TW202247230A - 多光束數位掃描及影像擷取 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種多光束帶電粒子顯微鏡和一種操作多光束帶電粒子顯微鏡以進行晶圓檢測之方法，其具有高產量、高解析度和高可靠性。該操作方法和該多光束帶電粒子束顯微鏡包含用於根據一選定掃描程式，通過複數個帶電粒子小射束進行同步掃描操作和影像擷取之裝置，其中可根據來自不同掃描程式之檢測任務，以選擇該已選定掃描程式。

Description

多光束數位掃描及影像擷取

本發明係關於一種多光束帶電粒子束掃描檢測系統，其包含一具有高靈活性和高通量的多光束掃描和影像擷取系統、及一相關方法和一電腦程式產品。該多光束帶電粒子束檢測系統包含一改良的掃描器架構和偏轉掃描器操作控制器、以及一用於同步影像擷取的改良式影像擷取模組。

隨著諸如半導體裝置之類越來越小並且更複雜的微結構不斷發展，需要進一步開發和最佳化平面製造技術，及用於小尺寸微結構的製造和檢測之檢測系統。半導體裝置的開發和製造需要例如測試晶圓的設計驗證，而平面製造技術涉及用於可靠高通量製造的處理最佳化。另外，最近需要對半導體晶圓進行分析，以用於半導體裝置的逆向工程和客製化、個別組態建構。因此，需要用於以高精度試驗晶圓上微結構的高通量檢測工具。

用於製造半導體裝置的典型矽晶片直徑最大為12英吋（300 mm（毫米））。每個晶圓分割成30至60個重複區域（「晶粒」），最大面積約為800平方毫米。半導體包含通過平面整合技術在晶圓表面上分層製造的複數個半導體結構。由於所涉及的製程，使得半導體晶圓通常具有平坦表面。整合式半導體結構的特徵尺寸在數µm範圍內向下延伸到5 nm的關鍵尺寸（Critical Dimension，CD），並且在不久的將來甚至會逐漸減小特徵尺寸，例如3 nm（奈米）以下（例如2 nm）的特徵尺寸或關鍵尺寸（CD），或者甚至低於1 nm。利用前述小結構尺寸，必須在短時間內於很大區域中識別出關鍵尺寸的尺寸缺陷。對於數種應用，由檢測裝置提供對測量精度的規格要求甚至更高，例如兩倍或一數量級的因素。例如，半導體特徵件的寬度必須以低於1 nm，例如0.3 nm或甚至更小的精度來測量，並且半導體結構的相對位置必須以低於1 nm，例如0.3 nm或甚至更小的覆蓋精度來確定。

因此，本發明目的為提供一種帶電粒子系統和帶電粒子系統的操作方法，其允許在開發或製造過程中以至少關鍵尺寸的解析度對整合式半導體特徵件進行高通量檢測，或用於半導體裝置的逆向工程。本發明的另一目的是提供一種帶電粒子系統和帶電粒子系統的高通量操作方法，其以低於1 nm、低於0.3 nm或甚至0.1 nm的精度對半導體特徵件進行高精度測量。

帶電粒子顯微鏡CPM領域的最新發展是MSEM，一種多光束掃描電子顯微鏡。例如在專利申請案US7244949和US20190355544中揭露一種多光束帶電粒子束顯微鏡。在諸如多光束電子顯微鏡或MSEM的多光束帶電粒子顯微鏡中，樣品由包含例如J ＝ 4至高達J ＝ 10000電子束（當成初級輻射）的電子小射束陣列所照射，藉使每一電子束與其下一相鄰電子束之間分隔距離為1 – 200微米。例如，MSEM具有配置成六邊形陣列的約J ＝ 100分隔電子束或小射束，其中電子小射束分開約10 µm的距離。複數個初級帶電粒子小射束通過共用物鏡聚焦在受研究樣品的表面上，例如固定在晶圓吸附盤（Wafer chuck）上的半導體晶圓，該吸附盤安裝在可移動平台上。在用初級帶電粒子小射束照射晶圓表面期間，相互作用產物，例如二次電子，起源於由初級帶電粒子小射束焦點形成的複數個交點，而相互作用產物的數量和能量則取決於晶圓表面的材料成分和形貌。相互作用產物形成複數個次級帶電粒子小射束，其由共用物鏡收集並通過多光束檢測系統的投影成像系統引導到配置於偵測器平面上的偵測器上。該偵測器包含複數個偵測區域，該等區域包含例如複數個偵測像素，並且偵測複數個次級帶電粒子小射束之每一者的強度分佈，並且獲得例如100 µm × 100 µm的數位影像圖塊（Patch）。

在通過MSEM進行影像擷取期間，使用集體帶電粒子偏轉系統在樣品（例如晶圓表面）上掃描複數個J初級小射束。在樣品表面上的J掃描位置處，產生二次電子，藉使形成複數個J二次電子小射束。將J次級子射束成像在至少J偵測器的陣列上，每一偵測器接收與二次電子數量或個別二次電子小射束強度相對應的信號。藉此，在影像掃描期間掃描複數個J影像子域。對應於J影像子域的J數位影像分段拼接在一起，以形成一或多個數位影像圖塊。先前技術MSEM系統的偏轉掃描器已為線性影像掃描器，其具有配置用於複數個J影像子域強度值的線性資料串流之線性影像處理。事實證明，需要更靈活的影像掃描器和更靈活的影像資料處理架構。

對於單束電子顯微鏡，已知不同的掃描策略。例如，在專利申請案US 10720306 B2中，應用隔行掃描策略，這在陰極射線管(Cathode Ray Tube，CRT)電視系統中眾所周知。正如CRT系統，此隔行掃描策略可減輕樣品的帶電效應。單束顯微鏡的類似方法是在SCANNING VOL. 23, 395–402 (2001)中由J.T.L. THONG, K.W. LEE,W.K. WONG等人提出的標題名稱「在掃描電子顯微鏡中使用向量掃描減少充電效應（Reduction of Charging Effects Using Vector Scanning in the Scanning Electron Microscope）」中描述。

然而，多光束帶電粒子顯微鏡提出另外的挑戰。首先，資料產生量高得多，並且同時針對多個小射束產生影像資料。其次，相較於幾年前的要求，最近的要求需要精度更高的掃描控制和資料擷取控制。第三，平行掃描和成像多個子域。隨之而來的是其他要求和限制，例如，必須考慮複數個J初級帶電粒子小射束的距離或間距，及掃描引起的失真或影像後置處理的要求。

在單束掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope，SEM)中，掃描引起的失真之預補償在本領域中是眾所周知的並且是直觀的。另外，單束掃描顯微鏡的掃描路徑配置選擇幾乎是無限的，例如，單束光柵掃描器幾乎可以任意修改放大倍率或解析度。然而，這在多光束帶電粒子掃描顯微鏡中不同，其中複數個J初級帶電粒子小射束以已知間距用光柵組態排列。同時集體掃描複數個J初級帶電粒子小射束，並且同時收集來自複數個J影像子域的複數個J數位影像資料。例如，不能任意改變掃描操作的倍率或方向。

因此，本發明的一問題是提供一種具有複數個J初級帶電粒子小射束的多光束帶電粒子掃描檢測系統，用於以高成像精度、高速或高通量進行晶圓檢測。本發明的另一問題是提供一種多光束帶電粒子檢測系統，其在晶圓檢測期間具有改善減輕帶電效應。本發明的另一問題是提供一種多光束帶電粒子檢測系統，其減少對所擷取影像子域的後置處理及用於從影像子域形成像斑之需求。本發明的另一問題是提供一種具有複數個J初級帶電粒子小射束的多光束帶電粒子掃描檢測系統，該系統構造成以不同的掃描程式或掃描模式，對複數個J影像子域進行集體掃描成像。

根據本發明，提供一種用於具有複數個J初級帶電粒子小射束的多光束帶電粒子掃描顯微鏡之改良式多光束掃描和影像擷取單元。利用改良式多光束掃描和影像擷取單元，能夠以高精度並且同步、快速的影像擷取來，集體掃描複數個初級帶電粒子小射束。根據本發明的態樣，通過改良式多光束掃描和影像擷取單元，以例如小於1 nm的失真之高精度，能夠實現不同的掃描程式或掃描模式。影像圖塊的複數個影像子域之影像擷取與所選的掃描程式或掃描模式同步。在一範例中，無需大量影像後置處理即可啟用影像擷取。根據本發明的態樣，改良式多光束掃描和影像擷取單元能夠實現複數個初級帶電粒子小射束的不同掃描程式或掃描模式，以及影像圖塊的複數個影像子域之同步快速影像擷取。根據本發明的進一步態樣，改良式多光束掃描和影像擷取單元能夠中斷複數個初級帶電粒子小射束的不同掃描程式或掃描模式，以及影像圖塊的複數個影像子域之影像擷取。在第一掃描程式的中斷期間，進行進一步任務或操作，包括根據第二掃描程式對複數個初級帶電粒子小射束進行集體掃描。

運用根據第一具體實施例的方法，提供一種改良式多光束掃描和影像擷取單元之操作方法，其使多光束帶電粒子掃描顯微鏡的掃描所引起之失真最小。運用第二具體實施例，提供一種改良式多光束掃描和影像擷取單元之操作方法，其能夠根據選定掃描程式或掃描模式來進行集體光柵掃描和影像擷取。在第三具體實施例中，提供一種改良式多光束掃描和影像擷取單元。運用本發明的具體實施例，改善成像性能，提供更高的靈活性，並且增加檢測任務的通量。

