CN113614872A - 用于聚焦带电粒子束的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种带电粒子束系统(300)。带电粒子束系统包括平台(201)，该平台被配置为保持样本(203)并且能够在X‑Y‑Z轴中的至少一个轴上移动。带电粒子束系统还包括用于确定平台的横向位移和竖直位移的定位感测系统(350,340)以及束偏转控制器(367)，该束偏转控制器(367)被配置为：施加第一信号，以将入射在样本上的初级带电粒子束(330)偏转来至少部分地补偿横向位移；以及施加第二信号，以调整入射在样本上的经偏转的带电粒子束的焦点来至少部分地补偿平台的竖直位移。第一信号和第二信号可以包括分别具有在10kHz至50kHz以及50kHz至200kHz的范围中的高带宽的电信号。另外，公开了一种非暂时性计算机可读介质，包括用于使装置(300)执行方法的指令的集合，装置包括带电粒子源(310)以生成初级带电粒子束(314,330)，该方法包括：确定平台(201)的横向位移，其中平台能够在X‑Y轴中的至少一个轴上移动；以及指示控制器(367)施加第一信号，以使入射在样本(203)上的初级带电粒子束偏转来至少部分地补偿横向位移。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年12月28日提交的美国申请62/786,131以及于2019年12月6日提交的美国申请62/944,958的优先权，其整体通过引用被并入本文中。
技术领域
本文的描述涉及带电粒子束系统的领域，并且更具体地涉及聚焦带电粒子束和动态补偿振动的系统和方法。
背景技术
在集成电路(IC)的制造过程中，检查未完成的或完成的电路组件以确保它们根据设计来制造并且没有缺陷。利用光学显微镜或带电粒子(例如，电子)束显微镜(诸如扫描电子显微镜(SEM))的检查系统可以被采用。由于IC组件的物理大小继续缩小，缺陷检测的准确性和产率变得越来越重要。然而，检查工具的成像分辨率和生产量努力跟上IC组件的不断减少的特征大小。该检查工具的准确度、分辨率和生产量可能因为缺乏平台运动和控制机制所需的精度而受限。
因此，相关技术系统面临着例如用于半导体制造工艺中的带电粒子束检查系统的高精度平台运动控制机制的限制。期望技术的进一步改进。
发明内容
本公开的实施例提供了针对用于带电粒子束系统的高精度三维平台控制的系统和方法。在本公开的一个方面，公开了带电粒子束系统。带电粒子束系统包括平台，该平台被配置为保持样本并且能够在X-Y和Z轴中的至少一个轴上移动。带电粒子束系统还可以包括定位感测系统和控制器，该定位感测系统用于确定平台的横向位移和竖直位移，该控制器被配置为：施加第一信号，以将入射在样本上的初级带点粒子束偏转来至少部分地补偿平台的横向位移；以及施加第二信号，以调整入射在样本上的经偏转的带电粒子束的聚焦来至少部分地补偿平台的竖直位移。横向位移可以对应于平台在X-Y轴中的至少一个轴上的目标定位与平台的当前定位之间的差。第一信号可以包括影响初级带电粒子束在X-Y轴中的至少一个轴上如何被偏转的电信号，并且电信号可以包括具有在10kHz至50kHz范围中的带宽的信号。
在一些实施例中，控制器还可以被配置为在初级带电粒子束在样本上的扫描期间，动态地调整第一信号或第二信号中的至少一个信号。平台的竖直位移可以对应于平台在Z轴上的目标定位与平台的当前定位之间的差，并且竖直位移在初级带电粒子束在样本上的扫描期间可以变化，以至少部分地补偿围绕X或Y轴中的至少一个轴的角度旋转。第二信号可以包括被施加到平台的电压信号，该电压信号影响入射在样本上的经偏转的带电粒子束如何被聚焦在Z轴上，并且电压信号可以包括具有在50kHz至200kHz范围中的带宽的信号。
在一些实施例中，带电粒子束系统可以包括平台运动控制器，其中平台运动控制器包括多个电机，该多个电机被配置为由第三信号独立地控制。多个电机中的每个电机可以被独立地控制以调整平台的调平，使得平台基本垂直于初级带电粒子束的光轴。在一些实施例中，调整平台的调平可以基于平台的致动输出的几何模型。第三信号可以包括多个控制信号，多个控制信号中的每个控制信号对应于多个电机中的至少一个电机。在一些实施例中，多个电机可以包括压电电机、压电致动器或超声压电电机中的至少一个。
在一些实施例中，带电粒子束系统还可以包括第一组件和第二组件，第一组件被配置为基于多个控制信号来形成嵌入式控制信号，第二组件被配置为从嵌入式控制信号中提取多个控制信号中的至少一个控制信号。带电粒子束系统的定位感测系统可以被配置为使用激光干涉仪和高度传感器的组合来确定平台的横向位移和竖直位移。在一些实施例中，激光干涉仪可以被配置为确定平台的横向位移，并且高度传感器可以被配置为确定平台的竖直位移。
在本公开的另一方面中，公开了带电粒子束系统。带电粒子系统可以包括平台，该平台被配置为保持样本并且能够至少在Z轴上移动。带电粒子束系统还可以包括定位感测系统和控制器，定位感测系统被配置为确定平台的竖直位移，控制器被配置为将电压信号施加到平台，该电压信号影响入射在样本上的带电粒子束如何被聚焦在Z轴上。平台的竖直位移可以对应于平台在Z轴上的目标定位与平台的当前定位之间的差，并且竖直位移在初级带电粒子束在样本上的扫描期间可以变化，以至少部分地补偿围绕X或Y轴中的至少一个轴的角度旋转。控制器还可以被配置为在初级带电粒子束在样本上的扫描期间，动态地调整电压信号。
在本公开的另一方面中，公开了用于辐射被设置在带电粒子束系统中的平台上的样本的方法。方法可以包括：从带电粒子源生成初级带电粒子束；确定平台的横向位移，其中平台能够在X-Y和Z轴中的至少一个轴上移动；以及施加第一信号，以将入射在样本上的初级带电粒子束偏转来至少部分地补偿平台的横向位移，并且将第二信号施加到平台，以调整入射在样本上的经偏转的带电粒子束的聚焦来至少部分地补偿平台的竖直位移。横向位移可以对应于平台在X-Y轴中的至少一个轴上的目标定位与平台的当前定位之间的差。平台的竖直位移可以对应于平台在Z轴上的目标定位和平台的当前定位之间的差，并且竖直位移在初级带电粒子束在样本上的扫描期间可以变化，以至少部分地补偿围绕X或Y轴中的至少一个轴的角度旋转。控制器还可以被配置为在初级带电粒子束在样本上的扫描期间，动态地调整第一信号或第二信号中的至少一个。第一信号可以包括影响初级带电粒子束在X-Y轴中的至少一个轴上如何被偏转的电信号，并且电信号可以包括具有在10kHz至50kHz范围中的带宽的信号。第二信号可以包括被施加到平台的电压信号，该电压信号影响入射在样本上的经偏转的带电粒子束如何被聚焦在Z轴上。电压信号可以包括具有在50kHz至200kHz范围中的带宽的信号
在一些实施例中，用于辐射被设置在带电粒子束系统中的平台上的样本的方法还可以包括将第三信号施加到平台运动控制器，其中平台运动控制器包括多个电机，多个电机被配置为由第三信号独立地控制。方法还可以包括，其中多个电机中的每个电机被独立地控制以调整平台的调平，使得平台基本垂直于初级带电粒子束的光轴。在一些实施例中，调整平台的调平可以基于平台的致动输出的几何模型。第三信号可以包括多个控制信号，多个控制信号中的每个控制信号对应于多个电机中的至少一个电机。在一些实施例中，多个电机可以包括压电电机、压电致动器或超声压电电机中的至少一个。
在一些实施例中，施加第三信号可以包括通过控制模块的第一组件来嵌入多个控制信号以形成嵌入式控制信号，并且通过控制模块的第二组件从嵌入式控制信号中提取多个控制信号中的至少一个控制信号。带电粒子束系统的定位感测系统可以被配置为使用激光干涉仪和高度传感器的组合来确定平台的横向位移和竖直位移。在一些实施例中，激光干涉仪可以被配置为确定平台的横向位移，并且高度传感器可以被配置为确定平台的竖直位移。
在本公开的又一方面中，用于辐射被设置在带电粒子束系统中的平台上的样本的方法可以包括：从带电粒子源生成初级带电粒子束；确定平台的竖直位移，其中平台能够在Z轴上移动；以及将电压信号施加到平台，以调整入射在样本上的经偏转的带电粒子束的焦点来至少部分地补偿平台的竖直位移。方法还可以包括：确定平台的横向位移，其中平台能够在X-Y轴中的至少一个轴上移动；以及施加束偏转信号，以将入射在样本上的经聚焦的带电粒子束偏转来至少部分地补偿横向位移。
在一些实施例中，用于辐射被设置在带电粒子束系统中的平台上的样本的方法还可以包括在初级带电粒子束在样本上的扫描期间，动态地调整电压信号或束偏转信号中的至少一个。在一些实施例中，方法还可以包括将控制信号施加到平台运动控制器，其中平台运动控制器包括多个电机，多个电机被配置为由控制信号来独立地控制。多个电机中的每个电机可以被独立地控制以调整平台的调平，使得平台基本垂直于初级带电粒子束的光轴。
在一些实施例中，施加控制信号可以包括通过控制模块的第一组件来嵌入多个控制信号以形成嵌入式控制信号，并且通过控制模块的第二组件从嵌入式控制信号中提取多个控制信号中的至少一个控制信号。
在本公开的又一方面中，非暂时性计算机可读介质包括指令的集合，该指令的集合能够由带电粒子束装置的一个或多个处理器执行，以使带电粒子束装置执行所公开的方法。方法可以包括：确定平台的横向位移，其中平台能够在X-Y轴中的至少一个轴上移动；以及指示控制器施加第一信号，以将入射在样本上的初级带电粒子束偏转来至少部分地补偿横向位移。能够由装置的一个或多个处理器执行的指令的集合可以使装置还执行将第三信号施加到被配置为调整平台的调平的平台运动控制器，使得平台基本垂直于初级带电粒子束的光轴。
在本公开的又一方面中，公开了将带电粒子束聚焦在样本上的方法。方法可以包括：利用带电粒子束来辐射被设置在带电粒子束系统的平台上的样本；使用带电粒子系统的第一组件、参考样本来调整带电粒子束的第一焦点的位置；以及使用第二组件来操纵与样本相关联的电磁场，以通过参考样本调整带电粒子束的第一焦点来形成第二焦点，其中第二组件位于带电粒子系统的物镜的聚焦组件的下游。调整第一焦点的位置可以包括调整平台在Z轴上的定位，并且调整平台在Z轴上的定位可以包括：使用高度传感器来确定样本在Z轴上的定位；以及使用平台运动控制器，基于所确定的样本的定位来调整平台在Z轴上的定位。带电粒子系统的第一组件可以被配置为参考样本来调整带电粒子束的焦深。第一组件可以位于带电粒子系统的物镜的聚焦组件的上游。第一组件可以包括带电粒子源、带电粒子源的阳极或者聚束器透镜，并且第一组件和第二组件可以不同。操纵电磁场可以包括调整被施加到带电粒子系统的第二组件的电信号。带电粒子系统的第二组件可以包括物镜的控制电极、样本或平台中的一个或多个。操纵电磁场可以包括调整被施加到物镜的控制电极的电信号的第一分量，或者调整被施加到平台的电信号的第二分量。调整电信号的第二分量可以调整带电粒子束在样本上的着陆能量。调整电信号可以包括调整电信号到物镜的控制电极的第一分量并且调整电信号到平台的第二分量。调整被施加到控制电极的电信号的第一分量可以粗调带电粒子束在样本的表面上的第一焦点，并且调整电信号到平台的第二分量以精调带电粒子束在样本的表面上的第一焦点。电信号的第一分量可以基于带电粒子束的加速电压和着陆能量来确定。操纵电磁场可以包括调整被配置为影响带电粒子束的特性的磁场。带电粒子束的特性可以包括带电粒子束的路径、方向、速度或加速度中的至少一个。
在一些实施例中，带电粒子束的着陆能量可以在500eV至3keV的范围中。电信号的第一分量可以包括在5kV至10kV的范围中的电压信号，并且电信号的第二分量可以包括在-150V至+150V的范围中的电压信号。
在本公开的又一方面中，公开了将带电粒子束聚焦在样本上的方法。方法可以包括：利用带电粒子束来辐射被设置在平台上的样本；使用带电粒子系统的第一组件、参考样本来调整带电粒子束的第一焦点的位置；以及通过调整被施加到物镜的控制电极的电信号的第一分量，操纵与样本相关联的电磁场，以通过调整带电粒子束在样本上的第一焦点来形成第二焦点。
在本公开的又一方面中，公开了带电粒子束系统。带电粒子束系统可以包括平台和控制器，该平台被配置为保持样本并且能够沿X-Y轴或Z轴中的至少一个轴移动，该控制器具有电路系统。控制器可以被配置为使用带电粒子系统的第一组件、参考样本来调整带电粒子束的第一焦点的位置，并且使用第二组件来操纵与样本相关联的电磁场，以通过参考样本调整带电粒子束的第一焦点来形成第二焦点，其中第二组件位于带电粒子系统的物镜的聚焦组件的下游。调整第一焦点的定位可以包括调整平台在Z轴上的定位。系统还可以包括定位感测系统，定位感测系统被配置为确定样本在Z轴上的定位。定位感测系统可以包括具有激光二极管传感器组装的高度传感器。控制器可以被配置为基于由定位感测系统所确定的样本的定位来调整平台在Z轴上的定位。高度传感器可以被配置为确定样本在Z轴上的定位，并且控制器可以被配置为调整平台在Z轴上的定位，以形成带电粒子束在样本上的第一焦点。第一组件可以被配置为参考样本来调整带电粒子束的焦深，并且可以位于带电粒子系统的物镜的聚焦组件的上游。第一组件可以包括带电粒子源、带电粒子源的阳极或者聚束器透镜，并且带电粒子系统的第一组件和第二组件可以不同。电磁场的操纵可以包括被施加到带电粒子系统的第二组件的电信号的调整。带电粒子系统的第二组件可以包括物镜的控制电极、样本或平台中的一个或多个。被施加到第二组件的电信号的调整可以调整带电粒子束在样本上的着陆能量。电信号的调整可以包括被施加到物镜的控制电极的电信号的第一分量的调整，以及被施加到平台的电信号的第二分量的调整。控制器还可以被配置为通过调整被配置为影响带电粒子束的特性的磁场来操纵电磁场。带电粒子束的特性可以包括带电粒子束的路径、方向、速度或加速度中的至少一个。被施加到控制电极的电信号的第一分量的调整可以粗调带电粒子束在样本表面上的第一焦点，并且调整到平台的电信号的第二分量以精调带电粒子束在样本表面上的第一焦点。电信号的第一分量可以基于带电粒子束的加速电压和着陆能量来确定。
在一些实施例中，电信号的第一分量可以基于带电粒子束的加速电压和着陆能量来确定。电信号的第一分量可以包括在5kV至10kV范围中的电压信号，并且其中电信号的第二分量可以包括在-150V至+150V的范围中的电压信号。带电粒子束的着陆能量在500eV至3keV的范围中。
在本公开的又一方面中，公开了包括指令的集合的非暂时性计算机可读介质，指令的集合能够由装置的一个或多个处理器执行以使装置执行方法。方法可以包括：使用带电粒子系统的第一组件、参考样本来调整带电粒子束的第一焦点的位置；以及使用第二组件来操纵与样本相关联的电磁场，以通过参考样本调整带电粒子束的第一焦点而形成第二焦点，其中第二组件位于带电粒子系统的物镜的聚焦组件的下游。能够由装置的一个或多个处理器执行的指令的集合可以使装置还执行：使用高度传感器来确定样本在Z轴上的定位；以及使用平台运动控制器，基于所确定的样本的定位来调整平台在Z轴上的定位，以形成带电粒子束在样本上的第一焦点。能够由装置的一个或多个处理器执行的指令的集合可以使装置还执行：通过调整电信号的第一分量来操纵与样本相关联的电磁场，以粗调带电粒子束在样本表面上的第一焦点；以及调整到平台的电信号的第二分量，以精调带电粒子束在样本表面上的第一焦点。
在本公开的又一方面中，公开了在带电粒子束装置中生成样本的3D图像的方法。方法可以包括：使用带电粒子束来辐射被设置在平台上的样本；操纵与样本相关联的电磁场，以参考样本来调整带电粒子束的聚焦；基于电磁场的操纵，形成与带电粒子束的主光轴基本垂直的多个焦平面；从样本的多个焦平面生成多个图像帧，其中多个图像帧中的图像帧与多个焦平面中的对应焦平面相关联；以及从多个图像帧和对应的焦平面信息生成样本的3D图像。操纵电磁场可以包括调整被施加到物镜的控制电极的电信号的第一分量或者调整被施加到平台的电信号的第二分量。
在一些实施例中，调整电信号的第二分量可以调整带电粒子束在样本上的着陆能量。调整着陆能量可以包括调整电信号的第一分量来粗调带电粒子束在样本表面上的第一焦点，以及调整到平台的电信号的第二分量来精调带电粒子束在样本表面上的第一焦点。电信号的第一分量可以基于带电粒子束的加速电压和着陆能量来确定。电信号的第一分量可以包括在5kV至10kV范围中的电压信号，并且电信号的第二分量可以包括在-150V至+150V的范围中的电压信号。带电粒子束的着陆能量在500eV至3keV的范围中。
方法还可以包括形成多个焦平面中与样本的顶表面重合的第一焦平面，以及多个焦平面中在第一焦平面下方一定距离处的第二焦平面。第一焦平面和第二焦平面之间的距离可以基于正被成像的特征或样本的材料来动态地调整。方法可以包括在样本的多个焦平面中的每个焦平面处生成多个图像帧。生成3D图像可以包括使用重建算法来重建多个图像帧。
在本公开的又一方面中，公开了带电粒子束系统。带电粒子束系统可以包括平台和控制器，该平台被配置为保持样本并且能够沿X-Y轴或Z轴中的至少一个轴移动，该控制器具有电路系统。控制器可以被配置为：操纵与样本相关联的电磁场，以参考样本来调整带电粒子束的聚焦；基于电磁场的操纵，形成与带电粒子束的主光轴基本垂直的多个焦平面；从多个焦平面生成多个图像帧，其中多个图像帧中的图像帧与多个焦平面中的对应焦平面相关联；以及从多个图像帧和对应的焦平面信息来生成样本的3D图像。
电磁场的操纵可以包括被施加到物镜的控制电极的电信号的第一分量的调整或者被施加到平台的电信号的第二分量的调整。电信号的第二分量的调整可以包括带电粒子束在样本上的着陆能量的调整。着陆能量的调整可以包括电信号的第一分量的施加以粗调带电粒子束在样本表面上的第一焦点；以及电信号的第二分量到平台的施加以精调带电粒子束在样本表面上的第一焦点。电压信号的第一分量可以基于带电粒子束的加速电压和着陆能量来确定。电压信号的第一分量可以包括在5kV至10kV的范围中的电压信号，并且电压信号的第二分量可以包括在-150V至+150V的范围中的电压信号。带电粒子束的着陆能量在500eV至3keV的范围中。
在一些实施例中，多个焦平面包括第一焦平面和第二焦平面，第一焦平面与样本的顶表面重合，第二焦平面形成在第一焦平面下方的一定距离处。第一焦平面和第二焦平面之间的距离基于正被成像的特征或样本的材料来动态调整。控制器可以被配置为在样本的多个焦平面中的每个焦平面处生成多个图像帧，并且通过使用重建算法重建多个图像帧来生成样本的3D图像。
在本公开的又一方面中，公开了包括指令的集合的非暂时性计算机可读介质，指令的集合能够由装置的一个或多个处理器执行来使装置执行方法。方法可以包括：使用带电粒子束来辐射被设置在平台上的样本；操纵与样本相关联的电磁场，以参考样本来调整带电粒子束的聚焦；基于电磁场的操纵，形成与带电粒子束的主光轴基本垂直的多个焦平面；从样本的多个焦平面生成多个图像帧，其中多个图像帧中的图像帧与多个焦平面中的对应焦平面相关联；以及从多个图像帧和对应的焦平面信息生成样本的3D图像。
在一些实施例中，能够由装置的一个或多个处理器执行的指令的集合可以使装置还执行：形成多个焦平面中与样本的顶表面重合的第一焦平面；以及在第一焦平面下方的预定距离处形成多个焦平面中的第二焦平面。
在本公开的又一方面中，公开了确定带电粒子束装置的振动的方法。方法可以包括：检测电光组件的第一振动，电光组件被配置为将带电粒子束朝样本定向；以及检测机电组件的第二振动，机电组件被配置为保持样本，并且向电光组件施加振动补偿信号，以基于所确定的带电粒子束装置的振动来补偿第一振动和第二振动。方法还可以包括参考一个或多个轴来调整样本的定位，其中调整样本的定位引起电光组件和机电组件的振动。检测第一振动可以包括通过第一传感器的使用来检测电光组件围绕一个或多个轴的振动，并且其中第一传感器包括与电光组件机械耦合的加速度传感器。
加速度传感器可以包括压电传感器、电容式加速度计、基于微机电系统(MEMS)的加速度计或者压阻式加速度计，并且其中第一传感器被配置为基于所检测的第一振动的频率来生成电压信号。检测第二振动可以包括通过第二传感器的使用来检测机电组件在平移轴和旋转轴上的振动，其中第二传感器包括多个定位传感器，多个定位传感器被配置为基于所检测的第二振动的频率来生成位移信号。多个定位传感器中的第一定位传感器可以被配置为检测机电组件在平移轴上的振动，并且其中多个定位传感器中的第二定位传感器可以被配置为检测机电组件在旋转轴上的振动。方法还可以包括：通过第一控制器来接收电压信号和位移信号；以及使用第一控制器，基于所接收的电压信号和位移信号来确定振动补偿信号。确定振动补偿信号可以包括：基于与第一振动和第二振动相关联的信息来标识多个振动模式；基于所标识的多个振动模式来估计电光组件和机电组件的振动；基于所估计的电光组件和机电组件的振动来确定多个轴上的振动；基于所确定的多个轴上的振动来确定振动补偿信号。振动补偿信号可以被确定以参考第一振动和第二振动的测量时间、基于针对未来时间的经预测的振动的估计来补偿振动。
标识多个振动模式可以包括将电压信号转换为对应的距离信号。标识多个振动模式还可以包括将机电组件的第二振动和机电组件的壳的振动解耦合。估计电光组件和机电组件的振动可以包括使用仿真模型，其中仿真模型可以包括三维有限元分析模型(3D-FEM)、有限差分分析模型(FDM)或数学分析模型。方法还可以包括通过第二控制器来接收所确定的振动补偿信号。方法还可以包括通过第二控制器来接收束扫描信号；以及通过第二控制器、基于所接收的束扫描信号和所接收的振动补偿信号来生成经修改的束扫描信号。方法还可以包括基于经修改的束扫描信号、通过信号检测器来生成束偏转信号，其中束偏转信号被施加到电光组件，并且被用来调整入射在样本上的带电粒子束的特性。束偏转信号可以被施加到与电光组件相关联的束偏转控制器，其中带电粒子束的特性包括束扫描速度、束扫描频率、束扫描持续时间或束扫描范围。多个定位传感器可以被设置在机电组件的壳的表面上，并且其中电光组件可以包括带电粒子柱，并且其中机电组件包括平台，该平台被配置为保持样本并且能够在X轴、Y轴或Z-轴中的一个或多个轴上移动。
在本公开的又一方面，公开了带电粒子束系统。带电粒子束系统可以包括：第一传感器，被配置为检测带电粒子束系统的电光组件的第一振动；第二传感器，被配置为检测带电粒子束系统的机电组件的第二振动；以及包括电路系统的第一控制器，以基于被施加到电光组件的所检测的的第一振动和第二振动来生成振动补偿信号。电光组件可以包括带电粒子柱并且被配置为将带电粒子束朝样本定向。机电组件可以包括平台，该平台被配置为保持样本并且能够在X轴、Y轴或Z轴中的一个或多个轴上移动。样本的调整的调整可以引起电光组件和机电组件的振动。
系统还可以包括壳，壳被配置为容纳带电粒子束装置的机电组件。机电组件可以与壳机械耦合，使得移动平台引起壳的振动。电光组件可以与壳机械耦合，使得壳的振动引起电光组件的第一振动。第一传感器还可以被配置为检测电光组件围绕一个或多个轴的第一振动。第一传感器包括与电光组件机械耦合的加速度传感器。加速度传感器可以包括压电传感器、电容式加速度计、基于微机电系统(MEMS)的加速度计或者压阻式加速度计。第一传感器可以被配置为基于所检测的第一振动的频率来生成电压信号。第二传感器可以被配置为检测机电组件在平移轴和旋转轴上的第二振动。第二传感器可以包括多个定位传感器，该多个定位传感器被配置为基于所检测的第二振动的频率来生成位移信号。多个定位传感器中的第一定位传感器可以被配置为检测机电组件在平移轴上的振动，并且其中多个定位传感器中的第二定位传感器可以被配置为检测机电组件在旋转轴上的振动，并且其中第一定位传感器和第二定位传感器可以被设置在机电组件的壳的表面上。第一控制器还可以被配置为接收电压信号和位移信号；以及基于电压信号和位移信号来确定振动补偿信号，并且其中第一控制器包括电路系统以基于与第一振动和第二振动相关联的信息来标识多个振动模式；基于所标识的多个振动模式来估计电光组件和机电组件的振动；基于所估计的电光组件和机电组件的振动来确定多个轴上的振动；以及基于所确定的多个轴上的振动来确定振动补偿信号。
