CN118043931A - 确定带电粒子束的像差的方法，以及带电粒子束系统 - Google Patents

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Abstract

描述了一种确定带电粒子束系统中由聚焦透镜(120)朝向样本(10)聚焦的带电粒子束(11)的像差的方法。方法包括：(a)以一个或多个散焦设置拍摄样本的一个或多个图像以提供一个或多个拍摄图像(h1…N)；(b)基于射束像差系数集合(iC)和样本的聚焦图像，对以一个或多个散焦设置拍摄的样本的一个或多个图像进行仿真，以提供一个或多个仿真图像；(c)将一个或多个拍摄图像与一个或多个仿真图像进行比较，以确定两者之间的差异的大小(Ri)；以及(d)变化射束像差系数集合(iC)以提供更新的射束像差系数集合(i+1C)，并在迭代过程中使用更新的射束像差系数集合(i+1C)重复(b)和(c)，以最小化所述大小(Ri)。或者，在(b)中，可以仿真一个或多个射束横截面，并且在(c)中，可以将仿真射束横截面与从一个或多个拍摄图像检取的一个或多个检取射束横截面进行比较，以确定两者之间的差异的大小(Ri)。进一步地，提供了用于对样本进行成像和/或检验的、被配置为用于任何这样的方法的带电粒子束系统。

Description

确定带电粒子束的像差的方法，以及带电粒子束系统
技术领域
本文所述的实施例涉及确定带电粒子束系统中(例如电子显微镜中，特别是在扫描电子显微镜(SEM)中)的带电粒子束的像差的方法。具体来说，可以确定射束像差系数的实际值，从而促进射束像差的校正并提高分辨率。更具体地说，本文所述的实施例涉及确定带电粒子束系统中由聚焦透镜朝向样本聚焦的带电粒子束的射束像差系数(这有利于提供经像差校正的带电粒子束)的方法。实施例进一步涉及用于检验样本和/或对样本进行成像的带电粒子束系统，所述系统被配置为用于本文所述的方法中的任何方法。
背景技术
现代半导体技术对在纳米甚至亚纳米尺度上对样本进行结构化和探测生成了很高的要求。微米和纳米级的工艺控制、检验或结构化通常是用带电粒子束(例如电子束)来完成的，所述带电粒子束是在带电粒子束系统(诸如电子显微镜或电子束图案生成器)中生成、塑形、偏转和聚焦的。出于检验的目的，带电粒子束与例如光子束相比，提供更高的空间分辨率。
使用带电粒子束的检验装置(诸如扫描电子显微镜(SEM))在多个工业领域中有许多功能，包括但不限于对电子电路的检验、光刻的暴露系统、检测系统、缺陷检验工具和用于集成电路的测试系统。在这种粒子束系统中，可以使用具有高电流密度的细束探针。例如，在SEM的情况下，初级电子束生成可用于对样本进行成像和/或检验的信号粒子，如二次电子(SE)和/或反向散射电子(BSE)。
然而，用带电粒子束系统以良好的分辨率对样本进行可靠的检验和/或成像是具有挑战性的，因为带电粒子束通常会受到射束像差的影响，这限制了可获得的分辨率。在典型的带电粒子束系统中，提供像差校正器，以用于至少部分地补偿带电粒子束的像差，诸如球面像差、像散和/或色差。与未校正的射束相比，经像差校正的带电粒子射束可以提供较小的探针焦点，从而提供更好的分辨率。然而，由于系统中存在的射束像差一般是未知的，因此适当地调整像差校正器的设置是具有挑战性的，这些校正器可能有大量的控制件，以诸如令人满意地校正射束像差。
鉴于上述情况，提供准确且可靠地确定带电粒子束系统中由聚焦透镜聚焦的带电粒子束的像差(特别是确定射束像差系数的实际值，即绝对值的射束像差系数)的方法是有益的。此外，提供用于对样本进行检验和/或成像的带电粒子束系统会是有益的，所述系统被配置为用于根据本文所述的方法中的任何方法进行操作。
发明内容
鉴于上述，根据独立权利要求，提供了确定带电粒子束的射束像差的方法和被配置为用于确定带电粒子束的射束像差的带电粒子束系统。
根据第一方面，提供了一种确定带电粒子束系统中由聚焦透镜朝向样本聚焦的带电粒子束的像差的方法。所述方法包括：(a)以一个或多个散焦设置拍摄所述样本的一个或多个图像以提供一个或多个拍摄图像；(b)基于射束像差系数集合和所述样本的聚焦图像，对以所述一个或多个散焦设置拍摄的所述样本的一个或多个图像进行仿真，以提供一个或多个仿真图像；(c)将所述一个或多个拍摄图像与所述一个或多个仿真图像进行比较，以确定两者之间的差异的大小；以及(d)变化所述射束像差系数集合以提供更新的射束像差系数集合，并在迭代过程中使用所述更新的射束像差系数集合重复(b)和(c)，以最小化所述大小。
根据第二方面，提供了一种确定带电粒子束系统中由聚焦透镜朝向样本聚焦的带电粒子束的像差的方法。所述方法包括：(a)以一个或多个散焦设置拍摄所述样本的一个或多个图像，以提供一个或多个拍摄图像，并且从所述一个或多个拍摄图像检取一个或多个检取射束横截面；(b)基于射束像差系数集合，以所述一个或多个散焦设置对一个或多个射束横截面进行仿真，以提供一个或多个仿真射束横截面；(c)将所述一个或多个检取射束横截面与所述一个或多个仿真射束横截面进行比较，以确定两者之间的差异的大小；以及(d)变化所述射束像差系数集合以提供更新的射束像差系数集合，并在迭代过程中使用所述更新的射束像差系数集合重复(b)和(c)，以最小化所述大小。
在一些实施例中，所述一个或多个散焦设置包括一个或多个散焦距离，并且(a)包括：当所述样本被布置在距离所述带电粒子束的相应射束焦点的所述一个或多个散焦距离处时，拍摄所述样本的所述一个或多个图像。替代地或附加地，所述一个或多个散焦设置包括从焦点射束着陆能量变化的所述带电粒子束的一个或多个射束着陆能量，并且(a)包括：在所述一个或多个射束着陆能量下拍摄所述样本的所述一个或多个图像。
如第一方面和第二方面所述的方法都依赖将失焦拍摄的图像或从其检取的射束横截面与相应的仿真失焦图像或相应的仿真失焦射束横截面进行比较，所述相应的仿真失焦图像或所述相应的仿真失焦射束横截面是基于射束像差系数集合来仿真的。在迭代过程中变化初始射束像差系数集合，目的是提供仿真的失焦图像或仿真的失焦射束横截面，所述仿真的失焦图像或所述仿真的失焦射束横截面接近实际拍摄的图像或接近从其检取的射束横截面。然后，相应的射束像差系数集合可以被认为基本上与系统中实际存在的射束像差系数对应。相应地，可以定量地确定射束像差系数的实际值，并且可以相应地校正带电粒子束。
根据第三方面，提供了一种用于用带电粒子束(特别是用电子束)对样本进行成像和/或检验的带电粒子束系统。所述带电粒子束系统包括：带电粒子源，用于发射沿着光轴线传播的带电粒子束；样本台；聚焦透镜，用于朝向放置在所述样本台上的样本聚焦所述带电粒子束；带电粒子检测器，用于检测从所述样本发射的信号粒子；以及处理器和存储指令的存储器，所述指令当由所述处理器执行时，使所述系统执行本文所述的任何方法。
特别是，提供了一种用于用带电粒子束(特别是用电子束)对样本进行成像和/或检验的带电粒子束系统。所述带电粒子束系统包括：带电粒子源，用于发射沿着光轴线传播的带电粒子束；样本台；聚焦透镜，用于朝向放置在所述样本台上的样本聚焦所述带电粒子束；以及带电粒子检测器，用于检测从所述样本发射的信号粒子。所述系统进一步包括：处理器和存储指令的存储器，所述指令当由所述处理器执行时，使所述系统：(x1)基于射束像差系数集合和所述样本的聚焦图像，以一个或多个散焦设置对所述样本的一个或多个图像进行仿真，以提供一个或多个仿真图像；或者基于射束像差系数集合，以一个或多个散焦设置对一个或多个射束横截面进行仿真，以提供一个或多个仿真射束横截面；(x2)对以所述一个或多个散焦设置拍摄的所述样本的一个或多个拍摄图像和所述一个或多个仿真图像进行比较，以确定两者之间的差异的大小；或者对从以所述一个或多个散焦设置拍摄的所述样本的一个或多个拍摄图像检取的一个或多个检取射束横截面和所述一个或多个仿真射束横截面进行比较，以确定两者之间的差异的大小；以及(x3)变化所述射束像差系数集合，以提供更新的射束像差系数集合，并在(x1)和(x2)的后续迭代中使用所述更新的射束像差系数集合，以最小化所述大小。
