CN113906535A - 多带电粒子束设备及其操作方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种降低带电粒子束设备中库仑相互作用效应的系统和方法。带电粒子束设备可以包括带电粒子源和源转换单元，该源转换单元包括：孔径透镜形成电极板，被配置为处于第一电压；孔径透镜板，被配置为处于与第一电压不同的第二电压以用于生成第一电场，使得孔径透镜形成电极板和孔径透镜板能够形成孔径透镜阵列的孔径透镜以分别使带电粒子束的多个子束聚焦；以及成像透镜，被配置为使多个子束聚焦在像平面上。带电粒子束设备可以包括物镜，该物镜被配置为将多个子束聚焦到样品的表面上并在样品的表面上形成多个探测斑。

Description

多带电粒子束设备及其操作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年5月31日提交的美国申请62/855,717和于2020年3月5日提交的美国申请62/985,660的优先权，它们的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本文提供的实施例公开了一种多射束设备，更具体地，公开了一种通过降低带电粒子束的带电粒子之间的库仑相互作用而具有增强的成像分辨率的多射束带电粒子显微镜。

背景技术

在集成电路(IC)的制造过程中，检查未完成或完成的电路组件以确保它们是根据设计制造的并且没有缺陷。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。随着IC组件的物理尺寸不断缩小，缺陷检测的准确性和良率变得更加重要。尽管可以使用多个电子束来增加生产量，但是多个电子束之间的库仑相互作用效应可能会限制可靠缺陷检测和分析所需的成像分辨率，使得检测工具不足以满足其所需的目的。

发明内容

本公开的一个方面涉及一种用于检查样本的带电粒子束设备。带电粒子束设备可以包括：带电粒子源，该带电粒子源被配置为沿主光轴发射带电粒子束；源转换单元；以及物镜，该物镜被配置为将多个子束聚焦到样本的表面上并且在样本的表面上形成多个探测斑。源转换单元可以包括：孔径透镜形成电极板，被配置为处于第一电压；孔径透镜板，被配置为处于与第一电压不同的第二电压以用于生成第一电场，使得孔径透镜形成电极板和孔径透镜板能够形成孔径透镜阵列的多个孔径透镜以分别使带电粒子束的多个子束聚焦；以及成像透镜，被配置为将多个子束聚焦在像平面上。

成像透镜可以具有垂直于主光轴的主平面。成像透镜的主平面可以能够沿主光轴移动。物镜可以具有垂直于主光轴的主平面。物镜的主平面可以能够沿主光轴移动。样本可以能够沿主光轴移动。射束限制孔径阵列被设置在垂直于主光轴的平面中并且能够在该平面中移动。

通过移动成像透镜的主平面、物镜的主平面或样本中的至少一者，多个探测斑的间距可以被改变。源转换单元还包括射束限制孔径阵列，该射束限制孔径阵列被配置为限制多个子束的电流。射束限制孔径阵列可以包括多个射束限制孔径，并且多个射束限制孔径的至少两个射束限制孔径的尺寸可以不同。射束限制孔径阵列可以被配置为处于第三电压，用于在孔径透镜板与射束限制孔径阵列之间生成第二电场。孔径透镜板可以位于孔径透镜形成电极板的下游。孔径透镜板可以包括被配置为形成多个孔径透镜的多个孔径。多个孔径透镜中的每个孔径透镜可以包括静电透镜。

孔径透镜形成电极板可以包括被配置为允许带电粒子束的部分通过的开口。第一电场在孔径透镜形成电极板与孔径透镜板之间可以是均匀的。第一电场的大小可以与第二电场的大小不同，从而形成与孔径透镜阵列的多个孔径透镜中的每个孔径透镜相对应的透镜场。第三电压可以类似于第二电压，使得第二电场为零。第一电压、第二电压和第三电压可以不同。

带电粒子束设备还可以包括束分离器以将多个次级射束朝向次级成像系统偏转，其中由于带电粒子束的多个子束的入射，多个次级射束从样本射出。

带电粒子束设备还可以包括具有垂直于主光轴的主平面的传递透镜。传递透镜可以被设置在成像透镜的下游。传递透镜的主平面可以能够在沿着主光轴的位置范围内移动。传递透镜可以被定位在距成像透镜一定距离处，使得传递透镜的主平面的位置与像平面重合。传递透镜可以被配置为将多个子束引导到物镜，使得多个子束垂直地落在样本上。传递透镜可以被配置为将多个子束引导到物镜，使得多个子束形成具有小的像差的多个探测斑。通过移动传递透镜的主平面的位置，多个探测斑的间距可以被改变。带电粒子束设备可以被配置为使得多个探测斑的间距随着成像透镜与传递透镜的主平面之间的距离的增加而增加。

带电粒子束设备还可以包括位于成像透镜下游的子束倾斜偏转器。子束倾斜偏转器可以被定位为使得子束倾斜偏转器的偏转平面与像平面重合。子束倾斜偏转器可以被定位在成像透镜与传递透镜之间。子束倾斜偏转器的偏转平面可以与传递透镜的主平面重合。子束倾斜偏转器可以被配置为将多个子束从像平面偏转以相对于样本的表面法线的倾斜角入射到样本上。子束倾斜偏转器可以包括静电偏转器或磁偏转器。可以基于子束倾斜偏转器的电激励来调整多个子束的倾斜角。

传递透镜可以包括沿传递透镜的光轴设置的多个电极，并且被配置为能够在传递透镜内生成第三电场。多个电极可以包括外电极和内电极。传递透镜的光轴可以与主光轴重合。第三电场可以使传递透镜的主平面与像平面重合。

带电粒子束设备还可以包括位于成像透镜下游的子束调整单元。子束调整单元可以包括偏转器阵列，该偏转器阵列被配置为使多个子束中的至少一些子束偏转以使得多个子束能够垂直入射到物镜上。子束调整单元包括场曲补偿器阵列，该场曲补偿器阵列被配置为补偿多个探测斑的场曲像差。子束调整单元可以包括像散补偿器阵列，该像散补偿器阵列被配置为补偿多个探测斑的像散像差。偏转器阵列可以位于像散补偿器阵列和场曲补偿器阵列的下游。子束调整单元可以被配置为使得多个子束能够生成具有小的像差的多个探测斑。

孔径透镜阵列可以经由具有多个第一孔径的板来实现。孔径透镜阵列可以经由包括多个第二孔径的多个板来实现。带电粒子束设备还可以包括枪孔板，该枪孔板被设置在孔径透镜阵列与带电粒子束源之间并且被配置为阻挡带电粒子束的外围带电粒子。

本公开的另一方面涉及一种使用带电粒子束设备检查样本的方法。该方法可以包括：激活带电粒子源以生成带电粒子束；使用孔径透镜阵列的多个孔径透镜，使带电粒子束的多个子束聚焦，多个孔径透镜通过在孔径透镜形成电极板与孔径透镜板之间生成第一电场来形成。生成第一电场可以包括：向孔径透镜形成电极板施加第一电压，并且向孔径透镜板施加不同于第一电压的第二电压，使用成像透镜将多个子束聚焦在像平面上，并且使用物镜将多个子束聚焦在样本的表面上以在样本的表面上形成多个探测斑。

该方法还可以包括：使用射束限制孔径阵列调整入射在样本表面上的多个子束的电流。该方法还可以包括向射束限制孔径阵列施加第三电压以在孔径透镜板与射束限制孔径阵列之间生成第二电场。第二电场的幅度可以不同于第一电场的幅度。

可以基于成像透镜、物镜或样本中的至少一者沿着主光轴的位置来调整多个探测斑的间距。该方法还可以包括：使用传递透镜将多个子束从像平面引导到物镜，使得多个子束垂直入射到样本上。使用传递透镜将多个子束从像平面引导到物镜可以生成具有小的像差的多个探测斑。传递透镜可以被定位在距成像透镜一定距离处，使得传递透镜的主平面的位置与像平面重合。

该方法还可以包括：通过沿着主光轴改变传递透镜的主平面相对于成像透镜的位置来调整多个探测斑的间距。该方法还可以包括：在传递透镜内生成第三电场以调整传递透镜的主平面的位置来与像平面重合。该方法还可以包括：使用子束倾斜偏转器使来自像平面的多个子束偏转以相对于样本的表面法线的倾斜角入射到样本上。基于子束倾斜偏转器的电激励来调整多个子束的倾斜角。射束倾斜偏转器可以被定位为使得子束倾斜偏转器的偏转平面与像平面重合。该方法还可以包括：使用偏转器阵列偏转多个子束中的至少一些子束，以使得多个子束能够垂直地或基本上垂直地入射到物镜上。该方法还可以包括：使用偏转器阵列偏转多个子束中的至少一些子束，以使得多个子束能够生成具有小的像差的多个探测斑。

该方法还可以包括：使用场曲补偿器阵列补偿多个探测斑的场曲像差。该方法还可以包括：使用像散补偿器阵列补偿多个探测斑的像散像差。该方法可以包括：使用枪孔板阻挡带电粒子束的外围带电粒子入射到孔径透镜形成电极板上。

本公开的另一方面涉及一种存储指令集的非瞬态计算机可读介质，该指令集能够由带电粒子束设备的一个或多个处理器执行以使带电粒子束设备执行检查样本的方法。该方法可以包括：激活带电粒子源以生成带电粒子束，形成孔径透镜阵列的多个孔径透镜以分别使带电粒子束的多个子束聚焦，其中使用成像透镜将多个子束聚焦在像平面上以形成多个像，该多个像被投影到样本的表面上以生成多个探测斑。形成孔径透镜阵列的多个孔径透镜可以包括：向孔径透镜形成电极板施加第一电压，并且向孔径透镜板施加不同于第一电压的第二电压，从而在孔径透镜形成电极板与孔径透镜板之间生成第一电场。

能够由带电粒子束设备的一个或多个处理器执行的指令集使带电粒子束设备进一步执行：将第三电压施加到射束限制孔径阵列，以在孔径透镜板与射束限制孔径阵列之间生成第二电场；定位射束限制孔径阵列，该束限制孔径阵列被配置为限制带电粒子束的多个子束的电流；以及沿着主光轴定位成像透镜，以在像平面上形成多个像。

本公开的另一方面涉及一种用于检查样本的带电粒子束设备。该设备可以包括：带电粒子源，被配置为沿主光轴发射带电粒子束；源转换单元；以及物镜，被配置为将多个子束聚焦到样本的表面上并且在样本的表面上形成多个探测斑。源转换单元可以包括孔径透镜阵列和成像透镜，该孔径透镜阵列被配置为使带电粒子束的多个子束聚焦，该成像透镜被配置为将多个子束聚焦在像平面上。源转换单元还可以包括射束限制孔径阵列，该射束限制孔径阵列被配置为限制多个子束的电流。孔径透镜阵列可以包括孔径透镜形成电极板和孔径透镜板。孔径透镜形成电极板可以被配置为处于第一电压，孔径透镜板被配置为处于不同于第一电压的第二电压，用于在孔径形成透镜电极板与孔径透镜板之间生成第一电场，并且其中第一电场使孔径透镜形成电极板和孔径透镜板能够形成包括多个孔径透镜的孔径透镜阵列。

通过结合附图进行的以下描述，本公开的实施例的其他优势将变得明显，其中通过说明和示例的方式阐述了本发明的某些实施例。

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电子束工具的示意图，该示例性电子束工具可以是图1的示例性电子束检查系统的部分。