多个振动模式的标识可以包括电压信号到对应的距离信号的转换。多个振动模式的标识还可以包括机电组件的第二振动与机电组件的壳的振动的解耦合。电光组件和机电组件的振动的估计可以包括仿真模型的使用，其中仿真模型可以包括三维有限元分析模型(3D-FEM)、有限差分分析模型(FDM)或数学分析模型。系统还可以包括第二控制器，第二控制器包括电路系统以接收所确定的振动补偿信号。第二控制器可以包括电路系统以接收束扫描信号并且基于所接收的束扫描信号和振动补偿信号来生成经修改的束扫描信号。系统还可以包括信号发生器，信号发生器被配置为基于经修改的束扫描信号来生成束偏转信号。束偏转信号可以被施加到电光组件并且可以被配置为调整入射在样本上的带电粒子束的特性。束偏转信号可以被施加到与电光组件相关联的束偏转控制器。带电粒子束的特性可以包括束扫描速度、所述扫描频率、所述扫描持续时间或者束扫描范围。振动补偿信号可以被确定以参考第一振动和第二振动的测量时间、基于针对未来时间的经预测的振动的估计来补偿振动。
在本公开的又一方面中，公开了包括指令的集合的非暂时性计算机可读介质，指令的集合能够由装置的一个或多个处理器执行来使装置执行确定带电粒子束装置的振动的方法。方法可以包括：检测电光组件的第一振动，电光组件被配置为将带电粒子束朝样本定向；以及检测机电组件的第二振动，该机电组件被配置为保持样本；以及向电光组件施加振动补偿信号，以基于所确定的带电粒子束装置的振动来补偿第一振动和第二振动。
能够由装置的一个或多个处理器执行的指令的集合可以使装置还执行：参考一个或多个轴来调整样本的定位，其中调整样本的定位引起电光组件和机电组件的振动。能够由装置的一个或多个处理器执行的指令的集合可以使装置还执行：基于电压信号和位移信号来确定振动补偿信号。确定振动补偿信号可以包括：基于与第一振动和第二振动相关联的信息来标识多个振动模式；基于所标识的多个振动模式来估计电光组件和机电组件的振动；基于所估计的电光组件和机电组件的振动来确定多个轴上的振动；以及基于所确定的多个轴上的振动来确定振动补偿信号。能够由装置的一个或多个处理器执行的指令集可以使装置还执行：通过控制器来接收束扫描信号；基于所接收的束扫描信号和振动补偿信号来生成经修改的束扫描信号；基于经修改的束扫描信号、通过信号发生器来生成束偏转信号，其中束偏转信号被施加到电光组件并且被配置为调整入射在样本上的带电粒子束的特性；以及将束偏转信号施加到与电光组件相关联的束偏转控制器。
附图说明
图1是图示了与本公开的实施例一致的示例性电子束检查(EBI)系统的示意图。
图2是图示了与本公开的实施例一致的示例性成像系统的示意图。
图3是与本公开的实施例一致的示例性带电粒子束系统的示意图。
图4是与本公开的实施例一致的示例性带电粒子束系统的示意图。
图5是示出了与本公开的实施例一致的辐射样本的示例性方法的流程图。
图6是示出了与本公开的实施例一致的辐射样本的示例性方法的流程图。
图7是示出了与本公开的实施例一致的辐射样本的示例性方法的流程图。
图8是与本公开的实施例一致的示例性带电粒子束系统的示意图。
图9A是示出了与本公开的实施例一致的将带电粒子束聚焦在样本上的示例性方法的流程图。
图9B是示出了与本公开的实施例一致的将带电粒子束聚焦在样本上的示例性方法的流程图。
图10是图示了与本公开的实施例一致的包括电子束检查工具的带电粒子束系统的示例性配置的示意图。
图11A至图11F图示了与本公开的实施例一致的样本上的特征的图像帧和对应的焦平面。
图12是与本公开的实施例一致的生成从多个焦平面处所捕获的图像帧被重建的3D图像的过程步骤的示意图。
图13是示出了与本公开的实施例一致的在图8的带电粒子束系统中生成样本的3D图像的示例性方法的流程图。
图14是图示了与本公开的实施例一致的带电粒子束系统中的样本平台的平移轴和旋转轴的示意图。
图15是图示了与本公开的实施例一致的包括电子束检查工具的带电粒子束系统的示例性配置的示意图。
图16是图示了与本公开的实施例一致的用于确定振动估计和补偿信号的示例性算法的步骤的示意图。
图17是示出了与本公开的实施例一致的在图15的带电粒子束系统中将带电粒子束聚焦在的样本上的示例性方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考示例性实施例，示例性实施例的示例在附图中被图示。以下描述参考附图，其中除非另有表示，否则不同图中相同的附图标记表示相同或类似的元素。以下示例性实施例的描述中所阐述的实现方式不表示与本公开一致的所有实现方式。相反，它们仅仅是与所附权利要求中所述的主题相关的方面一致的装置和方法的示例。例如，尽管在利用电子束的上下文中描述了一些实施例，但本公开不限于此。可以类似地应用其他类型的带电粒子束。此外，可以使用其他成像系统，诸如光学成像、光子检测、X射线检测等。
在减小器件的物理大小的同时电子器件的增强计算能力可以通过显著地增加IC芯片上的电路组件(诸如，晶体管、电容器、二极管等)的封装密度来实现。例如，在智能电话中，(拇指指甲大小的)IC芯片可以包括超过20亿个晶体管，每个晶体管的大小可以小于人类头发的1/1000。毫不奇怪，半导体IC制造是复杂的过程，具有数百个单独的步骤。即使在一个步骤中出现错误，也有可能显著影响最终产品的功能。甚至一个“致命缺陷”可以引起器件故障。制造过程的目标是提高过程的整体产率。例如，对于50个步骤的工艺要获得75％的产率，每个单独的步骤必须具有大于99.4％的产率，并且如果单独的步骤产率为95％，则整体工艺产率下降到7％。
随着几何尺寸的缩小和IC芯片行业迁移到三维(3D)架构(诸如，与非门、鳍式场效应晶体管(FinFET)和高级动态随机存取存储器(DRAM))，寻找缺陷在每个较低节点处变得更具挑战性和昂贵。尽管高工艺产率在IC芯片制造设施中是满足需要的，但是维持高晶圆生产量也很重要，晶圆生产量被定义为每小时处理的晶圆的数目。高工艺产率以及高晶圆生产量可以受到缺陷存在的影响，尤其是当缺陷影响器件的整体性能和工艺产率时。因此，检测和标识微米和纳米大小的缺陷，同时维持高生产量对于高产率和低成本是至关重要的。除了检测和标识缺陷之外，SEM检测工具还可用于通过提供高分辨率图像并结合晶片上的微观结构的元素分析来标识缺陷源20。
无论是否通过高分辨率SEM成像来针对常规中期检查标识缺陷或成像，应理解，特别是在检查特征或缺陷的尺寸为几十纳米或较少的情况下，精确的平台运动控制是至关重要的。在高生产量、高分辨率检测环境中，可能存在可以引起测量误差并且可以影响检查工具的成像和缺陷检测能力的各种因素，诸如仪器维护、传感器校准、样本倾斜、制造公差、加工误差等。在实践中，非常大规模集成(VLSI)电路的制造需要在特定公差极限内的各个层的精确覆盖，并且因此样本平台的对准和精确定位非常关键。在某些情况下，生产现代集成电路所需的整体覆盖公差可以小于40nm。例如，将200mm晶片对准到该公差可以等同于以1cm的准确度将50km冰山带到停靠点。
在一些情况下，平台可以在六个不同的运动轴(三个平移轴和三个旋转轴)上移动，在六个轴中的每个轴上引入运动误差的可能性。由平台的线性移动引起的X和Y轴上的俯仰效应(Pitch effects)可以生产
误差，对应于在测量轴的平面与平台的运动轴之间的偏移。此外，平台的现有全局和局部Z-调平(Z-leveling)技术可能不足够或不可行，部分因为缩小的几何尺寸，还因为对整体检测生产量的影响。本公开中所提出的高精度三维平台控制系统的一些实施例可以通过使用高控制带宽信号以及用于Z-调平的可独立控制的压电致动器来显著改进平台定位和运动控制准确度。
聚焦带电粒子束(例如，电子束)并因此改进成像分辨率的若干方法中的以一个方法是通过使用光学机械部件，诸如经由压电换能器来调整平台的高度。然而，例如，由于精确运动控制和相关联误差的限制，或者由于足够快地移动平台以实现实时3D成像或实现目标生产量的需要，使用光机械技术的聚焦能力可能不适用于纳米制造和由其制成的器件的检查中的一些应用。误差源的示例包括但不限于振动、温度梯度、校准误差等。因此，可能需要通过使系统能够在解决该问题的同时进一步精调电子束的聚焦来增强现有的聚焦能力。
随着IC芯片上的器件密度增加，器件架构包括垂直堆叠的组件和针对高级特征的多个层。对该器件的检查可能需要较大的焦深，使得在提取有用信息的同时，特征的顶表面、底表面和中间层可以被同时成像。例如，测量金属接触孔的临界尺寸或者检测所掩埋的缺陷颗粒可以用于分析缺陷，并且基于从精确成像和测量中获得的信息等来开发工艺条件。使用现有技术来检查诸如3D NAND闪存器件的堆叠结构例如可以提供有限或不准确的信息，这两者都可能负面影响所生产的器件的生产量和质量。因此，可能需要使现有的检测工具具有实时3D成像能力，因此诸如通过调整与平台或镜头相关联的电压来引起电-磁场的改变，这随后引起带电粒子束的焦深的改变，在维持高成像分辨率的同时提高成像范围。
在单束和多束检查系统中的高产量晶片检查可以通过以高精度和高速度移动样本非常短距离(例如，大约若干纳米的数量级)的能力来促进。在一些应用中，与平台或SEM柱的移动相关联的振动可以限制图像分辨率或检查生产量等。尽管现有系统可以采用振动补偿方法来补偿振动所引起的误差，但是诸如由于振动的不足检测、不准确补偿、测量延迟、无能力准确实时校正振动等，该补偿方法可能不够准确。
在常规的带电粒子束检查系统中，定位感测系统被用于确定平台的振动或沿轴定位样本。定位传感器被放置在室的壁上，室与平台机械耦合，使得平台的振动可以被传送到室。虽然定位传感器可以参考室来准确地确定平台的振动，但是室、定位传感器或与室相关联的束柱的振动可能未被检测或者在不足的准确度下被检测，或者振动源可能是不能区分的。此外，所使用的定位传感器可能不检测在一些平移或旋转轴上的振动模式，导致欠补偿或过补偿的振动补偿信号。因此，可以希望准确地检测、标识、隔离和补偿振动所引起的误差，以将成像分辨率的损失最小化。例如，可以希望检测振动并且隔离振动在Z维度中的分量。所检测的Z振动分量可以被分析，并且相对于振动被感测的时间，未来时间处的Z振动可以被预测。与平台或透镜相关联的电压可以被调整，以引起电磁场的改变，电磁场的改变转而引起带电粒子束的焦深的改变，以在振动被预测的时间处补偿经预测的振动，导致改进的准确度图像。
在本公开的一个方面，带电粒子束系统可以被用来观察在样本平台(诸如图2的平台201)上设置的晶片(诸如图2的晶片203)。定位感测系统(包括图3的高度传感器340和激光干涉仪350)可以确定平台的横向和竖直位移。响应于确定横向位移，束控制模块(诸如图3的束控制模块365)可以将第一高控制带宽信号施加到束偏转器(诸如图3的偏转器阵列320)，以将入射在晶片上的初级带电粒子束沿着与带电粒子束基本垂直的平面偏转。并且响应于确定竖直位移，束控制模块可以将第二高控制带宽信号施加到平台，以沿着与带电粒子束基本平行的平面来调整经偏转的带电粒子束的聚焦。带电粒子束系统还可以包括平台控制模块(诸如图3的平台控制模块362)，以将第三信号施加到平台运动控制器(包括图3的Z轴运动控制器372_1、372_2和372_3)。Z轴运动控制器中的每个控制器可以被独立地控制以调整平台的Z-调平，使得平台基本垂直于初级带电粒子束314的光轴。
在本公开的另一方面，公开了将带电粒子束聚焦在样本上的方法。方法可以包括：使用位于带电粒子系统的物镜的聚焦组件上游的第一组件(例如，带电粒子源的阳极)，参考样本来调整带电粒子束的第一焦点的位置。第一焦点的位置还可以通过调整平台在Z轴上的定位来调整。方法还可以包括通过调整样本的电磁场或与样本相关联的电磁场来调整第一焦点以形成第二焦点。电磁场可以使用位于带电粒子系统的物镜的聚焦组件下游的第二组件(例如，物镜、平台或晶片的控制电极)来调整。调整第二组件可以包括将电信号的第一分量施加到物镜的控制电极来粗略聚焦第一焦点，并且将电信号的第二分量施加到平台来精细聚焦第一焦点。
在本公开的另一方面，公开了将带电粒子束聚焦在样本上的方法。方法包括：确定带电粒子束系统的振动并且将振动补偿信号施加到束柱以补偿所确定的带电粒子束系统的振动。方法还可以包括：使用在束柱上安装的加速度传感器来检测束柱(电光组件)的振动，并且使用在带电粒子束系统的壳室上安装的定位传感器来检测平台(机电组件)的振动。方法还可以包括标识束柱和平台在平移和旋转轴中的每个轴上的振动模式，基于所标识的振动模式来估计束柱的振动，并且基于所估计的振动来预测束柱和平台的振动。方法还可以包括基于经预测的振动和束扫描信号来生成经补偿的束扫描信号，并且形成振动补偿信号以被施加到带电粒子系统的束柱。
根据本公开的实施例，X、Y和Z轴是笛卡尔坐标。带电粒子束装置的主光轴沿Z轴，并且来自带电粒子源的初级带电粒子束沿Z轴行进。
为了清楚起见，图中的组件的相对尺寸可能被夸大。在以下附图描述中，相同或类似的附图标记是指相同或类似的组件或实体，并且仅描述了关于各个实施例的差异。
如本文中所使用的，除非另有特别说明，否则术语“或者”涵盖所有可能的组合，除了不可行的情况。例如，如果说明数据库可以包括A或者B，则除非特别说明或不可行，否则数据库可以包括A、或者B、或者A和B。作为第二示例，如果说明数据库可以包括A、B或者C，则除非特别说明或不可行，否则数据库可以包括A、或者B或者C、或者A和B、或者A和C、或者B和C、或者A和B和C。
现在参考图1，图1图示了与本公开的实施例一致的示例性电子束检查(EBI)系统100。EBI系统100可以被用于成像。如图1所示，EBI系统100包括主室101a、装载/锁定室102、电子束工具104和设备前端模块(EFEM)106。电子束工具104位于主室101内。EFEM 106包括第一装载端口106a和第二装载端口106b。EFEM 106可以包括(多个)附加的装载端口。第一装载端口106a和第二装载端口106b接收包含晶片(例如，半导体晶片或者由其他(多个)材料制成的晶片)或待检查的样本(晶片和样本可以被互换使用)的前开式晶片盒(waferfront opening unified pods，FOUP)。包含多个晶片的批可以被装载用于作为一批的处理。
EFEM 106中的一个或多个机器人臂(未示出)可以将晶片输送到装载/锁定室102。装载/锁定室102被连接到装载/锁定真空泵系统(未示出)，装载/锁定真空泵系统去除装载/锁定室102中的气体分子，以达到低于大气压的第一压力。在达到第一压力之后，一个或多个机器人臂(未示出)可以将晶片从装载/锁定室102输送到主室101。主室101被连接到主室真空泵系统(未示出)，主室真空泵系统去除主室101中的气体分子，以达到低于第一压力的第二压力。在达到第二压力之后，晶片通过电子束工具104进行检查。电子束工具104可以是单束系统或多束系统。
控制器109被电子连接到电子束工具104。控制器109可以是被配置为执行EBI系统100的各种控制的计算机。当控制器109在图1中被示出为在包括主室101、装载/锁定室102和EFEM 106的结构的外部时，应理解，控制器109可以是结构的部分。
图2图示了根据本公开的实施例的示例性成像系统200。图2的电子束工具104可以被配置用于在EBI系统100中的使用。电子束工具104可以是单束装置或多束装置。如图2所示，电子束工具104可以包括机动样本平台201以及晶片保持件202，该晶片保持件202由机动平台201支撑以保持待检查的晶片203。电子束工具104还包括物镜组装204、电子检测器206(包括电子传感器表面206a和206b)、物镜孔208、聚束器透镜210、束限制孔212、枪孔214、阳极216和阴极218。在一些实施例中，物镜组装204可以包括经修改的摆动物镜迟滞浸没透镜(swing objective retarding immersion lens，SORIL)，SORIL包括极片204a、控制电极204b、偏转器204c和励磁线圈204d。电子束工具104可以附加地包括能量分散X射线光谱仪(EDS)检测器(未示出)以表征晶片203上的材料。
初级带电粒子束220(例如，电子束)可以通过在阳极216和阴极218之间施加电压而从阴极218被发射。初级电子束220穿过枪孔214和束限制孔212，枪孔214和束限制孔212两者可以确定进入聚束器透镜210的电子束的大小，聚束器透镜210驻留在束限制孔212下方。聚束器透镜210在束进入物镜孔208之前将初级带电粒子束220聚焦，以在进入物镜组装204之前设置初级电子束的大小。偏转器204c将初级电子束220偏转以促进晶片203上的束扫描。例如，在扫描过程中，偏转器204c可以被控制为在不同的时间点处将初级电子束220循序地偏转到晶片203的顶表面的不同位置上，以针对晶片203的不同部分提供用于图像重建的数据。此外，偏转器204c还可以被控制为在不同时间处在特定位置点处将初级电子束220偏转到晶片203的不同侧面上，以提供用于晶片结构在该位置处的立体图像重建的数据。此外，在一些实施例中，阳极216和阴极218可以被配置为生成多个初级电子束220，并且电子束工具104可以包括多个偏转器204c，以在相同的时间处将多个初级电子束220投影到晶片的不同部分/侧面，以针对晶片203的不同部分提供用于图像重建的数据。
激励线圈204d和极片204a生成在极片204a的一端处开始并且在极片204a的另一端处终止的磁场。被初级电子束220扫描的晶片203的部分可以被浸入磁场中并且可以带电，该晶片203的部分转而创建电场。电场降低了在初级电子束220撞击晶片203之前在晶片203表面附近冲击初级电子束220的能量。与极片204a电隔离的控制电极204b控制晶片203上的电场，以防止晶片203的微拱效应并确保适当的束聚焦。
次级电子束222可以在接收初级电子束220时从晶片203的部分被发射。次级电子束222可以在电子检测器206的传感器表面206a和206b上形成束斑。电子检测器206可以生成表示束斑强度的信号(例如，电压、电流等)，并且将信号提供给图像处理系统250。次级电子束222的强度和由此导致的束斑可以根据晶片203的外部或内部结构而改变。此外，如上所述，初级电子束220可以被投影到晶片的顶表面的不同位置上或者在特定位置处的晶片的不同侧面，以生成不同强度的次级电子束222(以及由此导致的束斑)。因此，通过利用晶片203的位置来映射束斑的强度，处理系统可以重建反映晶片203的内部或外部结构的图像。
成像系统200可以被用于检查在平台201上的晶片203，并且包括如上所述的电子束工具104。成像系统200还可以包括图像处理系统250，该图像处理系统250包括图像获取器260、存储270和控制器109。图像获取器260可以包括一个或多个处理器。例如，图像获取器260可以包括计算机、服务器、主机、终端、个人计算机、任何种类的移动计算设备等或它们的组合。图像获取器260可以通过介质(诸如电导体、光纤电缆、便携式存储介质、IR、蓝牙、互联网、无线网络、无线无线电或它们的组合)来与电子束工具104的检测器206连接。图像获取器260可以接收来自检测器206的信号，并且可以构建图像。图像获取器260因此可以获取晶片203的图像。图像获取器260还可以执行各种后处理功能，诸如生成轮廓、所获取的图像上的叠加指示符等。图像获取器260可以被配置为执行所获取的图像的亮度和对比度等的调整。存储270可以是诸如硬盘、随机存取存储器(RAM)、其他类型的计算机可读存储器等的存储介质。存储270可以与图像获取器260耦合，并且可以被用于将所扫描的原始图像数据(raw image data)保存为原始图像(original images)并且保存经后处理的图像。图像获取器260和存储270可以被连接到控制器109。在一些实施例中，图像获取器260、存储270和控制器109可以作为一个控制单元而被集成在一起。
在一些实施例中，图像获取器260可以基于从检测器206接收到的成像信号来获取样本的一个或多个图像。成像信号可以对应于用于传导带电粒子成像的扫描操作。所获取的图像可以是包括多个成像区的单个图像。单个图像可以被存储在存储270中。单个图像可以是可以被划分成多个区域的原始图像。区域中的每个区域可以包括包含晶片203的特征的一个成像区。
现在参考图3，图3是与本公开的实施例一致的示例性带电粒子束系统。在一些实施例中，带电粒子束系统300包括带电粒子束柱310、具有光轴312的初级带电粒子束314、聚束器透镜315(类似于图2的聚束器透镜210)、偏转器阵列320(使初级带电粒子束314偏转并且形成辐射在(被设置平台201上的)晶片203上的经偏转的带电粒子束330)、高度传感器340、激光干涉仪350、包括平台控制模块362和束控制模块365的系统控制模块360、束偏转控制器367、包括Z轴运动控制器372的平台运动控制器370和X-Y轴运动控制器374。备选地，带电粒子束系统300可以是图1的EBI系统100或者图2的成像系统200的部分。应理解，在本公开的上下文中，带电粒子和电子可以被互换使用。类似地，描述(多个)带电粒子束的所要求保护的装置或方法的元素可以适当地与(多个)电子束互换使用。
在一些实施例中，带电粒子束系统300可以包括电子束系统或电子束检查系统。带电粒子束系统300可以包括带电粒子束柱310，带电粒子束柱310可以容纳如图2所示的阴极218、阳极216、枪孔214、束限制孔212。初级带电粒子束314可以通过在阳极216和阴极218之间施加电压而从阴极218被发射。在一些实施例中，初级带电粒子束314可以是穿过枪孔214和束限制孔212的电子束，枪孔214和束限制孔212两者可以确定进入聚束器透镜210(类似于图3的聚束器透镜315)的带电粒子束的大小，聚束器透镜210驻留在束限制孔212下方。偏转器阵列320可以将初级带电粒子束314偏转以促进晶片203上的束扫描。
偏转器阵列320可以包括单个偏转器、多个偏转器或者偏转器阵列，以将初级带电粒子束314偏转远离光轴312。束偏转可以被配置为在辐射或检查期间跨晶片203扫描初级带电粒子束314。由于初级带电粒子束314被偏转远离光轴312，附加的像差可能被引入，导致图案失真。将初级带电粒子束314偏转可以静电或磁性地完成。磁偏转器允许比静电偏转器更长的偏转范围，但是其频率响应可能由于磁线圈的电感和由磁场引入的涡电流而被限制。
在一些实施例中，带电粒子束系统300可以包括源转换单元(图3中未示出)。源转换单元可以包括图像形成元件阵列(图3中未示出)、像差补偿器阵列和束限制孔阵列(诸如包括图2的束限制孔212)。图像形成元件阵列可以包括多个微偏转器或微透镜，以形成初级电子束314的多个束波的多个并行图像(虚拟或真实)。束限制孔阵列可以限制多个束波。应理解，源转换单元120可以被配置为处理任何数目的束波。
聚束器透镜315可以被配置为使初级带电粒子束314聚焦。在一些实施例中，聚束器透镜315还可以被配置为通过改变聚束器透镜315的聚焦功率来调整源转换单元下游的初级带电粒子束314的初级束波的电流。备选地，电流可以通过更改束限制孔阵列内与各个初级束波相对应的束限制孔212的径向大小来改变。