实施例还针对用于实现所公开的方法的装置，并且包括用于执行各个方法动作的装置零件。所述方法可以通过硬件零件、由适当软件编程的计算机、两者的任何组合或以任何其他方式执行。此外，实施例还针对操作所述装置的方法。
从从属权利要求、描述和附图可以看出可以与本文所述的实施例相结合的进一步的优点、特征、方面和细节。
附图说明
为了能够详细理解本公开内容的上述特征，可以通过参考实施例获得上文简要概述的更详细的描述。附图与一个或多个实施例相关，并在下文中进行了描述。
图1示出根据本文所述的实施例的带电粒子束系统的示意图，所述带电粒子束系统被适于根据本文所述的任何方法进行操作；
图2示出说明了根据本文所述的实施例，确定带电粒子束的像差的方法的图示；
图3示出说明了如图2所示的方法的更详细的图示；
图4示出说明了根据本文所述的实施例，确定带电粒子束的像差的变体方法的图示；
图5示出说明了图4所示的变体方法的更详细的图示；以及
图6是说明了确定带电粒子束的像差的变体方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考各种实施例，其中一个或多个示例在附图中得到说明。在下面的附图描述中，相同的附图标记指的是相同的部件。一般来说，只描述与个别实施例有关的差异。每个示例都是作为解释提供的，并且不意味着是限制。此外，作为一个实施例的一部分所说明或描述的特征可以在其他实施例中使用或结合其他实施例一起使用，以生成又进一步的实施例。本描述旨在包括这种修改和变化。
图1是根据本文所述的实施例，用于对样本10进行检验和/或成像的带电粒子束系统100的示意图。带电粒子束系统100包括带电粒子源105(特别是电子源)，用于发射沿着光轴线A传播的带电粒子束11(特别是电子束)。带电粒子束系统100进一步包括样本台108和聚焦透镜120(特别是物镜)，用于将带电粒子束11聚焦在放置在样本台108上的样本10上。带电粒子束系统100进一步包括带电粒子检测器118(特别是电子检测器)，用于检测从样本10发射的信号粒子(例如二次电子和/或反向散射电子)。进一步地，可以提供图像生成单元160，它基于从带电粒子检测器118接收的带电粒子信号来生成样本10的一个或多个图像。图像生成单元160可以将样本的所述一个或多个图像转发给处理单元170，所述处理单元被配置为根据本文所述的方法根据所述一个或多个图像确定像差系数。
样本台108可以是可移动的平台。特别是，样本台108可以在Z方向上(即光轴线A的方向上)移动，使得聚焦透镜120与样本台108之间的距离可以变化(参见图1中的箭头112)。通过在Z方向上移动样本台108，样本10可以移动到远离聚焦透镜120的焦平面pI的不同的散焦距离，使得可以通过相应的台移动(例如以例如0.1微米或更大和/或2微米或更小的预定增量)拍摄样本10的失焦图像。在一些实施例中，样本台108也可以在与光轴线A垂直的平面(在本文也称为X-Y平面)内移动。通过在X-Y平面内移动样本台108，样本10的指定的表面区域可以被移动到聚焦透镜120下方的区域中，使得所指定的表面区域可以通过将带电粒子束11聚焦在其上来进行成像。
带电粒子束系统100的射束-光学部件通常被放置在真空腔室101中，所述真空腔室可以被抽空，使得带电粒子束11可以从带电粒子源105沿着光轴线A朝向样本台108传播，并在亚大气压(例如低于10-3毫巴的压力或低于10-5毫巴的压力)下击中样本10。
在一些实施例中，带电粒子束系统100可以是电子显微镜，特别是扫描电子显微镜。可以提供扫描偏转器107，用于将带电粒子束11沿着预定的扫描模式(例如，在X方向上和/或Y方向上)在样本10的表面上方扫描。
在一些实施例中，聚光透镜系统106可以布置在带电粒子源105的下游，特别是用于准直朝向聚焦透镜120传播的带电粒子束11。在一些实施例中，聚焦透镜120是被配置为将带电粒子束11聚焦在样本10上的物镜，特别是磁性物镜、静电磁性透镜或组合的磁性-静电透镜。
可以用带电粒子束系统100对样本10的一个或多个表面区域进行检验和/或成像。本文所使用的术语“样本”可以与基板(例如，所述基板上形成有一个或多个层或特征)、半导体晶片、玻璃基板、卷材基板或要检验的另一样本相关。样本可以针对以下各项中的一项或多项进行检验：(1)对样本的表面进行成像；(2)测量样本的一个或多个特征的尺寸(例如横向方向上的尺寸，即X-Y平面内的尺寸)；(3)进行临界尺寸测量和/或计量；(4)检测缺陷；和/或(5)调查样本的质量。
为了用带电粒子束11检验样本10，通常用聚焦透镜120将带电粒子束11聚焦于样本表面上。当带电粒子束11照射样本表面时，二次电子和/或反向散射电子(称为“信号电子”)从样本被发射。信号电子提供了关于样本的特征的空间特性和尺寸的信息，并且可以用带电粒子检测器118检测。通过在样本表面上方扫描带电粒子束11(例如用扫描偏转器107扫描)并检测信号电子作为信号电子的生成位置的函数，样本表面或其一部分可以被成像，例如用图像生成单元160进行成像，所述图像生成单元可以被配置为基于接收到的信号电子来提供样本10的图像。
样本表面上的聚焦的带电粒子束11的小光斑增加了可获得的图像分辨率。因此，在检验期间，样本表面应被布置在聚焦透镜120的焦平面pI内，以获得样本10的清晰的合焦(in-focus)图像。合焦拍摄的样本10的清晰图像在本文也称为“聚焦图像hI”，下标I表示“合焦”。类似地，带电粒子束11在焦平面pI内的射束横截面在本文称为“焦点射束横截面gI”，下标I表示“合焦”。
值得注意的是，图像在数学上可以在实空间中(＝在图像域中，即作为空间坐标的函数)或在傅立叶空间中(＝在频率域中，即作为空间频率的函数)呈现。傅立叶空间中的图像可以经由傅立叶变换(FT)从实空间中的图像被计算。上述两种表示法都包含了图像的对应信息。如本文所使用的，实空间中的图像用小写字母“hn”表示，而傅立叶空间中的图像用大写字母“Hn”表示。例如，“hI”表示样本在实空间中的聚焦图像，而“HI”表示样本在傅立叶空间中的聚焦图像，它是hI的傅立叶变换。类似地，实空间中的射束横截面在本文中用小写字母“gn”表示，而傅立叶空间中的射束横截面在本文中用大写字母“Gn”表示。例如，“gI”表示带电粒子束在实空间中的焦点射束横截面，而“GI”表示带电粒子束在傅立叶空间中的焦点射束横截面，它是gI的傅立叶变换。在本文所述的一些实施例中，实空间中的图像和射束横截面可以经由快速傅立叶变换(FFT)算法被傅立叶变换到傅立叶空间中，反之亦然。
仿真图像和仿真射束横截面在本文用相应字母上方的波浪字符(tilde)表示，诸如仿真图像为仿真射束横截面为/>由带电粒子束系统拍摄的实际图像和从实际拍摄的图像检取的射束横截面在本文中不在相应字母上方加波浪字符来表示，诸如拍摄图像为(h1...N)，从其检取的射束横截面为(g1...N)。
在带电粒子束系统中，射束像差通常导致射束横截面扩大或变形，从而降低可实现的分辨率。例如，系统中通常由透镜引入的球面像差导致焦平面pI内的焦点射束横截面gI扩大，并且像散可能导致在不同平面内传播的射线的焦点不同，从而使图像模糊。