图3A至图3E是图示了与本公开的实施例一致的多射束设备中的电子光学系统的示例性配置的示意图。

图4A至图4D是图示了与本公开的实施例一致的多射束设备中的电子光学系统的示例性配置的示意图。

图5A和图5B是图示了与本公开的实施例一致的多射束设备中的电子光学系统具有入射子束在样本表面上的倾斜角的示例性配置的示意图。

图6A至图6C是图示了与本公开的实施例一致的多射束设备中的电子光学系统的示例性配置的示意图。

图7A和图7B是图示了与本公开的实施例一致的多射束设备中的电子光学系统的示例性配置的示意图。

图8是表示与本公开的实施例一致的在电子光学系统中使用多射束检查样本的示例性方法的过程流程图。

具体实施方式

现在将详细参照示例性实施例，其示例在附图中图示。以下描述参照附图，其中除非另外表示，否则不同附图中的相同数字表示相同或类似的元件。在示例性实施例的以下描述中陈述的实施方式不表示所有实施方式。相反，它们仅是在所附权利要求中叙述的与所公开的实施例相关的方面一致的设备和方法的示例。例如，尽管一些实施例在使用电子束的上下文中描述，但是本公开不被限于此。其他类型的带电粒子束可以被类似地应用。此外，其他成像系统可以被使用，诸如光学成像、光电检测、x射线检测等。

电子设备由在称为衬底的硅片上形成的电路构成。许多电路可以被一起形成在同一硅片上，并且被称为集成电路或IC。这些电路的大小已被显着减小，因此更多的电路可以被安装在衬底上。例如，智能电话中的IC芯片可以像拇指指甲一样小，但可能包括超过20亿个晶体管，每个晶体管的大小小于人类头发大小的1/1000。

制造这些极小的IC是复杂、耗时且昂贵的过程，通常涉及数百个单独的步骤。即使在一个步骤中出现误差，也有可能导致成品IC中的缺陷，从而使其无法使用。因此，制造过程的一个目标是避免这种缺陷，以使过程中制造的功能IC的数目最大化，即，提高过程的总体良率。

提高良率的一个组成部分是监测芯片制造过程，以确保它生产足够数目的功能集成电路。监测过程的一种方式是在其形成的各个阶段检查芯片电路结构。检查可以使用扫描电子显微镜(SEM)执行。SEM可以被用于对这些极小的结构进行成像，实际上是拍摄结构的“图片”。该图像可以被用于确定结构是否被正确形成以及它是否在正确的位置形成。如果结构有缺陷，那么过程可以被调整，使缺陷不太可能再次发生。

虽然多带电射束粒子成像系统(诸如多射束SEM)可以用于增加晶片检查生产量，但多射束SEM的成像分辨率可能受到库仑相互作用效应的负面影响。为了实现高生产量，期望射束包含尽可能多的电子。然而，由于电子之间的排斥性库仑相互作用，很难将大量电子局限在非常小的体积中。而且，这些相互作用可能会加宽射束的宽度，并且改变电子的飞行方向。因此，探测斑会更大，从而对SEM的总体分辨率产生负面影响。因此，为了维持多射束SEM的高分辨率，期望减轻库仑相互作用效应。

在当前现有的多射束SEM中，可能遇到的若干问题之一是增加的库仑相互作用效应，因为电子在它们被聚焦和过滤以确定子束的最终探测电流之前，电子沿着显微镜柱经过许多组件的距离更长。此外，即使电子子束使用更靠近电子源的电光机制来聚焦，电子子束的最终探测电流也可能无法确定，直到电子束经过这些组件，从而增加了库仑相互作用效应的可能性并对分辨率和检查生产量造成不利影响。因此，可能期望通过一种机制来聚焦和过滤电子子束，该机制允许聚焦和确定子束的最终探测电流尽可能靠近电子源以使库仑相互作用效应最小化。

在本公开的一些实施例中，多射束设备可以包括被配置为沿主光轴发射电子以形成初级电子束的电子源。该设备还可以包括源转换单元，该源转换单元包括：孔径透镜形成电极板，被配置为处于第一电压；以及孔径透镜板，包括多个孔径，所述多个孔径被配置为处于不同于第一电压的第二电压。第一电压与第二电压之差可以生成电场，该电场使得孔径透镜形成电极板和孔径透镜板的孔径能够形成多个孔径透镜。多个孔径透镜中的每个孔径透镜可以被配置为使初级电子束的多个子束聚焦。源转换单元还可以包括成像透镜，该成像透镜被配置为将多个子束聚焦在中间像平面上。该设备还可以包括物镜，该物镜被配置为将多个子束聚焦到样本的表面上并在样本的表面上形成多个探测斑。

为清楚起见，附图中组件的相对尺寸可能被夸大。在以下附图描述中，相同或相似的附图标记指代相同或相似的组件或实体，并且仅描述相对于各个实施例的不同之处。如本文所用，除非另外特别说明，否则术语“或”涵盖所有可能的组合，除非不可行。例如，如果声明一个组件可以包括A或B，那么除非另外明确说明或不可行，否则该组件可以包括A、或B、或A和B。作为第二个例子，如果声明一个组件可能包括A、B或C，然后，除非另有明确说明或不可行，否则组件可能包括A、或B、或C、或A和B、或A和C、或B和C、或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。如图1所示，带电粒子束检测系统100包括主室10、装载-锁定室20、电子束工具40和设备前端模块(EFEM)30。电子束工具40位于主室10。虽然描述和附图是针对电子束的，但是应当理解，实施例并不用于将本公开内容限制为特定的带电粒子。

EFEM 30包括第一装载口30a和第二装载口30b。EFEM 30可包括额外的(多个)装载口。第一装载口30a和第二装载口30b接收包含晶片(例如，半导体晶片或由其他(多个)材料制成的晶片)或待检查样本(晶片和样本在下文统称为“晶片”)的前开式传送(FOUP)。EFEM30中的一个或多个机械臂(未示出)将晶片传送到装载-锁定室20。

装载-锁定室20连接到装载/锁定真空泵系统(未示出)，该装载/锁定真空泵系统去除装载-锁定室20中的气体分子以达到低于大气压的第一压力。在达到第一压力后，一个或多个机械臂(未示出)将晶片从装载-锁定室20传送到主室10。主室10连接到主室真空泵系统(未示出)，该主室真空泵系统去除主室10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，晶片经受电子束工具40的检查。在一些实施例中，电子束工具40可以包括单射束检查工具。在其他实施例中，电子束工具40可以包括多射束检查工具。

控制器50可以电连接到电子束工具40并且也可以电连接到其他组件。控制器50可以是被配置为执行带电粒子束检查系统100的各种控制的计算机。控制器50还可以包括被配置为执行各种信号和图像处理功能的处理电路系统。虽然控制器50在图1中被示为在包括主室10、装载-锁定室20和EFEM 30的结构之外，但是应当理解控制器50可以是该结构的部分。

虽然本公开提供了容纳电子束检查系统的主室10的示例，但是应当注意，本公开的方面在其最广泛的意义上不限于容纳电子束检查系统的室。相反，应当理解，前述原理也可以应用于其他腔室。

现在参考图2，图2图示了与本公开的实施例一致的示例性电子束工具40的示意图，该电子束工具40可以是图1的示例性带电粒子束检查系统100的部分。电子束工具40(在此也称为设备40)可以包括电子源201、源转换单元220、初级投影光学系统230、次级成像系统250以及电子检测装置240。应理解，可以酌情增加/省略设备40的其他公知组件。

尽管图2中未示出，但在一些实施例中，电子束工具40可以包括枪孔板、预子束形成机制、聚光透镜、机动化样本台、用于保持样本的样本支持件(例如，晶片或光掩模)。

电子源201、源转换单元220、偏转扫描单元232、射束分离器233和初级投影光学系统230可以与设备40的初级光轴204对准。次级成像系统250和电子检测装置140可以与设备40的第二光轴251对齐。

电子源201可以包括阴极、提取器或阳极，其中初级电子可以从阴极发射并被提取或加速以形成初级电子束202，初级电子束202形成初级射束交叉(虚拟或真实)203。初级电子束202可以被可视化为从初级射束交叉203发射。

源转换单元220可以包括孔径透镜阵列、射束限制孔径阵列和成像透镜。孔径透镜阵列可以包括孔径透镜形成电极板和位于孔径透镜形成电极板下方的孔径透镜板。在上下文中，“下方”是指使得从电子源201向下游行进的初级电子束202在孔径透镜板之前照射孔径透镜形成电极板的结构布置。孔径透镜形成电极板可以经由具有孔径的板来实现，该孔径被配置为允许初级电子束202的至少部分通过。孔径透镜板可以经由具有由初级电子束202穿过的多个孔径的板或具有多个孔径的多个板来实现。孔径透镜形成电极板和孔径透镜板可以被激发以在孔径透镜板上方和下方生成电场。孔径透镜板上方的电场可以与孔径透镜板下方的电场不同，从而在孔径透镜板的每个孔径中形成透镜场，并且可以因此形成孔径透镜阵列。

在一些实施例中，射束限制孔径阵列可以包括射束限制孔径。应当理解，可以酌情使用任何数目的孔。射束限制孔径阵列可以被配置为限制单独的初级子束211、212和213的直径。尽管图2示出了三个初级子束211、212和213作为示例，但是应当理解，源转换单元220可以被配置为形成任何数目的初级子束。

在一些实施例中，成像透镜可以包括被配置为将初级子束211、212和213聚焦在像平面上的聚光成像透镜。成像透镜可以具有与主光轴204正交的主平面。成像透镜可以被定位在射束限制孔径阵列下方并且可以被配置为聚焦初级子束211、212和213，使得子束在中间像平面上形成初级电子束202的多个被聚焦的图像。

初级投影光学系统230可以包括物镜231、偏转扫描单元232以及射束分离器233。射束分离器233和偏转扫描单元232可以被定位在初级投影光学系统230内部。物镜231可以被配置为将子束211、212和213聚焦到样本208上以用于检查，并且可以在样本208的表面上分别形成三个探测斑211S、212S和213S。在一些实施例中，子束211、212和213可以垂直落或基本上垂直落在物镜231上。在一些实施例中，物镜的聚焦可以包括降低探测斑211S、212S和213S的像差。

响应于初级子束211、212和213在样本208上的探测斑211S、212S和213S上的入射，电子可以从样本208射出并且生成三个次级电子束261、262和263。次级电子束261、262和263中的每个次级电子束通常包括次级电子(具有≤50eV的电子能量)和背散射电子(具有在50eV与初级子束211、212和213的着落能量之间的电子能量)。

电子束工具40可以包括射束分离器233。射束分离器233可以是维恩滤波器类型，包括生成静电偶极场El和磁偶极场Bl(两者均未在图2中示出)的静电偏转器。如果它们被施加，则静电偶极场E1施加在子束211、212和213的电子上的力与磁偶极场B1施加在电子上的力大小相等且方向相反。因此，子束211、212和213可以以零偏转角直接通过射束分离器233。

偏转扫描单元232可以被配置为使子束211、212和213偏转以在样本208的表面的部分中的三个小的扫描区域上扫描探测斑211S、212S和213S。射束分离器233可以引导次级电子束261、262和263朝向次级成像系统250。次级成像系统250可以将次级电子束261、262和263聚焦到电子检测装置240的检测元件241、242和243上。检测元件241、242、和243可以被配置为检测对应的次级电子束261、262和263并且生成用于构建样本208的对应扫描区域的图像的对应信号。