在根據第二具體實施例的多光束掃描和影像擷取方法中，在組態步驟中選擇並提供掃描程式。在第一通用掃描處理步驟、第二特定掃描偏轉控制步驟和第三影像資料擷取步驟中，將多光束影像掃描和擷取方法分開。

第一通用掃描處理步驟包含至少掃描命令接收步驟和掃描命令處理步驟之一者。改良式多光束掃描和影像擷取單元接收選定的掃描程式，並將其轉換成單位子域坐標中的一系列單位掃描坐標，例如影像子域中具有整數精度的像素坐標。第一通用掃描處理步驟更包含頂點後置處理步驟。根據選定掃描程式，在第一通用掃描處理步驟中產生一系列預補償數位掃描命令，並將其提供給第二特定掃描偏轉控制步驟。每一掃描偏轉控制步驟包含至少特定轉換步驟、頂點後置處理步驟、數位類比轉換步驟和放大步驟之一者。第三影像資料擷取步驟包括AD轉換步驟、數位影像資料選擇步驟和數位影像資料定址和寫入步驟。在數位影像資料定址和寫入步驟中，將複數個影像資料寫入與對應於複數個影像子域的複數個影像資料之複數個像素坐標相對應的平行存取臨時儲存記憶體中。在進一步平行讀取和影像處理步驟中，從平行存取記憶體中讀取複數個影像資料，並對該影像資料進行後置處理。

在第一通用掃描處理步驟和第二掃描偏轉控制步驟中的模組分離具有如下優點：每個特定掃描偏轉控制步驟可針對不同的特定第一集體多光束光柵掃描系統或第二集體多光束光柵掃描系統進行調整或校正，而無需改編或更改通用掃描處理步驟。因此，可根據例如使用八極掃描器或四極掃描器序列、雙極掃描器序列或其他集體多光束光柵掃描系統，根據例如特定第一集體多光束光柵掃描系統的需要，以修改特定掃描偏轉控制步驟。通過在第一通用掃描處理步驟和第二掃描偏轉控制步驟中的模組分離，將多光束帶電粒子系統的系統像差與實際集體掃描系統的特定像差或非線性效應分開。多光束帶電粒子系統的系統像差在第一通用掃描處理步驟中進行預補償。實際的集體掃描系統（例如第一集體多光束光柵掃描器或第二集體多光束光柵掃描器，分別在放大步驟期間包括電壓放大的非線性）的特定像差或非線性效應會在特定的第二掃描偏轉控制步驟中進行預補償。在一範例中，多光束掃描和影像擷取方法包含至少用於第一集體多光束光柵掃描器操作控制的第一掃描偏轉控制步驟以及用於第二集體多光束掃描器操作控制的第二掃描偏轉控制步驟。該多光束掃描和影像擷取方法可包含進一步掃描偏轉控制步驟。

在第一通用掃描處理步驟和第三影像資料擷取步驟中的模組分離優點在於，不同且複雜的掃描程式可選擇和配置用於複數個J子域的影像擷取，與複數個J帶電粒子小射束的集體掃描操作同步。例如，隨著單元掃描命令的產生和提供給影像資料擷取步驟，以自影像感測器的J起伏電壓之串流經過轉換、選擇、分類並寫入複數個J地址處的平行存取記憶體，並且每個根據單位掃描坐標。對於不同的掃描程式，產生與複數個J影像子域相對應的複數個J影像資料之複數個J記憶體地址指標序列，並且將複數個J影像資料寫入複數個J記憶體地址指標序列處的一平行存取記憶體中。運用此方法，可啟用不同的掃描程式，包括具有任意或隨機掃描模式、分離的掃描路徑的掃描程式，或具有重疊增加解析度的掃描模式。

在本發明的另一態樣，可中斷已選定第一掃描程式，並且可在第一掃描程式的中斷期間選擇第二掃描程式或掃描模式。例如，在第一掃描程式中斷期間，根據第二掃描模式執行複數個J影像子域中複數個J影像分段的校正測量或重複測量，並且監控諸如多光束帶電粒子顯微鏡飄移之類的實際性能屬性。將與第二掃描程式或掃描模式相對應的數位影像資料寫入不同記憶體地址，當成第一掃描程式的數位影像資料。

多光束掃描和影像擷取方法利用共用時脈信號來同步操作，以及對在多光束掃描和影像擷取方法期間產生的資料串流或序列進行計時和串流傳輸。共用時脈信號例如在通用掃描處理步驟中產生，並提供給第二掃描偏轉控制步驟和第三影像資料擷取步驟。平行讀取和影像處理步驟可以不同或相同的時脈頻率進行操作。多光束帶電粒子掃描顯微鏡的通用控制單元可在不同或相同的時脈頻率下運行。在多光束掃描和影像擷取方法中，例如DA轉換步驟和AD轉換步驟已同步，以提供光柵掃描偏轉與影像像素資料收集之同步。在AD轉換步驟之後資料處理中的延遲以及在DA轉換步驟之後放大步驟和集體偏轉步驟的延遲可經過校正，並且例如在數位影像資料選擇步驟中列入考慮。藉使，將與局部子域p，q坐標中實際掃描位置相對應的多個數位影像像素資料寫入多個記憶體地址，並且在多個記憶體地址之每一者處寫入與單位掃描命令相對應的地址，其對應於子域坐標(p,q)中的實際掃描位置。

運用根據第一具體實施例的方法，與掃描所引起失真的起源無關，將掃描引起的失真總體上最小化。根據第一具體實施例，提供一種校正多光束帶電粒子掃描電子顯微鏡的方法，藉此減小最大掃描引起的失真，該方法包括通過校正多光束光柵掃描器以第一驅動信號V1(p,q)在校正樣品表面上光柵掃描複數個J初級帶電粒子小射束，以執行校正測量的第一步驟。在從校正測量中導出複數個掃描所引起失真圖案的第二步驟中，針對複數個初級帶電粒子小射束每一者導出掃描所引起失真圖案。在第三步驟中，例如通過統計方法分析複數個掃描所引起子域失真圖案，並且導出校正信號C(p,q)。在一範例中，分析的第三步驟包括通過統計方法導出複數個掃描所引起失真圖案的參考失真圖案，該統計方法包含平均值、加權平均值或中間值的計算。校正信號C(p,q)從該參考失真圖案導出。在該方法的第四步驟中，用校正信號C(p,q)修改第一驅動信號V1(p,q)，並且導出用於驅動第一集體多光束光柵掃描器的已修改驅動信號V2(p,q)。通過將已修改驅動信號V2(p,q)施加到第一集體多光束光柵掃描器，針對複數個掃描所引起失真圖案之每一者預補償參考失真圖案，並且最大程度減小最大掃描所引起的失真。在一範例中，重複第一至第四步驟，直到最大掃描所引起失真最小化到預定臨界以下。

根據第一具體實施例，一種多光束帶電粒子掃描電子顯微鏡1的校正方法包含： - 一第一步驟，通過用集體多光束光柵掃描器110在校正樣品的表面25上，以第一驅動信號V1(p,q)對複數個初級帶電粒子小射束3進行光柵掃描，以執行校正測量， - 一第二步驟，從校正測量中導出複數個掃描所引起子域失真圖案，包括針對複數個初級帶電粒子小射束3之每一者導出掃描所引起失真圖案， - 一第三步驟，分析複數個掃描所引起子域失真圖案，並且導出一校正信號C(p,q)， - 一第四步驟，用該校正信號C(p,q)修改該第一驅動信號V1(p,q)，並且導出用於驅動該集體多光束光柵掃描器110的已修改驅動信號V2(p,q)， - 藉使最大程度減少掃描引起的失真。

在一範例中，分析的第三步驟包含以下進一步步驟： - 通過統計方法導出複數個掃描所引起失真圖案的參考失真圖案，該統計方法包含平均值、加權平均值、或中間值的計算；及 - 從該參考失真圖案導出該校正信號C(p,q)。

在一範例中，重複第一至第四步驟，直到複數個初級帶電粒子小射束的最大掃描所引起子域失真最小化到預定臨界以下。在一範例中，複數個初級帶電粒子小射束3的大多數最大掃描所引起失真降低到預定臨界以下，並且少數單個初級帶電粒子小射束的最大掃描所引起子域失真超過預定臨界。標記超過預定臨界的少數單個初級帶電粒子小射束，並且例如通過數位影像後置處理，以補償與該已標記初級帶電粒子小射束相對應的影像子域之掃描所引起子域失真。在一範例中，校正信號C(p,q)儲存在集體多光束光柵掃描器的控制單元之記憶體中，以根據選定掃描程式對掃描所引起失真進行預補償。在掃描操作期間，控制單元根據選定掃描程式在複數個初級帶電粒子小射束的集體光柵掃描期間施加校正信號C(p,q)，並根據參考失真圖案對平均掃描所引起失真進行預補償。

運用第一具體實施例的方法，產生修正函數C(p,q)，通過該修正函數，複數個初級帶電粒子小射束的掃描所引起子域失真最小化，例如減小兩倍，或者例如實現為一殘留掃描所引起失真低於臨界，例如低於1 nm或低於0.5 nm。在使用期間將修正函數C(p,q)應用於掃描電壓信號。

