CN116034447A - 带电粒子系统、孔径阵列、带电粒子工具和操作带电粒子系统的方法 - Google Patents

Abstract

一种带电粒子系统(400)沿着多束路径(406，408)生成带电粒子多束。带电粒子系统包括孔径阵列(430)、射束限制阵列(421)和会聚透镜(410)。在孔径阵列中是用于从上游带电粒子源(401)生成孔径阵列下游的带电粒子路径(406)的孔径(432)的阵列。射束限制阵列位于孔径阵列下游。射束限制阵列中限定有用于对带电粒子多束路径进行成形的射束限制孔径(422)的阵列。会聚透镜系统位于孔径阵列与射束限制阵列之间。会聚透镜系统选择性地在不同旋转设置下操作，这些旋转设置限定在孔径阵列与射束限制阵列之间的不同射束路径(406)范围。在会聚透镜系统的每个旋转设置下，射束限制阵列的每个射束限制孔径位于孔径阵列下游的射束路径上。

Description

带电粒子系统、孔径阵列、带电粒子工具和操作带电粒子系统的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年9月3日提交的美国申请63/074,344和于2020年10月8日提交的EP申请20200743.1的优先权，这些申请每个通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明涉及带电粒子系统、孔径阵列、带电粒子工具和操作带电粒子系统的方法。

背景技术

在制造半导体集成电路(IC)芯片时，在制造过程期间，由于例如光学效应和附带颗粒等原因，在衬底(即，晶片)或掩模上不可避免地会出现不期望的图案缺陷，从而降低了产率。因此，监测不期望的图案缺陷的程度是IC芯片制造中的一个重要过程。更一般地，衬底或其他物体/材料的表面的检查和/或测量是在其制造期间和/或之后的一个重要过程。

带有带电粒子束的图案检查工具已经用于检查物体，例如检测图案缺陷。这些工具通常使用电子显微镜技术，诸如扫描电子显微镜(SEM)。在SEM中，相对较高能量的电子的初级电子束以最终减速步骤为目标，以便以相对较低着陆能量着陆在样品上。电子束在样品上聚焦为探测点。探测点处的材料结构与来自电子束的着陆电子之间的相互作用导致电子从表面发射，诸如次级电子、背散射电子或俄歇电子。所生成的次级电子可能从样品的材料结构被发射。通过在样品表面之上扫描作为探测点的初级电子束，次级电子可以在样品的整个表面上被发射。通过从样品表面收集这些发射的次级电子，图案检查工具可以获取表示样品表面的材料结构的特性的图像。

带电粒子束的另一应用是光刻。带电粒子束与衬底表面上的抗蚀剂层反应。通过控制带电粒子束指向的抗蚀剂层上的位置，可以在抗蚀剂中产生期望图案。

提高用于此类应用的工具的性能的一种方法是使用生成多束带电粒子的带电粒子工具。通过用多束带电粒子照射样品，多射束中的每个子射束有效地并行操作。

通常需要通过开发各种技术来提高带电粒子工具的性能和/或生产量，该带电粒子工具用多束带电粒子照射样品，这些技术允许减少多射束的子射束之间的节距，增加入射到样品上的多射束中的射束的密度，和/或增加可以使用的子射束的数目。

发明内容

本发明的实施例涉及用于操纵带电粒子束的操纵器、以及包括操纵器的阵列的操纵器阵列。操纵器或操纵器阵列可以用于带电粒子工具，诸如多束带电粒子工具。带电粒子工具可以是用于生成、照射、投射和/或检测一束或多束带电粒子的工具。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于沿着带电粒子多束路径生成带电粒子多束的带电粒子系统，该带电粒子系统包括：孔径阵列，该孔径阵列中限定有被配置为从上游带电粒子源生成孔径阵列下游的带电粒子路径的孔径的阵列；射束限制阵列，该射束限制阵列被布置在孔径阵列下游，并且射束限制阵列中限定有用于对带电粒子多束路径进行成形的射束限制孔径的阵列；以及会聚透镜系统，被布置在孔径阵列与射束限制阵列之间，其中会聚透镜系统被配置为选择性地在若干旋转设置中的一个旋转设置下操作，旋转设置的数目优选地为两个或更多个，每个旋转设置限定在孔径阵列与射束限制阵列之间的不同射束路径范围；其中孔径阵列的孔径被配置为使得在会聚透镜系统的每个旋转设置下，射束限制阵列的每个射束限制孔径位于孔径阵列下游的带电粒子束路径上。

根据本发明的另一方面，提供了一种孔径阵列，该孔径阵列包括中心和孔径的图案，其中该图案包括以下各项的叠加：在围绕中心的第一旋转和第一放大率处的模板图案、以及在围绕中心的第二旋转和第二放大率处的模板图案。

根据本发明的另一方面，提供了一种带电粒子工具，该带电粒子工具包括：任何前述权利要求的带电粒子系统、或包括任何前述权利要求的孔径阵列的带电粒子系统，其中带电粒子系统被配置为沿着带电粒子多束路径生成带电粒子多束；以及被配置为沿着带电粒子多束路径将带电粒子多束引导到样品上的带电粒子投射系统。

根据本发明的另一方面，提供了一种操作带电粒子系统的方法，该带电粒子系统包括：其中限定有孔径的阵列的孔径阵列、被布置在孔径阵列下游并且其中限定有射束限制孔径的阵列的射束限制阵列、以及被布置在孔径阵列与射束限制阵列之间的会聚透镜系统，该方法包括：使带电粒子束穿过孔径阵列的孔径；在两个或更多个不同旋转设置下操作会聚透镜系统，每个旋转设置限定在孔径阵列与射束限制阵列之间的不同射束路径；以及对于每个旋转设置，将带电粒子从孔径阵列引导通过射束限制阵列的射束限制孔径中的每个射束限制孔径。

从以下结合附图的描述中，本发明的优点将变得显而易见，在附图中，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

从结合附图对示例性实施例的描述中，本公开的上述和其他方面将变得更加显而易见，在附图中：

图1示意性地描绘了带电粒子束检查装置；

图2示意性地描绘了带电粒子工具，该带电粒子工具可以形成图1的带电粒子束检查装置的一部分；

图3示意性地描绘了多束工具，其图示了源转换单元的示例性配置；

图4示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的带电粒子系统。

图5a和图5b示意性地图示了会聚透镜系统对带电粒子束的影响；

图6以平面图示意性地描绘了射束限制孔径的一个示例；

图7以平面图示意性地描绘了用于与在零旋转设置下操作的会聚透镜系统一起使用的孔径阵列的一个示例；

图8以平面图示意性地描绘了用于与会聚透镜系统一起使用以实现最佳分辨率的孔径阵列的一个示例；

图9a-图9d示意性地描绘了可以被叠加以形成孔径阵列的图案的图案的示例，该孔径阵列用于与在不同旋转设置下操作的会聚透镜系统一起使用；

图9e以平面图示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的包括由图9a-图9d的图案的叠加形成的图案的孔径阵列；

图10以平面图示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的用于与在不同旋转设置和放大率设置的范围下操作的会聚透镜系统一起使用的孔径阵列；

图11a-图11c示意性地描绘了可以被叠加以形成图10的孔径阵列的图案的图案；

图12以平面图示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的用于与9×9射束限制阵列和在不同旋转设置和放大率设置范围中操作的会聚透镜系统一起使用的孔径阵列；

图13以平面图示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的用于与六边形射束限制阵列和在不同旋转设置和放大率设置范围中操作的会聚透镜系统一起使用的孔径阵列；以及

图14示意性地描绘了针对操作会聚透镜系统的各种不同模式，示出探测分辨率对探测电流的依赖性的图示。

具体实施方式

现在将详细参考示例性实施例，其示例如附图所示。以下描述涉及附图，其中不同附图中的相同数字表示相同或相似的元件，除非另有表示。在示例性实施例的以下描述中阐述的实现并不表示与本发明一致的所有实现。相反，它们仅仅是与所附权利要求中所述的与本发明相关的方面一致的装置和方法的示例。

通过显著增加IC芯片上诸如晶体管、电容器、二极管等电路组件的封装密度，可以实现器件物理尺寸的减小和电子设备计算能力的增强。这是通过提高分辨率来实现的，从而能够制造更小的结构。例如，在2019年或之前上市的拇指甲大小的智能手机IC芯片可以包括超过20亿个晶体管，每个晶体管的尺寸小于人类头发的1/1000。因此，半导体IC制造是一个复杂而耗时的过程，需要数百个单独的步骤，这不足为奇。即使在一个步骤中出现错误，也可能严重影响最终产品的功能。只有一个“致命缺陷”可能导致器件故障。制造工艺的目标是提高工艺的总产率。例如，为了针对50步工艺获取75％的产率(其中一个步骤可以指示在晶片上形成的层的数目)，每个单独的步骤必须具有大于99.4％的产率。如果个体步骤的产率为95％，则整个工艺的产率将低至7-8％。

虽然IC芯片制造设施需要高工艺产率，但维持高衬底(即，晶片)生产量(被定义为每小时处理的衬底数目)也是至关重要的。缺陷的存在可能会影响高工艺产率和高衬底生产量。在需要操作员介入以检查缺陷的情况下，尤其是这样。因此，通过检查工具(诸如扫描电子显微镜(SEM))对微米和纳米级缺陷进行高生产量检测和识别对于维持高产率和低成本是至关重要的。

SEM包括扫描设备和检测器装置。该扫描设备包括照射系统，该照射系统包括用于生成初级电子的电子源和用于用一个或多个聚焦的初级电子束来扫描样品(诸如衬底)的投射系统。初级电子与样品相互作用并且生成相互作用产物，诸如次级电子和/或背散射电子。当样品被扫描时，检测系统从样品中捕获次级电子和/或背散射电子，使得SEM产生样品的扫描区域的图像。对于高生产量检查，一些检查装置使用初级电子的多个聚焦束(即，多射束)。多射束的分量束可以被称为子射束或束波。多射束可以同时扫描样品的不同部分。因此，多束检查装置可以以比单束检查装置高得多的速度检查样品。

在多束检查设备中，一些初级电子束的路径偏离扫描设备的中心轴，即初级电子光轴(本文中也被称为带电粒子轴)的中点。为了确保所有电子束以基本相同的入射角到达样品表面，需要操纵离中心轴径向距离更大的子束路径，以使其移动通过比路径更靠近中心轴的子射束更大的角度。这种更强的操纵可能会导致像差，从而导致所得到的图像模糊和失焦。一个示例是球面像差，它将每个子束路径的焦点带入不同的焦平面。特别地，对于不在中心轴上的子束路径，子束中焦平面的变化随着距中心轴的径向位移而增大。当检测到来自目标的次级电子时，这样的像差和离焦效应可能仍然与这些次级电子相关联，例如，由子射束在目标上形成的光斑的形状和大小将受到影响。因此，这样的像差降低了在检查期间产生的所得到的图像的质量。

下面描述一种已知的多束检查装置的实现。

这些图是示意图。因此，为了清楚起见，附图中组件的相对尺寸被夸大。在对附图的以下描述中，相同或类似的附图标记指代相同或相似的组件或实体，并且仅描述关于单个实施例的差异。虽然描述和附图针对电子光学装置，但应当理解，实施例没有用于将本公开限于特定带电粒子。因此，本文档中对电子的引用可以更一般地被认为是对带电粒子的引用，带电粒子不一定是电子。