在图2中，分别由三个探测斑211S、212S和213S生成的三个次级电子束261、262和263沿着主光轴204向上朝向电子源201行进，连续地通过物镜231和偏转扫描单元232。三个次级电子束261、262和263被射束分离器233(诸如维恩滤波器)转向以沿次级级成像系统250的次级光轴251进入次级成像系统250。次级成像系统250可以将三个次级电子束261、262和263聚焦到包括三个检测元件241、242和243的电子检测装置140上。因此，电子检测装置240可以同时生成分别由三个探测斑211S、212S和213S扫描的三个扫描区域的图像。在一些实施例中，电子检测装置240和次级成像系统250形成一个检测单元(未示出)。在一些实施例中，次级电子束的路径上的电子光学元件(诸如但不限于物镜231、偏转扫描单元232、射束分离器233、次级成像系统250和电子检测装置240)可以形成一个检测系统。

在一些实施例中，控制器50可以包括图像处理系统，该图像处理系统包括图像获取器(未示出)和存储装置(未示出)。图像获取器可以包括一个或多个处理器。例如，图像获取器可以包括计算机、服务器、大型主机、终端、个人计算机、任何种类的移动计算设备等、或者它们的组合。图像获取器可以通过诸如电导体、光纤电缆、便携式存储介质、IR、蓝牙、互联网、无线网络、无线电等或它们的组合的介质通信地耦合到设备40的电子检测装置240。在一些实施例中，图像获取器可以从电子检测装置240接收信号并且可以构建图像。图像获取器因此可以获取样本208的图像。图像获取器还可以执行各种后处理功能，例如生成轮廓、在所获取的图像上叠加指示符等。图像获取器可以被配置为对所获取的图像执行亮度和对比度等的调整。在一些实施例中，存储装置可以是诸如硬盘、闪速驱动器、云存储、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。存储装置可以与图像获取器耦合并且可以用于将扫描的原始图像数据保存为初始图像和后处理图像。

在一些实施例中，图像获取器可以基于从电子检测装置240接收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进行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装置中。单个图像可以是可以被划分为多个区域的初始图像。区域中的每个区域可以包括包含样本208的特征的一个成像区。所获取的图像可以包括在时间序列上多次采样的样本208的单个成像区的多个图像。多个图像可以被存储在存储装置中。在一些实施例中，控制器50可以被配置为利用样本208的相同位置的多个图像执行图像处理步骤。

在一些实施例中，控制器50可以包括测量电路系统(例如，模数转换器)以获得检测到的次级电子的分布。在检测时间窗口期间收集的电子分布数据与入射在晶片表面上的初级子束211、212和213中的每个初级子束的对应扫描路径数据相结合，可以用于重建在检查下的晶片结构的图像。被重建的图像可以用于揭示样本208的内部或外部结构的各种特征，从而可以用于揭示晶片中可能存在的任何缺陷。

在一些实施例中，控制器50可以控制机动化工作台(未示出)以在检查期间移动样本208。在一些实施例中，控制器50可以使机动化工作台能够以恒定速度在一个方向上连续移动样本208。在其他实施例中，控制器50可以使机动化工作台能够根据扫描过程的步骤随时间改变样本208的移动速度。在一些实施例中，控制器50可以基于次级电子束261、262和263的图像来调整初级投影光学系统230或次级成像系统250的配置。

在一些实施例中，电子束工具40可以包括子束控制单元225，子束控制单元225被配置为从源转换单元220接收初级子束211、212和213并且将它们导向样本208。子束控制单元225可以包括传递透镜，该传递透镜被配置为将初级子束211、212和213从像平面引导到物镜，使得初级子束211、212和213垂直或基本垂直地落在样本208的表面上，或形成具有小的像差的多个探测斑221、222和223。传递透镜可以是固定的或可移动的透镜。在可移动透镜中，可以通过调整透镜的电激励来改变透镜的聚焦能力。

在一些实施例中，子束控制单元225可以包括子束倾斜偏转器，该子束倾斜偏转器被配置为可以被配置为使初级子束211、212和213倾斜，以相对于样本208的表面法线以相同或基本相同的着落角(θ)倾斜地落在样本208的表面上。使子束倾斜可以包括将初级子束211、212和213的交叉点稍微偏离主光轴204。这在检查样本或样本区域(包括三维特征或结构，诸如井的侧壁、或沟槽、或台面结构)时可以是有用的。

在一些实施例中，子束控制单元225可以包括子束调整单元，子束调整单元被配置为补偿由于上述透镜中的一个或所有透镜引起的像散和场曲像差的像差。子束调整单元可以包括像散补偿器阵列、场曲补偿器阵列和偏转器阵列。场曲补偿器阵列可以包括多个微透镜以补偿初级子束211、212和213的场曲像差，并且像散补偿器阵列可以包括多个微消像散器以补偿初级子束211、212和213的像散像差。

在一些实施例中，偏转器阵列的偏转器可以被配置为通过改变朝向主光轴204的角度来使子束211、212和213偏转。在一些实施例中，更远离主光轴204的偏转器可以被配置为更大程度地使子束偏转。此外，偏转器阵列可以包括多个层(未示出)，并且偏转器可以被设置在单独的层中。偏转器可以被配置为彼此独立地被单独控制。在一些实施例中，可以控制偏转器以调整在样本208的表面上形成的探测斑(例如，221、222和223)的间距。如本文所提及，探测斑的间距可以被定义为在样本208的表面上的两个紧接相邻的探测斑之间的距离。在一些实施例中，偏转器可以被放置在中间像平面上。

在一些实施例中，控制器50可以被配置为控制源转换单元220、子束控制单元225和主投影光学系统230，如图2所示。虽然未示出，但控制器50可以被配置为控制电子束工具40的一个或多个组件(包括但不限于电子源201和源转换单元220的组件、初级投影光学系统230、电子检测装置240以及次级成像系统250)。虽然图2示出了电子束工具40使用三个初级电子子束211、212和213，但应当理解，电子束工具40可以使用两个或更多个初级电子子束。本公开不限制设备40中使用的初级电子子束的数目。

现在参考图3A至图3E，图3A至图3E分别是与本公开的实施例一致的多射束设备中的电子光学系统300A至300E的示例性配置的示意图。电子光学系统300A至300E可以包括电子源301、源转换单元320和物镜331。在一些实施例中，可以包括射束分离器334，如图3D和图3E所示。应当理解，电子源301、初级电子束302、源转换单元320、物镜331和射束分离器334可以与图2中所描述的对应元件相似或基本相似，并且可以执行相似的功能。

电子源301可以被配置为从阴极发射初级电子并且被提取或加速以形成初级电子束302，初级电子束302形成初级射束交叉(虚拟或真实)303。在一些实施例中，初级电子束302可以被可视化为沿主光轴304从初级射束交叉303发射。在一些实施例中，电子光学系统300A和300B的一个或多个元件可以与主光轴304对准。源转换单元320可以包括射束限制孔径阵列321、孔径透镜阵列322以及成像透镜324。应当理解，源转换单元320可以包括如关于图2所描述的一个或多个其他光学或电光元件。

参考图3A，源转换单元320可以被定位在电子源301的紧接下游。如在本公开的上下文中所使用的，“下游”是指元件沿着初级电子束302的路径从电子源301开始的位置，并且“紧接下游”是指第二元件沿着初级电子束302的路径的位置，使得第一元件和第二元件之间没有其他元件。例如，如图3A所示，源转换单元320可以被定位在电子源301的紧接下游，使得在电子源301与源转换单元320之间没有其他光学或电光元件。这样的配置可以在降低电子光学系统300A的电光柱的高度和在降低其结构复杂性等方面是有用的。在一些实施例中，孔板(例如，枪孔板)(未示出)可以被放置在电子源301与源转换单元320之间以在入射到源转换单元320之前阻挡初级电子束302的外围电子，以降低库仑相互作用效应。

源转换单元320可以包括孔径透镜阵列322，如图3A和图3B所示。在一些实施例中，孔径透镜阵列322可以经由包括多个孔径的板来实现。在一些实施例中，孔径透镜阵列322可以经由包括多个孔径的多个部分板来实现。孔径透镜阵列322可以包括孔径透镜322_1、322_2和322_3，孔径透镜322_1、322_2和322_3被配置为分别使初级子束311、312和313(对应于离开电子源301的初级电子束)聚焦。在一些实施例中，孔径透镜322_1、322_2和322_3可以包括静电透镜。尽管图3A示出了三个孔径透镜，但应当理解，孔径透镜阵列322可以包括任何数目的孔径透镜。孔径透镜阵列322可以被定位在电子源301的紧接下游。

在一些实施例中，孔径透镜阵列322可以包括孔径透镜形成电极板322-E-el和孔径透镜板322-ALP，如图3B所示。孔径透镜形成电极板322-E-el和孔径透镜板322-ALP的配置可以提供孔径透镜阵列322的孔径透镜322_1、322_2和322_3。在一些实施例中，孔径透镜(诸如322_1)可以被形成作为在孔径透镜形成电极板322-E-el与孔径透镜板322-ALP之间生成的电场的结果。在一些实施例中，形成孔径透镜322_1、322_2和322_3可以包括在孔径透镜板322-ALP上方和下方生成电场。孔径透镜板322-ALP上方的电场可以在孔径透镜形成电极板322-E-el与孔径透镜板322-ALP之间生成，并且孔径透镜板322-ALP下方的电场可以在孔径透镜板之间322-ALP与射束限制孔径阵列321生成。孔径透镜板322-ALP上方和下方的电场的大小可以不同，使得在孔径透镜板322-ALP的每个孔径中形成透镜场，从而形成孔径透镜阵列322的孔径透镜322_1、322_2和322_3。

在一些实施例中，孔径透镜形成电极板322-E-el可以被配置作为包括开口或孔径的导电结构，该开口或孔径被配置为允许初级电子束302的电子通过。作为示例，导电结构可以包括被布置为形成孔径的一个板或多个板，该孔径被配置为允许电子通过。孔径透镜形成电极板322-E-el可以被定位在电子源301的紧接下游并且与初级电子束302沿其传播的初级光轴304正交。孔径透镜形成电极板322-E-el的孔径的几何中心可以与主光轴304对齐。

在一些实施例中，例如通过采用小于初级电子束302的横截面直径的孔径尺寸，或通过增加孔径透镜形成电极板322-E-el与电子源301之间的距离，孔径透镜形成电极板322-E-el的孔径可以被配置为允许初级电子束302的电子的部分通过。在一些实施例中，孔径透镜形成电极板322-E-el的孔径可以被配置为允许初级电子束302通过而不过滤或阻挡电子。

在一些实施例中，孔径透镜形成电极板322-E-el可以经由连接器(未示出)与控制器(例如，图2的控制器50)连接。控制器可以被配置为向孔径透镜形成电极板322-E-el提供电压V1。控制器50还可以被配置为维持或调整被提供给孔径透镜形成电极板322-E-el的电压V1。

在一些实施例中，孔径透镜板322-ALP可以被定位在孔径透镜形成电极板322-E-el的下游或可以被定位在孔径透镜形成电极板322-E-el的紧接下游，并且可以与主光轴304正交。换言之，在该配置中，孔径透镜形成电极板322-E-el可以位于电子源301与孔径透镜板322-ALP之间。在一些实施例中，孔径透镜板322-ALP可以被配置作为具有由初级电子束302穿过的多个孔径的导电结构。导电结构可以由具有多个孔径的单个板或被布置为形成多个孔径的多个板来实现。