在一些实施例中，带电粒子束系统300可以包括初级投影光学系统(图3中未示出)。初级投影光学系统可以包括物镜组装204、束分离器和偏转扫描单元(诸如，图3所示的偏转器阵列320)。束分离器例如可以是包括生成静电偶极场E1和磁性偶极场B1(两者在图3中未示出)的静电偏转器的WIEN滤波器。在操作中，束分离器可以被配置为通过静电偶极场E1而在初级带电粒子束314的各个带电粒子上运用静电力。静电力与束分离器的磁性偶极场B1对各个电子施加的磁力量值相等但方向相反。初级带电粒子束314因此可以以至少基本上为零的偏转角度至少基本上直地穿过束分离器。在一些实施例中，偏转扫描单元在操作中被配置为将初级带电粒子束314偏转，使经偏转的带电粒子束330跨晶片203上的各个扫描区扫描探针斑。
在实践中，晶片203可以在带电粒子束系统300或EBI系统100中以高放大率来观察，并且平台201可以稳定地支撑晶片203并且沿水平X-Y轴、竖直Z轴平稳地移动，平台倾斜或者平台旋转。在X和Y轴上的移动可以被用于视场(field of view，FOV)的选择时，Z轴上的移动可以被要求用于图像分辨率、焦深等的改变。平台201可以例如是全对中平台。在全对中平台中，观察区和在晶片表面上的聚焦不在倾斜晶片203的同时移位。
在一些实施例中，定位感测系统(图3中未示出)可以被用来确定平台201的位移。定位感测系统可以包括高度传感器340和激光干涉仪350。应理解，定位感测系统可以包括多于一个的高度传感器340和多于一个的激光干涉仪350和其他合适的组件，以及例如信号放大器、带通滤波器、数据存储单元、数据处理单元等。
在一些实施例中，高度传感器340可以被用于确定平台201的纵向位移。如本文中所参考的，平台201的竖直位移可以对应于平台201在Z轴上的实际位置与目标定位之间的差。光学高度传感器(诸如图3中所示的高度传感器340)可以包括激光二极管传感器组装，激光二极管传感器组装包括一维定位灵敏检测器(1-D PSD)或者光电二极管的线性阵列等。高度传感器340可以与系统控制模块360(稍后详细描述)通信，使得高度传感器340的输出被分析并被用来进一步调整平台定位。在一些实施例中，来自高度传感器340的输出数据可以被用来通过向平台施加电压以在样本的表面上创建可调谐电场，或者通过调整被施加到物镜组件204的电流或者通过向平台和物镜组装204施加电压来修改束聚焦。应理解，可以采用聚焦入射束的其他合适的部件。可以基于所需的高度感测的复杂度和准确度来采用一个或多个光学高度传感器，诸如高度传感器340。可以适当地使用其他高度感测技术。
在一些实施例中，平台201的竖直位移可以基于标准样本的高度测量或高度感测来被常规地确定用于设备校准。例如，包括标准图案化特征(诸如金属线、光致抗蚀剂层、沉积在晶片203上的反射膜等)的晶片203可以被用来校准设备、传感器、电机或平台。
在生产设施(诸如晶片工厂)中的晶片中的高生产量检查可能要求平台201在起停运动的重复模式中快速准确地移动。起停运动可以包括平台201的多个高加速度、减速度和稳定的循环，以若干微米或纳米的数量级行进距离。以高速度和高加速度移动平台201可以生成由于系统动态而引起的振动，该振动转而可以在系统内引起动态谐振，例如，振动波建设性地干扰以引起整个带电粒子束系统300的更高幅度振动。由移动平台201引起的振动可能导致多于一个轴上的平移误差或位移误差。例如，在检查晶片203上的管芯时，在X-Y轴上移动的平台201可以引起与其他移动或非移动组件的动态谐振，以引起在Z轴上的平台振动。平台201的准确定位可能要求准确的定位测量技术，诸如例如使用激光器的光学高度传感器。
在一些实施例中，激光干涉仪350可以被用来测量在X-Y轴上的平移位移以及用于平台201在X-Y轴上的精确定位。激光干涉仪位移测量技术通常被用作高准确度位移测量手段来控制用于制造半导体器件以及用于控制X-Y平台的光刻工艺中所采用的设备(例如，步进器)的移动。
在一些实施例中，激光干涉仪350可以是例如零差激光干涉仪或外差激光干涉仪。零差激光干涉仪使用单频激光源，而外差激光干涉仪使用具有两个接近频率的激光源。激光源可以包括HE-NE气体激光器，该He-Ne气体激光器发射波长为633nm的激光。也可以使用具有单个或多个波长或频率发射的其他激光源。在一些实施例中，可以使用多于一个的激光干涉仪。零差和外差激光干涉仪的组合可以在系统内被使用。
在一些实施例中，激光干涉仪350可以被用于确定平台201的横向位移。如本文中所提及的横向位移可以对应于平台201在X-Y轴中的至少一个轴上的实际位置和目标定位之间的差。在实践中，在系统内可以采用多于一个的激光干涉仪(诸如图3中所示的激光干涉仪350)来确定横向位移。由于初级带电粒子束314的偏转在小区上受到限制，因此精确的机械平台定位可能需要通过暴露多个偏转场并且将它们拼接在一起而与束偏转组合以将大特征图案化。这可以通过使用两个激光干涉仪(诸如激光干涉仪350)来实现，以测量X和Y轴上的平台定位。在一些实施例中，两个经分束的激光束可以被定向到基准反射镜以及在每个方向上被附接到平台的反射镜，然后干涉仪可以将平台反射镜的定位与基准反射镜的定位进行比较来检测和校正任何平台定位误差。例如，一个激光干涉仪用于X轴，并且第二激光干涉仪用于Y轴。在一些实施例中，多于一个的激光干涉仪可以被用于单个轴，诸如X或Y轴。也可以采用其他合适的技术。
参考图3，带电粒子束系统300可以包括系统控制模块360。系统控制模块360可以包括平台控制模块362和束控制模块365。系统控制模块360可以被配置为与高度传感器340、激光干涉仪350和平台运动控制器370通信。系统控制模块360可以被配置为从高度传感器340接收信号，并且基于所确定的平台201的竖直位移来处理所接收的信号。系统控制模块360还可以被配置为接收来自激光干涉仪350的信号，并且基于所确定的平台201的横向位移来处理所接收的信号。在一些实施例中，系统控制模块360可以包括用户界面(未示出)以基于所确定的平台201的横向和竖直位移来接收用户输入。用户界面可以是例如可视触摸屏、具有用户控件的屏幕、视听界面等。
在一些实施例中，系统控制模块360可以包括平台控制模块362和束控制模块365。平台控制模块362可以是例如包括用于平台定位和运动控制的各个电路的电路板。被安装在电路板上的还可以是其他组件，包括定序器电路、定时器电路、信号处理电路等。
在一些实施例中，系统控制模块360的平台控制模块362可以包括信号处理电路。平台控制模块362的信号处理电路可以被配置为从高度传感器340或激光干涉仪350接收信号。在一些实施例中，平台控制模块362可以被配置为从激光干涉仪350接收信号。信号处理电路可以基于所接收的信号来确定平台201的竖直位移程度或平台201的横向位移程度。所接收的信号可以是例如光信号、电信号或它们的组合。
在一些实施例中，系统控制模块360可以包括具有束偏转控制器367的束控制模块365，束偏转控制器367在本文中也被称为控制器。在一些实施例中，束偏转控制器367可以被配置为施加第一信号来将入射在样本(例如，晶片203)上的初级带电粒子束314偏转，以至少部分地补偿平台201的横向位移。束偏转控制器367可以被配置为施加第二信号来调整入射在晶片203上的经偏转的带电粒子束330的聚焦，以至少部分地补偿平台的竖直位移。
在一些实施例中，束偏转控制器367可以被配置为在初级带电粒子束314在晶片203上的扫描期间，动态地调整第一信号和/或第二信号中的至少一个信号。如本文中所使用的，动态调整信号可以是指在样本被扫描或检查时，连续和迭代地调整信号。例如，平台201的定位可以被不断监测、测量、记录和通信到诸如束偏转控制器367的控制器。在接收到包括横向位移、竖直位移和/或俯仰和滚转误差信息的经更新的定位信息时，束偏转控制器367可以基于所接收的信息来将信号调整以至少部分地补偿位移。当晶片扫描继续时，平台定位和位移信息可以被连续收集、交换并且由束偏转控制器使用以调整信号。
束偏转控制器367可以是例如控制回路反馈机制，控制回路反馈机制包括比例积分微分(P-I-D)控制器、比例积分(P-I)控制器、比例控制器(P)等。在一些实施例中，激光干涉仪350可以与束控制模块365或被配置为将入射在晶片203上的初级带电粒子束314偏转的束偏转控制器367直接通信。
在一些实施例中，激光干涉仪350可以与平台控制模块362或束控制模块365(图3中未示出)通信。在一些实施例中，激光干涉仪350可以经由平台控制模块362来与束控制模块365通信。例如，激光干涉仪350可以与平台控制模块362的信号处理电路(未示出)通信，并且为束控制模块365生成信号以将与所确定的平台201的横向位移或定位相对应的入射束偏转。至少部分地补偿平台在X-Y轴上的横向位移在本文中也可以被称为X-Y动态补偿。图3图示了一个激光干涉仪350，该激光干涉仪350被配置为确定平台201的定位或横向位移，然而，可以适当地使用多于一个的干涉仪。
在一些实施例中，由束控制模块365施加到偏转器阵列320的电信号可以包括具有在10kHz至50kHz范围中的控制带宽的信号。如本文中所使用的，控制系统的带宽ωB可以被定义为其中闭环频率响应的量值在频域中大于-3dB的频率范围。
图像分辨率直接取决于样本或晶片203的定位。除了分辨率之外，平台定位的可重复性和稳定性可能对图像的质量至关重要。平台201或晶片203在扫描期间的移动或小尺度振动可以显著影响图像质量，并且对检查工具的缺陷检测能力产生不利影响。如果一旦达到目标定位，就没有发生样本漂移，则可以避免图像的失真。定位平台(例如，平台201)可以被要求以几纳米/秒(nm/s)的速度平滑地移动。
在一些实施例中，平台运动控制器370可以控制平台201在X、Y或Z轴上的运动。平台运动控制器370可以包括用于在Z轴上移动平台201的Z轴运动控制器372以及在X和Y轴中的至少一个上移动平台201的X-Y轴运动控制器374。平台运动控制器370可以包括例如压电步进驱动器和致动器、超声压电电机、压电电机、压电致动器等。在一些实施例中，平台运动控制器370可以基于所确定的平台201的竖直或横向位移来与平台控制模块362通信并从其接收信号。如图3所示，Z轴运动控制器372还可以包括多于一个的压电驱动器或压电致动器。X-Y轴运动控制器374也可以包括多于一个的压电驱动器或压电致动器。
为了改进图像分辨率和对比度，用户可以施加束修改电压来降低或增加晶片203上的入射束的束能量。在一些实施例中，平台201可以被保持在高偏置电压处，使得在带电粒子束到达晶片203或平台201之前，离开带电粒子束柱310的带电粒子被减速。例如，在次级电子显微镜中，如果高电压(在柱中被施加的加速电压)是-5kV并且平台偏置是-4kV，电子在柱中被首先加速到5kev的能量，然后在离开柱之后，减速4keV，使得在没有束减速的情况下，有效的高电压为-1kV。在一些实施例中，平台201可以被保持在高偏置电压处，使得在带电粒子到达晶片203或平台201之前，离开带电粒子束柱310的带电粒子被加速。施加平台偏置可以被用来修改带电粒子束在Z轴上的束能量和聚焦。入射束带电粒子束可以包括初级带电粒子束314或者经偏转的带电粒子束330。
在一些实施例中，如图3所示，经由平台运动控制器370被施加到平台201的电压信号可以是例如交流(AC)电压信号。所施加的电压信号可以基于所确定的平台201的竖直位移，以至少部分地补偿竖直位移。至少部分地补偿平台在Z轴上的竖直位移在本文中也可以被称为Z动态补偿。
在一些实施例中，电压信号可以包括具有在50kHz至200kHz、60kHz至180kHz、70kHz至160kHz、80kHz至140kHz、90kHz至120KHz、100kHz至110kHz或任何合适的范围中的控制带宽的信号。在一些实施例中，被施加到平台201的电压信号的优选控制带宽可以是100kHz。
在实践中，在X-Y-Z轴中的任一轴上移动平台201可能引入俯仰效应。具体地，X和Y轴上的俯仰效应可能生成Abbé错误，Abbé错误如果未被考量，则可能导致不准确的平台定位。如本文中所提及的，平台201在X轴上的俯仰效应可以被定义为平台201围绕Y轴的角度旋转或倾斜，并且平台201在Y轴上的俯仰效应可以被定义为平台201围绕X轴的角度旋转或倾斜。应理解，围绕X轴的角度旋转被称为滚转。在(被设置在平台201上的)晶片203的扫描期间，X-Y轴上的俯仰效应补偿可能需要同时且连续地补偿横向位移(X-Y轴)和竖直位移(Z轴)。竖直位移可以通过调整晶片203上的入射束的聚焦或者通过调整平台201在Z轴上的定位来补偿。在一些实施例中，所测量的x-y坐标可以基于来自在X和Y轴上的俯仰效应的所确定的Abbé错误来校正。平台201的经校正的x-y坐标可以包括由于俯仰效应而引起的位移。束偏转控制器367、束控制模块365和平台控制模块362可以与一个或多个激光干涉仪通信以接收经更新的平台定位信息。
在一些实施例中，激光干涉仪(诸如图3的激光干涉仪350)可以被配置为测量补偿，该补偿被要求考量X-Y轴上的俯仰效应。例如，带电粒子束系统300可以包括三个激光干涉仪，三个激光干涉仪中的每个激光干涉仪用于预定义的功能。第一激光干涉仪可以被用来确定X轴上的横向位移，第二激光干涉仪可以被用来确定Y轴上的横向位移，并且第三激光干涉仪可以被用来确定X-Y轴上的俯仰效应。应理解，根据需要，可以使用多于三个的激光干涉仪。
如图4所示，Z轴运动控制器372可以包括三个Z轴运动控制器，诸如例如致动器372_1、372_2和372_3，每个Z轴运动控制器被配置为与平台控制模块362独立地通信。应理解，根据需要，可以采用更多的Z运动控制器。例如，与持有200mm晶片的平台相比，持有300mm晶片的平台201可以利用更多的z运动控制器，或者与离线工具相比，在线带电粒子束检查工具的平台201可以利用更多的z运动控制器。Z运动控制器(诸如，致动器372_1、372_2和372_3)中的每个Z运动控制器的独立控制可以辅助平台201的Z调平。
在一些实施例中，平台201的精确定位可以包括平台的精确调平，使得平台201以及因此被设置在平台201上的晶片203垂直于带电粒子束系统300的光轴312。平台201的调平可以由高度传感器340来不断监测。在基于从高度传感器340所接收的信号确定平台201是非平面时，平台控制模块可以生成被配置为移动一个或多个Z运动控制器(诸如致动器372_1)以修改平台调平的信号。多个高度传感器可以被用来监测Z轴上的水平、竖直位移和平台定位。平台控制模块362可以被配置为从多个高度传感器中的每个高度传感器接收信号。
在一些实施例中，平台控制模块362还包括信号处理电路410，信号处理电路410包括一个或多个组件(诸如例如信号转换器415)，该一个或多个组件被配置为例如在处理信号并生成输出信号之前将光学信号转换为电信号。信号处理电路410可以是例如处理器、微处理器、控制电路、专用集成电路(ASIC)、集成电路、计算设备、计算机、控制器等。其他合适的设备和模块也可以被使用。
在一些实施例中，信号处理电路410可以包括信号聚合电路412，信号聚合电路412被配置为将来自高度传感器340的多个信号嵌入到单个信号中。在一些实施例中，信号聚合电路412可以被配置为从信号转换器415接收一个或多个信号。在一些实施例中，信号聚合电路412可以包括被配置作为多输入、单输出开关的多路复用器电路。例如，信号聚合电路412可以从高度传感器340接收多个输入信号，指示晶片203上跨特定斑的平台高度。在一些实施例中，信号聚合电路412可以从多个高度传感器中的每个高度传感器接收多个信号并且处理所接收的信号以确定平台201是否被调平。在一些实施例中，来自高度传感器340的多个信号可以被用来确定平台201的竖直位移或平台201的定位。
在一些实施例中，信号聚合电路412可以包括码分多路复用器、频分多路复用器、时分多路复用器、波分多路复用器或统计多路复用器等。在一些实施例中，多路复用器电路可以包括例如2输入1输入多路复用器、4输入1输入多路复用器、8输入1输入多路复用器或16输入1输入多路复用器等。也可以采用其他信号处理电路类型和配置。
在一些实施例中，平台运动控制器370可以包括信号偏析电路414。信号偏析电路可以是例如被配置作为单输入、多输出开关的解复用器电路。信号偏析电路414可以被配置为从信号聚合电路412接收单个输出信号，并且生成多个输出信号以致动一个或多个Z轴运动控制器372或X-Y轴运动控制器374。例如，当被施加到平台201的电压信号的控制带宽是100kHz时，电压信号可以包括被嵌入在Z轴运动控制器中的三个单独信号，一个信号用于三个Z轴运动控制器中的每个Z轴运动控制器。
在一些实施例中，平台运动控制器370可以被配置为从信号聚合电路412接收信号。平台运动控制器370可以基于所确定的横向或竖直位移和所要求的补偿来处理所接收的信号。
在一些实施例中，信号偏析电路414的多个输出信号中的每个输出信号可以控制Z轴运动控制器。例如，如图4所图示的，每个输出信号与Z轴运动控制器中的每个Z轴运动控制器相关联。在一些实施例中，两个输出信号可以被组合以控制一个Z轴运动控制器。备选地，来自信号偏析电路414的一个输出信号可以控制两个Z轴运动控制器。应理解，与Z轴运动控制器相关联的输出信号的大量组合可以是可能的。
在一些实施例中，来自信号偏析电路414的输出信号可以基于通过激光干涉仪350的所确定的平台201的横向位移来控制X-Y轴运动控制器374。平台运动控制器370可以包括用于路由信号、对信号进行定时、过滤信号等的其他电路和组件。
在一些实施例中，信号聚合电路412和信号偏析电路414可以包括功能逻辑门，诸如例如AND、OR、NAND、NOR或它们的组合。组合逻辑门可以与系统控制模块360或平台运动控制器370中的一个或多个接合。
在一些实施例中，平台201的Z轴调平可以通过利用致动输出计算的几何模型信息控制竖直致动器(例如，压电电机)的高度来实现。几何模型可以包括平台的机械模型、平台的计算机辅助制图(CAD)、平台尺寸的仿真和平台移动的致动等。
图5是图示了与本公开的实施例一致的使用带电粒子束系统利用带电粒子束辐射样本的示例性方法的流程图。观察样本的方法可以由图3的带电粒子束系统300、图8的带电粒子束系统800(稍后讨论)或者图1的EBI系统100来执行。应理解，带电粒子束系统可以被控制以观察、成像和检查晶片(例如，图2至图3的晶片203)或晶片上的感兴趣区域。成像可以包括扫描晶片以对晶片的至少部分、晶片上的图案或者晶片本身进行成像。检查晶片可以包括扫描晶片以检查晶片的至少部分、晶片上的图案或者晶片本身。
在步骤510中，初级带电粒子束(例如，图2的初级带电粒子束220)从带电粒子源生成。在一些实施例中，带电粒子束可以是指具有大约相同的动能和方向的带电粒子的空间定位组。带电粒子可包括电子、质子或离子。带电粒子源可以是例如来自六硼化钨或六硼化镧(Lab6)阴极的电子的热离子发射，或者来自氧化钨/锆(ZrO2)的电子的电场所诱发的电子发射等。带电粒子束可以包括由于高加速电场引起的具有高动能的带电粒子，以使得带电粒子朝向样本驱动。带电粒子的动能可以在0.2-40keV或更高的范围中。在一些实施例中，初级带电粒子束可以具有光轴(例如，光轴312)，束沿着光轴朝向晶片或平台(例如，图2-图3的平台201)行进。
在步骤520中，平台的横向位移可以被确定。如本文所使用的，横向位移可以是指平台在X-Y轴上的目标定位和当前定位之间的差。在带电粒子束系统中，可能存在引起平台横向位移的多个因素。例如，机械振动、来自杂散场的电磁干扰、由于透镜加热引起的温度变化、由于平台倾斜引起的误差等。
在一些实施例中，平台的横向位移可以使用精确的光学定位感测技术来确定。激光干涉仪(例如，图3的激光干涉仪350)可以被用来确定平台在X-Y轴上的横向位移。一个或多个激光干涉仪可以与束控制模块(例如，图3的束控制模块365)直接通信，或者经由平台控制模块而与束控制模块(例如，图3的平台控制模块362)间接地通信。一个或多个激光干涉仪可以被配置为基于由激光干涉仪的光电探测器检测的信号来确定平台的横向位移。在一些实施例中，束控制模块、平台和激光干涉仪可以形成闭合的反馈控制回路。
在步骤530中，在确定平台的横向位移时，束控制模块的束偏转控制器可以将信号施加到初级束偏转器(例如，图3的偏转器阵列320)。所施加的信号可以使初级带电粒子束在X或Y轴或两轴上偏转，以至少部分地补偿平台的横向位移。所施加的信号可以包括带宽在10kHz至50kHz的范围中的电信号。在一个优选实施例中，所施加的信号的带宽可以是30kHz。
图6是图示了与本公开的实施例一致的使用带电粒子束系统、利用带电粒子束来辐射样本的示例性方法的流程图。观察样本的方法可以由图3的带电粒子束系统300或者图1的EBI系统100来执行。
在步骤610中，类似于步骤510，初级带电粒子束(例如，图2的初级带电粒子束220)从带电粒子源生成。初级带电粒子束可以是例如从电子源生成的电子束。电子源可以包括但不限于来自钨丝或Lab6阴极的电子的热电子发射，或者来自钨/ZrO2冷阴极的电子的场发射。
在步骤620中，平台(例如，图2-图3的平台201)的竖直位移可以被确定。如本文中所使用的，竖直位移可以是指平台在Z轴上的目标定位和当前定位之间的差。在带电粒子束系统中，可能存在引起平台竖直位移的多个因素。例如，机械振动、来自杂散场的电磁干扰、平台移动校准误差、压电电机校准误差等。
在一些实施例中，平台的竖直位移可以使用光学高度传感器(例如，图3的高度传感器340)、使用精确的光学定位感测技术来确定。高度传感器可以包括：激光二极管组装，该激光二极管组装包括辐射平台或者被设置在平台上的晶片(例如，图2-图3的晶片203)的激光源，其中激光具有预定的发射波长；以及激光检测器，该激光检测器被配置为检测所反射的激光。高度传感器可以与平台控制模块(例如，图3的平台控制模块362)、束控制模块(图3的束控制模块365)或者两者通信。
在步骤630中，在确定平台的竖直位移时，束偏转控制器(例如，图3的束偏转控制器367)可以将信号施加到平台，以通过沿Z轴移动平台来调整初级带电粒子束在Z轴上的焦平面的定位。在一些实施例中，平台的竖直移动可以至少部分地使用诸如例如压电电机、压电致动器或超声压电电机或它们的组合的致动器来执行。所施加的信号可以包括带宽在50kHz至200kHz的范围中的电压信号。在一个优选实施例中，所施加的信号的带宽可以是100kHz。
在一些实施例中，所施加的信号可以基于信号的极性使初级带电粒子束朝向平台减速或加速，修改入射在晶片上的初级带电粒子束的聚焦。
图7是图示了与本公开的实施例一致的使用带电粒子束系统、利用带电粒子束来辐射样本的示例性方法的流程图。观察样本的方法可以由图3的带电粒子束系统300或者图1的EBI系统100来执行。应理解，带电粒子束装置可以被控制为对晶片(例如，图2的晶片203)或晶片上的感兴趣区域进行观察、成像和检查。成像可以包括扫描晶片以对晶片的至少部分、晶片上的图案或者晶片本身进行成像。检查晶片可以包括扫描晶片来检查晶片的至少部分、晶片上的图案或者晶片本身。观察晶片可以包括监测晶片或晶片上的感兴趣区域的某些特性，诸如图案的再现性或重复性等。
在步骤710中，类似于步骤510和610，初级带电粒子束(例如，图2的初级带电粒子束220)从带电粒子源生成。初级带电粒子束可以是例如从电子源生成的电子束。电子源可以包括但不限于来自钨丝或Lab6阴极的电子的热电子的发射，或者来自钨/ZrO2冷阴极的电子的场发射。