现在参考图1，图1是示出示例性带电粒子束检查装置100的示意图。图1的带电粒子束检查装置100包括主腔10、负载锁定腔20、带电粒子工具40、设备前端模块(EFEM)30和控制器50。带电粒子工具40位于主腔10内。带电粒子工具40可以是电子束工具40。带电粒子工具40可以是单束工具或多束工具。

EFEM 30包括第一装载端口30a和第二装载端口30b。EFEM 30可以包括(多个)附加装载端口。例如，第一装载端口30a和第二装载端口30b可以接收衬底前开式传送盒(FOUP)，该FOUP容纳待检查的衬底(例如，半导体衬底或由(多种)其他材料制成的衬底)或样品(衬底、晶片和样品在下文中统称为“样品”)。EFEM 30中的一个或多个机械臂(未示出)将样品运送到负载锁定腔20。

负载锁定腔20用于去除样品周围的气体。这产生了真空，该真空是低于周围环境中的压力的局部气体压力。负载锁定腔20可以被连接到负载锁定真空泵系统(未示出)，该真空泵系统去除负载锁定腔20中的气体颗粒。负载锁定真空泵系统的操作使得负载锁定腔能够达到低于大气压的第一压力。在达到第一压力之后，一个或多个机械臂(未示出)将样品从负载锁定腔20运送到主腔10。主腔10被连接到主腔真空泵系统(未示出)。主腔真空泵系统去除主腔10中的气体分子，使得样品周围的压力达到低于第一压力的第二压力。在达到第二压力之后，样品被运送到电子束工具，通过电子束工具可以对样品进行测量，该测量可以包括带电粒子溢流和/或检查。带电粒子工具40可以包括单束或多束电子光学装置。

控制器50电连接到带电粒子束工具40。控制器50可以是被配置为控制带电粒子束检查装置100的处理器(诸如计算机)。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。虽然控制器50在图1中被示为位于包括主腔10、负载锁定腔20和EFEM30的结构外部，但是可以理解，控制器50可以是该工具的一部分或至少是其结构。控制器50可以位于带电粒子束检查装置100的组成元件中的一个组成元件中，或者其可以分布在组成元件中的至少两个组成元件之上。虽然本公开提供了容纳带电粒子工具的主腔10的示例，但是应当注意，本公开的最广义的方面不限于容纳带电粒子工具的腔。相反，应当理解，上述原理也可以应用于在第二压力下操作的其他工具和装置的其他布置。

现在参考图2，图2是图示示例性带电粒子工具40的示意图。带电粒子工具40可以形成图1的带电粒子束检查装置100的一部分。带电粒子工具40可以包括带电粒子检查工具200。如图1所示，带电粒子检查工具200可以是多束检查工具200。备选地，带电粒子检查工具200可以是单束检查工具。带电粒子检查工具200包括电子源201、枪孔板271、会聚透镜210、可选的源转换单元220、初级投射系统230、机动载物台209和样品保持器207。电子源201、枪孔板271、会聚透镜210以及可选的源转换单元220是带电粒子检查工具200所包括的照射系统的组件。样品保持器207由机动载物台209支撑，以便保持和可选地定位样品208(例如，衬底或掩模)，例如用于测量、检查或用于带电粒子溢流。初级投射系统230可以包括物镜231和可选的源转换单元220(如果其不是照射系统的一部分)。初级投射系统和照射系统一起可以被称为初级柱或初级电子光学系统。分束器233和偏转扫描单元232可以被定位在初级投射系统230内。带电粒子检查工具200还可以包括次级投射系统250和相关联的电子检测设备240(它们可以一起形成检测柱或检测系统)。电子检测设备240可以包括多个检测元件241、242和243。分束器将所生成的电子从样品引导到次级柱以用于检测。其他检测器布置可以例如存在于例如与物镜231或源转换单元220相关联的初级柱中。

用于生成初级射束的组件可以与带电粒子检查工具200的初级电子光轴对准。这些组件可以包括：电子源201、枪孔板271、会聚透镜210、源转换单元220、分束器233、偏转扫描单元232和初级投射装置230。次级投射系统250及其相关联的电子检测设备240可以与带电粒子检查工具200的次级电子光轴251对准。

初级电子光轴204由作为照射系统的带电粒子检查工具200的一部分的电子光轴组成。次级电子光轴251是作为检测系统(或检测柱)的带电粒子检查工具200的一部分的电子光轴。初级电子光轴204在本文中也可以称为初级光轴(以便于参考)或带电粒子光轴。次级电子光轴251在本文中也可以被称为次级光轴或次级带电粒子光轴。

电子源201可以包括阴极(未示出)和提取器或阳极(未示出)。在操作期间，电子源201被配置为从阴极发射作为初级电子的电子。初级电子被提取器和/或阳极提取或加速，以形成初级电子束202，初级电子束202形成初级束交叉(虚拟或真实)203。初级电子束202可以被可视化为是从初级束交叉203发射的。

所形成的初级电子束202可以是单射束，并且多射束可以从该单射束被生成。因此，在沿着射束路径的不同位置处，初级电子射束202可以是单射束或多射束。当初级电子束202到达样品时，并且优选地在初级电子束202到达投射系统之前，初级电子束202可以是多射束。这样的多射束可以以多种不同方式从初级电子束生成。例如，多射束可以由位于交叉203之前的多束阵列、位于源转换单元220中的多束阵列、或位于这些位置之间的任何点处的多束阵列生成。多束阵列可以包括多个电子束操纵元件，这些电子束操纵元件在射束路径上被布置为阵列。每个操纵元件可以影响初级电子束的至少一部分，以生成子射束。因此，多束阵列与入射的初级射束路径相互作用，以在多束阵列下游生成多束路径。多束阵列与初级射束的相互作用可以包括一个或多个孔径阵列、例如每个子射束的个体偏转器、透镜、消像散器和同样地每个子射束的(像差)校正器。

在操作中，枪孔板271被配置为阻挡初级电子束202的外围电子，以减少库仑效应。库仑效应可能会增大次级子射束211、212、213的探测点221、222和223中的每个探测点的尺寸，并且因此降低检查分辨率。枪孔板271还可以包括用于甚至在源转换单元220之前生成初级子射束(未示出)的多个开口，并且可以被称为库仑孔径阵列。

会聚透镜210被配置为聚焦(或准直)初级电子束202。在一个实施例中，会聚透镜210可以被设计为聚焦(或准直)初级电子束202以使其成为基本上平行的射束，并且基本上正常地入射到源转换单元220上。会聚透镜210可以是可移动的会聚透镜，其可以被配置为使得其主平面的位置是可移动的。在一个实施例中，可移动的会聚透镜可以被配置为例如沿着光轴204物理地移动。备选地，可移动会聚透镜可以由两个或更多个电光元件(透镜)构成，其中会聚透镜的主平面随着个体电光元件的强度的变化而移动。(可移动)会聚透镜可以被配置为磁性透镜、静电透镜、或磁性和静电透镜的组合。在另一实施例中，会聚透镜210可以是防旋转会聚透镜。防旋转会聚透镜可以被配置为当会聚透镜210的聚焦倍率(准直倍率)改变时和/或当会聚透镜的主平面移动时保持旋转角不变。

在源转换单元220的一个实施例中，源转换单元220可以包括图像形成元件阵列、像差补偿器阵列、射束限制阵列和预弯曲微偏转器阵列。预弯曲微偏转器阵列例如可以是可选的，并且可以存在于会聚透镜不能确保源自库仑孔径阵列的初级电子束202的多个初级子射束211、212、213的路径基本垂直入射到例如射束限制阵列、图像形成元件阵列、和/或像差补偿器阵列上的一个实施例中。在这种布置中，图像形成元件阵列可以用作多束阵列，以在多束路径中生成多个子射束，即，初级子射束211、212、213。图像形成元件阵列可以例如包括多个电子束操纵器，诸如微偏转器或微透镜(或这两者的组合)，以影响初级电子束202的多个初级子射束211、212、213并且形成初级射束交叉203的多个平行图像(虚拟或真实)，分别对应于初级子射束211、212和213中的每一个初级子射束。像差补偿器阵列可以例如包括场曲率补偿器阵列(未示出)和像散补偿器阵列(未示出)。场曲率补偿器阵列可以例如包括多个微透镜，以补偿初级子射束211、212和213的场曲率像差。像散补偿器阵列可以包括多个微消像散器或多极电极，以补偿初级子射束211、212和213的像散像差。射束限制阵列可以被配置为限制或限定单个初级子射束211、212和213的直径。图2将三个初级子射束211、212和213作为一个示例示出，并且应当理解，源转换单元220可以被配置为形成任何数目的初级子射束。控制器50可以别连接到图1的带电粒子束检查装置100的各个部分，诸如源转换单元220、电子检测设备240、初级投射系统230或机动载物台209。如下面进一步详细解释的，控制器50可以执行各种图像和信号处理功能。控制器50还可以生成各种控制信号以控制带电粒子束检查装置(包括带电粒子多束装置)的操作。

会聚透镜210还可以被配置为通过改变会聚透镜210的聚焦倍率(准直倍率)来调节源转换单元220下游的初级子射束211、212、213的电流。备选地或附加地，可以通过改变与单个初级子射束相对应的射束限制阵列内的射束限制孔径的径向尺寸来改变初级子射束211、212、213的电流。如果会聚透镜是可移动的并且是磁性的，则离轴子射束212和213可能导致以旋转角照射源转换单元220。旋转角随着聚焦倍率或可移动会聚透镜的第一主平面的位置而改变。作为防旋转会聚透镜的会聚透镜210可以被配置为在会聚透镜210的聚焦倍率改变时保持旋转角不变。当会聚透镜210的聚焦倍率及其第一主平面的位置改变时，也可移动的这样的会聚透镜210可以使旋转角不改变。

物镜231可以被配置为将子射束211、212和213聚焦到样品208上以用于检查，并且可以在样品208的表面上形成三个探测点221、222和223。

分束器233可以是例如维恩滤波器，其包括生成静电偶极子场和磁偶极子场的静电偏转器(图2中未示出)。在操作中，分束器233可以被配置为通过静电偶极子场在初级子射束211、212和213的个体电子上施加静电力。在一个实施例中，静电力的大小与由分束器233的磁偶极子场施加在初级子射束211、212和213的个体初级电子上的磁力相等，但方向相反。因此，初级子射束211、212和213可以以至少基本上为零的偏转角至少基本上笔直地穿过分束器233。磁力的方向取决于电子的运动方向，而静电力的方向不取决于电子的运动方向。因此，由于与初级电子相比，次级电子和背散射电子通常在相对方向上移动，施加在次级电子和背散射电子上的磁力将不再抵消静电力，结果，移动通过分束器233的次级电子和背散射电子将偏转离开光轴204。

在操作中，偏转扫描单元232被配置为偏转初级子射束211、212和213的路径，以扫描样品208的表面的区段中的单个扫描区域上的探测点221、222和223。响应于初级子射束211、212和213或探测点221、222和223在样品208上的入射，从样品208生成电子，其包括次级电子和背散射电子。次级电子在三个次级电子束261、262和263中传播。次级电子束261、262和263通常具有次级电子(电子能≤50eV)，并且还可以具有至少一些背散射电子(电子能在50eV与初级子射束211、212和213的着陆能量之间)。分束器233被布置为使次级电子束261、262和263的路径朝向次级投射系统250偏转。次级投射系统250随后将次级电子束261、262和263的路径聚焦到电子检测设备240的多个检测区域241、242和243上。例如，检测区域可以是单独的检测元件241、242和243，这些检测元件被布置为检测对应的次级电子束261、262和263。检测区域可以生成对应信号，这些信号例如被发送给控制器50或信号处理系统(未示出)，例如，以构造样品208的对应扫描区域的图像。