根據第二具體實施例，一種多光束掃描和影像擷取方法用於控制在複數個J影像子域上複數個J初級帶電粒子小射束的集體掃描，並提供利用多光束帶電粒子顯微鏡獲取與複數個J圖像子域相對應的複數個J數位影像資料。該方法包含： - 一組態步驟，用於提供複數個掃描程式並用於選擇一已選定掃描程式； - 一通用掃描處理步驟，在該步驟中，接收該已選定掃描程式，並從該已選定掃描程式中產生至少預補償數位掃描命令的第一序列和一選擇控制信號； - 一特定掃描偏轉控制步驟，在該步驟中，從至少第一序列的該預補償數位掃描命令產生至少一第一已放大序列的驅動電壓，並且在此期間，將至少一第一已放大序列的該驅動電壓提供給一集體偏轉步驟，該集體偏轉步驟用於在一樣品表面上的該等複數個J影像子域上方使複數個J初級帶電粒子小射束集體偏轉； - 一影像資料擷取步驟，在該步驟中，轉換和選擇在類比資料收集步驟從一影像感測器單元收集的J起伏電壓串流，以形成J數位影像資料值串流，該J數位影像資料值串流已寫入複數個J記憶體位置處的一共用存取記憶體內，以形成與該等複數個J影像子域相對應的該等複數個J數位影像資料，藉使通過由該通用掃描處理步驟所產生並提供的該選擇控制信號來控制選擇和寫入。

該方法更包含一平行讀取和影像處理步驟，在該步驟中，從該共用存取記憶體中讀取與該等複數個J影像子域相對應的該等複數個J數位影像資料，並執行影像處理。該影像處理可包含一影像篩選、一影像註冊、一臨界操作、一物件偵測、影像物件的尺寸測量、一失真補償、一對比強化、一解卷積操作或一影像相關性之一。該影像處理可更包含拼接操作，以從該等複數個J數位影像資料形成單一數位影像檔案。

在一範例中，在該通用掃描處理步驟期間，於標準化子域坐標(u,v)中產生至少單位掃描命令的第一序列。通過應用包括旋轉、比例尺變更或考慮接收自記憶體的預定修正函數C(p,q)之一者的操作，將單位掃描命令的第一序列轉換成影像子域坐標(p,q)中的預補償數位掃描命令的序列。

在一範例中，在通用掃描處理步驟期間所產生該選擇控制信號包含該至少第一序列的單元掃描命令，而且在影像資料擷取步驟期間產生，將J數位影像資料值串流寫入該共用存取記憶體，該記憶體位於與該等複數個J影像子域坐標和第一序列的該單元掃描命令相對應的複數個J記憶體位置處。

在一範例中，在通用掃描處理步驟期間，將一同步控制命令與一掃描同步控制步驟交換。

在一範例中，複數個J初級帶電粒子小射束構造成光柵組態，其在使用期間相對於台架或安裝在台架上樣品的坐標系統方位旋轉一旋轉角度，並且其中在通用掃描處理步驟中，調整該單元掃描命令序列，以補償光柵組態的旋轉。

該操作方法和多光束帶電粒子束顯微鏡包含用於根據一選定掃描程式，通過複數個帶電粒子小射束進行同步掃描操作和影像擷取之裝置，其中可根據來自不同掃描程式、儲存在多光束帶電粒子掃描顯微鏡控制單元的記憶體中之檢測任務，以選擇該已選定掃描程式。

根據一具體實施例，提供一種多光束帶電粒子顯微鏡，其構造成執行第一或第二具體實施例的任何方法或方法步驟。

根據第三具體實施例，一種改良式多光束掃描和影像擷取單元包括一掃描控制單元，該單元連接到一影像擷取單元。該掃描控制單元構造成在使用期間根據一已選定掃描程式，產生表示每一影像子域中掃描坐標的一數位信號串流，並將該數位信號串流轉換成用於驅動一集體多光束光柵掃描器的至少一驅動電壓序列或串流。在使用期間，該集體多光束光柵掃描器構造成根據該驅動電壓序列，掃描偏轉在複數個J影像子域上方的複數個J初級帶電粒子小射束。一數位影像擷取單元構造成從該等複數個J影像子域中擷取與該等複數個J影像信號相對應的數位影像資料之複數個J序列或串流。該數位影像擷取單元連接到該掃描控制單元，並且構造成使該影像擷取與該已選定掃描程式同步，並且根據一已選定掃描程式的掃描坐標序列，將該等複數個J數位影像資料串流寫入複數個J記憶體位置中。該已選定掃描程序可為數種不同掃描程式之一者，並且由一系列掃描命令來描述，例如包括線和點坐標，或由功能說明來描述，例如包括重複的功能循環。可將不同的掃描程式儲存在控制單元的記憶體中，並通過多光束帶電粒子掃描顯微鏡1選擇用於特定檢測任務。

根據本發明的一具體實施例，多光束帶電粒子顯微鏡1包含： - 至少一第一集體光柵掃描器110，其用於集體掃描複數個J影像子域31.11至31.MN上方的複數個J初級帶電粒子小射束3；及 - 一偵測系統200，其包含一偵測器207，該偵測器用於偵測複數個J二次電子小射束9，每一小射束對應於該等J影像子域31.11至31.MN之一者；及 - 一成像控制模組820，該成像控制模組820包含： - 一掃描控制單元930，其連接到第一集體光柵掃描器110，並構造成在使用期間根據第一已選定掃描程式762，使用第一集體光柵掃描器110控制複數個J初級帶電粒子小射束3的光柵掃描操作， - 一影像資料擷取單元810，其連接到掃描控制單元930和偵測器207，用於在使用期間從偵測器207獲取並選擇複數個J影像資料，以與由該掃描控制單元930提供的時脈信號同步，並且構造成將根據第一已選定掃描程式762，將該等複數個J影像資料寫入記憶體位置處的一平行存取記憶體1816中。

在一範例中，該掃描控制單元930包含一時脈信號產生器938，其構造成在使用期間將該時脈信號提供給掃描控制單元930和影像擷取單元810。掃描控制單元930可進一步連接到至少一進一步系統960，該進一步系統構造成與光柵掃描操作同步操作。一進一步系統960可為一集體偏轉器350，其構造成在使用期間將該等複數個J初級帶電粒子集體偏轉到一射束收集器130中。

多光束帶電粒子顯微鏡1可更包含一配置在偵測系統200中的第二集體光柵掃描器222。該掃描控制單元930進一步連接到該第二集體光柵掃描器222。

第三具體實施例的成像控制模組820可包含一電壓供應器925，該供應器構造成提供電壓給掃描控制單元930和影像擷取單元810，並構造成在使用期間將驅動電壓提供給該第一集體光柵掃描器110或該第二集體光柵掃描器222。

根據一具體實施例，多光束帶電粒子掃描顯微鏡1的掃描控制單元930包含： - 一掃描產生器模組932，其連接到該時脈單元938；及 - 一第一放大器模組936.1，其連接到該第一集體光柵掃描器110；及 - 一第二放大器模組936.2，其連接到該第二集體光柵掃描器222； - 該掃描產生器模組932構造成在使用期間產生並提供一系列預補償數位掃描命令給該第一放大器模組936.1和該第二放大器模組936.2；及 - 該第一放大器模組936.1構造成在使用期間產生至少一第一放大序列的驅動電壓給第一集體光柵掃描器110的電極； - 該第二放大器模組936.2構造成在使用期間產生至少一第二放大序列的驅動電壓給第二集體光柵掃描器222的電極。

掃描控制單元930可更包含至少一進一步放大器模組936.3，其連接到系統960.3，構造成在使用期間與該光柵掃描偏轉同步操作。該掃描產生器模組932可進一步連接到影像擷取模組810。

根據一具體實施例，多光束帶電粒子掃描顯微鏡1的影像資料擷取單元810包含： - 一ADC模組1808，其包含連接到影像感測器207並構造成在使用期間將複數個S起伏電壓786轉換成複數個S數位感測器資料串流788的複數個AD轉換器；及 - 一擷取控制單元1812，其連接到ADC模組1808和掃描控制單元930，並構造成在使用期間從複數個S數位感測器資料串流788，以及在使用期間從由掃描控制單元930根據已選定掃描程式762所提供的一選擇控制信號744，選擇複數個S數位影像資料值串流790；及 - 一影像資料分類器1820，其連接到擷取控制單元1812、掃描控制單元930以及平行存取記憶體1816； 其中該影像資料分類器1820構造成在使用期間根據已選定掃描程式762，將該等複數個S數位影像資料值串流790寫入與多個S初級帶電粒子小射束3的掃描位置相對應之複數個記憶體位置處之平行存取記憶體1816中。在一範例中，成像控制模組820包含複數個L影像資料擷取單元810，其中S x L = J，其中J為在使用多光束帶電粒子顯微鏡1期間所產生和利用的複數個初級小射束3之數量。在一範例中，一成像控制模組820包含一影像資料擷取單元810，其中S = J，其中J為在使用多光束帶電粒子顯微鏡1期間所產生和利用的複數個初級小射束3之數量。在一範例中，影像資料擷取單元810的數量L係根據起伏電壓786的數量S來選擇，每一者對應於初級小射束3，其可由單一影像資料擷取單元810處理。數量S可例如為S = 6、8、10、12或更多的起伏電壓786。L可為L = 1、8、10、12、20或更大，例如L可為100。