不同类型的射束像差可能存在于带电粒子束系统中，并且可能需要校正，不同类型的射束像差诸如例如(1)球面像差(由射束像差系数C3,0或Cs定量表示)；(2)散焦(由射束像差系数C1,0定量表示，在本文中也称为C散焦)；(3)第1阶像散(由射束像差系数C1,2定量表示，在本文中也称为C像散，2重)；(4)第2阶像散(由射束像差系数C2,3定量表示，在本文中也称为C像散，3重)；(5)第3阶像散(由射束像差系数C3,4定量表示，在本文中也称为C像散，4重)；(6)彗形像差(coma)(由射束像差系数C2,1定量表示，在本文中也称为C彗形像差)；(7)星形像差(由射束像差系数C3,2定量表示，在本文中也称为C星形)。进一步地，取决于带电粒子束的能量扩散和系统的射束-光学部件的分散作用，多个色差可能存在，这些色差可以由一个或多个色差系数定量表示。射束像差系数集合iC可以包括上述的射束像差系数两个、三个或更多个射束相差系数，例如iC＝[iCs,iC散焦,iC像散，2重]。
射束像差可以用像差校正器(例如用静电或磁性多极校正器)进行校正。图1中示意性地描绘了像差校正器109，但应理解，带电粒子束系统也可以包括不一定在沿着光轴线A的一个位置处提供的两个或更多个像差校正器。例如，可以提供包括四极的消像散器，以校正C像散，2重，并且可以提供更高阶的多极，以校正C像散，3重和/或C像散，4重。可以提供更复杂的校正器，以补偿Cs。用于校正各种射束像差的各种类型的像差校正器是已知的。
调整像差校正器，使得一种或多种类型的射束像差得到适当的校正是个挑战，原因是系统中存在的射束像差量一般是未知的。有可能设置一个或多个像差校正器，使得理论上由系统的射束-光学部件引入的预先计算的射束像差得到补偿，但这种方法通常不够准确。具体来说，并不是所有的射束像差来源都是已知的，特别是在定量上已知。例如，射束像差也可能由系统的不准确性引入，诸如机械、磁性或静电不准确性、电荷污染、材料不均匀性、制造瑕疵，这些都不是最初已知的。射束-光学部件可以包括物镜、准直器、偏转器、扫描偏转器、射束分离器、带电粒子检测器和像差校正器中的一者或多者。
在带电粒子射束系统中，可以使用不同的方法来估计射束像差，使得可以对射束像差进行适当的校正。一些方法依赖于对带电粒子束的可见检验，例如远场中的可见检验，这可以提供对系统中存在的像差的指示。其他方法则依赖于对拍摄图像的分析。具体来说，经由相应的计算，失焦拍摄的图像可以生成关于射束横截面(即探针形状)的信息，而探针形状可以提供关于特定类型射束像差的信息。例如，像散射束通常是非旋转对称的。已知的方法依赖于从射束横截面提取线轮廓，而射束像差可以根据这种线轮廓被估计。
然而，这种概念只允许对像差进行相对估计，而不能检取像差系数的绝对值。射束像差系数的“绝对值”可以理解为射束像差系数的实际定量值，诸如以[mm]表示的Cs，这些值直接允许基于确定的射束像差系数的绝对值对像差校正器进行适当的设置。值得注意的是，以前已知的方法只能够对射束像差进行相对估计，而这种估计可能因测量而异，并可能取决于检取算法中的数值参数的选择。
本文描述的方法允许准确可靠地确定带电粒子束的像差，特别是确定描述系统中存在的射束像差的射束像差系数集合的定量值。本文所述的带电粒子束系统100包括处理器和存储指令的存储器(在图1中示为处理单元170)，这些指令在被处理器执行时，使系统执行本文所述的方法中的任何方法。在一些实施例中，由处理单元170确定的射束像差系数集合可以接着直接转发给像差校正器109，使得像差校正器可以补偿一个或多个射束像差，并可以提供经像差补偿的带电粒子束。
图2和图3示出说明了根据本文所述的实施例，确定带电粒子束的像差的一种方法的图示。图3的图与图2的图相比，示出了可选的进一步细节。图2和图3的方法使用基于图像的像差系数拟合例程，而图4和图5的方法使用基于光斑的像差系数拟合例程。
在图2的框210中，以一个或多个散焦设置拍摄样本10的一个或多个图像，以提供一个或多个拍摄图像(h1…N)，特别是由图像生成单元160(图1中所示)提供。所述一个或多个散焦设置可以包括样本10与带电粒子束的相应射束焦点之间的一个或多个散焦距离(z1...N)。本文的散焦距离被理解为拍摄图像时样本与射束焦点之间的距离(>0)。具体来说，当样本被布置在距离带电粒子束的相应射束焦点(图1中示意性地描述)的一个或多个散焦距离(z1...N)时，可以拍摄样本的所述一个或多个图像，使得所述一个或多个拍摄图像(h1…N)是样本的失焦图像。当然，散焦距离的增加会导致相应的拍摄图像更加模糊，因为随着散焦距离的增加，探针尺寸通常会增大，而分辨率通常会降低。
在一些实施例中，可以在样本与相应的射束焦点之间的两个、三个、六个或更多个不同的散焦距离处拍摄多个的两个、三个、六个或更多个的图像。具体而言，可以在过焦距离处拍摄样本的至少一个图像，即以一个散焦设置拍摄，其中与带电粒子束的射束焦点相比，样本被布置在距离聚焦透镜120更远的地方(参见图1所示的散焦距离z1)。进一步地，可以在欠焦距离处拍摄样本的至少一个图像，即以一个散焦设置拍摄，其中与带电粒子束的相应的射束焦点相比，样本被布置在距离聚焦透镜120更近的地方(参见图1所示的散焦距离z2...N)。在第一散焦距离z1处拍摄的图像在本文被表示为拍摄图像h1，而在第n散焦距离zn处拍摄的图像在本文被表示为拍摄图像hn。共可拍摄N个图像，表示为(h1...N)。
可以通过变化聚焦透镜120的聚焦强度来变化散焦距离，例如以预定的增量变化(如图1中示意性描绘的)。具体来说，聚焦透镜的聚焦强度增加会使相应的射束焦点和焦平面相对于样本朝向聚焦透镜移动，而聚焦强度减少会使相应的射束焦点和焦平面相对于样本远离聚焦透镜移动，使得散焦距离变化。替代地或附加地，散焦距离可以通过移动样本台108(例如以预定的增量移动，特别是在Z方向上(沿着光轴线A)移动)来变化，特别是在维持由聚焦透镜120所提供的焦强度恒定的情况下。
在可以与本文所述的其他实施例相结合的一些实施例中，所述一个或多个散焦设置可以包括从焦点射束着陆能量变化的带电粒子束11的一个或多个射束着陆能量(E1...N)。焦点射束着陆能量EI可以理解为在样本上提供射束焦点，使得样本布置在焦点中的射束着陆能量。从焦点射束着陆能量EI变化射束着陆能量(例如通过变化粒子源(发射器)的电位或样本的电位(晶片偏压)来变化)可以使射束焦点远离样本移动，使得变化的射束着陆能量导致样本的“散焦图像”。
所述一个或多个散焦设置可以包括从焦点射束着陆能量EI变化的一个或多个射束着陆能量(E1...N)，特别是两个、三个、六个或更多个不同的射束着陆能量。具体而言，样本10的多个图像可以以多个不同的射束着陆能量(E1...N)拍摄，使得所述一个或多个拍摄图像(h1…N)包括样本的多个能量散焦图像。
在一些实施例中，所述一个或多个散焦设置可以包括样本的一个或多个不同的散焦距离(z1...N)和带电粒子束的一个或多个不同的射束着陆能量(E1...N)。如果不仅在一个或多个不同的散焦距离处拍摄图像，也在一个或多个不同的散焦能量下拍摄图像，那么这可以有助于可靠且准确地确定“几何”射束像差系数(诸如像散和球面像差)，以及一个或多个“色”差系数。
回到图2和图3，在框220中，对样本10的一个或多个图像进行仿真，以提供一个或多个仿真图像所述仿真可以由图1所示的处理单元170进行。这些图像是以框210中用于拍摄图像的所述一个或多个散焦设置仿真的。换句话说，框210中用于拍摄图像的散焦设置在框220中被考虑用于仿真图像。例如，如果所述一个或多个拍摄图像(h1...N)是在一个或多个散焦距离(z1...N)处拍摄的，那么所述一个或多个散焦距离(z1...N)可以被转发给处理单元，或以其他方式被处理单元知晓，而所述一个或多个仿真图像/>是看起来像在所述散焦距离处拍摄的图像的散焦图像。