检测元件241、242和243可以检测对应次级电子束261、262和263。在次级电子束入射到检测元件241、242和243时，这些元件可以生成对应的强度信号输出(未示出)。这些输出可以被引导到图像处理系统(例如，控制器50)。每个检测元件241、242和243可以包括一个或多个像素。检测元件的强度信号输出可以是由检测元件内的所有像素生成的信号的总和。

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)和存储设备(未示出)。例如，控制器可以包括处理器、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、或其组合。图像获取器可以包括控制器的处理功能的至少一部分。因此，图像获取器可以包括至少一个或多个处理器。图像获取器可以通信地耦合到允许信号通信的装置40的电子检测设备240，诸如电导体、光纤电缆、便携式存储介质、IR、Bluetooth、互联网、无线网络、无线电等、或其组合。图像获取器可以从电子检测设备240接收信号，可以处理信号中包括的数据，并且可以从中构造图像。因此，图像获取器可以获取样品208的图像。图像获取器还可以执行各种后处理功能，诸如生成轮廓、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执行对所获取的图像的亮度和对比度等的调节。存储装置可以是存储介质，诸如硬盘、闪存驱动器、云存储装置、随机存取存储器(RAM)、其他类型的计算机可读存储器等。存储装置可以被耦合到图像获取器，并且可以用于将所扫描的原始图像数据保存为原始图像和后处理图像。

图像获取器可以基于从电子检测设备240接收的成像信号来获取样品的一个或多个图像。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域的单个图像。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原始图像。每个区域可以包括包含样品208的特征的一个成像区域。所获取的图像可以包括在一段时间内多次采样的样品208的单个成像区域的多个图像。多个图像可以被存储在存储装置中。控制器50可以被配置为对样品208的同一位置的多个图像执行图像处理步骤。

控制器50可以包括测量电路(例如，模数转换器)，以获取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可以与入射在样品表面上的初级子射束211、212和213中的每个初级子射束的对应扫描路径数据结合使用，以重构被检查的样品结构的图像。重构的图像可以用于揭示样品208的内部或外部结构的各种特征。因此，重构的图像可以用于揭示样品中可能存在的任何缺陷。

例如，控制器50还可以控制机动载物台209，以使其在样品208的检查期间、之前或之后移动样品208。在一个实施例中，控制器50可以使得机动载物台209能够至少在样品检查期间例如以恒定速度例如连续地在某个方向上移动样品208。控制器50可以控制机动载物台209的移动，使得样品208的移动速度例如取决于各种参数而改变。例如，控制器可以根据扫描过程的检查步骤的特性来控制载物台速度(包括其方向)。

尽管图2示出了带电粒子检查工具200使用三个初级电子子射束，但可以理解，带电粒子检查工具200可以使用两个或更多数目的初级电子子射束，例如9、49、121、超过1000、10000和多达100000个。本公开不限制带电粒子检查工具200中使用的初级电子束的数目。带电粒子检查工具200也可以是使用单个带电粒子束的单束检查工具200。

现在参考图3，图3是示例性多束工具300的示意图，其图示了图1的示例性带电粒子束检查工具200的源转换单元220的示例性配置。多束工具300可以包括电子源301、预子束形成孔径阵列372(进一步也被称为库仑孔径阵列372)、会聚透镜310(类似于图2的会聚透镜210)、源转换单元320(类似于图2的源转换单元220)、物镜331(类似于图1的物镜231)、和样品308(类似于图2的样品208)。电子源301、库仑孔径阵列372和会聚透镜310可以是工具300所包括的照射装置的组件。源转换单元320和物镜331可以是工具300所包括的投影装置的组件。源转换单元320可以类似于图2的源转换单元220，其中图2的图像形成元件阵列是图像形成元件阵列322，图2的像差补偿器阵列是像差补偿器阵列324，图2的射束限制阵列是射束限制阵列321，图2的预弯曲微偏转器阵列是预弯曲微偏转器阵列323。电子源301、库仑孔径阵列372、会聚透镜310、源转换单元320和物镜331与该装置的初级电子光轴304对准。电子源301通常沿着初级电子光轴304生成初级电子束302，并且具有源交叉(虚拟或真实)301S。库仑孔径阵列372切割初级电子束302的外围电子以减少相应的库仑效应。由于不同子束路径中的电子之间的相互作用，库仑效应是子束像差的来源。初级电子束302可以通过预子束形成机构的库仑孔径阵列372被修整成指定数目的子射束，诸如三个子射束311、312和313。尽管在前面和下面的描述中提到三个子射束及其路径，但是应当理解，该描述旨在应用具有任何数目的子射束的装置、工具或系统。

源转换单元320可以包括束波限制孔径阵列321，束波限制孔径阵列321具有被配置为限定初级电子束302的子射束311、312和313的外部尺寸的射束限制孔径。源转换单元320还可以包括具有图像形成微偏转器322_1、322_2和322_3的图像形成元件阵列322。存在与每个子射束的路径相关联的相应的微偏转器。微偏转器322_1、322_2和322_3被配置为使子射束311、312和313的路径朝向电子光轴304偏转。偏转后的子射束311、312和313形成源交叉301S的虚拟图像(未示出)。虚拟图像通过物镜331投影到样品308上，并且在其上形成探测点，其是三个探测点391、392和393。每个探测点对应于子束路径在样品表面上的入射位置。源转换单元320还可以包括被配置为补偿可能存在于每个子射束中的像差的像差补偿器阵列324。每个子射束中的像差可能存在于将形成在样品表面上的探测点391、392和393上。像差补偿器阵列324可以例如包括具有微透镜的场曲率补偿器阵列(未示出)，即，像差补偿器阵列324可以包括微透镜阵列。例如，场曲率补偿器和微透镜可以被配置为补偿单个子射束在探测点391、392和393中明显的场曲率像差。像差补偿器阵列324可以包括具有微消像散器的像散补偿器阵列(未示出)，即，像差补偿器阵列324可以包括微消像散器阵列。例如，微消像散器可以被控制为对子束进行操作，以补偿否则存在于探测点391、392和393中的像散像差。

源转换单元320还可以包括预弯曲微偏转器阵列323，该预弯曲微偏转器阵列323具有预弯曲微偏转器323_1、323_2和323_3，以分别弯曲子射束311、312和313。预弯曲微偏转器323_1、323_2和323_3可以将子射束的路径弯曲到束波限制孔径阵列321上。在一个实施例中，预弯曲微偏转器阵列323可以被配置为将子射束的子束路径朝向束波限制孔径阵列321的平面的正交方向弯曲。在备选实施例中，会聚透镜310可以调整子射束到束波限制孔径阵列321上的路径方向。会聚透镜310可以例如聚焦(准直)三个子射束311、312和313，以使其成为沿着初级电子光轴304的基本上平行的射束，使得三个子射束311、312和313基本上垂直地入射到源转换单元320上，源转换单元320可以对应于束波限制孔径阵列321。在这种备选实施例中，预弯曲微偏转器阵列323可以不是必需的。

图像形成元件阵列322、像差补偿器阵列324和预弯曲微偏转器阵列323可以包括多层子束操纵设备，其中一些子束操纵设备可以是例如以下的形式或阵列：微偏转器、微透镜或微消像散器。

在源转换单元320的当前示例中，初级电子束302的子束311、312和313的路径分别由图像形成元件阵列322的微偏转器322_1、322_2和322_3朝向初级电子光轴304偏转。应当理解，子射束311路径在到达微偏转器322_1之前可以已经对应于电子光轴304，相应地，子射束311路径可能不会被微偏转器322_1偏转。

物镜331将子射束聚焦到样品308的表面上，即，将三个虚拟图像投影到样品表面上。由三个子射束311至313在样品表面上形成的三个图像在其上形成三个探测点391、392和393。在一个实施例中，子射束311至313的偏转角被调节以穿过或接近物镜331的前焦点，以减少或限制三个探测点391至393的离轴像差。

在图3所示的带电粒子检查工具300的实施例中，为了清楚起见，省略了次级电子的射束路径、分束器(类似于维恩滤波器233)、次级投射光学器件(类似于图2中的次级投射光学器件250)和电子检测设备(类似于电子检测设备240)。然而，应当清楚，在图3的当前实施例中可以存在类似的分束器、次级投射光学器件和电子检测设备，以使用次级电子或背散射电子来配准和生成样品表面的图像。

图2和图3中的上述组件中的至少一些组件可以单独地或相互组合地被称为操纵器阵列或操纵器，因为它们操纵带电粒子的一个或多个射束或子射束的路径。

上述多射束工具包括单个带电粒子源。多射束工具包括照射装置和投射装置。照射装置可以从来自源的电子束生成多束带电粒子。投射装置朝向样品投射多束带电粒子。可以用多束带电粒子扫描样品表面的至少一部分。

多束工具包括用于操纵多束带电粒子的子射束的一个或多个电子光学设备。所施加的操纵可以是例如子束路径的偏转和/或施加到子射束的聚焦操作。一个或多个电子光学设备可以包括MEMS。

带电粒子工具可以包括位于电子光学设备上游并且可选地位于电子光学设备中的射束路径操纵器。例如，通过在整个射束上操作的两个静电偏转器组，可以在与带电粒子轴(即，光轴)正交的方向上线性地操纵射束路径。这两个静电偏转器组可以被配置为在正交方向上偏转射束路径。每个静电偏转器组可以包括沿着射束路径顺序定位的两个静电偏转器。每组的第一静电偏转器施加校正偏转，并且第二静电偏转器将射束恢复到电子光学设备上的正确入射角。由第一静电偏转器施加的校正偏转可以是过校正，使得第二静电偏转器可以施加偏转以用于确保到MEMS的期望入射角。静电偏转器组的位置可以在电子光学设备上游的多个位置处。可以旋转地操纵射束路径。可以通过磁性透镜施加旋转校正。旋转校正可以附加地或备选地通过诸如会聚透镜布置等现有磁性透镜来实现。

虽然未示出，但带电粒子工具的实施例还包括带电粒子投射装置，该带电粒子投射装置将来自源的带电粒子束划分为多个子射束。多个相应的物镜可以将子射束投射到样品上。在一些实施例中，在物镜上游提供有多个会聚透镜。会聚透镜将每个子射束聚焦到物镜上游的中间焦点。在一些实施例中，在物镜上游提供有准直器。可以提供校正器以减少聚焦误差和/或像差。在一些实施例中，这样的校正器被集成到物镜中或直接邻近物镜定位。在提供有会聚透镜的情况下，这样的校正器可以附加地或备选地被集成到会聚透镜中或直接邻近会聚透镜定位，和/或被定位在中间焦点中或直接邻近中间焦点定位。提供检测器以检测由样品发射的带电粒子。检测器可以被集成到物镜中。检测器可以位于物镜的底面上，以便面对使用中的样品。会聚透镜、物镜和/或检测器可以被形成为MEMS或CMOS器件。

图4示意性地描绘了带电粒子系统400的一个实施例，带电粒子系统400可以被称为射束发生器或照射系统。带电粒子系统400用于沿着带电粒子多束路径408生成带电粒子多束。例如，带电粒子系统400可以是图2或图3的带电粒子检查工具200、300的一部分。

带电粒子系统400包括会聚透镜系统410、射束限制阵列420和孔径阵列430。带电粒子系统400还可以包括带电粒子源401。孔径阵列430在本文中也被称为库仑孔径阵列430，并且可以对应于图2的枪孔板271(也被称为库仑孔径阵列271)或图3的预子束形成孔径阵列372(也被称为库伦孔径阵列372)。会聚透镜系统430可以对应于图2的会聚透镜210或图3的会聚透镜310。射束限制孔径420可以对应于图2的源转换单元220的射束限制阵列或图3的射束限制阵列321。例如，带电粒子源401可以对应于图2的电子源201或图3的电子源301。

