CN116547777A - 物镜阵列组件、电子光学系统、电子光学系统阵列、聚焦方法 - Google Patents

Abstract

公开了物镜阵列组件和相关方法。在一种布置中，物镜阵列组件将子射束的多射束聚焦在样品上。平面元件限定沿着子射束路径对准的多个孔径。物镜阵列将多射束朝向样品投射。平面元件中的一个或多个平面元件的孔径补偿多射束中的离轴像差。

Description

物镜阵列组件、电子光学系统、电子光学系统阵列、聚焦方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年11月12日提交的EP申请20207178.3、于2021年3月31日提交的EP申请21166214.3和于2021年8月17日提交的EP申请21191726.5的优先权，这些申请通过引用整体并入本文中。

技术领域

本文中提供的实施例总体上涉及使用带电粒子的多个子射束的带电粒子工具。

背景技术

当制造半导体集成电路(IC)芯片时，在制造过程中，由于例如光学效应和偶然颗粒等原因，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/或测量是其制造期间和/或之后的重要过程。

带有带电粒子束的图案检查工具已经被用于检查物体，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，具有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，以便以相对较低的着陆能量着陆在样品上。电子束被聚焦为样品上的探测点。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以从样品的材料结构发射。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表面上发射。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征的图像。

普遍需要提高带电粒子工具的产量和其他特性。

发明内容

本公开的目的是提供支持提高带电粒子工具的产量或其他特性的实施例。

根据本发明的第一方面，提供了一种包括电子光学系统的电子光学装置，该电子光学系统包括：被配置为提供带电粒子束的源，从该带电粒子束中导出多射束；以及用于带电粒子工具的电子光学系统的物镜阵列组件，物镜阵列组件被配置为将子射束的多射束聚焦在样品上并且包括：平面元件，平面元件限定沿着多射束的子射束路径对准的多个孔径并且包括被配置为将多射束朝向样品投射的物镜阵列，其中平面元件中的一个或多个平面元件的孔径被配置为补偿多射束中的离轴像差，孔径的至少子集具有一系列不同孔径面积，该一系列不同孔径面积被选择以补偿多射束中的离轴像差。

根据本发明的第二方面，提供了一种将多射束带电粒子朝向样品聚焦的方法，该方法包括：提供物镜阵列组件，物镜阵列组件包括平面元件，平面元件限定沿着多射束的子射束路径对准的多个孔径并且包括被配置为将多射束朝向样品投射的物镜阵列；以及使用在平面元件中的一个或多个平面元件中限定的孔径来补偿多射束中的离轴像差，孔径的至少子集具有一系列不同孔径面积，该一系列不同孔径面积被选择以补偿多射束中的离轴像差。

附图说明

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

图1是图示了示例性带电粒子束检查装置的示意图。

图2是图示了作为图1的示例性带电粒子束检查装置的一部分的示例性多射束装置的示意图。

图3是包括宏观准直器和宏观扫描偏转器的示例性电子光学系统的示意图。

图4是用于示例性布置的着陆能量对分辨率的曲线图。

图5是包括宏观准直器和扫描偏转器阵列的示例性电子光学系统的示意图。

图6是包括准直器元件阵列和扫描偏转器阵列的示例性电子光学系统的示意图。

图7是包括图6的电子光学系统的示例性电子光学系统阵列的示意图。

图8是包括在物镜阵列组件的上游的会聚透镜阵列的示例性电子光学系统的示意图。

图9是控制透镜和物镜的放大图。

图10是与两电极物镜阵列集成的检测器模块的示意性侧视截面图。

图11是图10所描绘的类型的检测器模块的仰视图。

图12是备选检测器模块的仰视图，其中射束孔径处于六边形紧密填充阵列中。

图13描绘了用于并入图10的物镜阵列中的检测器模块的放大示意性截面图。

图14是形成具有射束整形限制器的物镜和具有上部射束限制器的控制透镜的电极部分的示意性侧视截面图。

图15是相对于图14中的平面A-A的示意性放大俯视截面图，示出了射束整形限制器中的射束限制孔径。

图16是包括平面元件的示例组件的一部分的俯视图，平面元件限定具有一系列不同孔径面积的孔径以用于补偿场曲率。

图17是包括平面元件的另一示例组件的一部分的俯视图，平面元件限定具有一系列不同孔径面积的孔径以用于补偿场曲率。

图18是包括平面元件的另一示例组件的一部分的俯视图，平面元件限定具有一系列不同椭圆率的孔径以用于补偿像散。

图19是包括平面元件的另一示例组件的一部分的俯视图，平面元件限定具有一系列不同椭圆率的孔径以用于补偿像散。

图20是另外的示例组件的一部分相对于图21所示的平面A-A的截面图，该组件包括限定孔径的平面元件，该孔径相对于标称位置移位以校正由远心误差引起的扭曲。

图21是图20的布置相对于平面B-B的截面图。

图22是示例组件的一部分的仰视图，其中射束整形限制器的射束限制孔径被设置在相对于上游平面元件中的孔径的相应中心轴线移位的位置处。

图23是图22的布置相对于平面A-A的侧视截面图。

图24是会聚透镜阵列的一部分的仰视图，其中孔径相对于标称位置移位以校正由远心误差引起的扭曲。

图25是包括伪孔径的示例平面元件的一部分的俯视图。

具体实施方式

现在将详细参考示例性实施例，其示例在附图中被示出。以下描述指的是附图，其中不同附图中的相同数字表示相同或相似的元素，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本发明相关的各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，可以实现电子器件计算能力的增强，从而降低器件的物理尺寸。这是通过提高分辨率从而能够制造更小的结构来实现的。例如，2019年或更早可用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，每个晶体管的大小不到人类头发的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，这并不奇怪。即使是一个步骤中的错误也有可能极大地影响最终产品的功能。仅仅一个“致命缺陷”就可能导致器件故障。制造工艺的目标是提高工艺的总产率。例如，为了在50步工艺中获取75％的产率(其中步骤可以指示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。如果每个单独的步骤的产率为95％，则整个工艺产率将低至7％。

虽然在IC芯片制造设施中期望高工艺产率，但保持高衬底(即，晶片)产量(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产量。如果需要操作员干预来检查缺陷，则情况尤其如此。因此，通过检测工具(诸如扫描电子显微镜(“SEM”))对微米和纳米级缺陷进行高产量检测和标识对于保持高产率和低成本至关重要。

SEM包括扫描设备和检测装置。扫描设备包括照射装置和投射装置，照射装置包括用于生成初级电子的电子源，投射装置用于用一个或多个聚焦的初级电子束扫描样品，诸如衬底。至少照射装置或照射系统和投射装置或投射系统一起可以称为电子光学系统或装置。初级电子与样品相互作用并且生成次级电子。当样品被扫描时，检测装置从样品捕获次级电子，使得SEM可以创建样品的扫描区域的图像。对于高产量检查，一些检查装置使用初级电子的多个聚焦束(即多射束)。多射束的分量射束可以称为子射束或束波。多射束可以同时扫描样品的不同部分。因此，多射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。

下面描述一种已知的多射束检查装置的实现。

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了。在附图的以下描述中，相同或相似的附图标记指代相同或相似组件或实体，并且仅描述关于个体实施例的差异。虽然描述和附图针对电子光学装置，但是应当理解，实施例未用于将本公开限于特定带电粒子。因此，在整个本文档中对电子的引用可以更普遍地被认为是对带电粒子的引用，而带电粒子不一定是电子。

现在参考图1，图1是图示了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、电子束工具40、设备前端模块(EFEM)30和控制器50。电子束工具40位于主腔10内。

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)，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)将样品输送到负载锁定腔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可以连接到负载锁定真空泵系统(未示出)，该系统去除负载锁定腔中的气体颗粒。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力的第一压力。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输送到主腔10。主腔10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中的气体颗粒，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，样品被输送到电子束工具，通过该电子束工具可以对样品进行检查。电子束工具40可以包括多射束电子光学装置。

控制器50电子连接到电子束工具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系统。虽然控制器50在图1中示出为在包括主腔10、负载锁定腔20和EFEM30的结构外部，但是应当理解，控制器50可以是该结构的一部分。控制器50可以位于带电粒子束检查装置的组成元件中的一个组成元件中，或者可以分布在至少两个组成元件之上。虽然本公开提供了容纳电子束检查工具的主腔10的示例，但应当注意，本公开的最广义的各方面不限于容纳电子束检查工具的腔。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其他装置的布置。

现在参考图2，图2是图示了示例性电子束工具40的示意图，该电子束工具40包括多射束检查工具，该多射束检查工具是图1的示例性带电粒子束检查装置100的一部分。多射束电子束工具40(本文中也称为装置40)包括电子源201、投射装置230、机动载物台209和样品保持器207。因此，电子束装置可以包括电子光学系统和样品保持器207。样品保持器207被配置为支撑样品。电子源201和投射装置230可以一起称为照射装置。样品保持器207可以由载物台209致动，载物台209可以是电子束装置40的一部分。样品保持器207由机动载物台209支撑，以便保持用于检查的样品208(例如，衬底或掩模)。多射束电子束工具40还包括电子检测装置240。

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电子作为初级电子。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。

投射装置230被配置为将初级电子束202转换为多个子射束211、212、213，并且将每个子射束引导到样品208上。尽管为了简单起见示出了三个子射束，但是可以有几十个、几百个或几千个子射束。子射束可以称为束波。

控制器50可以连接到图1的带电粒子束检查装置100的各个部件，诸如电子源201、电子检测装置240、投射装置230和机动载物台209。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来控制带电粒子束检查装置的操作，包括带电粒子多射束装置。

投射装置230可以被配置为将子射束211、212和213聚焦到样品208上以进行检查，并且可以在样品208的表面上形成三个探测点221、222和223。投射装置230可以被配置为偏转初级子射束211、212和213，以扫描样品208的表面的一部分中的各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在样品208上的探测点221、222和223上的入射，电子从样品208被生成，该电子包括次级电子和背散射电子。次级电子通常具有≤50eV的电子能量，并且背散射电子通常具有50eV与初级子射束211、212和213的着陆能量之间的电子能量。

电子检测装置240被配置为检测次级电子和/或背散射电子，并且生成对应信号，该信号被发送到控制器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。电子检测装置可以并入投射装置中或者可以与投射装置分离，其中次级光学装置列被提供以将次级电子和/或背散射电子引导到电子检测装置。

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、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的电子检测装置240，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、或其组合。图像获取器可以从电子检测装置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。图像获取器因此可以获取样品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整。存储装置可以是存储介质，诸如硬盘、闪存驱动器、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。存储装置可以与图像获取器耦合，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装置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执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。每个区域可以包括一个成像区域，该成像区域包含样品208的特征。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的相同位置的多个图像执行图像处理步骤。

控制器50可以包括测量电路系统(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。由此，重构的图像可以用于揭示样品中可以存在的任何缺陷。

控制器50可以控制机动载物台209以在样品208的检查期间移动样品208。控制器50可以使得机动载物台209至少在样品检查期间能够在某一方向上移动样品208，优选地连续地，例如以恒定速度。控制器50可以控制机动载物台209的移动，使得其能够根据各种参数改变样品208的移动速度。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)。

本公开的实施例提供了一种物镜阵列组件。物镜阵列组件可以被配置为将子射束的多射束聚焦在样品上。物镜阵列组件可以被并入带电粒子工具(诸如带电粒子评估工具)的电子光学系统中。

