CN110313047B - 带电粒子束系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带电粒子束系统，该带电粒子束系统包括：带电粒子源，该带电粒子源被配置用于生成第一带电粒子束；多束生成器，该多束生成器被配置用于从进入的第一带电粒子束生成多个带电粒子小束，其中，该多个带电粒子小束中的每个单独小束与该多个带电粒子小束中的其他小束在空间上分离开；物镜，该物镜被配置用于以如下方式将进入的带电粒子小束聚焦在第一平面中：该多个带电粒子小束中的第一单独小束撞击在该第一平面中的第一区域与该多个带电粒子小束中的第二单独小束撞击在该第一平面中的第二区域在空间上分离开；投射系统以及包括多个单独检测器的检测器系统，其中，该投射系统被配置用于将由于撞击的带电粒子而离开该第一平面内的第一区域的交互产物成像到该多个单独检测器中的第一检测器上，并且将由于撞击的带电粒子而离开该第一平面内的第二区域的交互产物成像到该多个单独检测器中的第二检测器上。在该带电粒子束系统中，该投射系统包括提供低频调整的第一子部件以及提供高频调整的第二子部件。

Description

带电粒子束系统和方法

技术领域

本发明涉及带电粒子束系统和方法。更具体地，本发明涉及多束带电粒子束系统和相关方法。

背景技术

例如，在WO 2005024881 A2和在WO 2016/124648中公开了多束带电粒子束系统。

对于多束带电粒子束系统，比如多束电子显微镜，源自不同初级带电粒子束的交互产物(即二次电子)需要通过投射系统成像到分开的检测器上。为此，可以使用静电提取场。均匀的提取场确保将交互产物(比如二次电子)成像到多检测器的单独检测器上，并且扫描偏转器电压与位于多检测器的单独检测器处的相应束位置之间的映射是如实的。在多检测器的单独检测器(例如形成多检测器的部件的闪烁器)处的二次电子的斑点形状关键取决于静电提取场的均匀性。当一个斑点成像到一个或若干个对应的检测器上时，静电提取场的均匀性管控束与对应的检测信号之间的串扰。

在样本表面上存在残余电荷的情况下，静电提取场可能局部变得扭曲。因此，到分开的检测器的成像可能被扰动到不可能进行表面的可行扫描的程度。特别地，束在检测器处的定位可能变得强烈地取决于时间并且取决于初级束位置。扫描电子显微镜(SEM)中用于电荷缓解的常用方法不能直接适应多束扫描束系统的初级和二次束路径，特别地是关于良好二次成像的提取场均匀性约束。这适用于使用网格来减少样本充电、气体注入方法等的影响的方法。在稳态情况下(即，在工作流程运行之间或在图像帧的记录之间)重新对准检测器的可用方法不够快到在多束带电粒子束系统中操控束。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于操作多束带电粒子束系统的解决方案，同样在样本由于撞击的初级带电粒子束或小束而充电的情况中。这些和其他目的是通过具有下文所述的特征的系统和具有下文所述的特征的方法来解决的。在下文中还公开了有利的实施例。

本发明涉及一种带电粒子束系统，其包括：

带电粒子源，该带电粒子源被配置用于生成第一带电粒子束；

多束生成器，该多束生成器被配置用于从进入的第一带电粒子束生成多个初级带电粒子小束，其中，该多个初级带电粒子小束中的每个单独小束与该多个初级带电粒子小束中的其他小束在空间上分离开；

物镜，该物镜被配置用于以如下方式将进入的初级带电粒子小束聚焦在第一平面中：该多个初级带电粒子小束中的第一单独小束撞击在该第一平面中的第一区域与该多个初级带电粒子小束中的第二单独小束撞击在该第一平面中的第二区域在空间上分离开；

投射系统以及包括多个单独检测器的检测器系统，其中，该投射系统被配置用于将由于撞击的带电粒子而离开该第一平面内的第一区域中的样本的二次电子成像到该多个单独检测器中的第一检测器上，并且将由于撞击的带电粒子而离开该第一平面内的第二区域中的样本的二次电子成像到该多个单独检测器中的第二检测器上，并且

其中，该投射系统包括：

-静态或低频的第一子部件，用于将来自于样本的二次电子成像到检测平面上，以及

-动态或高频的第二子部件，用于动态地校正二次电子的残余成像误差，

计算机系统，该计算机系统被配置用于分析该投射系统的实际状态并且在由该多个初级带电粒子小束扫描该样本期间操纵该第二子部件，

其中，该计算机系统被配置用于以该二次电子在该单独检测器上的束斑的位置和/或形状保持恒定的方式调整该第二子部件。

在一实施例中，该第二子部件包括下组中的至少一个：该组由静电透镜、静电偏转器和静电消像散器构成。

在一实施例中，该投射系统包括交叉平面中的电流监测孔。

在一实施例，带电粒子束系统进一步包括快速CCD相机。

在一实施例中，该计算机系统被配置用于以两步模式调整该投射系统，其中，a.在第一步骤中，调整该第一部件，同时保持该第二子部件恒定或关闭；以及b.在第二步骤中，调整该第二子部件，同时保持该第一子部件恒定。

