CN117337446A - 数据处理设备和方法、带电粒子评估系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于检测由带电粒子评估系统生成的样品图像中的缺陷的数据处理设备，该设备包括：输入模块、滤波器模块、参考图像模块和比较器。输入模块被配置为从带电粒子评估系统接收样品图像。滤波器模块被配置为将滤波器应用于样品图像，以生成经滤波的样品图像。参考图像模块被配置为基于一个或多个源图像，提供参考图像。比较器被配置为将经滤波的样品图像与参考图像进行比较，以检测样品图像中的缺陷。

Description

数据处理设备和方法、带电粒子评估系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年5月21日提交的欧洲申请21175476.7和于2021年7月20日提交的欧洲申请21186712.2的优先权，这些申请通过引用整体并入本文。

技术领域

本文中提供的实施例总体上涉及数据处理设备和方法，特别是与带电粒子评估系统一起使用或在电粒子评估系统中使用的数据处理设备和方法，以及操作带电粒子评估系统的方法。

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/或测量是其制造期间和/或之后的一个重要过程。

利用带电粒子束的图案检查装置已经被用于检查物体(这些物体可以称为样品)，例如以检测图案缺陷。这些装置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斑。探测斑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信号电子从表面发射，诸如二次电子、反向散射电子或俄歇电子。信号电子可以从样品的材料结构发射。通过在样品表面上扫描作为探测斑的初级电子束，可以在样品的表面上发射信号电子。通过收集来自样品表面的这些发射的信号电子，图案检查装置可以获取表示样品表面的材料结构的特性的图像。

当图案检查装置用于以高生产量检测样品上的缺陷时，会生成大量的图像数据，并且必须对其进行处理以检测缺陷。特别地，期望减少来自图像数据的噪声。US 8,712,184B1和U 9,436,985B1描述了在从扫描电子显微镜获取的图像中降噪或提高信噪比的方法。在一些情况下，数据生成的速率可能太高而不允许在没有过高的处理能力的情况下进行实时处理，并且现有技术的方法不容易针对高速处理进行优化。与其他类型的图像一起使用的降噪技术可能不适用于通过扫描电子显微镜或其他类型的带电粒子评估装置而获取的图像。

发明内容

本公开的目的是提供降低处理由带电粒子评估装置生成的图像以检测缺陷的计算成本的实施例。

根据本发明的第一方面，提供了一种计算机可读指令的计算机可实现方法，该计算机可读指令在被计算机读取时，使得计算机执行检测由带电粒子束系统生成的样品图像中的缺陷的方法，该方法包括：从带电粒子束系统接收样品图像；将滤波器应用于样品图像，以生成经滤波的样品图像，应用滤波器包括执行样品图像与核之间的卷积；基于至少一个源图像，提供参考图像；以及将经滤波的样品图像与参考图像进行比较，以检测样品图像中的缺陷。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于检测由带电粒子评估系统生成的样品图像中的缺陷的数据处理设备，该设备包括：被配置为从带电粒子评估系统接收样品图像的输入模块；被配置为将滤波器应用于样品图像以执行样品图像与核之间的卷积并且生成经滤波的样品图像的滤波器模块；被配置为基于一个或多个源图像提供参考图像的参考图像模块；以及被配置为将经滤波的样品图像与参考图像进行比较以检测样品图像中的缺陷的比较器。

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明显。

图1是示出示例性带电粒子束检查系统的示意图。

图2是示出作为图1的示例性带电粒子束检查系统的一部分的示例性多束带电粒子评估装置的示意图。

图3是包括会聚透镜阵列的示例性电子光学列的示意图。

图4是包括宏观(macro)准直器和宏观扫描偏转器的示例性电子光学列的示意图。

图5是包括束分离器的示例性电子光学列的示意图。

图6是根据一个实施例的带电粒子评估系统的物镜阵列的示意性截面图。

图7是图7的物镜阵列的修改的仰视图。

图8是示例性单束电子光学列的示意图。

图9是根据一个实施例的数据路径的示意图。

图10是一个实施例的均匀核(kernel)的示意图。

图11是可以在其上执行本发明的方法的SEM图像的示例。

图12是解释根据一个实施例的管芯间模式的示意图。

图13是解释根据一个实施例的管芯内模式的示意图。

图14是根据一个实施例的包括单列SEM的系统的示意图。

图15是根据一个实施例的包括多列SEM的系统的示意图。

图16是根据一个实施例的包括多列SEM的另一系统的示意图。

示意图和视图示出了下面描述的组件。然而，图中所示的组件不是按比例绘制的。

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。而是，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，可以提高电子设备的计算能力，从而降低设备的物理尺寸。这是由于分辨率的提高，使得能够制造更小的结构。例如，2019年或更早可用的拇指大小的智能手机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，需要数百个个体步骤，这并不奇怪。即使是一个步骤中的错误也有可以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个步骤的工艺中获取75％的产率(其中步骤可以指示形成在晶片上的层的数目)，每个个体步骤的产率必须大于99.4％。如果每个个体步骤的产率为95％，则整个工艺产率将低至7％。

虽然在IC芯片制造设施中需要高工艺产率，但保持高衬底(即，晶片)生产量(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生产量。如果需要操作员介入以审查缺陷，则情况尤其如此。因此，通过检查设备(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包括扫描设备和一个检测装置。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来扫描样品，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二次电子。当样品被扫描时，检测装置捕获来自样品的二次电子，使得SEM可以创建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，即多束。多束的分量束可以称为子束或束波。多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。

下面描述一种已知的多束检查装置的实现。

虽然说明书和附图针对电子光学系统，但应当理解，实施例不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，其中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系统100的示意图，该系统100也可以称为带电粒子束评估系统或简单地称为评估系统。图1的带电粒子束检查系统100包括主室10、负载锁定室20、电子束系统40、装置前端模块(EFEM)30和控制器50。电子束系统40位于主室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室20。

负载锁定室20用于去除样品周围的气体。这产生了一个真空，该真空是一个低于周围环境中的压力的局部气体压力。负载锁定室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室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室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)将样品从负载锁定室20输送到主室10。主室10连接到主室真空泵系统(未示出)。主室真空泵系统去除主室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系统，通过该电子束系统可以对样品进行检查。电子束系统40可以包括多束电子光学装置。

控制器50与电子束系统40电连接。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中被示出为在包括主室10、负载锁定室20和EFEM30的结构之外，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，或者可以分布在组成元件中的至少两个组成元件上。虽然本公开提供了容纳电子束系统的主室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电子束系统的室。而是，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设备和其他装置布置。

现在参考图2，图2是示例性电子束系统40的示意图，该系统40包括多束电子光学系统41，该系统40是图1的示例性带电粒子束检查系统100的一部分。电子束系统40包括电子源201和投射装置230。电子束系统40还包括电动台209和样品保持器207。电子源201和投射装置230可以一起称为电子光学系统41或电子光学列。样品保持器207由机动台209支撑，以便保持用于检查的样品208(例如，衬底或掩模)。多束电子光学系统41还包括检测器240(例如，电子检测设备)。

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转换为多个子束211、212、213，并且将每个子束引导到样品208上。尽管为了简单起见示出了三个子束，但是可以存在数十、数百、数千、数万或数十万个子束。子束可以称为束波。

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、检测器240、投射装置230和电动台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(包括带电粒子多束装置)的操作。

投射装置230可以被配置为将子束211、212和213聚焦到用于检查的样品208上，并且可以在样品208的表面上形成三个探测斑221、222和223。投射装置230可以被配置为偏转初级子束211、212和213，以在样品208的表面的一部分中的个体扫描区域上扫描探测斑221、222和223。响应于初级子束211、212和213在样品208上的探测斑221、222和223上的入射，从样品208生成电子，该电子包括二次电子和反向散射电子，它们可以称为信号粒子。二次电子的电子能量通常≤50eV。实际的二次电子的能量可以小于5eV，但低于50eV的任何东西通常被视为二次电子。反向散射电子的电子能量通常在0eV到初级子束211、212和213的着陆能量之间。由于检测到的能量小于50eV的电子通常被视为二次电子，因此实际反向散射电子的一部分将被算作二次电子。