在一些实施例中，孔径透镜板322-ALP可以经由连接器(未示出)与控制器50连接，控制器50可以被配置为向孔径透镜板322-ALP提供电压V2。控制器50还可以被配置为维持或调整被提供给孔径透镜板322-ALP的电压V2。在孔径透镜板322-ALP包括多个板的配置中，多个板中的每个板可以被维持在相同的电压V2。应当理解，虽然在该示例中不是优选的，但是基于应用可以向多个板提供不同的电压。

在一些实施例中，施加到孔径透镜形成电极板322-E-el的电压V1可以不同于施加到孔径透镜板322-ALP的电压V2，以生成电场E1，这可以使孔径透镜形成电极板322-E-el和孔径透镜板322-ALP能够形成孔径透镜阵列322的多个孔径透镜。在这样的配置中，孔径透镜板322-ALP的多个孔径中的每个孔径被维持在电压V2，用作静电透镜，该静电透镜被配置为使初级子束311、312和313聚焦。换言之，当非零电场E1存在于孔径透镜形成电极板322-E-el与孔径透镜板322-ALP之间时，孔径透镜阵列322可以用作聚焦透镜或聚焦透镜阵列。

电压V1和V2的相对值可以确定初级电子束302的电子在穿过孔径透镜阵列322时被加速还是被减速。电压V1和V2的示例性值可以在0至20KV的范围内。然而，应了解，电压V1和V2的值可以基于(包括但不限于)提取电压、初级子束311、312和313的期望着落能量、探测斑的尺寸、待检查的材料等而变化。

在一些实施例中，如图3B所示，在孔径透镜板322-ALP处离开孔径透镜阵列322中的对应孔径透镜的每个子束可以被准直为平行射束。在一些实施例中，离开孔径透镜阵列322中的对应孔径透镜的每个子束可以不是平行射束，如图3C所示。图3C的系统300C从虚拟源303到中间像平面PI的成像放大率可以小于图3B的系统300B的成像放大率。在一些实施例中，可以基于虚拟源303大小、样本308上所需的斑尺寸以及对从虚拟源303到样本308的整个系统长度的限制来优化该放大率。在一些实施例中，初级子束311、312和313可以基于影响其路径的电场大小而收敛或发散。例如，如果E1>E2，子束可以会聚或平行，如果E1<E2，子束可以发散。

在一些实施例中，射束限制孔径阵列321可以被配置为限制初级子束311、312和313的电流。在一些实施例中，射束限制孔径阵列321可以被设置在孔径透镜阵列322的下游或可以被设置在孔径透镜板322-ALP的紧接下游，并且与主光轴304正交。在一些实施例中，射束限制孔径阵列321可以被配置作为包括多个射束限制孔径的导电结构。射束限制孔径阵列321可以经由连接器(未示出)与控制器50连接，控制器50可以被配置为向射束限制孔径阵列321提供电压V3。控制器50还可以被配置为维持或调整向射束限制孔径阵列321提供的电压V3。

在一些实施例中，施加到射束限制孔径阵列321的电压V3可以类似于或基本上类似于施加到孔径透镜板322-ALP的电压V2，使得孔径透镜板322-ALP与射束限制孔径阵列321之间不存在电场或可忽略的电场E2。在本公开的上下文中，可忽略的电场可以被称为低于其在孔径透镜板322-ALP与射束限制孔径阵列321之间不存在透镜效应的电场的最大值。可忽略的电场E2的示例值可以在0.01至0.05KV/m的范围内变化。应理解，可忽略的电场E2值可以基于包括但不限于工具条件、校准、复杂性等的其他因素而不同。维持零或可忽略电场E2的众多优势之一可以是增强的成像分辨率，因为射束限制孔径阵列可以不生成像差。

在一些实施例中，施加到射束限制孔径阵列321的电压V3可以不同于施加到孔径透镜板322-ALP的电压V2，使得存在非零电场E2。在一些实施例中，施加到孔径透镜形成电极板322-E-el的电压V1可以不同于施加到孔径透镜板322-ALP的电压V2和施加到射束限制孔径阵列321的电压V3。

在一些实施例中，孔径透镜形成电极板322-E-el与孔径透镜板322-ALP之间的电场E1可以在大小上不同于孔径透镜板322-ALP与射束限制孔径阵列321之间的电场E2(E1≠E2)。在这样的配置中，孔径透镜阵列322中存在透镜效应，使得孔径透镜板322-ALP的多个孔径中的每个孔径用作静电透镜以使初级子束311、312 313聚焦。电场E2的大小可以为零或不显著的值，使得孔径透镜板322-ALP与射束限制孔径阵列321之间不存在透镜效应，因而允许初级子束311、312和313通过具有降低的像差的射束限制孔径。

分别生成探测斑311S、312S和313S的初级子束311、312和313的子束电流或探测电流可以基于初级子束311、312和313穿过的射束限制孔径阵列321的孔径的尺寸来确定。在一些实施例中，射束限制孔径阵列321可以包括具有均匀尺寸、形状、横截面或间距的多个射束限制孔径。在一些实施例中，尺寸、形状、横截面、间距等也可以是不均匀的。射束限制孔径可以被配置为通过例如基于孔径的尺寸或形状限制子束的尺寸或通过孔径的电子的数目来限制子束的电流。

在一些实施例中，射束限制孔径阵列321可以在与主光轴304正交的平面中能够沿x轴和y轴移动，使得初级子束311、312和313可以入射在具有所需形状和尺寸的孔径上。例如，射束限制孔径阵列321可以包括具有形状和尺寸的多行孔径，其中每行内的孔径具有相似的尺寸和形状。可以调整射束限制孔径阵列321的位置，使得具有所需尺寸和形状的一行孔径可以暴露于初级子束311、312和313。

源转换单元320可以包括成像透镜324，成像透镜324被配置为将初级子束311、312和313聚焦在像平面PI上，如图3B所示。成像透镜324可以具有与主光轴304正交的主平面324_2。在一些实施例中，成像透镜324可以被定位在射束限制孔径阵列321的下游或紧接下游。成像透镜324可以是被配置为使初级子束311、312和313聚焦以在中间像平面PI上形成经初级电子束302聚焦的多个图像。

在一些实施例中，成像透镜324可以在沿着主光轴304的位置范围内移动，如图3B所示。像平面PI的位置可以通过例如改变成像透镜324的焦度来调整。成像透镜324的焦度可以通过改变电激励来调整，例如通过改变被施加到成像透镜324的电压或电流。在一些实施例中，成像透镜324可以是静电透镜或磁透镜。应理解，成像透镜324可以是电磁透镜，也可以是复合透镜。

在一些实施例中，可以调整成像透镜324或成像透镜324的主平面324_2的位置以改变在样本308的表面上的探测斑311S、312S和313S的间距。在一些实施例中，可以改变样本308沿主光轴304的位置以改变探测斑311S、312S和313S的间距。在一些实施例中，可以改变成像透镜324的主平面324_2的位置和样本308沿主光轴304的位置以改变探测斑311S、312S和313S的间距。

电子光学系统300B的物镜331可以被配置为将初级子束311、312和313聚焦到样本308的表面上以用于检查并且可以分别在样本308的表面上形成探测斑311S、312S和313S。如图3B所示，物镜331可以被定位在主平面331_2上并且可以被配置为在位置范围内可调整。在一些实施例中，物镜331可以被配置为确定入射在样本308上的子束的最终尺寸并且降低在其上形成的探测斑的像差。在一些实施例中，可以沿着主光轴304调整成像透镜324的主平面324_2的位置或物镜331的主平面331_2的位置或样本308的位置以调整探测斑311S、312S和313S的间距。

如图3D和图3E中，响应于初级子束311、312和313的探测斑311S、312S和313S在样本308上的入射，电子可以从样本308射出并且形成分别对应于探测斑311S、312S和313S的三个次级电子束311se、312se和313se。在一些实施例中，电子系统300D和300E可以包括射束分离器334以将次级电子束311se、312se和313se与初级子束311、312和313分离，并且将次级电子束导向次级成像系统(诸如图2中的次级成像系统250)。

如上面关于图2所说明的，射束分离器334可以是维恩滤波器类型，包括生成静电偶极场和磁偶极场的静电偏转器。在一些实施例中，由静电偶极场施加在初级子束311、312和313的电子上的静电力与由磁偶极场施加在电子上的磁力大小相等且方向相反。因此，朝向样本308行进的初级子束311、312和313可以以零偏转角直线通过射束分离器334。相反，从样本308射出并远离样本308行进的次级电子束311se、312se和313se可以被偏转远离初级子束311、312和313并且朝向次级成像系统。

施加在一个电子上的磁力取决于电子的速度。初级电子束302的电子在能量或速度上可以不同，因此施加在子束311、312和313中的每个子束的电子上的磁力可以不同。因此，每个子束的一些电子可以具有不同的非零偏转角。因此，射束分离器334对子束311、312和313生成弥散。如果弥散没有发生在子束311、312和313的聚焦平面(例如，源303的像平面)，则其影响扩大了在样本308上的探测斑311S、312S和313S。在一些实施例中，射束分离器334因此可以被定位在像平面PI上。因此，由射束分离器334生成的弥散引起的探测斑311S、312S和313S的尺寸增加可以被显著地减小甚至完全消除。

如图3D所示，射束分离器334可以被包括在电子光学系统中，在该电子光学系统中初级子束311、312和313中的每个初级子束是平行射束(诸如图3B中的系统300B)。如图3E所示，射束分离器334可以被包括在电子光学系统中，在该电子光学系统中初级子束311、312和313中的每个初级子束不是平行射束(诸如图3C中的系统300C)。

现在参考图4A至图4D，图4A至图4D分别示出了与本公开的实施例一致的电子光学系统400A至400D的示例性配置。除了图3A至图3C的电子光学系统300A至300C的元件之外，电子光学系统400A至400D分别包括传递透镜433。电子源401、包括孔径透镜阵列422的源转换单元420、射束限制孔径阵列421、成像透镜424和物镜431可以类似或基本上类似于电子光学系统300A至300C的对应元件并且可以执行类似的功能。

在一些实施例中，可以期望使初级子束411、412和413聚焦并且在物镜431的前焦平面上形成交叉，使得初级子束411、412和413垂直落在样本408上。使初级子束411、412和413聚焦并在物镜431的前焦平面上形成交叉可以通过例如经由调整电激发来调整成像透镜424的焦度(focal power)来实现。

在一些实施例中，传递透镜433可以用于引导初级子束411、412和413以在电子光学系统400A中的物镜431的前焦平面上形成交叉，如图4A所示。因此，初级子束411、412和413可以垂直或基本垂直地落在样本408上，并且可以形成具有小的像差的多个探测斑411S、412S和413S。

在一些实施例中，传递透镜433可以是固定透镜或可移动透镜(主平面可沿光轴404移动)。例如，传递透镜433可以是静电透镜、磁透镜或电磁复合透镜。由透镜生成的磁场或静电场可以通过调整透镜的电激励来改变，例如，以改变透镜的聚焦能力。传递透镜433可以被设置在成像透镜424的下游或成像透镜424的紧接下游。传递透镜433可以具有与主光轴404正交且与像平面(PI)重合的主平面433_2。在一些实施例中，孔径透镜阵列422和成像透镜424可以被配置为使初级子束411、412和413聚焦以在像平面(PI)上形成电子源401的多个实像。在该示例中，像平面(PI)可以与传递透镜433的主平面433_2重合。在本公开的上下文中，“重合”可以包括在平面上或平面附近。如本文所使用的，“附近”可以是指像平面(PI)与传递透镜433的主平面433_2的物理接近。例如，像平面(PI)可以形成在主平面433_2的近端距离内，使得传递透镜433不使初级子束411、412和413聚焦，但可以仅将初级子束411、412和413朝向光轴404弯曲。

在一些实施例中，可以基于像平面(PI)的位置和传递透镜433的主平面433_2沿主光轴404的位置来确定探测斑411S、412S和413S的间距。探测斑411S、412S和413S的间距可以随着像平面(PI)和主平面433_2远离成像透镜424而增加。例如，当像平面(PI)和主平面433_2沿主光轴404被定位远离成像透镜424时，探测斑的间距比当沿主光轴404被定位更靠近成像透镜424时更大。这两个平面的位置可以沿主光轴404在由图4A中的433_3表示的位置范围内可调，如主平面433_2的上部和下部位置(分别被指定为PU和PD)所示。换言之，PU表示主平面433_2在比物镜431更靠近成像透镜424的位置范围内的位置，PD表示主平面433_2在比成像透镜424更靠近物镜431的位置范围内的位置.