图3是具有物镜阵列组件的示例性电子光学系统的示意图。电子光学系统可以以参考图2示出和描述的电子光学装置为特征。因此，除非另有说明，否则可以存在图2的设备中存在的相同特征，诸如源201、样品保持器207和载物台208。物镜阵列组件包括平面元件，该平面元件限定沿着多射束的子射束路径对准的多个孔径。物镜阵列组件包括物镜阵列241。物镜阵列组件的平面元件包括物镜阵列241。物镜阵列241可以包括多个平面元件。物镜阵列241的平面元件可以被配置为用作电极。平面元件例如可以是金属的和/或被配置为连接到相应电势源。物镜阵列241的平面元件可以称为电极或板电极阵列。沿着每个子射束路径对准的多个孔径可以在物镜阵列241的不同的相应平面元件(电极)中限定。因此，在物镜阵列241的一个平面元件中限定的孔径的位置对应于物镜阵列241的一个或多个其他平面元件中的对应孔径的位置。沿着子射束路径对准的每组孔径限定物镜中的一个物镜，并且在使用中对多射束中的同一子射束进行操作。每个物镜将多射束的相应子束投射到样品208上。物镜阵列241包括多个物镜。

为了便于说明，透镜阵列在本文中通过椭圆形阵列示意性地描绘。每个椭圆形表示透镜阵列中的一个透镜。根据惯例，椭圆形状用于表示透镜，类似于光学透镜中经常采用的双凸形状。然而，在诸如本文中讨论的带电粒子布置的情况下，应当理解，透镜阵列通常以静电方式操作，并且因此可能不需要采用双凸形状的任何物理元件。如上所述，透镜阵列可以改为包括限定孔径的多个平面元件。

在一些实施例中，物镜阵列组件的平面元件还包括控制透镜阵列250。控制透镜阵列250包括多个控制透镜。每个控制透镜包括被配置为充当电极的至少两个平面元件(例如，被配置为充当电极的两个或三个平面元件)。控制透镜阵列250的平面元件可以连接到相应电势源。控制透镜阵列250的平面元件可以称为电极。控制透镜阵列250可以包括连接到相应电势源的两个或更多个(例如，三个)板电极阵列。每个板电极阵列通过隔离元件(诸如间隔件，可以包括陶瓷或玻璃)机械连接到相邻板电极阵列并且与相邻板电极阵列电分离。控制透镜阵列250与物镜阵列241相关联(例如，两个阵列被定位为彼此靠近和/或彼此机械连接和/或作为一个单元一起被控制)。控制透镜阵列250被定位在物镜阵列241的上游。控制透镜预聚焦子束(例如，在子射束到达物镜阵列241之前对子射束施加聚焦作用)。预聚焦可以减少子射束的发散或增加子射束的会聚速率。在一个实施例中，包括物镜阵列组件的电子光学系统被配置为控制物镜阵列组件(例如，通过控制施加到控制透镜阵列250的电极的电势)，使得控制透镜的焦距大于控制透镜列250与物镜阵列241之间的间隔。因此，控制透镜阵列250和物镜阵列241可以相对靠近地定位在一起，其中来自控制透镜阵列250的聚焦作用太弱而不能在控制透镜阵列250与物镜阵列241之间形成中间焦点。控制透镜阵列和物镜阵列一起操作以形成到同一表面的组合焦距。没有中间焦点的组合操作可以降低像差的风险。在其他实施例中，物镜阵列组件可以被配置为在控制透镜阵列250与物镜阵列241之间形成中间焦点。

可以提供电源以将相应电势施加到控制透镜阵列250的控制透镜的电极和物镜阵列241的物镜的电极。

除了物镜阵列241之外，控制透镜阵列250的提供为控制子射束的特性提供了附加自由度。即使当控制透镜阵列250和物镜阵列241设置得相对靠近时，也提供附加自由度，例如，使得在控制透镜阵列250与物镜阵列241之间不形成中间焦点。鉴于控制透镜阵列250的附加电极提供用于控制子射束的电子光学参数的另外的自由度(例如，控制透镜阵列250的附加电极的添加可以提供额外的自由度)，控制透镜阵列250可以被认为是提供附加于物镜阵列241的电极242、243的电极，例如作为物镜阵列组件(或物镜布置)的一部分。在一个实施例中，控制透镜阵列250可以被认为是实现物镜阵列241的相应物镜的附加功能的物镜阵列241的附加电极。在一种布置中，这样的电极可以被认为是向物镜阵列241的物镜提供附加功能的物镜阵列的一部分。在这样一种布置中，控制透镜被认为是对应物镜的一部分，甚至在控制透镜仅被称为是物镜的一部分的程度上也是如此。

在一种布置中，控制透镜阵列250可以用于相对于射束的缩小率而优化射束的开口角和/或控制输送到物镜阵列241的射束能量。控制透镜阵列250可以包括2个或3个或更多个电极。如果有两个电极，则缩小率和着陆能量被一起控制。如果有三个或更多个电极，则缩小率和着陆能量可以被独立地控制。控制透镜因此可以被配置为调整相应子束的样品上的缩小率和/或射束开口角和/或着陆能量(例如，使用电源将适当的相应电势施加到控制透镜和物镜的电极)。这种优化可以被实现，而不会对物镜的数目产生过度的负面影响，并且不会过度劣化物镜的像差(例如，不会降低物镜的强度)。控制透镜阵列的使用使得物镜阵列能够在其最佳电场强度处操作。注意，对缩小率和开口角的引用旨在指代同一参数的变化。在理想布置中，缩小率的范围和对应开口角的乘积是恒定的。然而，开口角可能会受到孔径使用的影响。

在一个实施例中，着陆能量可以被控制为预定范围内的期望值，例如从1000eV到5000eV。图4是将分辨率描绘为着陆能量的函数的曲线图，假定射束开口角/缩小率被重新优化以用于改变着陆能量。可以看出，随着着陆能量向下变化到最小值LE_min，工具的分辨率可以保持基本恒定。分辨率在LE_min以下劣化，因为有必要降低物镜的透镜强度和物镜内的电场，以便保持物镜和/或检测器与样品之间的最小间距。

期望地，着陆能量主要通过控制离开控制透镜的电子的能量来改变。物镜内的电势差优选地在该变化期间保持恒定，使得物镜内的电场保持尽可能高。此外，施加到控制透镜的电势可以用于优化射束开口角和缩小率。鉴于着陆能量的变化，控制透镜可以起到改变缩小率的作用。期望地，每个控制透镜包括三个电极，以便提供两个独立的控制变量。例如，电极之一可以用于控制放大率，而不同的电极可以用于独立地控制着陆能量。备选地，每个控制透镜可以仅具有两个电极。当只有两个电极时，电极之一可能需要控制放大率和着陆能量。

在图3的实施例中，电子光学系统包括源201。源201提供一束带电粒子(例如，电子)。聚焦在样品208上的多射束是从由源201提供的射束中导出的。子射束可以从射束中导出，例如，使用限定射束限制孔径阵列的射束限制器。源201期望地是在亮度与总发射电流之间具有良好折衷的高亮度热场发射器。在所示的示例中，准直器被设置在物镜阵列组件的上游。准直器可以包括宏观准直器270。在射束被拆分成多射束之前，宏观准直器270作用于来自源201的射束。宏观准直器270将射束的相应部分弯曲有效的量，以确保从射束中导出的每个子射束的射束轴基本上垂直入射到样品208上(即，与样品208的标称表面基本上成90°)。宏观准直器270对射束施加宏观准直。因此，宏观准直器270可以作用在所有射束上，而不是包括准直器元件的阵列，每个准直器元件被配置为作用在射束的不同个体部分上(例如，如以下参考图6所述)。宏观准直器270可以包括磁性透镜或磁性透镜布置，该磁性透镜或磁性透镜布置包括多个磁性透镜子单元(例如，形成多极布置的多个电磁体)。备选地或附加地，宏观准直器可以至少部分地以静电方式来实现。宏观准直器可以包括静电透镜或静电透镜布置，该静电透镜或静电透镜布置包括多个静电透镜子单元。宏观准直器270可以使用磁性透镜和静电透镜的组合。

在图3的实施例中，提供了宏扫描偏转器265，以使子射束在样品208之上被扫描。宏观扫描偏转器265偏转射束的相应部分，以使子射束在样品208之上被扫描。在一个实施例中，宏观扫描偏转器256包括宏观多极偏转器，例如具有八个极或更多个极。偏转使得从射束中导出的子射束在一个方向上(例如，平行于单个轴，诸如X轴)或在两个方向上(例如，相对于两个非平行轴，诸如X轴和Y轴)在样品208上被扫描。宏观扫描偏转器265宏观地作用在所有射束上，而不是包括元件的阵列，每个元件被配置为作用在射束的不同个体部分上。在所示的实施例中，宏观扫描偏转器265被设置在宏观准直器270与控制透镜阵列250之间。

本文中描述的任何物镜阵列组件都还可以包括检测器(例如，包括检测器模块402)。检测器检测从样品208发射的带电粒子。检测到的带电粒子可以包括由SEM检测到的任何带电粒子，包括从样品208发射的次级和/或背散射电子。检测器的至少一部分可以与物镜阵列241相邻和/或集成。检测器可以提供物镜阵列组件的面向样品的表面。下面参考图10-图15描述检测器的示例性构造。检测器和物镜可以是同一结构的一部分。检测器可以通过隔离元件连接到透镜，或者直接连接到物镜的电极。

图5描绘了图3的实施例的变型。电子光学系统可以具有与参考图5示出和描述的特征相同的特征，除非另有说明。因此，电子光学系统40可以以参考图2示出和描述的类型的电子光学装置为特征。因此，除非另有说明，否则可以存在图2的装置中存在的相同特征，诸如源201、样品保持器207和载物台208。其中物镜阵列组件包括扫描偏转器阵列260。扫描偏转器阵列260包括多个扫描偏转器。扫描偏转器阵列260可以使用MEMS制造技术来形成。每个扫描偏转器在样品208之上扫描相应子射束。扫描偏转器阵列260因此可以包括用于每个子射束的扫描偏转器。每个扫描偏转器可以在一个方向上(例如，平行于单个轴，诸如X轴)或在两个方向上(例如，相对于两个非平行轴，诸如X轴和Y轴)偏转子束。偏转使得子射束在一个或两个方向(即，一维或二维)上在样品208上被扫描。在一个实施例中，EP2425444中描述的扫描偏转器可以用于实现扫描偏转器阵列260，该文献通过引用整体并入本文，具体涉及扫描偏转器。扫描偏转器阵列260被定位在物镜阵列241与控制透镜阵列250之间。在所示的实施例中，提供扫描偏转器阵列260来代替宏观扫描偏转器265。扫描偏转器阵列260(例如，使用如上所述的MEMS制造技术形成)可以比宏观扫描偏转器265在空间上更紧凑。

在其他实施例中，提供了宏观扫描偏转器265和扫描偏转器阵列260两者。在这样的布置中，子射束在样品表面之上的扫描可以通过将宏观扫描偏转器265和扫描偏转器阵列260一起控制、优选地同步控制来实现。

