随着半导体技术的发展,集成电路的制造工艺和技术水平不断提高,晶圆制造加工过程中引入的缺陷对芯片造成的影响也越来越严重,因此晶圆缺陷检测在整个半导体工艺流程中至关重要。按检测设备的发射源来分,缺陷检测可以分为光学检测和电子束检测。虽然电子束检测相比光学检测方法具有分辨率高、景深大、检测灵敏度高等优点,但由于常规电子束检测设备采用的是单电子束结构,其具有检测速度缓慢、吞吐量低下的问题,因此目前电子束检测难以用于大批量的集成电路芯片的缺陷检测工作中。为了提升电子束检测效率,可以实现高通量并行电子束检测的多电子束系统被提出,并受到越来越多的关注。在四种主流的多电子束系统的设计结构中,多电子源结构很难获得性能一致的大量电子源,而单源单光柱结构虽然制造工艺相对简单但像差严重。因此解决了上述问题的单源多光柱结构成为了较为理想的多电子束系统实现方向。本文以单源多光柱结构为基础,设计了一种用于高通量电子束检测的微透镜阵列系统。本系统是多电子束检测设备的核心结构,可利用系统内设计的子束成型板将电子源产生的单一高能电子束分成大量并行电子束。在所设计的静电透镜和扫描偏转电极等结构的作用下,这些电子束最终在成像平面上成为并行的纳米级电子束扫描探针。本文使用COMSOL Multiphysics仿真软件对系统的各个模块和整体结构进行建模和仿真分析,在电子光学结构和参数设计过程中还使用了SIMION仿真软件进行了交叉验证。论文主要研究内容与研究结果如下:1.微透镜阵列的系统设计。基于扫描电镜、常规电子束检测设备和单源多光柱多电子束系统的结构和参数,本文设计了微透镜阵列系统的整体结构,对系统输入和输出提出了设计约束性指标。系统具体包括两层子束成型板、聚焦透镜、限束板、扫描电极和投影透镜。经过准直的高能电子束会在子束成型板的作用下分束、成型,经过分束的电子束在静电透镜和扫描电极的作用后,可在像平面实现纳米级扫描探针。理想情况下,系统可实现多达1万个微光柱和49万个电子束扫描探针。2.微透镜阵列系统的具体模块设计与仿真。针对微透镜阵列系统的整体结构,本文对其中聚焦透镜和投影透镜组成的双透镜系统、子束成型板、以及扫描电极分别进行了具体的结构和参数设计。设计过程中考虑到了制造工艺和模块散热的情况。最终以整体系统中单个微光柱为例,对微透镜阵列进行了联合仿真分析。系统可实现133倍的缩束倍率、成像束斑大小在18.4nm左右、系统景深在4μm左右、像点扫描范围在±2.34μm左右,以上输出参数实现了系统的设计约束指标。又在条件允许范围内对多个微光柱进行仿真,结果也满足设计约束指标。3.系统误差分析。本文以单光柱联合仿真模型为基础,参照系统结构和实际工艺流程,对微透镜阵列系统使用和制造过程中可能出现的电子束入射误差和系统结构误差进行了仿真与分析,具体包括电子倾角、散角、加工形位误差和装配误差。本文对以上误差进行参数化扫描,得到了系统可忍受的最大误差参数,为后续的设备制造和装配提供理论参考。