在一实施例中，该第二子部件包括静电微光学器件阵列。

本发明还涉及一种操作多束带电粒子束系统的投射系统的方法，其中所述投射系统包括静电带电粒子光学元件和快速多束投射对准系统的至少部分，该方法包括以下步骤：

a.用静态方法和静电带电粒子光学元件对准该多束带电粒子束系统的投射系统，其中，所述快速多束投射对准系统处于关闭状态；

b.装配和启动记录样本的图像的工作流程；以及

c.在第一图像被记录之前激活该快速多束投射对准系统；以及

d.控制该快速多束投射对准系统以将二次电子最佳地成像到多个检测器上，使得样本充电对检测器汇集效率和串扰的影响得到补偿，

其中，在进行所述记录样本的图像的工作流程时，执行所述控制的步骤。

在一实施例中，方法进一步包括分析所记录图像、减去适当的电压以校正所记录图案与所期望图案的偏差、并将该减去的电压施加到该快速多束投射对准系统的适当部件上。

在一实施例中，方法进一步包括监测该多个二次带电粒子小束在交叉平面中的定中心。

在一实施例中，方法进一步包括调整该快速多束投射对准系统至少两次，同时通过多个初级带电粒子小束扫描该样本。

原则上，本发明通过在静态(或低频)子部件和动态(或高频)子部件中剖析投射系统来解决这些目的。用高频子部件实现投射系统的原位重新对准。

带电粒子束系统包括：被配置用于生成第一带电粒子束的带电粒子源、被配置用于从进入的第一带电粒子束生成多个带电粒子小束的多束生成器，其中，该多个带电粒子小束中的每个单独小束与该多个带电粒子小束中的其他小束在空间上分离开。带电粒子束系统进一步包括物镜，该物镜被配置用于以如下方式将进入的带电粒子小束聚焦在第一平面中：该多个带电粒子小束中的第一单独小束撞击在该第一平面中的第一区域与该多个带电粒子小束中的第二单独小束撞击在该第一平面中的第二区域在空间上分离开。带电粒子束系统进一步包括投射系统以及包括多个单独检测器的检测器系统。投射系统被配置用于将由于撞击的带电粒子而离开第一平面内的第一区域的交互产物成像到多个单独检测器中的第一检测器或第一组检测器上，并且将由于撞击的带电粒子而离开第一平面内的第二区域的交互产物成像到多个单独检测器中的第二检测器或第二组检测器上。投射系统包括提供低频调整的第一子部件以及提供高频调整的第二子部件。

多个单独检测器中的第一个检测器不同于多个单独检测器中的第二个检测器。在为每个二次带电粒子小束提供一组单独检测器的情况下，即为每个二次带电粒子小束提供多于一个检测器，分配给第一二次带电粒子小束的第一组单独检测器完全不同于分配给第二二次带电粒子小束的第二组单独检测器，第一组单独检测器中没有检测器同时属于第二组单独检测器。

在某些情况下，单独检测器可以由多个敏感的检测子场构成，即每个二次带电粒子小束撞击在形成单个单独检测器的多个检测子场上。

在带电粒子束系统的实施例中，提供高频调整的子部件包括下组中的至少一个：该组包括静电透镜、静电偏转器和静电消像散器。理想地，提供高频调整的子部件仅由静电元件构成，比如静电透镜、静电偏转器和静电消像散器，但不包括任何磁性元件。

提供高频调整的子部件可以提供与初级带电粒子小束从样品表面上的一个位置扫描到下一个位置的扫描频率相当的调整频率，即，可以执行高频调整若干次，即，不止一次，同时用每个初级带电粒子小束扫描样品上的扫描场。

提供高频调整的子部件还可以包括静电微透镜阵列或静电消像散器阵列，通过该静电微透镜阵列或静电消像散器阵列可以单独地影响单独二次带电粒子小束。相应的静电消像散器阵列可以包括多孔阵列，该多孔阵列具有用于每个二次电子小束的电子透射开口和围绕每个开口的多个双电极、三电极、四电极、六电极或八电极。电极相对于彼此电绝缘并且相对于多孔阵列的载体电绝缘。通过对每个开口周围的单独电极施加适当的电压，发射此类开口的二次电子小束可以用高频单独调整或改变。

在带电粒子束系统的另外实施例中，投射系统包括交叉平面中的电流监测孔。

在另一实施例中，带电粒子束系统进一步包括快速CCD相机。快速CCD相机可用于识别由于样本的充电引起的交互产物在检测平面中的图像(或斑点)的位置或形状的变化。通过分析用快速CCD相机记录的图像，可以确定交互产物在检测平面中的斑点或图像与期望位置和/或与期望形状的偏差，并且可以减去用于提供高频调整的子部件的适当调整值，并且相应的调整电压可以施加到相应的部件。

在实施例中，带电粒子束系统包括计算机系统，该计算机系统被配置用于分析投射系统的实际状态并且在多个带电粒子小束扫描样本期间操纵第二子部件。

在带电粒子束系统的另外一实施例中，计算机系统被配置用于以交互产物在多检测器的单独检测器上的位置和/或形状保持恒定的方式调整投射系统的第二(动态或高频)子部件。

在带电粒子束系统的实施例中，计算机被配置用于以两步模式调整投射系统，其中，

a.在第一步骤中，调整第一(低频)子部件，同时保持第二(动态)子部件恒定或关闭，以及

b.在第二步骤中，调整第二(动态)子部件，同时保持第一子部件恒定。

根据本发明的实施例的方法包括以下步骤：

-用静态方法和静电带电粒子光学元件对准多束带电粒子束系统，其中，快速多束投射对准方法处于关闭状态；

-装配和启动工作流程；

-在第一图像被记录之前激活快速多束投射对准系统；以及

-控制该快速多束投射对准系统以将交互产物最佳地成像到多个检测器上。

在进行记录样本图像的工作流程的同时，借助于动态子部件进行投射系统的对准并重复若干次。投射系统的对准可以在记录样品图像的同时通过用多个初级带电粒子小束扫描样品并且记录由于撞击的初级带电粒子导致离开样品的交互产物来执行，而不会为了对准投射系统对记录图像的过程有任何中断。