在步骤720中，包括高度传感器(例如，图3的高度传感器340)和激光干涉仪(图3的激光干涉仪350)的定位感测系统可以被用来确定平台(例如，图2-图3的平台201)的横向和竖直位移。在一些实施例中，一个或多个光学高度传感器可以被用来确定竖直位移，并且一个或多个激光干涉仪可以被用来确定平台的横向位移。在一些实施例中，在(被设置在平台201上的)晶片203的扫描期间，X-Y轴上的俯仰效应补偿可以要求同时且连续地补偿横向位移(X-Y轴)和竖直位移(Z轴)。竖直位移可以通过调整入射束在晶片203上的聚焦或者通过调整平台201在Z轴上的定位来补偿。在一些实施例中，所测量的x-y坐标可以基于来自X和Y轴上的俯仰效应来校正。平台201的经校正的x-y坐标可以包括由于俯仰效应引起的位移。束偏转控制器367、束控制模块365和平台控制模块362可以与一个或多个激光干涉仪通信以接收经更新的平台定位信息。补偿x和y轴上的俯仰效应可以包括在扫描的同时，从所测量的x-y定位坐标确定横向束校正，并且连续地调整入射在晶片上的初级带电粒子束的聚焦以补偿竖直位移。在一些实施例中，高度传感器和激光干涉仪可以被用于确定平台定位、平台校准、电机的校准和被配置为在X-Y-Z轴中的一个轴上移动平台的驱动器的校准。
在步骤730中，在确定平台的横向位移之后，束偏转控制器(例如，图3的束偏转控制器367)可以将第一信号施加到初级束偏转器(例如，图3的偏转器阵列320)，以使初级带电粒子束在X或Y轴中的至少一个轴上偏转。所施加的信号可以包括电信号，该电信号在10kHz至50kHz的范围中具有高控制带宽。经偏转的带电粒子束(例如，图3的经偏转的带电粒子束330)可以至少部分地补偿所确定的平台的横向位移。
在步骤740中，在确定平台的竖直位移之后，束偏转控制器可以向平台施加第二信号，以调整经偏转的带电粒子束在Z轴上的聚焦。所施加的第二信号可以包括电压信号，该电压信号被配置为使带电粒子束朝向平台减速或加速。带电粒子束的减速或加速电压可以对应于平台的竖直位移，并且可以通过修改入射带电粒子束在Z轴上的聚焦来至少部分地补偿竖直位移。电压信号可以包括具有在50kHz至200kHz范围中的高控制带宽的信号。
在步骤750中，在基于从一个或多个高度传感器接收到的信号确定Z轴上的平台调平和平台定位时，平台控制模块(例如，图3的平台控制模块362)可以将信号施加到平台运动控制器(例如，图3的平台运动控制器370)。在一些实施例中，信号可以包括一个或多个信号以独立控制z运动控制器(例如，图3的致动器372_1、372_2和372_3)来调整平台的Z调平，使得平台基本垂直于初级带电粒子束。
三维(3D)结构(诸如半导体芯片上的接触孔、通孔或互连)的检查和成像可以通过参考样本的定位、调整探测带电粒子(例如，电子束检查工具中的电子)的焦深(诸如通过调整电子在样本上的着陆能量以使焦深变化等)来执行。调整初级电子束的焦深或焦平面的方式中的一个方式包括通过调整经过磁性物镜线圈的电流来调整与物镜相关联的磁场等。调整磁场以引起焦深的改变可以诱发与变化电流和因此调整磁场之间的响应时间有关的延迟等，致使过程缓慢并且由此对检查生产量产生负面影响。
调整焦深或焦平面的若干方式中的另一方式是诸如通过调整阳极(例如，阳极216)的电压等来调整电子束的电子的着陆能量。阳极电压的调整可以调整入射在样本表面上的电子的速度或能量，因此调整焦深等。然而，尽管焦深可以被调整，但是在束在下游朝向样本行进时，由于电子所经历的电磁场的改变，经调整的初级电子束可以参考一个或多个轴被旋转。初级电子束的旋转可以使由此形成的图像被旋转等，对检查生产量产生负面影响。因此，可以期望提供一种方法以：诸如通过调整初级电子束的着陆能量以引起焦平面的所期望的改变，在维持所期望的检查生产量的同时，调整入射初级电子的焦平面。
现在参考图8，图8图示了与本公开的实施例一致的示例性带电粒子束系统800。带电粒子束系统800可以包括：具有阴极802(类似于图2的阴极218)的带电粒子源，带电粒子源被配置为沿主光轴801生成带电粒子束(例如，电子束)；源供应单元805；聚束器透镜810(类似于图3的聚束器透镜315)；电子检测器815(类似于图2的电子检测器206)；物镜组装820(类似于图2的物镜204)；高度传感器840，被配置为确定(被设置在平台860上的)晶片850的定位。带电粒子束系统800还可以包括控制单元830，控制单元830被配置为控制被施加到平台860和物镜组装820的电信号。备选的，带电粒子束系统800(诸如电子束系统)可以是图2的成像系统200或者图1的EBI系统100的部分。应理解，虽然未明确描述，但是带电粒子束系统800可以包括其他标准或非标准组件以执行功能，该功能包括但不限于束聚焦、束偏转、电子检测、束电流限制等。
在一些实施例中，带电粒子束系统800可以被配置为在晶片850上生成并聚焦电子束等。聚焦电子束可以包括调整晶片850的高度，使电子束被聚焦在晶片850的所期望的平面上。应理解，因为晶片850被设置在平台860上，调整平台860的高度将导致晶片850的高度的调整。将电子束聚焦在晶片850上的若干方式中一个方式可以包括使用光学技术和机械技术的组合。例如，使用诸如光学高度传感器的光学组件以确定平台860或晶片850的高度，以及诸如压电换能器的机械组件被配置为基于所确定的高度来机械地移动平台860。然而，使用用于聚焦电子束的纯光学机械技术可能导致针对某些应用(诸如包括垂直堆叠结构的3D NAND闪存器件的检查)的不精确的确定。在该情况下，可以期望使用本文中所讨论的电技术来进一步精调电子束的聚焦，例如以增强成像分辨率。
源供应单元805可以被配置为向带电粒子源供应电功率以生成带电粒子束。在一些实施例中，源供应单元805可以被配置为在阳极(未图示)(例如，图2的阳极216)和阴极802之间生成电场，使得带电粒子束可以从带电粒子源被发射。在一些实施例中，带电粒子源可以包括场发射源，其中带电粒子(诸如电子)通过将阴极放置在大电场梯度处而从场发射枪被发射。场发射源可以适当地利用两个阳极板或更多。第一阳极板可以被配置为引起来自场发射器的带电粒子的提取或发射，并且第二阳极板可以被配置为引起所提取的带电粒子朝向晶片850的加速。源供应单元805可以被配置为确定并供应提取和加速电压。在一些实施例中，源供应单元805可以是束控制模块(诸如图3的束控制模块365)或者系统控制模块(诸如图3的系统控制模块360)的构成部分或者与系统控制模块耦合。
如图8所示，带电粒子束系统800可以包括聚束器透镜810(类似于图3的聚束器透镜315，并且可以执行与聚束器透镜315类似或基本相似的功能)。例如，聚束器透镜810可以被配置为聚焦带电粒子束。在一些实施例中，初级带电粒子束的初级束波的电流可以通过变化聚束器透镜810的聚焦功率来调整。
带电粒子束系统800的电子检测器815类似于图2的电子检测器206并且可以执行与电子检测器206类似或基本相似的功能。例如，电子检测器815可以在与初级电子束的电子相互作用时检测从晶片被发射的次级电子，并且生成与所检测的次级电子的强度相关联的信号。带电粒子束系统800的物镜组装820可以类似于或基本上类似于图2的物镜204。物镜组装820可以包括控制电极824，控制电极824类似于图2的控制电极204b并且被配置为控制与晶片850相关联的电场等。物镜组装820可以包括但不限于：束聚焦组件，被配置为调整朝晶片850被定向的初级电子束的聚焦；以及场调制组件，被配置为调整初级电子束可以被暴露于其中的电场。在一些实施例中，场调制组件可以包括控制电极824。在一些实施例中，控制电极824的电激励可以通过变化电压或电流以调整所生成的电场来调整。带电粒子束系统800还可以包括控制单元830，控制单元830被配置为控制被施加到平台860和物镜组装820的电压。在一些实施例中，控制单元830可以被配置为向物镜组装820的控制电极824施加电压。
在本公开的上下文中，用于调整电子束的聚焦的光学机械技术是指使用机电设备和光学设备的组合来调整平台860的高度，机电设备和光学设备包括但不限于压电换能器、压电驱动器、激光器、干涉仪、光电二极管等。在本公开的上下文中，用于调整电子束的聚焦的电技术是指通过将电信号施加到平台860或晶片850或物镜组装820的控制电极(例如，图8的824)来操纵与电子束相关联的电磁场。
如上所述，在电子束检查工具(诸如SEM)中，针对某些应用，诸如IC芯片中的垂直堆叠结构等，通过纯光学机械技术而实现的电子束的聚焦的精度可能不足够。至少由于不精确的平台运动控制或者机械振动等而引入的电子束的聚焦的误差和可变性，可以期望限制机械技术的使用。另一方面，电技术可以通过修改样本上的电场或磁场来提供对入射在样本上的电子束的焦平面的更精确的调整，并且可以提供更快的方法来调整焦平面。
现在参考图9A，图9A图示了示出与本公开的实施例一致的使用带电粒子束系统800来将带电粒子束聚焦在样本上的示例性方法的流程图。聚焦样本的方法可以由图3的带电粒子束系统300、图8所示的带电粒子束系统800或者图1的EBI系统100来执行。应理解，带电粒子束装置可以被控制以对晶片(例如，图8的晶片850)或晶片上的感兴趣区域进行观察、成像和检查。成像可以包括扫描晶片来对晶片的至少部分、晶片上的图案或者晶片本身进行成像。检查晶片可以包括扫描晶片来检查晶片的至少部分、晶片上的图案或者晶片本身。观察晶片可以包括监测晶片或晶片上的感兴趣区域用于图案的再现性或重复性。
在步骤910A中，类似于步骤510、610和710，初级带电粒子束(例如，图2的初级带电粒子束220)从带电粒子源生成。被设置在平台(例如，图8的平台860)上的样本利用初级带电粒子束被辐射。在一些实施例中，样本的至少部分可以利用初级带电粒子束的至少部分被辐射。初级带电粒子束可以是例如从电子源生成的电子束。电子源可以包括但不限于来自钨丝或Lab6阴极的电子的热电子发射，或者来自钨/ZrO2冷阴极的电子的场发射。
样本可以被直接设置在平台上。在一些实施例中，样本可以被设置在诸如样本保持件的适配器上，该适配器被设置在平台上并且被固定到平台。样本、样本保持件和平台的几何中心可以彼此对准并且与主光轴(例如，图8的主光轴801)对准。样本、样本保持件和平台可以被设置在垂直于或基本上垂直于主光轴的平面中。在一些实施例中，样本或平台可以被倾斜离轴，使得初级带电粒子束以小于或大于90°的角度被入射在样本上。在一些实施例中，样本和平台可以被机械耦合，使得平台在X、Y或Z轴中的任一个轴上的位移对应地导致样本的位移。在一些实施例中，样本保持件和平台可以被电耦合，使得它们之间可以存在欧姆接触或非显著的电压电势梯度。在一些实施例中，样本和样本保持件可以被电耦合，使得它们之间可以存在欧姆接触或非显著的电势电位梯度。
在步骤920A中，带电粒子束的初始焦点的位置使用第一组件、参考样本来调整。如本文所使用的，初始焦点是指带电粒子束的聚焦的近似点或近似平面。在一些实施例中，调整初始焦点的位置可以包括使用包括光学高度传感器(例如，图8的高度传感器840)的更精确的光学定位感测技术来确定平台在Z轴上的初始定位，并且基于所确定的平台的初始定位和初级带电粒子束的所期望的焦平面，调整平台的位置，使得初级带电粒子束的初始焦点被形成在样本表面上或者基本上接近样本表面。在一些实施例中，可以期望在样本的顶表面上形成初始焦点。
在一些实施例中，高度传感器可以包括：激光二极管组装，该激光二极管组装包括辐射平台或者被设置在平台上的样本(例如，图8的晶片850)的激光源，其中激光具有预定的发射波长；以及激光检测器，被配置为检测离开样本表面的经反射的激光。高度传感器可以与平台控制模块(例如，图3的平台控制模块362)、束控制模块(例如，图3的束控制模块365)或两者通信。在一些实施例中，平台控制模块和束控制模块可以彼此通信以调整平台的高度，以将初级带电粒子束聚焦在样本上。
在步骤930A中，在步骤920A中在样本上形成初始焦点之后，初级带电粒子束的聚焦可以通过利用第二组件操纵与样本相关联的电磁场来被进一步调整。第二组件可以包括但不限于物镜的控制电极(例如，图8的控制电极824)、平台或样本等。在一些实施例中，第二组件可以位于物镜的聚焦组件的下游。与样本相关联的电磁场可以包括影响样本的电场和磁场。操纵电磁场可以允许进一步调整带电粒子束的初始焦点，以在样本上形成最终焦点。电磁场可以通过例如调整被施加到物镜组件(例如，图8的物镜组装820)的控制电极(例如，图8的控制电极824)的电信号、调整到平台的电信号或者调整被配置为影响带电粒子束的特性的磁场来操纵。
在一些实施例中，操纵电磁场可以包括调整被施加到物镜组件的控制电极的电信号。带电粒子束的初始焦点可以通过调整控制电极的电激励(例如，电压)沿Z轴被调整。带电粒子束的初始高度调整或初始焦点在步骤920A中通过基于光学测量而调整平台的高度来实现。在形成初始焦点之后，控制电极的电激励可以被改变以调整带电粒子束的路径或能量，从而调整焦点。例如，改变被施加到控制电极的电压信号可以操纵带电粒子束所经历的电场，并且因此使能够调整带电粒子束在样本表面上的焦点。如本文所述的光学机械和电技术的组合可以使用户能够获得高成像质量和高分辨率。
在一些实施例中，操纵电磁场可以包括调整被施加到平台的电信号。带电粒子束的初始焦点可以通过调整被施加到平台的电压信号沿Z轴被调整。被施加到平台的电压信号可以调整带电粒子束在样本表面上的着陆能量。如本文所使用的，带电粒子束的着陆能量可以被定义为带电粒子束冲击样本时的能量，并且可以是加速电压和平台/样本偏置电压之间的差。为了通过调整入射初级带电粒子束的焦点来改进图像分辨率和对比度，用户可以将束-能量修改电压施加到平台以降低或增加样本上的入射带电粒子束的束能量。
在一些实施例中，操纵电磁场可以包括调整被施加到样本或晶片的电信号，使得带电粒子在它们入射在样本上之前减速(较低的着陆能量)或加速(更高的着陆能量)。例如，在SEM中，如果高电压(施加在柱中的加速电压)是12kV(例如，通过将图2的阴极218和阳极216的电压分别设置为-12kv和接地而创建)并且平台/样本偏置电压为-9kV(相对于接地)，则电子首先在柱中被加速到12kev的能量，然后在离开柱之后，通过9kV电场被减速，使得带电粒子束中的带电粒子的着陆能量是3keV。将入射在样本上的带电粒子加速或减速可以改变打入样本的穿透深度，并且可以改变束的焦深。在较低的着陆能量(例如，小于1keV)下，带电粒子束可以主要与样本的顶表面相互作用。在较高的着陆能量(例如，在1keV至6keV之间)下，穿透深度可以更大，因此提供来自样本总体的信息。在一些实施例中，带电粒子束的着陆能量在250eV至6keV的范围中。虽然较低的着陆能量可以避免体分析，但是所生成的次级带电粒子的信号强度可能较低，因此对分析样本的能力产生负面影响。另一方面，可能需要较高的着陆能量来提取体和子表面信息，但是它可能对样本充电，因此对分析样本的能力产生负面影响。在一些实施例中，基于样本、任何要求和所涉及的应用，带电粒子束的着陆能量在500eV至3keV的范围中。
调整带电粒子束的着陆能量可以包括将一个或多个电信号施加到平台。在一些实施例中，电信号可以包括电压信号的第一分量或电压信号的第二分量。电压信号的第一分量可以是被施加到平台或样本的电压，以影响带电粒子束的加速度。针对一些应用，例如，带电粒子束在样本上的初始焦点处的聚焦可能不足，并且因此带电粒子束可以被进一步聚焦或调整来实现更好的分辨率或对比度。在一些实施例中，电压信号的第一分量可以被配置为对带电粒子束在样本表面上的初始焦点进行粗调。如本文所使用的，初始焦点的粗调可以是指沿Z轴调整焦点。在一些实施例中，电压信号的第一分量可以包括在5kV至10kV范围中的电压信号。
电压信号的第二分量可以是被施加到平台或样本的电压，以精调通过调整平台在Z轴上的定位而形成的初始焦点。如本文所使用的，初始焦点的精调可以是指焦点沿Z轴的调整，以实现清晰的聚焦。电压信号的第二分量可以使入射的带电粒子束偏转，允许沿X，Y或Z轴的较小定位调整，以实现更清晰的聚焦。在一些实施例中，电压信号的第二分量可以包括在-150V至+150V的范围中的电压信号。应理解，基于包括但不限于应用、样本和工具条件的因素，所施加的电压信号的第一分量或第二分量可以高于或低于本文提及的范围。
在一些实施例中，入射在样本表面上的带电粒子束的着陆能量可以被调整为通过施加单个电信号来操纵电磁场。单个电信号可以包括电压信号的第一分量和第二分量。例如，如果电压信号用于焦点粗调的第一分量是-9kV并且电压信号用于焦点精调的第二分量为-100V，则单个电信号将包括-9.1kV的电压信号。备选地，如果电压信号用于焦点粗调的第一分量是-9kV并且电压信号用于焦点精调的第二分量是+100V，则单个电信号将包括-8.9kV的电压信号。
在一些实施例中，操纵与样本相关联的电磁场可以包括调整与样本相关联的磁场。在一些实施例中，通过施加电信号来调整电场可以导致磁场的调整。通过电组件或磁组件的磁场的调整可以影响带电粒子束的特性。例如，通过电磁透镜线圈的电流在极片的孔中创建磁场，极片可以被用来会聚带电粒子束。在一些实施例中，带电粒子束的特性可以包括但不限于带电粒子束的路径、方向、速度或加速度。
现在参考图9B，图9B图示了与本公开的实施例一致的使用带电粒子束系统800来将带电粒子束聚焦在样本上的示例性方法。聚焦样本的方法可以通过图3的带电粒子束系统300、图8的带电粒子束系统800或者图1的EBI系统100来执行。
在步骤910b中，类似于步骤510、610、710和910a，初级带电粒子束(例如，图2的初级带电粒子束220)从带电粒子源生成。被设置在平台(例如，图8的平台860)上的样本利用初级带电粒子束被辐射。在一些实施例中，样本的至少部分可以使用初级带电粒子束的至少部分被辐射。初级带电粒子束可以是例如从电子源生成的电子束。电子源可以包括但不限于来自钨丝或Lab6阴极的电子的热电子的发射，或者来自钨/ZrO2冷阴极的电子的场发射。
样本可以被直接设置在平台上。在一些实施例中，样本可以被设置在诸如样本保持件的适配器上，该适配器被设置在平台上并且被固定到平台。样本、样本保持件和平台的几何中心可以彼此对准并且与主光轴(例如，图8的主光轴801)对准。样本、样本保持件和平台可以被设置在垂直于或基本上垂直于主光轴的平面中。在一些实施例中，样本或平台可以被倾斜离轴，使得初级带电粒子束以小于或大于90°的角度入射在样本上。在一些实施例中，样本和平台可以被机械耦合，使得平台在X、Y或Z轴中的任一个轴上的位移对应地导致样本的位移。在一些实施例中，样本保持件和平台可以被电耦合，使得它们之间可以存在欧姆接触或非显著的电压电势梯度。
在步骤920B中，类似于步骤920A，带电粒子束的初始焦点的位置使用第一组件、参考样本来调整。如本文所使用的，初始焦点是指带电粒子束的近似点或近似焦平面。在一些实施例中，调整初始焦点的位置可以包括使用包括光学高度传感器(例如，图8的高度传感器840)的更精确的光学定位感测技术来确定平台在Z轴上的初始定位，并且基于所确定的平台的初始定位和初级带电粒子束的所期望的焦平面，调整平台的定位，使得初级带电粒子束的初始焦点形成在样本表面上或者基本上接近样本表面。在一些实施例中，可以期望在样本的顶表面上形成初始焦点。
在一些实施例中，高度传感器可以包括：激光二极管组装，激光二极管组装包括辐射平台或者被设置在平台上的样本(例如，图8的晶片850)的激光源，其中激光具有预定的发射波长；以及激光检测器，被配置为检测离开样本表面的经反射的激光。高度传感器可以与平台控制模块(例如，图3的平台控制模块362)、束控制模块(例如，图3的束控制模块365)或两者通信。在一些实施例中，平台控制模块和束控制模块可以彼此通信来调整平台的高度，以将初级带电粒子束聚焦在样本上。
在步骤930B中，在步骤920B中在样本上形成初始焦点之后，电磁场可以通过例如调整被施加到物镜(例如，图8的物镜组装820或图2的204)的控制电极(例如，图8的控制电极824或图2的204b)的电信号来操纵，以形成最终焦点。带电粒子束的初始焦点可以通过调整控制电极的电激励沿Z轴被调整以形成最终焦点。带电粒子束的初始高度调整或初始焦点在步骤920b中通过基于光学测量调整平台的高度来实现。在形成初始焦点之后，控制电极的电激励可以被改变以调整带电粒子束的路径或能量，从而调整焦点。例如，改变被施加到控制电极的电压信号可以操纵带电粒子束所经历的电场，并且因此实现带电粒子束在样本表面上的焦点的调整。如本文所述的光学机械和电技术的组合可以使得用户能够获得高成像分辨率。
如上所述，在具有包括垂直堆叠组件的器件架构的IC芯片检查期间遇到的挑战之一是不足的成像范围和分辨率。例如，测量4-5μm深的金属接触孔的深度或者在结构的基部检测掩埋缺陷颗粒可以被用于分析缺陷并且基于从成像和准确测量中提取的信息来开发工艺条件等。带电粒子束系统(诸如SEM)的大范围焦深(DOF)可以实现更大的成像范围，使得在维持高成像分辨率的情况下，深度特征的顶表面、底表面和中间层可以被同时且实时成像。
使用现有技术来检查垂直堆叠结构，例如，3D NAND闪存器件，可以提供有限或不准确的信息，这两者都可能对所生产的器件的产量和质量产生负面影响。因此，可以期望使现有检查工具能够具有实时3D成像能力，从而在维持高成像分辨率的同时改进成像范围。通过操纵电磁场来调整带电粒子束沿z轴的焦点的能力可以被用来对样本的多个平面、特征或者样本内的感兴趣区域进行成像，因此使能够获得准确的3D形态。
现在参考图10，图10是图示了与本公开的实施例一致的包括电子束检查工具1004的带电粒子束系统1000的示意图。如图10所示，带电粒子束系统1000可以包括与图1的电子束工具104类似的电子束检查工具1004、电连接或电子连接到电子束检查工具1004的控制器1009以及包括数据处理器的图像获取系统1060。应理解，虽然图像获取系统1060被示出为在控制器1009的外部，但是它可以是控制器1009的部分。
在一些实施例中，带电粒子束系统1000可以提供支持多个操作模式的机制。例如，带电粒子束系统1000可以被配置为以2D成像模式操作来获得样本或感兴趣区域的高分辨率平面图像，或者以3D成像模式操作来获得样本的高分辨率形态图像，高分辨率形态图像包含具有3D形状的特征和结构。在一些实施例中，带电粒子束系统1000可以被配置为基于所期望的分析、正被分析的样本或应用等而在检查扫描内的模式之间切换。例如，带电粒子束系统1000可以首先在2D成像模式下执行感兴趣区域的检查，2D成像模式通常提供比3D成像模式更高的生产量，并且然后切换到3D成像模式来执行例如所检测的缺陷的高分辨率扫描。这可以消除对两种工具的需求，从而改进检查过程的整体生产量。在一些实施例中，带电粒子束系统1000可以仅在3D成像模式下执行检查扫描，以获得由用户先前确定的感兴趣区域的高分辨率扫描。
在一些实施例中，控制器1009可以包括计算机或处理器，计算机或处理器被配置为执行电子束检查工具1004的各种控制。控制器1009可以被电子连接到电子束检查工具1004并且可以包括被配置为执行各种信号和图像处理功能并且生成各种控制信号以控制带电粒子束系统1000的操作的处理电路系统。在一些实施例中，控制器1009可以被配置为基于用户输入而在操作模式之间切换。切换操作模式可以包括但不限于激活硬件组件、执行软件程序等。例如，将电子束检查工具1004切换到3D成像模式可以包括调整被施加到平台的电压信号、调整被施加到物镜(例如，图8的物镜组装820)的控制电极(例如，图8的控制电极824)的电压信号、在X、Y或Z轴上移动平台来调整带电粒子束的焦点、指示图像获取系统1060获取样本在焦点处的图像、执行算法来处理图像信息等。虽然图像获取系统1060被示出为在控制器1009的外部，但是它可以是控制器1009的部分。