可以基于样本的聚焦图像(hI)并基于射束像差系数集合iC，针对每个散焦设置仿真框220中的图像。聚焦图像(hI)可以由图像生成单元160以带电粒子束系统的焦点设置生成，并可以转发给处理单元170，即聚焦图像可以由带电粒子束系统以焦点设置实际拍摄。或者，聚焦图像hI可能已经被处理单元170事先知晓，例如，因为具有已知设计的样本被用于确定射束像差。如上所述，聚焦图像可以在实空间(hI)或傅立叶空间(HI)中提供。
初始的射束像差系数集合1C可以最初用于框220中的仿真。初始的射束像差系数集合1C可以是对射束像差系数的初始估计，例如，基于经验、基于本领域已知的像差估计过程和/或基于对系统的射束-光学部件的了解来估计。或者，一些或所有的射束像差系数可以在初始的射束像差系数集合1C中被设置为零。
如果所述一个或多个散焦设置包括一个或多个散焦距离(z1...N)，那么所述一个或多个仿真图像包括在所述一个或多个散焦距离(z1...N)处拍摄的样本的仿真图像。替代地或附加地，如果所述一个或多个散焦设置包括一个或多个射束着陆能量(E1...N)，那么所述一个或多个仿真图像包括在所述一个或多个射束着陆能量(E1...N)下拍摄的样本的仿真图像。
如图2和图3示意性描绘地，用于框220中的仿真的输入数据可以包括先前用于拍摄图像的散焦设置、聚焦图像HI，以及初始或更新的射束像差系数集合iC/i+1C。
在框230中，所述一个或多个拍摄图像(h1…N)和所述一个或多个仿真图像进行比较，以确定所述一个或多个拍摄图像(h1…N)与所述一个或多个仿真图像/>之间的差异的大小(Ri)。如图2和图3示意性描绘的，所述一个或多个拍摄图像(h1…N)和所述一个或多个仿真图像/>可以在框230中在傅立叶空间中相互比较，即通过比较(H1…N)和来进行比较。为此，所述一个或多个拍摄图像可以进行傅立叶变换以进行比较，以提供傅立叶空间中的所述一个或多个拍摄图像(H1…N)。在傅立叶空间中进行比较可能是有利的，因为(当比较(H1...N)和(H1...N)的(平方)绝对值时)在傅立叶空间中不会出现由于用于比较的拍摄图像和相应的仿真图像的错误迭加而导致的不准确性，因为实空间中的线性位移在傅立叶空间中只作为相位项出现。或者，即使没有在附图中示出，也可以将实空间中的所述一个或多个拍摄图像(h1…N)与实空间中的所述一个或多个仿真图像/>进行比较。
框230中的比较可以包括：计算所述一个或多个拍摄图像(Hn)中的每个图像与所述一个或多个仿真图像中对应的仿真图像之间的差异值，并汇总所述差异值以获得大小(Ri)，特别是在傅立叶空间中。特别是，在一些实施例中，大小(Ri)可以按如下方式根据傅立叶空间中的所述一个或多个拍摄图像(H1…N)和傅立叶空间中基于射束像差系数集合iC来仿真的所述一个或多个仿真图像/>来计算：
如果在仿真中使用初始的射束像差系数集合1C，那么就会计算出大小R1。在后续的迭代中，分别使用更新的射束像差系数集合i+1C并计算(Ri+1)，目的是确定导致最小化的大小(R最小)的射束像差系数集合。
值得注意的是，不同类型的射束像差在不同的散焦设置下会有不同程度的明显表现。例如，一些射束像差可能在靠近焦平面的位置处可以更好地确定，而其他射束像差可能在远离焦平面的位置处可以更好地确定，并且一些射束像差(诸如高阶像散)可以通过将一个或多个过焦图像与相应的一个或多个欠焦图像进行比较来很好地检测。因此，为了可靠地确定若干射束像差系数的集合，将多个拍摄图像(例如六个、八个、十个或更多个图像，一些是在欠焦时拍摄的，一些是在过焦时拍摄的)与相应的散焦设置下的相应的多个仿真图像进行比较是有帮助的。通过最小化相应图像之间的汇总差异，可以确定若干射束像差系数，通过本文所述的拟合例程，这些射束像差系数非常接近系统中存在的相应实际射束像差系数。
在计算(Ri)后，变化射束像差系数集合iC，以提供更新的射束像差系数集合i+1C，并且在迭代过程中使用更新的射束像差系数集合i+1C来重复框220中的仿真和框230中的比较。具体而言，接着在框220中基于更新的射束像差系数集合i+1C来计算一个或多个更新的仿真图像，并且在框230中将所述一个或多个拍摄图像(h1...N)与所述一个或多个更新的仿真图像进行比较，目的是最小化迭代的仿真和比较过程中的大小(Ri)。
特别是，框220中的仿真、框230中的比较和变化iC以提供i+1C可以在迭代过程中重复，直到获得所述一个或多个拍摄图像与所述一个或多个仿真图像之间的差异的最小化的大小(R最小)，并且相应迭代处的相应的更新的射束像差系数集合构成实际射束像差拟合C。具体而言，如图2和图3的框240中的示意性说明，在每次迭代之后，可以检查是否(Ri＝R最小)。如果(Ri＝R最小)，则可以停止迭代过程，并且可以将iC认为是实际射束像差拟合C。否则，可以进行下一次迭代。
在一些实施方式中，射束像差系数集合中的射束像差系数依序变化和/或并行变化，直到获得作为射束像差系数集合中所有的射束像差系数的函数的最小化的大小(R最小)。特别是，可以使用多维变化例程来变化射束像差系数集合中的射束像差系数，以检取在拍摄图像与仿真图像之间的相应比较中生成(R最小)的射束像差系数集合。
在可以与本文所述的其他实施例相结合的一些实施例中，可以用一个或多个像差校正器(特别是用一个或多个静电和/或磁性多极校正器)部分地或完全地校正实际射束像差拟合C，以提供经像差校正的带电粒子束。
在可以与本文所述的其他实施例相结合的一些实施例中，射束像差系数集合(iC)可以包括由iCs、iC散焦、iC像散，2重、iC像散，3重、iC像散，4重、iC星形和iC彗形像差所组成的群组中的两个、三个或更多个系数，以及一个、两个或更多个色差系数iCc。本文所述的方法允许准确地确定几何射束像差系数，特别是通过当拍摄和仿真所述一个或多个散焦图像时变化散焦距离zn来确定。进一步地，本文所述的方法允许准确地确定射束色差系数，特别是通过当拍摄和仿真所述一个或多个散焦图像时变化射束着陆能量En来确定。因此，通过作为本文所述的迭代过程的结果提供相应射束像差系数的绝对值，所有相关的射束像差系数都可以被准确地确定(特别是定量确定)。
在一些实施例中，框220中的仿真可以包括基于射束像差系数集合iC，以所述一个或多个散焦设置中的每个散焦设置计算带电粒子束的射束横截面。以特定的散焦设置计算射束横截面可以通过波光仿真来进行，其中像差系数作为输入参数。可以计算实空间中的射束横截面然后可以进行傅立叶变换，以提供傅立叶空间中的射束横截面/>如图3的框220所示。
此后，对于每个散焦设置，可以根据傅立叶空间中的样本的聚焦图像(HI)和傅立叶空间中的仿真射束横截面计算傅立叶空间中相应的仿真图像/>特别是基于傅立叶空间中的射束横截面与傅立叶空间中的聚焦图像的乘积/>来计算。如果样本的图像是以散焦设置拍摄的，那么所得的失焦图像会与聚焦图像(即实际样本)与失焦射束横截面在实空间中的卷积对应。实空间中的卷积对应于傅立叶空间中的乘积。因此，傅立叶空间中的仿真图像/>可以基于乘积/>计算出来。当然，仿真图像也可以在实空间中基于/>与hI的卷积来计算，所述卷积相当于上述傅立叶空间中的乘积。
在一些实施例中，计算傅立叶空间中的仿真图像可以进一步包括：将上述乘积/>除以傅立叶空间中的焦点射束横截面/>如图3的框220中示意性描绘的。