在方法的第一步骤中，仅通过使用静态方法和静态(或低频)带电粒子光学部件来调整多束带电粒子束系统。在此步骤期间，没有电压或仅已知和预定义的时不变电压被施加到快速多束投射对准系统的部件。

用于补偿样本充电对检测器汇集效率和串扰的影响的快速投射系统对准提供多束带电粒子束系统的扫描系统和快速检测器相机以及实时投射系统对准算法以及投射系统对准元件(例如，聚焦器)的低延迟控制的同步。

投射系统包括一个磁透镜或若干磁透镜与静电元件的组合。利用静电元件，消除滞后，并且实现几毫秒而不是几秒的切换时间。另外，避免了调整期间的拉莫尔旋转。

交互产物的投射路径上的静电偏转器和/或静电消像散器提供了无涡电流、无诱导率以及调整时间是μs而不是ms的优点。

用布置在投射系统内的变焦孔，诸如WO 2016/124648的图2中所描述的，实现了孔尺寸的快速虚拟变化。交互产物的二次带电粒子束路径上的附加快速偏转器提供束路径快速对准到检测系统上的可能性。

借助于布置在交互产物的束路径的交叉平面中的快速角分辨电流监测器，可以实现交叉的实时定中心。

快速CCD相机和静电对准元件可以与计算机系统直接耦合。由此，避免了通过控制所有其他元件的主控制软件的延迟，并且在静电对准元件的关闭模式下，二次电子投射完全不受它们的影响。计算机系统可以包括图形处理单元(GPU)并且可以是FPGA辅助的。对准算法可以被配置用于在由CCD相机记录的图像中实现快速斑点位置和斑点形状检测。通过使用偏转元件对偏转器的激励的灵敏度可以实现二次电子小束的最佳移位，并且可以使用反馈回路用于直接优化。在图像畸变的情况下，通过使用二次电子束斑点的形状上的消像散器的灵敏度以及使用用于直接优化二次电子束斑点的形状的反馈回路，消像散器的激励可以用于调整二次电子的最佳形状。

利用对准算法，通过使用消像散器的灵敏度以及通过使用反馈回路用于直接优化来调整消像散器的激励以获得最佳斑点形状。通过使用透镜的灵敏度并且还使用反馈回路用于直接优化来调整聚焦元件的对准和样本高压偏置以获得最佳斑点形状。对于串扰优化，可以经由投射交叉变焦系统以及用于实时优化通量(TPT)与串扰(每帧一次)的各自控制算法来改变虚拟孔尺寸。

对准算法可以提供从图像记录模式到交叉监测模式的快速切换，例如在扫描初级带电粒子小束的回扫期间，即，同时，在由初级带电粒子小束扫描样本上的线或场之后，初级带电粒子小束被移回新线或新帧的起点；在这种回扫期间，一般没有初级带电粒子小束与样品的交互产物用于记录样品的图像。交叉位置的优化还可以通过用多个初级带电粒子小束扫描样本在记录样本图像的过程期间通过原位交叉监测来实现。

通过调整静电元件以实现由角分辨电流检测器检测到的最小化电流，孔上的快速角分辨电流检测有利于所述交叉的定中心和/或对准。利用在投射系统的交叉平面中的光圈可以实现相应的角度分辨电流检测器，该投射系统具有围绕孔开口的多个电绝缘电极。

用于束定中心的角度分辨检测器的替代实施例可包括用闪烁材料覆盖的孔、和快速相机，以检测由于二次带电粒子撞击在闪烁材料上而引起的闪烁。此替代还提供了用于实时定中心的交叉监测器。

附图说明

参考附图将公开更多细节。由此示出了：

图1：多束带电粒子系统的实施例的草图。

图2：第一实施例的检测系统的草图。

图3：具有用于二次电子小束的束路径上的投射系统控制的快速(动态)子部件的多束投射控制的一部分的框图。

图4：具有附加静电偏转器、静电消像散器、静电透镜、分束器、偏转器和起始能量HV电源的投射路径的草图。

图5a至图5f：在由样本充电引起的特定畸变的情况下利用投射系统的动态子部件实现的校正的图示。

图6：可以在投射系统中设置的光圈，以实现二次带电粒子小束的过滤。

图7：孔光圈的一个实施例，该孔光圈具有用于交叉位置校正的取决于角度的电流读出的交叉监测能力。

图8：检测系统的另外一实施例。

具体实施方式

在下述示例性实施例中，功能和结构上类似的部件尽可能由类似的附图标记指示。

图1的示意性表示展示了多小束带电粒子显微镜检查系统1的基本特征和功能。应当注意的是，图中使用的符号不表示所展示的部件的物理配置，而是已经被选择用于代表它们各自的功能。所示出的系统的类型是扫描电子显微镜(SEM)的系统，扫描电子显微镜使用多个初级电子小束3在位于物镜102的物平面101中的物体7的表面上生成初级电子束斑点5。然而，不言而喻，系统1的特征和功能同样可以使用其他类型的初级带电粒子(比如离子、特别是氦离子、正电子、μ介子以及其他)代替电子来实施。