孔径阵列430被布置在平面431中。射束限制阵列420被布置在平面421中。射束限制阵列420被布置在孔径阵列430的下游和会聚透镜系统410的下游。会聚透镜系统410被布置在孔径阵列430与射束限制阵列420之间。即即，会聚透镜系统410被布置在孔径阵列430下游和射束限制阵列420上游。孔径阵列430、会聚透镜系统410、射束限制孔径420以及可选的带电粒子源401可以与轴404对准。轴404也可以称为初级电子光轴404。轴404可以与图2的初级电子光轴204或图3的初级电子光轴304对准。孔径阵列430的中心(例如，孔径阵列430的中央孔径)可以与轴404对准。此外，射束限制阵列420的中心(例如，射束限制阵列420的中央孔径)可以与轴404对准。射束限制阵列420和孔径阵列430可以布置在其中的平面421、431可以与轴404正交。

带电粒子源401可以生成带电粒子束402。带电粒子束402可以在沿着轴404的方向上传播。孔径阵列430可以使带电粒子束402的一部分通过，以便在孔径阵列430下游生成带电粒子束路径406。参考带电粒子束402，沿着带电粒子束路径406的射束可以被称为束波或子射束。在孔径阵列430下游，带电粒子束402可以沿着带电粒子束路径406传播。孔径阵列430可以阻挡带电粒子束402的外围带电粒子，以便减少库仑效应(即，减少带电粒子之间的相互作用)。孔径阵列430可以生成用于传播多个预形成的束波的带电粒子束路径406。会聚透镜系统410可以操纵(或调节)孔径阵列430与射束限制阵列420之间的带电粒子束路径406(并且从而操纵(或调节)其间的带电粒子束402)。射束限制阵列420可以对带电粒子束路径406进行成形，以形成带电粒子多束路径408。通过使带电粒子束路径406上的带电粒子束402的至少一部分穿过射束限制阵列420的孔径，可以形成在带电粒子多束路径408上传播的束波。带电粒子束402可以沿着带电粒子多束路径408传播以形成与图2的束波211、212、213或图3的束波311、312、313相对应的束波。

会聚透镜系统410可以包括至少一个磁性透镜，例如两个或更多个磁性透镜。磁性透镜同时控制或操纵带电粒子束路径406的放大率(或聚焦量)和旋转量，即，沿着带电粒子束路径406传播的带电粒子束402的放大率(或聚焦量)和旋转量。因此，会聚透镜系统410可以在不同放大率设置和旋转设置下操作。本文中使用的放大率包括小于1的放大率，即缩小倍率。操纵带电粒子束路径406的放大率(或聚焦量)会影响射束限制阵列420的平面421中带电粒子束路径406的横截面面积(并且因此影响电荷密度)。这影响每单位时间穿过射束限制阵列420的带电粒子的数目，即，带电粒子的通过速率，并且因此影响电流。因此，可以通过调节会聚透镜系统410的放大率设置来控制带电粒子束402在沿着带电粒子多束路径408的某一时刻的电荷密度(或沿着带电粒子多束路径408的束波的电荷密度)。调节会聚透镜系统410的放大率设置可以调节带电粒子束路径406的放大率。会聚透镜系统410可以被操作以随时间控制带电粒子多束的电荷密度。当用于图2或图3的带电粒子检查工具200、300时，会聚透镜系统410因此可以用于控制探测电流。探测电流是图2的探测点221、222、223或图3的探测点391、392、393处的电流。由于带电粒子与由磁性透镜生成的磁场的相互作用，带电粒子束将在被会聚透镜系统410聚焦/散焦的同时(即，在调节放大率的同时)旋转。下面将参考图5a对此进行解释。

图5a示出了孔径阵列430的平面431中(即，在由会聚透镜系统410操纵之前)带电粒子束路径406的示例性横截面510、520、530。图5a进一步示出了射束限制阵列420的平面421中(即，在由会聚透镜系统410操纵之后)相同带电粒子束路径406的横截面511、521、531。如图5a所示，偏心带电粒子束路径(对应于横截面510、511和530、531)围绕轴404旋转(如箭头515、535所示)。此外，带电粒子束路径406围绕轴404的焦点可以被调节，例如被缩小(如箭头517、537所示)。一般而言，调节带电粒子束路径406的焦点包括使带电粒子束路径406朝向轴404上的焦点会聚、使带电粒子束路径406准直、或使带电粒子束路径406从轴404上的焦点发散。图5a中的虚线512、532仅用于说明目的，以单独示出带电粒子束路径406的旋转和聚焦。实际上，带电粒子束路径406可以同时被旋转和聚焦。例如，虚线519、539示意性地描绘了孔径阵列430与射束限制阵列420之间的带电粒子束路径406的同时旋转和聚焦的一个示例。中央横截面520、521也将围绕轴404旋转，尽管这一点在图5a所描绘的圆形横截面中未示出。中央横截面520、521的旋转在图5a中对于围绕轴404不是圆形对称的横截面是明显的。

一种类型的常规会聚透镜系统410可以包括至少两个磁性透镜，特别是上游磁性透镜和下游磁性透镜，如国际申请PCT/EP2020/063829中所述，就控制组成会聚透镜的旋转(或防旋转)设置和所引用的孔径阵列布置的描述而言，其通过引用并入本文。上游磁性透镜和下游磁性透镜可以被彼此独立地被控制。上游磁性透镜和下游磁性透镜可以被操作以便避免带电粒子束路径406在孔径阵列430的平面431与射束限制阵列420的平面421之间旋转。同时，会聚透镜系统410可以实现对带电粒子束路径406的放大率(或聚焦量)的调节。因此，会聚透镜系统410按常规在单一的、固定的防旋转设置和不同的放大率设置下操作。这可以通过使用下游磁性透镜反转带电粒子束406由于上游磁性透镜而产生的任何旋转来实现。上游磁性透镜和下游磁性透镜可以被操作以避免带电粒子束路径406在孔径阵列430与射束限制阵列420之间的任何净旋转。这是会聚透镜布置的防旋转设置，并且将净零旋转施加到粒子束路径406。

图5b示出了孔径阵列430的平面431中带电粒子束路径406的示例性横截面510、520、530。图5b进一步示出了在反旋转设置下操作的会聚透镜系统410的操纵之后，射束限制阵列420的平面421中相同带电粒子束路径406的示例性横截面511、521、531。带电粒子束路径406保持沿着相对于轴404的径向路径。即，带电粒子束路径406不围绕轴404旋转。带电粒子束路径406的放大率被调节，使得平面421中的横截面511、521、531小于平面431中的横截面510、520、530。平面421中的偏心横截面511、531比平面431中的横截面510、530更靠近轴404。带电粒子束路径406的焦点由此被调节。带电粒子束路径406的放大率被调节。因此，在防旋转设置下操作会聚透镜系统410意味着当比较孔径阵列430的平面431中和射束限制阵列420的平面421中带电粒子束路径406的横截面时，带电粒子束路径406没有旋转。然而，在孔径阵列430的平面431与射束限制阵列420的平面421之间的任何中间平面处可以存在旋转。

因此，会聚透镜系统410可以按常规被操作以调节带电粒子束路径406的放大率(或聚焦量)，而不旋转带电粒子束路径406。在会聚透镜系统410的常规操作类型下，孔径阵列430的孔径432相对于射束限制阵列420的孔径保持在相对于轴404的径向路径上(即，不旋转)。在沿着轴404的平面图中，孔径阵列430的每个孔径432和射束限制阵列420的相应对应孔径422围绕轴404被布置在相同角方向上。孔径阵列430的孔径422和射束限制阵列420的孔径432仅在其径向位置和/或范围上不同。这将在下面参考图6和图7进行解释。

图6示意性地示出了射束限制阵列420的一个示例。在射束限制阵列420中限定有射束限制孔径422的阵列。射束限制孔径用于对射束限制阵列420下游的带电粒子多射束408的路径进行成形。因此，射束限制孔径422可以例如以多射束的射束布置的任何期望图案来布置，即，在其中将布置带电粒子多射束408的束波。例如，射束限制阵列420可以是规则阵列。射束限制阵列420可以是矩形、正方形或六边形阵列。然而，射束限制孔径422也可以以不规则图案布置。

射束限制孔径422的形状、尺寸、横截面或节距或其任何组合可以是均匀的。如本文中使用的，具有圆形孔径的阵列的节距可以被称为两个紧邻孔径的中心之间的距离。例如，射束限制孔径422可以具有圆形横截面，如图6所示。然而，射束限制孔径也可以具有正方形、三角形或椭圆形横截面、或任何其他形状的横截面。射束限制孔径422的形状、尺寸、横截面或节距或其任何组合也可以是不均匀的。

图6示出了25个射束限制孔径422的正方形阵列。然而，射束限制阵列420可以包括任何其他数目的孔径422。例如，射束限制阵列420可以包括4、9、16、25、36、49、64、81、100或更多个孔径422。在一些实施例中，射束限制阵列420可以包括超过1000个或甚至超过10000个射束限制孔径422。

图7示意性地示出了用于与会聚透镜系统410的防旋转设置和图6的射束限制阵列420一起使用的孔径阵列430a的一个示例。在孔径阵列430a中限定有孔径的阵列432a。孔径的阵列432a可以从上游带电粒子源401生成孔径阵列430a下游的带电粒子束路径406。

孔径阵列430a包括中心450a。中心450a可以与轴404对准。孔径阵列430a可以包括中央孔径451a。中央孔径451a可以具有与射束限制阵列420的对应中央孔径423相同的形状。中央孔径451a可以具有或可以不具有与射束限制阵列420的中央孔径423相同的尺寸。孔径阵列430a的偏心孔径432a可以径向延伸远离孔径阵列430a的中心404。孔径432的图案可以关于中心450a旋转对称。

纯粹出于说明目的，图7以虚线示出了当重叠到孔径阵列430a上时射束限制阵列420的孔径422的轮廓。由虚线形成(并且在该示例中对应于射束限制阵列420的图案)的图案在本文中也将称为模板图案。这是因为，模板图案(例如，射束限制阵列420的图案)可以形成孔径阵列430a的图案的基础，即模板。因此，孔径阵列430a的图案(例如，图案阵列)可以基于模板图案来确定。通过适当地修改模板图案并且叠加修改后的模板图案，可以产生孔径阵列430a。

通常，可以修改模板图案，以便模拟不同会聚透镜设置。即，模板图案可以通过改变模板图案的旋转和/或放大率来修改。一般而言，模板图案可以是孔径的阵列的任何图案。优选地，模板图案是正方形或六边形图案。进一步优选地，模板图案是规则图案。模板图案可以包括圆形孔径的阵列的图案。备选地，模板图案可以包括具有任何形状的孔径的规则或不规则的孔径阵列的任何图案。模板图案优选地对应于射束限制阵列420的图案。

孔径阵列430a的图案对应于模板图案的不同放大率的叠加。模板图案可以通过改变放大率来修改，并且修改后的模板图案可以被叠加以形成孔径阵列430a的图案。特别地，孔径阵列430a的图案对应于模板图案在连续放大率范围内的叠加(或重叠)。孔径阵列430a的图案可以通过在放大率范围内改变模板图案的放大率以便产生多个修改后的模板图案，并且叠加(或重叠)修改后的模板图案来产生。例如，孔径阵列430a的图案可以对应于以下各项的叠加：i)第一(最小)放大率处的模板图案、ii)第二(最大)放大率处的模板图案，以及iii)第一放大率与第二放大率之间的任何放大率处的模板图案。第一放大率和第二放大率是不同放大率。在叠加修改后的模板图案时，模板图案的中心可以被对准。