ADC模組可連接到該時脈單元，並且可構造成在使用期間從該時脈單元938接收時脈信號，並且使該等複數個AD轉換器的操作同步，以在使用期間將複數個J起伏電壓786轉換成複數個J數位感測器資料串流788。時脈單元938可連接到該控制單元800，並且可構造成從該控制單元800接收控制信號，並且可構造成在使用期間改變時脈單元938的時脈頻率。

根據一具體實施例的多光束帶電粒子顯微鏡1包含： - 一多光束產生器300，用於產生複數個初級帶電粒子小射束， - 一第一集體光柵掃描器110和一第二集體光柵掃描器222；以及 - 一偵測單元200，其包括一偵測器207；及 - 一成像控制模組820，其包含一掃描控制單元930和一影像擷取單元810，用於通過一已選定掃描程式762對樣品的檢測部位進行掃描並成像； - 該掃描控制單元930包含一通用掃描產生器模組932和至少一第一放大器模組936.1，用於將至少一序列高壓提供給該第一集體光柵掃描器110的電極；及一第二放大器模組936.2，用於將至少一序列高壓提供給該第二集體光柵掃描器220的電極， 其中該掃描控制單元930適於選擇性包括一第三或一進一步放大器模組936.3或936.n，用於控制第三或進一步操作單元960.3或960.n，以在使用期間與已選定掃描程式762同步操作。

在一範例中，通用掃描產生器模組932包括一頂點後置處理單元，其在使用期間構造成用於對多光束帶電粒子顯微鏡1的系統掃描所引起像差進行預補償。每個放大器模組包括一頂點後置處理單元、一數位類比轉換器和一放大器，藉使在每個放大器模組中，單獨對每一操作單元960.i預補償為了同步操作時的該放大器模組結合該操作單元960.工作的非線性。操作單元960.i可為第一集體多光束光柵掃描器110或第二集體多光束光柵掃描器222。

在一範例中，該多光束帶電粒子顯微鏡包括構造成產生六邊形光柵組態的複數個初級帶電粒子小射束之多光束產生器，並且該成像控制模組構造成對樣品（例如具有複數個影像子域的晶圓，該等複數個影像子域之每一者具有六邊形狀）的檢測部位進行掃描並成像。因此，一多光束帶電粒子顯微鏡1包含： - 一多光束產生器300，用於產生六邊形光柵組態下的複數個J初級帶電粒子小射束3， - 一第一集體光柵掃描器110和一第二集體光柵掃描器222；以及 - 一偵測單元200，其包括一偵測器207；及 - 一成像控制模組820，其包含一掃描控制單元930和一影像擷取單元810，用於通過複數個J影像子域31對樣品的檢測部位進行掃描並成像，該等J影像子域31之每一者具有六角形狀。

在一範例中，多光束帶電粒子顯微鏡包含： - 一多光束產生器300，用於產生複數個J初級帶電粒子小射束3， - 一第一集體光柵掃描器110和一第二集體光柵掃描器222；以及 - 一偵測單元200，其包括一偵測器207；及 - 一物鏡102； - 一成像控制模組820，其包含一掃描控制單元930和一影像擷取單元810，用於控制掃描複數個J初級帶電粒子小射束3，並用於通過配置在複數個J影像子域31中複數個掃描線來控制樣品表面的影像圖塊擷取， 其中成像控制模組820構造成相對於樣品方位改變該等複數個掃描線的方位。在一範例中，成像控制模組820另構造成改變至少掃描線的長度或掃描線的數量，以改變該等複數個J影像子域31用於覆蓋影像圖塊的大小。在一範例中，多光束帶電粒子顯微鏡1更包含一控制單元800，其用於控制物鏡102的工作條件，並且其中該等複數個掃描線方位的改變係根據由物鏡102的工作條件變化所引起複數個J初級帶電粒子小射束3之光柵組態旋轉而變化。工作條件的改變可例如是多光束帶電粒子顯微鏡1的樣品表面與參考表面間之工作距離改變、多光束帶電粒子顯微鏡1的聚焦平面改變，或者多光束帶電粒子顯微鏡1的倍率改變。

根據一具體實施例，該多光束掃描和影像擷取方法包含：選擇一已選定掃描程式，並且根據該已選定掃描程式，將該等複數個J初級帶電粒子小射束集體偏轉到樣品表面上的複數個J影像子域上方。該方法更包含擷取J起伏電壓串流，並以時脈速率轉換該等J起伏電壓串流，以形成J數位影像資料值串流。該方法更包含處理來自J數位影像資料值串流每一者的至少兩數位影像資料值，以形成一和、一平均數位影像資料值或數位影像資料值的差，以及將包括該和、一平均數位影像資料值或數位影像資料值的差之該J數位影像資料值串流寫入預定記憶體位置處的一共用存取記憶體中。在該範例中，該等複數個影像子域每一者內的每一像素位置由具有延長停留時間的初級帶電粒子小射束照明。該延長停留時間可對應於G乘以時脈速率的倒數，其中G為G = 2、3、4或更大的整數。在另一範例中，掃描程式包括一單獨掃描圖案，並且更包含該單獨掃描內每一像素位置55的重複掃描照明。通過此方法，例如包括像素或掃描線平均，可增加從物件表面區域收集的數位影像資料之信噪比(SNR)，並且例如可實現物件表面區域總覽影像與具有較高SNR的選定區域影像相結合。

利用本發明的具體實施例，實現更加靈活的影像掃描和擷取方法，並且賦予更加靈活的影像掃描和資料處理架構。利用本發明的範例和具體實施例，提高多光束帶電粒子的成像精度和通量，例如，通過預補償掃描非線性，以使掃描引起的像差最小化。例如，通過利用六邊形影像子域，相較於矩形影像子域，最大掃描偏轉量得以減少，並且以相同通量或每次影像擷取的時間，以較低感應像差和增強的成像性能對影像布片的大表面積進行掃描成像。例如，將每個影像子域分割為不同、選擇性分離的掃描圖案，並控制樣品的帶電。例如，減少對影像後置處理的需求，並且以更高精度、高通量產生影像資料。

在下述的本發明示範具體實施例中，在功能和結構上相似的部件盡可能用相似或相同的參考編號表示。

圖1的示意圖表示根據本發明具體實施例的多光束帶電粒子顯微鏡系統1之基本特徵和功能。要注意的是，圖中所使用的符號已經過選擇來象徵其各自功能。所示系統類型為多光束掃描電子顯微鏡（Multi-beam Scanning Electron Microscope，MSEM或Multi-SEM），該系統使用複數個初級電子小射束3在物件7的表面25上，例如具有頂表面25位於物鏡102的物平面101中的晶圓，產生複數個初級帶電粒子束斑點點5。為簡單起見，僅顯示五個初級帶電粒子小射束3和五個初級帶電粒子束斑點點5。可使用電子或其他類型的初級帶電粒子（例如離子，特別是氦離子），以實現多小射束帶電粒子顯微鏡系統1的特性和功能。顯微鏡系統1的更多細節提供於2020年8月5日申請的德國專利申請案102020209833.6中，其通過引用整個併入本文供參考。

顯微鏡系統1包含一物件照射單元100和一偵測單元200、及一用於將次級帶電粒子束路徑11與初級帶電粒子束路徑13分離的分束器單元400。物件照射單元100包含用於產生複數個初級帶電粒子小射束3並且適於將複數個初級帶電粒子小射束3聚焦在物平面101中的帶電粒子多光束產生器300，其中晶圓7的表面25由樣品台500定位。

初級束產生器300在中間影像表面321內產生複數個初級帶電粒子小射束斑點點311，該表面通常是球面彎曲表面，以補償物件照射單元100的場曲。初級子射束產生器300包括初級帶電粒子（例如電子）的來源301。初級帶電粒子源301發射一發散的初級帶電粒子束309，其由至少一準直透鏡303準直以形成準直束。準直透鏡303通常由一或多個靜電或磁性透鏡組成，或者由靜電和磁性透鏡組合而成。準直的初級帶電粒子束入射在初級多光束形成單元305上。多光束形成單元305基本上包括由初級帶電粒子束309照射的第一多孔板306.1。第一多孔板306.1包括於光柵組態下的複數個孔，用於產生複數個初級帶電粒子小射束3，這些小射束通過準直的初級帶電粒子束309透射過複數個孔而產生。多小射束形成單元305包含至少進一步多孔板306.2，其相對於電子束309中電子的運動方向位於第一多孔板306.1的下游。例如，第二多孔板306.2具有微透鏡陣列的功能，並且最好設定為已界定電位，藉使調節中間影像表面321內的複數個初級小射束3之聚焦位置。第三主動多孔板配置（未顯示）包含用於複數個孔之每一者的單獨靜電元件，以分別影響多個小射束之每一者。主動多孔板配置由具有靜電元件的一或多個多孔板組成，例如用於微透鏡的圓形電極，多極電極或多極電極序列以形成靜電偏轉器陣列、微透鏡陣列或柱頭陣列。多小射束形成單元305由相鄰的第一靜電場透鏡307構成，並且與第二場透鏡308和第一或第二多孔板一起，將複數個初級帶電粒子小射束3聚焦在中間影像表面321內或附近。在多小射束形成單元305的下游，可配置掃描失真補償器陣列601。