所示出的显微镜检查系统1包括：用于生成多个初级带电粒子小束3的带电粒子多小束生成器300；用于将二次带电粒子束路径11与初级带电粒子束路径13分离的分束器单元400；适于将初级带电粒子小束3聚焦到物平面101上的物体照射单元100；以及用于产生每个二次带电粒子小束9的强度信号的检测单元200。

在所展示的实施例中，初级小波束生成器300包括电子源301、准直透镜303、初级小束成形单元305和场透镜307。

电子源301生成发散电子束309，准直透镜使发散电子束准直以形成入射在初级小束成形单元305上的束311。如图1所示，代替仅生成一个发散电子束309的电子源，可以使用产生两个或更多个发散电子束的电子源。然后，通过仅一个准直透镜303或适当数量的准直透镜303使两个或更多个电子束准直，每个准直透镜使电子束309的一个子集或仅其中的仅一个电子束准直。

小束成形单元305基本上包括由一个或多个电子束311照射的第一多孔板和第二多孔板，该第二多孔板相对于束311中的电子的移动方向位于第一个多孔板的下游。第二多孔板优选地设置为限定的电位，使得赋予品质聚焦质，并且第二多孔板具有微透镜阵列的功能。

在束斑点5处入射在物体7上的初级电子生成从物体7的表面发出的二次电子。二次电子形成二次电子小束9，二次电子小束横穿物镜102以及分束器单元400并且沿着二次束路径11。分束器单元400通常通过磁场将二次束路径11与初级束路径13分离开，并将二次束路径11引导到检测单元200。

检测单元200包括投射透镜205，用于将二次电子小束9投射到检测器布置209的电子敏感检测器207的表面平面211上。电子敏感检测器207可以是单个装置或包括一个以上的单独检测器。与此无关，检测器207提供以与由投射透镜205聚焦到检测器表面211上的二次带电粒子小束9的图案相容的图案布置的感测区阵列。这使得能够独立于入射在检测器表面211上的其他二次带电粒子小束9检测每个单独二次带电粒子小束9。因此，产生多个电信号，其中每个信号的值对应于仅一个二次小束9的特征。

如果初级小束生成器300不仅允许改变初级小束3的图案使得每个图案形成基本图案的子图案，而且还改变基本图案，则检测器布置209优选地配备有另外的检测器207，每个检测器的检测区被布置成不同的基本图案。由于二级子束9的图案对应于由初级子束生成器300生成的初级子束3的图案，因此每个检测器207的感测区阵列图案优选地对应于可用于初级小束3的图案之一。

物体照射单元100包括物镜102，该物镜将初级带电粒子小束3聚焦到物平面101上，在该平面中物体7的被研究表面由例如样本台的物体安装件定位。该物体安装件未在图中示出。物体照射系统100进一步包括偏转系统(未示出)，通过该偏转系统，多个带电粒子小束可以朝垂直于束传播方向的方向偏转，以便通过多个聚焦带电粒子小束同时扫描样本的表面。

在所展示的示例中，初级带电粒子源以电子源301的形式实施，其特征在于发射尖端310以及引出电极302。当使用除电子之外的例如氦离子的初级带电粒子时，初级带电粒子源301的配置可以与所示的不同。

电子源301发射发散电子束309，发散电子束在所示示例中通过准直透镜303被准直以形成准直束311。准直透镜303通常由一个或多个静电透镜或磁透镜形成，或者由静电和磁透镜的组合形成。准直透镜的使用不是必要的，但是当小束成形单元305中使用的多孔板具有平面配置，即孔315被布置在非弯曲平面中的配置时，优选使用准直透镜。当不使用准直透镜303时，多孔板313和320的孔315优选地布置在弯曲平面中，该弯曲平面的曲率适于初级束309的发散，例如在文献WO 2007/028596 A1中描述的，该文献通过援引并入本文。

准直束311(或非准直束，如果不使用准直透镜)入射在初级小束成形单元305的多孔选择板313上。多孔选择板313中形成有两个或更多个孔阵列317。每个孔阵列包括形成在多孔选择板313中的一个或多个孔315。多孔阵列的孔可以被布置成一维或二维图案，其中二维图案优选用于物体表面的快速检查。

检测系统进一步包括过滤器208，借助于该过滤器，可以根据离开在第一平面101中样本7的交互产物(例如二次电子)的轨迹或束路径过滤这些交互产物。具有过滤器的相应检测系统的示例在图2中示出。

多束系统进一步包括计算机系统或控制器10，该多束系统被配置用于控制单独带电粒子束部件以及用于评估和分析利用多检测器209记录的图像。此外，控制器10被配置用于基于利用多检测器209聚集的检测信号在显示器上生成图像。

除了投射透镜205和多检测器209之外，图2中的检测系统200还包括两个附加带电粒子透镜210、211。第一附加带电粒子透镜210在交叉平面214中形成交叉。在此交叉平面中，在不同区域中离开第一平面101的交互产物的束路径，即二次电子小束的束路径，是叠加的。操作第二附加带电粒子透镜211，使得其焦平面基本上与第一附加带电粒子透镜210的交叉平面214重合。离开第一平面101的交互产物的束路径然后在第二附加带电粒子透镜211的下游彼此分离开，并且由投射透镜205投射到多检测器209的单独检测区域215上。

在交叉平面214中或在其附近，布置有光圈216，借助于该光圈可以根据交互产物的束路径过滤交互产物。图6中示出了光圈的第一实施例，其包括圆形开口218。圆形开口218透射交互产物，而光圈216的外部部分不透射交互产物。利用投射系统的交叉平面中的这种明场光圈，不同的单独检测场之间的串扰，即离开第一区域中第一平面101的交互产物的束路径与分配给在不同于第一区域的第二区域中离开第一平面101的交互产物的检测器之间的串扰，可以被避免或至少减少。