检测器240被配置为检测信号粒子，诸如二次电子和/或反向散射电子，并且生成对应信号，该信号被发送到信号处理系统280，例如以构造样品208的对应扫描区域的图像。检测器240可以被并入投射装置230中。

信号处理系统280可以包括被配置为处理来自检测器240的信号以形成图像的电路(未示出)。信号处理系统280可以另外称为图像处理系统。信号处理系统可以被并入电子束系统40的组件中，诸如检测器240(如图2所示)。然而，信号处理系统280可以被并入检查装置100或电子束系统40的任何组件中，诸如作为投射装置230或控制器50的一部分。信号处理系统280可以包括图像获取器(未示出)和存储设备(未示出)。例如，信号处理系统可以包括处理器、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、或者其组合。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检测器240，以允许信号通信，诸如电导体、光纤线缆、便携式存储介质、IR、蓝牙、互联网、无线网络、无线无线电等、或者其组合。图像获取器可以从检测器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原始图像并且保存后处理图像。

信号处理系统280可以包括用于获取检测到的二次电子的分布的测量电路系统(例如，模数转换器)。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束211、212和213中的每个的对应扫描路径数据相结合使用，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。重构的图像由此可以用于揭示样品中可能存在的任何缺陷。信号处理系统280的上述功能可以在控制器50中执行，或者在方便的情况下在信号处理系统280与控制器50之间共享。

控制器50可以控制电动台209，以在样品208的检查期间移动样品208。控制器50可以使得机动台209能够至少在样品检查期间在一定方向上、优选地连续地、例如以恒定速度移动样品208。控制器50可以控制机动台209的移动，使得其根据各种参数改变样品208的移动速度。例如，控制器50可以根据扫描过程的检查步骤和/或扫描过程的扫描的特性来控制台速度(包括其方向)，例如，如在2021年5月3日提交的EPA 21171877.0中所公开的，至少就台的组合步进和扫描策略而言，该申请由此并入本文。

已知的多束系统(诸如上述的电子束系统40和带电粒子束检查装置100)公开于US2020118784、US20200203116、US2019/0259570和US2019/0259564中，这些申请由此通过引用并入本文。

电子束系统40可以包括用于通过照射样品208来调节样品上的累积电荷的投射组件。

图3是用于评估系统的示例性电子光学列41的示意图。为了便于说明，透镜阵列在本文中通过椭圆形的阵列示意性地示出。每个椭圆形表示透镜阵列中的透镜之一。根据惯例，椭圆形用于表示透镜，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上下文中，将理解，透镜阵列通常将以静电方式操作，因此可以不需要采用双凸形状的任何物理元件。如下所述，透镜阵列可以替代地包括具有孔径的多个板。具有孔径的每个板可以称为电极。电极可以沿着多束的子束的子束路径串联提供。

电子源201将电子引向会聚透镜231的阵列(也称为会聚透镜阵列)。电子源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。可以存在数十个、数百个或数千个会聚透镜231。会聚透镜231可以包括多电极透镜，并且具有基于EP1602121A1的构造，该申请由此通过引用并入本文，特别是通过引用公开用于将电子束拆分成多个子束的透镜阵列，其中该阵列为每个子束提供透镜，而并入本文。会聚透镜231的阵列可以采用至少两个板的形式，优选地是三个板，板用作电极，每个板中的孔径彼此对准并且对应于子束的位置。在操作期间，这些板中的至少两个板保持在不同电势以实现期望的透镜效应。在会聚透镜阵列的板之间是电绝缘板，电绝缘板例如由诸如陶瓷或玻璃等绝缘材料制成，具有用于子束的一个或多个孔径。一个或多个板的替代布置可以具有孔径，每个孔径具有它们自己的电极，每个孔径具有围绕其周边的电极阵列或者布置成具有公共电极的孔径组。

在一种布置中，会聚透镜231的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，这种布置可以称为单透镜(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)，从而限制离轴像差。当会聚透镜的厚度较低，例如几毫米时，这种像差具有较小或可忽略的影响。

阵列中的每个会聚透镜将电子引导为相应子束211、212、213中，该子束被聚焦在相应中间焦点233处。准直器或准直器阵列可以被定位为在相应中间焦点233上来操作。准直器可以采用设置在中间焦点233处的偏转器235的形式。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(也可以称为束轴)基本上正交地(即，与样品的标称表面基本上成90°)入射在样品208上。

在偏转器235下方(即，在源201的束下游或远离源201)，存在控制透镜阵列250，该阵列250包括用于每个子束211、212、213的控制透镜251。控制透镜阵列250可以包括两个或更多个、优选地是至少三个板电极阵列，板电极阵列连接到相应电势源，优选地具有与电极接触的绝缘板，例如在电极之间。每个板电极阵列可以称为控制电极。控制透镜阵列250的功能是相对于束的缩小率来优化束打开角度、和/或控制输送到物镜234的束能量，物镜234中的每个将相应子束211、212、213引导到样品208上。

可选地，扫描偏转器阵列260设置在控制透镜阵列250与物镜234的阵列(物镜阵列)之间。扫描偏转器阵列260包括用于每个子束211、212、213的扫描偏转器261。每个扫描偏转器被配置为在一个或两个方向上偏转相应子束211、212、213，以便在一个或两个方向上在样品208上扫描子束。

检测器的检测器模块240设置在物镜234与样品208内或之间，以检测从样品208发射的信号电子/粒子。下面描述这种检测器模块240的示例性构造。注意，另外地或替代地，检测器可以具有沿着物镜阵列或甚至控制透镜阵列的初级束路径在束上游的检测器元件。

图4是具有替代电子光学列41'的示例性电子束系统的示意图。电子光学列41'包括物镜阵列241。物镜阵列241包括多个物镜。物镜阵列241可以是可更换模块。为了简洁起见，上面已经描述的电子束系统的特征在这里可以不重复。

如图4所示，电子光学列41'包括源201。源201提供带电粒子(例如，电子)束。聚焦在样品208上的多束是从由源201提供的束中导出的。子束可以从束中导出，例如，使用限定束限制孔径阵列的束限制器。束可以在遇到控制透镜阵列250时分离成子束。子束在进入控制透镜阵列250时基本上平行。在所示的示例中，准直器设置在物镜阵列组件的束上游。

准直器可以包括宏观准直器270。在束被拆分成多束之前，宏观准直器270作用于来自源201的束。宏观准直器270将束的相应部分弯曲有效的量，以确保从束中导出的每个子束的束轴基本上正交地入射到样品208上(即，与样品208的标称表面基本上成90°)。宏观准直器270包括磁性透镜和/或静电透镜。在另一种布置(未示出)中，宏观准直器可以部分或全部地被替换为准直器元件阵列，该准直器元件阵列设置在上部束限制器的束下游。

在图4的电子光学列41'中，设置有宏观扫描偏转器265，以使子束被扫描在样品208上。宏观扫描偏转器265偏转束的相应部分，以使子束被扫描在样品208上。在一个实施例中，宏观扫描偏转器265包括宏观多极偏转器，例如具有八个或更多个极。偏转使从束中导出的子束在一个方向上(例如，平行于单个轴，诸如X轴)或在两个方向(例如，相对于两个非平行轴，诸如X轴和Y轴)被扫描在样品208上。宏观扫描偏转器265宏观地作用在所有束上，而不是包括偏转器元件的阵列、每个偏转器被配置为作用在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设置在宏观准直器270与控制透镜阵列250之间。在另一种布置(未示出)中，宏观扫描偏转器265可以部分或全部地被替换为扫描偏转器阵列，例如作为每个子束的扫描偏转器。在其他实施例中，设置有宏观扫描偏转器265和扫描偏转器阵列两者，并且它们可以同步操作。