图4A图示了电子光学系统400A，其中传递透镜433的主平面433_2被定位为更靠近PU或更靠近成像透镜424，从而导致探测斑411S、412S和413S的小间距。在这样的配置中，可以调整成像透镜424的电激发，使得像平面(PI)与传递透镜433的主平面433_2重合或接近。

图4B图示了具有中等间距的探测斑411S、412S和413S的电子光学系统400B。在这样的配置中，初级子束411、412和413在离开成像透镜424之后可以平行或基本平行于主光轴404。

图4C图示了电子光学系统400C，其中传递透镜433的主平面433_2被定位为比成像透镜424更靠近物镜431，从而导致探测斑411S、412S和413S的间距更大。在该示例中，成像透镜424可以进一步被配置为使初级子束412和413弱聚焦，使得初级子束411、412和413被聚焦在与主平面433_2重合或在主平面433_2附近的像平面(PI)上。如图4C所示，像平面(PI)和主平面433_2重合并且在传递透镜433的可移动范围433_3的PD附近。

如图4A、图4B和图4C所示，在一些实施例中，在孔径透镜板422-ALP处离开孔径透镜阵列422中的对应孔径透镜的每个子束可以被准直为平行射束，类似于图3B的电子光学系统300B。在一些实施例中，如图4D所示，与图3C的系统300C类似，离开孔径透镜阵列422中的对应孔径透镜的每个子束可以不是平行射束(例如，可以是发散的或会聚的)。

现在参考图5A和图5B，图5A和图5B图示了与本公开的实施例一致的多射束设备中的电子光学系统500A和500B的示例性配置。除了诸如图3B的300B的电子光学系统的元件之外，电子光学系统500A包括子束倾斜偏转器534。电子源501、包括孔径透镜阵列522的源转换单元520、射束限制孔径阵列521、成像透镜524和物镜531可以与图3B的电子光学系统300B的对应元件相似或基本相似，并且可以执行相似的功能。

集成电路(IC)器件通常包括使用薄膜沉积技术、蚀刻技术或用于微机电系统的其他公知制造技术在诸如硅晶片的衬底上被图案化的多层三维结构。在晶片的在线工艺检查期间，可能需要针对缺陷检查例如过孔、沟槽或台面结构的侧壁。在一些实施例中，诸如电子光学系统300B和400A至400D，探测子束的着落角(与样本表面的法线形成的角度)为零或近似为零，并且可能不适合执行检查例如沟槽或台面的侧壁的任务。

为了解决这个问题，电子光学系统500A可以包括子束倾斜偏转器534，如图5A所示。子束倾斜偏转器534可以包括静电偏转器、或磁偏转器或电磁偏转器并且可以被放置为使得射束倾斜偏转器534的偏转平面可以与由成像透镜524形成的像平面(PI)重合。在一些实施例中，子束倾斜偏转器534可以被配置为使初级子束511、512和513倾斜以相对于样本508的表面法线以相同或基本相同的着落角(θ)倾斜地落在样本508的表面上。子束倾斜偏转器534可以被放置在源转换单元520与物镜531之间。

在一些实施例中，如果子束倾斜偏转器534被通电，则它可以将初级子束511、512和513一起偏转以在样本508的表面上以相同或基本相同的着落角着落。使子束倾斜可以包括使初级子束511、512和513的交叉在物镜531的前焦平面上或附近略微偏离主光轴504，如图5A所示。如果子束倾斜偏转器534断电，初级子束511、512和513可以垂直地或基本上垂直地入射到样本508上。可以基于子束倾斜偏转器534的电激励来调整初级子束511、512和513的倾斜角或着落角。

如图5B所示，在一些实施例中，子束倾斜偏转器534还可以用作将次级电子束511se、512se、和513se与初级子束511、512和513分离的射束分离器(诸如图3D和图3E的射束分离器)。在一些实施例中，子束倾斜偏转器534(也用作射束分离器)可以被定位在像平面PI上。通过将子束倾斜偏转器534定位在像平面PI上，可以显著降低或甚至完全消除由子束倾斜偏转器534生成的弥散引起的探测斑511S、512S和513S的尺寸增加。

现在参考图6A至图6C，图6A至图6C分别图示了与本公开的实施例一致的电子光学系统600A至600C的示例性配置。除了图5A的电子光学系统500A的元件之外，电子光学系统600A至600C可以包括传递透镜633。应注意，电子源601、包括孔径透镜阵列622的源转换单元620、射束限制孔径阵列621、成像透镜624、物镜631和子束倾斜偏转器634可以与电子光学系统500A的对应元件相似或基本相似，并且可以执行相似的功能。传递透镜633可以类似于或基本上类似于电子光学系统400A至400C的传递透镜433并且可以执行类似的功能。

图6A图示了电子光学系统600A，其可以结合在多射束检查设备中使用传递透镜和子束倾斜偏转器的益处，如分别关于图4A至图4C和图5A所描述的。尽管在一些实施例中，子束倾斜偏转器634可以被放置为更靠近源转换单元620，但子束倾斜偏转器634可以被优选地定位为使得偏转平面与传递透镜633的主平面633_2重合。在一些实施例中，如图6A中所示，子束倾斜偏转器634的偏转平面和主平面633_2可以与像平面(PI)重合并且可以沿着主光轴604位于传递透镜633的位置范围633_3内。

在图6A中，孔径透镜阵列622和成像透镜624使初级子束611、612和613聚焦以在与传递透镜633的主平面633_2重合的中间像平面(PI)上形成电子源601的多个实像。在一些实施例中，像平面(PI)可以在传递透镜633的主平面633_2附近。子束倾斜偏转器634也可以被放置在像平面(PI)上或附近。在该配置中，倾斜角可以通过调整子束倾斜偏转器634的电激发而改变，同时探测斑611S、612S和613S的间距可以通过沿初级光学轴6064一起调整主平面633_2和像平面(PI)的位置来改变。

在一些实施例中(诸如图6B和图6C中所示的那些)，传递透镜633可以包括多个电极633A、633B、633C和633D。尽管在图6B和图6C中仅图示了四个电极，应当理解，传递透镜633可以视情况包括任何数目的电极。在一些实施例中，电极633A、633B、633C和633D可以沿着与主光轴604重合的传递透镜633的光轴(未示出)被定位。电极633A、633B、633C和633D可以经由多极结构来实现。在图6B中，传递透镜633包括两个外电极633A和633D以及两个内电极633B和633C。电极可以以均匀的距离或不均匀的距离彼此分开。电极之间的距离可以用于确定在传递透镜633内或在两个或更多个电极之间的电场。

在一些实施例中，传递透镜633可以经由连接器与控制器(例如，控制器50)连接。控制器50可以被配置为向电极633A、633B、633C和633D施加电压，并且基于需要维持或调整所施加的电压。电压VT1可以被施加到一个或多个电极(例如，电极633A、633B、633C和633D)，同时电压VT2被施加到其余电极以在传递透镜633内生成电场。该电场可以被生成靠近于由成像透镜624形成的像平面(PI)，使得主平面633_2与像平面(PI)重合或接近。

电子光学系统600B中的传递透镜633的电极633A、633B、633C和633D的示例性配置在图6B中示出。类似于图6A的电子光学系统600A，电子光学系统600B包括传递透镜633和子束倾斜偏转器634(未示出)。作为示例，在图6B中，像平面(PI)被放置以生成具有适中间距的探测斑611S、612S和613S，并且初级子束411、412和413可以在离开成像透镜624之后平行或基本平行于主光轴404。探测斑的间距可以例如通过调整成像透镜624的电激励以改变像平面(PI)的位置来调整。如果像平面(PI)的位置比成像透镜624更靠近物镜631，则探测斑的间距可以更大(如图4C的电子光学系统400C所示)。

如图6B所示，电压VTl可以被施加到内电极633C，同时电压VT2可以被施加到内电极633B以及外电极633A和633D。VT1和VT2可以彼此不同。在一些实施例中，VT1和VT2均可以是非零电压。在该示例中，在传递透镜633内生成电场使得主平面633_2与像平面(PI)重合或接近。

图6C图示了电子光学系统600C，其中像平面(PI)的位置比物镜631更靠近成像透镜624以生成与600B的实施例相比具有更小的间距的探测斑611S、612S和613S。在这种情况下，电极633A与633B之间可以存在电压差，同时电极633C和633D可以被保持在与电极633B相同的电压下。这种配置可以在电极633A与633B之间创建电场，使得传递透镜633的主平面633_2与像平面(PI)重合或接近。在一些实施例中，传递透镜633可以被配置为将初级子束611、612和613导向物镜631的前焦平面，并且子束倾斜偏转器可以不是必需的。如图6C所示，在没有子束倾斜偏转器634的情况下，初级子束611、612和613可以以零倾斜或着落角垂直或基本垂直地落在样本608的表面上。

现在参考图7A和图7B，图7A和图7B图示了与本公开的实施例一致的多射束检查设备中的电子光学系统700A和700B的示例性配置。除了图3B和图3C的电子光学系统300B和300C的元件之外，电子光学系统700A和700B可以包括子束调整单元735。电子源701、包括孔径透镜阵列722的源转换单元720、射束限制孔径阵列721、成像透镜724和物镜731可以类似或基本上类似于电子光学系统300B和300C的对应元件并且可以执行类似的功能。

如图7A所示，在一些实施例中，在孔径透镜板722-ALP处离开孔径透镜阵列722中的对应孔径透镜的每个子束可以被准直为平行射束，类似于图3B的电子光学系统300B。在一些实施例中，如图7B所示，与图3C的系统300C类似，离开孔径透镜阵列722中的对应孔径透镜的每个子束可以不是平行射束(例如，可以是发散的或会聚的)。每个子束在离开成像透镜724之后可以平行或基本平行于主光轴704。从虚拟源703到中间像平面PI的成像放大率可以大于图7A中的放大率。可以基于虚拟源703尺寸、样本708上所需的斑尺寸以及对从虚拟源703到样本708的整个系统长度的限制来优化该放大率。

电子光学系统700A和700B可以包括子束调整单元735。在一些实施例中，子束调整单元735可以包括偏转器阵列735_1、场曲补偿器阵列735_2以及像散补偿器阵列735_3。场曲补偿器阵列735_3可以包括多个微透镜以补偿初级子束211、212和213的场曲像差。像散补偿器阵列735_2可以包括多个微消像散器以补偿初级子束211、212和213的像散像差。

在一些实施例中，初级子束711、712和713可以从源转换单元720被引导到子束调整单元735以补偿场曲和像散像差来改善子束在探测斑711S、712S和713S处的聚焦.