在中間像平面321內或附近，靜態光束轉向多孔板390配置具有靜電元件（例如，偏轉器）的複數個孔，以分別操縱複數個帶電粒子小射束3之每一者。光束轉向多孔板390的孔徑構造成具有更大直徑，以允許複數個初級帶電粒子小射束3通過，即使在初級帶電粒子小射束3的焦點偏離其設計位置的情況下也是如此。在中間像平面321附近，可配置用於補償掃描所引起遠心誤差的掃描補償器陣列602。初級帶電粒子源301和主動多孔板配置306.1...306.2、掃描失真補償器陣列601、光束轉向多孔板390和用於補償掃描所引起遠心誤差的掃描補償器陣列602由初級小射束控制模組830控制，其連接到控制單元800。

穿過中間像平面321的初級帶電粒子小射束3之複數個焦點在像平面101中由場透鏡組103和物鏡102成像，在像平面中定位有晶圓7的表面25。物件照射系統100更包含在第一光束交叉點108附近的一集體多光束光柵掃描器110，如此複數個帶電粒子小射束3可通過該掃描器往與光束傳播方向垂直之方向偏轉。集體多光束光柵掃描器110設置用於掃描以不同的傳播角β通過集體多光束光柵掃描器110的複數個初級帶電粒子小射束3之偏轉。物鏡102和集體多光束光柵掃描器110置中於與晶圓表面25垂直的多小射束帶電粒子顯微鏡系統1之光軸105上。在晶圓表面101上同步掃描形成複數個在光柵組態下的束斑點5之複數個初級帶電粒子小射束3。在一範例中，複數個初級帶電粒子射束3的焦點5之光柵組態為大約一百個或更複數個初級帶電粒子小射束3的六邊形光柵。初級束斑點5具有約6 µm至15 µm的距離，並且直徑小於5 nm，例如3 nm、2 nm或甚至更小。在一範例中，束斑點尺寸約為1.5 nm，並且兩相鄰束斑點之間的距離為8 µm。在多個初級束斑點5每一者的每一掃描位置處，分別產生多個二次電子，以與初級束斑點5相同的光柵組態形成多個二次電子小射束9。在每個束斑點5處產生的次級帶電粒子小射束9之強度取決於撞擊的初級帶電粒子小射束3之強度、照亮對應的點5、束斑點5下物件7的材料組成和形貌，以及樣品在束斑點5處的帶電情況。次級帶電粒子小射束9在樣品帶電單元503所產生的靜電場作用下加速，並由物鏡102收集，由分束器400導向偵測單元200。偵測單元200將二次電子小射束9成像到影像感測器207上，以在其中形成複數個次級帶電粒子像斑15。偵測器或影像感測器207包括多個偵測器像素或個別偵測器。對於複數個次級帶電粒子束點15每一者，分別偵測強度，並且以高通量對晶圓的大影像圖塊以高解析度偵測晶圓表面25的材料成分。例如，對於具有8 µm間距的10×10小射束光柵，利用集體多光束光柵掃描器110的一次影像掃描，影像解析度為例如2 nm或以下，產生大約88 µm × 88 µm的影像圖塊。以一半的束斑點尺寸對影像圖塊進行採樣，因此對於每個小射束，每個影像行的像素數為8000像素，藉使由100個小射束產生的影像圖塊包括64億像素。控制單元800收集數位影像資料，在德國專利申請案102019000470.1和美國專利US 9.536.702中描述使用例如平行處理的數位影像資料收集和處理之細節，在此通過引用併入本文中。

複數個二次電子小射束9通過第一集體多光束光柵掃描器110，並由第一集體多光束光柵掃描器110偏轉並由分束器單元400引導，以跟隨偵測單元200的次級粒子束路徑11。複數二次電子小射束9與初級帶電粒子小射束3在相反方向上行進，並且分束器單元400構造成通常藉助於磁場或電磁場的組合，將次級粒子束路徑11與初級粒子束路徑13分開。選擇性，額外磁修正元件420存在於初級粒子束路徑和次級粒子束路徑中。投影系統205更包含至少一第二集體光柵掃描器222，其連接到掃描和成像控制單元820。控制單元800和成像控制單元820構造成補償多個二次電子小射束9的多個焦點15之位置上殘餘差，使得複數個電子焦點15的位置在影像感測器207上保持恆定。

偵測單元200的投影系統205包含進一步額電或磁性透鏡208、209、210和複數個二次電子小射束9的一第二交叉點212，其是孔徑214所位在。在一範例中，孔徑214更包含偵測器（未顯示），其連接到成像控制單元820。成像控制單元820進一步連接到至少一靜電透鏡206和第三偏轉單元218。投影系統205更包含至少一第一多孔修正器220，其具有用於分別影響複數個二次電子小射束9之每一者的孔徑和電極、及一選擇性進一步主動元件216，其連接到控制單元800或成像控制單元820。

影像感測器207由感測區域的陣列構成，其採用相容於由投影透鏡205聚焦到影像感測器207上的二次電子小射束9之光柵配置的圖案。這使得能夠獨立於入射在影像感測器207上的其他二次電子小射束，以偵測每個單獨的二次電子小射束。圖1所示的影像感測器207可為電子敏感的偵測器陣列，例如CMOS或CCD感測器。此電子敏感偵測器陣列可包含電子到光子轉換單元，例如閃爍器元件或閃爍器元件的陣列。在另一具體實施例中，影像感測器207可構造成配置在多個二次電子粒子像斑15的焦平面中之電子到光子轉換單元或閃爍器板。在此具體實施例中，影像感測器207可更包含中繼光學系統，該系統用於在諸如多個光電倍增管或雪崩光電二極體（未顯示）之類專用光子偵測元件上的次級帶電粒子像斑15處，將由電子至光子轉換單元產生的光子成像並引導。在US 9,536,702中公開這樣的影像感測器，其在上面被引用並通過引用併入。在一範例中，中繼光學系統更包含用於將光分離並引導至第一慢光偵測器和第二快速光偵測器的分束器。第二快速光偵測器例如由像是雪崩光電二極體的光電二極體陣列構成，該偵測器的速度足夠快來根據複數個初級帶電粒子小射束3的掃描速度，以解析複數個二次電子小射束9的影像信號。第一慢光檢測器較佳為CMOS或CCD感測器，其提供高解析度感測器資料信號，以監視焦點15或複數個二次電子小射束9並控制多光束帶電粒子顯微鏡的操作。

在通過掃描複數個初級帶電粒子小射束3來擷取影像圖塊期間，最好是不移動平台500，並且在擷取影像圖塊之後，將平台500移動至下一要擷取的影像圖塊處。在替代具體實施方式中，平台500在第二方向上連續移動，同時通過利用一集體多光束光柵掃描器110在第一方向上掃描複數個初級帶電粒子小射束3，以擷取影像。平台移動和平台位置由業界已知的感測器監測和控制，例如雷射干涉儀、光柵干涉儀、共聚焦微透鏡陣列或類似儀器。

根據本發明的具體實施例，建立複數個電信號並將其轉換成數位影像資料，並由控制單元800進行處理。在影像掃描期間，控制單元800構造成觸發影像感測器207，以預定時間間隔偵測來自複數個二次電子小射束9的複數個及時解析強度信號，並且影像圖塊的數位影像累積並從複數個初級帶電粒子小射束3的所有掃描位置拼接在一起。以下將描述更多細節。

圖2例示物件照射單元100的進一步態樣。除了圖1描述的元件之外，物件照射單元100包含一組偏轉器，該偏轉器包含至少一第一偏轉器350和一第二偏轉器351，用於使複數個初級小射束3從沿著初級光束路徑3a的第一光束路徑偏轉到沿初級光束路徑3b的第二光束路徑，並且在交叉平面109中配置一束集堆130。束集堆130相對於中心z軸105偏離軸線設置，並構造成吸收複數個初級帶電粒子小射束3。至少第一偏轉器350連接到成像控制單元820。在至少第一偏轉器350處於關閉狀態的情況下，複數個初級小射束3跟隨光束路徑3a通過束集堆130，並由物鏡102聚焦到樣品表面上。在至少第一偏轉器350處於開啟狀態的情況下，將複數個初級小射束3選擇性偏轉並引導到束集堆130中，該束集堆在光束交叉平面109上的光束交叉點108附近並且偏離z軸一段距離d。

圖3對於通過擷取影像圖塊來檢測晶圓的方法有更詳細說明。晶圓連同其晶圓表面25置放在複數個初級帶電粒子小射束3的聚焦平面中，而且是以第一影像圖塊17.1的中心21.1置放。影像圖塊17.1...k的預定位置對應於晶圓上用於半導體特徵檢測的檢測部位。從標準檔案格式的檢測檔案中，載入第一檢測部位33和第二檢測部位35的預定位置。預定的第一檢測部位33分成複數個影像圖塊，例如第一影像圖塊17.1和第二影像圖塊17.2，並且第一影像圖塊17.1的第一中心位置21.1在多光束帶電粒子顯微鏡1的光學軸105下方對準，用於該檢測任務的第一影像擷取步驟。選擇第一影像圖塊21.1的第一中心當成用於擷取第一影像圖塊17.1的第一局部晶圓坐標系統原點。對準晶圓7以註冊晶圓表面25並產生晶圓坐標的局部坐標系統之方法在本領域中是眾所周知的。