在一些实施例中，电子光学系统41还包括上部束限制器252。上部束限制器252限定束限制孔径阵列。上部束限制器252可以称为上部束限制孔径阵列或束上游束限制孔径阵列。上部束限制器252可以包括具有多个孔径的板(其可以是板状体)。上部束限制器252从由源201发射的带电粒子束来形成子束。束的除了有助于形成子束的部分之外的部分可以被上部束限制器252阻挡(例如，吸收)，从而不干扰束下游的子束。上部束限制器252可以称为子束限定孔径阵列。

在一些实施例中，如图4所示，物镜阵列组件(其为包括物镜阵列241的单元)还包括束成形限制器262。束成形限制器262限定束限制孔径的阵列。束成形限制器262可以称为下部束限制器、下部束限制孔径阵列或最终束限制孔径阵列。束成形限制器262可以包括具有多个孔径的板(其可以是板状体)。束成形限制器262可以在控制透镜阵列250的至少一个电极(可选地所有电极)的束下游。在一些实施例中，束成形限制器262在物镜阵列241的至少一个电极(可选地所有电极)的束下游。在一种布置中，束成形限制器262在结构上与物镜阵列241的电极集成。期望地，束成形限制器262被定位在低静电场强度的区域中。束限制孔径与物镜阵列的对准使得来自对应物镜的子束的一部分可以穿过束限制孔径并且撞击到样品208上，使得只有子束的选定部分入射到束成形限制器262上以穿过束限制孔径。

本文中描述的任何物镜阵列组件还可以包括检测器240。检测器检测从样品208发射的电子。检测到的电子可以包括由SEM检测到的任何电子，包括从样品208发射的二次和/或反向散射电子。下面参考图6和图7更详细地描述检测器240的示例性构造。

图5示意性地示出了根据一个实施例的包括电子光学列41”的电子束系统40。与上述特征相同的特征被赋予相同的附图标记。为了简洁起见，这样的特征将不会参考图5来详细描述。例如，源201、会聚透镜231、宏观准直器270、物镜阵列241和样品208可以如上所述。

如上所述，在一个实施例中，检测器240位于物镜阵列241与样品208之间。检测器240可以面对样品208。替代地，如图5所示，在一个实施例中，包括多个物镜的物镜阵列241位于检测器240与样品208之间。

在一个实施例中，偏转器阵列95位于检测器240与物镜阵列241之间。在一个实施例中，偏转器阵列95包括维恩(Wien)滤波器阵列，使得偏转器阵列可以称为束分离器。偏转器阵列95被配置为提供磁场以将投射到样品208的带电粒子与来自样品208的朝向检测器240的二次电子分开。

在一个实施例中，检测器240被配置为通过参考带电粒子的能量(即，取决于带隙)来检测信号粒子。这样的检测器240可以称为间接电流检测器。从样品208发射的二次电子从电极之间的场获取能量。二次电子一旦到达检测器240就具有足够的能量。在不同的布置中，检测器240可以是闪烁体阵列，该闪烁体阵列例如是束之间的荧光带，并且相对于Wien滤波器沿着初级束路径定位在束上游。穿过Wien滤波器阵列(与初级束路径正交的磁性和静电带)的初级束具有在Wien滤波器阵的束上游和束下游的路径，该路径基本平行；而来自样品的信号电子朝向闪烁体阵列被引导到Wien滤波器阵列。生成的光子经由光子传输单元(例如，光纤阵列)被引导到远程光学检测器，该远程光学检测器在检测到光子时生成检测信号。

任何实施例的物镜阵列241可以包括至少两个电极，其中限定有孔径阵列。换言之，物镜阵列包括具有多个孔或孔径的至少两个电极。图6示出了电极242、243，它们是示例性物镜阵列241的一部分，具有相应孔径阵列245、246。电极中每个孔径的位置对应于另一电极中对应孔径的位置。对应孔径在使用中对多束中的相同束、子束或束组进行操作。换言之，至少两个电极中的对应孔径与子束路径(即，子束路径220中的一个)对准并且沿着子束路径布置。因此，电极每个设置有孔径，相应子束211、212、213传播通过该孔径。

物镜阵列241可以包括两个电极，如图6所示，或者三个电极，或者可以具有更多的电极(未示出)。与具有更多电极的物镜阵列241相比，仅具有两个电极的物镜阵列241可以具有较低的像差。三电极物镜可以在电极之间具有更大的电势差，从而能够实现更强的透镜。附加电极(即，多于两个电极)提供了用于控制电子轨迹的附加自由度，例如聚焦二次电子以及入射束。双电极透镜相对于Einzel透镜的优点在于，入射束的能量不一定与出射束的能量相同。有益的是，这种双电极透镜阵列上的电势差使其能够起到加速或减速透镜阵列的作用。

物镜阵列241的相邻电极沿着子束路径彼此间隔开。相邻电极之间的距离大于物镜，绝缘结构可以如下所述定位在相邻电极中。

优选地，设置在物镜阵列241中的每个电极是板。电极可以以其他方式被描述为平板。优选地，每个电极是平面的。换言之，每个电极将优选地被提供为平面形式的薄平板。当然，电极不需要是平面的。例如，电极可以由于高静电场产生的力而弯曲。优选的是提供平面电极，因为这使得电极的制造更容易，因为可以使用已知的制造方法。平面电极可以是优选的，还因为它们可以提供不同电极之间孔径的更精确对准。

物镜阵列241可以被配置为将带电粒子束缩小大于10的因子，期望地在50至100或更大的范围内。

检测器240被提供用于检测从样品208发射的信号粒子，即二次和/或反向散射带电粒子。检测器240被定位在物镜234与样品208之间。在信号粒子的方向上，检测器生成检测信号。检测器240可以另外称为检测器阵列或传感器阵列，并且术语“检测器”和“传感器”在整个申请中可以互换使用。

可以提供用于电子光学系统41的电子光学设备。电子光学设备被配置为朝向样品208投射电子束。电子光学设备可以包括物镜阵列241。电子光学设备可以包括检测器240。物镜阵列(即，物镜阵列241)可以与检测器阵列(即，检测器240)和/或任何束(即，子束)相对应。

下面描述示例性检测器240。然而，对检测器240的任何引用可以在适当情况下是单个检测器(即，至少一个检测器)或多个检测器。检测器240可以包括检测器元件405(例如，传感器元件，诸如捕获电极)。检测器240可以包括任何适当类型的检测器。例如，可以使用例如用于直接检测电子电荷的捕获电极、闪烁体或PIN元件。检测器240可以是直接电流检测器或间接电流检测器。检测器240可以是如以下关于图7所述的检测器。

检测器240可以位于物镜阵列241与样品208之间。检测器240被配置为接近样品208。检测器240可以非常靠近样品208。替代地，从检测器240到样品208可以存在较大的间隙。检测器240可以被定位在设备中，以便面对样品208。替代地，检测器240可以定位在电子光学系统41中的其他位置，使得不是检测器的电子光学设备的一部分面对样品208。

图7是检测器240的仰视图，该检测器240包括衬底404，在衬底404上设置有多个检测器元件405，每个检测器元件405围绕束孔径406。束孔径406可以通过蚀刻穿过衬底404来形成。在图7所示的布置中，束孔径406是六边形紧密堆积阵列。束孔径406也可以不同地布置，例如矩形或菱形阵列。图7中的六边形布置的束布置可以比正方形束布置更密集。检测器元件405可以布置成矩形阵列或六边形阵列。