为了对图2中的投射系统进行高频调整，除了图2中所示的以类似方式布置并以类似方式控制的元件外，还可以提供附加的动态元件，诸如如后文参考图4所描述的静电透镜、静电偏转器以及静电消像散器。用于记录由二次带电粒子小束生成的斑点的图像的检测器方案还可以如后文参考图4更详细地描述的那样配置。

关于图2中所示的系统和图6中所示的光圈的另外细节，参考WO2016/124648中的相应附图的描述，其关于相应的图2和图6的披露内容通过援引并入本文。

图7中示出了检测系统200中的光圈的替代性实施例。光圈1213还具有圆形开口1214，其透射交互产物。然而，圆形开口在径向方向上被几个电极1215a至1215h包围，这些电极相对于彼此以及相对于光圈的主体是电绝缘的。电极可以用作电流检测器。每个电极包括信号线，经由该信号线可以检测在每个电极内感应的电流。通过检测在电极组1215a至1215h中感应的电流或电荷的不对称性，可以检测到穿过光圈的孔的带电粒子小束的偏心。

在替代性实施例中，代替电极围绕圆形开口1214而布置，可以在圆形开口的周围设置闪烁材料，并且还提供光检测器以检测由于撞击电子而由闪烁材料发射的光。通过检测闪烁材料的光发射的不对称性，可以检测穿过光圈1213的带电粒子小束的偏心。

如果布置在图2所示的检测系统的交叉平面214或图8的交叉平面238中，则图7中所示的光圈以及上述光圈的替代性实施例可以用作原位交叉监测器。相应地，投射系统包括交叉平面中的电流监测孔。

图8示出了检测系统的替代方案，该检测系统提供了根据交互产物的束路径过滤交互产物的可能性。图8与WO 2016/124648中的图4相同，并且关于此检测系统及其能力和优点的描述，参考WO 2016/124648中的图4的相应描述，其通过援引并入本文。应特别地注意的是，图8中所示的系统(或WO 2016/124648中的图4)形成交叉变焦系统，这也在WO2016/124648中进行了更详细的描述。

除了投射透镜205和多检测器209以外，图8中的检测器系统200具有六个进一步粒子束透镜230、231、232、233、235、236。两个第一进一步粒子束透镜230、231在第一交叉平面238中形成二次带电粒子小束的第一交叉，两个后续进一步粒子束透镜232、233在第二交叉平面239中形成二次带电粒子小束的第二交叉。第二交叉平面239后面的两个进一步粒子束透镜235、236重汇集来自第二交叉平面239的交互产物的二次带电粒子小束，其方式为使得来自第一平面101中不同场区域的交互产物借助于多检测器209上的投射透镜205而再次投射到多检测器209的不同检测区域215中。

在检测器系统200的这个实施例中，可以在第一和第二交叉平面238和239中同时使用两个不同光阑237、234。通过举例方式，图6中描绘的明视野光阑213可以被布置在第一交叉平面238中，并且带有环形孔的光阑可以被布置在第二交叉平面239中。在这个实施例中同时进行了检测区域215之间的串扰的抑制和根据交互产物在第一平面101中的起始角度对交互产物的有目的过滤。

在此，注意到的事实是两个光阑237、234还可以以互换方式来布置成使得带有环形孔的光阑被布置在第一交叉平面238中，而带有中心孔的光阑被布置在第二交叉平面239中。

通过改变对进一步粒子束透镜230、231、232、233、234、235的激励，就可以在两个交叉平面238、239中彼此独立地设定二次带电粒子小束的轨迹。通过改变在交叉平面238、239中的轨迹，就可以模拟不同的光阑半径和光阑直径，因而无需为此机械地对光阑加以更换。在这种情况下可以使得进入检测器系统200中时的和进入投射透镜205中时的轨迹保持一致，从而使得可以维持第一平面101中的场区域与多检测器209的检测区域之间的关联。由第一平面101中的所有二次带电粒子小束传输的物体场在过程中保持不变和恒定。

在这种情况下，进一步的粒子束透镜230、231、232、233、235、236可以是磁透镜或静电透镜。

在图8的实施例中，六个进一步的粒子束透镜230、231、232、233、235、236与两个光阑234、237和投射透镜205一起形成投射系统。

为了对图8中的投射系统进行高频调整，再次除了图8中所示的以类似方式排列并以类似方式控制的元件外，还可以提供附加的动态元件，诸如如后文参考图4所描述的静电透镜、静电偏转器以及静电消像散器。用于记录由二次带电粒子小束生成的斑点的图像的检测器方案还可以如后文参考图4更详细地描述的那样配置。

图3是多束带电粒子束系统的控制系统800(其对应于图1中的控制系统10)的一部分的框图。控制系统800包括扫描系统控制部件801以及用于投射系统的静态或低频子部件的控制器802，该控制器用于调整带电粒子束透镜和多极。控制系统800进一步包括包含检测器相机804(对应于图4中的空间分辨检测系统290)的快速投射对准子系统、实时投射对准算法805以及一个或多个快速投射对准元件。图3中所示的控制系统特别地可以用于控制尤其是图4所示并在后文中更详细描述的投射系统。

