)射體特性的三組方法。
圖3示出了場形因數(shù)P與K(即發(fā)射表面處的角度強度與電流密度的比值的平方根)的關(guān)系的圖表。圖4示出了作為電流密度的函數(shù)的本征源直徑與已校正的源直徑的比值的圖表。圖5示出了作為角度強度的函數(shù)的本征能量散度與已校正的能量散度的比值的圖表。圖6示出了本發(fā)明的方法的流程圖。圖7不出了包含本發(fā)明的電子束系統(tǒng)。圖8示出了作為電流密度的函數(shù)的對總能量散度Ae(B)的Boersch貢獻的圖表。圖9示出了在沒有庫侖力相互作用的情況下的降低的亮度Br與本征Br(int)的關(guān)系的圖表。圖10示出了作為電流密度的函數(shù)繪制的0乘以對虛擬源尺寸的軌跡位移貢獻dv(tra)的圖。
具體實施例方式在優(yōu)選實施例中，儀器操作員可以執(zhí)行相對簡單的測量并根據(jù)那些簡單測量來確定電子源的特性。在現(xiàn)有技術(shù)中，不可以在源被安裝在儀器中的同時確定那些源特性中的某些，而且只能使用耗費時間的一系列復雜測量來確定其他源特性。在一些實施例中可以在不將發(fā)射體從該發(fā)射體被安裝在其中的聚焦鏡筒移除的情況下執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的簡單測量。本發(fā)明的實施例提供較高準確度并反映出比現(xiàn)有技術(shù)方法更好的實際發(fā)射特性。在一些實施例中，憑經(jīng)驗來確定用戶測量結(jié)果與導出的源特性之間的關(guān)系，例如通過將曲線擬合到針對特定源幾何結(jié)構(gòu)確定的數(shù)據(jù)?！皯{經(jīng)驗確定”可以包括實際上從源引出并測量帶電粒子和/或引出帶電粒子的計算機建模和模擬。用“源幾何結(jié)構(gòu)”意指例如發(fā)射體、引出裝置和抑制器之間的幾何關(guān)系，與發(fā)射體尖端的形狀相對。申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)簡單測量結(jié)果與源特性之間的關(guān)系隨著發(fā)射體尖端在操作期間改變形狀而保持恒定，從而允許針對源幾何結(jié)構(gòu)一次確定該關(guān)系，并且然后用來隨著發(fā)射體隨時間的變化而表征發(fā)射體。通常將所測量的參數(shù)與源特性之間的關(guān)系寫為包括取決于源幾何結(jié)構(gòu)的常數(shù)的等式。一旦已經(jīng)針對特定的源幾何結(jié)構(gòu)確定了該常數(shù)，其就不會隨著發(fā)射體隨時間改變形狀而改變。在一些實施例中，操作員根據(jù)電流-電壓測量的簡單集合來確定所有重要的發(fā)射體特性，在諸如SEM或TEM的電子聚焦系統(tǒng)中或在測試系統(tǒng)中就地獲得所述電流-電壓測量的簡單集合是相對容易的。根據(jù)本發(fā)明的實施例的確定源特性通常不要求精密的測量設備或發(fā)射體端部形狀的知識。在一些實施例中，可以通過用于發(fā)射體的所有實際形狀和尺寸的數(shù)值數(shù)據(jù)與實驗工作的組合來導出所述經(jīng)驗關(guān)系一根據(jù)不同的形狀/尺寸來確定發(fā)射特性的所有需要是場形因數(shù)P的準確值，其為發(fā)射體處的電場與引出電壓V的比值?？梢匀缦滤龅馗鶕?jù)電流-電壓(1-V)測量數(shù)據(jù)來獲得3。在下述實施例中，各種公式與數(shù)值生成的數(shù)據(jù)的組合允許一個人使用安裝在帶電粒子束系統(tǒng)中的源、使用容易地測量或可從容易地測量的數(shù)據(jù)導出的1-V數(shù)據(jù)來準確地確定諸如虛擬源尺寸、能量散度以及亮度的發(fā)射體特性。
就地源特性表示提供了用于操作員容易地確定電子源的操作條件的方式。這可以降低所有者的客戶成本和現(xiàn)場服務成本。例如，該信息可以用來確定將需要在什么時候替換源并在方便的時間制定維護計劃。本發(fā)明的實施例還可以用來評估新電子源和鏡筒設計，從而向設計師提供快速反饋并減少到新電子源和鏡筒的銷售的時間。另外，使用本發(fā)明的實施例確定的源特性可以用作用以調(diào)整鏡筒操作以使其壽命內(nèi)的性能最大化或制定維護計劃的反饋機制。例如，由于從源發(fā)射的電子的能量散度隨時間而變，所以可以改變電子鏡筒的聚焦透鏡以補償增加的色差，諸如通過減小焦距。如果能量散度被確定為已增加，則可以減小角度強度以進行補償，例如通過減小引出電壓，以減小斑點尺寸。在這種解決方案中使用的若干個等式在電子源領(lǐng)域中是眾所周知的，并且例如在L.ff.Swanson 和 G.A.Schwind 的 Handbook of Charged Particle Optics (CRC Press,Boca Raton Fl), J.0rloff ed., (2008)中已經(jīng)公布了計算本征虛擬源尺寸的概念。在一些實施例中，通過計算機建模來確定用于SE源的源參數(shù)，諸如虛擬源尺寸dv以及總能量分布TED。由于發(fā)射體頂點與周圍電極區(qū)域的維度比是大的，所以可以使用商用電荷密度邊界元法程序來評估源幾何結(jié)構(gòu)。此類方法允許描述表面的單元的密度顯著地改變，從而允許在發(fā)射體頂點處有比在遠的引出電極處更大的密度。除表面電荷密度之外，可以計算垂直于表面的電場F，這又將允許計算發(fā)射電子的軌跡以及TED和dv?？梢栽诎ê蜎]有包括相互的庫侖相互作用的情況下執(zhí)行這些計算。因此還可以計算IVJ=K2的比值，其中，I ’是每單位立體角的軸向電流(角度強度)且J是發(fā)射表面處的軸向電流密度，也稱為發(fā)射電流密度。以長度為單位的表達式K將包括發(fā)射體、抑制器以及引出裝置的整個源區(qū)的透鏡作用量化。此類邊界元法程序允許圖1的自上而下照片中所示的SE的三個主要平衡小平面形狀之間的區(qū)別。在某些情況下，將根據(jù)四側(cè)(110)平面是否與圓形的中心(100)平面相交來將階段0端部形狀分成階段0-a或0-b。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)場形因數(shù)P = F/Vext的軸向值(其中，F(xiàn)和Vext分別是所施加的場和引出電壓)隨著K從1350nm至3350nm變化而遵循關(guān)于K的冪定律依賴關(guān)系。前一關(guān)系無論發(fā)射體端部形狀如何都保持有效如在圖3中觀察到，并且允許實驗I’值到發(fā)射體表面處的J的準確轉(zhuǎn)換。