捕获电极405形成检测器模块240的最底部的、即最靠近样品的表面。在捕获电极405与硅衬底404的主体之间设置有逻辑层。逻辑层可以包括放大器，例如跨阻放大器、模数转换器和读出逻辑。在一个实施例中，针对每个捕获电极405有一个放大器和一个模数转换器。以这些元件为特征的电路可以被包括在单位区域中，该单位区域被称为与孔径相关联的单元。检测器模型240可以具有若干单元，每个单元与孔径相关联。在衬底内或衬底上是布线层，布线层连接到逻辑层并且例如经由电源线、控制线和数据线在外部连接每个单元的逻辑层。当与具有可调谐着陆能量的系统一起使用时，上述集成检测器模块240是特别有利的，因为二次电子捕获可以针对着陆能量的范围进行优化。阵列形式的检测器模块也可以集成到其他电极阵列中，而不仅仅是最低的电极阵列。这样的检测器模块可以具有检测器，该检测器作为闪烁体或PIN检测器，例如在物镜的束最下游表面上方。这样的检测器模块可以具有与包括电流检测器的检测器模块类似的电路架构。集成到物镜中的检测器模块的其他细节和替代布置可以在欧洲申请号20184160.8和20217152.6中找到，至少就检测器模块的细节而言，该文档由此通过引用并入本文。

检测器可以设置有多个部分，更具体地，可以设置有多个检测部分。包括多个部分的检测器可以与子束211、212、213中的一个子束相关联。因此，一个检测器240的多个部分可以被配置为关于初级束中的一个初级束(其可以另外称为子束211、212、213)来检测从样品208发射的信号粒子。换言之，包括多个部分的检测器可以与物镜组件的至少一个电极中的孔径中的一个孔径相关联。更具体地，包括多个部分的检测器405可以围绕单个孔径406布置，这提供了这种检测器的示例。如上所述，来自检测器模块的检测信号用于生成图像。利用多个检测部分，检测信号包括来自不同检测信号的分量，这些分量可以作为数据集或在检测图像中被处理。

在一个实施例中，物镜阵列241是可更换模块，可以单独使用，也可以与诸如控制透镜阵列和/或检测器阵列等其他元件相结合使用。可更换模块可以是现场可更换的，即现场工程师可以将模块更换为新模块。在一个实施例中，多个可更换模块被包含在系统内，并且可以在不打开电子束系统的情况下在可操作位置与不可操作位置之间进行切换。

在一些实施例中，提供了一个或多个像差校正器，用于减少子束中的一个或多个像差。定位在中间焦点(或中间图像平面)中或直接邻近中间焦点的像差校正器可以包括偏转器，偏转器用于针对源201进行校正，以使其针对不同束看起来处于不同位置。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束与对应物镜之间的良好对准。像差校正器可以校正妨碍正确列对准的像差。像差校正器可以是如在EP2702595A1中公开的基于CMOS的个体可编程偏转器，或者是如在EP2715768A2中公开的多极偏转器阵列，就对束波操纵器的描述而言，这两个文档中由此通过引用并入本文。像差校正器可以减少以下项中的一项或多项：场曲率；聚焦误差；以及像散。

本发明可以应用于各种不同的系统架构。例如，电子束系统可以是单束系统，或者可以包括多个单束列，或者可以包括多个多束列。列可以包括在任何上述实施例或方面中描述的电子光学系统41。作为多列(或多列系统)，设备可以被布置为数目为二到一百的列或更多列的阵列。电子束系统可以采用如关于图3所描述和示出的实施例的形式、或者如关于图4所描述和示出的实施例的形式，尽管优选地具有静电扫描偏转器阵列和静电准直器阵列。

图8是根据一个实施例的示例性单束电子束系统41”'的示意图。如图8所示，在一个实施例中，电子束系统包括由电动台209支撑以保持待检查的样品208的样品保持器207。电子束系统包括电子源201。电子束系统还包括枪孔径122、束限制孔径125、会聚透镜126、列孔径135、物镜组件132和电子检测器144。在一些实施例中，物镜组件132可以是改进的摆动减速浸入物镜(SORIL)，其包括极片132a、控制电极132b、偏转器132c和激励线圈132d。控制电极132b中形成有用于电子束通过的孔径。控制电极132b形成面对表面72，下面将更详细地描述。

在成像过程中，从源201发出的电子束可以穿过枪孔径122、束限制孔径125、会聚透镜126，并且通过改进的SORIL透镜被聚焦到探测斑中，然后入射到样品208的表面上。可以通过SORIL透镜中的偏转器132c或其他偏转器在样品208的表面上扫描探测斑。从样品表面发出的二次电子可以由电子检测器144收集，以形成样品208上的感兴趣区域的图像。

电子光学系统41的会聚和照射光学器件可以包括电磁四极电子透镜或由电磁四极电子透镜补充。例如，如图8所示，电子光学系统41可以包括第一四极透镜148和第二四极透镜158。在一个实施例中，四极透镜用于控制电子束。例如，可以控制第一四极透镜148以调节束电流，并且可以控制第二四极透镜158以调节束斑大小和束形状。

从带电粒子评估设备(例如，电子束系统40)输出的图像需要被自动处理，以检测被评估样品中的缺陷。图9中示出了用于检测由带电粒子评估设备生成的图像中的缺陷的数据处理设备500。数据处理设备500可以是控制器50的一部分、制造厂中的另一台计算机的一部分、或集成在带电粒子评估设备中的其他地方。应当注意，如参考图9所示出和描述的数据处理设备500的组件的布置是示例性的，并且被提供以帮助解释对由带电粒子评估设备生成的图像进行操作的数据处理器的功能。可以使用能够实现如本文中描述的数据处理设备500的功能的数据处理器领域的技术人员能够想到的任何可行的布置。

带电粒子评估设备可以具有高生产量、大视场和高分辨率，这表示，可以高速地输出大图像。例如，图像可以具有来自数千个、甚至数万个检测器部分的数据。期望以等于或至少类似于来自带电粒子评估系统40的输出速率的速率来处理输出图像。处理图像的速率可以略慢于图像生成的速率，前提是，可以在卸载完成的样品和装载新样品所花费的时间期间赶上，但从长远来看，图像处理不期望比图像生成慢。当应用于多束或多列带电粒子评估设备时，用于检测缺陷的已知图像处理方法需要大量的处理能力来跟上图像生成的速率。

缺陷的检测可以通过将样品的一部分的图像(本文中称为样品图像)与参考图像进行比较来进行。与参考图像的对应像素不同的任何像素都可以被视为缺陷，与参考图像不同的相邻像素被视为单个缺陷。然而，将像素标记为有缺陷的过于严格的方法可能导致假阳性，即，当事实上不存在显著缺陷时，样品被标记为具有缺陷。在样品图像或参考图像中的一者或两者具有噪声的情况下，可能存在假阳性。因此，期望将降噪应用于参考图像和样品图像中的一者或两者。降噪增加了检测缺陷所需要的处理量。

在测试了各种替代方案之后，本发明人已经确定，用于检测缺陷的有效方法是通过应用均匀滤波器(与均匀核的卷积)来减少样品图像中的噪声。为了减少参考图像中的噪声，对多个源图像进行平均。在一些情况下，例如，在参考图像是通过模拟从设计数据(通常是GDSII格式)获取的情况下，可以省略对参考图像的降噪。

可以通过适当选择均匀滤波器的大小来优化样品图像中降噪的效率和有效性。滤波器的最佳大小可以取决于诸如样品图像的分辨率和被检查样品上的特征的大小等因素。用于实现均匀滤波器的均匀核的大小可以等于非整数个像素。均匀核是正方形的，因此其大小期望地是其宽度。本发明人已经确定，对于均匀核，在1.1到5个像素的范围内的宽度、期望地在1.4到3.8个像素的范围内的宽度适合于各种用例。均匀核的形式将在下面进一步讨论。通过使用均匀滤波器来降噪有利于其在专用硬件(诸如FPGA或ASIC)上实现，从而实现高效快速的处理。