複數個初級小射束3以規則的光柵組態分佈在每一影像圖塊17.1...k中，並且通過光柵掃描機構進行掃描，以產生影像圖塊的數位影像。在此範例中，複數個初級帶電粒子小射束3以矩形光柵組態配置，在具有N個束斑點的第一行中具有N個初級束斑點5.11、5.12至5.1N，而第M行具有束斑點5.11至束斑點5.MN。為了簡單起見，僅示出了M＝五乘N＝五束斑點，但是束斑點數量J＝M乘N可更大，例如J＝61個子射束，或者大約J＝100個子射束或更多，並且多個束斑點5.11至5.MN可具有不同光柵組態，例如六邊形或圓形光柵。

每個初級帶電粒子小射束掃描通過晶圓表面25，如具有束斑點5.11和5.MN並且掃描路徑27.11和掃描路徑27.MN的初級帶電粒子小射束範例所示。例如，沿著掃描路徑27.11...27.MN來回移動來執行複數個初級帶電粒子每一者的掃描，並且集體多光束掃描偏轉器系統110使每個初級帶電粒子小射束的每個焦點5.11...5.MN從影像子域線的起始位置開始往x方向共同移動，該影像子域線在該範例中為例如影像子域31.MN的最左側影像點。然後，通過將初級帶電粒子小射束3集中掃描到正確位置，以集中掃描每個焦點5.11...5.MN，然後集體多光束光柵掃描器110將複數個帶電粒子小射束3之每一者平行移動置每一別子域31.11...31.MN中下一線的線起始位置。返回到下一條掃描線的線起始位置之移動稱為返馳(Fly-back)。在一範例中，在返馳期間，複數個初級小射束3由第一偏轉器350選擇性偏轉並引導至束集堆130。可理解，在此範例中，初級帶電粒子小射束3沒有到達樣品表面25。

複數個初級帶電粒子小射束3在平行掃描路徑27.11至27.MN中跟隨，藉使同時獲得各個子域31.11至31.MN的複數個掃描影像。對於影像擷取，如前述，在焦點5.11至5.MN處發射多個二次電子，並且產生多個二次電子小射束9。多個二次電子小射束9由物鏡102收集，通過第一集體多光束光柵掃描器110，並受引導至偵測單元200，並由影像感測器207偵測。多個二次電子小射束9之每一者的順序資料串流與多個2D資料集內掃描路徑27.11…27.MN同步變換，藉使形成每一影像子域31.11至31.MN的數位影像資料。最後，通過影像拼接單元將複數個影像子域31.11至31.MN的多個數位影像拼接在一起，以形成第一影像圖塊17.1的數位影像。每個影像子域31.11至31.MN構造成與相鄰影像子域具有小的重疊區域，如子域31.mn和子域31.m(n+1)的重疊區域39所示。

顯然，複數個初級帶電粒子小射束的光柵組態不限於圖3的矩形光柵組態，但是其他光柵組態也是可能的，例如具有多個直線初級帶電粒子小射束的一維光柵組態、具有配置在至少一圓上的複數個初級帶電粒子小射束之圓形光柵組態，或如以下圖15和圖16所示的六邊形光柵組態。

接下來，說明晶圓檢測任務的多個要求或規格。對於高通量晶圓檢測，每個影像圖塊17.1...k的影像擷取時間（包括影像後置處理所需的時間）必須要快。另一方面，必須保持嚴格的影像品質規格，例如影像解析度、影像精度和可重複性。例如，影像解析度的要求通常為2 nm或以下，並且具有很高的可重複性。影像精度也稱為影像傳真度，例如，部件的邊緣位置，通常部件的絕對位置精度將以高絕對精度來決定。通常，對位置精度的要求約為解析度要求的50％甚至更低。例如，測量任務需要半導體特徵尺寸的絕對精度，其精度低於1 nm，低於0.5 nm甚至是0.3 nm。因此，複數個初級帶電粒子小射束3的每個焦點5之橫向位置精度必須小於1 nm，例如小於0.5 nm或甚至小於0.3 nm。在高影像可重複性下，應瞭解，在相同區域的重複影像擷取下，產生第一和第二重複的數位影像，並且第一和第二重複數位影像之間的差低於預定臨界。例如，第一和第二重複數位影像之間的影像失真差異必須低於1 nm，例如0.5 nm，或甚至較佳低於0.3 nm，並且影像對比度差異必須低於10％。如此，即使通過重複成像操作也可獲得相似的影像結果。這對於例如影像擷取和不同晶圓晶粒中類似半導體結構的比較，或對於將獲得的影像與從CAD資料或資料庫或參考影像的影像模擬所獲得的代表性影像進行比較而言非常重要。

晶圓檢測任務的多個要求或規格之一者是通量。每擷取時間的測量面積由停留時間、解析度和小射束數決定。停留時間的典型範例在20 ns至80 ns之間。因此，快速影像感測器207處的像素速率在12 Mhz和50 MHz之間的範圍內，並且每分鐘可獲得大約15至20個影像圖塊或訊框。對於100個小射束，像素尺寸為0.5 nm的高解析度模式下，通量的典型範例約為0.045 sqmm/min（平方毫米每分鐘），並且小射束的數量較大，例如10000個小射束和25 ns的停留時間，則通量可能超過7 sqmm/min。但是，在現有技術的系統中，對數位影像處理的要求極大地限制了通量，例如，現有技術掃描失真的數位補償非常耗時，因此並不希望。在本發明的具體實施例中，降低影像後置處理的要求，並且提高具有高精度測量任務的通量。本發明的具體實施例實現晶圓檢測任務的像素掃描速度超過2T像素/時，例如約8至10T像素/時的高通量，同時將影像性能規格很好地維持在前述要求內。例如，利用本發明的具體實施例，每個影像像素的位置精度保持在1 nm以下。

集體多光束光柵掃描器110通常顯示非線性行為，並且集體多光束光柵掃描器110產生的偏轉角α與施加到集體多光束光柵掃描器110的電極電壓不成線性關係。另外，對於複數個初級帶電粒子小射束之每一者，偏轉角α不同。偏轉角α的偏離隨著初級小射束的入射角β增加而增加，並且由集體多光束光柵掃描器110產生的掃描所引起失真也隨之增加。在本發明的一第一具體實施例中，通過提供給偏轉掃描器的已修改電壓信號，偏轉掃描器控制電路的已修改設計以及集體多光束光柵掃描器110的已改良操作，以減少掃描所引起的失真。

在多光束系統1中，複數個帶電粒子小射束3與相同的、集體多光束光柵掃描器110平行掃描，並且根據偏轉角sin(α)與掃描電壓差VSp(t)的函數關係，將相同的電壓差VSp(t)施加到每個初級小射束3的偏轉電極上。圖4例示在已選定初級小射束3的範例中一掃描所引起失真，其以傳播角β進入集體多光束光柵掃描器110。集體多光束光柵掃描器110由偏轉電極153.1和153.2以及根據具體實施例的電壓源表示，提供掃描電壓差VSp(t)。為了簡單起見，僅例示用於在第一方向上進行光柵掃描偏轉的偏轉掃描器電極。在使用期間，施加掃描偏轉電壓差VSp(t)，並且在電極153.1和153.2之間的交叉體積189中形成靜電場。在第一電壓VSp(t1) ＝ 0V的情況下，初級小射束沿路徑157a橫穿交叉體積189並且不偏轉。物鏡102在影像子域31.o的中心位置29.o處形成焦點或束斑點。在第二電壓VSp(t2) = V1的情況下，初級小射束沿路徑157z穿過交叉體積189，並偏轉角度　1，藉使在由失真向量dpz在稍微偏離理想位置29.1的位置處形成束斑點。在第三電壓VSp(t3) = V2的情況下，初級小射束沿路徑157f穿過交叉體積189，並偏轉角度　2，藉使在由失真向量dpf在稍微偏離理想位置29.2的位置處形成束斑點。在相對於子域31.o的中心點29.o之相對坐標(p,q)中給定子域坐標。子域中心坐標X或29.o與初級帶電粒子小射束157a的入射角　成正比。

失真向量dpz和dpf取決於入射角β。因此，獲得每個初級帶電粒子小射束3的特定掃描所引起的子域失真圖案，並且通常，針對每一初級小射束與每一影像子域，該掃描所引起的子域失真圖案略有不同。掃描所引起的子域失真之差異可約為幾nm，例如最高2 nm或3 nm。

圖17例示該第一具體實施例。根據第一具體實施例，對於複數個初級帶電粒子小射束，偏轉器的非線性最小化。在第一步驟S1中，例如通過測量預定形狀的校正圖案來確定掃描所引起的子域失真圖案。藉使，通過將線性電壓斜坡VLp(t)、VLq(t)施加到集體偏轉掃描器，以在第一方向或p方向以及第二或q方向上對多個小射束進行集體掃描偏轉，以測量複數個掃描所引起的子域失真圖案。

在第二步驟S2中，通過統計方法分析複數個掃描所引起的子域失真圖案，並產生參考失真圖案。在第一範例中，通過對複數個掃描所引起的子域失真圖案求平均，以產生參考失真圖案。在第二範例中，利用最大臨界來最佳化參考失真圖案，這將在下面更詳細描述。