提供扫描偏转器阵列260而不是宏观扫描偏转器265可以减少控制透镜的像差。这可以是因为，宏观扫描偏转器265的扫描动作导致射束在射束整形限制器(其也可以称为下部射束限制器)之上的对应移动，这增加了对来自控制透镜的像差的贡献，该射束整形限制器在控制透镜的至少一个电极的下游限定射束限制孔径阵列。当改为使用扫描偏转器阵列260时，射束在射束整形限制器之上移动小得多的量。这是因为，从扫描偏转器阵列260到射束整形限制器的距离要短得多。因此，优选的是，将扫描偏转器阵列260尽可能靠近物镜阵列241定位(例如，使得扫描偏转器阵列260与物镜阵列241直接相邻和/或与控制透镜阵列250相比更靠近物镜阵列240)，如图5所示。射束整形限制器之上的较小移动导致每个控制透镜的较小部分被使用。因此，控制透镜具有较小的像差贡献。为了最小化或至少减少由控制透镜引起的像差，射束整形限制器用于对控制透镜的至少一个电极的下游的射束进行整形。这在结构上不同于常规系统，在常规系统中，射束整形限制器仅作为孔径阵列提供，孔径阵列是射束路径中的第一操纵器阵列的一部分或与其相关联，并且通常从来自源的单个射束生成多射束。

在一些实施例中，如图3和图5所示，控制透镜阵列250是在源201的下游的射束路径中的第一偏转或透镜电子光学阵列元件。

图6描绘了在图5中示出并且参考图5描述的电子光学系统的实施例的变型(其可以以图2中示出并且参考图2描述的电子光学装置为特征)，其中提供了准直器元件阵列271而不是宏观准直器270。尽管未示出，但也可以将该变型应用于图3的实施例，以提供具有宏观扫描偏转器和准直器元件阵列的实施例。每个准直器元件对相应子射束进行准直。准直器元件阵列271(例如，使用MEMS制造技术形成)可以比宏观准直器270在空间上更紧凑。因此，将准直器元件阵列271和扫描偏转器阵列260一起提供可以提供空间节省。在电子光学系统阵列500中提供包括物镜阵列组件的多个电子光学系统的情况下，这种空间节省是期望的，如下面参考图7所讨论的。在这样一个实施例中，可以不存在微距会聚透镜或会聚透镜阵列。在这种情况下，控制透镜提供了优化射束开口角和放大率以改变着陆能量的可能性。注意，射束整形限制器在控制透镜阵列的下游。射束整形限制器中的孔径沿着射束路径调整射束电流，使得由控制透镜对放大率的控制在开口角上不同地操作。也就是说，射束整形限制器中的孔径打破了放大率与开口角的变化之间的直接对应关系。

在一些实施例中，如图6所示，准直器元件阵列271是在源201的下游的射束路径中的第一偏转或聚焦电子光学阵列元件。

避免在控制透镜阵列250(例如，在图3和图5中)的上游或在准直器元件阵列271(例如，图6中)的上游的任何偏转或透镜电子光学阵列元件(例如，透镜阵列或偏转器阵列)降低了对物镜的上游的电子光学器件的需要和对用于校正这样的电子光学器件中的缺陷(即，由这样的光学器件在子射束中生成的像差)的校正器的需要。例如，一些备选布置寻求通过提供除了物镜阵列之外的会聚透镜阵列来最大化源电流利用率(诸如下面参考图8所讨论的)。以这种方式提供会聚透镜阵列和物镜阵列导致对源开口角之上的虚拟源位置均匀性的位置的严格要求，或者每个子射束需要校正光学器件，以便确保每个子射束穿过下游的其对应物镜的中心。诸如图3、图5和图6的架构允许将从第一偏转或透镜电子光学阵列元件到下游射束整形限制器的射束路径减小到小于约10mm，优选地减小到小于约5mm，优选地小于约2mm。减小射束路径减少或消除了对源开口角之上的虚拟源位置的严格要求。如参考图3、图5和图6示出和描述的这样的架构的电子光学装置列40可以包括诸如上部射束限制器252、准直器元件阵列271、控制透镜阵列250、扫描偏转器阵列260、物镜阵列241、射束整形限制器242和检测器阵列240等组件；存在的这些元件中的一个或多个元件可以使用诸如陶瓷或玻璃间隔件等隔离元件连接到一个或多个相邻元件。

在一个实施例中，如图7所示，提供了电子光学系统阵列500。阵列500可以包括本文中描述的任何电子光学系统中的多个电子光学系统。阵列500可以包括电子光学装置中的电子光学系统。每个电子光学系统将相应多射束同时聚焦到同一样品的不同区域上。每个电子光学系统可以由来自不同的相应源201的带电粒子束形成子射束。每个相应源201可以是多个源201中的一个源。多个源201的至少子集可以被提供为源阵列。源阵列可以包括设置在公共衬底上的多个源201。多个多射束同时聚焦到同一样品的不同区域上允许同时处理(例如，评估)样品208的增大的区域。阵列500中的电子光学系统可以彼此相邻地布置，以便将相应多射束投射到样品208的相邻区域上。在阵列500中可以使用任何数目的电子光学系统。优选地，电子光学系统的数目在从9到200的范围内。在一个实施例中，电子光学系统被布置成矩形阵列或六边形阵列。在其他实施例中，电子光学系统以不规则阵列或以具有除矩形或六边形以外的几何形状的规则阵列来提供。当涉及单个电子光学系统时，阵列500中的每个电子光学系统可以以本文中描述的任何方式来配置，例如如上所述，特别是关于参考图6示出和描述的实施例。这样的布置的细节在于2020年7月6日提交的EPA20184161.6中进行了描述，关于物镜如何被并入并且适用于多装置列布置的内容通过引用并入本文。在图7的示例中，阵列500包括上面参考图6描述的类型的多个电子光学系统。因此，在该示例中的每个电子光学系统包括扫描偏转器阵列260和准直器元件阵列271两者。如上所述，扫描偏转器阵列260和准直器元件阵列271由于其空间紧凑性而特别适合于并入电子光学系统阵列500，这有助于将电子光学系统定位为彼此靠近。图6所示的布置可以比图3和图5所示的布置更优选，因为与图6所示的布置不同，优选实现可以使用磁性透镜作为准直器270。将磁性透镜并入用于阵列(多装置列布置)的电子光学系统可能具有挑战性。

图8描绘了图3、图5和图6的电子光学系统的实施例的变型，其中会聚透镜阵列231被设置在源201与物镜阵列组件之间。在图8中示出并且参考图8描述的电子光学系统，其特征可以是在图2中示出并且参考图2描述的电子光学装置的电子光学系统40。会聚透镜阵列因此在物镜阵列组件的上游。这样的布置在EPA 20158804.3中进行了描述，至少关于图4所示的架构通过引用并入本文。该布置也可以被并入多装置列阵列中，例如于2020年11月11日提交的EPA 20206987.8，诸如上面参考图7所讨论的。会聚透镜阵列231包括多个会聚透镜。可以有几十个、几百个或几千个会聚透镜。会聚透镜可以包括多电极透镜，并且具有基于EP1602121A1的构造，该文献通过引用并入本文，特别是用于将电子束拆分成多个子射束的透镜阵列的公开内容，其中该阵列为每个子射束提供透镜。会聚透镜阵列231可以被配置为生成多射束。会聚透镜阵列可以采用充当电极的至少两个平面元件(其可以称为板)的形式，其中每个板中的孔径彼此对准并且对应于子射束的位置。至少两个平面元件在操作期间保持在不同电势处，以实现期望的透镜效应。会聚透镜阵列231的平面元件可以称为板阵列。

在一种布置中，会聚透镜阵列由三个板阵列形成，其中带电粒子在进入和离开每个透镜时具有相同能量，这种布置可以称为Einzel透镜。因此，色散仅发生在Einzel透镜本身内(透镜的入射电极与出射电极之间)，从而限制离轴色差。当会聚透镜的厚度较低(例如，几毫米)时，这样的像差的影响很小或可以忽略不计。

会聚透镜阵列231可以具有两个或更多个板电极，每个板电极具有对准的孔径阵列。每个板电极阵列通过隔离元件(诸如间隔件，可以包括陶瓷或玻璃)机械连接到相邻板电极阵列并且与相邻板电极阵列电隔离。会聚透镜阵列可以通过隔离元件(诸如本文中其他地方所述的间隔件)连接到相邻电子光学元件(优选地是静电电子光学元件)和/或与其间隔开。

会聚透镜与包含物镜的模块(诸如本文中其他地方讨论的物镜阵列组件)分离。在施加在会聚透镜的底表面上的电势不同于施加在包含物镜的模块的顶表面上的电势的情况下，使用隔离垫片来将会聚透镜和包含物镜的模块隔开。在电势基本上相等的情况下，可以使用导电元件将会聚透镜和包含物镜的模块隔开。在一种布置中，扫描偏转器阵列260可以介于会聚透镜与物镜之间。

阵列中的每个会聚透镜将电子引导到相应子射束211、212、213中，该子射束被聚焦在相应中间焦点处。每个会聚透镜在会聚透镜阵列231与物镜阵列组件中的相应物镜之间形成相应的中间焦点。会聚透镜阵列231优选地被配置为使得子射束路径在会聚透镜阵列231与中间焦点的平面之间相对于彼此发散。在所示的实施例中，偏转器235被设置在中间焦点处(即，在中间焦点的平面中)。偏转器235被配置为将相应束波211、212、213弯曲有效的量，以确保主射线(也可以称为射束轴)基本上垂直入射到样品208上(即，与样品的标称表面基本上成90°)。偏转器235也可以称为准直器。偏转器235实际上使束波的路径准直，使得在偏转器之前，束波路径相对于彼此是发散的。在偏转器的下游，束波路径基本上彼此平行，即，基本上准直。合适的准直器是在于2020年2月7日提交的EP申请20156253.5中公开的偏转器，该申请通过引用关于将偏转器应用于多射束阵列的内容并入本文。

图9是物镜阵列241的一个物镜300和控制透镜阵列250的一个控制透镜600的放大示意图。物镜300可以被配置为将电子束缩小大于10的倍数，期望地在50到100或更大的范围内。物镜300包括中间或第一电极301、下部或第二电极302和上部或第三电极303。电压源V1、V2、V3被配置为分别向第一电极、第二电极和第三电极施加电势。另外的电压源V4连接到样品以施加第四电势，该第四电势可以是地。电势可以相对于样品208来定义。第一电极、第二电极和第三电极各自被设置有孔径，相应子射束传播通过该孔径。第二电势可以类似于样品的电势，例如，在比样品更正的从50V到200V的范围内。备选地，第二电势可以在比样品更正的从大约+500V到大约+1500V的范围内。如果检测器在光学装置列中比最低电极高，则较高的电势是有用的。第一电势和/或第二电势可以根据孔径或孔径组而变化，以实现聚焦校正。

期望地，在一个实施例中，省略了第三电极。只有两个电极的物镜的像差可以比具有更多电极的物镜低。三电极物镜可以在电极之间具有更大的电势差，并且从而能够实现更强的透镜。附加电极(即，两个以上的电极)提供了用于控制电子轨迹的附加自由度，例如，以聚焦次级电子以及入射射束。