图像获取系统1060可以基本上类似于图2的图像获取器260并且可以执行与图2的图像获取器260类似的功能。在一些实施例中，图像获取系统1060可以被配置为获取图像或图像帧，并且可以包括一个或多个处理器(未示出)和一个或多个存储单元(未示出)，该一个或多个处理器被配置为执行与成像或后处理相关的功能，该一个或多个存储单元被配置为保存所获取的图像帧、后处理信息、分析结果等。图像获取系统1060可以被配置为与控制器1009通信。例如，在确定所期望的焦点被获得时，控制器1009可以使图像获取系统1060在该焦点处获取一个或多个图像帧。图像获取系统1060可以通过控制器1009或由用户来操作。在一些实施例中，图像获取系统1060可以通过诸如软件、算法或指令的集合的计算机实现的程序来远程操作。
如前所述，使用光学机械技术而实现的聚焦针对一些应用中的高分辨率和大范围成像可能不足，并且因此需要更精确和更大的焦深。较大焦深可以允许深度3D特征的高分辨率成像，使得特征的顶表面和底表面可以被同时且清楚地成像。本文中讨论了使用带电粒子束系统1000的3D成像操作模式来将带电粒子束聚焦在样本表面上的示例性方法。应理解，聚焦方法中的步骤的数目和顺序仅是示例性的，并且仅用于例示目的。根据需要，步骤可以被添加、删除、编辑、重新排序和省略。操作的3D成像模式包括使用光学机械和电技术的组合来实现将带电粒子束聚焦在样本的多个焦平面处，因此允许用户对3D特征进行整体清楚地成像。
在3D成像模式中，带电粒子束系统1000可以被配置为使用光学机械技术来执行平台(例如，图8的平台860)的初始高度调整，使得带电粒子束的焦点与被设置在平台860上的晶片850的所期望的焦平面重合或基本重合。在一些实施例中，平台860的初始高度调整可以以2D成像模式来执行，并且一旦平台860的高度使用光学高度传感器和压电电机在2D成像模式下被调整，带电粒子束系统1000就可以被切换到以3D成像模式来操作。
一旦初始高度调整被实现，控制器(例如，图10的控制器1009)可以使得电子束检查工具1004通过操纵与样本相关联的电磁场来调整带电粒子束的初始焦点。电磁场可以被操纵来调整带电粒子束沿Z轴的焦平面，允许带电粒子束被聚焦在样本的多个焦平面处，并且因此提供更准确的3D形态信息。与样本相关联的电磁场可以通过调整带电粒子在样本上的着陆能量、调整物镜的控制电极的电激励或者调整平台偏置电压来操纵。
在一些实施例中，通过调整着陆能量来操纵电磁场可以包括施加电压信号的第一分量来粗调带电粒子束在样本表面上的初始焦点，并且将电压信号的第二分量施加到平台来精调带电粒子束在样本表面上的初始焦点。电压信号的第一分量可以基于所期望的高度调整来确定，以沿Z轴将焦平面移动预定距离。着陆能量可以基于被施加以将带电粒子朝向样本加速的加速电压以及被施加到平台的电压信号的第一分量而变化。电压信号的第二分量可以被施加以沿Z轴进一步精调焦点。电压信号可以被施加到例如物镜的控制电极(例如，图8的控制电极824)、平台(例如，图8的平台860)或者被配置为影响系统的电磁场的其他光学机械组件。
在带电粒子束使用电技术被聚焦之后，控制器1009可以指示图像获取系统1060获取特征或结构的一个或多个图像帧。所获取的图像帧可以被存储和访问以供用户进行分析。在一些实施例中，所存储的图像帧和对应的焦平面信息可以被用于使用例如重建算法来重建结构的3D图像。
现在参考图11A-图11F，图示了与本公开的实施例一致的在样本上的特征的图像帧和对应焦平面。图11A、图11C和图11E表示分别在诸如金属接触孔的特征的截面图中的顶部、中间和底部焦平面，并且图11B、图11D和图11F表示对应焦平面的SEM图像。应理解，包括但不限于互连、金属焊盘、光致抗蚀剂轮廓等的其他特征也可以被成像。
在样本(例如，图8的晶片850)上的示例性特征1110可以例如在3D NAND闪存器件中包括金属接触孔。在一些实施例中，特征1110可以具有锥形、圆柱形、三角形或矩形形状，以及圆形或椭圆形截面。如图11A的截面图所示，例如，特征1110可以包括具有高度H1的锥形金属接触孔、沿顶平面1115的顶部直径d1、沿中间平面(例如，图11C的中间平面1135)的中间直径d3以及沿基平面(例如，图11E的基平面1155)的基部直径d5。在一些实施例中，高度h1、顶部直径d1和基部直径d5可以包括特征1110的临界尺寸。如本文所使用的，特征或器件的临界尺寸可以是指可以影响器件的电性能的尺寸，因为临界尺寸可以有助于寄生电容和电阻。本领域普通技术人员将理解，临界尺寸是可以被调整以优化器件性能和制造产率的尺寸。
图11B示出了特征1110的阵列的图像帧1150(例如，SEM图像)，图像帧1150通过使用以上讨论的光学机械和电技术的组合的聚焦方法而成像。图11B中的带电粒子束的焦平面被调整为与特征1110的顶平面1115重合。应理解，阵列的各个特征1110可以具有不同的尺寸(包括高度h1)并且带电粒子束的焦平面可以不与阵列的其他特征的顶平面重合。在这样的情况下，控制器1009可以被配置为基于所研究的特征1110及其尺寸来调整带电粒子束的焦平面。
现在参考图11C和图11D，分别图示了具有中间平面1135的特征1110和对应的图像帧1152的示意图。虽然中间平面1135被示出为位于顶平面1115和基平面(例如，图11E的基平面1155)的中心，但它可以是顶平面1115和基平面1155之间、垂直于Z轴的任何平面。应理解，虽然图11A-图11F示出了三个平面和对应的图像帧，但是可以适当地对任何数目的平面进行成像。在一些实施例中，一个或多个图像帧可以表示特征1110的平面。例如，根据需要，图像获取系统1060可以获取平面的多于一个的图像帧。
图11E和图11F分别图示了具有基平面1155的特征1110和对应的图像帧1154的示意图。作为示例，特征1110被示出为具有沿其高度H1直径逐渐变细的锥形形状。在该情况下，如图11A、图11C和图11E所示，特征1110的顶平面的直径(例如，d1)可以大于中间直径d3，并且中间直径d3可以大于特征1110的基部直径D5(D1>D3>D5)。分别在图11B、图11D和图11F的图像帧1150、1152和1154中，由虚线突出显示的暗圆形区域描绘了特征1110的焦内平面的平面图。围绕虚线内的暗区域的漫射较轻区域表示样本的焦点外的层。应理解，突出显示焦内平面的虚线提供了视觉辅助并且仅用于例示目的。
现在参考图12，图12是与本公开的实施例一致的生成从多个焦平面处所捕获的图像帧被重建的3D图像的过程1200的示意图。例如，特征1210可以包括沿高度h1逐渐变细的锥形金属接触孔，使得顶部直径d1大于基部直径d5。如图12所示，顶平面1215表示如对应的俯视图1217所示的具有顶部直径d1的特征1210的顶表面。中间平面1225、1235和1245表示如对应的俯视图1227、1237和1247所示的分别具有直径d2、d3和d4的特征1210的中间平面。基平面1255表示如对应的顶视图1257所示的具有基直径d5的特征1210的底表面。图像帧1220、1230、1240、1250和1260可以被重建以生成特征1210的3D图像1270。
在一些实施例中，在3D成像模式中，带电粒子束可以被聚焦在特征1210的顶表面上，使得带电粒子束的焦平面可以与特征1210的顶平面1215重合。与顶平面1215重合的焦平面也可以被称为第一焦平面。图像获取系统1060可以被配置为获取特征1210的顶表面的第一图像帧1220。带电粒子束可以通过首先调整平台860的高度，以通过光学机械部件形成带电粒子束在样本上的初始焦点，然后通过电部件调整初始焦点(包括但不限于调整带电粒子的着陆能量、调整控制电极的电激励或者调整平台偏置电压)来聚焦。在一些实施例中，图像获取系统1060可以在焦平面处获取多于一个的图像帧。所获取的图像帧可以被存储在存储介质(例如，图2的存储装置270)中，存储介质诸如为硬盘、随机存取存储器(RAM)、其他类型的计算机可读存储器等。存储介质可以与图像获取系统1060耦合，并且可以被用于将所扫描的原始图像数据保存为原始图像以及保存经后处理的图像。与焦面、获取条件、工具参数等相关联的信息也可以被存储在存储介质中。
带电粒子束的焦点然后可以被调整，以聚焦在位于第一焦平面下方一定距离处的第二焦平面上。在本公开的上下文中，第一焦平面的“下方”是指进入样本更深的位置。第一焦平面和第二焦平面之间的距离可以由用户基于应用或要求来预先确定。在一些实施例中，距离可以基于正被成像的特征或样本的材料来动态地调整。图像获取系统1060可以被配置为在更深的中间平面1225处获取特征1210的第二图像帧1230。带电粒子束的焦平面可以通过操纵电场或磁场或者两者而更深入移位到样本中。例如，带电粒子的着陆能量可以被调整，以在样本顶表面的下方形成焦平面。在一些实施例中，焦平面的位置可以通过调整被施加到物镜的控制电极的电压来移位。调整被施加到控制电极的电压可以操纵与样本相关联的电磁场，并且影响入射在样本上的带电粒子的路径。例如，带电粒子可以基于电激励和所施加的电压信号而加速、减速、偏转、过滤或聚焦。图像获取系统1060可以被配置为在中间平面1235处获取第三图像帧1240、在中间平面1245处获取第四图像帧1250并且在基平面1255处获取第五图像帧1260。尽管图12图示了被用来重建3D图像的五个成像平面，但是允许覆盖正被成像的特征深度的任何数目的成像平面可以被用来精确地重建特征。
在一些实施例中，图像帧1220、1230、1240、1250和1260可以被重建以生成特征1210的3D图像1270。在一些实施例中，至少两个图像帧和相关联的焦平面信息可以被用来例如生成特征1210的3D图像1270、提取关键尺寸信息、确定覆盖移位等。图像帧可以使用计算机实现的3D重建算法、软件程序、图像处理程序等来重建。
现在参考图13，图13图示了示出与本公开的实施例一致的带电粒子束系统中生成样本的3D图像的示例性方法的流程图。生成样本的3D图像的方法可以分别通过图1的带电EBI系统100、图2的成像系统200、图3、图8和图10的带电粒子束系统300、800或1000来执行。
在步骤1310中，类似于步骤510、610、710和910A，初级带电粒子束(例如，图2的初级带电粒子束220)从带电粒子源生成。被设置在平台(例如，图8的平台860)上的样本利用初级带电粒子束被辐射。在一些实施例中，样本的至少部分可以利用初级带电粒子束的至少部分被辐射。初级带电粒子束可以是例如从电子源生成的电子束。电子源可以包括但不限于来自钨丝或Lab6阴极的电子的热电子发射，或者来自钨/ZrO2冷阴极的电子的场发射。
样本可以被直接设置在平台上。在一些实施例中，样本可以被设置在诸如样本保持件的适配器上，该适配器被设置在平台上并且被固定到平台。样本、样本保持件和平台的几何中心可以彼此对准并且与主光轴(例如，图8的主光轴801)对准。样本、样本保持件和平台可以被设置在垂直于或基本上垂直于主光轴的平面中。在一些实施例中，样本或平台可以被倾斜离轴，使得初级带电粒子束以小于或大于90°的角度入射在样本上。在一些实施例中，样本和平台可以被机械耦合，使得平台在X、Y或Z轴中的任一个轴上的位移对应地导致样本的位移。在一些实施例中，样本保持件和平台可以被电耦合，使得它们之间可以存在欧姆接触或非显著的电压电势梯度。在一些实施例中，样本和样本保持件可以被电耦合，使得它们之间可以存在欧姆接触或非显著的电压电势梯度。
在步骤1320中，初级带电粒子束的聚焦可以通过操纵与样本相关联的电磁场来被进一步调整。在调整聚焦之前，平台在Z轴上的位置被调整为在样本表面处或基本在样本表面处形成初级带电粒子束的初始焦点。如本文所使用的，初始焦点是指带电粒子束的近似点或近似焦平面。在一些实施例中，调整平台的定位可以包括使用包括光学高度传感器(例如，图8的高度传感器840)的精确光学定位感测技术来确定平台在Z轴上的初始定位，并且基于所确定的平台的初始定位和初级带电粒子束的所期望的焦平面，调整平台的定位，使得初级带电粒子束的初始焦点形成在样本表面上或基本上靠近样本表面。在一些实施例中，可以期望在样本的顶表面上形成初始焦点。
在一些实施例中，高度传感器可以包括：激光二极管组装，激光二极管组装包括辐射平台或者被设置在平台上的样本(例如，图8的晶片850)的激光源，其中激光具有预定的发射波长；以及激光检测器，被配置为检测离开样本表面的经反射的激光。高度传感器可以与平台控制模块(例如，图3的平台控制模块362)、束控制模块(例如，图3的束控制模块365)或两者通信。在一些实施例中，平台控制模块和束控制模块可以彼此通信以调整平台的高度，以将初级带电粒子束聚焦在样本上。
与样本相关联的电磁场可以包括影响样本的电场和磁场。操纵电磁场可以允许进一步调整带电粒子束的初始焦点，以在样本上形成最终焦点。电磁场可以通过例如调整被施加到物镜组件(例如，图8的物镜组装820)的控制电极(例如，图8的控制电极824)的电信号、调整到平台的电信号或者调整被配置为影响带电粒子束的特性的磁场来操纵。
在一些实施例中，操纵电磁场可以包括调整被施加到物镜组件的控制电极的电信号。带电粒子束的初始焦点可以通过调整控制电极的电激励沿Z轴被调整。带电粒子束的初始高度调整或初始焦点通过基于光学测量调整平台的高度来实现。在形成初始焦点之后，控制电极的电激励可以被改变以调整带电粒子束的路径或能量，从而调整焦点。例如，改变被施加到控制电极的电压信号可以操纵带电粒子束所经历的电场，并且因此实现带电粒子束在样本表面上的焦点的调整。如本文所述的光学机械和电技术的组合可以使得用户能够获得高成像分辨率。
在一些实施例中，操纵电磁场可以包括调整被施加到平台的电信号。带电粒子束的初始焦点可以通过调整被施加到平台的电压信号沿Z轴被调整。被施加到平台的电压信号可以调整带电粒子束在样本表面上的着陆能量。如本文所使用的，带电粒子束的着陆能量可以被定义为带电粒子束冲击样本时的能量，并且可以是加速电压和平台/样本偏置电压之间的差。为了通过调整入射初级带电粒子束的焦点来改进图像分辨率和对比度，用户可以将束-能量修改电压施加到平台以降低或增加样本上入射的带电粒子束的束能量。
在一些实施例中，电压可以被施加到平台或样本，使得带电粒子在它们入射在样本上之前减速(较低的着陆能量)或加速(较高的着陆能量)。例如，在SEM中，如果高电压(施加在柱中的加速电压)是12kV并且平台/样本偏置电压为-9kV，则电子首先在柱中被加速到12kev的能量，然后在离开柱之后，通过9keV电场被减速，使得入射带电粒子束的有效高电压是3kV，并且带电粒子束中的带电粒子的着陆能力为3keV。将入射在样本上的带电粒子加速或减速可以改变打入样本的穿透深度。在较低的着陆能量(例如，小于1keV)下，带电粒子束可以主要与样本的顶表面相互作用。在较高的着陆能量(例如，在1keV至6keV之间)下，穿透深度可以更大，从而提供来自样本总体的信息。在一些实施例中，带电粒子束的着陆能量在250eV至6keV的范围中。虽然较低的着陆能量可以避免总体分析，但是所生成的次级带电粒子的信号强度可能较低，因此对分析样本的能力产生负面影响。另一方面，可能需要较高的着陆能量来提取总体和子表面信息，但是它可能对样本充电，从而对分析样本的能力产生负面影响。在一些实施例中，基于样本、要求和应用，带电粒子束的着陆能量在500eV至3keV的范围中。
调整带电粒子束的着陆能量可以包括将一个或多个电信号施加到平台。在一些实施例中，电信号可以包括电压信号的第一分量和第二分量。电压信号的第一分量可以是被施加到平台或样本的电压，以影响带电粒子束的加速度，并且因此调整通过调整平台在Z轴上的位置而形成的初始焦点。对于一些应用，例如，带电粒子束在样本上的初始焦点处的聚焦可能不足，并且因此带电粒子束可以被进一步聚焦或调整来实现更好的分辨率或对比度。在一些实施例中，电压信号的第一分量可以被配置为对带电粒子束在样本表面上的初始焦点进行粗调。如本文所使用的，初始焦点的粗调可以是指沿Z轴调整焦点。在一些实施例中，第一电压信号可以包括在5kV至10kV范围中的电压信号。
电压信号的第二分量可以是施加到平台或样本的电压，以精调通过调整平台在Z轴上的定位而形成的初始焦点。如本文所使用的，初始焦点的精调可以是指焦点沿Z轴的调整，以实现清晰的聚焦。电压信号的第二分量可以使入射的带电粒子束偏转，从而允许沿X，Y或Z轴的较小定位调整，以实现产生更清晰的聚焦。在一些实施例中，电压信号的第二分量可以包括在-150V至+150V的范围中的电压信号。应当理解，基于包括但不限于应用、样本和工具条件的因素，所施加的电压信号的第一分量或第二分量可以高于或低于本文提及的范围。
在一些实施例中，入射在样本表面上的带电粒子束的着陆能量可以被调整为通过施加单个电信号来操纵电磁场。在一些实施例中，电信号可以由一个源来施加。电信号可以包括具有一个或多个分量的电压信号。例如，如果电压信号用于焦点粗调的第一分量是-9kV并且电压信号用于焦点精调的第二分量为-100V，则电信号将包括-9.1kV的电压信号。备选地，如果电压信号用于焦点粗调的第一分量是-9kV并且电压信号用于焦点精调的第二分量是+100V，则电信号将包括-8.9kV的电压信号。在一些实施例中，电压信号的第一分量和第二分量可以分别包括粗略信号和精调信号，并且电信号可以是电压信号的第一分量和第二分量的数值和。应理解，电信号可以根据需要而包括两个或更多个分量。
在一些实施例中，操纵与样本相关联的电磁场可以包括调整与样本相关联的磁场。在一些实施例中，通过施加电信号来调整电场可能导致磁场的调整。通过电组件或磁组件的磁场的调整可以影响带电粒子束的特性。例如，通过电磁透镜线圈的电流在极片的孔中创建磁场，极片可以被用来会聚带电粒子束。在一些实施例中，带电粒子束的特性可以包括但不限于带电粒子束的路径、方向、速度或加速度。在一些实施例中，使用磁体调整磁场可以导致磁场的调整。应理解，根据需要可以使用任何类型的磁体来调整磁场。
在步骤1330中，多个焦平面可以基于电磁场的操纵而形成。在3D成像模式中，带电粒子束可以被聚焦在特征(例如，图12的特征1210)的顶表面上，使得带电粒子束的焦平面可以与特征的顶平面(例如，图12的顶平面1215)重合。与顶平面重合的焦平面也可以被称为第一焦平面。图像获取系统(例如，图10的图像获取系统1060)可以被配置为获取特征的顶表面的第一图像帧(例如，图12的第一图像帧1220)。带电粒子束可以通过例如调整平台的高度，以通过光学机械部件在样本上形成带电粒子束的初始焦点，并且通过电部件调整初始焦点(包括但不限于调整带电粒子的着陆能量、调整控制电极的电激励或者调整平台偏置电压)来聚焦。
带电粒子束的焦点然后可以被调整，以聚焦在位于第一焦平面下方一定距离处的第二焦平面(例如，图12的中间平面1225)上。第一和第二焦平面之间的距离可以由用户基于应用或要求来预先确定。在一些实施例中，距离可以基于正被成像的特征或样本的材料来动态地调整。图像获取系统可以被配置为在更深的中间平面(例如，图12的中间平面1225)处获取特征的第二图像帧。带电粒子束的焦平面可以通过操纵电场或磁场或者两者而更深入移位到样本中。在一些实施例中，焦平面的位置可以通过调整施加到物镜的控制电极的电压来移位。调整施加到控制电极的电压可以操纵与样本相关联的电磁场，并且影响入射在样本上的带电粒子的路径。例如，带电粒子可以基于电激励和所施加的电压信号而加速、减速、偏转、过滤或聚焦。多个焦平面(例如，图12的中间平面1225、1235、1245和1255)因此可以基于电磁场的操纵而形成。应理解，根据需要，可以调整中间焦平面的数目。
在步骤1340中，图像获取系统可以在焦平面处生成多于一个的图像帧。在一些实施例中，图像获取系统可以生成与焦平面相对应的一个图像帧。图像获取系统可以被配置为与控制器(例如，图10的控制器1009)通信。例如，在确定所期望的焦点被获得之后，控制器可以使图像获取系统在该焦点处获取一个或多个图像帧。图像获取系统可以通过控制器或通过用户来操作。在一些实施例中，图像获取系统可以借助诸如软件、算法或指令的集合的计算机实现的程序来远程操作。所获取的图像帧可以被存储在存储介质中并且可以被用于将所扫描的原始图像数据保存为原始图像并且保存经后处理的图像。与焦平面、获取条件、工具参数等相关联的信息也可以被存储在存储介质中。
在步骤1350中，由图像获取系统所获取的图像帧和对应的焦平面信息可以被重建以生成3D图像(例如，图12的3D图像1270)。在一些实施例中，至少两个图像帧和相关联的焦平面信息可以被用来例如生成特征的3D图像、提取关键尺寸信息、确定覆盖移位等。图像帧3D可以使用计算机实现的重建算法、软件程序、图像处理程序等来重建。
在生产设施(诸如晶片工厂)中的晶片的高生产量检查可能要求SEM设备的平台在起停运动的重复模式中快速准确地移动。起停运动可以包括平台的多个高加速、高减速和突然停止的循环，以若干微米或纳米的数量级移位。以高速度和高加速度移动平台可以导致由于系统动态而生成的振动，振动转而可以在系统内引起动态谐振，例如，振动波建设性地干扰以引起整个带电粒子束系统300的更高幅度振动。由移动平台引起的振动可能导致多于一个轴上的平移误差或位移误差。例如，在检查被设置在平台上的晶片上的管芯时，在X-Y轴上移动平台可能引起与其他移动或非移动组件的动态谐振，从而在Z轴上引起平台振动。
遇到的若干挑战之一包括由于振动和不足的振动补偿等而引起的检查分辨率的损失。在现有的带电粒子束系统中，平台与壳室机械耦合，并且因此由移动平台而引起的振动可以引起壳室和被附接到其的组件的振动。例如，平台的振动可以引起壳室、壳室的表面上所附接的定位传感器、被附接到壳室的带电粒子束柱等的振动。尽管定位传感器可以被采用以确定平台振动或被设置在其上的晶片的振动，但是，带电粒子束柱以及定位传感器本身的振动可能未被检测到或检测不足，引起被施加到束控制器的不准确的束偏转信号，并且从而导致检查分辨率的损失，并且导致降低的检查生产量。
此外，在诸如SEM的现有检查系统中，来自平台的定位传感器测量可以与致动信号到束偏转器的施加异步以补偿振动，导致振动的不准确补偿以及检查分辨率的损失。针对定时失配的原因之一是归因于由振动信号的数字信号处理以生成振动补偿信号所引起的延迟。此外，目前所采用的振动检测和校正技术可能未被配置为充分地在诸如倾斜、扭转、旋转等的平台的各种振动模式之间进行区分，并且因此振动可能被欠补偿、过补偿或者未补偿。因此，可以期望提供系统和方法以充分标识振动模式并且基于标识来补偿振动，并且动态地预测振动以准确地补偿计算和测量延迟。
现在参考图14，图14是图示了与本公开的实施例一致的在带电粒子束系统中的平台1450(例如，可以是平台201)的平移轴和旋转轴的示意图。在一些实施例中，平台1450可以包括晶片平台、晶片卡盘、样本保持件或校准单元。包括但不限于待成像的晶片或器件的样本可以被设置在平台1450上。例如，样本可以经由真空辅助固定机构而被固定在平台1450上。在一些实施例中，晶片卡盘(未示出)可以被固定在平台1450上，并且样本可以被设置在晶片卡盘上。在该配置中，晶片卡盘可以与平台1450机械耦合，并且样本可以使用机械耦合、真空辅助部件或它们的组合等而被固定在晶片卡盘上。