在一些实施例中，子束调整单元735可以被放置在源转换单元720与物镜731之间。在子束调整单元735的一种配置中，像散补偿器阵列735_3可以被放置在源转换单元720的紧接下游，场曲补偿器阵列735_2可以被放置在像散补偿器阵列735_3的紧接下游，并且偏转器阵列735_1可以被放置在场曲补偿器阵列735_2的紧接下游，如图7A和图7B所示。应当理解，也可以采用子束调整单元735内的像散补偿器阵列735_3、场曲补偿器阵列735_2和偏转器阵列735_1的其他布置。

在一些实施例中，偏转器阵列735_1可以被定位为使得偏转器阵列735_1的偏转平面可以与由源转换单元720的成像透镜724形成的像平面(PI)(未示出)重合或接近。偏转器阵列735_1可以包括多个微偏转器，该多个微偏转器被配置为使子束能够朝向光轴704偏转。例如，微偏转器可以单独地调整子束的偏转角，使得初级子束711、712和713可以在物镜731的前焦平面处形成交叉。在一些实施例中，可以使初级子束能够垂直或基本垂直地落在样本708上，或初级子束可以形成具有小像差的多个探测斑711S、712S和713S。在一些实施例中，探测斑711S、712S和713S的间距可以例如基于成像透镜724的主平面的位置、或物镜731的主平面的位置、或样本708沿主光轴704的位置来确定。可以基于成像透镜724的电激励来调整像平面(PI)的位置。

可以基于一个或多个标准来设置被偏转的子束的偏转角。在一些实施例中，偏转器可以使离轴子束径向向外或远离(未示出)主光轴704偏转。在一些实施例中，偏转器可以被配置为使离轴子束径向向内或朝向主光轴704偏转。子束的偏转角可以被设置为使得子束711、712和713垂直落在样本708上。可以通过调整子束通过透镜的路径来降低由于透镜(诸如物镜731)引起的图像的离轴像差。因此，离轴子束712和713的偏转角可以被设置为使得探测斑712S和713S具有小的像差。子束可以被偏转以使子束711、712和713垂直落在样本708上。在一些实施例中，偏转器可以被设置以使探测斑711S、712S和713S具有小的像差。在一些实施例中，偏转器可以被设置为使子束711、712和713基本垂直地落在样本708上，同时探测斑711S、712S和713S具有小的像差。在一些实施例中，偏转器阵列735_1可以被配置为使初级子束711、712和713偏转以在偏离主光轴704的位置处通过物镜731的前焦平面，使得初级子束711、712和713可以以相对于样本708的表面法线的倾斜角落在样本708的表面上。在一些实施例中，初级子束711、712和713的倾斜角可以基于检查要求而单独变化。例如，初级子束711、712和713的倾斜角可以相似、或基本相似、或不同。

在一些实施例中，场曲补偿器阵列735_2可以包括多个微透镜，该多个微透镜被配置为补偿探测斑711S、712S和713S的场曲。在一些实施例中，场曲补偿器阵列735_2可以包括多层多个微透镜。场曲补偿器阵列735_2可以被定位在子束调整单元735的像散补偿器阵列735_3与偏转器阵列735_1之间。多层阵列的示例在美国专利申请No.62/567,134中进一步描述，其整体并入本文。

在一些实施例中，像散补偿器阵列735_3可以包括多个微消像散器，该多个微消像散器被配置为补偿多个探测斑711S、712S和713S的像散。每个微消像散器可以被配置为生成四极场以补偿对应初级子束的像散。在一些实施例中，像散补偿器阵列735_3可以包括多层多个微消像散器。

在一些实施例中，虽然未在图7A或图7B中示出，电子光学系统700A和700B可以包括传递透镜(例如，图6A的传递透镜633)或子束倾斜偏转器(例如，图6A的子束倾斜偏转器634)。子束倾斜偏转器可以被放置为使得子束倾斜偏转器的偏转平面与偏转器阵列735_1的偏转平面重合或接近。子束倾斜偏转器可以被配置为使初级子束711、712和713偏转，使得其交叉略微偏离初级光轴704而形成并且初级子束711、712和713以相对于样本708的表面法线的倾斜角落在样本708的表面处。在一些实施例中，传递透镜可以被放置为使得传递透镜的主平面与偏转器阵列735_1的偏转平面和像平面(PI)重合。在一些实施例中，传递透镜可以被放置在偏转器阵列735_1下方，使得可以通过调整传递透镜的主平面的聚焦能力或位置来改变探测斑711S、712S和713S的间距。

现在参考图8，图8图示了表示在与本公开的实施例一致的电子光学系统中使用多射束检查样本的示例性方法800的流程图。例如，方法800可以由EBI系统100的控制器50执行，如图1所示。控制器50可以被编程以执行方法800的一个或多个块。例如，控制器50可以将第一电压施加到孔径透镜形成电极板并且执行其他功能。

在步骤810中，带电粒子源(例如，图3B的电子源301)可以被激活以生成带电粒子束(例如，图3B的初级电子束302)。电子源可以由控制器(例如，图1的控制器50)激活。例如，可以控制电子源发射初级电子以形成沿着初级光轴(例如，图3B的初级光轴304)的电子束。例如，可以通过使用软件、应用或指令集来远程激活电子源，用于控制器的处理器通过控制电路系统为电子源供电。

在步骤820中，多个初级电子子束(例如，图3A的初级子束311、312和313)可以通过孔径透镜阵列(例如，图3A的孔径透镜阵列322)的多个孔径透镜(例如，图3A的孔径透镜322_1、322_2和322_3)来聚焦。孔径透镜可以通过在孔径透镜形成电极板(例如，图3B的孔径透镜形成电极板322-E-el)与孔径透镜板(例如，图3B的孔径透镜板322-ALP)之间创建电场E1来形成。

在一些实施例中，孔径透镜形成电极板可以包括具有开口或孔径的导电结构，该开口或孔径被配置为允许初级电子束通过。作为示例，导电结构可以包括被布置为形成孔径的一个板或多个板，该孔径被配置为允许电子通过。在一些实施例中，孔径透镜形成电极板可以被定位在电子源的紧接下游并且与初级电子束沿其传播的初级光轴正交。

在一些实施例中，孔径透镜板可以包括具有由初级电子束穿过的多个孔径的导电结构。导电结构可以由具有多个孔径的单个板或被布置为形成多个孔径的多个板来实现。孔径透镜板可以被定位在孔径透镜形成电极板的紧接下游并且与主光轴正交。

在一些实施例中，孔径透镜形成电极板和孔径板可以与控制器连接以分别提供电压V1和V2。控制器还可以被配置为维持或调整所提供的电压。控制器可以例如通过施加不同的电压V1和V2来在孔径透镜形成电极板与孔径透镜板之间维持电势差以生成电场E1。在电场E1的存在下，孔径透镜板的孔径中的每个孔径可以用作静电透镜，从而形成孔径透镜阵列。孔径透镜阵列的孔径透镜可以被配置为使穿过孔径透镜板的子束聚焦。

在步骤830中，可以通过穿过电流限制孔径阵列(例如，图3B的射束限制孔径阵列321)来调整离开孔径透镜板的初级电子子束的电流。射束限制孔径阵列可以被设置在孔径透镜板的紧接下游并且与主光轴正交。在一些实施例中，射束限制孔径阵列可以由包括多个射束限制孔径的导电结构来实现。

在一些实施例中，射束限制孔径阵列可以与控制器连接以提供与V2相同或基本相同的电压V3，使得在射束限制孔径阵列与孔径透镜板之间存在可忽略的电场E2。维持可忽略的电场E2(优选为零)可以使初级电子子束通过射束限制孔径阵列而不经历任何透镜效应。在射束限制孔径阵列与孔径透镜板之间维持零或接近零的电场E2的优势之一可以是降低像差，从而提高成像分辨率。

射束限制孔径阵列可以包括均匀或非均匀的尺寸、横截面、形状和间距的孔径。射束限制孔径阵列可以沿着垂直于主光轴的平面移动，使得穿过射束限制孔径阵列的初级电子子束可以通过具有期望尺寸和形状的孔径。初级电子子束的尺寸可以确定电子的数目，从而确定子束的电流。

在步骤840中，可以使用成像透镜(例如，图3B的成像透镜324)将离开射束限制孔径阵列的初级电子子束聚焦在中间像平面(例如，图3B的像平面PI)上。在一些实施例中，成像透镜可以被定位在射束限制孔径阵列的紧接下游并且被配置为将初级电子子束聚焦在中间像平面PI上。

在一些实施例中，可以通过改变成像透镜的焦度来调整像平面PI沿主光轴的位置。可以通过向成像透镜提供电压或电流以调整电激励来改变成像透镜的焦度。成像透镜可以与控制器连接以施加所期望的电激励，以基于多个探测斑(例如，图3B的探测斑311S、312S和313S)的期望间距来改变像平面PI沿着主光轴的位置。初级电子子束可以被成像透镜引导以通过物镜的前焦平面。

在一些实施例中，诸如图示了电子光学系统400A至400C的示例性配置的实施例，传递透镜(例如，图4A的传递透镜433)可以被设置在成像透镜与物镜之间。传递透镜可以被配置为引导初级电子子束通过物镜的前焦平面。在一些实施例中，传递透镜可以是固定透镜或可移动透镜。例如，传递透镜可以是静电透镜、磁透镜或电磁复合透镜。由透镜生成的磁场或静电场可以通过调整透镜的电激励而变化，例如以改变透镜的聚焦能力或改变透镜的主平面的位置。传递透镜可以与控制器连接以调整电激励。

在一些实施例中，传递透镜可以被定位为使得传递透镜的主平面(例如，图4A的主平面433_2)与像平面PI重合或接近。基于传递透镜的电激励，主平面的位置可以在沿着主光轴的位置范围内移动。可以期望调整传递透镜的主平面的位置以与像平面PI重合来改变探测斑的间距。

探测斑的间距可以随着主平面距成像透镜的距离的增加而增加。例如，当主平面被定位为沿主光轴远离成像透镜时，探测斑的间距比当主平面被定位为沿主光轴更靠近成像透镜时更大。

在一些实施例中，诸如500A的实施例，子束倾斜偏转器(例如，图5A的子束倾斜偏转器534)可以被放置在成像透镜与物镜之间，以使初级电子子束倾斜来相对于样本的表面法线以相同或基本相同的着落角(θ)倾斜地落在样本表面上。这可以用于在晶片检查期间检查台面结构、或过孔、或沟槽的侧壁。