如上所述，期望使用控制透镜来确定着陆能量。然而，可以另外使用物镜300来控制着陆能量。在这种情况下，当不同的着陆能量被选择时，物镜之上的电势差被改变。期望通过改变物镜之上的电势差来部分地改变着陆能量的情况的一个示例是防止子射束的焦点过于靠近物镜。在这种情况下，存在物镜电极必须太薄而无法制造的风险。对于在该位置处的检测器也可以是这样。这种情况例如可以在着陆能量降低的情况下发生。这是因为，物镜的焦距大致与所使用的着陆能量成比例。通过降低物镜之上的电势差，并且从而降低物镜内部的电场，物镜的焦距再次变大，导致焦点位置进一步低于物镜。注意，仅使用物镜会限制对放大率的控制。这样的布置不能控制缩小率和/或开口角。此外，使用物镜来控制着陆能量可以意味着物镜将远离其最佳场强而操作。也就是说，除非物镜的机械参数(诸如其电极之间的间距)可以被调整，例如通过更换物镜。

在所描绘的布置中，控制透镜600包括连接到电势源V5至V7的三个电极601-603。电极601-603可以间隔几毫米(例如，3mm)。控制透镜与物镜之间的间距(即，物镜的下部电极602与上部电极之间的间隙)可以从宽范围中选择，例如，从2mm到200mm或更大。较小的间距使对准更容易，而较大的间距允许使用较弱的透镜，从而降低像差。期望地，控制透镜600的最上部电极603的电势V5保持与控制透镜的上游的下一电子光学元件(例如，偏转器235)的电势相同。施加到下部电极602的电势V7可以改变以确定射束能量。施加到中间电极601的电势V6可以改变以确定控制透镜600的透镜强度，并且因此控制射束的开口角和缩小率。期望地，控制透镜的下部电极602和物镜的最上部电极具有基本上相同的电势。样品和物镜的最下部电极通常具有与控制透镜的最下部电极非常不同的电势。电子可以例如在物镜中从30kV减速到2.5kV。在一种设计中，物镜V3的上部电极被省略。在这种情况下，期望控制透镜的下部电极602和物镜的电极301具有基本上相同的电势。应当注意，即使着陆能量不需要被改变，或者通过其他方式被改变，也可以使用控制透镜来控制射束开口角。子射束的焦点位置由相应控制透镜和相应物镜的动作的组合来确定。

在一个示例中，为了获取1.5kV至2.5kV范围内的着陆能量，电势V5、V6和V7可以如下面的表1所示来设置。该表中的电势被给出为以keV为单位的射束能量的值，其等于相对于射束源201的阴极的电极电势。可以理解，在设计电子光学系统时，对于系统中的哪一点被设置为地电势具有相当大的设计自由度，并且系统的操作由电势差而不是绝对电势决定。

可以看出，V1、V3和V7处的射束能量是相同的。在实施例中，这些点处的射束能量可以在10keV至50keV之间。如果选择较低的电势，则可以减小电极间距，特别是在物镜中，以限制电场的减小。

当控制透镜(而不是例如图8的实施例的会聚透镜)用于电子束的开口角/放大率校正时，准直器保持在中间焦点处，因此不需要对准直器进行像散校正。(应当注意，在这样的布置中，放大率的调整导致开口角的类似调整，因为射束电流沿着射束路径保持一致)。此外，着陆能量可以在很宽的能量范围内变化，同时保持物镜中的最佳场强。这使得物镜的像差最小化。会聚透镜(如果使用)的强度也保持不变，避免了由于准直器不在中间焦平面处或电子通过会聚透镜的路径的变化而引入任何附加像差。此外，当使用诸如图3、图5和图6所示的以射束整形限制器为特征的一个实施例的控制透镜(其不具有会聚透镜)时，可以另外控制开口角/放大率以及着陆能量。

在一些实施例中，带电粒子工具还包括减少子射束中的一个或多个像差的一个或多个像差校正器。在一个实施例中，像差校正器的至少子集中的每个子集在图8所示类型的实施例中被定位在中间焦点中的相应的一个中间焦点中或与该相应的一个中间焦点直接相邻(例如，在中间图像平面中或与该中间图像平面相邻)。子射束在诸如中间平面(中间焦点的平面)等焦平面中或附近具有最小的横截面积。这为像差校正器提供了比其他地方(即，中间平面的上游或下游可用的空间(或者比在不具有中间平面的备选布置中可用的空间))更多的空间。

在一个实施例中，被定位在中间焦点(或中间平面)中或与该中间焦点(或中间平面)直接相邻的像差校正器包括偏转器以校正对于不同射束似乎处于不同位置的源201。校正器可以用于校正源产生的宏观像差，该宏观像差妨碍每个子射束与对应物镜之间的良好对准。

像差校正器可以校正妨碍适当装置列对准的像差。这样的像差也可能导致子射束与校正器之间的未对准。出于这个原因，可以期望附加地或备选地将像差校正器定位在会聚透镜阵列231的会聚透镜处或附近(例如，每个这样的像差校正器与会聚透镜中的一个或多个会聚透镜集成或直接相邻)。这是期望的，因为在会聚透镜处或附近，由于会聚透镜垂直靠近或与射束孔径重合，像差还不会导致对应子射束的偏移。然而，将校正器定位在会聚透镜处或附近的挑战在于，相对于更下游(或下游)的位置，每个子射束在该位置处具有相对较大的截面积和相对较小的节距。会聚透镜和校正器可以是同一结构的一部分。例如，它们可以彼此连接，例如使用电隔离元件连接。

在一些实施例中，像差校正器的至少子集中的每个子集与物镜阵列组件中的物镜或控制透镜中一者或多者集成或直接相邻。在一个实施例中，这些像差校正器减少了以下中的一项或多项：场曲率；聚焦误差；以及像散。物镜和/或控制透镜和校正器可以是同一结构的一部分。例如，它们可以彼此连接，例如使用电隔离元件连接。

像差校正器可以是如EP2702595A1中公开的基于CMOS的个体可编程偏转器，或者是如EP2715768A2中公开的多极偏转器阵列，这两个文献中对束波操纵器的描述通过引用并入本文。

在一些实施例中，物镜阵列组件的检测器包括在物镜阵列241的至少一个电极的下游的检测器模块。在一个实施例中，检测器的至少一部分(例如，检测器模块)与物镜阵列241相邻和/或集成。例如，检测器模块可以通过将CMOS芯片检测器集成到物镜阵列241的底部电极中来实现。将检测器模块集成到物镜阵列组件中代替了第二装置列。CMOS芯片优选地定向为面向样品(因为样品与电子光学系统底部之间的距离很小(例如，100μm))，并且从而提供组件的面向样品的表面。在一个实施例中，在CMOS器件的顶部金属层中形成有用于捕获次级电子信号的电极。该电极可以形成在其他层中。CMOS的电源和控制信号可以通过硅通孔连接到CMOS。为了坚固，优选的是，底部电极由以下两个元件组成：CMOS芯片和带孔的无源硅板。该板屏蔽高电场对CMOS的影响。

为了最大化检测效率，期望使电极表面尽可能大，使得物镜阵列241的基本上所有区域(孔径除外)都被电极占据，并且每个电极的直径基本上等于阵列节距。在一个实施例中，电极的外形是圆形，但可以将其制成正方形以最大化检测面积。此外，可以使衬底通孔的直径最小化。电子束的典型尺寸在5微米至15微米的数量级。

在一个实施例中，单个电极围绕每个孔径。在另一实施例中，多个电极元件被设置在每个孔径的周围。由围绕一个孔径的电极元件捕获的电子可以被组合成单个信号或者用于生成独立的信号。电极元件可以径向地(即，以形成多个同心环)、成角度地(即，以形成多个扇形片)、径向地和成角度地、或者以任何其他方便的方式划分。

然而，较大的电极表面会导致较大的寄生电容，因此带宽较低。出于这个原因，可能期望限制电极的外径。特别是在较大的电极仅给出稍大的检测效率但电容显著较大的情况下。圆形(环形)电极可以在收集效率与寄生电容之间提供良好的折衷。

电极的较大外径也可能导致较大的串扰(对相邻孔的信号的敏感性)。这也可以是使电极外径更小的原因。特别是在较大的电极仅给出稍大的检测效率但串扰显著较大的情况下。

由电极收集的背散射和/或次级电子电流可以通过跨阻抗放大器被放大。

集成到物镜阵列中的检测器的示例性实施例如图10所示。图10以示意性横截面示出了物镜阵列的一部分401。在该实施例中，检测器包括检测器模块402，检测器模块402包括多个检测器元件405(例如，传感器元件，诸如捕获电极)。在该实施例中，检测器模块402被设置在物镜阵列的输出侧。输出侧是面向样品208的一侧。图11是检测器模块402的仰视图，检测器模块402包括衬底404，衬底404上设置有多个捕获电极405，每个捕获电极405围绕射束孔径406。射束孔径406可以通过蚀刻穿过衬底404而形成。在图11所示的布置中，射束孔径406被示出为矩形阵列。射束孔径406也可以不同地布置，例如，如图12所示的六边形紧密填充阵列。

图13以更大的比例描绘了检测器模块402的一部分的横截面。捕获电极405形成检测器模块402的最底部、即，最靠近样品的表面。在捕获电极405与硅衬底404的主体之间，提供有逻辑层407。逻辑层407可以包括放大器，例如，跨阻抗放大器、模数转换器和读出逻辑。在一个实施例中，每个捕获电极405有一个放大器和一个模数转换器。逻辑层407和捕获电极405可以使用CMOS工艺制造，其中捕获电极405形成最终的金属化层。

布线层408被设置在衬底404的背面或内部，并且通过硅通孔409连接到逻辑层407。硅通孔409的数目不需要与射束孔径406的数目相同。特别地，如果电极信号在逻辑层407中被数字化，则可以只需要少量的硅通孔来提供数据总线。布线层408可以包括控制线、数据线和电源线。将注意到，尽管有射束孔径406，但仍有足够的空间用于所有必要的连接。检测器模块402也可以使用双极或其他制造技术来制造。印刷电路板和/或其他半导体芯片可以被设置在检测器模块402的背面上。

检测器模块402也可以集成到其他电极阵列中，而不仅仅是物镜阵列的最低电极阵列。集成到物镜中的检测器模块的另外的细节和备选布置可以在EP申请号.20184160.8中找到，该文献通过引用至少关于检测器模块和这样的模块在物镜中的集成的部分并入本文。

在一些实施例中，如图14和图15所示，物镜阵列组件的平面元件还包括射束整形限制器242。射束整形限制器242限定射束限制孔径124的阵列。射束整形限制器242可以称为下部射束限制器、下部射束限制孔径阵列或最终射束限制孔径阵列。射束整形限制器242可以包括具有多个孔径的板(可以是板状体)形式的平面元件。射束整形限制器242在控制透镜阵列250的至少一个平面元件(电极)的下游，可选地在所有平面元件的下游。在一些实施例中，射束整形限制器242在物镜阵列241的至少一个平面元件(电极)的下游，可选地在所有平面元件的下游。射束整形限制器242的板可以通过隔离元件(诸如间隔件，其可以包括陶瓷或玻璃)连接到物镜的相邻板电极阵列。

在一种布置中，射束整形限制器242在结构上与物镜阵列241的电极302集成。也就是说，射束整形限制器242的板直接连接到物镜阵列241的相邻板电极阵列。期望地，射束整形限制器242被定位在低静电场强度的区域中。每个射束限制孔径124与物镜阵列241中的对应物镜对准。对准使得来自对应物镜的子射束的一部分可以穿过射束限制孔径124并撞击到样品208上。每个射束限制孔径124具有射束限制效果，从而仅允许入射到射束整形限制器242上的子射束的所选择的部分穿过射束限制孔径124。所选择的部分可以使得穿过物镜阵列中的相应孔径的中心部分的相应子射束的仅一部分到达样品。中心部分可以具有圆形横截面和/或以子射束的射束轴线为中心。