上文所述和图2和图3所示的确定方法允许直接根据以一个或多个散焦设置拍摄的一个或多个SEM图像，获得带电粒子束系统中(特别是扫描电子显微镜中)的带电粒子束的射束像差系数的绝对值。其中，与其他方法不同的是，不需要对所述一个或多个拍摄图像进行去卷积，以从所述一个或多个拍摄图像检取有关相应的射束横截面的信息。处理单元中的拟合优度例程可以提供获得的像差系数拟合C的准确度的置信度水平，这在以前是不可能的。
准确了解带电粒子束系统中的射束像差，特别是用于成像、缺陷审查、计量、电子束检验和/或临界尺寸测量，是提高系统性能的关键。通过本文描述的方法获得的射束像差可以用于，例如，(1)通过相应的像差校正器减少射束像差，(2)作为开发未来系统的射束-光学部件的经验基础，(3)确保可重复性和匹配性，(4)将确定的值与仿真进行比较。
图4和图5示出说明了根据本文所述的实施例，确定带电粒子束的像差的变体方法的图示。图5的图示与图4的图示相比，示出了可选的进一步细节。与图2和图3所示的方法不同，所述变体方法使用基于光斑的像差系数拟合例程，而不是基于图像的像差系数拟合例程。除了所述差异外，所述变体方法可以包括上述方法的任何特征，这一点技术人员将很容易理解，下文中不再重复相应的特征和解释。
在框210中，以所述一个或多个散焦设置拍摄样本10的一个或多个图像，以提供一个或多个拍摄图像(h1…N)。如上文就图2和图3已经解释的，所述一个或多个散焦设置可以包括样本与带电粒子束的相应射束焦点的一个或多个散焦距离(z1...N)。替代地或附加地，所述一个或多个散焦设置可以包括从焦点射束着陆能量(EI)变化的带电粒子束的一个或多个射束着陆能量(E1...N)。特别是，以两个、三个、六个或更多个不同的散焦设置拍摄样本的多个的两个、三个、六个或更多个图像，特别是以欠焦设置拍摄至少一个或多个图像，并以过焦设置拍摄至少一个或多个图像。散焦距离可以通过变化聚焦透镜的聚焦强度或通过相对于聚焦透镜的恒定焦平面移动样本台来变化。
与图2和图3中所描绘的方法不同，在框410中，从所述一个或多个拍摄图像(h1…N)检取一个或多个检取射束横截面(g1…N)。可以经由若干不同的轮廓提取方法从失焦图像提取失焦射束轮廓。下面将解释一种示例性的探针轮廓提取方法。
从所述一个或多个拍摄图像(h1…N)检取所述一个或多个检取射束横截面(g1…N)可以基于实空间中的去卷积，这相当于傅立叶空间中的除法。如图5的框410中所描绘的，从所述一个或多个拍摄图像(h1…N)检取所述一个或多个检取射束横截面(g1…N)可以具体包括：对实空间中的所述一个或多个拍摄图像(h1...N)进行傅立叶变换，以提供傅立叶空间中的所述一个或多个拍摄图像(H1…N)，并将傅立叶空间中的所述一个或多个拍摄图像(H1…N)除以傅立叶空间中的样本的聚焦图像(HI)。上述的射束轮廓提取方法是基于这样的事实：在傅立叶空间中，将样本的拍摄散焦图像(Hn)除以样本的聚焦图像(HI)会移除样本的结构，使得所述除法生成纯粹的射束轮廓，即不具有样本信息的射束横截面。傅立叶空间中的检取射束横截面(Gn)可以进行逆傅立叶变换，以获得实空间中的检取射束横截面(gn)。
如图5的框410中进一步说明的，从所述一个或多个拍摄图像(h1…N)检取所述一个或多个检取射束横截面(g1…N)可以可选地包括：如果检取是在傅立叶空间中进行(如图5所示)，则应用滤波器，特别是与自适应滤波器项相乘，或者如果检取是在实空间中进行，则与自适应滤波器项进行卷积。自适应滤波器项/>可以由自适应滤波器单元450提供，所述自适应滤波器单元可以接收拍摄图像作为输入信息。自适应滤波器单元450可以单独为每个拍摄图像(H1...N)提供自适应滤波器项。如果没有自适应滤波器项则上述除法的分母中值接近零的聚焦图像HI可能会导致图像中的噪声权重过大。自适应滤波器项/>减少或避免了计算焦点射束横截面G1...N时聚焦图像HI中的噪声的这种不良效应，并且自适应滤波器单元450中可以单独为每个拍摄图像确定相应的滤波器项。滤波器项/>也可以应用于相应的仿真射束横截面/>以允许在框430中，检取射束横截面与相应的仿真射束横截面之间的更好的比较。将滤波器项在框410中应用于检取射束横截面以及在框420中应用于仿真射束横截面，在图5中以虚线示出。替代于或附加于应用自适应滤波器项，从所述一个或多个拍摄图像(h1…N)检取所述一个或多个检取射束横截面(g1…N)可以包括：与傅立叶空间中的焦点射束横截面相乘，如图5的框410所示。
在框420中，仿真所述一个或多个散焦设置下的一个或多个射束横截面，以提供一个或多个仿真射束横截面所述仿真可以由图1的处理单元170进行。射束横截面是以框210中所使用的所述一个或多个散焦设置仿真的。换句话说，框210中用于拍摄图像的散焦设置在框220中被考虑用于仿真射束横截面。例如，如果所述一个或多个拍摄图像(h1...N)是在一个或多个散焦距离(z1...N)处拍摄的，那么所述一个或多个散焦距离(z1...N)可以转发给处理单元，并且所述一个或多个仿真射束横截面/>是带电粒子束在所述散焦距离处的失焦横截面。
可以基于射束像差系数集合iC为每个散焦设置仿真框420中的射束横截面。可选地，也可以仿真焦点射束横截面即焦平面内的射束横截面，并且可以进行傅立叶变换以提供/>然后可以提供它以在框430中计算所述一个或多个检取射束横截面(G1…N)，如图6示意性说明的。
初始的射束像差系数集合1C可以用于框420中的所述一个或多个仿真射束横截面的初始仿真。初始的射束像差系数集合1C可以是初始估计，例如，基于经验、基于本领域已知的像差估计过程和/或基于对系统的射束-光学部件的了解的估计。或者，一些或所有的射束像差系数可以在初始的射束像差系数集合1C中被设置为零。用于框420中的仿真的输入数据可以包括先前用于拍摄图像的散焦设置，以及初始或更新的射束像差系数集合iC/i+1C。
在框430中，对所述一个或多个检取射束横截面(g1…N)和所述一个或多个仿真射束横截面进行比较，以确定所述一个或多个检取射束横截面(g1…N)与所述一个或多个仿真射束横截面/>之间的差异的大小(Ri)。如图4和图5示意性描绘的，所述一个或多个检取射束横截面(g1…N)和所述一个或多个仿真射束横截面/>可以在实空间中相互比较，即通过比较(g1…N)和/>来进行比较。为此，傅立叶空间中的所述一个或多个检取射束横截面/>可以进行反向傅立叶变换，以提供要用于比较的实空间中的所述一个或多个检取射束横截面/>与相应的图像相比，检取射束横截面和仿真射束横截面可以更容易叠加，使得比较可以在实空间中进行。或者，即使没有在图式中示出，也可以将傅立叶空间中的所述一个或多个检取射束横截面(G1…N)与傅立叶空间中的所述一个或多个仿真射束横截面/>进行比较。
框430中的比较可以包括：计算每个检取射束横截面(gn)与对应的仿真射束横截面之间的差异值，并汇总所述差异值，以获得大小(Ri)，特别是在实空间中。特别是，在一些实施例中，大小(Ri)可以按如下方式根据所述一个或多个检取射束横截面(g1…N)和用射束像差系数集合iC仿真的所述一个或多个仿真射束横截面/>来计算：
如果在仿真中使用初始的射束像差系数集合1C，那么就会计算出大小R1。在后续的迭代中，分别使用更新的射束像差系数集合i+1C并计算(Ri+1)，目的是确定导致最小化的大小(R最小)的射束像差系数集合。