在圖4中針對在圖3中給出的相同發(fā)射體數(shù)據(jù)集并針對從0.25 mA/sr至1.0 mA/sr的I’值示出了用本征dv(int)(沒有庫侖相互作用)進行歸一化的軸向dv (具有庫侖相互作用)的計算值。獨立于階段端部形狀針對dv/dv(int)而觀察與J的線性關(guān)系。同樣地，在圖5中示出了包含用AE(int)值歸一化的電流(Ae)的50%的TED曲線的值。在這種情況下，示出了得到計算值支持的實驗值。可以以合理的準確度將該數(shù)據(jù)擬合到2階多項式一再次地，該關(guān)系既未被各種端部形狀階段改變也未被寬范圍的K值改變，該寬范圍的K值從IlOOnm至4500nm改變。有趣的是從圖4和5注意到在I ’ 0.5 mA/sr下,相互的庫侖相互作用在其本征值內(nèi)已使< 增加了 15%，而八1 值已增加50%。使用實驗I’ (Vext)數(shù)據(jù)連同圖3的0 (K)關(guān)系的另一計算機程序計算發(fā)射體功函數(shù)( 屮)和P值。利用K、t和F的值，任何人都能夠確定AE(int)和dv(int)，其連同圖4和5中的經(jīng)驗關(guān)系一起允許針對給定I’值計算具有相互的庫侖相互作用的更實際的 <和Ae值。另外，可以根據(jù)& = 41’/Jidv2Vext = 1.44J/JikT來確定減小的亮度(BJ，其中，k是玻耳茲曼常數(shù)且T是發(fā)射體的溫度。然而，應指出的是與Ae值相對比，dv具有對與發(fā)射體的距離的依賴關(guān)系，因此對于電子光學應用而言，在哪個平面中對其進行計算是有關(guān)系的。本申請人已經(jīng)采用這樣的慣例，即用于dv的測量平面定位于從發(fā)射體開始的下游3mm處。單獨地，本申請人已發(fā)現(xiàn)本身服從對本征減小的亮度B,(int)的簡單2階多項式依賴關(guān)系。圖9是示出了的依賴關(guān)系的圖，其中，Bjint) = 1.44J/jikT是不存在庫侖相互作用的情況下的減小的亮度。因此可以使用亮度與源尺寸之間的關(guān)系4 =41’ /(dv2Vext)來計算實際dv的確定。圖2A、2B以及2C是示出了用于確定場發(fā)射源的發(fā)射體特性的步驟的流程圖。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到該流程圖中的每一個都是在本文中描述的本發(fā)明的不同實施例。在下文的討論中，術(shù)語“本征”指的是未針對射束中的電子之間的庫侖相互作用而校正的參數(shù)。術(shù)語“已校正”指的是已經(jīng)針對庫侖相互作用而校正的參數(shù)。圖2A中的流程圖示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。在步驟200中，使用多個不同的引出電壓從源引出電子以確定引出電壓與角度強度(即每單位立體角的電流密度)之間的關(guān)系。例如通過使射束在到發(fā)射體的已知距離處通過已知孔徑并例如通過將射束指引到諸如法拉第杯的電極中來測量電流而確定角度強度。針對引出電壓對所測量的角度強度進行繪圖并通過將等式擬合到結(jié)果得到的曲線來確定關(guān)系。該曲線被稱為I’ (Vext)曲線，并且測量結(jié)果也不同地稱為I/V數(shù)據(jù)或1-V數(shù)據(jù)。如果使用抑制電極，則可以使抑制電極上的電壓隨著引出電壓改變而保持恒定，或者更優(yōu)選地，抑制電壓與引出電壓一致地改變，使得抑制電壓和引出電壓的比值在所有點處保持恒定。保持電壓比值恒定將保證從一次測量至下一次測量可保持K。可以在不將源從電子鏡筒移除的情況下執(zhí)行測量，或者可以使用諸如在Liu等人在 J.Vac.Sc1.Technol.B 28(6) pp.C6C26-33 (2010)中所著的“Field inducedshape and work function modification for the ZrO/ff (100) Schottky Cathode，，中描述的設備在電子束鏡筒外面執(zhí)行測量。如果在源“就地”在鏡筒中的情況下執(zhí)行測量，則技術(shù)人員將理解的是如果在鏡筒的底部處測量電流則可能需要改變一個或多個透鏡的透鏡強度以防止源與電流測量設備之間的鏡筒中的非故意電流損耗。某些電子顯微鏡具有在那里可以在鏡筒的上部中測量電流的位置。本發(fā)明的實施例提供了一種用以確定來自發(fā)射體的電子的發(fā)射能量散度Ae的方式。能量散度是用于表征發(fā)射體的重要參數(shù)，因為能量散度影響諸如電子顯微鏡的光學系統(tǒng)中的色差和斑點尺寸。能量散度的一個度量是FWHM，即在處于曲線的最大高度的一半處的峰值的任一側(cè)上的點之間的能量曲線的寬度。能量散度的優(yōu)選度量是FW50，即準確地包含總電流的一半的最窄能量間隔的寬度。優(yōu)選地使用電場而不是引出電壓以及電流密度J而不是角度強度來計算Ae。為了從I’(Vrait)數(shù)據(jù)導出Ae，因此在一些實施例中要求根據(jù)引出電壓來確定電場并根據(jù)角度強度來確定電流密度。如上所述，可以使用場形因數(shù)P來使引出電壓與電場相關(guān)。在步驟202中，將I’ (Vext)曲線輸入到程序中以確定發(fā)射體的附加特性。該程序根據(jù)I’ (Vext)曲線來確定場形因數(shù)@、功函數(shù)(中)以及1(。這些確定可以用下面更詳細地描述的多種方法來實現(xiàn)。在一些實施例中，可以根據(jù)如例如在L.W.Swanson等人在J.0rloff ed.,(2008)的 Handbook of Charged Particle Optics 中所述的 ln(I’)與 Vex/2 的關(guān)系的圖的斜率來確定場形因數(shù)。鋒利發(fā)射體將具有大的場形因數(shù)圓形發(fā)射體將具有較小的場形因數(shù)P。該場形因數(shù)0還受到影響電場的其他因素的影響，諸如發(fā)射體周圍的元件的配置，包括發(fā)射體與引出裝置之間的距離。一旦針對特定的源幾何結(jié)構(gòu)確定了場形因數(shù)對K的依賴關(guān)系P (K)，其就可以被用來獲得有用的發(fā)射參數(shù)，無論發(fā)射體形狀如何改變。先前已經(jīng)認為將要求具有不同常數(shù)的不同等式以隨著發(fā)射體通過圖1的已知發(fā)射體階段而使發(fā)射特性相關(guān)。這將需要確定用于每個發(fā)射體形狀的不同關(guān)系，并且然后確定發(fā)射體形狀以便確定將使用哪個關(guān)系來表征發(fā)射體。申請人意外地發(fā)現(xiàn)該關(guān)系相對獨立于發(fā)射體形狀。還可以使用將實驗數(shù)據(jù)擬合至從基本場原理導出的理論數(shù)據(jù)的曲線擬合例程來根據(jù)I’ (Vext)曲線計算場形因數(shù)。曲線擬合程序找到源處的電場，其產(chǎn)生用于測量的I’ (Vext)曲線的最佳匹配。