子束倾斜偏转器可以被定位为使得射束倾斜偏转器的偏转平面可以与像平面PI重合或接近。在一些实施例中，如果子束倾斜偏转器被通电，它可以将初级电子子束一起偏转以在样本表面上以相同或基本相同的着落角着落。使子束倾斜可以包括将子束的交叉略微偏离主光轴，如图5A所示，并且接近物镜的前焦平面。如果子束倾斜偏转器断电，初级电子子束可以垂直或基本垂直入射到样本上。初级电子子束的倾斜角或着落角可以基于可以与控制器连接的子束倾斜偏转器的电激发进行调整。控制器可以被配置为提供通过子束倾斜偏转器调整倾斜角所需的电激励。

在一些实施例中，诸如600A至600C的实施例，电子光学系统可以包括传递透镜和子束倾斜偏转器。在这样的系统中，可以基于成像透镜的主平面、或传递透镜的主平面、或物镜的主平面、或样本的位置来调整探测斑的间距，同时使用子束倾斜偏转器来使初级电子子束倾斜。

在一些实施例中，诸如700A和700B的实施例，电子光学系统可以包括子束调整单元(例如，图7A和图7B的子束调整单元735)以补偿场曲、像散并降低探测斑的像差。例如，子束调整单元可以包括像散补偿器阵列(例如，图7A和图7B的像散补偿器阵列735_3)、场曲补偿器阵列(例如，图7A和图7B的场曲补偿器阵列735_2)以及偏转器阵列(例如，图7A和图7B的偏转器阵列735_1)。初级电子子束可以从源转换单元(例如，图7A和图7B的源转换单元720)被导向子束调整单元，该子束调整单元使初级电子子束偏转以降低像差并补偿像散和场曲来改善探测斑的焦点。

在一些实施例中，子束调整单元可以被放置在源转换单元与物镜之间。在子束调整单元的一种配置中，像散补偿器阵列可以被放置在源转换单元的紧接下游，场曲补偿器阵列可以被放置在像散补偿器阵列的紧接下游，并且偏转器阵列可以被放置在场曲补偿器阵列的紧接下游。应当理解，子束调整单元的元件的其他布置也是可能的。

在一些实施例中，偏转器阵列可以被定位为使得偏转器阵列的偏转平面可以与由成像透镜形成的像平面PI重合或接近。偏转器阵列可以包括多个微偏转器，该多个微偏转器被配置为使子束能够朝向物镜偏转。例如，微偏转器可以单独调整初级电子子束的偏转角，使得其垂直或以一定倾斜角落在样本上或在样本上具有小的像差。在一些实施例中，场曲补偿器阵列可以包括被配置为补偿探测斑的场曲的多个微透镜。在一些实施例中，像散补偿器阵列可以包括被配置为补偿多个探测斑的像散的多个微消像散器。在一些实施例中，像散补偿器阵列可以包括多层多个微消像散器。在一些实施例中，场曲补偿器阵列可以包括多层多个微透镜。在一些实施例中，偏转器阵列可以包括多层多个微偏转器。微偏转器可以具有不同的极数，并且在美国专利申请No.62/787,157中进一步描述了示例，该申请整体并入本文。

在步骤850中，初级电子子束可以由物镜聚焦并投射在样本(例如，图3A的样本308)的表面上以生成探测斑。物镜可以被配置为通过聚焦和降低初级电子子束的像差来确定探测斑的最终斑尺寸。物镜可以沿着主光轴移动以确定探测斑的间距。在一些实施例中，初级电子子束中的每个初级电子子束可以在样本上形成探测斑。初级电子子束可以垂直于样本表面入射。入射在样本上的子束的初级电子可以生成次级电子。可以使用次级电子检测器或背散射电子检测器检测次级电子，因此揭示关于待探测样本的信息。

可以使用以下条款进一步描述实施例：

1.一种用于检查样本的带电粒子束设备，该带电粒子束设备包括：

带电粒子源，被配置为沿主光轴发射带电粒子束；

源转换单元，包括：

孔径透镜形成电极板，被配置为处于第一电压；

孔径透镜板，被配置为处于不同于第一电压的第二电压以用于生成第一电场，使得孔径透镜形成电极板和孔径透镜板能够形成孔径透镜阵列的多个孔径透镜，以分别使带电粒子束的多个子束聚焦；以及

成像透镜，被配置为将多个子束聚焦到像平面上；以及

物镜，被配置为将多个子束聚焦到样本的表面上并且在样本的表面上形成多个探测斑。

2.根据条款1的带电粒子束设备，其中成像透镜具有垂直于主光轴的主平面。

3.根据条款1和2中任一项的带电粒子束设备，其中成像透镜的主平面能够沿主光轴移动。

4.根据条款1至3中任一项的带电粒子束设备，其中物镜具有垂直于主光轴的主平面。

5.根据条款1至4中任一项的带电粒子束设备，其中物镜的主平面能够沿主光轴移动。

6.根据条款1至5中任一项的带电粒子束设备，其中样本能够沿主光轴移动。

7.根据条款4至6中任一项的带电粒子束设备，其中通过移动成像透镜的主平面、物镜的主平面、或样本中的至少一者，多个探测斑的间距能够被改变。

8.根据条款1至7中任一项的带电粒子束设备，其中源转换单元还包括射束限制孔径阵列，该射束限制孔径阵列被配置为限制多个子束的电流。

9.根据条款8的带电粒子束设备，其中射束限制孔径阵列被设置在垂直于主光轴的平面中并且能够在该平面中移动。

10.根据条款8和9中任一项的带电粒子束设备，其中射束限制孔径阵列包括多个射束限制孔径，并且多个射束限制孔径中的至少两个射束限制孔径的尺寸不同。

11.根据条款8至10中任一项的带电粒子束设备，其中射束限制孔径阵列被配置为处于第三电压以用于在孔径透镜板与射束限制孔径阵列之间生成第二电场。

12.根据条款1至11中任一项的带电粒子束设备，其中孔径透镜形成电极板被定位在带电粒子束源与孔径透镜板之间。

13.根据条款1至12中任一项的带电粒子束设备，其中孔径透镜形成电极板包括开口，该开口被配置为允许带电粒子束的部分通过。

14.根据条款1至13中任一项的带电粒子束设备，其中第一电场在孔径透镜形成电极板与孔径透镜板之间是均匀的。

15.根据条款1至14中任一项的带电粒子束设备，其中孔径透镜板位于孔径透镜形成电极板的下游。

16.根据条款1至15中任一项的带电粒子束设备，其中孔径透镜板包括被配置为形成多个孔径透镜的多个孔径。

17.根据条款16的带电粒子束设备，其中多个孔径透镜中的每个孔径透镜包括静电透镜。

18.根据条款11至17中任一项的带电粒子束设备，其中第一电场的大小与第二电场的大小不同，由此形成与孔径透镜阵列的多个孔径透镜中的每个孔径透镜相对应的透镜场。

19.根据条款11至18中任一项的带电粒子束设备，其中第三电压类似于第二电压，使得第二电场为零。

20.根据条款11至18中任一项的带电粒子束设备，其中第一电压、第二电压和第三电压不同。

21.根据条款11至20中任一项的带电粒子束设备，其中多个孔径透镜中的每个孔径透镜被配置为将对应的子束准直为平行射束。

22.根据条款21的带电粒子束设备，其中通过调整第一电压、第二电压和第三电压中的至少一个来配置多个孔径透镜中的每个孔径透镜。

23.根据条款1至22中任一项的带电粒子束设备，还包括射束分离器，该射束分离器用于使多个次级射束朝向次级成像系统偏转，其中由于带电粒子束的多个子束的入射，多个次级射束从样本射出。