图4中的投射系统200包括一组静态(或低频)电子光学元件250、270和285、以及动态(或高频)电子光学元件组260、280和288。静态电子光学元件用于将来自样本7的二次电子(SE)3成像到检测平面209a上。这些可以包括一个或多个电子光学透镜251、偏转器271和/或消像散器286。由于在静态情况下缓慢的对准时间是足够的，因此使用磁透镜、磁偏转器和磁消像散器。控制器160经由静态电压源150控制静态电子光学元件250、270和285以及静态样本电位。为此，控制器使用空间分辨检测系统290，该空间分辨检测系统使用撞击到检测平面209a上的一部分信号。例如，空间分辨检测系统290可以包括快速CCD相机，该相机将来自检测平面209a的斑点发出的光的一部分成像，其中由放置在透明载体上的闪烁材料制成的板可以布置成形成多检测器209。在检测平面209a中产生的大部分信号用于送入图像采集系统中。图像采集系统也形成多检测器的一部分。

如上所述，闪烁板209布置在检测平面209a中，二次电子小束由投射系统200引导到该闪烁板上。当投射系统200集成在图1的多束检查系统中时，该投射系统包括形成电子小束9的电子光学部件，即例如将电子小束引导向多电子检测器的物镜102、束开关400以及将电子小束9聚焦到比如透镜263等闪烁板209的表面上的部件。电子小束9在入射位置213处入射到闪烁板209上。同样，如果电子小束9聚焦在闪烁板209的表面上，则在表面上形成束斑点，束斑点的直径不能是任意小。束斑点的中心可以被认为是彼此相距距离P2而设置的入射位置213(见图1)。

闪烁板209包括当被电子小束9的入射电子激励时发射光束的闪烁材料。因此，在每个入射位置213处设置光束源。在图4中，仅示出了从三个所描绘的电子小束9中的一个的入射位置213发射的单个这样的光束221。光束221传播穿过包括第一透镜306、镜子291、第二透镜292、第三透镜293以及分束器294的光器件，然后入射到图像采集系统的光接收区330上。光接收区330由一束玻璃纤维295的前侧形成，光束221的主要部分耦合到该前侧并被引导到光检测器296、297、298、299、331。光检测器可以包括例如光电倍增器、雪崩光电二极管、光电二极管或其他种类的合适的光检测器。光器件被配置用于使得其将布置在检测平面209a中的闪烁板209的表面光学成像到设置有光接收区330的区域中。由于此光学成像，入射位置213的光学图像形成在光接收区330中。对于每一个入射位置213，提供图像采集系统的单独光接收区330。另外的光接收区域330中的每一个可以由光导295的前侧形成，该光导将耦合到前侧的光引导到单独的相应光检测器296、297、298、299、331。由于光学成像，每一个入射位置213与一个光接收区330相关联，其中，入射到每个光接收区330上的光由光检测器296、297、298、299、331中的单独一个检测。光检测器296、297、298、299、331经由电信号线输出检测信号。检测信号表示电子小束9的强度。

应该提到的是，在图4中，为了简洁，仅示出了五个光检测器296、297、298、299、331。在实际的实施例中，光检测器296、297、298、299、331的数量至少对应于初级带电粒子小束的数量以及二次电子小束9的数量。在优选实施例中，图像采集系统包括比初级带电粒子束的数量更多的光检测器296、297、298、299、331，例如用于每个二次电子小束的五个、十个或二十个光检测器。针对每个初级电子小束，多个不止一个光检测器在将光检测器分配给特定的二次带电粒子小束时提供了额外的灵活性。

光束221的一小部分透射过分束器294并撞击到空间分辨检测系统290上，该空间分辨检测系统可以是快速CCD相机。

在本文阐述的实施例中，光检测器296、297、298、299、331设置在距光接收区一定距离处，光器件(包括第一透镜306、镜子291、第二透镜292、第三透镜293和分束器294)在这些接收区上对闪烁板209成像，并且所接收的光通过玻璃纤维被引导到光检测器。然而，光检测器296、297、298、299、331也可以直接设置在光器件生成闪烁板209的图像的位置，因此光敏区由光接收区形成。

二次电子小束9在真空中传播，电子小束撞击的闪烁板209的表面也设置在真空中。光器件306、291、292、293、294可以设置在真空之外，其中，然后在光束221的束路径上设置真空窗口，该真空窗口被束221横穿并将真空与环境分离开。

利用除了如上所述的闪烁器、光器件、光纤束和光检测器方案的组合之外的检测系统，也可以实现对多个二次带电粒子小束的检测。还可以使用MCP(多通道板)和快速CCD相机与随后的快速读出或者直接电子检测器的组合，其中，每个二次带电粒子小束被成像到由pn结组成的一个或多个像素上，这些pn结直接将进入的带电粒子转换为电子读出信号，而无需中间转换为光子并返回。以下描述的对准方案的适应性对于这种替代检测方案也将是直截了当的。

入射到闪烁板209上的电子束可以电离闪烁板前方的区域中的残余气体分子，在入射位置213处产生电荷，并且电荷可以进而吸引真空中残留的气态污染物，使得污染物沉积在闪烁板209的入射位置213处，并导致闪烁材料性质的变差，从而使得由入射电子小束9引起的光束221的强度随时间降低。可以通过在垂直于闪烁板209的表面法线的方向上、即在检测平面209a内移位入射位置213来解决此问题。通过这一点，电子小束9并不总是在相同的入射位置213处入射到闪烁板的表面上，而是在闪烁板209的表面上移动，因此移动到其表面上的新位置。然后，在闪烁板209的表面上的不同位置处发生的污染不会妨碍由入射二次电子小束9引起的入射位置213处的光的生成。