在第三步驟S3中，將參考失真圖案轉換成修正函數C(p,q)。

在選擇性迭代步驟中，將修正函數C(p,q)應用於線性電壓斜坡VLp(t)、VLq(t)，並且獲得第一已修正電壓斜坡VCp(t)和VCq(t)。通過以第一修正電壓斜坡VCp(t)和VCq(t)重複步驟S1以及步驟S2，獲得殘餘平均失真圖案。重複迭代步驟，直到殘餘平均失真圖案沒有顯示出大於臨界，例如低於0.3nm的任何偏差。

在步驟S4中，修正函數C(p,q)或殘餘修正電壓斜坡VCp(t)和VCq(t)儲存在記憶體中，並提供給掃描控制模組，如本發明第二具體實施例中所描述。利用最佳化的修正函數C(p,q)或殘餘修正電壓斜坡VCp(t)和VCq(t)，針對複數個初級帶電粒子小射束3產生具有減少最大掃描所引起失真的掃描所引起失真圖案。可以理解，掃描所引起失真圖案通常顯示二維失真向量D = [dp，dq](p,q)作為每個子域的局部子域坐標p和q之函數，並且產生特定(p,q)坐標偏轉的電壓信號可取決於p和q。

在步驟S2的第二範例中，利用最大臨界來最佳化參考失真圖案。在此範例中，參考失真圖案係從複數個掃描所引起的子域失真圖案中最佳化而來，以實現掃描所引起失真的最小值。從複數個掃描所引起子域失真圖案中減去參考失真圖案，並且只要殘餘失真超過例如1 nm或0.5 nm的預定臨界，就改變參考失真圖案。在範例中，可能並非對所有初級小射束能實現殘餘失真低於臨界，並且將殘餘失真超過臨界的某些影像子域標示為超出計量任務的精度要求。

針對前述處理因此，多光束掃描所引起失真總體上被最小化，並且例如減少2倍或更大。應注意，通過最小化多光束掃描所引起失真，可在β＞ 0時降低周圍初級小射束殘餘掃描所引起的子域失真的情況下，增加例如β = 0時的軸向初級小射束的個別殘餘掃描所引起的子域失真。一範例示例於圖5中。圖5a顯示對於J = 61初級帶電粒子小射束，每個掃描所引起子域失真的最大值。圖5b顯示在利用修正函數C(p,q)進行校正之後該掃描所引起子域失真的殘留最大值。子域31.15的最大失真值已顯著降低，例如減少2倍，而中央小射束31.55的該掃描所引起失真被增大。圖6例示依賴於子域坐標p而施加到集體偏轉掃描器110的對應電壓差之範例。通過C(p,q)將線性相關性VL修正為非線性偏轉電壓VC，藉使獲得最小殘留掃描所引起子域失真。

複數個初級帶電粒子小射束3的掃描所引發子域失真不僅由於集體偏轉掃描器110的非線性行為而產生，而且還由於其他帶電粒子光學元件（例如物鏡102）的失真或其他像差而產生。物鏡102可為電動或靜電光學浸沒透鏡，並且可利用靜電和磁場在樣品7的表面25上形成多個焦點5。除了集體掃描偏轉器110之外，這些元件還可貢獻掃描失真。運用根據第一具體實施例的方法，與掃描所引起失真的起源無關，將掃描引起的失真總體上最小化。

根據第一具體實施例，提供一種多光束帶電粒子掃描電子顯微鏡1的校正方法，藉使降低最大掃描所引起失真，該方法包含： - 一第一步驟，通過用集體多光束光柵掃描器110在校正樣品的表面25上，以第一驅動信號V1(p,q)對複數個初級帶電粒子小射束3進行光柵掃描，以執行校正測量， - 一第二步驟，從校正測量中導出複數個掃描所引起失真圖案，包括針對複數個初級帶電粒子小射束3之每一者導出掃描所引起失真圖案， - 一第三步驟，分析複數個掃描所引起子域失真圖案，並且導出一校正信號C(p,q)， - 一第四步驟，用該校正信號C(p,q)修改該第一驅動信號V1(p,q)，並且導出用於驅動該集體多光束光柵掃描器110的已修改驅動信號V2(p,q)， 在一範例中，分析的第三步驟包括通過統計方法導出複數個掃描所引起失真圖案的參考失真圖案，該統計方法包含平均值、加權平均值或中位數的任何計算；並且從參考失真圖案導出修正信號C(p,q)。通過將已修改驅動信號V2(p,q)施加到集體多光束光柵掃描器110，針對複數個掃描所引起失真圖案之每一者預補償參考失真圖案，並且最大程度減小最大掃描所引起的失真。

在一範例中，重複第一至第四步驟，直到最大掃描所引起失真最小化到預定臨界以下。在一範例中，複數個初級帶電粒子小射束的大多數最大掃描所引起失真降低到預定臨界以下，並且少數單個初級帶電粒子小射束的最大掃描所引起失真超過預定臨界。超過預定臨界的個別初級帶電粒子小射束可被標記或標示為超過臨界。在一範例中，該已標記的初級帶電粒子小射束不用於高精度計量任務，或者將數位補償應用於通過該已標記初級帶電粒子小射束所獲得的數位影像資料。

在一範例中，校正信號C(p,q)儲存在集體多光束光柵掃描器110的控制單元之記憶體中，以根據選定掃描程式對掃描所引起失真進行預補償。

利用第一具體實施例的方法，產生修正函數C(p,q)，通過該函數可最小化複數個初級帶電粒子小射束3的掃描所引起子域失真。在使用期間將修正函數C(p,q)應用於掃描電壓信號，以產生例如非線性電壓斜坡。本發明的第二具體實施例示出通過成像控制系統820對集體偏轉掃描器110的改良式方法或控制，該方法或控制使得能夠將預補償電壓的產生和應用置集體多光束光柵掃描器110上，以實現高速光柵掃描多光束帶電粒子顯微鏡1，其具有提高的通量和減少的掃描所引起失真。圖7例示由控制系統820進行的多光束掃描和影像擷取方法707之第二具體實施例。由成像控制模塊820控制集體多光束光柵掃描器110的方法包括一組態步驟710。在組態步驟710中，選擇並配置一掃描程式762，並將其提供給通用掃描處理步驟720。在通用掃描處理步驟720中，掃描程式762在接收步驟722中由一匯流排接收器接收，並提供給一掃描命令處理器，該處理器在掃描命令處理步驟724中導出一系列單元掃描命令764。在掃描命令處理步驟724期間，掃描程式762分割為單位點命令或線命令，其由一線的單位起點(ui,vi)和終點(ue,ve)以及光柵間隔或用於起點與終點之間多個點的步長(du,dv)來描述。在一範例中，在根據u(k+1) = u(k) + du含u(k=0) = ui以及v(k+1) = v(k) + dv含v(k = 0) = vi的座標處，由k個掃描點表示一線命令。單位掃描命令764的序列為在歸一化或單位坐標(u,v)中導出，其可例如以整數精度計算和描述。在一範例中，歸一化或單位坐標(u,v)表示複數個影像子域之每一者的數位影像之像素坐標。單元掃描命令764例如是歸一化的子域坐標u和v之兩個同步串流。單元掃描命令764的短段範例由兩個後續掃描坐標[…, u(i-1), u(i), u(i+1), …]和[…, v(i-1), v(i), v(i+1), …]的兩個同步串流給定。

單元掃描命令764的序列提供給頂點後置處理步驟726，其中單元掃描命令764的序列通過第一階組變換被變換以調整單元掃描命令764的序列之比例和旋轉。在頂點後置處理步驟726的範例中，以浮點精度將單位歸一化子域坐標u,v縮放為即時影像子域坐標p,q。通常可通過將單位歸一化子域坐標u,v縮放和旋轉為與即時影像子域坐標p,q成比例之值來獲得縮放。在一範例中，即時影像子域坐標(p, q)通過以下方式獲得 p = A10 * u + A01 * v + A00 q = B10 * u + B02 * v + B00

具有在校正步驟中決定並儲存在掃描控制單元記憶體中之標量值A _mn和B _mn。在頂點後置處理步驟726的範例中，平均或參考掃描所引起失真由校正信號C(p,q)預補償，該信號根據本發明的第一具體實施例來決定和儲存，並且從記憶體中讀出。在一範例中，利用修正信號C(p,q)的修正，從具有起點和終點的直線產生曲線上的點p(i)、q(i)之向量或串流，藉使得到預補償一掃描所引起失真，並且初級帶電粒子小射束的即時掃描線遵循樣品表面上的直線。在一範例中，修正信號C(p,q)由冪級數展開表示，並且具有起點和終點的直線命令變換為例如5階的折線。通常，(p,q)取決於(u,v)的冪級數展開，根據 p

q

根據折線，產生曲線上的點p(i)、q(i)的串流或序列。因此，產生與由修正信號C(p,q)修改的子域掃描坐標(p,q)相對應之預補償數位掃描坐標序列，使得複數個影像子域的平均掃描所引起失真最小化。頂點後置處理步驟726的輸出為預補償數位掃描命令766的序列或串流[…, p(i-1), p(i), p(i+1), …]和[…, q(i-1), q(i), q(i+1), …]。