对源图像进行平均以获取参考图像可以根据源图像的性质而变化。在源图像源自过去扫描的库的情况下，由于可以离线执行平均，所以可以对大量(例如，多于20个、多于30个或大约35个)图像进行平均以获取参考图像。可以在进行平均之前对源图像进行对准。也就是说，源图像源自样品，诸如样品或样品的至少一部分(诸如管芯或管芯的一部分)的扫描。源图像可以在与参考图像进行比较的样品图像之前由从样品或不同样品获取的图像中导出。

替代地，可以将样品图像与由从同一样品的不同部分获取的“实时”源图像中导出的参考图像进行比较。也就是说，源图像源自样品，诸如样品或样品的至少一部分(诸如管芯或管芯的一部分)的扫描。源图像可以从大约在样品图像的时间获取的样品的图像中导出，诸如在样品图像之前不久或之后不久，该样品图像与参考图像进行比较。在这种情况下，可以对更少(例如，两个)源图像进行平均以获取参考图像。两个源图像可以从样品的不同管芯的对应区域获取。替代地，如果被检查的图案具有重复元件，则源图像可以从同一管芯获取。在一些情况下，源图像可以是样品图像的偏移部分。在将样品图像与从实时源图像中导出的参考图像进行比较的情况下，不同图像的角色可以旋转。例如，如果带电粒子评估设备输出三个图像A、B和C，则：A和B可以被平均以提供参考图像以与C进行比较；A和C可以被平均以提供参考图像以与B进行比较；而B和C被平均以提供参考图像以与A进行比较。

样品图像与参考图像的比较结果可以是简单的二进制值，该值表示样品图像与参考图像之间的差异或对应关系(即，匹配)。更期望的是，比较的结果是表示样品图像与参考图像之间的差异的大小的差值。理想的是，比较的结果是针对每个像素(或每组相邻像素，其可以称为“像素区域”)的差值，使得在源图像内可以更精确地确定缺陷位置。相同的参考图像(例如，由从样品获取的一个或多个图像中导出的参考图像)可以用于与多个样品图像进行比较。

为了确定源图像与参考图像之间的像素或像素区域的差异是否表示被检查的图案中的缺陷，可以将阈值应用于与像素或像素区域相对应的差值。替代地，可以选择具有最高差值的预定数目的位置作为候选缺陷以进行进一步检查。具有高于阈值的差值的相邻像素可以被认为是单个缺陷或候选缺陷。单个缺陷的所有像素可以被赋予相同的差值。这样的相邻像素和单个缺陷的所有像素可以称为像素区域。

标识具有最高差值的预定数目的位置的高效方法是依次处理像素，并且将像素信息和差值写入缓冲器。像素信息可以包括围绕被标识为潜在缺陷的像素或像素组的像素数据区域。这样的像素数据区域可以称为片段(clip)。如果缓冲器已满，并且新处理的像素具有比缓冲器中具有最低差值的像素高的差值，则重写与具有最低差值的像素相关的像素信息。在一种可能的实现中，直到缓冲器已满为止，用于选择像素的阈值被设置为预定水平。当缓冲器已满时，阈值被被更新为存储在缓冲器中的像素的最低差值，并且每当缓冲器中的像素被重写时更新阈值。以这种方式，只需要执行一次比较。替代地，阈值可以保持恒定，并且最初选择的像素可以单独测试以查看它们是否具有比缓冲器中的像素高的差异。由于选择的像素的数目远低于像素总数，因此可以在不降低生产量的情况下从初始处理异步地(例如，由不同的处理器)执行对选择的像素的进一步处理。

当选择用于进一步处理的像素作为候选或实际缺陷时，期望选择像素周围的区域或像素区域，该区域已经被标识为与参考图像不同。该区域可以称为片段，并且期望地具有足够的尺寸以允许进一步的自动或手动检查以确定是否存在显著缺陷。

上述数据处理方法可以与单列或多列评估系统一起使用。如果列间距等于被检查样品上管芯的尺寸，则在使用多列系统时可以获取特定的优点。在这种情况下，两个或更多个列可以提供实时源图像以生成参考图像，由另一列生成的样品图像与该参考图像进行比较。列的输出可以直接使用，而不需要(或减少需要)缓冲和对准处理。

对于多列系统，期望提供多个数据处理设备，例如每个列一个，以并行处理相应列的输出样品图像。在这样的布置中，数据处理设备可以从其他列(接收样品图像的列的其他列)接收作为源图像的图像，以生成参考图像。如果数据处理设备足够快，则具有缓冲和/或多线程处理的数据处理设备可以比列少。

更详细地，图9所示的数据处理设备500包括接收并且滤波来自带电粒子评估系统40的样品图像的滤波器模块501、基于源图像生成参考图像的参考图像生成器503、将经滤波的样品图像与参考图像进行比较的比较器502、以及处理并且输出比较结果的输出模块504。

滤波器模块501将期望地具有预定大小的滤波器(例如，均匀滤波器)应用于样品图像。应用均匀滤波器包括用均匀核对样品图像进行卷积。用于给定样品的检查的均匀核的大小由例如用户基于例如样品上的特征的大小、要检测的缺陷的大小、带电粒子评估设备的分辨率、图像中噪声的量、以及灵敏度与选择性之间的期望折衷来确定。均匀核的大小不一定是整数个像素。例如，对于在5nm到14nm的范围内的像素尺寸和20nm级的缺陷，宽度在1.1到5个像素的范围内、优选地在1.4到3.8个像素的范围内的均匀核由于提供高选择性和高灵敏度而是有利的。

图10中示出了具有非整数大小(宽度)的正方形均匀核505。这样的均匀核包括中央区域505a和外围区域505b，中央区域505a具有n×n个值，所有值均为1，外围区域505b由顶行、底行、左列和右列组成。外围区域的所有值都是f，其中f<1，除了角值是f²。均匀核的有效大小等于n+2f个像素。可选地，可以对均匀核进行归一化(即，所有值除以常数，使得所有值的和为1)。替代地或另外地，可以对经滤波的样品图像进行归一化或重新缩放。

在一些情况下，例如，上述的均匀核，二维核可以分解为正交方向上的两个一维卷积，这两个卷积被依次应用。这可以是有利的，因为执行n×n个二维卷积的操作的数目与n的平方成比例，而执行两个n个一维卷积的操作的数目与n成线性比例。

核不需要是正方形，例如可以是矩形或任何其他方便的形状。由核实现的滤波函数不需要与核具有相同的形状和大小；大于滤波函数的核将包括零值。滤波器期望地是对称的，但这不是必须的。发明人执行的模拟表明，实现均匀核提供了良好的结果，但与数学上的均匀滤波器的一些偏差是允许的。例如，角滤波器可以具有值f，这会稍微加重这些像素，但不会显著增加。非均匀滤波器(例如，高斯滤波器)可以方便地通过与合适核的卷积来实现。

特别是当被配置为应用预定大小的均匀滤波器时，滤波器模块501可以方便地通过专用硬件(例如，FPGA或ASIC)来实现。这种专用硬件可以比编程的通用计算设备(诸如标准或通用类型的CPU架构)更高效和经济。处理器可以不如CPU强大，但是可以具有适于处理用于处理检测信号数据(即，图像)的软件的架构，并且因此能够在与CPU相同或更短的时间内处理图像。这种检测到的处理架构，尽管具有比大多数同期CPU更低的处理能力，但由于专用处理架构的更高效的数据架构，在处理数据方面可以同样很快。

图11是由带电粒子评估设备生成的样品的图像，或者甚至是图像的一部分，从而是片段。可以看出，被检查的样品具有重复的特征图案，其单位单元的大小由尺寸ShiftX和ShiftY表示。