在一些实施例中，电子光学系统还包括上部射束限制器252。物镜阵列组件的平面元件可以包括上部射束限制器252。上部射束限制器252限定射束限制孔径阵列。上部射束限制器252可以称为上部射束限制孔径阵列或上游射束限制孔径阵列。上部射束限制器252可以包括具有多个孔径的板(可以是板状体)形式的平面元件。上部射束限制器252形成来自由源201发射的带电粒子束的子射束。除了那些有助于形成子射束的部分之外，射束的部分可以被上部射束限制器252阻挡(例如，吸收)，以便不干扰下游的子射束。上部射束限制器252可以被称为子射束限定孔径阵列。

在不包括会聚透镜阵列的实施例中，如图3、图5和图6所示，上部射束限制器252可以形成物镜阵列组件的一部分。例如，上部射束限制器252可以与控制透镜阵列250相邻和/或集成(例如，如图14所示，与最靠近源201的控制透镜阵列250的电极603相邻和/或集成)。上部射束限制器252可以是控制透镜阵列250的最上游电极。在一个实施例中，上部射束限制器252限定比射束整形限制器242的射束限制孔径124大(例如，具有更大的横截面积)的射束限制孔径。因此，射束整形限制器242的射束限制孔径124可以具有比在上部射束限制器252和/或物镜阵列241和/或控制透镜阵列250中限定的对应孔径小的尺寸(即，更小的面积和/或更小的直径和/或更小的其他特征尺寸)。

在具有会聚透镜阵列231的实施例中，如图8所示，上部射束限制器252可以被设置为与会聚透镜阵列231相邻和/或集成(例如，与会聚透镜阵列231的最靠近源201的电极相邻和/或集成)。通常期望将射束整形限制器242的射束限制孔径配置为小于限定射束整形限制器242的上游的射束限制孔径的所有其他射束限制器的射束限制孔径。

射束整形限制器242期望地被配置为具有射束限制效果(即，去除入射在射束整形限制器242上的每个子射束的一部分)。射束整形限制器242例如可以被配置为确保离开物镜阵列241的物镜的每个子射束已经穿过相应物镜的中心。与备选方法相反，这种效果可以使用射束整形限制器242来实现，而不需要复杂的对准过程来确保入射到物镜上的子射束与物镜良好对准。此外，射束整形限制器242的效果将不会被装置列对准动作、源不稳定性或机械不稳定性破坏。此外，射束整形限制器242减小了扫描在子射束上操作的长度。该距离减小到从射束整形限制器242到样品表面的射束路径的长度。

在一些实施例中，上部射束限制器252中的射束限制孔径的直径与射束整形限制器242中的对应射束限制孔径124的直径的比率等于或大于3，可选地等于或大于5，可选地大于或等于7.5，可选地等于或大于10。在一种布置中，例如，上部射束限制器252中的射束限制孔径具有约50微米的直径，并且射束整形限制器242中的对应射束限制孔径124具有约10微米的直径。在另一种布置中，上部射束限制器252中的射束限制孔径具有约100微米的直径，并且射束整形限制器242中的对应射束限制孔径124具有约10微米的直径。期望的是，只有射束的通过物镜中心的部分被射束限制孔径124选择。在图14所示的示例中，每个物镜由电极301与302之间的静电场形成。在一些实施例中，每个物镜由以下两个基本透镜组成(每个基本透镜的焦距＝4*beamEnergy/Efield)：在电极301的底部(即，上游电极301的底部)处的一个基本透镜，和在电极302的顶部(即，下游电极302的顶部)处的一个基本透镜。主透镜可以是在电极302的顶部的一个透镜(因为那里的射束能量可以很小，例如2.5kV，而靠近电极301的射束能量是30kV，这将使该透镜比另一透镜强大约12倍)。期望射束的穿过电极302顶部处的孔径中心的部分穿过射束限制孔径124。因为电极302的顶部与孔径124之间的z方向距离非常小(例如，典型地为100微米至150微米)，所以即使对于相对较大的射束角度，也选择射束的正确部分。

在图14和图15的特定示例中，射束整形限制器242被示出为与物镜阵列241的底部电极302分开形成的元件。在其他实施例中，射束整形限制器242可以与物镜阵列241的底部电极一体形成(例如，通过执行光刻以蚀刻掉适合用作衬底相对侧上的透镜孔径和射束阻挡孔径的腔)。

在一个实施例中，射束整形限制器242中的孔径124被设置在对应物镜阵列241的底部电极中的对应透镜孔径的至少一部分的下游的一定距离处。射束整形限制器可以被设置在如下下游距离：可以等于或大于透镜孔径的直径，优选地大于透镜孔径的直径的至少1.5倍，优选地大于透镜孔径的直径至少2倍。

通常期望将射束整形限制器242定位为与具有最强透镜效应的每个物镜的电极相邻。在图14和图15的示例中，底部电极302将具有最强透镜效应，并且射束整形限制器242被定位为与该电极相邻。这样的物镜是一种减速透镜。在作为加速透镜的物镜阵列中，上游电极301具有最强透镜效应。射束整形限制器242被定位为与上游电极301相邻。在物镜阵列241包括两个以上电极的情况下，诸如在具有三个电极的Einzel透镜配置中，具有最强透镜效应的电极通常是中间电极。在这种情况下，期望将射束整形限制器242定位为与中间电极相邻。因此，物镜阵列241的电极中的至少一个电极可以被定位在射束整形限制器242的下游。电子光学系统还可以被配置为控制物镜阵列组件(例如，通过控制施加到物镜阵列的电极的电势)，使得射束整形限制器242与物镜阵列241的电极中具有最强透镜效应的物镜阵列241的电极相邻或集成。在这种情况下，最强透镜效应当被认为是指两个或更多个透镜元件(即，电子光学元件)的最强透镜对电子束操作的效果。透镜效应是指元件(更通常地)会聚或发散其操作的电子束的程度。

通常还期望将射束整形限制器242定位在电场较小的区域，优选地定位在基本上无场的区域。这避免或最小化了由于射束整形限制器242的存在而对期望的透镜效应的破坏。

如图14和图15所示，期望在检测器(例如，检测器模块402)的上游提供射束整形限制器242。在检测器的上游提供射束整形限制器242确保了射束整形限制器242不会阻挡从样品208发射的带电粒子并且阻止它们到达检测器。在检测器被设置在物镜阵列241的所有电极的上游的实施例中，因此还期望在物镜阵列241的所有电极的上游或者甚至在控制透镜阵列250的一个或多个电极的上游提供射束整形限制器242。在这种情况下，可以期望将射束整形限制器242定位为尽可能靠近物镜阵列241，同时仍然在检测器的上游。射束整形限制器242因此可以被设置为在上游方向上与检测器直接相邻。

具有在控制透镜阵列250的至少一个电极和/或物镜阵列241的至少一个电极的下游的射束整形限制器242的上述物镜阵列组件是一类物镜布置的示例。这类实施例包括用于电子光学系统的物镜布置，该电子光学系统用于将多射束聚焦在样品208上。物镜布置包括上游透镜孔径阵列(例如，如图14所描绘的，物镜阵列241的最靠近源201的电极301)。物镜布置还包括下游透镜孔径阵列(例如，如图14所描绘的，物镜阵列241的距源201最远的电极302)。下游透镜孔径阵列(例如，电极302)和上游透镜孔径阵列(例如，电极301)一起操作以对多射束的子射束进行透镜化。提供了射束限制孔径阵列(例如，图14所示的射束整形限制器242)，其中孔径(例如，图14中的射束限制孔径124)与上游透镜孔径阵列和下游透镜孔径阵列相比具有较小尺寸(即，较小面积和/或较小直径和/或较小其他特征尺寸)。射束限制孔径阵列的孔径被配置为将每个子束限于子射束的如下部分，该部分已经穿过上游透镜孔径阵列和下游透镜孔径阵列中的相应孔径的中心部分。如上所述，射束限制孔径阵列因此可以确保离开物镜布置的物镜的每个子射束已经穿过相应透镜的中心。

在本文中描述的任何布置中，如果不采取校正动作，则可能在多射束中发生不期望的离轴像差。在这种情况下，离轴像差被理解为包括多射束中或跨多射束的任何缺陷，这些缺陷根据垂直于多射束主轴的平面内的位置而变化(例如，从一个子射束到另一子射束)。

多射束中的离轴像差可以包括多射束中的场曲率(例如，不同子射束之间的场曲率)。也就是说，对于多射束的不同子射束，焦平面是不同的，使得具有场曲率误差的多射束将仅使一些子射束聚焦在同一焦平面中，例如在样品上。

多射束中的离轴像差可以包括像散(其中在竖直平面中传播的射束具有不同焦点)。

多射束中的离轴像差可以包括由远心误差(例如，子射束传播方向上的角度误差)引起的扭曲(例如，与个体子射束相关联的位置误差)。当子射束穿过样品和/或穿过垂直于多射束的主轴的其他参考平面时，扭曲可以由子射束的轴的位置的误差来表征。

多射束中的离轴像差可以包括彗差。

离轴像差、特别是场曲率和像散在使用宏观准直器270的实施例中可能特别显著(例如，如以上参考图3-图5所述)。在这样的示例性实施例中，场曲率的典型值可以在宏观准直器270的物体侧的1-2mm散焦的范围内。在这样的实施例中，像散的典型值可以在轴向方向与方位角方向之间的宏观准直器270的物体侧的1-2mm焦点差的范围内。在使用会聚透镜阵列231代替宏观准直器270(例如，如以上参考图8所述)的实施例中，场曲率和像散可以较小，但仍需要校正。由宏观准直器270引起的扭曲通常可以在0.5至1mrad的范围内(表示为远心误差)。对于厚度为10mm量级的物镜阵列组件，因此，对于径向最外侧子束，扭曲可能需要孔径移位多达10微米。10微米的值可以由物镜阵列厚度和远心误差上限的乘积来确定(即，10mm×1mrad＝10微米)。彗差通常被认为是非常小的。

在一些实施例中，物镜阵列组件中的一个或多个平面元件(例如，电极)的孔径被配置为补偿(例如，至少部分补偿)多射束中的离轴像差。这种方法可以与本文中描述的任何物镜阵列组件一起使用。平面元件的孔径可以被配置为通过被整形、确定尺寸和/或定位以补偿离轴像差来补偿离轴像差。

孔径的整形、确定尺寸和/或定位可以被应用于一个平面元件内的多个孔径，例如物镜阵列241的一个电极内。这可能导致平面元件中的孔径在平面元件内被设置有一系列不同的形状、尺寸和/或位置(相对于标称位置)。孔径的整形、确定尺寸和/或定位可以被应用于多个平面元件中的每个平面元件内的多个孔径，例如物镜阵列241的多个电极。因此，在一个平面元件中限定的孔径阵列可以具有与在另一平面元件中限定的孔径阵列不同的几何形状。当孔径的整形、确定尺寸和/或定位被应用于平面元件(电极)中限定的孔径时，用于补偿离轴像差的物镜阵列组件中的孔径的整形、确定尺寸和/或定位通常是最有效的，该平面元件(电极)被配置为在物镜阵列组件中(例如，物镜阵列241中)提供最强透镜效应。因此，期望至少、优选地仅在如下平面元件(电极)中提供被整形、确定尺寸和/或定位为补偿多射束中的离轴像差的孔径，该平面元件(电极)被配置为在物镜阵列组件中(例如，物镜阵列241中)提供最强透镜效应。