用于確定用于特定源幾何結(jié)構(gòu)的P的一個優(yōu)選程序包括將如上所述的根據(jù)基本原理計算的J的值與實驗確定的J相比較，其中，對于K的假設值而言，J=I’/K2。然后改變在確定用于K、J和F中的每一個的假設值時所使用的0和功函數(shù)，直至針對實驗獲取的I’與Vrait數(shù)據(jù)集的關(guān)系中的所有點在實驗值與計算值之間實現(xiàn)一致為止。因此通過重復擬合近似來確定場形因數(shù)3?？梢愿鶕?jù)如上所述的電子軌跡模擬來確定K，并且可以確定作為K的函數(shù)的用于P的關(guān)系。使用這種方法，申請人導出了用于P (K)的以下等式:3 (K)=L 13X108 K_°_826，其中P以1/m為單位且K以nm為單位。針對特定源配置如上所述地導出常數(shù)1.13X IO8和-0.826，并且意外地發(fā)現(xiàn)P的計算對于不同條件的發(fā)射體而言是準確的。也就是說，一旦針對源幾何結(jié)構(gòu)或配置來確定，就會發(fā)現(xiàn)場形因數(shù)曲線甚至在隨著發(fā)射體隨時間而變且前進通過已知階段時都是準確的。基于在本文中所述的方法，技術(shù)人員將能夠計算用于不同源幾何結(jié)構(gòu)的常數(shù)，諸如不同的發(fā)射體-引出裝置距離。在一個技術(shù)中，例如，通過模擬來對不同引出電壓下的電子軌跡進行建模，并且然后確定對應于那些軌跡的電場?？梢愿鶕?jù)電子軌跡來確定K，而且可以根據(jù)模擬場與電壓的比值來確定0。針對不同的發(fā)射體形狀、針對不同的K和P重復這一點以提供曲線?？梢詫Χ?種發(fā)射體形狀進行建模以通過模擬電子的發(fā)射并計算電子軌跡且發(fā)現(xiàn)場來確定用于不同發(fā)射體形狀的K和P。比較K的不同值下的P產(chǎn)生作為在步驟202中使用的K的函數(shù)的P的關(guān)系。從而針對在圖2中所使用的等式確定不同的常數(shù)，并且然后可以將圖2的方法應用于不同的發(fā)射體配置。圖3示出了不同發(fā)射體階段的P與K的關(guān)系的圖表，每個點是用上述曲線擬合方法確定的。圖3示出了單個曲線擬合全部的三個不同發(fā)射體階段的點，S卩0獨立于發(fā)射體形狀。這示出不需要知道發(fā)射體的形狀以確定P并因此確定其他發(fā)射參數(shù)。圖3中的描述到散射(scatter)的最佳曲線擬合的等式確定在步驟220中所使用的上述等式的常數(shù)。圖3本身還可以用來在步驟202中確定P，雖然這不是確定P的優(yōu)選方法。在步驟204中，使用基本發(fā)射體等式來計算射束的本征能量散度△ E (int)，諸如在Bahm 等人在 J.Vac.Sc1.Technol.B 26(6) pp.2080-2084 (2008)中所著的 “Rangeof Validity of Field Emission Equations” 和 Modinos 的 Field Thermionic andSecondary Electron Emission Spectroscopy (Plenum Press, N.Y, 1984)中所描述的那些。還如上所述地根據(jù)P和功函數(shù)來計算電流密度J。
在步驟206中，計算能量散度校正因數(shù)Ae(B)。使用關(guān)系式Ae(B) =6.9X 10_n J￠-2 19 + 0.088來計算該因數(shù)，其是根據(jù)實驗能量分布寬度值與其所對應的本征能量散度值的比較所確定的。校正因數(shù)是唯一的非負數(shù)，其在與本征能量散度AE(int)正交組合時給出已校正的能量散度Ae。圖8示出了針對四個不同發(fā)射體配置作為以安培每平方米為單位的電流密度的函數(shù)的以電子伏特為單位的對總能量散度的Boersch貢獻Ae(B)的圖表。圖8中的圖示出了一定范圍的操作條件內(nèi)的用于許多發(fā)射體的能量散度校正因數(shù)對源電流密度J的線性依賴關(guān)系。每個曲線的斜率都是由比例常數(shù)設定的，該比例常數(shù)對場形因數(shù)P具有冪定律式依賴關(guān)系，即8.05X 10_n P _°_826。圖例中的解釋性值給出對應于特定源識別號的P值。在步驟208中，與能量散度校正因數(shù)正交地對本征能量散度求卷積以根據(jù)關(guān)系AE=(AE(int)L67 + Ae(B)1I1A67來提供已校正的能量散度。指數(shù)1.67是通過到實驗數(shù)據(jù)的最佳擬合確定的且獨立于發(fā)射體配置。在步驟210中，使用先前已描述的關(guān)系(int)=l.44 J/( n kT)來計算本征亮度Br(Int)0系數(shù)1.44是從點源的物理性質(zhì)導出的且獨立于發(fā)射體配置。在步驟212中，根據(jù)關(guān)系Br= -1.45 X IO^10 Br(int)2 + 0.792 Br(Int)來計算作為本征亮度的二次函數(shù)的已校正的亮度4。此二次表達式中的常數(shù)的選擇是通過到如圖9所示的已校正亮度與本征亮度的關(guān)系的圖的曲線擬合而確定的，圖9示出了沒有如通過粒子跟蹤模擬所確定的庫侖相互作用的情況下的減小的亮度4與本征BJint)的關(guān)系的圖表。圖9示出用于不同發(fā)射體階段的點沿著同一條線落下。此等式中的常數(shù)的特定值因此取決于引出配置的細節(jié)而不是尖端形狀或狀態(tài)。技術(shù)人員將認識到的是在不同引出配置的情況下可能要求對常數(shù)的調(diào)整，但是此類調(diào)整并不脫離本發(fā)明。 在步驟214中，用關(guān)系<=(4 K2 J / (JI BJext))1/2、根據(jù)已校正亮度來確定虛擬源尺寸dv?？梢杂糜糜谏鲜隽炼鹊亩x的代數(shù)運算來導出此關(guān)系。已知各種發(fā)射參數(shù)，包括減小的亮度、能量散度以及虛擬源尺寸，操作員可以在判定框220中判定是否要求任何動作。如果不要求動作，則操作員可以在通過重復來自框200的過程來檢查未來時間的發(fā)射質(zhì)量之前在框222中操作電子源達一段時間。如果操作員看到發(fā)射特性已經(jīng)改變或者其不是最佳的，則操作員可以在步驟224中采取行動。例如，操作員可以根據(jù)一個測量結(jié)果或根據(jù)一系列測量結(jié)果來確定源正在退化并制定替換計劃。示出隨時間改變的發(fā)射體特性的一系列測量結(jié)果可以提供發(fā)射體的剩余壽命的估計。在某些情況下，操作員可以基于發(fā)射體的條件來調(diào)整源和/或電子鏡筒的操作。操作員可以使在源的壽命內(nèi)在顯微鏡上的性能最大化。例如，在樣本處保持期望的斑點尺寸通常是期望的。如果能量散度已增加，則斑點尺寸將由于聚焦系統(tǒng)中的增加的色差效應而變得更大?？