参考图像生成器503可以在一个或多个模式下操作，每个模式表示生成参考图像的不同方法。

在库模式中，参考图像生成器503对从名义上与当前评估的图案相同的图案的先前扫描中获取的大量源图像进行平均。这样的图像可以是在同一批样品中较早生成的，或者是从先前批次的样品生成的。库图像可以从测试样品或生产样品中导出。在进行平均之前，期望地使图像彼此对准。对源图像进行平均以生成参考图像具有降噪的效果。以这种方式对源图像进行平均还可以平均掉源图像中可能可见的任何缺陷。

在被检查的图案是重复图案的情况下，例如如图11所示，可以通过对源图像的多个偏移版本进行平均来生成参考图像。源图像的每个版本被偏移ShiftX和/或ShiftY的整数倍。如果单位单元的一个或两个尺寸都不等于整数个像素，则可以将偏移量四舍五入到最近的像素，或者可以通过线性插值来实现分数像素偏移。另一种可能性是偏移重复图案的间距的倍数，使得该倍数是整数个像素。实际上，从源图像中提取单位单元的多个实例并且对其进行平均。这种方法可以称为阵列模式的一个示例。相同的参考图像可以用于与样品图像的不同实例进行比较，诸如在阵列模式中。

在图12所示的管芯间模式下，多列带电粒子评估设备中的三列506、507、508用于生成样品图像AI和两个参考图像RI-1、RI-2。提供图像对准器509以在图像被适当地提供给参考图像生成器503和滤波器模块501之前使图像对准。这种布置在列506、507、508之间的间距等于被检查样品的管芯尺寸的情况下是特别有效的，因为列506、506、508随后将同时自动扫描对应图案特征。在列间距与管芯尺寸之间存在差异的情况下，可以采用缓冲器来校正输入到数据处理设备的图像的定时。

图13示出了阵列模式的替代版本，其中例如单列系统的单个列507提供样品图像AI，该样品图像AI与从作为源图像的自身的两个移位版本AI'和AI”中导出的参考图像进行比较。可以使用缓冲器来提供经移位的图像。除了这里明确提到的特征之外，图12中共同引用的特征与图12所示和参考图12所述的布置中的特征即使不相同，也是相似的。

应当注意，也可以将均匀滤波器应用于源图像和/或参考图像，特别是在参考图像源自与源图像同时获取的少量源图像的情况下。

再次参考图9，比较器502可以是能够比较两个值的任何逻辑电路，例如XOR门或减法器。比较器502也适用于通过专用硬件(例如，FPGA或ASIC)来实现。这种专用硬件可以比编程的通用计算设备(例如，CPU)更高效、更经济。期望地，比较器502在与滤波器模块501相同的专用硬件上实现。

在一些情况下，参考图像生成器503也可以在专用硬件中实现，特别是在参考图像生成器仅在参考图像是从少量(例如，两个)源图像生成的模式下操作的情况下。在这种情况下，期望参考图像生成器在与比较器和/或滤波器模块相同的专用硬件中实现。在适当的情况下，对源图像的像素进行平均并且与样品图像的像素进行比较的数学运算可以组合到单个逻辑电路中。

输出模块504接收由比较器502输出的结果，并且准备输出给用户或其他晶圆厂系统。输出可以是若干不同形式中的任何一种。在最简单的选项中，输出可以简单地指示样品具有或不具有缺陷。然而，由于几乎所有样品都将具有至少一个潜在缺陷，因此需要更详细的信息。因此，输出可以包括例如缺陷位置的地图、差异图像、和/或关于由样品图像与参考图像之间的差异的大小表示的可能缺陷的严重性的信息。输出模块504还可以对潜在缺陷进行滤波，例如，通过仅输出样品图像与参考之间的差异的大小大于阈值或者显示出差异的像素的密度高于阈值的缺陷位置。另一种可能性是仅输出由差异的大小指示的预定数目的最严重缺陷部位。这可以通过将缺陷位置存储在缓冲器510中来实现，并且当缓冲器已满时，如果检测到更高大小的缺陷，则重写最低大小的缺陷。

可以使用任何合适的缺陷信息输出格式，例如列表或地图。期望地，输出模块504可以输出片段，即，已经检测到潜在缺陷的样品区域的图像。这允许进一步检查潜在缺陷，以确定缺陷是否真实并且严重到足以影响形成在样品上或存在于样品中的器件的操作。源图像的其余部分(即，未保存为片段的部分)可以被丢弃，以满足数据存储和传输要求。

图14中示出了包括单列电子光学系统和数据处理系统的带电粒子检查系统的示例。电子光学系统41位于主室10内，并且可以是上述电子光学系统41-41”'中的任何一个。光学收发器511位于电子光学系统41的检测器模块240附近，并且被配置为将由检测器模块240输出的电信号转换为用于沿着光纤512进行传输的光信号。光纤512能够同时传输多个通道(例如，使用不同的波长)，并且来自检测器模块的每个个体电极的检测信号被转换成适当数目的数据流。可以使用单通道或多通道的多个光纤512。光纤512通过真空馈通513穿过主室10的壁(主室10内部在使用中处于真空状态)。一种合适的真空馈通在US2018/0182514A1中描述，至少就涉及馈通设备而言，该文献通过引用并入本文。光纤512连接到数据处理设备500，因此数据处理设备500可以位于真空外部，以便于访问并且避免需要增加真空室的尺寸来容纳数据处理设备。然而，由于数据处理设备可能会损害简化的专用处理器，诸如FGPA，因此数据处理设备500的元件或组件可以在光学收发器进行光转换之前位于列内。数据处理设备的组件可以分布在检测器模块240与数据处理设备500的位置之间，如图14所示。数据路径内的这种数据处理架构使得能够在更靠近数据源(诸如检测器)的地方实现简单的操作。这对于实现降低数据率的操作是有益的。将这样的操作实现为靠近数据源和/或在数据流中有助于降低数据路径中的数据率，并且例如也有助于减少数据路径上的负载。对于需要不太复杂的处理器的更简单的操作，实现可以更容易。这种降低数据率的简单操作是一种平均操作，诸如“装箱”、“量化”或“重新量化”。

图15中示出了合并有多列电子光学系统和数据处理系统的带电粒子检查系统的示例。电子光学系统41a、41b位于主室10内。电子光学系统41a、41b中的每个可以是上述电子光学系统41至41”'中的任何一个。示出了两列，但是可以有更多个列，如上所述。每列具有相应光学收发器511a、511b、光纤512a、512b和数据处理设备500a、500b。单个真空馈通513可以用于将多个光纤从真空中穿出，但在某些情况下，例如为了简化光纤的路由，可以采用多个真空馈通513。如参考图14的数据处理设备500所述，数据处理设备500a、500b可以是分布式数据处理装置，至少一个组件位于数据信号路径中在由相应光学收发器511a、511b转换为光信号之前。

在单列和多列系统中，如果方便，可以每列使用多个光学收发器和多个光纤。

在多列系统中，由于数据量非常高，因此期望使必须从检测器传输到数据处理单元的数据量最小化。图16示出了针对数据处理方法而优化的数据架构，其中将样品图像与从两个源图像中导出的参考图像进行比较。如图所示，每个数据处理设备500a至500d连接到电子光学系统41a至41k中的一个组。例如，电子光学系统41a至41k中的三个可以以期望的组合提供要用作样品图像和两个源图像的三个图像。如图所示，连接到一个数据处理设备的三个电子光学系统是相邻的，因此对样品208上的相邻管芯进行成像，然而，也可以使每个数据处理设备连接到空间上分离的电子光学列。这可以有利于降低相同的系统误差影响针对源图像而成像的管芯和针对样品图像而成像的管芯的概率，而代价是稍微更复杂的光纤路由。当然，如果使用多于两个源图像来生成参考图像，则每个数据处理设备将连接到多于三个电子光学列。以与上面参考图14所述的相同的方式，数据处理设备可以是分布式的，使得处理设备的至少一个组件可以位于列中在将检测信号转换为光信号之前。如果数据处理设备500a-500d的任何组件在一组电子系统的列中，则该组的所有列都具有处理设备的类似组件。