在一些实施例中，平台1450可以包括具有六个自由度的可调整平台。如图14中所指示的，平台1450可以被配置为在诸如X-、Y-或Z-轴的线性平移中的一个或多个轴上移动，或者在诸如Rx-、Ry-或Rz-轴的旋转轴中的一个或多个轴上移动。在一些实施例中，平台1450可以被放置使得Z轴基本上平行于主光轴(例如，图8的主光轴801)，并且X轴和Y轴基本垂直于主光轴。在一些实施例中，平台1450可以沿旋转轴中的一个或多个旋转轴而倾斜，以调整包括但不限于在初级带电粒子束和样本之间的相互作用的量、待检查的样本的区域、所期望的分析等。
在一些实施例中，移动平台1450可以引起围绕任何平移或旋转轴的振动。例如，沿X-Y平面移动平台1450可以引起平台1450围绕滚转轴(Rx轴)或俯仰轴(Ry轴)或偏航轴(Rz轴)或它们的组合的振动。在一些实施例中，平台1450的振动可以具有用于移动的六个自由度，并且振动可以包括围绕一个或多个轴的一个或多个振动模式(诸如旋转、摇摆、倾斜、移位等)。可以期望检测、隔离和标识平台1450的振动模式，以经由束偏转信号来补偿振动，束偏转信号被配置为调整入射初级带电粒子束的特性，诸如束入射在样本处的X/Y位置或者束的焦深。尽管图14图示了针对示例性平台1450的由其引起的移动和振动的平移轴和旋转轴，但是应理解，壳室、SEM柱、定位传感器等也可以围绕一个或多个平移轴和旋转轴振动。
现在参考图15，图15图示了与本公开的实施例一致的带电粒子束系统1500。带电粒子束系统1500可以包括壳室1510、被设置在壳室1510上的定位传感器1522和1524、(多个)加速度传感器1526、带电粒子束柱1530(在本文中也被称为SEM柱)以及被设置在平台1560(可以是图2-图4的平台201)的晶片卡盘1562上的样本1550。带电粒子束系统1500还可以包括控制模块1570，控制模块1570被配置为接收振动信号并且生成振动补偿信号以补偿带电粒子束系统1500的一个或多个组件的振动。控制模块1570可以包括：信号处理器1572，包括处理器1574，该处理器1574被配置为处理从定位传感器1522和1524接收到的信号；加速度传感器1526；数字图像控制器1576，被配置为接收束扫描信号1575；以及致动器1578，被配置为生成待被施加到SEM柱1530的束偏转信号1580。备选地，带电粒子束系统1500(诸如电子束系统)可以是图1的EBI系统100或者图2的成像系统200的部分。应理解，尽管未明确描述，但是带电粒子束系统1500可以包括其他标准或非标准组件以执行功能，该功能包括但不限于束聚焦、束偏转、电子检测、束电流限制等。应理解，所描述的组件可以适当地执行比所讨论的更多或更少的功能。
如图15所示，带电粒子束系统1500可以包括壳室1510，壳室1510被配置为容纳组件，该组件包括但不限于平台1560、晶片卡盘1562、样本1550、定位传感器1522和1524、带电粒子束柱1530的部分等。在一些实施例中，壳室1510可以基本类似于图1的室101并且可以执行与图1的室101类似的功能。应理解，尽管带电粒子束柱1530的部分被图示为被容纳在壳室1510内，但是带电粒子束柱1530可以被整体容纳在壳室1510内。
在一些实施例中，壳室1510可以被配置为容纳带电粒子束柱1530的机电组件。在本公开的上下文中，带电粒子束柱1530的机电组件可以包括但不限于平台1560、晶片卡盘1562、样本1550、平台运动控制电机、驱动器等。壳室1510可以被放置在抗振动平台或者振动阻尼平台(未图示)上，以将振动对由带电粒子束系统1500所获得的图像的整体性能和检查分辨率的影响最小化。
在一些实施例中，平台1560可以被配置为在X-、Y-、Z-、Rx-、Ry-或Rz-轴中的一个或多个轴上移动(诸如关于图14的平台1450所描述的)。平台1560可以包括被设置和固定在其上的晶片卡盘1562。在一些实施例中，平台1560可以被配置为在X和Y轴上移动，并且晶片卡盘1562可以被配置为在Z轴上移动。样本1550可以使用机械夹持或真空辅助或其他合适的非接触夹持机构而被放置在晶片卡盘1562上。例如，晶片卡盘1562可以包括真空样本保持件，该真空样本保持件被配置为在样本1550正在一个或多个轴上移动用于检查时保持和固定样本1550。在一些实施例中，晶片卡盘1562可以被配置为带电以调整入射初级带电粒子束的着陆能量等。应理解，样本1550可以被直接放置在能够调整其在一个或多个轴上的定位的平台1560上，因此消除了晶片卡盘1562的使用。
在一些实施例中，平台1560可以与壳室1510机械耦合，使得平台1560的振动也可以引起壳室1510的振动。在本公开的上下文中，机械耦合是指(例如，经由多个中间组件)被物理地附接到壳室1510的部分或者与壳室1510的部分物理接触。平台1560可以使用包括但不限于热焊、点焊、铆接、焊接、胶合等的技术而与壳室1510机械耦合。在一些实施例中，耦合机制可以取决于机构对壳室1510内的真空压力的影响。例如，一些金属胶水可能脱气，在壳室1510中引起虚拟泄漏，并且因此可能对带电粒子束系统1500的整体检查分辨率产生负面影响。
带电粒子束系统1500可以包括带电粒子束柱1530，带电粒子束柱1530被配置为生成带电粒子束(例如，电子束)并且将带电粒子束聚焦在样本1550上。在一些实施例中，SEM柱1530可以被称为电光组件。电光组件可以包括：带电粒子源，被配置为生成带电粒子；以及多个透镜(光学和电磁)和孔，被配置为将所生成的带电粒子束聚焦在样本1550上。在一些实施例中，SEM柱1530可以与壳室1510的部分机械耦合，使得壳室1510的振动可以引起SEM柱1530的振动。
带电粒子束系统1500可以包括定位传感器1522和1524，定位传感器1522和1524被配置为确定平台1560的位移。定位传感器1522和1524可以包括激光干涉仪。应理解，带电粒子束系统1500的定位感测系统可以包括多于一个的定位传感器以及其他合适的组件(例如，信号放大器、带通滤波器、数据存储单元、数据处理单元等)。
在一些实施例中，定位传感器1522和1524可以包括激光二极管传感器组装，该激光二极管传感器组装包括一维定位灵敏检测器(1-DPSD)或者光电二极管的线性阵列等。在一些实施例中，定位传感器1522和1524可以被配置为确定平台1560的横向位移。如本文中所提及的平台1560的横向位移可以对应于平台1560在X轴或Y轴上的实际位置与目标定位之间的差。
在一些实施例中，定位传感器1522和1524可以被配置为检测平台1560的振动模式。例如，定位传感器1522可以被配置为检测诸如在X轴上的扭转、倾斜、旋转的振动模式，并且定位传感器1524可以被配置为检测诸如在Y轴上的扭转、倾斜、旋转的振动模式。在一些实施例中，可以采用多于两个的定位传感器。例如，第一定位传感器用于检测沿X轴的振动，第二定位传感器用于检测沿Y轴的振动，第三传感器用于检测围绕Rx轴的振动，并且第四传感器用于检测围绕Ry轴的振动。应理解，基于所期望的感测的复杂度和准确度、应用、样本等，更少或更多的定位传感器(诸如激光干涉仪)可以被采用。其他定位感测和振动检测技术可以适当地被使用。
示例性定位传感器1522和1524可以被配置为与控制模块1570(稍后详细描述)通信，使得定位传感器1522和1524的输出被分析并被用来进一步调整束特性以补偿振动。定位传感器1522和1524还可以被配置为生成包括位移信号的输出信号。在一些实施例中，来自一个或多个定位传感器1522和1524的输出数据可以被用来通过将束偏转信号施加到带电粒子束系统1500来修改束聚焦、束能量、束扫描速度、束扫描频率、束扫描持续时间或束扫描范围。应理解，可以采用聚焦束的其它合适的部件。
在一些实施例中，一个或多个定位传感器1522和1524可以被设置在壳室1510的表面上。在包括激光干涉仪作为定位传感器1522和1524的配置中，激光干涉仪的光学检测器表面可以被定位以接收表示平台1560或样本1550的位移或振动的光学信号。在一些实施例中，定位传感器1522和1524可以与壳室1510机械耦合，或者适当地被安装在壳室1510上。在一些实施例中，定位传感器1522和1524可以被配置为调整平台1560或样本1550在X轴、Y轴、Z轴、Rx轴、Ry轴、Rz轴轴中的一个或多个轴上的定位，以及检测在X轴、Y轴、Z轴、Rx轴、Ry轴、Rz轴轴中的一个或多个轴上的振动。
在一些实施例中，定位传感器1522和1524可以包括例如零差激光干涉仪或外差激光干涉仪。零差激光干涉仪使用单频激光源，而外差激光干涉仪使用具有两个接近频率的激光源。激光源可以包括He-Ne气体激光器，该He-Ne气体激光器发射波长为633nm的激光。应理解，具有单个或多个波长或频率发射的其他激光源也可以适当地被使用。
作为示例，使用激光干涉仪的平台定位或振动检测可以包括两个分离的激光束，两个分离的激光束在每个方向上被定向到基准反射镜和被附接到平台的反射镜。干涉仪可以将平台反射镜的定位与基准反射镜的定位进行比较以检测和校正任何平台定位误差。例如，一个激光干涉仪用于X轴，并且第二激光干涉仪用于Y轴。在一些实施例中，多于一个的激光干涉仪可以被用于单个轴，诸如X轴或Y轴。也可以采用其他合适的技术。在一些实施例中，如图15所示，附加的激光干涉仪可以被采用以用于在Rx轴和Ry轴上的振动检测。
在诸如SEM的带电粒子束系统中遇到的若干挑战中的一个挑战包括由于未检测的振动和所检测的振动的不足补偿而引起的检查分辨率的损失等。例如，在现有检查系统中，平台1560的振动可能引起壳室1510的振动，这转而可能引起SEM柱1530的振动。SEM柱1530的这些振动可能仍然未被检测，并且因此未被补偿。因此，可以期望提供用于检测、确定和补偿SEM柱1530的振动的方法或系统。
带电粒子束系统1500可以包括加速度传感器1526，加速度传感器1526被配置为确定SEM柱1530的振动。加速度传感器1526可以被配置为测量SEM柱1530的振动或运动的加速度。在一些实施例中，加速度传感器1526可以包括压电加速度计、电容式加速度计、基于微机电系统(MEMS)的加速度计或者压阻式加速度计。在被配置为测量振动的压电加速度计中，由振动或运动的改变(加速)引起的力使物质“挤压”压电材料，这产生与施加在其上的力成比例的电荷。由于电荷与力成比例，并且质量恒定，因此电荷也与加速度成比例。
在一些实施例中，加速度传感器1526可以包括高阻抗电荷输出加速度计。在该类型的加速度计中，压电晶体产生与测量仪器直接连接的电荷。在一些实施例中，加速度传感器1526可以包括低阻抗输出加速度计。低阻抗加速度计具有电荷加速度计和微型电路，微型电路包括将电荷转换为低阻抗电压信号的晶体管。低阻抗加速度计可以基于加速度计的频率响应或灵敏度来产生电压信号。应理解，其他合适类型的加速度计也可以适当地被采用。
在一些实施例中，加速度传感器1526可以被配置为检测SEM柱1530的振动以及检测振动模式，振动模式包括但不限于倾斜、旋转、扭转、移位等。在一些实施例中，带电粒子束系统1500可以包括被安装在SEM柱1530上的多于一个的加速度传感器1526。由加速度传感器1526生成的输出信号可以包括诸如电压信号的电信号。加速度计可以响应于所检测的振动并且基于所检测的振动频率来生成电压信号。
带电粒子束系统1500可以包括控制模块1570，控制模块1570被配置为处理带电粒子束系统1500的振动信号，并且将振动补偿信号施加到SEM柱1530以补偿振动。在一些实施例中，控制模块1570可以包括信号控制器1572、图像控制器1576以及致动器1578，该图像控制器1576被配置为接收束扫描信号1575，该致动器1578被配置为生成待被施加到SEM柱1530的束偏转信号1580。
在用于振动检测和补偿的现有技术中，由定位传感器生成的振动信号可以被直接地添加到束扫描信号以形成振动补偿信号。该方法的若干问题中的一个问题可以包括不足的振动补偿，该不足的振动补偿导致检查分辨率的损失，因为振动补偿信号可能未考量所有平移轴和旋转轴上的振动模式。此外，因为振动信号被直接添加到束扫描信号，所以在测量振动和施加振动补偿之间的延迟可能未被考虑到，使控制器生成欠补偿或过补偿振动补偿信号。因此，可以期望提供基于所标识的振动模式来确定振动补偿并且估计振动以补偿计算延迟并控制采样延迟的方法。
在一些实施例中，控制模块1570可以被配置为从定位传感器1522和1524以及加速度传感器1526接收与振动检测相关联的信号。控制模块1570可以包括信号处理器1572，信号处理器1572被配置为从定位传感器1522和1524以及加速度传感器1526接收信号，并且控制模块1570还可以被配置为利用所接收的信号来标识平台1560和SEM柱1530的振动模式。在一些实施例中，信号处理器1572可以包括基于现场可编程门阵列(FPGA)的控制器并且可以被配置为处理来自定位传感器1522和1524以及加速度传感器1526的振动信号。在一些实施例中，信号处理器1572也可以被称为数字振动估计控制器(DVEC)并且可以被配置为基于来自定位传感器1522和1524以及加速度传感器1526的输入振动信号来标识振动模式。
在一些实施例中，信号处理器1572可以被配置为使用由例如处理器1574执行的动态振动估计算法(稍后参考图16详细讨论)、基于来自定位传感器1522和1524以及加速度传感器1526的信号来确定振动补偿信号。信号处理器1572可以包括其他相关组件(未图示)，其他相关组件包括但不限于数据存储单元、存储器、定时控制电路等以支持处理器1574或信号处理器1572。
在一些实施例中，信号处理器1572可以被配置为使用由例如处理器1574执行的动态振动估计算法、基于来自定位传感器1522和1524以及加速度传感器1526的信号来确定经预测的振动信号。经预测的振动信号可以与束扫描信号1575组合被施加到数字图像控制器1576。束扫描信号1575可以被直接施加到数字图像控制器1576，或者可以经由控制模块1570而被施加到数字图像控制器1576。在一些实施例中，束扫描信号1575可以由用户、主机或束控制模块(例如，图3的束控制模块365)生成。数字图像控制器1576可以被配置为基于束扫描信号1575和来自信号处理器1572的经预测的振动信号来生成经补偿的束扫描信号。在一些实施例中，尽管不是优选的，信号处理器1572也可以被配置为从主机接收束扫描信号1575以及基于来自定位传感器1522和1524以及加速度传感器1526的信号来确定经预测的振动信号。
在一些实施例中，控制模块1570还可以包括致动器1578，致动器1578被配置为从数字图像控制器1576接收经补偿的束扫描信号并且基于所接收的经补偿的束扫描信号来生成束偏转信号1580。在一些实施例中，致动器1578可以包括数字波发生器，数字波发生器被配置为使用数字信号处理技术来生成电波形。束偏转信号1580可以被施加到SEM柱1530。在一些实施例中，束偏转信号1580可以通过束偏转控制器(例如，图3的束偏转控制器367)或束控制模块(例如，图3的束控制模块365)而被施加到SEM柱1530。束偏转信号1580可以被配置为通过例如基于所检测的振动来调整初级带电粒子束的特性以补偿带电粒子束系统1500的振动。应理解，尽管信号处理器1572、数字图像控制器1576和致动器1578被图示为控制模块1570的组件，但是这些组件中的一个或多个可以被用作带电粒子束系统1500的独立元件。例如，控制模块1570可以包括信号处理器1572和数字图像控制器1576，而致动器1578可以被独立地操作。还应理解，带电粒子束系统1500可以不包括控制模块1570，而是包括信号处理器1572、数字图像控制器1576和致动器1578作为分立组件。
现在参考图16，图16图示了与本公开的实施例一致的用于确定振动估计和补偿信号的示例性算法1600的步骤。算法1600的一个或多个步骤可以由例如处理器1574来执行。在一些实施例中，算法1600可以被实时执行。在本公开的上下文中，“实时”可以是指在毫秒或微秒的数量级的非常短时间段内的事件的发生。换言之，事件的发生在它们之间具有可忽略不计的延迟。例如，在本公开的上下文中，步骤1610可以在通过定位传感器1522和1524以及加速度传感器1526测量振动之后被立即执行。
在算法1600的步骤1610中，来自定位传感器1522和1524以及加速度传感器1526的振动测量信号可以被利用以分别标识平台1560和SEM柱1530的振动模式。信号处理器1572(DVEC)可以被配置为执行振动模式标识。在一些实施例中，振动模式的标识可以包括来自定位传感器1522和1524以及加速度传感器1526的信号的兼容。例如，来自加速度传感器1526的振动测量信号可以包括电压信号，而来自定位传感器1522和1524的振动测量信号可以包括距离信号或位移信号。在一些实施例中，信号处理器1572可以被配置为将来自加速度传感器1526的电压信号转换为对应的位移信号，以便用于标识平台1560和SEM柱1530的振动模式的输入信号是可兼容的。
在一些实施例中，振动模式的标识还可以包括基于所兼容的振动测量信号、从平台1560和SEM柱1530的六个自由度形成振动测量的振动模式标识矩阵。振动模式标识矩阵可以包括振动在每个方向(X、Y、Z、Rx、Ry和Rz)上的测量。在该步骤中，可以参考平台1560来标识SEM柱1530的振动模式。
在步骤1610中的振动模式标识还可以包括使用来自加速度传感器1526的振动测量将来自定位传感器1522和1524的振动与来自平台1560的振动解耦合。因为定位传感器1522和1524可以被安装到壳室1510上或者与壳室1510机械耦合，壳室1510的振动可以导致定位传感器1522和1524的振动。除了平台1560的振动之外，由定位传感器1522和1524获得的振动测量可以包括定位传感器1522和1524的振动模式和振动。因此，可以期望将平台1560的振动与定位传感器1522和1524的振动解耦合并隔离。
基于振动模式标识矩阵，SEM柱1530和平台1560的振动模式可以被确定，并且对应的输出信号可以被生成。
在步骤1620中，来自步骤1610的经标识的振动模式可以被用于使用仿真模型或数学模型来估计SEM柱1530和平台1560的振动。在一些实施例中，三维有限元分析模型(3D-FEM)可以被用来估计SEM柱1530和平台1560沿X、Y、Z、Rx、Ry和Rx轴中的任一或全部的振动。
在步骤1630中，SEM柱1530和平台1560的振动可以基于来自步骤1620的所估计的振动来预测。数字信号处理技术中遇到的若干问题中的一个问题包括计算和测量延迟，也被称为“单样本延迟”。为了减轻信号处理延迟的负面影响，可以期望确定并施加“经预测”的振动信号以补偿振动。
在该上下文中，单样本延迟可以是指在振动的测量和致动信号或束偏转信号1580的施加之间的延迟。例如，振动测量可以在第一时间戳处被执行，并且用于补偿所测量的振动的校正信号或束偏转信号可以在第二时间戳处被执行，其中在第一时间戳和第二时间戳之间的时间差是处理所测量的振动信号并生成振动补偿信号所要求的时间量。由于时间延迟，所测量的振动和所施加的补偿信号异步，从而导致不准确的振动补偿。
为了补偿数字信号处理延迟，振动可以基于SEM柱1530和平台1560在第二时间戳中所估计的振动来预测或预见，使得振动测量和补偿信号的施加可以同步。
在一些实施例中，算法1600的步骤可以被执行以预测SEM柱1530和平台1560在X轴、Y轴或Rz轴中的一个或多个轴上的振动。补偿Z轴、Rx轴或Ry轴上的振动的若干方式中的一个方式可以包括通过调整着陆能量等来调整入射初级带电粒子束的焦深。
现在参考图17，图17图示了示出与本公开的实施例一致的在带电粒子束系统中将带电粒子束(例如，电子束)聚焦在样本上的示例性方法1700的流程图。将电子束聚焦在样本上的方法可以通过图1的带电粒子EBI系统100、图2的成像系统200或者带电粒子束系统1500来执行。应理解，带电粒子束系统1500可以被控制以对样本(例如，图15的样本1550)或样本上的感兴趣区域进行观察、成像和检查。成像可以包括扫描样本以对样本的至少部分、样本上的图案或者样本本身进行成像。检查样本可以包括扫描样本以检查样本的至少部分、样本上的图案或者样本本身。观察样本可以包括针对图案的再现性和重复性监测样本或样本上的感兴趣区域。
初级带电粒子束(例如，图2的初级带电粒子束220)从带电粒子源生成。被设置在平台(例如，图2-图4的平台201、图15的平台1560)上的样本利用初级带电粒子束被辐射。在一些实施例中，样本的至少部分可以利用初级带电粒子束的至少部分被辐射。初级带电粒子束可以是例如从电子源生成的电子束。电子源可以包括但不限于来自钨丝或Lab6阴极的电子的热电子发射，或者来自钨/ZrO2冷阴极的电子的场发射。
样本可以被直接设置在平台上。在一些实施例中，样本可以被设置在诸如样本保持件(例如，图15的晶片卡盘1562)的适配器上，该适配器被设置在平台上并且被固定到平台。样本、样本保持件和平台的几何中心可以彼此对准并且与主光轴(例如，图8的主光轴801)对准。样本、样本保持件和平台可以被设置在垂直于或基本垂直于主光轴的平面中。在一些实施例中，样本或平台可以被倾斜离轴，使得初级带电粒子束以小于或大于90°的角度入射在样本上。在一些实施例中，样本和平台可以被机械耦合，使得平台在X轴、Y轴或Z轴中的任一轴上的位移对应地导致样本的位移。
平台可以与壳室(例如，图15的壳室1510)机械耦合，使得平台的振动也可以引起壳室的振动。平台可以使用包括但不限于热焊、点焊、铆接、焊接、胶合等的技术而与壳室机械耦合。壳室可以被配置为容纳带电粒子束柱的机电组件。在本公开的上下文中，带电粒子束柱的机电组件可以是指零件或元件，该零件或元件包括但不限于平台、晶片卡盘、样本、平台运动控制电机、驱动器等。壳室可以被放置在抗振动平台或者振动阻尼平台上，以将振动对所获得的图像的整体性能和检查分辨率的影响最小化。在一些实施例中，SEM柱(例如，图15的带电粒子束柱1530)可以被称为电光组件。电光组件可以包括带电粒子源和多个透镜(光学和电磁)和孔，该带电粒子源被配置为生成带电粒子，该多个透镜(光学和电磁)和孔被配置为将所生成的带电粒子束聚焦在样本上。SEM柱可以与壳室的部分机械耦合，使得壳室的振动可以引起SEM柱的振动。
在步骤1710中，加速度传感器(例如，图15的加速度传感器1526)可以被用来检测带电粒子束系统的电光组件的振动。电光组件可以包括SEM柱。加速度传感器可以被配置为测量SEM柱的振动或运动的加速度。加速度传感器可以包括压电加速度计、电容式加速度计、基于微机电系统(MEMS)的加速度计或者压阻式加速度计。在被配置为测量振动的压电加速度计中，由振动或运动的改变(加速)引起的力产生与被运用在其上的力成比例的电荷。由于电荷与力成比例，并且质量恒定，因此电荷也与加速度成比例。加速度传感器可以包括高阻抗电荷输出加速度计或低阻抗输出加速度计，被配置为响应于所检测到的振动并且基于所检测到的振动频率而生成电压信号。加速度传感器可以检测SEM柱的振动以及检测振动模式，振动模式包括但不限于倾斜、旋转、扭转、移位等。带电粒子束系统可以包括被安装在SEM柱上的多于一个的加速度传感器。由加速度传感器生成的输出信号可以包括诸如电压信号的电信号。