赏ㄟ^減小引出電壓，通過減小發(fā)射體的角度強度來減小斑點尺寸。改變鏡筒透鏡的焦距也將影響色差且可以用來在一定程度上補償增加的能量散度。如果圖2中的計算示出減小的亮度的下降，則可以通過增加引出電壓以在射束中提供附加電流來補償該減小。圖2B中的流程圖示出本發(fā)明的替換實施例。上文已描述了步驟200、202和204。在步驟230中，根據(jù)K、源溫度T以及引出電壓V來計算本征虛擬源尺寸。本征虛擬源尺寸與K之間的關(guān)系是已知的且已經(jīng)描述,例如上文所引用的Zfeflofeoo左of Charged ParticleOptics。一個實施例使用dv(int)=l.67(K) (kT/Vext)1/2形式的等式,其中，dv(int)是本征虛擬源尺寸，k是玻耳茲曼常數(shù)，并且如上所述，K是比值I’ /J的平方根，T是源的溫度，并且V6xt是引出電壓。在步驟232中，根據(jù)本征虛擬源尺寸來確定已校正的虛擬源尺寸。圖4示出了針對J繪制的dv/dv(int)的比值。圖4的數(shù)據(jù)點是通過軌跡建?；蜍壽E測量確定的。用< =(C2J2 + C1J + C0)dv(int)形式的等式來擬合該數(shù)據(jù)。通過將數(shù)據(jù)點擬合到曲線來確定常數(shù)“Q/’ZC/’和“C2” ;在一個源配置中，當以SI單位安培每平方米為單位來表示J時，發(fā)現(xiàn)其分別具有值0.97、9.3X10_1(I和一 3.4X10_19。由于用于不同發(fā)射體點的所有點落在同一曲線上，所以圖4再次示出 <和dv(int)之間的關(guān)系獨立于發(fā)射體的階段。在可選步驟234中，使用表達式I’=J (K)2，根據(jù)電流密度和K來計算角度強度。步驟234充當對先前計算的檢查。所計算的角度強度應與在步驟200中所測量的角度強度相同，優(yōu)選地在五個百分比內(nèi)且更優(yōu)選地在一個百分比內(nèi)。如果所計算的角度強度并未與來自步驟200的所測量的電流密度一致，則重復早先的曲線擬合步驟以更準確地確定場形因數(shù)。在步驟236中，根據(jù)AE(int)來計算發(fā)射體的已校正的能量散度AE。為了確定八￡和AE(int)的關(guān)系，在多種多樣的角度強度下測量Ae，并且針對那些角度強度來計算AE(int)。針對角度強度對八￡與AE(int)的比值進行繪制，并且將結(jié)果得到的曲線擬合到I’中的多項式方程。通過找到提供曲線到數(shù)據(jù)的最佳擬合的系數(shù)來確定多項式方程的系數(shù)。圖5示出了用于特定源配置的針對I’繪制的Ae /AE(int)的圖。發(fā)現(xiàn)用于圖5中的數(shù)據(jù)的最佳擬合多項式函數(shù)是Ae =(0.37I’2 + 1.16I’+1.06) AE(int)。申請人意外地發(fā)現(xiàn)該系數(shù)針對特定的源幾何結(jié)構(gòu)保持相對恒定，即使隨著發(fā)射體條件隨時間推移或隨不同的發(fā)射體而變。也就是說，八￡和AE(int)之間的關(guān)系與發(fā)射體的階段無關(guān)。因此該關(guān)系保持有效，并且提供關(guān)于發(fā)射體的 整個使用壽命內(nèi)的能量散度的信息。某些用戶優(yōu)選使用被定義為電流除以歸一化發(fā)射率的減小的亮度來表征源發(fā)射。在步驟238中，使用關(guān)系B,=4I’ /(Jidv2Vext)來計算減小的亮度，其包括先前在步驟232中針對dv計算的值。步驟220、222以及224與上文相對于圖2A所述的那些相同。圖2C中的流程圖示出了本發(fā)明的替換實施例。上文已描述了步驟200、202、204和230。在步驟240中，使用涉及所計算的電流密度J和所計算的場形因數(shù)P的三階多項式方程(即 dv(tra) = ( 3 X IO-27J3 + 1X10_17J2 + IXKT8J + 0.4) / 3 )來計算用于由于軌跡位移而引起的虛擬源尺寸的增長的校正因數(shù)(1力1^)。圖10示出了對于圖9中所示的相同發(fā)射體針對以安培每平方米為單位的電流密度繪制的軌跡位移乘以0的乘積。圖9中的實心黑色曲線示出了三階多項式等式，其很好地類似于散射?？纱_定針對特定源幾何結(jié)構(gòu)中的所有發(fā)射體獲得的關(guān)系dv(tra) = (3X IO-27J3 + I X KT17J2 + 1X10, + 0.4)/3，無論發(fā)射體階段或操作條件如何。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到將需要對此關(guān)系的略微修改以便將其適用性擴展至其他源幾何結(jié)構(gòu)。在步驟242中，使用dv=(dv(int)2 + dv(tra)2)1/2 (即通過對虛擬源尺寸的本征和軌跡位移貢獻的正交疊加)來計算已校正的虛擬源尺寸。先前已描述了步驟206、208、236以及之后。
如上所述，在圖2A - 2C的步驟中的計算中所使用的常數(shù)對于特定源幾何結(jié)構(gòu)有效。該常數(shù)是根據(jù)源幾何結(jié)構(gòu)確定的，諸如發(fā)射體至引出裝置距離、發(fā)射體在抑制器帽上的突出以及孔徑的位置。圖2A — 2C的步驟使用實驗數(shù)據(jù)和建模數(shù)據(jù)的組合來創(chuàng)建臨界擬合，并且該步驟適用于發(fā)射體的幾乎任何形狀和尺寸。根據(jù)場形因數(shù)，任何人可以確定所有臨界參數(shù)。不需要確定或知道發(fā)射體的微觀幾何結(jié)構(gòu)。源或射束的許多特性可以以不同的方式來定義，并且本發(fā)明不限于任何特定定義。例如，雖然本示例使用FW50作為發(fā)射能量散度的測量，但還可以使用其他測量，諸如高斯能量分布的指定數(shù)目的標準偏差或落到最大值的1/2的能量分布曲線的寬度(FWHM)。所使用的亮度參數(shù)可以是被定義為電流除以歸一化發(fā)射率的減小的亮度，或者本實施例可以使用其他亮度測量定義。圖6概括了本發(fā)明的實施例。在框602中，確定可從用于特定源幾何結(jié)構(gòu)的容易地測量的值導出的源特性和參數(shù)之間的關(guān)系。這可能需要例如在框604中確定場形因數(shù)3和K之間的關(guān)系、在框606中確定dv/dv (int)與J之間的關(guān)系以及在框608中確定場Ae /AE(int)與I’之間的關(guān)系。如上文所述和在圖3 - 5中所示，可以通過對根據(jù)實驗、模擬以及基本發(fā)射體理論確定的值進行繪圖來確定這些關(guān)系。一旦針對特定源配置確定了這些關(guān)系，就可以被操作員用來在框610中根據(jù)所測量的數(shù)據(jù)來確定源的特性。