对上部和下部、上游和下游、上方和下方等的引用应当理解为是指与撞击到样品208上的电子束或多束的束上游和束下游方向平行(通常但不总是垂直)的方向。因此，对束上游和束下游的参考旨在是指与任何当前引力场无关的束路径的方向。

本文中描述的实施例可以采用一系列孔径阵列或电子光学元件的形式，这些阵列或元件沿着束或多束路径布置成阵列。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，从束限制孔径阵列到样品之前的子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)。电子光学元件可以具有磁性元件和静电元件。例如，复合阵列透镜可以具有宏观磁透镜，该宏观磁透镜包围多束路径，并且在磁透镜内具有上部极板和下部极板，并且沿着多束路径布置。在极板中可以是用于多束的束路径的孔径阵列。电极可以存在于极板的上方、下方或之间，以控制和优化复合透镜阵列的电磁场。

根据本公开的评估工具或评估系统可以包括对样品进行定性评估(例如，通过/失败)的装置、对样品进行定量测量(例如，特征的大小)的装置、或生成样品地图图像的装置。评估工具或系统的示例是检查工具(例如，用于标识缺陷)、审查工具(例如，用于对缺陷进行分类)和量测工具、或者能够执行与检查工具、审查工具或量测工具(例如，地铁检查工具)相关联的评估功能的任何组合的工具。

对可控制以便以某种方式操纵带电粒子束的组件、或组件或元件的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该组件来以所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)来控制该组件来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，诸如施加到控制透镜阵列250和物镜阵列241的电极。可致动组件(诸如台)可以是可控制的，以使用一个或多个控制器、控制系统或控制单元来控制该组件的致动，从而致动并且因此相对于另一组件(诸如束路径)移动。

由控制器或控制系统或控制单元提供的功能可以由计算机实现。元件的任何合适的组合都可以用于提供所需要的功能，包括例如CPU、RAM、SSD、主板、网络连接、固件、软件、和/或本领域已知的允许执行所需要的计算操作的其他元件。所需要的计算操作可以由一个或多个计算机程序来定义。一个或多个计算机程序可以以存储计算机可读指令的介质(可选地为非暂态介质)的形式提供。当计算机读取计算机可读指令时，计算机执行所需要的方法步骤。计算机可以由独立单元或分布式计算系统组成，该分布式计算系统具有经由网络彼此连接的多个不同的计算机。

术语“子束”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衍生的任何辐射束。术语“操纵器”用于涵盖影响子束或束波的路径的任何元件，诸如透镜或偏转器。对沿着束路径或子束路径对准的元件的引用被理解为表示相应元件沿着束路径或子束路径定位。对光学器件的引用是指电子光学器件。

本发明的方法可以由包括一个或多个计算机的计算机系统执行。用于实现本发明的计算机可以包括一个或多个处理器，包括通用CPU、图形处理单元(GPU)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)或其他专用处理器。如上所述，在一些情况下，特定类型的处理器可以在降低成本和/或提高处理速度方面提供优势，并且本发明的方法可以适用于特定处理器类型的使用。本发明的方法的某些步骤涉及并行计算，这些并行计算易于在能够进行并行计算的处理器(例如，GPU)上实现。

本文中使用的术语“图像”旨在是指任何值阵列，其中每个值与位置的样品相关，并且阵列中的值的布置对应于采样位置的空间布置。图像可以包括单个层或多个层。在多层图像的情况下，每一层(也称为通道)表示位置的不同样品。术语“像素”是指阵列的单个值，或者在多层图像的情况下，是指与单个位置相对应的一组值。

用于实现本发明的计算机可以是物理的或虚拟的。用于实现本发明的计算机可以是服务器、客户端或工作站。用于实现本发明的多个计算机可以经由局域网(LAN)或广域网(WAN)分布和互连。本发明的方法的结果可以被显示给用户或存储在任何合适的存储介质中。本发明可以体现在存储用于执行本发明的方法的指令的非暂态计算机可读存储介质中。本发明可以体现在计算机系统中，该计算机系统包括一个或多个处理器和存储指令的存储器或存储装置，该指令用于执行本发明的方法。

本发明的各方面在以下编号的条款中阐述。

条款1：一种用于检测由带电粒子评估系统生成的样品图像中的缺陷的数据处理设备，所述设备包括：

输入模块，被配置为从所述带电粒子评估系统接收样品图像；

滤波器模块，被配置为将滤波器应用于所述样品图像，以生成经滤波的样品图像；

参考图像模块，被配置为基于一个或多个源图像，提供参考图像，期望地，所述一个或多个源图像来自样品；以及

比较器，被配置为将所述经滤波的样品图像与所述参考图像进行比较，以检测所述样品图像中的缺陷。

条款2：根据条款1所述的设备，其中所述滤波器模块被配置为：执行所述样品图像与核之间的卷积。

条款3：根据条款2所述的设备，其中所述核是均匀核。

条款4：根据条款2或3所述的设备，其中所述核是正方形的。

条款5：根据条款2、3或4所述的设备，其中所述均匀核具有维度，所述维度是非整数个像素，例如所述维度在1.1个像素到5个像素的范围内，期望地，所述维度在1.4个像素到3.8个像素的范围内。

条款6：根据条款1、2、3、4或5所述的设备，其中所述参考图像被配置为：通过对多个源图像进行平均，来生成参考图像。

条款7：根据条款6所述的设备，其中所述源图像包括选从以下项中的一项或多项中选择的图像：先前检查的样品的图像库；所述样品上不同管芯的图像；以及所述样品图像的移位版本。

条款8：根据条款1、2、3、4或5所述的设备，其中所述参考图像是从设计数据生成的合成图像，所述设计数据描述所述样品上的结构。

条款9：根据前述条款中任一项所述的设备，其中所述滤波器模块和所述比较器中的至少一项包括现场可编程门阵列或专用集成电路。

条款10：根据前述条款中任一项所述的设备，其中所述比较器输出针对每个像素的差值，所述差值表示所述像素与所述参考图像的对应像素之间的差异的大小；并且所述设备还包括选择模块，所述选择模块被配置为：选择经选择的像素，以用于进一步处理，所述经选择的像素是满足标准的像素子集。

条款11：根据条款10所述的设备，其中所述选择模块被配置为：选择像素区域，所述像素区域围绕每个经选择的像素。

条款12：根据条款10或11所述的设备，其中所述标准是所述经选择的像素具有大于阈值的差值。

条款13：根据条款10或11所述的设备，其中用于选择像素的所述标准用于选择预定数目的具有最高差值的像素。

条款14：根据条款10或11所述的设备，其中所述选择模块包括缓冲器，并且所述选择模块被配置为：依次处理所述源图像的像素，并且将具有大于阈值的差值的像素存储在所述缓冲器中，并且当所述缓冲器已满时，如果新处理的像素的差值大于所述缓冲器中的像素的最低差值，则利用所述新处理的像素来重写所述缓冲器中具有所述最低差值的像素；并且当围绕所述经选择的像素的像素区域被所述选择模块选择时，通过重写与被所述新处理的像素重写的像素相关联的像素区域，将与所述新处理的像素相关联的像素区域存储在所述缓冲器中。

条款15：一种带电粒子评估系统，包括带电粒子束系统和根据前述条款中任一项所述的数据处理设备。

条款16：根据条款15所述的带电粒子评估系统，其中所述带电粒子束系统是单列束系统。

条款17：根据条款15所述的带电粒子评估系统，其中所述带电粒子束系统是多列束系统。

条款18：根据条款17所述的带电粒子评估系统，其中所述多列束系统的第一列被配置为向所述输入模块提供所述样品图像，并且所述多列束系统的多个第二列被配置为向所述参考图像模块提供源图像。