在计算(Ri)后，变化射束像差系数集合iC，以提供更新的射束像差系数集合i+1C，并且在迭代过程中使用更新的射束像差系数集合i+1C来重复框420中的仿真和框430中的比较。具体而言，接着在框420中基于更新的射束像差系数集合i+1C来计算一个或多个更新的仿真射束横截面，并且在框430中将所述一个或多个检取射束横截面(g1...N)与所述一个或多个更新的仿真图像进行比较，目的是最小化迭代的仿真和比较过程中的大小(Ri)。
特别是，框420中的仿真、框430中的比较和变化iC以提供i+1C可以在迭代过程中重复，直到获得所述一个或多个检取射束横截面与所述一个或多个仿真射束横截面之间的差异的最小化的大小(R最小)，并且相应迭代处的相应的更新的射束像差系数集合构成实际射束像差拟合C。具体而言，如图4和图5中的框240中示意性说明的，在每次迭代之后，可以检查是否(Ri＝R最小)。如果(Ri＝R最小)，那么可以结束迭代过程，并且可以将iC认为是实际射束像差拟合C。否则，可以进行下一次迭代。
可选地，可以接着用一个或多个射束像差校正器部分地或完全地校正射束像差拟合C，以提供校正的带电粒子束。关于进一步的细节和其他可选的特征，请参考上述就图2和图3的解释，这里不再重复。
图4和图5所示的变体确定方法允许获得带电粒子束系统中的带电粒子束的射束像差系数的绝对值，这与其他只允许相对估计射束像差系数的估计方法不同。处理单元中的拟合优度例程可以获得的像差系数拟合C的准确度的置信度水平，这在以前是不可能的。
图6是说明了本文所述的确定带电粒子束的像差的变体方法的流程图。首先，在多个不同的散焦距离z1...N处拍摄多个图像(h1...N)(图6中的六个图像)(在图6中，三个图像过焦，三个图像欠焦)。从所述多个图像(h1...N)检取相应的散焦距离处的多个射束横截面(g1...N)。进一步地，基于初始的射束像差系数集合，然后基于相应的更新的射束像差系数集合，以所述多个不同的散焦距离迭代地仿真多个射束横截面(图6中的六个仿真射束横截面)，直到所述多个检取射束横截面(g1...N)与所述多个仿真射束横截面/>之间的比较生成最小值，这意味着，所述多个仿真射束横截面/>靠近所述多个检取射束横截面(g1...N)，即相应的射束像差系数集合靠近实际的射束像差系数集合。然后，可以将相应迭代处的相应的射束像差系数集合用作一个或多个像差校正器的输入参数，以提供经像差校正的带电粒子束。
具体而言，本文描述了以下实施例：
实施例1：一种确定带电粒子束系统(100)中由聚焦透镜(120)朝向样本(10)聚焦的带电粒子束(11)的像差的方法，所述方法包括：(a)以一个或多个散焦设置拍摄所述样本的一个或多个图像以提供一个或多个拍摄图像(h1…N)；(b)基于射束像差系数集合(iC)和所述样本的聚焦图像(hI)，对以所述一个或多个散焦设置拍摄的所述样本的一个或多个图像进行仿真，以提供一个或多个仿真图像(c)将所述一个或多个拍摄图像与所述一个或多个仿真图像进行比较，以确定两者之间的差异的大小(Ri)；以及(d)变化所述射束像差系数集合(iC)以提供更新的射束像差系数集合(i+1C)，并在迭代过程中使用所述更新的射束像差系数集合(i+1C)重复(b)和(c)，以最小化所述大小(Ri)。
实施例2：如实施例1所述的方法，其中所述一个或多个散焦设置包括所述样本(10)与所述带电粒子束的相应的射束焦点的一个或多个散焦距离(z1...N)，使得在(a)中，所述一个或多个图像是在所述样本被布置在所述一个或多个散焦距离(z1...N)处时拍摄的，并且在(b)中，所述一个或多个仿真图像包括在所述一个或多个散焦距离(z1...N)处拍摄的所述样本的仿真图像。
实施例3：如实施例1或2所述的方法，其中在(a)中，多个的六个或更多个图像是在六个或更多个不同的散焦距离处拍摄的，特别是通过以预定增量变化所述聚焦透镜的聚焦强度或通过相对于所述聚焦透镜以预定增量移动样本台来拍摄的。
实施例4：如实施例3所述的方法，其中所述一个或多个拍摄图像包括在过焦距离处拍摄的至少一个或多个图像和在欠焦距离处拍摄的至少一个或多个图像。
实施例5：如实施例1至4中的任一项所述的方法，其中所述一个或多个散焦设置包括从焦点射束着陆能量变化的所述带电粒子束的一个或多个射束着陆能量(E1...N)，使得在(a)中，所述一个或多个拍摄图像是在所述一个或多个射束着陆能量下拍摄的，并且在(b)中，所述一个或多个仿真图像包括在所述一个或多个射束着陆能量下拍摄的所述样本的仿真图像。特别是，所述一个或多个散焦设置包括照射在所述样本上的所述带电粒子束的多个不同的射束着陆能量。在一些实施例中，所述一个或多个散焦设置包括不同的散焦距离和不同的射束着陆能量。
实施例6：如实施例1至5中的任一项所述的方法，其中(b)和(c)被重复，直到获得所述一个或多个拍摄图像与所述一个或多个仿真图像之间的所述差异的最小化的大小(R最小)，并且所述相应迭代处的所述更新的射束像差系数集合(i+1C)构成实际射束像差(拟合C)，特别是以绝对值来表示。
实施例7：如实施例6所述的方法，进一步包括：用一个或多个像差校正器校正所述实际射束像差(拟合C)，特别是用一个或多个静电或磁性多极校正器来校正，以提供经校正的带电粒子束。
实施例8：如实施例1至7中的任一项所述的方法，其中在(c)中，所述一个或多个拍摄图像和所述一个或多个仿真图像是在傅立叶空间中进行比较的，或者替代地是在实空间中进行比较的。
实施例9：如实施例1至8中的任一项所述的方法，其中在(c)中，比较包括：计算所述一个或多个拍摄图像中的每个图像与所述一个或多个仿真图像中对应的仿真图像之间的差异值，并汇总所述差异值以获得所述大小(Ri)，特别是其中所述计算是在傅立叶空间中进行的。
实施例10：如实施例1至9中的任一项所述的方法，其中在(b)中，仿真包括：在所述一个或多个散焦设置中的每个散焦设置下，基于所述射束像差系数集合(iC)，计算所述带电粒子束的射束横截面；以及基于傅立叶空间中的所述射束横截面与傅立叶空间中的所述聚焦图像的乘积，计算傅立叶空间中相应的仿真图像。
实施例11：如实施例10所述的方法，其中计算傅立叶空间中所述相应的仿真图像进一步包括：除以傅立叶空间中的焦点射束横截面。
实施例12：一种确定带电粒子束系统(100)中由聚焦透镜(120)朝向样本(10)聚焦的带电粒子束(11)的像差的方法，所述方法包括：(a)以一个或多个散焦设置拍摄所述样本的一个或多个图像，以提供一个或多个拍摄图像，并且从所述一个或多个拍摄图像检取一个或多个检取射束横截面；(b)基于射束像差系数集合(iC)，以所述一个或多个散焦设置对一个或多个射束横截面进行仿真，以提供一个或多个仿真射束横截面；(c)将所述一个或多个检取射束横截面与所述一个或多个仿真射束横截面进行比较，以确定两者之间的差异的大小(Ri)；以及(d)变化所述射束像差系数集合(iC)以提供更新的射束像差系数集合(i+1C)，并在迭代过程中使用所述更新的射束像差系数集合(i+1C)重复(b)和(c)，以最小化所述大小(Ri)。
实施例13：如实施例12所述的方法，其中所述一个或多个散焦设置包括所述样本(10)与所述带电粒子束的相应的射束焦点的一个或多个散焦距离(z1...N)，使得在(a)中，所述一个或多个图像是在所述一个或多个散焦距离(z1...N)处拍摄的，并且在(b)中，所述一个或多个射束横截面是在所述一个或多个散焦距离(z1...N)处仿真的。
实施例14：如实施例12或13所述的方法，其中在(a)中，多个的六个或更多个图像是在六个或更多个不同的散焦距离处拍摄的，特别是通过以预定增量变化所述聚焦透镜的聚焦强度或通过相对于所述聚焦透镜以预定增量移动样本台来拍摄的。
实施例15：如实施例14所述的方法，其中所述多个拍摄图像包括在过焦距离处拍摄的至少一个图像和在欠焦距离处拍摄的至少一个图像。