例如，如图7所示，偏心孔径432a可以包括具有径向内部部分433a和径向外部部分434a的边缘。偏心孔径432a还可以包括将径向内部部分433a和径向外部部分434a互连的直线部分435a。术语“径向内部”和“径向外部”在这里相对于孔径阵列430a的中心450a来使用。径向内部部分433a的形状可以对应于射束限制阵列420中的对应射束限制孔径422的边缘的径向内部部分。径向外部部分434的形状可以对应于对应射束限制孔径422的边缘的径向外部部分。在备选布置中(其中会聚透镜在幅度范围内具有离散设置)，孔径阵列430a具有与射束限制阵列420的孔径422相对应的离散孔径。在这样的布置中，径向内部部分433a可以对应于可以是圆形的完整孔径的边缘。径向外部部分434可以是可以为圆形的孔径的整个边缘。

图7所示的孔径阵列430a具有两种类型的孔径432a、436a。这些孔径432a中的一些孔径示出了具有生成与射束限制阵列中的单个孔径422相对应的带电粒子束路径406的图案。这些孔径433a中的其他孔径形成与射束限制阵列420中的两个或更多个孔径422相对应的带电粒子束路径406。在所示的孔径图案430a中，孔径436a源自射束限制孔径阵列420a的两个不同孔径的模板图案在幅度范围内的重叠。射束限制阵列420的不同孔径是径向内部射束限制孔径422a和径向外部射束限制孔径422b。当径向内部射束限制孔径422a和径向外部射束限制孔径422b围绕射束限制孔径422的中心沿着相同角方向被定位时，可能会出现这种情况。由于非旋转设置与连续幅度范围一起使用，因此重叠的可能性很高。因此，射束限制阵列420中的对应孔径的模板图案的叠加得到孔径阵列中重叠的两个孔径433x、433y(部分地以虚线示出)。因此，孔径阵列430a仅具有一个孔径433a(包括上述径向内部部分433a、径向外部部分434a和直线部分435a)。

孔径432a的径向外部部分434a设置最大放大率设置，在该最大放大率设置下，会聚透镜系统410可以被操作，以便引导来自孔径阵列430a的带电粒子束路径406以覆盖射束限制阵列420的孔径422。在高于该最大放大率设置的放大率设置处，沿着带电粒子束路径206传播的带电粒子束可以部分地覆盖射束限制阵列420的孔径422。因此，射束限制阵列420的孔径422的至少一部分可以不暴露于带电粒子束或不被带电粒子束照射。类似地，孔径432a的径向内部部分433a可以设置最小放大率设置，在该最小放大率设置下，会聚透镜系统410可以被操作，以便引导来自孔径阵列430a的带电粒子束路径406以覆盖射束限制阵列420的孔径422。在最大放大率设置与最小放大率设置之间的范围内的放大率设置允许会聚透镜系统410被操作，以便引导来自孔径阵列430a的带电粒子束路径406以覆盖射束限制阵列420的孔径422。因此，孔径阵列430a与在放大率设置范围内操作的会聚透镜系统410兼容。注意，会聚透镜系统410的放大率设置可以对应于用于形成孔径阵列430a的修改后的模板图案(当对应于射束限制阵列422时)的放大率的倒数。

然而，孔径阵列的该实施例限于单一的、固定的零旋转设置。注意，在一种布置中，相同图案可以在固定旋转设置下使用。在该布置中，射束限制阵列和孔径阵列应当通过相对于零旋转的固定旋转设置的旋转位移来相对于彼此旋转。注意：出于本公开的目的，稍后对零旋转设置的引用包括固定旋转设置，在固定旋转设置中，在孔径阵列430与射束限制阵列420之间的带电粒子束路径406中存在固定旋转位移。

会聚透镜系统在固定零旋转设置下的操作(结合图7的孔径阵列430a和图6的射束限制阵列420)允许通过控制会聚透镜系统410的放大率设置来调节探测电流。然而，发明人发现，当在图2或图3的带电粒子检查工具200、300中使用这种配置时，图2的探测点221、222、223或图3的探测点391、392、393的分辨率可以随着放大率的变化(并且因此随着探测电流的变化)而变差。这在图14中被示意性地示出，图14示出了轴上分辨率(例如，以nm为单位)对探测电流(例如，以nA为单位)的依赖性。曲线601a、602a、603a分别示出了会聚透镜系统410的单一固定旋转设置的分辨率/探测电流依赖性。例如，曲线601a可以对应于-45度的固定旋转，曲线602a可以对应于0度的固定旋转，曲线603a可以对应于+45度的固定旋转。如图所示，与最佳分辨率相比，对于相对较大或较小的探测电流(因此相对较小或较大的放大率)，分辨率会变差。每个探测电流的最佳分辨率由图14中的虚线曲线601b表示。因此，相对较小或较大的放大率可能导致探测点的分辨率显著变差。放大率增加的探测射束预期能够探测较小结构；然而，已经发现增加探测射束的放大率会增加可以探测的最小特征尺寸。

基于该观察，发明人发现，对于会聚透镜系统410的放大率设置(以及因此对于对应探测电流)，存在可以用于实现探测点的最佳分辨率的对应旋转。该最佳分辨率如图14中的曲线601b所示意性示出的。通过使用会聚透镜系统410适当地控制旋转设置和放大率设置两者，可以遵循图14的最佳分辨率曲线601b。这样，为了优化或至少提高探测点的分辨率，期望控制会聚透镜系统410以在多个旋转设置(而不是单一零旋转设置)下操作。在每个旋转设置下，期望控制会聚透镜系统410以在相应放大率设置下操作。

特别地，使用会聚透镜系统410沿着带电粒子束路径406传播的带电粒子束的放大率M可以由以下数学等式描述：

等式I：

其中d₀、d_caa、L和a是与带电粒子系统400的几何尺寸相对应的常数。d₀是从虚拟源到会聚透镜系统410的主平面的距离。d_caa是虚拟源与孔径阵列430的平面431之间的距离。L是会聚透镜系统410的主平面与射束限制阵列420之间的距离。a是一个常数，其通过关系式f≈a/ε²来近似会聚透镜系统410的焦距f与会聚透镜系统的激发ε之间的关系。ε是一个变量。ε对应于会聚透镜系统410的激发的量度。α和β是取决于带电粒子系统400的配置的常数。使用会聚透镜系统410沿着带电粒子束路径406传播的带电粒子束的旋转θ可以由以下数学等式描述：

等式II：

e是带电粒子束中的带电粒子的电荷。m_e是带电粒子的质量。U是沿着带电粒子束路径406传播的带电粒子束402的能量。由会聚透镜系统410产生的磁场在沿着轴404的坐标z₀与z₁之间具有影响。B是由会聚透镜系统410产生的磁场的磁通密度。κ因此是取决于带电粒子系统400的配置的常数。

这些见解允许基于现有射束限制阵列420来设计孔径阵列430，其中孔径阵列430允许会聚透镜系统410的操作，以便优选地在放大率设置范围的更大范围内实现最佳(或基本上最佳)分辨率。实质上最佳的分辨率在本文中可以被理解为是指在通过仅控制会聚透镜系统410(即，不调节带电粒子系统400的任何其他组件)而可实现的分辨率的理论最佳值的20％以内、优选地10％以内、进一步优选地5％以内的任何分辨率。孔径阵列430可以被设计为允许沿着带电粒子束路径406传播的带电粒子束的同时旋转θ和放大率M(根据上述等式)。对于ε的范围，即，对于会聚透镜系统410的不同激发值范围，可以实现同时的旋转θ和放大率M。孔径阵列430将被设计为使得射束限制阵列420的每个射束限制孔径422位于带电粒子束路径406上。这意味着射束限制孔径422完全暴露于沿着带电粒子束路径406传播的带电粒子束波或被这样的带电粒子束照射。

图8示意性地示出了可以用于实现最佳或基本上最佳分辨率的孔径阵列430b的一个示例。孔径阵列430b可以与会聚透镜系统410一起使用，该会聚透镜系统410被配置为用于实现根据上述等式的同时的放大率M和旋转θ。孔径阵列430b可以与关于图6描述的射束限制阵列420一起使用。在孔径阵列430b中限定有孔径的阵列432b。孔径的阵列432b可以从上游带电粒子源401生成孔径阵列430b下游的带电粒子束路径406。

孔径阵列430b包括中心450b。孔径阵列430b可以包括中央孔径451b。中央孔径451b可以与中心450b对准。中心450b可以与带电粒子系统400中的轴404对准。

如图8所示，孔径阵列430b的偏心孔径432b可以是弯曲的。偏心孔径432b可以随着距孔径阵列430b的中心450b的位移的增加而变宽。孔径432b以与图7的孔径阵列430a的孔径432a不同的方式径向向外延伸。这是因为，孔径432b被成形为用于带电粒子束路径406的连续可变旋转，同时连续改变带电粒子束路径406的放大率。图8示出了在顺时针方向上弯曲的孔径432b。备选地，孔径432b可以在逆时针方向上弯曲。孔径432b的曲率方向可以取决于会聚透镜系统410的配置；具体地，孔径432b的曲率方向可以由通过会聚透镜系统410的带电粒子束路径406的净旋转方向来确定。在一些情况下，孔径432b可以是直的，以便在某些旋转/放大率设置下获取最佳分辨率。

因此，孔径阵列430b的图案可以对应于通过模板图案的同时的旋转和放大率而形成的修改后的模板图案的叠加。修改后的模板图案可以通过模板图案在连续的旋转和放大率范围内的同时的旋转和放大率来形成。旋转和放大率可以彼此依赖。旋转和放大率可以满足数学等式I和II。模板图案的叠加可以得到孔径阵列中重叠的多个孔径432x、432y、432z(部分地以虚线示出)。因此，孔径阵列430b可以具有与模板图案中的多个孔径(并且因此射束限制阵列420中的多个孔径)相对应的孔径433a。如果只有旋转位置和放大率位置的某些组合必须被满足，则在适当位置处具有由狭缝432限定的区域的一系列离散开口就足够了。例如，这由虚线圆圈表示。

发明人已经发现，图8的孔径阵列430b可能难以制造。相邻孔径432b之间的距离可能非常小。其中限定有孔径的材料(其可以被称为孔径之间的连接)可能很小，并且很难制造。孔径432b的弯曲形式增加了复杂度水平。孔径阵列430b可以表现出不充分的热调节性能。带电粒子束402与孔径阵列430b的相互作用生成热量。具有小材料连接的复杂图案可能会使热量传导离开孔径阵列430b(例如，远离其中心)是具有挑战性的。这些缺点可以随着孔径阵列430b中孔径432b数目的增加而增加，例如，由于带电粒子多束的射束布置中的束波408数目的增加。

图9-图11示出了至少部分地解决孔径阵列430b的这些缺点的孔径阵列430。这些孔径阵列430在若干旋转设置下与会聚透镜系统410的操作兼容；这代替了参考图5b和图7描述的单一零旋转设置或参考图8描述的连续变化旋转。