动态电子光学元件用于动态地校正从样本7到检测平面209a上的二次电子(SE)3的残余成像误差，这些残余成像误差不是由静态成像系统引起的。这些残留成像误差可以在充电表面的扫描期间发生，其中成像特性和约束条件(比如SE的起始能量或SE的起始角度分布)可以在成像的一帧内改变。这些动态元件可包括一个或多个电子光学透镜260、偏转器280和消像散器288。由于在动态情况下要求快速对准时间，因此仅优选使用诸如静电透镜、静电偏转器和/或静电消像散器之类的静电部件。动态控制器170控制动态电子光学元件260、280和288、以及经由电压源151添加到静态电位的动态样本电位。为此，动态控制器170使用空间分辨检测系统290，该空间分辨检测系统使用撞击到检测平面209a上的一部分信号。束分离装置400由静态对准的扇形磁场构成。束分离装置400内的快速静电偏转元件410也由动态控制器170控制。

另外一控制器160控制静态或低频特性和部件。

用于在检测平面209a上产生斑点的最终透镜263可以是静态或动态类型之一，并且分别由控制器160或170控制。

在图5a至图5f中，圆551描绘了空间分辨检测系统290上的区，这些区对应于图像采集系统的对应检测器的敏感区，并且因此对应于检测平面209中的二次电子小束的理想位置。在空间分辨检测系统290上的这些区与图像采集检测器的敏感区之间的映射是固定的并且可以预先准直(参考见US 9,336,982B2及其中的参考文献，其通过援引并入本文)。圆550描绘了由投射系统200成像到检测平面209a上的二次电子小束的位置分布。图5a描绘了二次电子小束550的位置分布与敏感区551之间的位移。使用快速偏转系统280，这可以被校正以产生图5f中所示的二次电子小束550在敏感区551上的正确定位。为了实现这一点，通过记录和分析由空间分辨检测系统290记录的图像来确定二次电子小束550的位置分布与敏感区551之间的位移。通过分析所记录的图像，通过实时投射对准算法805确定用于快速偏转系统280的适当偏转电位，并且因此所确定的偏转电位由动态控制器170施加到快速偏转系统280。以如下方式确定偏转电位：在适当电位施加到快速偏转系统280的情况下，二次电子550的位置与如图5f中所示的敏感区551的中心重合。

图5b描绘了二次电子小束550相对于敏感区551的位置分布的畸变。使用快速消像散系统285，这可以被校正以产生图5f中所示的二次电子小束550在敏感区551上的正确定位。为了实现这一点，通过由空间分辨检测系统290记录图像、通过实时投射对准算法805分析由空间分辨检测系统290所记录的图像、并且基于图像分析确定快速消像散系统285的适当消像散器电压，确定二次电子小束550的位置分布的畸变。保持斑点消像散同时正确要求使用至少两个消像散器，如US 20150357157 A1中详细描述的，该文献通过援引并入本文。通过实时投射对准算法805以如下方式确定消像散器电压：在适当电压施加到快速消像散系统285的情况下，二次电子小束550的位置与图5f中所示的敏感区551的中心重合。分别确定的消像散器电压由动态控制器170施加到快速消像散系统285。

图5c描绘了二次电子小束550相对于敏感区551的散焦。使用快速透镜系统260，这可以被校正以产生图5f中所示的二次电子小束550在敏感区551上的正确聚焦。为了实现这一点，通过记录和由实时投射对准算法805分析由空间分辨检测系统290记录的图像，确定二次电子小束550在敏感区551处的散焦。保持斑点位置同时正确要求使用至少两个透镜，如US20150357157A1中详细描述的，该文献通过援引并入本文。用于快速透镜系统260的适当电压由实时投射对准算法805确定，并且由动态控制器170以如下方式施加到快速透镜系统260：在将适当电压施加到快速透镜系统260的情况下，如图5f中所示，二次电子小束550的位置与敏感区551的中心重合，并且在空间分辨检测系统290上的光斑点的直径最小化或具有适当的尺寸。

图5d描绘了二次电子小束550在敏感区551上的像散成像。使用快速消像散系统285，这可以被校正以产生图5f中所示的二次电子小束550在敏感区551上的正确形状。保持斑点位置同时正确要求使用至少两个消像散器，如US 20150357157 A1中详细描述的，该文献通过援引并入本文。为了实现消像散，通过记录和分析由空间分辨检测系统290记录的图像来确定二次电子小束550的像散成像。用于快速消像散系统285的适当消像散器电压由实时投射对准算法805确定，并且这种消像散器电压由动态控制器170施加到快速消像散系统285。基于图像分析，消像散器电压以如下方式确定：在将适当电压施加到快速消像散系统285的情况下，二次电子小束550的束斑点的形状变为圆形，其中心如图5f中所示位于敏感区551的中心。

图5e描绘了二次电子小束550相对于敏感区551的成像的放大率变化。使用快速透镜系统260，这可以被校正以产生图5f中所示的二次电子小束550在敏感区551上的正确定位。保持斑点聚焦同时正确要求使用至少两个透镜，如US 20150357157 A1中详细描述的，该文献通过援引并入本文。为了实现这一点，通过记录和分析由空间分辨检测系统290记录的图像来确定敏感区551处的二次电子小束550的放大率变化。用于快速透镜系统260的适当电压由实时投射对准算法805基于图像分析来确定，并由动态控制器170施加到快速透镜系统260。适当电压由实时投射对准算法805以如下方式确定：在将适当电压施加到快速透镜系统260的情况下，如图5f中所示，所有二次电子小束550的位置与敏感区551的中心重合，并且在空间分辨检测系统290上的光斑点的直径最小化或具有适当的尺寸。