实施例16：如实施例12至15中的任一项所述的方法，其中所述一个或多个散焦设置包括从焦点射束着陆能量变化的所述带电粒子束的一个或多个射束着陆能量(E1...N)，使得在(a)中，所述一个或多个图像是在所述一个或多个射束着陆能量下拍摄的，并且在(b)中，所述一个或多个射束横截面是在所述一个或多个射束着陆能量(E1...N)下仿真的。特别是，所述一个或多个散焦设置包括多个射束着陆能量，诸如大于所述焦点射束着陆能量的一个或多个射束能量和小于所述焦点射束着陆能量的一个或多个射束能量。
实施例17：如实施例12至16中的任一项所述的方法，其中(b)和(c)被重复，直到获得所述一个或多个检取射束横截面与所述一个或多个仿真射束横截面之间的所述差异的最小化的大小(R最小)，并且在所述相应迭代处的所述更新的射束像差系数集合(i+1C)构成绝对值的实际射束像差(拟合C)。
实施例18：如实施例17所述的方法，进一步包括：用一个或多个像差校正器校正所述实际射束像差(拟合C)，特别是用一个或多个静电或磁性多极校正器来校正，以提供经校正的带电粒子束。
实施例19：如实施例12至18中的任一项所述的方法，其中在(c)中，所述一个或多个拍摄图像和所述一个或多个仿真图像是在实空间中进行比较的，或者替代地是在傅立叶空间中进行比较的。
实施例20：如实施例12至19中的任一项所述的方法，其中在(c)中，比较包括：计算每个检取射束横截面与对应的仿真射束横截面之间的差异值，并汇总所述差异值以获得所述大小(Ri)，特别是在实空间中，或者替代地在傅立叶空间中。
实施例21：如实施例12至20中的任一项所述的方法，其中在(c)中，从所述一个或多个拍摄图像检取所述一个或多个检取射束横截面包括：将傅立叶空间中的所述一个或多个拍摄图像除以傅立叶空间中的所述样本的聚焦图像。
实施例22：如实施例21所述的方法，其中从所述一个或多个拍摄图像检取所述一个或多个检取射束横截面进一步包括：与自适应滤波器项相乘和与傅立叶空间中的焦点射束横截面相乘中的至少一者。
实施例23：如实施例1至22中的任一项所述的方法，其中在(d)中，所述射束像差系数集合中的所述射束像差系数依序变化和/或并行变化，特别是基于多维变化例程来变化，直到获得作为所述射束像差系数集合中所有的射束像差系数的函数的最小化的大小(R最小)。例如，所述射束像差系数集合(iC)中的第一射束像差系数可以变化，直到获得作为所述第一射束像差系数的函数的所述大小(Ri)的最小值，然后所述射束像差系数集合(iC)中的下一个射束像差系数可以变化，直到获得作为所述下一个射束像差系数的函数的所述大小(Ri)的最小值，等等。或者，可以并行变化若干射束像差系数。
实施例24：如实施例1至23中的任一项所述的方法，其中拍摄所述样本的所述一个或多个图像包括：在一个或多个欠焦距离处拍摄所述样本的一个或多个图像以及在一个或多个过焦距离处拍摄所述样本的一个或多个图像。
实施例25：如实施例1至24中的任一项所述的方法，其中拍摄所述样本的所述一个或多个图像包括：在多个不同的散焦距离处拍摄所述样本的多个图像，特别是通过以预定增量变化所述聚焦透镜的聚焦强度来拍摄，或者替代地通过以预定增量变化所述聚焦透镜与所述样本之间的距离来拍摄，特别是分别以例如0.1微米或更大和2微米或更小的相等增量。
实施例26：如实施例1至25中的任一项所述的方法，其中所述射束像差系数集合(iC)包括由iCs、iC散焦、iC像散，2重、iC像散，3重、iC像散，4重、iC星形、iC彗形像差所组成的群组中的两个、三个或更多个系数，以及一个、两个或更多个色差系数。
如以上实施例所述的方法可以通过本文所述的任何带电粒子束系统来进行。
实施例26：一种用于对样本进行检验和/或成像的带电粒子束系统，包括：带电粒子源105，用于发射沿着光轴线传播的带电粒子束11；样本台108；聚焦透镜120，用于朝向放置在所述样本台上的样本10聚焦所述带电粒子束；带电粒子检测器118，用于检测从所述样本发射的信号粒子；以及处理器和存储指令的存储器，所述指令当由所述处理器执行时，使所述系统执行如以上实施例中的任一项所述的方法。
实施例27：一种用于对样本进行检验和/或成像的带电粒子束系统，包括：带电粒子源，用于发射沿着光轴线传播的带电粒子束；样本台；聚焦透镜，用于朝向放置在所述样本台上的样本聚焦所述带电粒子束；带电粒子检测器，用于检测从所述样本发射的信号粒子；以及处理器和存储指令的存储器，所述指令当由所述处理器执行时，使所述系统：(x1)当是以一个或多个散焦设置进行拍摄时，基于射束像差系数集合(iC)和所述样本的聚焦图像，对所述样本的一个或多个图像进行仿真，以提供一个或多个仿真图像；(x2)对以所述一个或多个散焦设置拍摄的所述样本的一个或多个拍摄图像和所述一个或多个仿真图像进行比较，以确定两者之间的差异的大小(Ri)；以及(x3)变化所述射束像差系数集合(iC)，以提供更新的射束像差系数集合(i+1C)，并在(x1)和(x2)的后续迭代中使用所述更新的射束像差系数集合(i+1C)，以最小化所述大小(Ri)。
实施例28：一种用于对样本进行检验和/或成像的带电粒子束系统，包括：带电粒子源，用于发射沿着光轴线传播的带电粒子束；样本台；聚焦透镜，用于朝向放置在所述样本台上的样本聚焦所述带电粒子束；带电粒子检测器，用于检测从所述样本发射的信号粒子；以及处理器和存储指令的存储器，所述指令当由所述处理器执行时，使所述系统：(x1)基于射束像差系数集合(iC)，以一个或多个散焦设置对一个或多个射束横截面进行仿真，以提供一个或多个仿真射束横截面；(x2)对从以所述一个或多个散焦设置拍摄的所述样本的一个或多个拍摄图像(h1…N)检取的一个或多个检取射束横截面和所述一个或多个仿真射束横截面进行比较，以确定两者之间的差异的大小(Ri)；以及(x3)变化所述射束像差系数集合(iC)，以提供更新的射束像差系数集合(i+1C)，并在(x1)和(x2)的后续迭代中使用所述更新的射束像差系数集合(i+1C)，以最小化所述大小(Ri)。
实施例29：如实施例27或28所述的带电粒子束系统，其中当所述一个或多个图像被拍摄和仿真时，所述一个或多个散焦设置包括所述样本与所述带电粒子束的相应的射束焦点的一个或多个散焦距离，特别是多个不同的散焦距离。
实施例30：如实施例27至29中的任一项所述的带电粒子束系统，其中当所述一个或多个图像被拍摄和仿真时，所述一个或多个散焦设置包括从焦点射束着陆能量变化的所述带电粒子束的一个或多个射束着陆能量，特别是多个不同的射束着陆能量。
实施例31：如实施例27至30中的任一项所述的带电粒子束系统，进一步包括：图像生成单元，用于以所述一个或多个散焦设置生成所述样本的所述一个或多个拍摄图像，用于转发关于所述一个或多个散焦设置的信息以用于(x1)中的仿真，以及用于转发所述一个或多个拍摄图像以用于(x2)中的比较。
本文所述的带电粒子束系统可以被配置为根据本文所述的任何方法进行操作。
虽然上述内容针对实施例，但在不偏离其基本范围的情况下，可以设计出其他和进一步的实施例，并且其范围是由后面的权利要求确定的。

Claims (21)

1.一种确定带电粒子束系统中由聚焦透镜朝向样本聚焦的带电粒子束的像差的方法，所述方法包括：
(a)以一个或多个散焦设置拍摄所述样本的一个或多个图像以提供一个或多个拍摄图像；
(b)基于射束像差系数集合(iC)和所述样本的聚焦图像，对以所述一个或多个散焦设置拍摄的所述样本的一个或多个图像进行仿真，以提供一个或多个仿真图像；
(c)将所述一个或多个拍摄图像与所述一个或多个仿真图像进行比较，以确定两者之间的差异的大小(R)；以及