因此，会聚透镜系统410可以被配置为选择性地在不同旋转设置下操作，即若干旋转设置中的一个旋转设置，例如为两个或更多个。不同旋转设置可以是预定或预设数目的旋转设置，特别是离散和不同的旋转设置。不同旋转设置可以限定在孔径阵列430与射束限制阵列420之间的不同带电粒子束路径406、或特别是不同带电粒子束路径406范围。孔径阵列420的孔径432被配置为使得在会聚透镜系统410的旋转设置下，射束限制阵列420的所有射束限制孔径422位于孔径阵列430下游的带电粒子束路径406上。因此，射束限制孔径422可以暴露于沿着带电粒子束路径406传播的带电粒子束402或被这样的带电粒子束402照射。

在不同旋转设置中的一个或多个旋转设置(优选地是全部)下，孔径阵列430的孔径432限定从孔径阵列430到射束限制阵列420的射束路径406。所限定的射束路径406可以被配置为在射束限制阵列420下游提供基本上最佳分辨率。

会聚透镜系统410的主平面沿着轴404可移动。对于不同旋转设置中的至少一个旋转设置，优选地全部旋转设置，会聚透镜系统410的主平面可以被定位成比射束限制阵列420更靠近孔径阵列430。与使用图7和图8中的布置的孔径阵列430a、430b相比，会聚透镜系统的主平面的位置可以相对更靠近孔径阵列移动。发明人已经发现，在某些情况下，将会聚透镜系统410的主平面朝向孔径阵列430移动可以提高探测点的分辨率。备选地或附加地，对于会聚透镜系统410的某些旋转/放大率设置，将主平面朝向射束限制孔径移动可能反而是有益的。

图9示意性地示出了用于与在不同旋转设置下操作的会聚透镜系统410一起使用的孔径阵列430c的一个示例。孔径阵列430c可以与关于图6所描述的射束限制阵列420一起使用。孔径阵列430c可以包括中心450c。孔径阵列430c可以包括中央孔径451c。中央孔径451c可以与中心450c对准。中心450c可以与带电粒子系统400中的轴404对准。

孔径阵列430c包括孔径432c的图案。该图案可以包括模板图案(如图7所示)在不同放大率和在对应的不同旋转下的叠加或由这些叠加组成。不同放大率中的每个放大率可以包括单个放大率值。不同旋转设置中的每个旋转设置可以包括对应单个旋转值。

例如，模板图案可以对应于关于图6描述的射束限制阵列420。这在图9a-图9e中被示出。特别地，孔径432c的图案可以包括以下各项的叠加或由其组成：i)在围绕中心450c的第一旋转设置(或第一旋转)和第一放大率设置(或第一放大率)下的模板图案440c(参见图9a)、ii)在围绕中心450c的第二旋转设置(或第二旋转)和第二放大率(或第二放大率设置)下的模板图案441c(参见图9b)、iii)可选地，在另外的相应旋转(另外的旋转设置)和另外的相应放大率(另外的放大率设置)下的另外的模板图案442c、443c(参见图9c和图9d)。图9e示出了孔径阵列430c，该孔径阵列430c的图案包括图9a至图9d的第一旋转/放大率模板图案、第二旋转/放大率模板图案和另外的旋转/放大率模板图案440c、441c、442c、443c的叠加或由这些叠加组成。在所描绘的示例中，不同模板图案之间所示出的不同相对旋转设置为：-45度、-22.5度、0度和22.5度。图9a-图9e的示例基于与图6的射束限制阵列420相对应的模板图案，在射束限制阵列420中限定有圆形射束限制孔径422的规则(5×5)阵列。孔径阵列430c的设计将针对其他模板图案而改变，例如，当孔径阵列430c将与其他射束限制阵列420一起使用时。孔径阵列430c可以由任何模板图案(即，射束限制孔径420的任何设计)的不同旋转和放大率的叠加来构造。模板孔径阵列可以是任何孔径阵列，优选地是正方形或六边形阵列，进一步优选地是规则阵列，进一步更优选地是圆形孔径的阵列。

孔径阵列430c中的孔径432c可以具有或包括与射束限制阵列420中的对应孔径422相同的形状。如图9e所示，叠加的模板图案中的一些模板图案可以重叠。即，孔径阵列430c中的孔径432c可以包括两个或更多个不同模板图案的部分的叠加。例如，孔径阵列430c中的孔径460c对应于模板图案440c、441c、443c中的三个模板图案的重叠。孔径阵列430c的中央孔径432c通常可以成形为对应于最大放大率处的射束限制阵列430的中央孔径422。

与上述修改后的模板图案中的每个模板图案相对应的放大率和旋转可以对应于放大率M(例如，是其倒数)和对应旋转θ。会聚透镜系统410的不同对旋转设置和放大率设置因此可以被配置为在射束限制阵列下游(例如，在样品上的探测点处)实现基本上最佳分辨率。会聚透镜系统410的成对旋转设置和放大率设置可以满足上面关于图8描述的放大率M和旋转θ的等式I和II。这样，图9e的孔径阵列430c的孔径432c可以位于与图8的孔径阵列432b的图案中的弯曲孔径432b相对应的位置处。孔径432c的这种定位可以提高或优化射束限制阵列420下游的带电粒子多束408的分辨率。

因此，与关于图7描述的配置相比，图9e的孔径阵列430c以及关于图9e描述的会聚透镜系统410的操作方式可以允许在不同放大率下提高分辨率。例如，图14示出了与会聚透镜阵列410的四个不同旋转/放大率设置相对应的四个点601c、602c、603c、604c。每个旋转/放大率设置都会产生不同探测电流和探测分辨率。四个点601c、602c、603c、604c位于曲线601b上，曲线601b对应于针对每个探测电流可以实现的最佳分辨率。图9e的孔径阵列430c可以比图8的孔径阵列430b更容易制造，特别是对于与越来越多的束波一起使用的阵列。相对于图8的孔径阵列430b，热调节性能可以得到改善。由带电粒子束402与孔径阵列之间的相互作用所生成的热量可以由孔径之间的材料传导。相对于图8的孔径阵列430b中存在的材料，更大量的材料可以更容易地将热量传导离开孔径阵列430c，例如从孔径阵列430c的中心。

然而，孔径阵列430c仅允许会聚透镜系统410在有限数目的离散放大率设置下的操作。这限制了调节会聚透镜系统410的放大率设置以控制探测电流的能力。参考图14的示例，探测电流可以被设置为四个离散值，但不在探测电流的连续范围内。

图10示意性地示出了用于与在若干旋转设置下操作的会聚透镜系统410一起使用的孔径阵列430d的一个示例。旋转设置的数目可以是两个或更多个。孔径阵列430c可以用于与关于图6所描述的射束限制阵列420一起使用。与图9的孔径阵列430c相比，图10的孔径阵列430可以使用会聚透镜系统410提供对探测电流的改进控制。通过在不同旋转设置下启用放大率设置在放大率设置范围的子范围内的变化，实现了对探测电流的改进控制。例如，图14的曲线601d示出了通过结合图10的孔径阵列430d操作会聚透镜系统410而可以实现的探测分辨率/探测电流关系。如图所示，探测分辨率可以保持接近曲线601b的最佳探测分辨率，同时允许在探测电流范围内调节探测电流。

孔径阵列430d可以包括中心450d。孔径阵列430d可以包括中央孔径451d。中央孔径451d可以与中心450d对准，即，中央孔径451d的中心可以与中心450d重合。中心450d可以与带电粒子系统400中的轴404对准。

孔径阵列430d包括孔径432d的图案。孔径432d的图案可以包括关于图7所描述的孔径432a的不同图案的叠加，其中不同图案中的每个图案的旋转和放大率范围不同。图11a-图11c示意性地示出了关于图7所描述的三个示例性孔径阵列。然而，三个孔径阵列被设置为不同相对旋转设置。如图所示，所有设置都远离零旋转设置。作为孔径阵列的孔径图案的组成部分的三种不同孔径图案可以被称为图案阵列，图11a-图11c中的440d、441d、442d适用于特定的、固定旋转设置下的不同放大率范围。不同孔径图案440d、441d、442d是模板图案在相对于中心450d的固定旋转下在不同放大率范围内的叠加。不同孔径阵列440d、441d、442d的放大率范围是更大范围的子范围。即，子范围是不同的并且是分开的；它们是非连续的、非邻接的并且不重叠的。例如，图11a所示的图案阵列是模板图案在从7.2至8.2的放大率子范围内在-25度的旋转下的叠加440d。图11b所示的图案阵列是模板图案在从5.5至6.9的放大率子范围内在+20度的旋转下的叠加441d。图11c所示的图案阵列是模板图案在从3.3至5.5的放大率子范围内在+65度的旋转下的叠加442d。

图10的孔径阵列430d中的孔径432d的图案包括图11a-图11c的图案阵列440d、441d、442d的叠加或由这些叠加组成。一般而言，图10的孔径432d的图案包括以下各项的叠加或由其组成：i)第一图案阵列440d，其是模板图案在围绕中心450d的第一旋转下在第一放大率子范围内连续的叠加，以及ii)第二图案阵列441d 440d，其是模板图案在围绕中心450d的第二旋转下在第二放大率子范围内连续的叠加。可选地，孔径图案可以是包括另外的图案阵列442d的孔径图案的叠加，其是模板图案在围绕中心450d的另外的旋转下在另外的放大率子范围内连续的叠加。孔径阵列430d可以是与所期望的数目一样多的图案阵列的叠加，每个图案阵列是模板图案在围绕中心450d的对应旋转设置下在放大率子范围内的叠加。

优选地，第一放大率子范围、第二放大率子范围以及可选的一个或多个另外的放大率子范围是不同的。它们可以是隔开的部分；即它们不重叠。这可以减少其中限定有孔径432d的孔径阵列430d的面积表面的比例。因此，可以增加孔径432d之间的材料面积。孔径阵列430d可以更容易制造(特别是对于较大阵列)，并且显示出改进的热调节性能；离开孔径阵列430d的中心450d的热传递速率可以增加。备选地，在第一放大率子范围、第二放大率子范围和/或另外的放大率子范围之间可以存在重叠。第一放大率子范围、第二放大率子范围和/或另外的放大率子范围也可以彼此邻近，例如至少邻接，以便覆盖放大率范围的更大比例(如果不是全部放大率范围的话)。

优选地，第一旋转、第二旋转以及可选的另外的旋转在旋转上错开45度或60度。45度的旋转偏移可以利用由正方形模板图案构造的孔径阵列430a的固有旋转对称性。这样的旋转偏移因此可以确保不同旋转的模板图案重叠。因此，孔径阵列430d的单个孔径432d可以对应于不同旋转设置下射束限制阵列420的不同孔径422。在放大率范围(即，探测电流范围)内，可以针对孔径阵列所设计的旋转次数来优化分辨率。类似地，60度的旋转偏移可以利用由六边形模板图案构造的孔径阵列430a的固有旋转对称性(例如，当孔径阵列430d与六边形射束限制阵列420相结合使用时)。这可以在放大率设置范围(即，探测电流范围)内具有相同益处：每个旋转设置具有放大率设置子范围，其至少一部分被优化以用于提高分辨率。

第一旋转、第二旋转以及可选的一个或多个另外的旋转也可以旋转地偏移45度的倍数(例如，90度或135度等)或60度的倍数(例如，120度)。第一旋转、第二旋转以及可选的另外的旋转也可以旋转地偏移角度arctan(1/n)，其中n是整数。例如，旋转偏移可以是22.5度。第一旋转、第二旋转以及可选的另外的旋转(诸如对于六边形射束布置)可以旋转地偏移60度的一小部分，例如30度或15度的角度。然而，较小旋转偏移可以减小相邻孔径432d之间的距离，并且因此可以使孔径阵列430d的制造更困难和/或负面地影响从孔径阵列430d的中心450d的热传递。