以上，关于图5a至图5f，仅描述了单独畸变的校正。然而，如果利用空间分辨检测系统290记录的图像显示出所描述的畸变的组合，则实时投射对准算法805还有利地被配置用于确定快速对准部件的适当电位和电压。用于静电透镜、静电消像散器和静电偏转器的适当电压然后由实时投射对准算法805同时或顺序地在迭代步骤中确定。

利用空间分辨检测系统290记录图像是在借助于多检测器记录样本图像之前或者在借助于多检测器记录样本图像的部分的同时发生的，例如在多个初级电子小束已经扫描了预定数量的线之后。

在图4所示的实施例中，提供高频调整的子部件的一个或多个元件260、280、288还可以包括静电微光学器件阵列，诸如静电微透镜阵列、静电微偏转器阵列或静电微消像散器阵列，通过这些阵列可以单独地影响单独二次电子小束。相应的静电微光学器件阵列可以包括多孔阵列，该多孔阵列具有用于每个二次电子小束的电子透射开口和围绕每个开口的多个单电极、双电极或更多电极，即例如三电极、四电极、六电极或八电极。多个电极相对于彼此电绝缘并且相对于多孔阵列的载体电绝缘。通过对每个开口周围的单独电极施加适当的电压，发射此类开口的二次电子小束可以用高频单独调整或改变。

Claims (10)

1.一种带电粒子束系统，包括：

带电粒子源(301)，该带电粒子源被配置用于生成第一带电粒子束(309,311)；

多束生成器(300,305)，该多束生成器被配置用于从进入的第一带电粒子束(311)生成多个初级带电粒子小束(3)，其中，该多个初级带电粒子小束(3)中的每个单独小束与该多个初级带电粒子小束(3)中的其他小束在空间上分离开；

物镜(100)，该物镜被配置用于以如下方式将进入的初级带电粒子小束(3)聚焦在第一平面中：该多个初级带电粒子小束(3)中的第一单独小束撞击在该第一平面(101)中的第一区域与该多个初级带电粒子小束(3)中的第二单独小束撞击在该第一平面(101)中的第二区域在空间上分离开；

投射系统(200)以及包括多个单独检测器(207)的检测器系统(209)，其中，该投射系统(200)被配置用于将由于撞击的带电粒子而离开该第一平面(101)内的第一区域中的样本(7)的二次电子成像到该多个单独检测器(207)中的第一检测器上，并且将由于撞击的带电粒子而离开该第一平面(101)内的第二区域中的样本(7)的二次电子成像到该多个单独检测器(207)中的第二检测器上，并且

其中，该投射系统(200)包括：

-静态或低频的第一子部件，用于将来自于样本的二次电子成像到检测平面上，以及

-动态或高频的第二子部件，用于动态地校正二次电子的残余成像误差，

计算机系统(10,800)，该计算机系统被配置用于分析该投射系统(200)的实际状态并且在由该多个初级带电粒子小束(3)扫描该样本(7)期间操纵该第二子部件，

其中，该计算机系统(10,800)被配置用于以该二次电子在该单独检测器(207)上的束斑的位置和/或形状保持恒定的方式调整该第二子部件。

2.如权利要求1所述的带电粒子束系统，其中，该第二子部件包括下组中的至少一个：该组由静电透镜(260)、静电偏转器(280)和静电消像散器(288)构成。

3.如权利要求1或2所述的带电粒子束系统，其中，该投射系统(200)包括交叉平面(214,238)中的电流监测孔(1213)。

4.如权利要求1或2所述的带电粒子束系统，进一步包括快速CCD相机(290)。

5.如权利要求1所述的带电粒子束系统，其中，该计算机系统(10,800)被配置用于以两步模式调整该投射系统(200)，其中，

a.在第一步骤中，调整该第一子部件，同时保持该第二子部件恒定或关闭；以及

b.在第二步骤中，调整该第二子部件，同时保持该第一子部件恒定。

6.如权利要求1或2所述的带电粒子束系统，其中，该第二子部件包括静电微光学器件阵列。

7.一种操作多束带电粒子束系统(1)的投射系统(200)的方法，其中所述投射系统(200)包括静电带电粒子光学元件(250,270,285)和快速多束投射对准系统的至少部分，该方法包括以下步骤：

a.用静态方法和静电带电粒子光学元件(250,270,285)对准该多束带电粒子束系统(1)的投射系统(200)，其中，所述快速多束投射对准系统处于关闭状态；

b.装配和启动记录样本(7)的图像的工作流程；以及

c.在第一图像被记录之前激活该快速多束投射对准系统；以及

d.控制该快速多束投射对准系统以将二次电子最佳地成像到多个检测器(207)上，使得样本充电对检测器汇集效率和串扰的影响得到补偿，

其中，在进行所述记录样本(7)的图像的工作流程时，执行所述控制的步骤(d)。

8.如权利要求7所述的方法，进一步包括分析所记录图像、减去适当的电压以校正所记录图案与所期望图案的偏差、并将该减去的电压施加到该快速多束投射对准系统的适当部件(260,280,288,151)上。

9.如权利要求7至8之一所述的方法，进一步包括监测多个二次电子小束在交叉平面(214,238)中的定中心。

10.如权利要求7至8之一所述的方法，进一步包括调整该快速多束投射对准系统至少两次，同时通过多个初级带电粒子小束(3)扫描该样本(7)。

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