(d)变化所述射束像差系数集合(iC)以提供更新的射束像差系数集合(i+1C)，并在迭代过程中使用所述更新的射束像差系数集合(i+1C)重复(b)和(c)，以最小化所述大小(R)。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个散焦设置包括所述样本与所述带电粒子束的相应的射束焦点的一个或多个散焦距离，使得在(a)中，所述一个或多个图像是在所述样本被布置在所述一个或多个散焦距离处时拍摄的，并且在(b)中，所述一个或多个仿真图像包括在所述一个或多个散焦距离处拍摄的所述样本的仿真图像。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中在(a)中，多个的六个或更多个图像是在六个或更多个不同的散焦距离处拍摄的，特别是通过变化所述聚焦透镜的聚焦强度或通过相对于所述聚焦透镜移动样本台拍摄的。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中所述一个或多个散焦设置包括从焦点射束着陆能量变化的所述带电粒子束的一个或多个射束着陆能量，使得在(a)中，所述一个或多个拍摄图像是在所述一个或多个射束着陆能量下拍摄的，并且在(b)中，所述一个或多个仿真图像包括在所述一个或多个射束着陆能量下拍摄的所述样本的仿真图像。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中(b)和(c)被重复，直到获得所述一个或多个拍摄图像(h1…N)与所述一个或多个仿真图像之间的所述差异的最小化的大小(R最小)，并且所述相应迭代处的所述更新的射束像差系数集合(i+1C)构成实际射束像差(拟合C)。
6.如权利要求5所述的方法，进一步包括：用一个或多个像差校正器校正所述实际射束像差(拟合C)，特别是用一个或多个静电或磁性多极校正器进行校正，以提供经校正的带电粒子束。
7.如权利要求1至6中的任一项所述的方法，其中在(c)中，所述一个或多个拍摄图像和所述一个或多个仿真图像是在傅立叶空间中进行比较的。
8.如权利要求1至7中的任一项所述的方法，其中在(c)中，比较包括：计算所述一个或多个拍摄图像中的每个图像与所述一个或多个仿真图像中对应的仿真图像之间的差异值，并汇总所述差异值以获得所述大小(R)。
9.如权利要求1至8中的任一项所述的方法，其中在(b)中，仿真包括：在所述一个或多个散焦设置中的每个散焦设置下：
-基于所述射束像差系数集合(iC)，计算所述带电粒子束的射束横截面，以及
-基于傅立叶空间中的所述射束横截面与傅立叶空间中的所述聚焦图像的乘积，计算傅立叶空间中相应的仿真图像，或基于卷积，计算实空间中相应的仿真图像。
10.如权利要求9所述的方法，其中计算傅立叶空间中所述相应的仿真图像进一步包括：除以傅立叶空间中的焦点射束横截面。
11.如权利要求1至10中的任一项所述的方法，其中所述射束像差系数集合(iC)包括由iCs、iC散焦、iC像散，2重、iC像散，3重、iC像散，4重、iC星形和iC彗形像差所组成的群组中的两个、三个或更多个系数，以及一个、两个或更多个色差系数。
12.一种确定带电粒子束系统中由聚焦透镜朝向样本聚焦的带电粒子束的像差的方法，所述方法包括：
(a)以一个或多个散焦设置拍摄所述样本的一个或多个图像，以提供一个或多个拍摄图像，并且从所述一个或多个拍摄图像检取一个或多个检取射束横截面；
(b)基于射束像差系数集合(iC)，以所述一个或多个散焦设置对一个或多个射束横截面进行仿真，以提供一个或多个仿真射束横截面；
(c)将所述一个或多个检取射束横截面与所述一个或多个仿真射束横截面进行比较，以确定两者之间的差异的大小(R)；以及
(d)变化所述射束像差系数集合(iC)以提供更新的射束像差系数集合(i+1C)，并在迭代过程中使用所述更新的射束像差系数集合(i+1C)重复(b)和(c)，以最小化所述大小(R)。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述一个或多个散焦设置包括所述样本与所述带电粒子束相应的射束焦点的一个或多个散焦距离，或其中所述一个或多个散焦设置包括从焦点射束着陆能量变化的所述带电粒子束的一个或多个射束着陆能量。
14.如权利要求12或13所述的方法，其中(b)和(c)被重复，直到获得所述一个或多个检取射束横截面与所述一个或多个仿真射束横截面之间的所述差异的最小化的大小(R最小)，并且在所述相应迭代处的所述更新的射束像差系数集合(i+1C)构成绝对值的实际射束像差(拟合C)。
15.如权利要求12至14中的任一项所述的方法，其中在(c)中，所述一个或多个检取射束横截面和所述一个或多个仿真射束横截面是在实空间中进行比较的。
16.如权利要求12至15中的任一项所述的方法，其中在(c)中，比较包括：计算每个检取射束横截面与对应的仿真射束横截面之间的差异值，并汇总所述差异值以获得所述大小(R)。
17.如权利要求12至16中的任一项所述的方法，其中在(a)中，从所述一个或多个拍摄图像检取所述一个或多个检取射束横截面包括：将傅立叶空间中的所述一个或多个拍摄图像除以傅立叶空间中的所述样本的聚焦图像，或其中所述一个或多个检取射束横截面是基于实空间中的去卷积来检取的。
18.如权利要求17所述的方法，其中从所述一个或多个拍摄图像检取所述一个或多个检取射束横截面进一步包括应用自适应滤波器项和与傅立叶空间中的焦点射束横截面相乘中的至少一者。
19.如权利要求12至18中的任一项所述的方法，其中在(d)中，所述射束像差系数集合中的射束像差系数依序变化和/或并行变化，特别是基于多维变化例程来变化，直到获得作为所述射束像差系数集合中所有的射束像差系数的函数的最小化的大小(R最小)。
20.一种带电粒子束系统，包括：
带电粒子源，用于发射沿着光轴线传播的带电粒子束；
样本台；
聚焦透镜，用于朝向放置在所述样本台上的样本聚焦所述带电粒子束；
带电粒子检测器，用于检测从所述样本发射的信号粒子；以及
处理器和存储指令的存储器，所述指令当由所述处理器执行时，使所述带电粒子束系统执行如权利要求1至19中的任一项所述的方法。
21.一种带电粒子束系统，包括：
带电粒子源，用于发射沿着光轴线传播的带电粒子束；
样本台；
聚焦透镜，用于朝向放置在所述样本台上的样本聚焦所述带电粒子束；
带电粒子检测器，用于检测从所述样本发射的信号粒子；以及
处理器和存储指令的存储器，所述指令当由所述处理器执行时，使所述带电粒子束系统：
(x1)基于射束像差系数集合(iC)和所述样本的聚焦图像，以一个或多个散焦设置对所述样本的一个或多个图像进行仿真，以提供一个或多个仿真图像；或者
基于射束像差系数集合(iC)，以一个或多个散焦设置对一个或多个射束横截面进行仿真，以提供一个或多个仿真射束横截面；
(x2)对以所述一个或多个散焦设置拍摄的所述样本的一个或多个拍摄图像和所述一个或多个仿真图像进行比较，以确定两者之间的差异的大小；或者
对从以所述一个或多个散焦设置拍摄的所述样本的一个或多个拍摄图像检取的一个或多个检取射束横截面和所述一个或多个仿真射束横截面进行比较，以确定两者之间的差异的大小；以及
(x3)变化所述射束像差系数集合(iC)，以提供更新的射束像差系数集合(i+1C)，并在(x1)和(x2)的后续迭代中使用所述更新的射束像差系数集合(i+1C)，以最小化所述大小。
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