如图16和图17中针对物镜阵列241中的平面元件的示例性情况所示意性描绘的，在一些实施例中，(在物镜阵列组件的平面元件中限定的)孔径的至少子集具有一系列不同孔径面积。一系列不同孔径面积可以存在于同一平面元件中或在多个平面元件中的每个平面元件中。图16和图17所描绘的孔径面积的变化为了清楚起见而被夸大了，并且在实践中将比所描绘的小。例如，孔径面积的典型变化可以对应于针对直径为50微米的圆形孔径在0至2微米范围内的直径偏差。(在这样的布置中，直径偏差通常可以随着相对于主轴的径向距离的平方而缩小，从而在主轴附近变得接近于零)。实线圆圈表示具有一系列不同孔径面积的孔径。虚线圆圈表示未修改的孔径尺寸，以帮助在视觉上识别所描绘的孔径面积的变化。不同孔径面积可以参考具有相同孔径面积的圆的直径来描述。因此，即使对应孔径不完全是圆形的，孔径面积也可以通过参考直径来描述。一系列不同孔径面积被选择以补偿多射束中的离轴像差。由一系列不同孔径面积补偿的离轴像差可以包括场曲率。这些变化通常涉及孔径面积随着与多射束的主轴的距离的增加而增加(如图16中示意性地所描绘的，主轴垂直于页面并且穿过最中心的孔径)。适当的校正也可以涉及孔径面积随着与多射束的主轴的距离的增加而减小(诸如图17中示意性地所描绘的)。在图16和图17所示的示例中，孔径被布置在由网格点701和网格线702所限定的规则网格上。

如图18和图19中针对物镜阵列241中的平面元件的示例性情况示意性地所描绘的，在一些实施例中，(在物镜阵列组件的平面元件中限定的)孔径的至少子集具有一系列不同椭圆率。一系列不同椭圆率可以存在于同一平面元件中或在多个平面元件中的每个平面元件中。图18和图19所描绘的椭圆率的变化为了清楚起见而被夸大了，并且在实践中将比所描绘的小。例如，椭圆率的典型变化可以对应于主轴尺寸相对于直径为50微米的初始圆形孔径的高达约0至2微米的变化。一系列不同椭圆率被选择以补偿多射束中的离轴像差。由一系列不同椭圆率补偿的离轴像差可以包括像散。这些变化可以涉及孔径的径向定向轴(其可以是主轴)的尺寸随着与多射束的主轴的距离的增加而增加(如图18中示意性地所描绘的，主轴垂直于页面并且穿过最中心的孔径)。适当的校正也可以涉及孔径的方位定向轴(其可以是主轴)的尺寸随着与多射束的主轴的距离的增加而增加(如图19中示意性地所描绘的)。

准直器(例如，诸如图3和图5所描绘的宏观准直器270)的物体侧的场曲率和像散在幅度上通过一因子与样品平面处的场曲率和像散相关，该因子等于总线性放大率除以总角度放大率。总线性放大率由Mtot给出。总角度放大率由Ma_tot给出。对于Mtot＝1/15和Ma_tot＝50的典型值，准直器的物体侧的1至2mm范围内的场曲率和像散因此对应于物镜的图像侧的1.3至2.7微米范围内的场曲率和像散(因为1.3＝1000/(15×50)和2.7＝2000/(15×50))。所使用的精确缩小率取决于目标的分辨率和着陆能量、以及源201的特性。

减速静电透镜的焦距将由电极在最低射束能量处形成的孔径透镜主导。该焦距大约为4*U.beam/E.field(U.beam＝孔径透镜处的射束能量，E.field是静电场)。然而，该焦距也略微依赖于透镜的孔径面积(透镜直径)。通常，这会导致焦距比假定焦距大约为4*U.beam/E.field时所获取的估计大约0.6×L，其中L是透镜直径。因此，为了以一微米或几微米(例如，0.5-5微米)的样品水平校正场曲率，将透镜直径调整对应的量(例如，0.5-5微米)除以0.6就足够了。与例如50微米至200微米的典型实用透镜直径相比，这仍然相对较小。因此，这种校正是切实可行的。

上述计算还表明，如果由在物镜阵列组件的上游的透镜阵列施加校正(即，在显著缩小之前)，则将需要在毫米范围内的透镜直径的变化。在透镜节距显著小于一毫米的情况下，这种幅度的变化是不实际的。

在一些实施例中，如图20和图21所示，(在物镜阵列组件的平面元件中限定的)孔径的至少子集相对于标称位置移位，例如在相应元件的平面中。这样的移位可以横向于多射束的路径。这样的标称位置可以对应于网格的网格线之间的交叉点。每个孔相对于网格上的对应标称位置移位。移位被选择以补偿多射束中的离轴像差。标称位置可以被设置在规则网格上。规则网格可以包括例如矩形、正方形或六边形网格。在所示的示例中，标称位置由网格点701和网格线702指示。标称位置可以表示与不存在离轴像差的理想配置相对应的位置。从标称位置的移位可以存在于同一平面元件中或在多个平面元件中的每个平面元件中。图20和图21所描绘的移位为了清楚起见而被夸大了，并且在实践中将比所描绘的小。移位导致孔径位于相对于(由网格线702描绘的)标称网格扭曲的(由粗虚线描绘)网格上。由移位补偿的离轴像差可以包括由远心误差引起的扭曲。移位可以是径向向内的，如图20和图21所示(朝向多射束的主轴)或径向向外的。在这两种情况下，移位的大小可以随着径向距离的增加而增加。在图20和图21的简化示例中，这导致角孔径的移位大于侧孔径的移位。

如图20和图21所示，在物镜阵列组件包括控制透镜阵列250的实施例中，可以提供孔径的移位。在这种类型的实施例中，孔径可以在控制透镜阵列250和物镜阵列241中的任一者中或两者中移位。在所示的示例中，控制透镜阵列250包括三个电极601-603。控制透镜阵列250可以被布置和配置为以上面参考图3-图15描述的任何方式操作。在该示例中，在电极601-603中的所有三个电极中的孔径都移位。期望地，对于子射束路径的至少子集中的每个子集，物镜阵列组件中沿着子射束路径定位的所有孔径都移位，除了提供最强透镜效应的平面元件(电极)中的孔径。在图21所示的示例中，其中物镜阵列241包括提供减速透镜效应的两个平面元件(电极301和302)，最下面的电极302将提供最强透镜效应。在另一种布置中，这两个平面元件提供加速透镜，其中最上面的电极301提供最强透镜效应。在物镜阵列241包括Einzel透镜的备选实施例中，中心电极可以提供最强透镜效应。如图21所示，移位优选地被选择，使得穿过提供最强透镜效应的电极(在所示的示例中的电极302)中的孔径的中心的子射束也将穿过上游的对应移位孔径的中心。如图21所示，在本示例中，电极601-603和301中最左边的三个孔径向右移位(如水平箭头所示)，以便与穿过电极302中对应孔径的中心的子射束801对准。电极601-603和301中最右边的三个孔径向左移位(如水平箭头所示)，以便与穿过电极302中对应孔径的中心的子射束802对准。另一方面，在该示例中，最下面的电极302中的孔径并不移位。

如图20和图21中进一步例示的，孔径的移位可以在物镜阵列组件包括上部射束限制器252的实施例中被提供。上部射束限制器252在控制透镜阵列250的上游。上部射束限制器252限定射束限制孔径阵列。上部射束限制器252可以被布置和配置为以上面参考图3-图15描述的任何方式操作。在这种类型的实施例中，孔径的移位既可以应用于在控制透镜阵列250的一个或多个电极601-603中限定的孔径，也可以应用于上部射束限制器252中的射束限制孔径。因此，在控制透镜阵列250和上部射束限制器252中限定的孔径的至少子集可以被设置在相对于标称位置移位的位置处，其中移位被选择以补偿多射束中的离轴像差。在该示例中，孔径在控制透镜阵列250的所有三个电极601-603中以及在上部射束限制器252中移位。移位可以被选择，使得穿过提供最强透镜效应的平面元件中的孔径中心的子射束路径也将穿过上游的对应移位孔径的中心。

如图20和图21的布置所示，子射束路径801、802中的所有元件(诸如物镜阵列241、控制透镜和上部射束限制器252)的平面元件(例如，电极)中的所有孔径被对准。也就是说，子射束路径的孔径相对于照射的“远心”对准，使得射束穿过平面元件中所有孔径的中心。尽管如上所述，优选的是，提供最强透镜效应的平面元件(因此物镜的底部电极)被选择为参考平面元件，但是任何平面元件可以被选择为参考。在选择任何一个平面元件作为参考时，平面元件可以全部偏移，而保留的其他平面元件的孔径可以与射束路径对准。这是因为，对准是相对的。事实上，就像差而言，是否选择任何其他平面元件作为参考并不重要。因此，参考可以是观察者或样品的参考系。在选择样品的透视图作为参考时，由多射束中子射束路径的相对位置限定的网格可以被视为理想网格或规则网格。当将扫描策略应用于多射束时，采用这样的参考是有帮助的。

在一些实施例中，如图22和图23所示，物镜阵列组件的平面元件包括射束整形限制器242，该射束整形限制器242在形成物镜阵列241的至少一个平面元件的下游。射束整形限制器242限定射束限制孔径阵列。射束整形限制器242可以被布置和配置为以上面参考图3-图15、特别是图14和图15描述的任何方式操作。在所示的示例中，形成物镜阵列241的平面元件包括两个电极301-302。射束整形限制器242在两个电极301-302的下游。在一些实施例中，在射束整形限制器242中限定的射束限制孔径的至少子集被设置在相对于形成物镜阵列241的上游平面元件301-302中的孔径的相应中心轴704移位的位置处。移位可以被选择以补偿多射束中的离轴像差。由移位补偿的离轴像差可以包括彗差。如果彗差的补偿增加了像散和/或场曲率，则可以通过改变孔径的孔径面积和/或椭圆率来补偿这些影响，如以上参考图16-图19所述。

因此，为了引入彗差补偿来校正彗差，如前所述，物镜的最强元件的电极应当相对于路径偏移。如关于图20和图21所述，在彗差补偿之前，物镜阵列组件的所有平面元件中的孔径被定位为使得子射束路径穿过每个对应孔径的中心。因此，在样品的参考系中，多射束布置对应于规则或理想网格。彗差补偿的引入意味着射束整形限制器242的孔径移位，使得子路径与射束整形限制器中的对应孔径的中心未对准。因此，如前所述，未对准将引入彗差补偿和许多像差，诸如扭曲或远心误差、场曲率和像散。由于引入远心误差、场曲率和像散可能需要以上述方式进行进一步校正，因此优选的是，彗差可忽略。然而，如果需要，彗差可以被校正。