附加地或备选地，不同旋转设置可以因不均匀的旋转偏移而彼此不同，例如任何选定值。

第一图案阵列441d、第二图案阵列442d和可选的另外的图案阵列443d各自可以源自关于图8所描述的模板图案。这样，第一孔径图案441d、第二孔径图案442d和可选的另外的孔径图案443d中的每个孔径图案在被并入孔径阵列430中时可以提供在样品处(例如，在射束限制阵列420下游)的探测射束的基本上最佳分辨率。一般而言，第一孔径图案441d、第二孔径图案442d和可选的另外的孔径图案443d各自可以包括满足上述数学等式I和II的一对旋转设置和放大率设置。因此，对于每个相应孔径图案，旋转设置和放大率设置对可以实现探测点的基本上最佳分辨率。

如图10所示，孔径432d的图案可以包括(作为偏心孔径432d)多个细长狭缝。细长狭缝径向延伸远离中心450d，可选地远离中央孔径451d。细长狭缝径向远离中央孔径451d定位。细长狭缝是锥形的，使得它们远离中心进一步变宽。因此，细长狭缝随着距中央孔径451d的位移而变宽。限定细长狭缝的不同孔径图案440d、441d、442d可以相对于彼此为45度角定向(例如，当孔径阵列430d与正方形射束限制孔径420一起使用时)。由于细长孔径可以在其他孔径图案中具有对应孔径，这些对应孔径可以彼此偏移45度。备选地，细长狭缝所属的不同孔径图案可以相对于彼此以60度的角度定向(例如，当孔径阵列430d适于与具有用于六边形射束布置的孔径图案的射束限制孔径一起使用时)。在不同旋转设置下来自孔径图案的对应细长狭缝也可以相对于彼此以其他角度定向，例如，以上文关于不同旋转设置(例如，第一旋转、第二旋转和另外的旋转)而描述的任何角度。孔径阵列430d的孔径图案可以具有2倍(例如，当基于平行四边形模板图案时)、4倍(例如，当基于正方形模板图案时)，或6倍(例如，当基于六边形模板图案时)的倍数的旋转对称性。

孔径阵列430d可以用作参考图4描述的带电粒子系统400中的孔径阵列430。

会聚透镜系统410可以被配置为选择性地在若干旋转设置中的一个旋转设置下操作。旋转设置的数目为两个或更多个。旋转设置的数目可以是一组预定离散旋转设置(例如，-25度、20度和65度，如参考图11a-图11c所述，或者备选地-45度、0度和+45度)。会聚透镜系统410可以选择性地以若干预设旋转来旋转带电粒子束路径406，例如对应于关于图10所描述的第一旋转、第二旋转和另外的旋转。每个旋转设置可以限定孔径阵列430d与射束限制阵列420之间的不同射束路径范围。因此，对于会聚透镜系统410的每个旋转设置，射束限制阵列420的射束限制孔径422位于孔径阵列430d下游的带电粒子束路径406上。

会聚透镜系统410可以被配置为在针对每个旋转设置的相应放大率子范围内调节带电粒子束路径406的放大率。因此，会聚透镜系统410可以在针对每个旋转设置的放大率设置子范围内操作。针对每个旋转设置的放大率设置子范围可以是关于图10所描述的针对第一旋转、第二旋转或另外的旋转的第一放大率子范围、第二放大率子范围或另外的放大率子范围的倒数。这样，会聚透镜系统410可以被配置为以特定旋转设置在对应子范围内可变地调节放大率设置。孔径阵列430d的孔径432d被配置为使得在具有放大率子范围的放大率设置和对应旋转设置下，射束限制阵列420的射束限制孔径422都位于带电粒子束路径406上。

在射束旋转设置下，孔径阵列430d的孔径432d被配置为使得射束限制阵列420的每个射束限制孔径422位于(优选地整个)相应放大率子范围的带电粒子束路径上。因此，对于整个放大率设置子范围和对应旋转设置，所有射束限制孔径422可以暴露于沿着带电粒子束路径406传播的带电粒子束402或被这样的带电粒子束402照射。

孔径阵列430d的孔径432d可以限定带电粒子束路径406，该带电粒子束路径406被配置为在至少一个、优选地全部旋转设置下在射束限制阵列下游提供基本最佳分辨率(即，探测点的基本最佳分辨率)。孔径阵列430的孔径432d可以实现满足关于图8所描述的等式I和II的至少一对旋转θ和放大率M。

优选地，孔径阵列430d的至少两个孔径432d针对上述数目的旋转设置中的多个旋转设置限定带电粒子束路径406。因此，孔径432d中的至少两个孔径(例如，中央孔径451d和至少一个偏心孔径432d)可以由不同的旋转设置共享。例如，偏心孔径432d可以在第一旋转设置下将带电粒子束路径406限定到射束限制阵列420的对应孔径422。相同偏心孔径432d可以在第二旋转设置下将带电粒子束路径406限定到射束限制阵列420的不同孔径422。因此，两个或更多个孔径432d(每孔径处于不同旋转设置下)由此可以限定从孔径阵列430d到射束限制阵列420的对应带电粒子束路径406。

优选地，上述数目的旋转设置包括(优选地仅包括)除了关于图7所描述的零旋转设置之外的旋转设置。发明人已经发现，使用会聚透镜系统410提供至少一些旋转(而不是零旋转设置)可以允许提高探测点的分辨率。旋转设置可以分布在优选旋转范围内。例如，上述数目的射束旋转设置可以包括-25度、20度和65度旋转，如图11a-图11c的示例中，并且可以不包括0度旋转。

如上所述，当使用图10的孔径阵列430d时，会聚透镜系统410可以被配置为选择性地在若干旋转设置中的一个旋转设置下操作。在与会聚透镜系统410相结合使用图7的孔径阵列430a的不同实施例中，会聚透镜可以选择性地在不同旋转设置下操作。因此，图7中的孔径阵列430a可以用于多个旋转设置，而不是固定旋转设置，诸如零旋转设置。这是因为，孔径阵列430a呈现出固有90度对称性。将孔径阵列430a旋转90度将产生与未旋转的孔径阵列430b相同的图案。因此，会聚透镜系统410可以使用图7中的孔径阵列430a在若干旋转设置中的一个旋转设置下(例如，在0度和90度旋转下，或在-45度和+45度旋转下)操作。

图10中所描绘的孔径阵列430d与图6的射束限制阵列420兼容，即，与5×5正方形阵列兼容。图10中所描绘的孔径阵列430d包括5×5正方形模板图案的叠加。本文中所描述的概念可以被扩展以产生与任何其他射束限制阵列420兼容的孔径阵列430。例如，图12示意性地示出了孔径阵列430e的一个示例，该孔径阵列430e与9×9正方形射束限制阵列420兼容，并且允许在三种不同旋转设置(例如，-25度、+20度和+65度)下使用会聚透镜系统。

图13示意性地示出了孔径阵列430f的一个示例，该孔径阵列430f与六边形阵列兼容，并且允许在三种不同旋转设置(例如，-60度、0度和+60度)下使用会聚透镜系统。孔径阵列430f的设计利用了六边形孔径阵列的固有60度对称性。将孔径阵列430f旋转60度将产生与不旋转时的孔径阵列430f相同的图案。这样，孔径阵列430f可以与在彼此偏移60度的多个旋转设置下操作的会聚透镜系统410一起使用。

还可以提供操作带电粒子系统400的方法。带电粒子系统400包括其中限定有孔径的阵列432c、432d的孔径阵列430c、430d。带电粒子系统400还包括射束限制阵列420。射束限制阵列420被布置在孔径阵列430d下游。在射束限制阵列420中限定有射束限制孔径422的阵列。会聚透镜系统410被布置在孔径阵列430c、430d与射束限制阵列420之间。该方法包括使带电粒子束402穿过孔径阵列430d的孔径432d。该方法还包括在两个或更多个不同旋转设置下操作会聚透镜系统410。每个旋转设置限定在孔径阵列430d与射束限制阵列420之间的不同带电粒子束路径406。对于每个旋转设置，该方法包括将带电粒子从孔径阵列430d引导通过射束限制阵列420的每个射束限制孔径422。每个射束限制孔径422可以完全暴露于带电粒子束路径406或由带电粒子束路径406照射。

会聚透镜系统可以被进一步操作，以在两个或更多个不同旋转设置中的每个旋转设置下在相应放大率设置子范围内改变可以应用于带电粒子束路径406的放大率设置。不同旋转设置的放大率设置子范围可以是不同的；即不重叠。对于子范围内的每个放大率设置和对于相应旋转设置，该方法可以包括将带电粒子从孔径阵列430d引导通过射束限制阵列420的每个射束限制孔径422。因此，这种引导可以包括引导带电粒子通过会聚透镜。

虽然已经结合各种实施例描述了本发明，但是本领域技术人员通过考虑本文中公开的本发明的说明书和实践，将很清楚本发明的其他实施例。本说明书和示例旨在仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和精神由所附权利要求指示。贯穿本说明书引用的检查也旨在指代测量，即，计量应用。以下条款描述了本发明的实施例。

1.一种用于沿着带电粒子多束路径生成带电粒子多束的带电粒子系统，所述带电粒子系统包括：孔径阵列，所述孔径阵列中限定有被配置为从上游带电粒子源生成所述孔径阵列下游的带电粒子路径的孔径的阵列；射束限制阵列，被布置在所述孔径阵列的下游，并且所述射束限制阵列中限定有用于成形所述带电粒子多束路径的射束限制孔径的阵列；会聚透镜系统，被布置在所述孔径阵列与所述射束限制阵列之间，其中所述会聚透镜系统被配置为选择性地在若干旋转设置中的一个旋转设置下操作，所述旋转设置的数目优选地为两个或更多个，每个旋转设置限定在所述孔径阵列与所述射束限制阵列之间的不同射束路径范围；其中所述孔径阵列的所述孔径被配置为使得在所述会聚透镜系统的每个旋转设置下，所述射束限制阵列的每个射束限制孔径位于所述孔径阵列下游的带电粒子束路径上。

2.根据条款1所述的带电粒子系统，其中从所述孔径阵列到所述射束限制阵列的所述带电粒子束路径取决于施加到所述孔径阵列与所述射束限制阵列之间的所述带电粒子束路径的放大率。

3.根据条款1或2所述的带电粒子系统，其中从所述孔径阵列到所述射束限制阵列的所述带电粒子束路径取决于施加到所述孔径阵列与所述射束限制阵列之间的所述带电粒子束路径的旋转。

4.根据前述条款中任一项所述的带电粒子系统，其中从所述孔径阵列到所述射束限制阵列的所述带电粒子束路径取决于施加到所述孔径阵列与所述射束限制阵列之间的所述带电粒子束路径的所述旋转和所述放大率，其中所述放大率和所述旋转彼此依赖。

5.根据条款4所述的带电粒子系统，其中所述放大率和所述旋转彼此依赖，以便实现所述射束限制孔径下游的所述带电粒子多束的基本上最佳分辨率。

6.根据前述条款中任一项所述的带电粒子系统，其中所述孔径阵列的所述孔径中的至少两个孔径限定从所述孔径阵列到所述射束限制阵列的针对所述数目的旋转设置中的多个旋转设置的射束路径。

7.根据前述条款中任一项所述的带电粒子系统，其中所述会聚透镜系统被配置为针对每个旋转设置在相应放大率子范围内调节所述带电粒子束路径的所述放大率。

8.根据条款7所述的带电粒子系统，其中所述孔径阵列的所述孔径被配置为使得在每个放大率子范围的每个放大率下，所述射束限制阵列的每个射束限制孔径位于在与相应的所述放大率子范围相对应的所述旋转设置下从所述孔径阵列到所述射束限制阵列的带电粒子束路径上。