在框612中，從具有與框602中的源相同的幾何結(jié)構(gòu)的源獲得可容易測量的值。例如，可以在不同的引出電壓下測量角度強度。在框614中，從所測量的值導出諸如P、K和tP的參數(shù)。在框616中，使用來自框602的關(guān)系、來自框612的測量結(jié)果以及來自框614的參數(shù)來確定源特性。在步驟620中，操作員可以基于所確定的源特性來采取行動，諸如使鏡筒最優(yōu)化、替換源或制定維護計劃。圖7示出了在真空室706內(nèi)結(jié)合了場發(fā)射電子源704的電子束系統(tǒng)702 (諸如掃描電子顯微鏡)的框圖。電子束系統(tǒng)702還包括可插入角度強度測量設備708、電子鏡筒710、二次粒子檢測器712以及鏡臺716上的樣品714。角度強度測量設備708通常包括孔徑720和法拉第杯722，但還可以使用其他配置。測量設備708被插入電子束的路徑中以便表征源的發(fā)射或從路徑移除該測量設備708以用于正常的電子束操作。插入和移除可以是手動或自動的?？刂破?26自動、通過操作員指令或通過兩者的組合來控制系統(tǒng)702中的某些或所有部件?？梢栽诓皇褂每刂破?26的情況下手動地執(zhí)行某些方法步驟。例如，如果在步驟220中確定要求任何動作，則控制器726可以執(zhí)行動作或警告操作員執(zhí)行操作?？刂破?26通常執(zhí)行圖2中的計算步驟?？刂破?26通常包括處理器728 (諸如微處理器、微控制器或可編程邏輯陣列)以及存儲計算機可讀指令和數(shù)據(jù)的存儲器730。在本文中所使用控制器726可以包括多個設備，諸如嵌入系統(tǒng)702中的處理器和個人計算機，并且可以在任一者或兩者上執(zhí)行上文所述的步驟。本發(fā)明的實施例還可以包括存儲用于執(zhí)行圖2的指令中的一個或多個的計算機可讀介質(zhì)。在正常操作中，通過控制器726或手動地使電子束指向樣品714，并且使用由檢測器712所檢測的二次粒子在顯示器722上顯示工件的圖像。以示例的方式提供電子束系統(tǒng)702，并且根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)在其應用方面不限于所示的配置。相當令人驚訝的是，作者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用本征減小的亮度的二次函數(shù)可很好地表征用于發(fā)射體的減小的亮度，無論發(fā)射體階段或操作條件如何。圖9示出了作為本征減小的亮度的函數(shù)繪制的用于所有端部形狀階段的許多發(fā)射體的減小亮度的散射圖。已經(jīng)獲得了與二階多項式定律的優(yōu)良一致性。圖10示出了作為發(fā)射體電流密度的函數(shù)繪制的0乘以對虛擬源尺寸的軌跡位移
-Tj.士 [>貝獻。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，一種確定場電子源的發(fā)射特性的方法包括；使用不同的引出電壓連續(xù)地從場電子源引出電子，在多個引出電壓下測量電子電流以確定角度強度I’與引出電壓之間的關(guān)系，根據(jù)該關(guān)系和射束幾何結(jié)構(gòu)來確定功函數(shù)和對應于發(fā)射表面處的所施加的電場與引出電壓的比值的場形因數(shù)P，根據(jù)角度強度和射束幾何結(jié)構(gòu)來確定發(fā)射電流密度J，J是在發(fā)射體表面位置處定義的，根據(jù)場形因數(shù)、引出電壓、功函數(shù)以及源溫度來確定本征發(fā)射能量散度，根據(jù)射束幾何結(jié)構(gòu)、源溫度以及引出電壓來確定本征虛擬源尺寸dv(int)，根據(jù)本征發(fā)射能量散度和角度強度來確定已校正的發(fā)射能量散度，根據(jù)發(fā)射電流密度來確定已校正的虛擬源尺寸dv，以及根據(jù)角度強度、已校正的虛擬源尺寸以及引出電壓來確定射束亮度。在一些實施例中，確定射束亮度包括確定減小的射束亮度。另外，在一些實施例中，在多個引出電壓下測量電子電流以便確定角度強度I’與引出電壓之間的關(guān)系包括指引電子束通過具有已知直徑的孔徑并進入法拉第杯。在一些實施例中，確定作為A乘以Kb的形式的函數(shù)的場形因數(shù)P，其中，K是比值I’ /J的平方根且A和B是由源配置確定的，并且相對獨立于發(fā)射體條件。在一些實施例中，確定已校正的虛擬源尺寸dv包括將已校正的虛擬源尺寸 <確定為(DJ + I)乘以本征虛擬源尺寸dv(int)形式的函數(shù)，其中，D是常數(shù)且J是發(fā)射電流密度，dv(int)是用公知的表達式CK (kT/Vext)1/2找到的，其中，C是常數(shù)，K是比值I’ /J的平方根，k是玻爾茲曼常數(shù)，T是發(fā)射體的溫度，并且Vrart是引出電壓。在一些實施例中，確定已校正的虛擬源尺寸dv包括將已校正的虛擬源尺寸 <確定為dv=(dv(int)2 + dv(tra)2)1/2形式的函數(shù)，其中，dv(int)是本征虛擬源尺寸且dv(tra)是針對由于射束中的庫侖相互作用而引起的軌跡缺陷進行校正的虛擬源尺寸加寬項，dv(tra)是場形因數(shù)P和發(fā)射電流密度的函數(shù)。在一些實施例中，確定場電子源的發(fā)射特性的方法還包括將角度強度計算為電流密度乘以K的平方并將所計算的角度強度與所測量的角度強度相比較。另外，在一些實施例中，確定場電子源的發(fā)射特性的方法還包括如果所計算的角度強度與所測量的角度強度相差多于5%，則重新計算場形因數(shù)。在一些實施例中，確定場電子源的發(fā)射特性的方法還包括基于源發(fā)射特性來調(diào)整聚焦鏡筒的光學元件。另外在一些實施例中，調(diào)整光學元件包括調(diào)整引出電壓、抑制電壓或發(fā)射體溫度。在一些實施例中，確定場電子源的發(fā)射特性的方法還包括基于所計算的發(fā)射能量散度、所計算的亮度或?qū)С龅奶摂M源尺寸將發(fā)射體從設備(service)中移除。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，根據(jù)射束性質(zhì)的測量結(jié)果來確定在電子束系統(tǒng)中使用場發(fā)射的電子源的特性的方法包括改變施加于場發(fā)射電子源的引出電壓并測量不同引出電壓下的發(fā)射的一個或多個特性，確定引出電壓與測量特性中的一個或多個之間的關(guān)系，根據(jù)該關(guān)系來計算對應于所施加的電場與引出電壓的比值的場形因數(shù)P，該計算包括AKx形式的表達式，其中，A和X是源幾何結(jié)構(gòu)的函數(shù)且獨立于發(fā)射體尖端條件，以及根據(jù)該場形因數(shù)來確定源的至少一個附加導出的特性。