因此，物镜阵列组件的元件可以具有在相对于射束布置的位置、椭圆率和/或孔径面积方面被修改的孔径，以便补偿离轴像差，诸如：场曲率、像散、远心误差和/或彗差。

在包括会聚透镜阵列231的实施例中，例如，如以上参考图8所述，会聚透镜阵列231可以被配置为使物镜阵列241处的子射束的至少子集的位置相对于子射束的标称位置移位。移位可以被选择以校正多射束中的离轴像差。由移位校正的离轴像差可以包括由远心误差引起的扭曲。如图24中示意性所描绘的，子射束的移位可以至少部分地通过在会聚透镜阵列中相对于会聚透镜的标称位置移位的位置处提供相应会聚透镜来实现。标称位置可以被设置在规则网格上。规则网格可以包括例如矩形、正方形或六边形网格。在所示的示例中，标称位置由网格点711和网格线712指示。标称位置可以表示与不存在离轴像差的理想配置相对应的位置。从标称位置的移位可以存在于同一平面元件中或在多个平面元件中的每个平面元件中。图24所描绘的移位为了清楚起见而被夸大了，并且在实践中将比所描绘的小。移位导致孔径位于相对于(由网格线712描绘的)标称网格扭曲的(由粗虚线描绘的)网格上。备选地或附加地，可以使用一个或多个偏转器来至少部分地实现子射束的移位。

其中形成物镜阵列241的一个或多个平面元件中的孔径相对于标称位置移位的上述任何一个实施例都可以用于补偿彗差。这种方法在包括会聚透镜阵列231的实施例中可以是特别期望的，例如，如上面参考图8所述。在这样的电子光学设计中，会聚透镜阵列231或与会聚透镜阵列231相关联的射束限制孔径阵列对多射束布置的子射束进行整形。这样的设计可以不以电子光学设计的物镜阵列组件中的射束整形限制器(如上所述，其可以用于补偿彗差)为特征。在使用会聚透镜阵列231的实施例中(例如，如以上参考图8所述)，物镜阵列组件可以被配置为以上文针对不包括会聚透镜阵列231的实施例而描述的任何方式来补偿多射束中的其他离轴像差。物镜阵列组件可以例如被配置为校正像散、场曲率和/或(例如，由远心误差引起的)扭曲。

如图25中示意性所示，本文中描述的任何实施例都可以被适配，使得多射束仅穿过在平面元件中限定的孔径的中心定位的子集。图25描绘了说明性平面元件(例如，物镜阵列241中的电极)，其中多射束仅穿过由虚线框720包围的中心区域内的孔径。子射束穿过虚线框720内的所有孔径，而不穿过虚线框720之外的任何孔径。虚线框720外部的孔径可以称为伪孔径。尽管没有子射束穿过伪孔径，但它们的存在可以有助于减少或消除在不提供伪孔径时可能发生的边缘效应。因此，在平板中限定的阵列的每个孔径(子束在操作中穿过该孔径)都被孔径包围。子射束穿过的孔径远离孔径阵列的边缘。用于补偿离轴像差的孔径的上述整形、确定尺寸和/或定位中的任何一者也可以应用于伪孔径。

在一些实施例中，在向样品投射子射束期间，施加在物镜阵列中的电场可能导致物镜阵列组件中的一个或多个平面元件(例如，电极)扭曲。例如，物镜阵列241可能被电场扭曲。这种扭曲可以称为弓形。扭曲通常由电极之间的吸引力引起，使得电极之间的距离变小。使电极之间的距离更小将增加电极之间的静电场强度。增加静电场强度将导致更短的焦距。减速物镜和Einzel物镜都是这种情况。对于减速物镜，透镜本身将另外向上移动。这是因为，主透镜是由最低的电极形成的。这样的最低的电极将向上弯曲。对于Einzel物镜，主透镜由不会弯曲的中心电极形成。这是由于中心电极上方和下方的静电场的对称性。透镜电极的扭曲的影响是场曲率。在一些实施例中，物镜阵列241被配置为使得扭曲至少部分补偿多射束中的场曲率。因此，物镜阵列241和物镜阵列241的驱动可以被配置为使得对场曲率的贡献在符号上与对来自其他源的场曲率的贡献相反。在使用宏观准直器270的实施例中通常就是这种情况，因为由宏观准直器270贡献的场曲率将在符号上与由物镜阵列组件中的电极的扭曲贡献的场曲率相反。在一些实施例中，扭曲补偿了来自其他源的多射束中的大部分、优选地基本上全部场曲率。在一些实施例中，平面元件的孔径面积也如上所述变化，以补偿场曲率(可选地，包括由物镜阵列241中的静电场引起的扭曲所贡献的场曲率)。因此，电子光学装置列可以管理的场曲率像差可以大于通过物镜阵列内的弯曲或单独尺寸、位置和/或椭圆率(优选地尺寸分布)的修改所能实现的场曲率像差。

在图16-图25中公开和描述的实施例中，孔径阵列示出为具有有限数目的孔径，例如九个或二十五个。然而，这些图是示例性的，并且孔径阵列可以具有任何数目的孔径，例如多达20000个。孔径可以沿着网格布置成阵列，网格可以是矩形的，诸如正方形或六边形。

对可控制以便以某种方式操纵带电粒子束的组件或组件或元件系统的引用包括将控制器或控制系统或控制单元配置为控制组件以便以上述方式操纵带电粒子束，以及可选地使用其他控制器或设备(例如，电压源和/或电流源)来控制组件以便以这种方式操纵带电粒子束。例如，在控制器或控制系统或控制单元的控制下，电压源可以电连接到一个或多个组件，以将电势施加到组件，诸如在非限制列表中，控制透镜阵列250、物镜阵列241、会聚透镜231、校正器、准直器元件阵列271和扫描偏转器阵列260。使用一个或多个控制器、控制系统或控制单元来控制组件的致动，可致动组件(诸如载物台)可以可控制以相对于另一组件(诸如射束路径)致动并且因此移动。

本文中描述的实施例可以采用沿着射束或多射束路径布置成阵列的一系列孔径阵列或电子光学元件的形式。这样的电子光学元件可以是静电的。在一个实施例中，所有电子光学元件(例如，从射束限制孔径阵列到样品之前的子射束路径中的最后电子光学元件)可以是静电的和/或可以是孔径阵列或板阵列的形式。在一些布置中，一个或多个电子光学元件被制造为微机电系统(MEMS)(即，使用MEMS制造技术)。

对上部和下部、向上和向下、上方和下方的引用应当理解为是指与撞击到样品208上的电子束或多射束的上游和下游方向平行(通常但不总是垂直)的方向。因此，对上游和下游的引用旨在是指与任何当前引力场无关的射束路径的方向。

根据本公开的一个实施例的评估工具可以是对样品进行定性评估(例如，通过/失败)的工具、对样品进行定量测量(例如，特征的大小)的工具、或生成样品图的图像的工具。评估工具的示例是检查工具(例如，用于识别缺陷)、审查工具(例如，用于分类缺陷)和计量工具，或者是能够执行与检查工具、审查工具或计量工具相关联的评估功能的任何组合的工具(例如，计量检查工具)。电子光学装置列40可以是评估工具的组件；诸如检查工具或计量检查工具或电子束光刻工具的一部分。本文中对工具的任何引用旨在涵盖设备、装置或系统，该工具包括各种组件，这些组件可以并置也可以不并置，并且甚至可以位于单独的室中，特别是例如用于数据处理元件。

术语“子射束”和“束波”在本文中可以互换使用，并且都被理解为涵盖通过划分或拆分母辐射束而从母辐射束中导出的任何辐射束。术语“操纵器”用于涵盖影响子射束或束波路径的任何元件，诸如透镜或偏转器。

对沿着射束路径或子射束路径对准的元件的引用被理解为是指相应元件沿着射束路径或子射束路径定位。

对光学器件的引用被理解为电子光学器件。

说明书中对电子光学元件(诸如控制透镜和物镜)控制的引用旨在是指通过机械设计和设置操作施加电压或电势差的控制(即，被动控制)以及主动控制(诸如通过电子光学装置列内或通过用户选择的自动控制)。对主动或被动控制的偏好应当由上下文决定。

虽然已经结合各种实施例描述了本发明，但考虑到本文中公开的本发明的说明书和实践，本发明的其他实施例对本领域技术人员来说将是显而易见的。本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和条款指示。

提供了以下条款：

条款1：一种用于带电粒子工具的电子光学系统的物镜阵列组件，所述物镜阵列组件被配置为将子射束的多射束聚焦在样品上并且包括：平面元件，所述平面元件限定沿着所述多射束的子射束路径对准的多个孔径并且包括被配置为将所述多射束朝向样品投射的物镜阵列，其中所述平面元件中的一个或多个平面元件的所述孔径被配置为补偿所述多射束中的离轴像差。

条款2：根据条款1所述的组件，其中所述平面元件中的一个或多个平面元件的所述孔径被整形、确定尺寸和/或定位以补偿所述多射束中的离轴像差。

条款3：根据条款2所述的组件，其中被整形、确定尺寸和/或定位以补偿所述多射束中的离轴像差的所述孔径是至少优选地仅在所述平面元件中限定的孔径，所述平面元件被配置为在所述物镜阵列组件中提供最强透镜效应。

条款4：根据任一前述条款所述的组件，其中所述孔径的至少子集具有一系列不同孔径面积，所述一系列不同孔径面积被选择以补偿所述多射束中的离轴像差，优选地，所述孔径子集是在一个或多个平面元件中限定的，优选地是在同一平面元件中限定的。

条款5：根据条款4所述的组件，其中由所述一系列不同孔径面积补偿的所述离轴像差包括场曲率。

条款6：根据任一前述条款所述的组件，其中所述孔径的至少子集具有一系列不同椭圆率，所述一系列不同椭圆率被选择以补偿所述多射束中的离轴像差，优选地，孔径的所述至少子集是在一个或多个平面元件中限定的，优选地是在同一平面元件中限定的。

条款7：根据条款6所述的组件，其中由所述一系列不同椭圆率补偿的所述离轴像差包括像散。

条款8：根据任一前述条款所述的组件，其中所述孔径的至少子集相对于标称位置移位，所述移位被选择以补偿所述多射束中的离轴像差，优选地，孔径的所述至少子集是在一个或多个平面元件中限定的，优选地是在同一平面元件中限定的。

条款9：根据条款8所述的组件，其中所述标称位置在规则网格上，优选地，所述规则网格对多个所述平面元件是共有的。

条款10：根据条款9所述的组件，其中所述规则网格包括矩形网格，诸如正方形网格或六边形网格。

条款11：根据条款8至10中任一项所述的组件，其中由所述移位补偿的所述离轴像差包括由远心误差引起的扭曲。

条款12：根据任一前述条款所述的组件，其中被配置为补偿所述多射束中的离轴像差的所述孔径的至少子集是在所述物镜阵列的一个或多个平面元件中限定的孔径，优选地，所述孔径子集是在一个或多个平面元件中限定的，优选地是在同一平面元件中限定的。

条款13：根据任一前述条款所述的组件，其中所述平面元件还包括被定位在所述物镜阵列的上游的控制透镜阵列，所述控制透镜被配置为预聚焦所述子射束。

条款14：根据条款13所述的组件，其中所述平面元件还包括在所述控制透镜阵列的上游的上部射束限制器，其中所述上部射束限制器限定射束限制孔径阵列。

条款15：根据条款13或14所述的组件，其中在所述控制透镜阵列中限定的所述孔径的至少子集被设置在相对于标称位置移位的位置处，所述移位被选择以补偿所述多射束中的离轴像差，优选地，所述孔径子集是在一个或多个平面元件中限定的，优选地是在同一平面元件中限定的，优选地，所述标称位置在规则网格上，优选地，所述规则网格对于多个所述平面元件是共有的。

条款16：根据条款13或14所述的组件，其中在所述控制透镜阵列和上部射束限制器中限定的所述孔径的至少子集被设置在相对于标称位置移位的位置处，所述移位被选择以补偿所述多射束中的离轴像差，优选地，所述孔径子集是在一个或多个平面元件中限定的，优选地是在同一平面元件中限定的。