条款19：根据条款17所述的带电粒子评估系统，其中存在多个数据处理设备，并且每个数据处理设备与所述多列束系统的列中的相应列相关联，使得每个数据处理设备被配置为从所述列中的所述相应列接收样品图像，并且从所述多列工具的其他列接收源图像。

条款20：一种带电粒子评估系统，包括带电粒子束系统、以及用于检测由所述带电粒子束系统生成的样品图像中的缺陷的多个数据处理设备，其中所述带电粒子束系统包括多个列，并且每个数据处理设备与所述多个列中的列中的相应列相关联，使得每个数据处理设备被配置为从所述列中的所述相应列接收样品图像，并且从一个或多个其他列接收源图像。

条款21：一种检测由带电粒子束系统生成的样品图像中的缺陷的方法，所述方法包括：

从所述带电粒子束系统接收样品图像；

将滤波器应用于所述样品图像，以生成经滤波的样品图像；

基于至少一个源图像，提供参考图像，期望地，所述至少一个源图像来自样品；以及

将所述经滤波的样品图像与所述参考图像进行比较，以检测所述样品图像中的缺陷。

条款22：根据条款21所述的方法，其中所述样品上形成有以间距间隔开的多个重复图案；并且所述方法还包括：使用多列束系统的第一列，来获取所述样品的所述样品图像，所述多列束系统具有以所述间距间隔开的多个列；使用所述多列束系统的多个其他列，来获取多个源图像；以及对所述源图像进行平均，来获取所述参考图像。

条款23：根据条款21或22所述的方法，其中应用滤波器包括：执行所述样品图像与核之间的卷积。

条款24：根据条款22所述的方法，其中所述核是均匀核。

条款25：根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述核是正方形的。

条款26：根据条款23、24或25所述的方法，其中所述均匀核具有维度，所述维度是非整数个像素，例如所述维度在1.1个像素到5个像素的范围内，期望地，所述维度在1.4个像素到3.8个像素的范围内。

条款27：根据条款21至26中任一项所述的方法，其中提供参考图像包括：对多个源图像进行平均。

条款28：根据条款27所述的方法，其中所述源图像包括从以下项中的一项或多项中选择的图像：先前检查的样品的图像库；所述样品上不同管芯的图像；以及所述样品图像的移位版本。

条款29：根据条款21至26中任一项所述的方法，其中所述参考图像是从设计数据生成的合成图像，所述设计数据描述所述样品上的结构。

条款30：根据条款21至29中任一项所述的方法，其中所述应用滤波器和所述比较中的至少一项使用现场可编程门阵列或专用集成电路来执行。

条款31：根据条款21至30中任一项所述的方法，其中所述比较包括：确定针对每个像素的差值，所述差值表示所述像素与所述参考图像的对应像素之间的差异的大小，并且所述方法还包括：选择经选择的像素，以用于进一步处理，所述经选择的像素是满足标准的像素子集。

条款32：根据条款31所述的方法，其中所述选择包括：选择像素区域，所述像素区域围绕满足所述标准的每个像素。

条款33：根据条款31或32所述的方法，其中所述标准是所述经选择的像素具有大于阈值的差值。

条款34：根据条款31或32所述的方法，其中用于选择像素的所述标准用于选择预定数目的具有最高差值的像素。

条款35：根据条款31或32所述的方法，其中所述选择包括：依次处理(即，进行处理)所述源图像的像素，并且期望地，将具有大于阈值的差值的像素存储在缓冲器中，并且期望地，当所述缓冲器已满时，期望地，如果新处理的像素的差值大于所述缓冲器中的像素的最低差值，则期望地，利用所述新处理的像素重写所述缓冲器中具有所述最低差值的像素；并且期望地，当围绕所述经选择的像素的像素区域被选择时，期望地，通过重写与被所述新处理的像素重写的像素相关联的像素区域，将与所述新处理的像素相关联的像素区域存储在所述缓冲器中。

条款36：一种包括指令的计算机程序，所述指令被配置为控制处理器执行根据条款21至35中任一项所述的方法、或计算机可读指令的计算机可实现方法，所述计算机可读指令在由计算机读取时使得所述计算机执行所述方法。

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很清楚的。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指示。

Claims (15)

1.一种计算机可读指令的计算机可实现方法，所述计算机可读指令在被计算机读取时，使得所述计算机执行检测由带电粒子束系统生成的样品图像中的缺陷的方法，所述方法包括：

从所述带电粒子束系统接收样品图像；

将滤波器应用于所述样品图像，以生成经滤波的样品图像，应用所述滤波器包括执行所述样品图像与核之间的卷积；

基于至少一个源图像，提供参考图像；以及

将所述经滤波的样品图像与所述参考图像进行比较，以检测所述样品图像中的缺陷。

2.根据权利要求1所述的计算机可实现方法，其中所述样品上形成有以间距间隔开的多个重复图案；并且所述方法还包括：

使用多列束系统的第一列，来获取所述样品的所述样品图像，所述多列束系统具有以所述间距间隔开的多个列；

使用所述多列束系统的多个其他列，来获取多个源图像；以及

对所述源图像进行平均，来获取所述参考图像。

3.根据权利要求1或2所述的计算机可实现方法，其中所述核是均一核。

4.根据任一前述权利要求所述的计算机可实现方法，其中所述核是正方形的。

5.根据权利要求3或4所述的计算机可实现方法，其中所述均匀核具有维度，所述维度是非整数个像素，例如所述维度在1.1个像素到5个像素的范围内，期望地，所述维度在1.4个像素到3.8个像素的范围内。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的计算机可实现方法，其中提供参考图像包括：对多个源图像进行平均。

7.根据权利要求6所述的计算机可实现方法，其中所述源图像包括从以下项中的一项或多项中选择的图像：先前检查的样品的图像库；所述样品上不同管芯的图像；以及所述样品图像的移位版本。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的计算机可实现方法，其中所述参考图像是从设计数据生成的合成图像，所述设计数据描述所述样品上的结构。

9.根据前述权利要求中任一项所述的计算机可实现方法，其中所述应用滤波器和所述比较中的至少一项使用现场可编程门阵列或专用集成电路来执行。

10.根据前述权利要求中任一项所述的计算机可实现方法，其中所述比较包括：确定针对每个像素的差值，所述差值表示所述像素与所述参考图像的对应像素之间的差异的大小，并且所述方法还包括：选择经选择的像素，以用于进一步处理，所述经选择的像素是满足标准的像素子集。

11.根据权利要求10所述的计算机可实现方法，其中所述选择包括：选择像素区域，所述像素区域围绕满足所述标准的每个像素。

12.根据权利要求10或11所述的计算机可实现方法，其中所述标准是所述经选择的像素具有大于阈值的差值。

13.根据权利要求10或11所述的计算机可实现方法，其中用于选择像素的所述标准用于选择预定数目的具有最高差值的像素。

14.根据权利要求10或11所述的计算机可实现方法，其中所述选择包括：依次处理所述源图像的像素，并且将具有大于阈值的差值的像素存储在缓冲器中，并且当所述缓冲器已满时，如果新处理的像素的差值大于所述缓冲器中的像素的最低差值，则利用所述新处理的像素来重写所述缓冲器中具有所述最低差值的像素；并且期望地，当围绕所述经选择的像素的像素区域被选择时，通过重写与被所述新处理的像素重写的像素相关联的所述像素区域，将与所述新处理的像素相关联的所述像素区域存储在所述缓冲器中。

15.一种用于检测由带电粒子评估系统生成的样品图像中的缺陷的数据处理设备，所述设备包括：

输入模块，被配置为从所述带电粒子评估系统接收样品图像；

滤波器模块，被配置为将滤波器应用于所述样品图像，以执行所述样品图像与核之间的卷积，并且生成经滤波的样品图像；

参考图像模块，被配置为基于一个或多个源图像，提供参考图像；以及

比较器，被配置为将所述经滤波的样品图像与所述参考图像进行比较，以检测所述样品图像中的缺陷。