在一些實施例中，確定場電子源的發(fā)射特性的方法還包括響應于源的附加導出特性中的一個的值來改變電子束系統(tǒng)以保持電子束系統(tǒng)的期望操作特性。在一些實施例中，針對射束內(nèi)的庫侖相互作用校正所述至少一個附加導出特性。另外在一些實施例中，根據(jù)場形因數(shù)來確定至少一個附加導出特性包括確定射束亮度、虛擬源尺寸或發(fā)射能量散度。在一些實施例中，確定引出電壓與測量特性中的一個或多個之間的關(guān)系包括確定角度強度與引出電壓之間的關(guān)系。另外，在一些實施例中，根據(jù)場形因數(shù)來確定源的至少一個附加導出特性包括使用關(guān)系式來確定本征虛擬源尺寸dv(int)，所述關(guān)系式包括作為源幾何結(jié)構(gòu)的函數(shù)且獨立于發(fā)射體條件的因數(shù)。在一些實施例中，確定引出電壓與測量特性之間的關(guān)系還包括根據(jù)本征虛擬源尺寸和發(fā)射電流密度乘以作為源幾何結(jié)構(gòu)的函數(shù)且獨立于發(fā)射體條件的第二因數(shù)來確定針對庫侖相互作用進行校正的虛擬源尺寸。在一些實施例中，根據(jù)場形因數(shù)來確定至少一個附加導出特性包括確定發(fā)射能量散度。另外，在一些實施例中，確定發(fā)射能量散度包括根據(jù)未校正的發(fā)射能量散度和包括角度強度乘以作為源幾何結(jié)構(gòu)的函數(shù)且獨立于發(fā)射體條件的因數(shù)的校正因數(shù)來確定針對庫侖相互作用進行校正的發(fā)射能量散度。在一些實施例中，校正因數(shù)包括I’的冪級數(shù)，并且該冪級數(shù)的系數(shù)是源幾何結(jié)構(gòu)的函數(shù)且獨立于發(fā)射體條件。在一些實施例中，確定發(fā)射能量散度包括根據(jù)未校正的發(fā)射能量散度和包括發(fā)射電流密度與場形因數(shù)的冪的乘積的校正因數(shù)來確定針對庫侖相互作用進行校正的發(fā)射能
量散度。在一些實施例中，根據(jù)場形因數(shù)來確定至少一個附加導出特性包括根據(jù)角度強度、虛擬源尺寸以及引出電壓或根據(jù)溫度和發(fā)射電流密度來確定減小的射束亮度。另外，在一些實施例中，確定減小的射束亮度包括確定針對庫侖相互作用進行校正的減小的射束亮度。在一些實施例中，已校正的減小的射束亮度是未校正的減小的射束亮度的多項式展開。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，一種電子束設備包括場發(fā)射源、用于確定電極射束的角度強度的測量設備以及處理器，該處理器用于確定與在發(fā)射表面處施加的電場和引出電壓的比值相對應的場形因數(shù)@、根據(jù)該場形因數(shù)、引出電壓、功函數(shù)以及源溫度來確定本征發(fā)射能量散度、根據(jù)射束幾何結(jié)構(gòu)、源溫度以及引出電壓來確定本征虛擬源尺寸dv(int)、根據(jù)本征發(fā)射能量散度和角度強度來確定已校正的發(fā)射能量散度、根據(jù)電流密度來確定已校正的虛擬源尺寸dv以及根據(jù)角度強度、已校正的虛擬源尺寸和引出電壓來確定射束亮度。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，一種計算機可讀介質(zhì)包括存儲的計算機指令，其用于確定與在發(fā)射表面處施加的電場與引出電壓的比值相對應的場形因數(shù)P、確定與角度強度與發(fā)射表面處的電流密度的比值相對應的源區(qū)透鏡因數(shù)、根據(jù)場形因數(shù)、引出電壓、功函數(shù)以及源溫度來確定本征發(fā)射能量散度、根據(jù)源區(qū)透鏡因數(shù)、源溫度以及引出電壓來確定本征虛擬源尺寸dv(int)、根據(jù)本征能量散度和角度強度來確定已校正的發(fā)射能量散度、根據(jù)電流密度來確定已校正的虛擬源尺寸dv、以及根據(jù)角度強度、已校正的虛擬源尺寸和引出電壓來確定射束亮度。應認識到的是可以經(jīng)由計算機硬件或軟件或兩者的組合來實現(xiàn)本發(fā)明的實施例。可以使用標準編程技術(shù)在計算機程序中實現(xiàn)該方法一包括配置有計算機程序的計算機可讀存儲介質(zhì)，其中，這樣配置的存儲介質(zhì)促使計算機以特定和預定義方式一根據(jù)在本說明書中所述的方法和圖進行操作?？梢杂酶呒壋绦蚧蛎嫦?qū)ο缶幊陶Z言來實現(xiàn)每個程序以與計算機系統(tǒng)通信。然而，如果需要，可以用匯編或機器語言來實現(xiàn)程序。在任何情況下，該語言可以是編譯或解釋語言。此外，該程序可以在為了該目的而編程的專用集成電路上運行。此外，可以在任何類型的計算平臺中實現(xiàn)方法，所述計算平臺包括但不限于個人計算機、微型計算機、主機、工作站、聯(lián)網(wǎng)或分布式計算環(huán)境、單獨的、與帶電粒子工具或其他成像設備、傳感器等成一整體或通信的計算機平臺。可以以存儲在存儲介質(zhì)或器件上的存儲器中的機器可讀代碼來實現(xiàn)本發(fā)明的方面，所述存儲介質(zhì)或器件是可移動的或與計算平臺(諸如硬盤、光學讀和/或?qū)懘鎯橘|(zhì)、RAM、ROM等)成一整體，使得其可被可編程計算機讀取，以便在存儲介質(zhì)或器件被計算機讀取時配置且操作計算機以執(zhí)行本文所述的程序。此外，可以通過有線或無線網(wǎng)絡來傳輸機器可讀代碼或其部分。當這些以及其他各種類型的計算機可讀存儲介質(zhì)包含用于與微處理器或其他數(shù)據(jù)處理器相結(jié)合地實現(xiàn)上文所述的步驟的指令或程序時，本文所述的發(fā)明包括此類介質(zhì)。當計算機本身被根據(jù)本文所述的方法和技術(shù)進行編程時，本發(fā)明也包括計算機本身?？梢詫⒂嬎銠C程序應用于輸入數(shù)據(jù)以執(zhí)行本文所述的功能并從而對輸入數(shù)據(jù)進行變換以生成輸出數(shù)據(jù)。該輸出信息被應用于諸如像差校正器之類的一個或多個輸出設備或顯示監(jiān)視器。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，經(jīng)變換的數(shù)據(jù)表示物理和有形對象，并且實施例可以在顯示器上產(chǎn)生物理和有形對象的特定直觀描述。本發(fā)明的優(yōu)選實施例可以利用粒子束設備、能量束設備或使用物理探針尖端以便對樣本進行成像的設備。用來對樣本進行成像的此類射束或物理探針固有地與樣本相交互，導致某種程度的物理變換。