条款17：根据条款8至16中任一项所述的组件，其中所述移位被选择以使得穿过提供最强透镜效应的所述平面元件中的孔径的中心的子射束路径也将穿过上游的对应移位孔径的中心。

条款18：根据任一前述条款所述的组件，其中所述平面元件包括在形成所述物镜阵列的至少一个平面元件的下游的射束整形限制器，所述射束整形限制器限定射束限制孔径阵列。

条款19：根据条款18所述的组件，其中在所述射束整形限制器中限定的所述射束限制孔径的至少子集被设置在相对于形成所述物镜阵列的上游平面元件中的孔径的相应中心轴移位的位置处，优选地，所述移位被选择以补偿所述多射束中的离轴像差，优选地，所述孔径子集是在一个或多个平面元件中限定的，优选地是在同一平面元件中限定的。

条款20：根据条款19所述的组件，其中由所述移位补偿的所述离轴像差包括彗差。

条款21：根据任一前述条款所述的组件，还包括被配置为检测从所述样品发射的带电粒子的检测器，所述检测器的至少一部分优选地与所述物镜阵列相邻和/或集成，优选地所述检测器提供所述组件的面向样品的表面。

条款22：一种用于带电粒子工具的电子光学系统的物镜阵列组件，所述物镜阵列组件被配置为将多射束的子束聚焦在样品上并且包括被配置为向样品投射所述多射束的物镜阵列，所述物镜阵列组件包括平面元件，所述平面元件限定沿着所述多射束的所述子射束路径对准的多个孔径，其中在所述平面元件中的一个或多个平面元件中限定的所述孔径的阵列被配置为补偿所述多射束中的离轴像差。

条款23：根据任一前述权利要求所述的物镜阵列组件，其中所述离轴像差包括远心误差、场曲率、像散和彗差中的至少一种。

条款24：一种电子光学系统，包括任一前述条款所述的物镜阵列组件。

条款25：根据条款24所述的系统，还包括在所述物镜阵列组件的上游的准直器。

条款26：根据条款25所述的系统，其中所述准直器包括被配置为对所述射束施加宏观准直的宏观准直器。

条款27：根据条款24至26中任一项所述的系统，还包括在所述物镜阵列组件的上游的会聚透镜阵列，所述会聚透镜阵列优选地被配置为生成所述多射束。

条款28：根据条款27所述的系统，其中所述会聚透镜阵列中的所述会聚透镜被配置为在所述会聚透镜阵列与所述物镜阵列组件中的相应物镜之间形成相应的中间焦点，优选地，使得所述子射束路径在所述会聚透镜阵列与所述中间焦点之间相对于彼此发散。

条款29：根据条款27或28所述的系统，其中会聚透镜阵列被配置为将所述物镜阵列处的子射束的至少子集的位置相对于所述子射束的标称位置移位，所述移位被选择以校正所述多射束中的离轴像差，优选地，所述孔径子集是在一个或多个平面元件中限定的，优选地是在同一平面元件中限定的，优选地，所述标称位置在规则网格上，优选地，所述规则网格对多个所述平面元件是共有的。

条款30：根据条款29所述的系统，其中所述子射束的所述移位至少部分地通过在所述会聚透镜阵列中相对于所述会聚透镜的标称位置移位的位置处提供相应的会聚透镜来实现。

条款31：根据条款29或30所述的系统，还包括被配置为至少部分地实现所述子射束的所述移位的一个或多个偏转器。

条款32：根据条款29至31中任一项所述的系统，其中由所述移位校正的所述离轴像差包括由远心误差引起的扭曲。

条款33：根据条款24至32中任一项所述的系统，其中在形成所述物镜阵列的所述平面元件中的至少一个平面元件中限定的孔径的至少子集被设置在相对于标称位置移位的位置处，所述移位被选择以补偿所述多射束中的离轴像差，优选地，所述标称位置在规则网格上，优选地，所述规则网格对于多个所述平面元件是共有的。

条款34：根据条款33所述的系统，其中孔径相对于所述标称位置至少优选地仅在所述平面元件中移位，所述平面元件被配置为在所述物镜阵列中提供最强透镜效应。

条款35：根据条款33或34所述的系统，其中由所述移位补偿的所述离轴像差包括彗差。

条款36：根据条款24至35中任一项所述的系统，被配置为使得所述多射束仅穿过在所述平面元件中限定的所述孔径的中心定位的子集。

条款37：根据条款24至36中任一项所述的系统，还包括被配置为提供带电粒子束的源，所述多射束从所述带电粒子束被导出。

条款38：一种电子光学系统阵列，包括：多个根据条款24至37中任一项所述的电子光学系统，其中：所述电子光学系统被配置为将相应多射束同时聚焦到同一样品的不同区域上。

条款39：一种电子光学装置，包括根据条款24至37中任一项所述的系统或根据条款38所述的电子光学系统阵列。

条款40：根据条款39所述的装置，包括被配置为提供从中导出多射束的带电粒子束的源、或者用于每个相应系统并且被配置为为从中导出多射束的所述相应系统提供带电粒子束的源。

条款41：根据条款39或40所述的装置，包括被配置为支撑样品的载物台，优选地，所述载物台包括被配置为支撑所述样品的支撑件。

条款42：一种将多射束带电粒子朝向样品聚焦的方法，包括：提供根据条款1至23中任一项所述的物镜阵列组件；以及使用所述物镜阵列将所述子射束朝向所述样品投射。

条款43：一种将多射束带电粒子朝向样品聚焦的方法，包括：提供物镜阵列组件，所述物镜阵列组件包括平面元件，所述平面元件限定沿着所述多射束的子射束路径对准的多个孔径并且包括被配置为将所述多射束朝向样品投射的物镜阵列；以及使用在所述平面元件中的一个或多个平面元件中限定的所述孔径来补偿所述多射束中的离轴像差。

条款44：根据条款42或43所述的方法，其中在所述子射束朝向所述样品的投射期间，所述物镜阵列被施加在所述物镜阵列中的静电场扭曲，并且所述扭曲至少部分地补偿所述多射束中的场曲率。

条款45：根据条款44所述的方法，其中所述扭曲补偿所述多射束中的大部分所述场曲率。

条款46：根据条款44或45所述的方法，其中在所述物镜阵列中限定的所述孔径的至少子集被布置为具有一系列不同孔径面积，以补偿由所述静电场引起的所述物镜阵列的所述扭曲所引起的所述多射束中的场曲率，优选地，所述孔径子集是在一个或多个平面元件中限定的，优选地是在同一平面元件中限定的。

条款47：根据条款42至46中任一项所述的方法，其中使所述多射束仅穿过在所述平面元件中限定的所述孔径的中心定位的子集。

条款48：一种将多射束带电粒子朝向样品聚焦的方法，包括：使用物镜阵列组件将所述多射束朝向样品投射；以及补偿所述物镜阵列内的所述多射束中的离轴像差。

条款49：根据条款43或48中任一项所述的方法，其中所述孔径的至少子集具有一系列不同孔径面积，所述一系列不同孔径面积被选择以补偿所述多射束中的离轴像差，并且/或者所述孔径的至少子集具有一系列不同椭圆率，所述一系列不同椭圆率被选择以补偿所述多射束中的离轴像差，并且/或者所述孔径的至少子集相对于标称位置移位，所述移位被选择以补偿所述多射束中的离轴像差。

Claims (15)

1.一种包括电子光学系统的电子光学装置，所述电子光学系统包括：被配置为提供带电粒子束的源，从所述带电粒子束中导出多射束；以及用于带电粒子工具的电子光学系统的物镜阵列组件，所述物镜阵列组件被配置为将子射束的多射束聚焦在样品上并且包括：

平面元件，限定沿着所述多射束的子射束路径对准的多个孔径并且包括被配置为将所述多射束朝向样品投射的物镜阵列，

其中所述平面元件中的一个或多个平面元件的所述孔径被配置为补偿所述多射束中的离轴像差，所述孔径的至少子集具有一系列不同孔径面积，所述一系列不同孔径面积被选择以补偿所述多射束中的离轴像差。

2.根据权利要求1所述的电子光学装置，其中所述平面元件中的一个或多个平面元件的所述孔径被整形、确定尺寸和/或定位以补偿所述多射束中的离轴像差。

3.根据权利要求2所述的电子光学装置，其中被整形、确定尺寸和/或定位以补偿所述多射束中的离轴像差的所述孔径是至少优选地仅在所述平面元件中限定的孔径，所述平面元件被配置为在所述物镜阵列组件中提供最强透镜效应。

4.根据任一前述权利要求所述的电子光学装置，由所述一系列不同孔径面积补偿的所述离轴像差包括场曲率。

5.根据任一前述权利要求所述的电子光学装置，其中所述孔径的至少子集具有一系列不同椭圆率，所述一系列不同椭圆率被选择以补偿所述多射束中的离轴像差，优选地，由所述一系列不同椭圆率补偿的所述离轴像差包括像散。

6.根据任一前述权利要求所述的电子光学装置，其中所述孔径的至少子集相对于标称位置移位，所述移位被选择以补偿所述多射束中的离轴像差，优选地，由所述移位补偿的所述离轴像差包括由远心误差引起的扭曲。

7.根据任一前述权利要求所述的电子光学装置，其中被配置为补偿所述多射束中的离轴像差的所述孔径的至少子集是在所述物镜阵列的一个或多个平面元件中限定的孔径。

8.根据任一前述权利要求所述的电子光学装置，其中所述平面元件还包括被定位在所述物镜阵列的上游的控制透镜阵列，所述控制透镜被配置为预聚焦所述子射束。

9.根据权利要求8所述的电子光学装置，其中所述平面元件还包括在所述控制透镜阵列的上游的上部射束限制器，其中所述上部射束限制器限定射束限制孔径阵列。

10.根据权利要求8或9所述的电子光学装置，其中在所述控制透镜阵列中限定的所述孔径的至少子集被设置在相对于标称位置移位的位置处，所述移位被选择以补偿所述多射束中的离轴像差。

11.根据权利要求8或9所述的电子光学装置，其中在所述控制透镜阵列和上部射束限制器中限定的所述孔径的至少子集被设置在相对于标称位置移位的位置处，所述移位被选择以补偿所述多射束中的离轴像差。

12.根据权利要求6至11中任一项所述的电子光学装置，其中所述移位被选择使得穿过提供最强透镜效应的所述平面元件中的孔径的中心的子射束路径也将穿过上游的对应移位孔径的中心。

13.根据任一前述权利要求所述的电子光学装置，其中所述平面元件包括在形成所述物镜阵列的至少一个平面元件的下游的射束整形限制器，所述射束整形限制器限定射束限制孔径阵列。

14.根据权利要求13所述的电子光学装置，其中在所述射束整形限制器中限定的所述射束限制孔径的至少子集被设置在相对于形成所述物镜阵列的上游平面元件中的孔径的相应中心轴移位的位置处，优选地，所述移位被选择以补偿所述多射束中的离轴像差，优选地，由所述移位补偿的所述离轴像差包括彗差。

15.根据任一前述权利要求所述的电子光学装置，还包括被配置为检测从所述样品发射的带电粒子的检测器，所述检测器的至少一部分优选地与所述物镜阵列相邻和/或集成，优选地，所述检测器提供所述组件的面向样品的表面。