9.根据前述条款中任一项所述的带电粒子系统，其中所述孔径阵列的所述孔径形成包括多个细长狭缝和可选的中央孔径的图案。

10.根据条款9所述的带电粒子系统，其中所述细长狭缝径向延伸远离所述孔径阵列的中心，可选地，其中所述中心与所述中央孔径对准。

11.根据条款9或10所述的带电粒子系统，其中所述细长狭缝是锥形的，使得所述细长狭缝从所述中心进一步变宽，可选地从所述中央孔径进一步变宽，优选地，其中所述细长狭缝随着距所述中央孔径的位移而变宽。

12.根据条款9至11中任一项所述的带电粒子系统，其中所述图案包括以下各项的叠加：在围绕所述中心的第一旋转和第一放大率处的模板图案，以及在围绕所述中心的第二旋转和第二放大率处的所述模板图案。

13.根据条款12所述的带电粒子系统，其中：所述第一放大率包括在围绕所述中心的所述第一旋转下的第一放大率子范围，并且所述第二放大率包括在围绕所述中心的所述第二旋转下的第二放大率子范围。

14.根据第13条所述的带电粒子系统，其中所述第一放大率子范围、所述第二放大率子范围以及可选地所述一个或多个另外的放大率子范围是分开的，优选地进一步分开而不是邻接。

15.根据条款12至14中任一项所述的带电粒子系统，其中所述模板图案包括正方形孔径图案或六边形孔径图案，优选地为规则图案，进一步优选地为圆形孔径图案。

16.根据条款12至15中任一项所述的带电粒子系统，其中所述第一旋转、所述第二旋转以及可选地所述另外的旋转旋转地偏移45度或60度。

17.根据条款9至16中任一项所述的带电粒子系统，其中所述图案具有2倍或4倍或6倍的倍数的旋转对称性。

18.根据前述条款中任一项所述的带电粒子系统，其中所述数目的旋转设置包括相对于彼此为45度的旋转偏移。

19.根据前述条款中任一项所述的带电粒子系统，其中所述数目的旋转设置包括相对于彼此为60度的旋转偏移。

20.根据前述条款中任一项所述的带电粒子系统，其中在所述旋转设置下，所述会聚透镜系统被配置为将所述带电粒子束路径的所述放大率调节为一组预定义放大率中的一个放大率，其中每对旋转设置和对应放大率被配置为实现所述射束限制孔径下游的基本上最佳分辨率。

21.根据前述条款中任一项所述的带电粒子系统，其中所述孔径阵列中的每个孔径具有与所述射束限制阵列中的对应孔径相同的形状。

22.根据前述条款中任一项所述的带电粒子系统，其中在所述射束限制阵列中限定有射束限制孔径的阵列，优选地为矩形或六边形的射束限制孔径的阵列，更优选地为规则阵列。

23.根据前述条款中任一项所述的带电粒子系统，其中所述会聚透镜系统包括磁性透镜，优选地至少两个磁性透镜。

24.根据前述条款中任一项所述的带电粒子系统，其中所述数目的可选择的旋转设置包括除了零旋转设置之外的旋转设置，优选地，所有旋转设置都不同于零旋转设置。

25.一种孔径阵列，所述孔径阵列包括中心和孔径图案，其中所述图案包括以下各项的叠加：在围绕所述中心的第一旋转和第一放大率处的模板图案、以及在围绕所述中心的第二旋转和第二放大率处的所述模板图案。

26.根据条款25所述的孔径阵列，其中：所述第一放大率包括在围绕所述中心的所述第一旋转下的第一放大率子范围，并且所述第二放大率包括在围绕所述中心的所述第二旋转下的第二放大率子范围。

27.根据第26条所述的孔径阵列，其中所述第一放大率子范围、所述第二放大率子范围以及可选地所述一个或多个另外的放大率子范围是分开的，优选地进一步分开而不是邻接。

28.根据条款25所述的孔径阵列，其中：所述第一放大率包括单个放大率值，并且所述第二放大率包括单个放大率值。

29.根据条款25至28中任一项所述的孔径阵列，其中所述叠加还附加地包括在围绕所述中心的一个或多个另外的旋转下以及在一个或多个另外的相应放大率处的所述模板图案。

30.根据条款25至29中任一项所述的孔径阵列，其中所述模板图案包括正方形孔径图案或六边形孔径图案，优选地为规则图案，进一步优选地为圆形孔径图案。

31.根据条款25至30中任一项所述的孔径阵列，其中每对i)所述第一旋转和所述第一放大率，ii)所述第二旋转和所述第二放大率，iii)可选地，相应的所述另外的旋转和所述另外的放大率是彼此的函数。

32.根据条款31所述的孔径阵列，其中所述函数满足数学等式M＝α-βε^2和θ＝κε，其中M对应于所述放大率，θ对应于所述旋转，α、β和κ是常数，并且ε是变量。

33.根据条款25至32中任一项所述的孔径阵列，其中所述第一旋转、所述第二旋转以及可选地至少所述另外的旋转旋转地偏移45度或60度。

34.一种孔径阵列，用于根据条款1至24中任一项所述的带电粒子系统。

35.一种带电粒子工具，包括：根据前述条款中任一项所述的带电粒子系统、或包括根据前述条款中任一项所述的孔径阵列的带电粒子系统，其中所述带电粒子系统被配置为沿着带电粒子多束路径生成带电粒子多束；以及带电粒子投射系统，被配置为沿着所述带电粒子多束路径将所述带电粒子多束引导到样品上。

36.一种操作带电粒子系统的方法，所述带电粒子系统包括：孔径阵列，所述孔径阵列中限定有孔径的阵列；射束限制阵列，被布置在所述孔径阵列的下游，并且所述射束限制阵列中限定有射束限制孔径的阵列；以及会聚透镜系统，被布置在所述孔径阵列与所述射束限制阵列之间，所述方法包括：使带电粒子束穿过所述孔径阵列的所述孔径；在两个或更多个不同旋转设置下操作所述会聚透镜系统，每个旋转设置限定在所述孔径阵列与所述射束限制阵列之间的不同射束路径；以及对于每个旋转设置，将所述带电粒子从所述孔径阵列引导通过所述射束限制阵列的所述射束限制孔径中的每个射束限制孔径。

37.根据条款36所述的方法，还包括在所述两个或更多个不同旋转设置中的每个旋转设置下在相应放大率设置子范围内的可变放大率设置下操作所述会聚透镜系统，对于所述放大率设置子范围内的放大率设置以及在相应的所述旋转设置下，将所述带电粒子从所述孔径阵列引导通过所述射束限制阵列的所述射束限制孔径中的每个射束限制孔径。

以上描述旨在说明，而非限制。因此，对于本领域技术人员显而易见的是，可以如所描述的进行修改，而不脱离以下阐述的权利要求的范围。

Claims (15)

1.一种用于沿着带电粒子多束路径生成带电粒子多束的带电粒子系统，所述带电粒子系统包括：

孔径阵列，所述孔径阵列中限定有孔径的阵列，所述孔径被配置为从上游带电粒子源生成所述孔径阵列下游的带电粒子路径；

射束限制阵列，被布置在所述孔径阵列下游，并且所述射束限制阵列中限定有用于对所述带电粒子多束路径进行成形的射束限制孔径的阵列，

会聚透镜系统，被布置在所述孔径阵列与所述射束限制阵列之间，其中所述会聚透镜系统被配置为选择性地在若干旋转设置中的一个旋转设置下操作，所述旋转设置的数目为两个或更多个，每个旋转设置限定在所述孔径阵列与所述射束限制阵列之间的不同射束路径范围；

其中所述孔径阵列的所述孔径被配置为使得：在所述会聚透镜系统的每个旋转设置下，所述射束限制阵列的每个射束限制孔径位于所述孔径阵列下游的带电粒子束路径上。

2.根据权利要求1所述的带电粒子系统，其中从所述孔径阵列到所述射束限制阵列的所述带电粒子束路径取决于施加到所述孔径阵列与所述射束限制阵列之间的所述带电粒子束路径的放大率。

3.根据权利要求1或2所述的带电粒子系统，其中从所述孔径阵列到所述射束限制阵列的所述带电粒子束路径取决于施加到所述孔径阵列与所述射束限制阵列之间的所述带电粒子束路径的旋转。

4.根据前述权利要求中任一项所述的带电粒子系统，其中从所述孔径阵列到所述射束限制阵列的所述带电粒子束路径取决于施加到所述孔径阵列与所述射束限制阵列之间的所述带电粒子束路径的所述旋转和所述放大率，其中所述放大率和所述旋转彼此依赖。

5.根据前述权利要求中任一项所述的带电粒子系统，其中所述孔径阵列的所述孔径中的至少两个孔径限定从所述孔径阵列到所述射束限制阵列的针对所述若干旋转设置中的多个旋转设置的射束路径。

6.根据前述权利要求中任一项所述的带电粒子系统，其中所述会聚透镜系统被配置为针对每个旋转设置在相应放大率子范围内调节所述带电粒子束路径的所述放大率。

7.根据前述权利要求中任一项所述的带电粒子系统，其中所述孔径阵列的所述孔径形成包括多个细长狭缝和可选的中央孔径的图案。

8.根据权利要求7所述的带电粒子系统，其中所述细长狭缝径向延伸远离所述孔径阵列的中心，可选地，其中所述中心与所述中央孔径对准。

9.根据权利要求7所述的带电粒子系统，其中所述图案包括以下各项的叠加：

在围绕所述中心的第一旋转和第一放大率处的模板图案，以及

在围绕所述中心的第二旋转和第二放大率处的所述模板图案。

10.根据权利要求9所述的带电粒子系统，其中：

所述第一放大率包括在围绕所述中心的所述第一旋转下的第一放大率子范围，并且

所述第二放大率包括在围绕所述中心的所述第二旋转下的第二放大率子范围。

11.根据权利要求9或10所述的带电粒子系统，其中所述模板图案包括正方形孔径图案或六边形孔径图案，优选地为规则图案，进一步优选地为圆形孔径图案。

12.根据前述权利要求中任一项所述的带电粒子系统，其中所述若干旋转设置包括相对于彼此为45度或相对于彼此为60度的旋转偏移。

13.根据前述权利要求中任一项所述的带电粒子系统，其中所述孔径阵列中的每个孔径具有与所述射束限制阵列中的对应孔径相同的形状。

14.根据前述权利要求中任一项所述的带电粒子系统，其中所述若干可选择的旋转设置包括除了零旋转设置之外的旋转设置，优选地，所有旋转设置都不同于零旋转设置。

15.一种操作带电粒子系统的方法，所述带电粒子系统包括：孔径阵列，所述孔径阵列中限定有孔径的阵列；射束限制阵列，被布置在所述孔径阵列下游，并且所述射束限制阵列中限定有射束限制孔径的阵列；以及会聚透镜系统，被布置在所述孔径阵列与所述射束限制阵列之间，所述方法包括：

使带电粒子束穿过所述孔径阵列的所述孔径；

在两个或更多个不同旋转设置下操作所述会聚透镜系统，每个旋转设置限定在所述孔径阵列与所述射束限制阵列之间的不同射束路径；以及

对于每个旋转设置，将所述带电粒子从所述孔径阵列引导通过所述射束限制阵列的所述射束限制孔径中的每个射束限制孔径。

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