此外，遍及本說明書，利用諸如“計算”、“確定”、“測量”、“生成”、“檢測”、“形成”、“重置”、“讀取”、“減去”、“檢測”、“比較”、“獲取”、“映射”、“記錄”、“變換”、“改變”等術(shù)語的討論還參考計算機系統(tǒng)、傳感器或類似電子設備的動作和過程，其在計算機系統(tǒng)內(nèi)操縱被表示為物理量的數(shù)據(jù)并將其變換成在計算機系統(tǒng)或其他信息存儲、傳輸或顯示設備內(nèi)被類似地表示為物理量的其他數(shù)據(jù)。本發(fā)明具有廣泛的適用性，并且可以提供如在以上示例中所述和所示的許多益處。實施例將根據(jù)特定應用而大大地改變，并且并不是每個實施例都將提供本發(fā)明可實現(xiàn)的所有益處且達到所有目標。適合于執(zhí)行本發(fā)明的一些實施例的粒子束系統(tǒng)可從例如本申請的受讓人、FEI公司購買到。此外，每當在本文中使用術(shù)語“自動”、“自動化”或類似術(shù)語時，應將那些術(shù)語理解成包括自動或自動化過程或步驟的手動初始化。在以下討論中和權(quán)利要求中，以開放式方式來使用術(shù)語“包括”和“包含”，并且因此應將其解釋成意指“包括但不限于...”。在本說明書中未特別地定義任何術(shù)語的程度上，意圖是將對該術(shù)語給予其簡單且普通的意義。附圖意圖幫助理解本發(fā)明，并且除非另外指明，否則不按比例描繪。雖然已經(jīng)詳細地描述了本發(fā)明及其優(yōu)點，但應理解的是在不脫離由所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的范圍的情況下，可以在本文中進行各種修改、替換以及變更。并不是在每個實施例中都計算源的所有參數(shù)和特性。不同的實施例可以測量不同的測量參數(shù)并計算不同的導出參數(shù)。本發(fā)明可以適用于場發(fā)射離子源以及電子源。此外，本申請的范圍并不意圖局限于在本說明書中描述的過程、機器、制品、物質(zhì)組成、裝置、方法和步驟的特定實施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的公開將認識到的是根據(jù)本發(fā)明，可以利用目前存在或稍后將開發(fā)的過程、機器、制品、物質(zhì)組成、裝置、方法或步驟，其可以執(zhí)行與本文所述的相應實施例基本上相同的功能或?qū)崿F(xiàn)基本上相同的結(jié)果。因此，所附權(quán)利要求意圖在其范圍內(nèi)包括此類過程、機器、制品、物質(zhì)組成、裝置、方法或步驟。
權(quán)利要求
1.一種確定場電子源的發(fā)射特性的方法，包括: 使用不同的引出電壓連續(xù)地從所述場電子源引出電子； 在多個引出電壓下測量電子電流以確定角度強度I’與引出電壓之間的關(guān)系； 根據(jù)所述關(guān)系和射束幾何結(jié)構(gòu)來確定功函數(shù)以及與在發(fā)射表面處施加的電場與引出電壓的比值相對應的場形因數(shù)e; 根據(jù)所述角度強度和射束幾何結(jié)構(gòu)來確定發(fā)射電流密度J，J是在發(fā)射體表面位置處定義的； 根據(jù)場形因數(shù)、引出電壓、功函數(shù)以及源溫度來確定本征發(fā)射能量散度； 根據(jù)射束幾何結(jié)構(gòu)、源溫度以及引出電壓來確定本征虛擬源尺寸dv(int)； 根據(jù)本征發(fā)射能量散度和角度強度來確定已校正的發(fā)射能量散度； 根據(jù)發(fā)射電流密度來確定已校正的虛擬源尺寸dv ;以及 根據(jù)角度強度、已校正的虛擬源尺寸以及引出電壓來確定射束亮度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，確定射束亮度包括確定減小的射束亮度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的方法，其中，在多個引出電壓下測量電子電流以便確定角度強度I’與引出電壓之間的關(guān)系包括指引電子束通過具有已知直徑的孔徑并進入法拉第杯。
4.根據(jù)前述權(quán) 利要求中的任一項的方法，其中，場形因數(shù)P被確定為A乘以Kb的形式的函數(shù)，其中，K是比值I’/J的平方根，A和B是由源配置確定的且相對獨立于發(fā)射體條件。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項的方法，其中，確定已校正的虛擬源尺寸<包括將已校正的虛擬源尺寸dv確定為(DJ + I)乘以本征虛擬源尺寸dv(int)形式的函數(shù)，其中，D是常數(shù)且J是發(fā)射電流密度，dv(int)是通過公知的表達式CK (MVVrait)"2找到的，其中，C是常數(shù)，K是比值I’ /J的平方根，k是玻爾茲曼常數(shù)，T是發(fā)射體的溫度，并且Vext是引出電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1一 4中的任一項的方法，其中，確定已校正的虛擬源尺寸dv包括將已校正的虛擬源尺寸dv確定為dv=(dv(int)2 + dv(tra)2)1/2形式的函數(shù)，其中，dv(int)是本征虛擬源尺寸且dv(tra)是針對由于射束中的庫侖相互作用而引起的軌跡缺陷進行校正的虛擬源尺寸加寬項，dv(tra)是場形因數(shù)P和發(fā)射電流密度的函數(shù)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項的方法，還包括將角度強度計算為電流密度乘以K的平方并將所計算的角度強度與所測量的角度強度相比較。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，還包括如果所計算的角度強度與所測量的角度強度相差多于5%，則重新計算場形因數(shù)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項的方法，還包括基于源發(fā)射特性來調(diào)整聚焦鏡筒的光學元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中，調(diào)整光學元件包括調(diào)整引出電壓、抑制電壓或發(fā)射體溫度。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項的方法，還包括基于所計算的發(fā)射能量散度、所計算的亮度或?qū)С龅奶摂M源尺寸將發(fā)射體從設備中移除。