24.根据条款23的带电粒子束设备，其中射束分离器被定位为使得射束分离器的偏转平面与像平面重合。

25.根据条款1至24中任一项的带电粒子束设备，还包括传递透镜，该传递透镜具有垂直于主光轴的主平面。

26.根据条款25的带电粒子束设备，其中传递透镜被设置在成像透镜的下游。

27.根据条款25和26中任一项的带电粒子束设备，其中传递透镜的主平面能够在沿着主光轴的位置范围内移动。

28.根据条款25至27中任一项的带电粒子束设备，其中传递透镜被定位在距成像透镜一定距离处，使得传递透镜的主平面的位置与像平面重合。

29.根据条款25至28中任一项的带电粒子束设备，其中传递透镜被配置为将多个子束从像平面引导至物镜，使得多个子束垂直地落在样本上。

30.根据条款25至29中任一项的带电粒子束设备，其中传递透镜被配置为将多个子束引导至物镜，使得多个子束形成具有小的像差的多个探测斑。

31.根据条款28至30中任一项的带电粒子束设备，其中多个探测斑的间距能够通过移动传递透镜的主平面的位置来改变。

32.根据条款31的带电粒子束设备，其中设备被配置为使得多个探测斑的间距随着成像透镜与传递透镜的主平面之间的距离增加而增加。

33.根据条款1至32中任一项的带电粒子束设备，还包括子束倾斜偏转器，该子束倾斜偏转器位于成像透镜的下游。

34.根据条款33的带电粒子束设备，其中子束倾斜偏转器被定位为使得子束倾斜偏转器的偏转平面与像平面重合。

35.根据条款33和34中任一项的带电粒子束设备，其中子束倾斜偏转器被定位在成像透镜与传递透镜之间。

36.根据条款33至35中任一项的带电粒子束设备，其中传递透镜的主平面能够在沿着主光轴的位置范围内移动。

37.根据条款34至36中任一项的带电粒子束设备，其中子束倾斜偏转器的偏转平面与传递透镜的主平面重合。

38.根据条款34至37中任一项的带电粒子束设备，其中子束倾斜偏转器的偏转平面和传递透镜的主平面与像平面重合。

39.根据条款33至38中任一项的带电粒子束设备，其中子束倾斜偏转器被配置为使多个子束偏转以相对于样本的表面法线的倾斜角入射到样本上。

40.根据条款33至39中任一项的带电粒子束设备，其中子束倾斜偏转器包括静电偏转器或磁偏转器。

41.根据条款39和40中任一项的带电粒子束设备，其中多个子束的倾斜角基于子束倾斜偏转器的电激励来调整。

42.根据条款33至41中任一项的带电粒子束设备，子束倾斜偏转器能够使多个次级射束朝向次级成像系统偏转。

43.根据条款25至42中任一项的带电粒子束设备，其中传递透镜包括沿着传递透镜的光轴而布置并且被配置为能够在传递透镜内生成第三电场的多个电极。

44.根据条款43的带电粒子束设备，其中多个电极包括外电极和内电极。

45.根据条款43和44中任一项的带电粒子束设备，其中传递透镜的光轴与主光轴重合。

46.根据条款43至45中任一项的带电粒子束设备，其中第三电场使传递透镜的主平面与像平面重合。

47.根据条款1至24中任一项的带电粒子束设备，还包括位于成像透镜下游的子束调整单元。

48.根据条款47的带电粒子束设备，其中子束调整单元包括偏转器阵列，该偏转器阵列被配置为使多个子束中的至少一些子束偏转以使多个子束能够垂直入射到物镜上。

49.根据条款47和48中任一项的带电粒子束设备，其中子束调整单元包括场曲补偿器阵列，该场曲补偿器阵列被配置为补偿多个探测斑的场曲像差。

50.根据条款47至49中任一项的带电粒子束设备，其中子束调整单元包括像散补偿器阵列，该像散补偿器阵列被配置为补偿多个探测斑的像散像差。

51.根据条款50的带电粒子束设备，其中偏转器阵列被定位在像散补偿器阵列和场曲补偿器阵列的下游。

52.根据条款47至51中任一项的带电粒子束设备，其中子束调整单元被配置为使多个子束能够生成具有小的像差的多个探测斑。

53.根据条款1至52中任一项的带电粒子束设备，其中孔径透镜阵列经由具有多个第一孔径的板来实现。

54.根据条款1至53中任一项的带电粒子束设备，其中孔径透镜阵列经由包括多个第二孔径的多个板来实现。

55.根据条款1至54中任一项的带电粒子束设备，还包括枪孔板，该枪孔板被设置在孔径透镜阵列与带电粒子束源之间并且被配置为阻挡带电粒子束的外围带电粒子。

56.一种使用带电粒子束设备检查样本的方法，该方法包括：

激活带电粒子源以生成带电粒子束；

使用孔径透镜阵列的多个孔径透镜，使带电粒子束的多个子束聚焦，多个孔径透镜通过在孔径透镜形成电极板与孔径透镜板之间生成第一电场来形成，其中生成第一电场包括：

向孔径透镜形成电极板施加第一电压；以及

向孔径透镜板施加不同于第一电压的第二电压；

使用成像透镜将多个子束聚焦在像平面上；以及

使用物镜将多个子束聚焦在样本的表面上，以在样本的表面上形成多个探测斑。

57.根据条款56的方法，还包括：使用射束限制孔径阵列调整入射在样本的表面上的多个子束的电流。

58.根据条款57的方法，还包括：向射束限制孔径阵列施加第三电压，以在孔径透镜板与射束限制孔径阵列之间生成第二电场。

59.根据条款58的方法，其中第二电场的大小不同于第一电场的大小。

60.根据条款56至59中任一项的方法，其中基于成像透镜、物镜或样本中的至少一者沿主光轴的位置，能够调整多个探测斑的间距。

61.根据条款56至60中任一项的方法，还包括：使多个孔径透镜中的每个孔径透镜能够将对应的子束准直为平行射束。

62.根据条款61的方法，其中启用多个孔径透镜中的每个孔径透镜包括：调整第一电压、第二电压和第三电压中的至少一个。

63.根据条款56至62中任一项的方法，还包括：使用射束分离器使多个次级射束朝向次级成像系统偏转，其中由于带电粒子束的多个子束的入射，多个次级射束从样本射出。。

64.根据条款63的方法，其中射束分离器被定位为使得射束分离器的偏转平面与像平面重合。

65.根据条款56至64中任一项的方法，还包括：使用传递透镜将多个子束引导至物镜，使得多个子束垂直入射到样本上。

66.根据条款65的方法，其中使用传递透镜将多个子束引导至物镜生成具有小的像差的多个探测斑。

67.根据条款65和66中任一项的方法，其中传递透镜被定位在距成像透镜一定距离处，使得传递透镜的主平面的位置与像平面重合。

68.根据条款67的方法，还包括：通过沿主光轴改变传递透镜的主平面相对于成像透镜的位置来调整多个探测斑的间距。

69.根据条款67至68中任一项的方法，还包括：在传递透镜内生成第三电场以调整传递透镜的主平面的位置来与像平面重合。

70.根据条款56至65中任一项的方法，还包括：使用子束倾斜偏转器使多个子束偏转来以相对于样本的表面法线的倾斜角入射到样本上。

71.根据条款70的方法，其中基于子束倾斜偏转器的电激励来调整多个子束的倾斜角。

72.根据条款70和71中任一项的方法，其中射束倾斜偏转器被定位为使得子束倾斜偏转器的偏转平面与像平面重合。

73.根据条款70至72中任一项的方法，还包括：使子束倾斜偏转器能够将多个次级射束朝向次级成像系统偏转。

74.根据条款56至65中任一项的方法，还包括：使用偏转器阵列使多个子束中的至少一些子束偏转，以使多个子束能够垂直或基本垂直入射到物镜上。

75.根据条款74的方法，还包括：使用偏转器阵列将多个子束中的至少一些子束偏转，以使多个子束能够生成具有小的像差的多个探测斑。

76.根据条款56至64和75中任一项的方法，还包括：使用场曲补偿器阵列补偿多个探测斑的场曲像差。

77.根据条款56至64和74至76中任一项的方法，还包括：使用像散补偿器阵列补偿多个探测斑的像散像差。

78.根据条款56至77中任一项的方法，还包括：使用枪孔板阻挡带电粒子束的外围带电粒子入射到孔径透镜形成电极板上。

79.一种存储指令集的非瞬态计算机可读介质，该指令集能够由带电粒子束设备的一个或多个处理器执行以使带电粒子束设备执行检查样本的方法，该方法包括：

激活带电粒子源以生成带电粒子束；

形成孔径透镜阵列的多个孔径透镜以分别使带电粒子束的多个子束聚焦，其中多个子束使用成像透镜被聚焦在像平面上以形成多个图像，该多个图像被投影到样本的表面上以生成多个探测斑。

80.根据条款79的非瞬态计算机可读介质，其中形成孔径透镜阵列的多个孔径透镜包括：

向孔径透镜形成电极板施加第一电压；以及

向孔径透镜板施加不同于第一电压的第二电压，使得在孔径透镜形成电极板与孔径透镜板之间生成第一电场。

81.根据条款80的非瞬态计算机可读介质，其中能够由带电粒子束设备的一个或多个处理器执行的指令集使带电粒子束设备还执行：

将第三电压施加到射束限制孔径阵列以在孔径透镜板与射束限制孔径阵列之间生成第二电场。

82.根据条款81的非瞬态计算机可读介质，其中能够由带电粒子束设备的一个或多个处理器执行的指令集使带电粒子束设备还执行：

定位射束限制孔径阵列，该射束限制孔径阵列被配置为限制带电粒子束的多个子束的电流。

83.根据条款78至82中任一项的非瞬态计算机可读介质，其中能够由带电粒子束设备的一个或多个处理器执行的指令集使带电粒子束设备还执行：

沿主光轴定位成像透镜以在像平面上形成多个图像。

84.一种用于检查样本的带电粒子束设备，该设备包括：

带电粒子源，被配置为沿主光轴发射带电粒子束；

源转换单元，包括：

孔径透镜阵列，被配置为使带电粒子束的多个子束聚焦；和

成像透镜，被配置为将多个子束聚焦在像平面上；以及

物镜，被配置为将多个子束聚焦到样本的表面上并且在样本的表面上形成多个探测斑。

85.根据条款84的带电粒子束设备，其中源转换单元还包括射束限制孔径阵列，该射束限制孔径阵列被配置为限制多个子束的电流。

86.根据条款84和85中任一项的带电粒子束设备，其中孔径透镜阵列包括孔径透镜形成电极板和孔径透镜板。

87.根据条款86的带电粒子束设备，其中：

孔径透镜形成电极板被配置为处于第一电压，孔径透镜板被配置为处于不同于第一电压的第二电压，用于在孔径形成透镜电极板与孔径透镜板之间生成第一电场；以及其中

第一电场使孔径透镜形成电极板和孔径透镜板能够形成包括多个孔径透镜的孔径透镜阵列。

可以提供一种非瞬态计算机可读介质，该非瞬态计算机可读介质存储用于控制器(例如，图1的控制器50)的处理器执行以下的指令：图像检查、图像获取、激活带电粒子源、向孔径透镜形成电极板施加电压、向孔径透镜板施加电压、向传递透镜的电极施加电压、子束偏转、子束倾斜、调整成像透镜的电激励、移动样本台以调整样本的位置等。非瞬态介质的常见形式包括例如软盘、柔性盘、硬盘、固态驱动器、磁带或任何其他磁性数据存储介质、光盘只读存储器(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)、和可擦除可编程只读存储器(EPROM)、FLASH-EPROM或任何其他闪速存储器、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存储器，以及它们的联网版本。

应当理解，本公开的实施例不限于上面已经描述和在附图中示出的确切构造，并且可以在不脱离其范围的情况下进行各种修改和改变。已经结合各种实施例描述了本公开，考虑到本文公开的本发明的说明书和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员来说将是明显的。说明书和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和精神由以下权利要求指出。

以上描述旨在是说明性的，而不是限制性的。因此，对于本领域技术人员来说明显的是，可以在不脱离下面阐述的权利要求的范围的情况下进行所描述的修改。

Claims (15)

1.一种用于检查样本的带电粒子束设备，所述设备包括：

带电粒子源，被配置为沿主光轴发射带电粒子束；

源转换单元，包括：

孔径透镜形成电极板，被配置为处于第一电压；

孔径透镜板，被配置为处于不同于所述第一电压的第二电压以用于生成第一电场，使得所述孔径透镜形成电极板和所述孔径透镜板能够形成孔径透镜阵列的多个孔径透镜以分别使所述带电粒子束的多个子束聚焦；以及

成像透镜，配置为将所述多个子束聚焦在像平面上；以及物镜，被配置为将所述多个子束聚焦到所述样本的表面上并且在所述样本的表面上形成多个探测斑。

2.根据权利要求1所述的带电粒子束设备，其中所述成像透镜具有垂直于所述主光轴的主平面。

3.根据权利要求1所述的带电粒子束设备，其中所述成像透镜的主平面能够沿所述主光轴移动。

4.根据权利要求1所述的带电粒子束设备，其中所述物镜具有垂直于所述主光轴的主平面。

5.根据权利要求1所述的带电粒子束设备，其中所述物镜的主平面能够沿所述主光轴移动。

6.根据权利要求1所述的带电粒子束设备，其中所述样本能够沿所述主光轴移动。

7.根据权利要求4所述的带电粒子束设备，其中所述多个探测斑的间距能够通过移动所述成像透镜的主平面、所述物镜的主平面或样本中的至少一者来改变。

8.根据权利要求1所述的带电粒子束设备，其中所述源转换单元还包括射束限制孔径阵列，所述射束限制孔径阵列被配置为限制所述多个子束的电流。

9.根据权利要求8所述的带电粒子束设备，其中所述射束限制孔径阵列被设置在垂直于所述主光轴的平面中并且能够在垂直于所述主光轴的平面中移动。

10.根据权利要求8所述的带电粒子束设备，其中所述射束限制孔径阵列包括多个射束限制孔径，并且所述多个射束限制孔径中的至少两个射束限制孔径的尺寸不同。

11.根据权利要求8所述的带电粒子束设备，其中所述射束限制孔径阵列被配置为处于第三电压，用于在所述孔径透镜板与所述射束限制孔径阵列之间生成第二电场。

12.根据权利要求1所述的带电粒子束设备，其中所述孔径透镜形成电极板位于所述带电粒子束源与所述孔径透镜板之间。

13.根据权利要求1所述的带电粒子束设备，其中所述孔径透镜形成电极板包括开口，所述开口被配置为允许所述带电粒子束的部分通过。

14.根据权利要求1所述的带电粒子束设备，其中所述第一电场在所述孔径透镜形成电极板与所述孔径透镜板之间是均匀的。

15.一种存储指令集的非瞬态计算机可读介质，所述指令集能够由带电粒子束设备的一个或多个处理器执行，以使所述带电粒子束设备执行检查样本的方法，所述方法包括：

激活带电粒子源以生成带电粒子束；以及

形成孔径透镜阵列的多个孔径透镜以分别使所述带电粒子束的多个子束聚焦，其中所述多个子束使用成像透镜被聚焦在像平面上以形成多个图像，所述多个图像被投影到所述样本的表面上以生成多个探测斑。

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