在步骤1720中，定位传感器(例如，图15的定位传感器1522)可以被用来检测带电粒子束系统的机电组件的振动。带电粒子束系统的机电组件可以包括平台、晶片卡盘、样本、平台运动控制电机、驱动器等。一个或多个定位传感器可以被用来检测平台在X或Y轴上的振动和振动模式。(多个)定位传感器可以包括激光二极管传感器组装，激光二极管传感器组装包括一维定位灵敏检测器(1-D PSD)或光电二极管的线性阵列等。定位传感器可以被配置为确定平台的横向位移并且检测平台在平移X或Y轴以及旋转Rx和Ry轴上的振动模式(诸如扭转、倾斜、旋转、移位)。在一些实施例中，第一定位传感器用于检测沿X轴的振动，第二定位传感器用于检测沿Y轴的振动，第三传感器用于检测围绕Rx轴的振动，并且第四传感器用于检测围绕Ry轴的振动。(多个)定位传感器可以与控制模块(例如，图15的控制模块1570)通信，使得(多个)定位传感器的输出信号可以被分析并用来进一步调整束特性以补偿振动。输出信号可以包括位移信号。
(多个)定位传感器可以被设置在壳室的表面上或者被安装在壳室上。(多个)定位传感器可以包括激光干涉仪。(多个)定位传感器可以与壳室机械耦合，使得壳室的振动引起定位传感器振动。定位传感器可以被配置为调整平台或样本在X轴、Y轴、Z轴、Rx轴、Ry轴、Rz轴中的一个或多个轴上的定位，以及检测在X轴、Y轴、Z轴、Rx轴、Ry轴、Rz轴中的一个或多个轴上的振动。(多个)定位传感器可以包括例如零差激光干涉仪或外差激光干涉仪。零差激光干涉仪使用单频激光源，而外差激光干涉仪使用具有两个接近频率的激光源。激光源可以包括He-Ne气体激光器，该He-Ne气体激光器发射波长为633nm的激光。应理解，具有单个或多个波长或频率发射的其他激光源也可以适当地被使用。(多个)定位传感器可以基于振动的频率或所检测的振动模式类型而生成位移信号或距离信号。
在步骤1730中，振动补偿信号可以被施加到SEM柱以补偿电光组件和机电组件的振动。振动补偿信号可以由控制器(例如，图15的信号处理器1572)生成，控制器在本文中也被称为动态振动估计控制器(DVEC)。控制器可以被配置为：从(多个)定位传感器和加速度传感器接收与振动检测相关联的信号；处理所接收的信号；以及基于经处理的振动信号来生成振动补偿信号。DVEC可以包括基于现场可编程门阵列(FPGA)的控制器，并且可以被配置为处理来自(多个)定位传感器和(多个)加速度传感器的振动信号。
DVEC可以被配置为使用动态振动估计算法、基于来自(多个)定位传感器和(多个)加速度传感器的信号来预测或计算振动补偿信号。算法可以包括以下步骤：基于来自(多个)定位传感器和(多个)加速度传感器的振动测量来标识SEM柱和平台在X轴、Y轴、Z轴、Rx轴、Ry轴、Rz轴中的每个轴上的振动模式；基于所标识的振动模式来估计SEM柱和平台的振动；以及预测或计算待被施加到SEM柱的六个自由度的振动。
算法可以被实时实现并且由DVEC执行。在振动模式标识步骤中，来自(多个)定位传感器和(多个)加速度传感器的振动测量信号可以被分别利用以标识平台和SEM柱的振动模式。DVEC可以执行振动模式标识。振动模式的标识可以包括来自(多个)定位传感器和(多个)加速度传感器的信号的兼容。例如，来自加速度传感器的振动测量信号可以包括电压信号，而来自定位传感器的振动测量信号可以包括距离信号或位移信号。DVEC可以将来自加速度传感器的电压信号转换为对应的位移信号，以便来自平台和SEM柱的用于标识振动模式的输入信号是可兼容的。
振动模式的标识还可以包括基于所兼容的振动测量信号、从用于平台和SEM柱的六个自由度形成振动测量的振动模式标识矩阵。振动模式标识矩阵可以包括振动在每个方向(X、Y、Z、Rx、Ry和Rz)上的测量。在该步骤中，可以参考平台来标识SEM柱的振动模式。
振动模式标识还可以包括使用来自(多个)加速度传感器的振动测量将(多个)定位传感器的振动与平台的振动解耦合。因为定位传感器可以被安装到壳室上或者与壳室机械耦合，壳室的振动可以导致定位传感器的振动。除了平台的振动之外，由定位传感器获得的振动测量可以包括定位传感器的振动和振动模式。因此，平台的振动与(多个)定位传感器的振动解耦合并隔离。基于振动模式标识矩阵，SEM柱和平台的振动模式可以被确定，并且对应的输出信号可以被生成。
所标识的振动模式可以被用于使用仿真模型或数学模型来估计SEM柱和平台的振动。三维有限元分析模型(3D-FEM)可以被用来估计SEM柱和平台沿X、Y、Z、Rx、Ry和Rz轴的振动。应理解，其他仿真模型可以适当地被使用。
SEM柱和平台的振动可以基于所估计的振动来预测。数字信号处理技术中遇到的若干问题中的一个问题包括计算和测量延迟，也被称为“单样本延迟”。为了减轻信号处理延迟的负面影响，可以期望确定并施加“经预测的”振动信号以补偿振动。
在该上下文中，单样本延迟可以是指在振动的测量和致动信号或束偏转信号的施加之间的延迟。例如，振动测量可以在第一时间戳处执行，并且用于补偿所测量的振动的校正信号或束偏转信号可以在第二时间戳处被执行，其中在第一时间戳和第二时间戳之间的时间差是处理所测量的振动信号并生成振动补偿信号所要求的时间量。由于时间延迟，所测量的振动和所施加的补偿信号异步，从而导致振动不准确的补偿。为了补偿数字信号处理延迟，振动可以基于SEM柱和平台在第二时间戳中所估计的振动来预测或预见，使得振动测量和补偿信号的施加可以被同步。
经预测的振动信号可以与束扫描信号(例如，图15的束扫描信号1575)组合被施加到图像控制器(例如，图15的数字图像控制器1576)。束扫描信号可以被直接施加到数字图像控制器或者可以经由控制模块而被施加到数字图像控制器。在一些实施例中，束扫描信号可以由用户、主机或束控制模块(例如，图3的束控制模块365)生成。图像控制器可以被配置为基于束扫描信号和来自信号处理器或控制器的经预测的振动信号而生成经补偿的束扫描信号。
致动器(例如，图15的致动器1578)可以被配置为从图像控制器接收经补偿的束扫描信号并且基于所接收的经补偿的束扫描信号来生成束偏转信号(例如，图15的束偏转信号1580)。致动器可以包括数字波发生器，数字波发生器被配置为使用数字信号处理技术来生成电波形。束偏转信号可以被施加到SEM柱来调整束特性并补偿振动。束偏转信号可以通过束偏转控制器(例如，图3的束偏转控制器367)或束控制模块而被施加到SEM柱。束偏转信号可以被配置为通过例如基于所检测的振动来调整初级带电粒子束的特性以补偿带电粒子束系统的振动。应理解，尽管信号处理器、数字图像控制器和致动器被图示为控制模块的组件，但是这些组件中的一个或多个可以被用作带电粒子束系统的独立元件。
实施例可以使用以下条款来进一步描述：
1.一种带电粒子束系统，包括：
平台，被配置为保持样本并且能够在X-Y和Z轴中的至少一个轴上移动；
定位感测系统，被配置为确定平台的横向位移和竖直位移；以及
控制器，被配置为：
施加第一信号，以使入射在样本上的初级带电粒子束偏转来至少部分地补偿平台的横向位移；以及
施加第二信号，以调整入射在样本上的经偏转的带电粒子束的聚焦来至少部分地补偿平台的竖直位移。
2.根据条款1所述的系统，其中第一信号包括影响初级带电粒子束在X-Y轴中的至少一个轴上如何被偏转的电信号。
3.根据条款2所述的系统，其中电信号包括具有在10kHz至50kHz范围中的带宽的信号。
4.根据条款1-3中任一项所述的系统，其中横向位移对应于平台在X-Y轴中的至少一个轴上的目标定位和平台的当前定位之间的差。
5.根据条款1-4中任一项所述的系统，其中控制器还被配置为在初级带电粒子束在样本上的扫描期间，动态地调整第一信号或第二信号中的至少一个信号。
6.根据条款1-5中任一项所述的系统，其中第二信号包括被施加到平台的电压信号，电压信号影响入射在样本上的经偏转的带电粒子束如何被聚焦在Z轴上。
7.根据条款6所述的系统，其中电压信号包括具有在50kHz至200kHz范围中的带宽的信号。
8.根据条款1-7中任一项所述的系统，其中竖直位移对应于平台在Z轴上的目标定位与平台的当前定位之间的差，并且其中竖直位移在初级带电粒子束在样本上的扫描期间变化，以至少部分地补偿围绕X或Y轴中的至少一个轴的角度旋转。
9.根据条款1-8中任一项所述的系统，还包括平台运动控制器，其中平台运动控制器包括多个电机，多个电机被配置为由第三信号独立地控制。
10.根据条款9所述的系统，其中多个电机中的每个电机被独立地控制以调整平台的调平，使得平台基本垂直于初级带电粒子束的光轴。
11.根据条款9和10中任一项所述的系统，其中第三信号包括多个控制信号，多个控制信号中的每个控制对应于多个电机中的至少一个电机。
12.根据条款9-11中任一项所述的系统，其中多个电机包括压电电机、压电致动器或超声压电电机中的至少一个。
13.根据条款11所述的系统，还包括：
第一组件，被配置为基于多个控制信号来形成嵌入式控制信号；以及
第二组件，被配置为从嵌入式控制信号中提取多个控制信号中的至少一个控制信号。
14.根据条款10-13中任一项所述的系统，其中调整平台的调平基于平台的致动输出的几何模型。
15.根据条款1-14中任一项所述的系统，其中定位感测系统使用激光干涉仪和高度传感器的组合来确定平台的横向和竖直位移。
16.根据条款15所述的系统，其中激光干涉仪被配置为至少确定平台的横向位移。
17.根据条款15所述的系统，其中高度传感器被配置为至少确定平台的竖直位移。
18.一种带电粒子束系统，包括：
平台，被配置为保持样本并且能够在至少Z轴上移动；
定位感测系统，被配置为确定平台的竖直位移，以及
控制器，被配置为将电压信号施加到平台，该电压信号影响入射在样本上的带电粒子束如何被聚焦在Z轴上。
19.根据条款18所述的系统，其中竖直位移可以对应于平台在Z轴上的目标定位和平台的当前定位之间的差，并且其中竖直位移在初级带电粒子束在样本上的扫描期间变化，以至少部分地补偿围绕X或Y轴中的至少一个轴的角度旋转。
20.根据条款18和19中任一项所述的系统，其中控制器还可以被配置为在初级带电粒子束在样本上的扫描期间，动态地调整电压信号。
21.根据条款18-20中任一项所述的系统，其中电压信号包括具有在50kHz至200kHz范围中的带宽的信号。
22.根据条款18-21中任一项所述的系统，还包括平台运动控制器，其中平台运动控制器包括多个电机，多个电机被配置为由控制信号独立地控制。
23.根据条款22所述的系统，其中多个电机中的每个电机被独立地控制以调整平台的调平，使得平台基本垂直于初级带电粒子束的光轴。
24.根据条款22和23中任一项所述的系统，其中控制信号包括多个控制信号，多个控制信号中的每个控制信号对应于多个电机中的至少一个电机。
25.根据条款24所述的系统，还包括：
第一组件，被配置为基于多个控制信号来形成嵌入式控制信号；以及
第二组件，被配置为从嵌入式控制信号中提取多个控制信号中的至少一个控制信号。
26.根据条款18-25中任一项所述的系统，其中定位系统包括高度传感器以确定平台的竖直位移。
27.一种用于辐射被设置在带电粒子束系统中的平台上的样本的方法，方法包括：
从带电粒子源生成初级带电粒子束；
确定平台的横向位移和竖直位移，其中平台能够在X、Y和Z轴中的至少一个轴上移动；
施加第一信号，以将入射在样本上的初级带电粒子束偏转来至少部分地补偿平台的横向位移；以及
将第二信号施加到平台，以调整入射在样本上的经偏转的带电粒子束的聚焦来至少部分地补偿平台的竖直位移。
28.根据条款27所述的方法，其中第一信号包括影响初级带电粒子束在X-Y轴中的至少一个轴上如何被偏转的电信号。
29.根据条款28所述的方法，其中电信号包括具有在10kHz至50kHz的范围中的带宽的信号。
30.根据条款27-29中任一项所述的方法，其中横向位移对应于平台在X-Y轴中的至少一个上的目标定位和平台的当前定位之间的差。
31.根据条款27-30中任一项所述的方法，其中竖直位移对应于平台在Z轴上的目标定位与平台的当前定位之间的差，并且其中竖直位移在初级带电粒子束在样本上的扫描期间变化，以至少部分地补偿围绕X或Y轴中的至少一个轴的角度旋转。
32.根据条款27-31中任一项所述的方法，还包括在初级带电粒子束在样本上的扫描期间，动态地调整第一信号或第二信号中的至少一个信号。
33.根据条款27-32中任一项所述的方法，其中第二信号包括被施加到平台的电压信号，该电压信号影响入射在样本上的经偏转的带电粒子束如何被聚焦在Z轴上。
34.根据条款33所述的方法，其中电压信号包括具有在50kHz至200kHz范围中的带宽的信号。
35.根据条款27-34中任一项所述的方法，还包括将第三信号施加到平台运动控制器，其中平台运动控制器包括多个电机，多个电机被配置为由第三信号独立地控制。
36.根据条款35所述的方法，其中多个电机中的每个电机被独立地控制以调整平台的调平，使得平台基本垂直于初级带电粒子束的光轴。
37.根据条款35和36中任一项所述的方法，其中第三信号包括多个控制信号，多个控制信号中的每个控制信号对应于多个电机中的至少一个电机。
38.根据条款35-37中任一项所述的方法，其中施加第三信号包括：
嵌入多个控制信号以形成嵌入式控制信号；以及
从嵌入式控制信号中提取多个控制信号中的至少一个控制信号。
39.根据条款36-38中任一项所述的方法，其中调整平台的调平基于平台的致动输出的几何模型。
40.根据条款27-39中任一项所述的方法，其中平台的横向位移和竖直位移由定位感测系统来确定。
41.根据条款40所述的方法，其中定位感测系统使用激光干涉仪和高度传感器的组合来确定平台的横向位移和竖直位移。
42.根据条款41所述的方法，其中激光干涉仪被配置为确定平台的横向位移。
43.根据条款41所述的方法，其中高度传感器被配置为确定平台的竖直位移。
44.一种用于辐射被设置在带电粒子束系统中的平台上的样本的方法，方法包括：
从带电粒子源生成初级带电粒子束；
确定平台的竖直位移，其中平台能够在Z轴上移动；以及
将电压信号施加到平台，以调整入射在样本上的经偏转的带电粒子束的聚焦来至少部分地补偿平台的竖直位移。
45.根据条款44所述的方法，其中竖直位移对应于平台在Z轴上的目标定位与平台的当前定位之间的差，并且其中竖直位移在初级带电粒子束在样本上的扫描期间变化，以至少部分地补偿围绕X或Y轴中的至少一个轴的角度旋转。
46.根据条款44和45中任一项所述的方法，还包括：
确定平台的横向位移，其中平台能够在X-Y轴中的至少一个轴上移动；以及
施加束偏转信号，以将入射在样本上的经聚焦的带电粒子束偏转来至少部分地补偿横向位移。
47.根据条款44-46中任一项所述的方法，还包括在初级带电粒子束在样本上的扫描期间，动态地调整电压信号或束偏转信号中的至少一个信号。
48.根据条款44-47中任一项所述的方法，其中电压信号包括具有在50kHz至200kHz范围中的带宽的信号。
49.根据条款46所述的方法，其中束偏转信号包括影响经聚焦的带电粒子束在X-Y轴中的至少一个轴上如何被偏转的电信号。
50.根据条款49所述的方法，其中电信号包括具有在10kHz至50kHz范围中的带宽的信号。
51.根据条款46-50中任一项所述的方法，其中横向位移对应于平台在X-Y轴中的至少一个上的目标定位与平台的当前定位之间的差。
52.根据条款44-51中任一项所述的方法，还包括将控制信号施加到平台运动控制器，其中平台运动控制器包括多个电机，多个电机被配置为由控制信号独立地控制。
53.根据条款52所述的方法，其中多个电机中的每个电机被独立地控制以调整平台的调平，使得平台基本垂直于初级带电粒子束的光轴。
54.根据条款52和53中任一项所述的方法，其中控制信号包括多个控制信号，多个控制信号中的每个控制信号对应于多个电机中的至少一个电机。
55.根据条款52-54中任一项所述的方法，其中多个电机包括压电电机、压电致动器或超声压电电机中的至少一个。
56.根据条款52-55中任一项的方法，其中施加控制信号包括：
嵌入多个控制信号以形成嵌入式控制信号；以及
从嵌入式控制信号中提取多个控制信号中的至少一个控制信号。
57.根据条款53-56中任一项所述的方法，其中调整平台的调平基于平台的致动输出的几何模型。
58.根据条款46-57中任一项的方法，其中平台的横向位移和竖直位移由定位感测系统来确定。
59.根据条款58所述的方法，其中定位感测系统使用激光干涉仪和高度传感器的组合来确定平台的横向位移和竖直位移。
60.根据条款59所述的方法，其中激光干涉仪被配置为确定平台的横向位移。
61.根据条款59所述的方法，其中高度传感器被配置为确定平台的竖直位移。
62.一种包括指令的集合的非暂时性计算机可读介质，指令的集合能够由装置的一个或多个处理器执行以使装置执行方法，其中装置包括带电粒子源以生成初级带电粒子束，并且方法包括：
确定平台的横向位移，其中平台能够在X-Y轴中的至少一个轴上移动；以及
指示控制器施加第一信号，以使入射在样本上的初级带电粒子束偏转来至少部分地补偿横向位移。
63.根据条款62所述的介质，其中由装置的一个或多个处理器能够执行的指令的集合使装置还执行：
确定平台的竖直位移，其中平台能够在Z轴上移动；以及
指示控制器施加第二信号，以调整入射在样本上的初级带电粒子束的聚焦来至少部分地补偿竖直位移。
64.根据条款62和63中任一项所述的介质，其中由装置的一个或多个处理器能够执行的指令的集合使装置还执行：
将第三信号施加到平台运动控制器，平台运动控制器被配置为调整平台的调平，使得平台基本垂直于初级带电粒子束的光轴。
65.一种将带电粒子束聚焦在样本上的方法，方法包括：
使用带电粒子束来辐射被设置在带电粒子束系统的平台上的样本；
使用带电粒子系统的第一组件、参考样本来调整带电粒子束的第一焦点的位置；以及
使用第二组件来操纵与样本相关联的电磁场，以通过参考样本调整带电粒子束的第一焦点来形成第二焦点，其中第二组件位于带电粒子系统的物镜的聚焦组件的下游。
66.根据条款65所述的方法，其中调整第一焦点的位置包括调整平台在Z轴上的定位。
67.根据条款66所述的方法，其中调整平台在Z轴上的位置包括：
使用高度传感器来确定样本在Z轴上的定位；以及
使用平台运动控制器，基于所确定的样本的定位，调整平台在Z轴上的定位。
68.根据条款65-67中任一项所述的方法，其中第一组件被配置为参考样本来调整带电粒子束的焦深。
69.根据条款65-68中任一项所述的方法，其中第一组件位于带电粒子系统的物镜的聚焦组件的上游。
70.根据条款69所述的方法，其中第一组件包括带电粒子源、带电粒子源的阳极或者聚束器透镜，并且其中带电粒子系统的第一组件与带电粒子系统的第二组件不同。
71.根据条款65-70中任一项所述的方法，其中操纵电磁场包括调整被施加到带电粒子系统的第二组件的电信号。
72.根据条款65-71中任一项所述的方法，其中带电粒子系统的第二组件包括物镜、样本或平台的控制电极中的一个或多个。
73.根据条款71-72中任一项所述的方法，其中调整被施加到第二组件的电信号调整带电粒子束在样本上的着陆能量。
74.根据条款72-73中任一项所述的方法，其中调整电信号包括：
调整被施加到物镜的控制电极的电信号的第一分量；以及
调整被施加到平台的电信号的第二分量。
75.根据条款74所述的方法，其中调整被施加到控制电极的电信号的第一分量、参考样本来粗调带电粒子束的第一焦点，并且其中调整被施加到平台的电信号的第二分量、参考样本来精调带电粒子束的第一焦点。
76.根据条款74-75中任一项所述的方法，其中电信号的第一分量基于带电粒子束的加速电压和着陆能量来确定。
77.根据条款74-76中任一项所述的方法，其中电信号的第一分量包括绝对值在5kV至10kV的范围中的电压信号，并且其中电信号的第二分量包括绝对值在0V至150V的范围中的电压信号。
78.根据条款65-77中任一项所述的方法，其中操纵电磁场还包括调整被配置为影响带电粒子束的特性的电场。
79.根据条款65-78中任一项所述的方法，其中操纵电磁场还包括调整被配置为影响带电粒子束的特性的磁场。
80.根据条款78和79中任一项所述的方法，其中带电粒子束的特性包括带电粒子束的路径、方向、速度或加速度中的至少一个。
81.根据条款73-80中任一项所述的方法，其中带电粒子束的着陆能量在500eV至3keV的范围中。
82.一种将带电粒子束聚焦在样本上的方法，方法包括：
使用带电粒子束来辐射被设置在带电粒子束系统的平台上的样本；
使用带电粒子系统的第一组件、参考样本来调整带电粒子束的第一焦点的位置；以及
通过调整被施加到物镜的控制电极的电信号的第一分量来操纵与样本相关联的电磁场，以通过调整带电粒子束在样本上的第一焦点来形成第二焦点。
83.根据条款82所述的方法，其中调整第一焦点的位置包括调整平台在Z轴上的定位。
84.根据条款83所述的方法，其中调整平台在Z轴上的定位包括：
使用高度传感器来确定样本在Z轴上的定位；以及
基于所确定的样本的定位，使用平台运动控制器来调整平台在Z轴上的定位。
85.根据条款82-84中任一项所述的方法，其中第一组件被配置为参考样本来调整带电粒子束的焦深。
86.根据条款82-85中任一项所述的方法，其中第一组件位于带电粒子系统的物镜的聚焦组件的上游，并且其中第一组件包括带电粒子源、带电粒子源的阳极或聚束器透镜。
87.根据条款82-86中任一项所述的方法，其中控制电极包括带电粒子系统的第二组件并且位于带电粒子系统的物镜的聚焦组件的下游。
88.根据条款87所述的方法，其中调整被施加到第二组件的电信号调整带电粒子束在样本上的着陆能量。
89.根据条款88所述的方法，其中带电粒子束的着陆能量在500eV至3keV的范围中。
90.根据条款87-89中任一项所述的方法，其中带电粒子系统的第二组件包括物镜的控制电极、样本或平台中的一个或多个。
91.根据条款87-90中任一项所述的方法，其中带电粒子系统的第一组件与带电粒子系统的第二组件不同。
92.根据条款82-91中任一项所述的方法，其中操纵电磁场还包括调整被施加到平台的电信号的第二分量。
93.根据条款88-92中任一项所述的方法，其中电信号的第一分量基于带电粒子束的加速电压和着陆能量来确定。
94.根据条款92和93中任一项所述的方法，其中电信号的第一分量包括绝对值在5kV至10kV的范围中的电压信号，并且其中电信号的第二分量包括绝对值在0V至150V的范围中的电压信号。
95.根据条款92-94中任一项所述的方法，其中调整被施加到控制电极的电信号的第一分量粗调带电粒子束的第一焦点，并且其中调整被施加到平台的电信号的第二分量、参考样本精调带电粒子束的第一焦点。
96.根据条款82-95中任一项所述的方法，其中操纵电磁场还包括调整被配置为影响带电粒子束的特性的磁场。
97.根据条款96所述的方法，其中带电粒子束的特性包括带电粒子束的路径、方向、速度或加速度中的至少一个。
98.一种带电粒子束系统，包括：
平台，被配置为保持样本并且能够沿X-Y轴或Z轴中的至少一个轴移动；以及
控制器，具有电路系统并且被配置为：
使用带电粒子系统的第一组件、参考样本来调整带电粒子束的第一焦点的位置；以及
使用第二组件来操纵与样本相关联的电磁场，以通过参考样本调整带电粒子束的第一焦点来形成第二焦点，其中第二组件位于带电粒子系统的物镜的聚焦组件的下游。
99.根据条款98所述的系统，其中调整第一焦点的位置包括调整平台在Z轴上的定位。
100.根据条款98和99中任一项所述的系统，还包括定位感测系统，定位感测系统被配置为确定样本在Z轴上的定位，其中定位感测系统包括具有激光二极管传感器组装的高度传感器。
101.根据条款100所述的系统，其中控制器被配置为基于由定位感测系统所确定的样本的定位来调整平台在Z轴上的定位。
102.根据条款100和101中任一项所述的系统，其中高度传感器被配置为确定样本在Z轴上的定位，并且其中控制器被配置为调整平台在Z轴上的定位以形成带电粒子束在样本上的第一焦点。
103.根据条款98-102中任一项所述的系统，其中第一组件被配置为参考样本来调整带电粒子束的焦深。