12.一種根據(jù)射束性質(zhì)的測量結(jié)果來確定在電子束系統(tǒng)中使用場發(fā)射的電子源的特性的方法，包括:改變施加于所述場發(fā)射電子源的引出電壓并在不同引出電壓下測量發(fā)射的一個或多個特性； 確定引出電壓與測量特性中的一個或多個之間的關(guān)系； 根據(jù)該關(guān)系來計算與所施加的電壓和引出電壓的比值相對應的場形因數(shù)0，該計算包括AKx形式的表達式，其中，A和X是源幾何結(jié)構(gòu)的函數(shù)且獨立于發(fā)射體尖端條件；以及 根據(jù)所述場形因數(shù)來確定源的至少一個附加導出特性。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，還包括響應于源的所述附加導出特性中的一個的值來改變電子束系統(tǒng)以保持所述電子束系統(tǒng)的期望操作特性。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或權(quán)利要求13的方法，其中，針對射束內(nèi)的庫侖相互作用對所述至少一個附加導出特性進行校正。
15.根據(jù)權(quán)利要求12- 14中的任一項的方法，其中，根據(jù)場形因數(shù)來確定至少一個附加導出特性包括確定射束亮度、虛擬源尺寸或發(fā)射能量散度。
16.根據(jù)權(quán)利要求12- 15中的任一項的方法，其中，確定引出電壓與測量特性中的一個或多個之間的關(guān)系包括確定角度強度與引出電壓之間的關(guān)系。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中，根據(jù)場形因數(shù)來確定源的至少一個附加導出特性包括使用包括作為源幾何結(jié)構(gòu)的函數(shù)且獨立于發(fā)射體條件的因數(shù)的關(guān)系式來確定本征虛擬源尺寸dv(int)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，還包括根據(jù)本征虛擬源尺寸和發(fā)射電流密度乘以作為源幾何結(jié)構(gòu)的函數(shù)且獨立于發(fā)射體條件的第二因數(shù)來確定針對庫侖相互作用進行校正的虛擬源尺寸。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中，根據(jù)場形因數(shù)來確定至少一個附加導出特性包括確定發(fā)射能量散度。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中，確定發(fā)射能量散度包括根據(jù)未校正的發(fā)射能量散度和包括角度強度乘以作為源幾何結(jié)構(gòu)的函數(shù)且獨立于發(fā)射體條件的因數(shù)的校正因數(shù)來確定針對庫侖相互作用進行校正的發(fā)射能量散度。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中，所述校正因數(shù)包括I’的冪級數(shù)，并且該冪級數(shù)的系數(shù)是源幾何結(jié)構(gòu)的函數(shù)且獨立于發(fā)射體條件。
22.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中，確定發(fā)射能量散度包括根據(jù)未校正的發(fā)射能量散度和包括發(fā)射電流密度與場形因數(shù)的冪的乘積的校正因數(shù)來確定針對庫侖相互作用進行校正的發(fā)射能量散度。
23.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中，根據(jù)場形因數(shù)來確定至少一個附加導出特性包括根據(jù)角度強度、虛擬源尺寸以及引出電壓或根據(jù)溫度和發(fā)射電流密度來確定減小的射束亮度。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中，確定減小的射束亮度包括確定針對庫侖相互作用進行校正的減小的射束亮度。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中，其中已校正的減小的射束亮度是未校正的減小的射束亮度的多項式展開。
26.—種電子束設備,包括: 場發(fā)射電子源；測量設備，其用于確定電極射束的角度強度；以及處理器，其用于: 確定與在發(fā)射表面處施加的電場與引出電壓的比值相對應的場形因數(shù)e ; 根據(jù)所述場形因數(shù)、引出電壓、功函數(shù)以及源溫度來確定本征發(fā)射能量散度； 根據(jù)所述射束幾何結(jié)構(gòu)、源溫度以及引出電壓來確定本征虛擬源尺寸dv(int)； 根據(jù)所述本征發(fā)射能量散度和角度強度來確定已校正的發(fā)射能量散度； 根據(jù)電流密度來確定已校正的虛擬源尺寸dv;以及 根據(jù)所述角度強度、已校正的虛擬源尺寸以及引出電壓來確定射束亮度。
27.一種包括存儲的計算機指令的計算機可讀介質(zhì)，該計算機指令用于:確定與在發(fā)射表面處施加的電場與引出電壓的比值相對應的場形因數(shù)3 ；確定與角度強度和發(fā)射表面處的電流密度的比值相對應的源區(qū)透鏡因數(shù)；根據(jù)所述場形因數(shù)、引出電壓、功函數(shù)以及源溫度來確定本征發(fā)射能量散度；根據(jù)所述源區(qū)透鏡因數(shù)、源溫度以及引出電壓來確定本征虛擬源尺寸dv(int)；根據(jù)所述本征能量散度和角度強度來確定已校正的發(fā)射能量散度；根據(jù)電流密度來確定已校正的虛擬源尺寸dv ;以及根據(jù)所述角度強度、 已校正的虛擬源尺寸以及引出電壓來確定射束亮度。
全文摘要
本發(fā)明涉及來自場發(fā)射源的發(fā)射參數(shù)的確定。通過電流如何隨引出電壓而變的測量可以確定發(fā)射體的狀態(tài)。由在不同條件下發(fā)射的帶電粒子的一系列相對簡單的測量結(jié)果來確定場形因數(shù)β函數(shù)。然后可以使用該場形因數(shù)來確定發(fā)射的導出特性，在現(xiàn)有技術(shù)中是難以在不將源從聚焦鏡筒移除并將其安裝在專用設備中的情況下確定它們的。該關(guān)系式是由源配置確定的且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)其獨立于發(fā)射體形狀，并且因此可以隨著發(fā)射體形狀隨時間推移而變來確定發(fā)射特性，而不必確定發(fā)射體形狀且不必重新定義場形因數(shù)與所述一系列相對簡單測量結(jié)果之間的關(guān)系式以及場形因數(shù)與其他發(fā)射參數(shù)之間的關(guān)系。
文檔編號H01J9/44GK103198990SQ20131000572
公開日2013年7月10日 申請日期2013年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者L.W.斯萬森, G.A.施溫德, S.克羅格, 劉坤 申請人:Fei 公司