104.根据条款98-103中任一项所述的系统，其中第一组件位于带电粒子系统的物镜的聚焦组件的上游。
105.根据条款104所述的系统，其中第一组件包括带电粒子源、带电粒子源的阳极或者聚束器透镜，并且其中带电粒子系统的第一组件与带电粒子系统的第二组件不同。
106.根据条款98-105中任一项所述的方法，其中电磁场的操纵包括被施加到带电粒子系统的第二组件的电信号的调整。
107.根据条款98-106中任一项所述的系统，其中带电粒子系统的第二组件包括物镜的控制电极、样本或平台中的一个或多个。
108.根据条款106和107中任一项所述的系统，其中被施加到第二组件的电信号的调整对带电粒子束在样本上的的着陆能量进行调整。
109.根据条款107和108中任一项所述的系统，其中电信号的调整包括：
被施加到物镜的控制电极的电信号的第一分量的调整；以及
被施加到平台的电信号的第二分量的调整。
110.根据条款109所述的系统，其中被施加到控制电极的电信号的第一分量的调整粗调带电粒子束的第一焦点，并且其中被施加到平台的电信号的第二分量的调整参考样本精调带电粒子束的第一焦点。
111.根据条款98-110中任一项所述的系统，其中控制器还被配置为通过调整被配置为影响带电粒子束的特性的磁场来操纵电磁场。
112.根据条款111所述的系统，其中带电粒子束的特性包括带电粒子束的路径、方向、速度或加速度中的至少一个。
113.根据条款110-112中任一项所述的系统，其中电信号的第一分量基于带电粒子束的加速电压和着陆能量来确定。
114.根据条款110-113中任一项所述的系统，其中电信号的第一分量包括绝对值在5kV至10kV的范围中的电压信号，并且其中电信号的第二分量包括绝对值在0V至150V的范围中的电压信号。
115.根据条款109-114中任一项所述的系统，其中带电粒子束的着陆能量在500eV至3keV的范围中。
116.一种包括指令的集合的非暂时性计算机可读介质，指令的集合能够由装置的一个或多个处理器来执行，以使装置执行方法，其中装置包括带电粒子源以生成带电粒子束，并且方法包括：
使用带电粒子系统的第一组件、参考样本来调整带电粒子束的第一焦点的位置；以及
使用第二组件来操纵与样本相关联的电磁场，以通过参考样本调整带电粒子束的第一焦点来形成第二焦点，其中第二组件位于带电粒子系统的物镜的聚焦组件的下游。
117.根据条款116所述的非暂时性计算机可读介质，其中能够由装置的一个或多个处理器执行的指令的集合使装置还执行：
使用高度传感器来确定样本在Z轴上的定位；以及
使用平台运动控制器，基于所确定的样本的定位来调整平台在Z轴上的定位，以形成带电粒子束在样本上的初始焦点。
118.根据条款116和117中任一项所述的非暂时性计算机可读介质，其中能够由装置的一个或多个处理器执行的指令的集合使装置还执行：通过以下来操纵与样本相关联的电磁场：
调整电信号的第一分量以粗调带电粒子束在样本表面上的第一焦点；以及
调整到平台的电信号的第二分量以精调带电粒子束在样本表面上的第一焦点。
119.一种在带电粒子束装置中生成样本的3D图像的方法，方法包括：
利用带电粒子束来辐射被设置在平台上的样本；
操纵与样本相关联的电磁场，以参考样本来调整带电粒子束的聚焦；
基于电磁场的操纵，形成与带电粒子束的主光轴基本垂直的多个焦平面；
从样本的多个焦平面生成多个图像帧，其中多个图像帧中的图像帧与多个焦平面中的对应焦平面相关联；以及
从多个图像帧和对应的焦平面信息生成样本的3D图像。
120.根据条款119所述的方法，其中操纵电磁场包括调整被施加到带电粒子束装置的物镜的控制电极的电信号的第一分量。
121.根据条款120所述的方法，其中操纵电磁场还包括调整被施加到带电粒子束装置的平台的电信号的第二分量。
122.根据条款121所述的方法，其中调整电信号的第二分量调整带电粒子束在样本上的着陆能量。
123.根据条款121和122中任一项所述的方法，其中调整被施加到控制电极的电信号的第一分量粗调带电粒子束的第一焦点，并且其中调整被施加到平台的电信号的第二分量、参考样本精调带电粒子束的第一焦点。
124.根据条款121-123中任一项所述的方法，其中电信号的第一分量包括绝对值在5kV至10kV的范围中的电压信号，并且其中电信号的第二分量包括绝对值在0V至150V的范围中的电压信号。
125.根据条款122-124中任一项所述的方法，其中带电粒子束的着陆能量在500eV至3keV的范围中。
126.根据条款119-125中任一项所述的方法，还包括形成多个焦平面中与样本的顶表面重合的第一焦平面。
127.根据条款126所述的方法，还包括在第一焦平面下方的一定距离处形成多个焦平面中的第二焦平面。
128.根据条款127所述的方法，其中第一焦平面和第二焦平面之间的距离基于被成像的特征或样本的材料来动态调整。
129.根据条款119-128中任一项所述的方法，还包括在样本的多个焦平面的每个焦平面处生成多个图像帧。
130.根据条款119-129中任一项所述的方法，其中生成3D图像包括使用重建算法来重建多个图像帧。
131.一种带电粒子束系统，包括：
平台，被配置为保持样本并且能够沿X-Y轴或Z轴中的至少一个轴移动；以及
具有电路系统的控制器，被配置为：
操纵与样本相关联的电磁场，以参考样本来调整带电粒子束的聚焦；
基于电磁场的操纵，形成与带电粒子束的主光轴基本垂直的多个焦平面；
从多个焦平面生成多个图像帧，其中多个图像帧中的图像帧与多个焦平面中的对应焦平面相关联；以及
从多个图像帧和对应的焦平面信息生成样本的3D图像。
132.根据条款131所述的系统，其中操纵电磁场包括调整被施加到带电粒子束系统的物镜的控制电极的电信号的第一分量。
133.根据条款132所述的系统，其中操纵电磁场还包括调整被施加到带电粒子束系统的平台的电信号的第二分量。
134.根据条款133所述的系统，其中电信号的第二分量的调整对带电粒子束在样本上的着陆能量进行调整。
135.根据条款133和134中任一项所述的系统，其中被施加到控制电极的电信号的第一分量的调整粗调带电粒子束的第一焦点，并且其中被施加到平台的电信号的第二分量的调整参考样本来精调带电粒子束的第一焦点。
136.根据条款133-135中任一项所述的系统，其中电信号的第一分量包括绝对值在5kV至10kV的范围中的电压信号，并且其中电信号的第二分量包括绝对值在0V至150V的范围中的电压信号。
137.根据条款134-136中任一项所述的系统，其中带电粒子束的着陆能量在500eV至3keV的范围中。
138.根据条款131-137中任一项所述的系统，其中多个焦平面包括第一焦平面，第一焦平面与样本的顶表面重合。
139.根据条款138所述的系统，其中多个焦平面包括形成在第一焦平面下方的一定距离处的第二焦平面。
140.根据条款139所述的系统，其中第一焦平面和第二焦平面之间的距离基于被成像的特征或样本材料来动态地调整。
141.根据条款131-140中任一项所述的系统，其中控制器还被配置为在样本的多个焦平面的每个焦平面处生成多个图像帧。
142.根据条款131-141中任一项所述的系统，其中控制器还被配置为通过使用重建算法重建多个图像帧来生成样本的3D图像。
143.一种包括指令的集合的非暂时性计算机可读介质，指令的集合能够由装置的一个或多个处理器执行以使装置执行方法，其中装置包括带电粒子源以生成带电粒子束，并且方法包括：
操纵与样本相关联的电磁场，以参考样本来调整带电粒子束的聚焦；
基于电磁场的操纵，形成与带电粒子束的主光轴基本垂直的多个焦平面；
从样本的多个焦平面生成多个图像帧，其中多个图像帧中的图像帧与多个焦平面中的对应焦平面相关联；以及
从多个图像帧和对应的焦平面信息生成样本的3D图像。
144.根据条款143所述的非暂时性计算机可读介质，其中能够由装置的一个或多个处理器执行的指令的集合使装置还执行：
形成多个焦平面中与样本的顶表面重合的第一焦平面；以及
在第一焦平面下方的预定距离处形成多个焦平面中的第二焦平面。
145.一种确定带电粒子束装置的振动的方法，方法包括：
检测电光组件的第一振动，该电光组件被配置为将带电粒子束朝样本定向；以及
检测被配置为保持样本的机电组件的第二振动；以及
将振动补偿信号施加到电光组件，以基于所确定的带电粒子束装置的振动来补偿第一振动和第二振动。
146.根据条款145所述的方法，还包括参考一个或多个轴来调整样本的定位，其中调整样本的定位引起电光组件和机电组件的振动。
147.根据条款145和146中任一项所述的方法，其中检测第一振动包括通过使用第一传感器来检测电光组件围绕一个或多个轴的振动。
148.根据条款147所述的方法，其中第一传感器包括与电光组件机械耦合的加速度传感器。
149.根据条款148所述的方法，其中加速度传感器包括压电传感器、电容式加速度计、基于微机电系统(MEMS)的加速度计或者压阻式加速度计。
150.根据条款147-149中任一项所述的方法，其中第一传感器被配置为基于所检测的第一振动的频率来生成电压信号。
151.根据条款150中任一项所述的方法，其中检测第二振动包括通过第二传感器的使用来检测机电组件在平移轴和旋转轴上的振动。
152.根据条款151所述的方法，其中第二传感器包括多个定位传感器，电光定位传感器被配置为基于所检测的第二振动的频率来生成位移信号。
153.根据条款152所述的方法，其中多个定位传感器中的第一定位传感器被配置为检测机电组件在平移轴上的振动，并且其中多个定位传感器中的第二定位传感器被配置为检测机电组件在旋转轴上的振动。
154.根据条款152-153中任一项所述的方法，还包括：
通过第一控制器来接收电压信号和位移信号；
使用第一控制器，基于所接收的电压信号和位移信号来确定振动补偿信号。
155.根据条款154所述的方法，其中确定振动补偿信号包括：
基于与第一振动和第二振动相关联的信息来标识多个振动模式；
基于所标识的多个振动模式来估计电光组件和机电组件的振动；
基于所估计的电光组件和机电组件的振动来确定在多个轴上的振动；以及
基于所确定的在多个轴上的振动来确定振动补偿信号。
156.根据条款145-155中任一项所述的方法，其中振动补偿信号被确定以参考第一振动和第二振动的测量时间基于针对未来时间的经预测的振动的估计来补偿振动。
157.根据条款155和156中任一项所述的方法，其中标识多个振动模式包括将电压信号转换为对应的距离信号。
158.根据条款155-157中任一项所述的方法，其中标识多个振动模式还包括将机电组件的第二振动与机电组件的壳的振动解耦合。
159.根据条款155-158中任一项所述的方法，其中估计电光组件和机电组件的振动包括使用仿真模型。
160.根据条款159所述的方法，其中仿真模型包括三维有限元分析模型(3D-FEM)、有限差分分析模型(FDM)或数学分析模型。
161.根据条款154-160所述的方法，还包括通过第二控制器来接收所确定的振动补偿信号。
162.根据条款161所述的方法，还包括：
通过第二控制器来接收束扫描信号；以及
通过第二控制器来基于所接收的束扫描信号和所接收的振动补偿信号来生成经修改的束扫描信号。
163.根据条款162所述的方法，还包括通过信号发生器，基于经修改的束扫描信号来生成束偏转信号。
164.根据条款163所述的方法，其中束偏转信号被施加到电光组件，并且被用于调整入射在样本上的带电粒子束的特性。
165.根据条款163和164中任一项所述的方法，其中束偏转信号被施加到与电光组件相关联的束偏转控制器。
166.根据条款164和165中任一项所述的方法，其中带电粒子束的特性包括束扫描速度、束扫描频率、束扫描持续时间或束扫描范围。
167.根据条款158-166中任一项所述的方法，其中多个定位传感器被设置在机电组件的壳的表面上。
168.根据条款145-167中任一项所述的方法，其中电光组件包括带电粒子柱，并且其中机电组件包括平台，平台被配置为保持样本并且能够在X、Y或Z轴中的一个或多个轴上移动。
169.一种带电粒子束系统，包括：
第一传感器，被配置为检测带电粒子束系统的电光组件的第一振动；
第二传感器，被配置为检测带电粒子束系统的机电组件的第二振动；以及
第一控制器，包括电路系统以基于所检测的被施加到电光组件的第一振动和第二振动来生成振动补偿信号。
170.根据条款169所述的系统，其中电光组件包括带电粒子柱，并且被配置为将带电粒子束朝样本定向。
171.根据条款170所述的系统，其中机电组件包括平台，平台被配置为保持样本并且能够在X、Y或Z轴中的一个或多个轴上移动。
172.根据条款170和171中任一项所述的系统，其中样本的定位的调整引起电光组件和机电组件的振动。
173.根据条款169-172中任一项所述的系统，还包括壳，该壳被配置为容纳带电粒子束装置的机电组件。
174.根据条款173所述的系统，其中机电组件与壳机械耦合，使得移动平台引起壳的振动。
175.根据条款173和174中任一项所述的系统，其中电光组件与壳机械耦合，使得壳的振动引起电光组件的第一振动。
176.根据条款169-175中任一项所述的系统，其中第一传感器还被配置为检测电光组件围绕一个或多个轴的第一振动。
177.根据条款169-176中任一项所述的系统，其中第一传感器包括与电光组件机械耦合的加速度传感器。
178.根据条款177所述的系统，其中加速度传感器包括压电传感器、电容式加速度计、基于微机电系统(MEMS)的加速度计或压阻式加速度计。
179.根据条款169-178中任一项所述的系统，其中第一传感器被配置为基于所检测的第一振动的频率来生成电压信号。
180.根据条款179中任一项所述的系统，其中第二传感器被配置为检测机电组件在平移轴和旋转轴上的第二振动。
181.根据条款179和180中任一项所述的系统，其中第二传感器包括多个定位传感器，该多个定位传感器被配置为基于所检测的第二振动的频率来生成位移信号。
182.根据条款181所述的系统，其中多个定位传感器中的第一定位传感器被配置为检测机电组件在平移轴上的振动，并且其中多个定位传感器中的第二定位传感器被配置为检测机电组件在旋转轴上的振动。
183.根据条款182所述的系统，其中第一定位传感器和第二定位传感器被设置在机电组件的壳的表面上。
184.根据条款181-183中任一项所述的系统，其中第一控制器还被配置为：
接收电压信号和位移信号；以及
基于电压信号和位移信号来确定振动补偿信号。
185.根据条款169-184中任一项所述的系统，其中第一控制器包括电路系统以：
基于与第一振动和第二振动相关联的信息来标识多个振动模式；
基于所标识的多个振动模式来估计电光组件和机电组件的振动；
基于所估计的电光组件和机电组件的振动来确定多个轴上的振动；以及
基于所确定的多个轴上的振动来确定振动补偿信号。
186.根据条款169-185中任一项所述的系统，其中振动补偿信号被确定以参考第一振动和第二振动的测量时间基于针对未来时间的预测振动的估计来补偿振动。
187.根据条款185和186中任一项所述的系统，其中多个振动模式的标识包括电压信号到对应距离信号的转换。
188.根据条款185-187中任一项所述的系统，其中多个振动模式的标识还包括机电组件的第二振动与机电组件的壳的振动的解耦合。
189.根据条款184-188中任一项所述的系统，其中电光组件和机电组件的振动的估计包括使用仿真模型。
190.根据条款189所述的系统，其中仿真模型包括三维有限元分析模型(3D-FEM)、有限差分分析模型(FDM)或数学分析模型。
191.根据条款184-190中任一项所述的系统，还包括第二控制器，该第二控制器包括电路系统以接收所确定的振动补偿信号。
192.根据条款191所述的系统，其中第二控制器包括电路系统以：
接收束扫描信号；以及
基于所接收的束扫描信号和振动补偿信号来生成经修改的束扫描信号。
193.根据条款192所述的系统，还包括信号发生器，该信号发生器被配置为基于经修改的束扫描信号来生成束偏转信号。
194.根据条款193所述的系统，其中束偏转信号被施加到电光组件并且被配置为调整入射在样本上的带电粒子束的特性。
195.根据条款193和194中任一项所述的系统，其中束偏转信号被施加到与电光组件相关联的束偏转控制器。
196.根据条款194和195中任一项所述的系统，其中带电粒子束的特性包括束扫描速度、束扫描频率、束扫描持续时间或束扫描范围。
197.一种包括指令的集合的非暂时性计算机可读介质，该指令的集合能够由装置的一个或多个处理器执行以使装置执行确定带电粒子束装置的振动的方法，方法包括：
检测电光组件的第一振动，该电光组件被配置为将带电粒子束朝样本定向；以及
检测机电组件的第二振动，机电组件被配置为保持样本；以及
将振动补偿信号施加到电光组件，以基于所确定的带电粒子束装置的振动来补偿第一振动和第二振动。
198.根据条款197的非暂时性计算机可读介质，其中能够由装置的一个或多个处理器执行的指令的集合使装置还执行：参考一个或多个轴来调整样本的定位，其中调整样本的定位引起电光组件和机电组件的振动。
199.根据条款197和198中任一项所述的非暂时性计算机可读介质，其中能够由装置的一个或多个处理器执行的指令的集合使装置还执行：基于电压信号和位移信号来确定振动补偿信号，确定包括以下的步骤：
基于与第一振动和第二振动相关联的信息来标识多个振动模式；
基于所标识的多个振动模式来估计电光组件和机电组件的振动；
基于所估计的电光组件和机电组件的振动来确定多个轴上的振动；以及
基于所确定的多个轴上的振动来确定振动补偿信号。
200.根据条款197-199中任一项所述的非暂时性计算机可读介质，其中能够由装置的一个或多个处理器执行的指令的集合使装置还执行：
通过控制器来接收束扫描信号；
基于所接收的束扫描信号和振动补偿信号来生成经修改的束扫描信号；
通过信号发生器，基于经修改的束扫描信号来生成束偏转信号，其中束偏转信号被施加到电光组件并且被配置为调整入射在样本上的带电粒子束的特性；以及
将束偏转信号施加到与电光组件相关联的束偏转控制器。
非暂时性计算机可读介质可以被提供，该非暂时性计算机可读介质存储指令用于处理器(例如，控制器109的处理器、处理器430)以执行晶片检查、晶片成像、平台校准、位移误差校准、位移误差补偿、操纵与样本相关联的电磁场、与图像获取系统通信、激活加速度传感器、激活激光干涉仪、操作DVEC、执行算法来估计SEM柱和平台的振动、带电粒子束装置的操作或其他成像设备等。非暂时性介质的常见形式包括例如软盘、柔性磁盘、硬盘、固态驱动器、磁带或任何其他磁数据存储介质、只读存贮型光盘(CD-ROM)、任何其他光学数据存储介质、具有孔图案的任何物理介质、随机存取存储器(RAM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、Flash-EPROM或任何其他闪存、非易失性随机存取存储器(NVRAM)、高速缓存、寄存器、任何其他存储器芯片或盒式磁带、以及其联网版本。
附图中的框图图示了根据本公开的各种示例性实施例的系统、方法和计算机硬件或软件产品的可能实现方式的结构、功能和操作。为此，流程图或框图中的每个框可以表示包括用于实现指定逻辑功能的一个或多个可执行指令的模块、段或代码部分。应当理解，在一些备选实现方式中，框中指示的功能可以以不同于附图中指出的顺序发生。例如，连续示出的两个框可以被基本上同时执行或实现，或者根据所涉及的功能，两个框有时可以以相反的顺序来执行。一些框也可以被省略。还应理解，框图的每个框和框的组合可以由执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统来实现，或者通过专用硬件和计算机指令的组合来实现。
应当理解，本公开的实施例不限于以上已描述并且在附图中图示的精确构造，并且可以在不脱离本公开的范围的情况下进行各种修改和变化。
Claims (15)
1.一种带电粒子束系统，包括：
平台，被配置为保持样本并且能够在X-Y和Z轴中的至少一个轴上移动；
定位感测系统，被配置为确定所述平台的横向位移和竖直位移；以及
控制器，被配置为：
施加第一信号，以使入射在所述样本上的初级带电粒子束偏转来至少部分地补偿所述平台的所述横向位移；以及
施加第二信号，以调整入射在所述样本上的经偏转的带电粒子束的聚焦来至少部分地补偿所述平台的所述竖直位移。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一信号包括影响所述初级带电粒子束在X-Y轴中的至少一个轴上如何被偏转的电信号。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述电信号包括具有在10kHz至50kHz范围中的带宽的信号。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述横向位移对应于所述平台在X-Y轴中的至少一个轴上的目标定位和所述平台的当前定位之间的差。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器还被配置为在所述初级带电粒子束在所述样本上的扫描期间，动态地调整所述第一信号或所述第二信号中的至少一个信号。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二信号包括被施加到所述平台的电压信号，所述电压信号影响入射在所述样本上的经偏转的带电粒子束如何被聚焦在所述Z轴上。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述电压信号包括具有在50kHz至200kHz范围中的带宽的信号。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述竖直位移对应于所述平台在所述Z轴上的目标定位和所述平台的当前定位之间的差，并且其中所述竖直位移在所述初级带电粒子束在所述样本上的扫描期间变化，以至少部分地补偿围绕X或Y轴中的至少一个轴的角度旋转。
9.根据权利要求1所述的系统，还包括平台运动控制器，其中所述平台运动控制器包括多个电机，所述多个电机被配置为由第三信号独立地控制。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述多个电机中的每个电机被独立地控制以调整所述平台的调平，使得所述平台基本垂直于所述初级带电粒子束的光轴。
11.根据权利要求9所述的系统，其中所述第三信号包括多个控制信号，所述多个控制信号中的每个控制信号对应于所述多个电机中的至少一个电机。
12.根据权利要求9所述的系统，其中所述多个电机包括压电电机、压电致动器或超声压电电机中的至少一个。
13.根据权利要求11所述的系统，还包括：
第一组件，被配置为基于所述多个控制信号来形成嵌入式控制信号；以及
第二组件，被配置为从所述嵌入式控制信号中提取所述多个控制信号中的至少一个控制信号。
14.根据权利要求10所述的系统，其中调整所述平台的所述调平基于所述平台的致动输出的几何模型。
15.一种包括指令的集合的非暂时性计算机可读介质，所述指令的集合能够由装置的一个或多个处理器执行以使所述装置执行方法，其中所述装置包括带电粒子源以生成初级带电粒子束，并且所述方法包括：
确定平台的横向位移，其中所述平台能够在X-Y轴中的至少一个轴上移动；以及
指示所述控制器施加第一信号，以使得入射在所述样本上的初级带电粒子束偏转来至少部分地补偿所述横向位移。
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