與單位掃描命令764或預補償數位掃描命令766的序列平行，在通用掃描處理步驟720期間，例如在頂點後置處理步驟726中，產生同步控制命令768，並將其提供給掃描同步控制步驟718，其控制多光束帶電粒子顯微鏡1的操作，該操作取決於集體掃描，例如通過光束偏轉器350進行的光束偏轉步驟，或配置為與掃描處理同步操作的其他元件。在掃描同步控制步驟718中，可產生進一步掃描控制信號768，並將其提供回通用掃描處理步驟720。例如，在掃描同步控制步驟718期間，觸發複數個初級帶電粒子小射束3的偏轉，並且在複數個初級帶電粒子小射束3偏轉到束集堆130之時，將掃描控制信號768提供給通用掃描處理步驟720。在另一範例中，在執行掃描程式762期間可能需要校正步驟或系統測量步驟。通過共用掃描控制信號768，觸發通用掃描處理步驟720以中斷掃描程式762，並且將另外的數位掃描信號插入到預補償數位掃描命令766的串流中，該命令例如構造成保持當前掃描位置更長的時間或掃描預定的校正目標。在一範例中，在掃描命令處理步驟724期間，例如通過多次重複一單元掃描命令並因此在單元掃描命令764的串流內提供一保持信號[…{u(i), u(i), u(i), u(i), …} …]和[…{v(i), v(i), v(i), v(i),…} …]，將另一單元掃描命令插入單元掃描命令764的串流中。然後將包含保持信號的單元掃描命令764之串流[…, u(i-1), u(i), {u(i), u(i), u(i), u(i), …}, u(i+1), …]和[…, v(i-1), v(i), {v(i), v(i), v(i), v(i),…}, v(i+1), …]提供給資料串流下游的其他步驟。產生並插入保持信號，直到通用掃描處理步驟720從掃描控制命令768決定可繼續掃描程式762，並通過停止插入保持信號來繼續掃描程式762。由掃描同步控制步驟718和掃描處理步驟720提供的同步掃描控制命令768可運用一共用訪問資料匯流排。下面以範例更詳細描述提供給掃描同步控制步驟718的同步控制掃描命令768，以及由掃描同步控制步驟718提供的掃描控制命令769。

掃描處理步驟720將預補償數位掃描命令766的序列提供給特定掃描偏轉控制步驟730。在特定掃描偏轉控制步驟730的第一轉換步驟732中，將預補償數位掃描命令766的序列轉換成數位驅動信號770，以驅動集體光柵掃描偏轉器110的每一偏轉電極。在一範例中，集體光柵掃描偏轉器110包括具有8個電極的八極偏轉器。在此範例中，在第一轉換步驟732期間，對應於在預補償數位掃描命令766的序列中提供之預補償子域掃描坐標p(i),q(i)，產生8個數位驅動信號700之串流，該等八個電極中之每一者： [p(i), q(i)] →  [a(i), b(i), c(i), d(i), e(i), f(i), g(i), h(i)] = CM * [p(i), q(i)]

第一轉換步驟732例如通過線性方程或查找表，將預補償數位掃描命令766轉換成數位驅動信號770。上面給定一線性方程範例，其中包含2x8轉換矩陣CM。8個數位驅動信號770的串流包括具有修正信號C(p,q)的預補償，使得在隨後數位類比轉換的DA轉換步驟736a中，產生8個預補償電壓信號772的串流。在線掃描範例中，這樣的電壓信號772之串流例如可為線性偏差較小的電壓斜坡。以下更詳細例示一範例。

來自數位類比轉換步驟736a的例如8個非線性電壓信號772之串流序列提供給放大步驟740。在放大步驟740期間，例如通過一組8個放大器來放大8個電壓信號772的序列或串流。將得到的驅動電壓774之8個放大序列提供給集體多光束光柵掃描偏轉器110的8個電極，以用於複數個初級帶電粒子小射束3的集體掃描偏轉。在集體偏轉步驟742中，根據與複數個影像子域每一者內所選掃描程式762的掃描位置序列相對應之放大驅動電壓774的序列，集體光柵掃描複數個初級帶電粒子小射束3。利用前述方法步驟，對於多光束光柵掃描偏轉器110的每個電極，例如產成如圖6所示的非線性電壓斜坡VC(t)，並將其提供給各個電極，並以高柔韌性和高速度實現複數個初級帶電粒子小射束的一集體光柵掃描。在如前述類似的方式中，產生放大序列驅動電壓774並將其提供給第二集體多光束光柵掃描偏轉器222，以補償多個二次電子9的殘留掃描。

通常，放大步驟740在使用放大器期間根據非線性行為表現出非線性。可預先決定8個放大器的非線性，並且可將8個數位非線性放大變換儲存在記憶體中。在第二頂點後置處理步驟734期間，通過將8個數位非線性放大變換應用於8個數位驅動信號770的序列，以預先補償8個放大器的非線性。因此，分開補償各個放大器的非線性。然後將8個經過數位校正的驅動信號776之序列提供給數位類比轉換器736a，並且預補償放大器的非線性。

在第二頂點後置處理步驟734期間，也可產生一組數位偏移量778，並將其提供給數位類比轉換步驟736b。由數位類比轉換步驟736b提供的偏置電壓780，由偏置電壓濾波器步驟738濾波。來自數位類比轉換步驟736a的例如8個非線性電壓信號之序列，通過電壓組合步驟641與至少一偏移電壓782結合，並提供給放大步驟740。例如，可從多光束帶電粒子顯微鏡系統1的調整或校正之校正步驟或調整步驟（未顯示），導出數位偏移和對應偏移電壓782，並將其儲存在記憶體中。藉此，實現複數個初級帶電粒子小射束3的偏移偏轉或修正。

在一範例中，提供給數位類比轉換步驟736b的一組數位偏移量778可包含掃描程式764的圖案中心偏移。如下面圖14中的範例所示，掃描程式764可包含複數個掃描圖案，例如其可分離。通常，掃描程式可例如分為具有第一中心的第一掃描圖案和具有第二中心坐標的第二掃描圖案。在第二頂點後置處理步驟734期間，可相對於第一中心坐標導出用於掃描第一掃描圖案的8個數位驅動信號770之串流，以及可相對於第二中心坐標導出用於掃描第二掃描圖案的8個數位驅動信號770之串流。在提供8個數位驅動信號770的串流，以用於將第一掃描圖案掃描到數位類比轉換步驟736a期間，將代表第一中心坐標的一組數位偏移量778提供給數位類比轉換步驟736b。在提供8個數位驅動信號770的串流，以用於將第二掃描圖案掃描到數位類比轉換步驟736a期間，將代表第二中心坐標的一組數位偏移量778提供給數位類比轉換步驟736b。通過此方法，減少8個數位驅動信號770的串流幅度。因此，利用此方法，可提高特定掃描偏轉控制步驟730的解析度。

在一範例中，電壓放大步驟740的響應以及電連接與電極的響應，取決於電壓或電壓信號的頻率變化。例如，每個放大器可具有低通濾波特性。因此，驅動電壓的快速且大幅變化遭受驅動電壓的延遲或過衝，例如，在遵循曲折路徑的掃描模式中（參見以下），由於時域中驅動電壓串流的低通濾波，實際掃描位置可能會偏離設計掃描位置。在一範例中，在第二頂點後置處理步驟734期間，補償了實際掃描位置與設計掃描位置的此偏離。在第二頂點後置處理步驟734中，通過對要產生的電壓信號序列的時間頻率分析，以分析掃描程式或掃描圖案。考慮電壓放大器、電連接和電極的頻率響應，並例如通過逆濾波技術對其進行預補償。在另一範例中，計算在給定時間間隔內要產生的電壓變化。對於每個時間間隔的給定電壓變化，通過對數位驅動信號776的序列套用對應修正，以考慮並預先補償電壓放大器、電連接和電極的頻率響應。在另一範例中，將預定義的修正圖案套用到數位驅動信號776，其中該預定義的修正圖案儲存在記憶體中並對應於一選定掃描程式762。可在多光束帶電粒子顯微鏡1的系統校正期間預先確定頻率響應或預定的修正圖案，並將其儲存在成像控制模組820的記憶體中。在此範例中，可在通用掃描處理步驟720期間將表示所選掃描程式762的觸發信號（未顯示）提供給頂點後置處理步驟734，並且通過該觸發信號來啟動選擇預定修正圖案。

在一範例中，在第二頂點後置處理步驟734期間，將進一步驅動信號添加到由轉換步驟732提供的8個數位驅動信號中。藉使，例如與集體掃描操作同時修正其他多光束參數。對於集體光柵掃描所需具有更大自由度的集體多光束光柵掃描器110，例如如前述具有八個電極的集體多光束光柵掃描器110，這尤其可能。

通常，最好在複數個初級帶電小射束3的恆定加速電壓下進行操作。複數個初級帶電小射束3的加速電壓可例如處於在15kV與35kV之間，最好在20kV與30kV之間的恆定加速電壓。然而在範例中，可經由控制單元800選擇或改變複數個次級帶電小射束3的加速電壓。在複數個初級帶電小射束3的可變可調加速電壓之範例中，複數個初級帶電小射束3的加速電壓例如增加或減小10％，並且在放大步驟740中選擇對應置該已選定或調整的加速電壓之放大增益。在此範例中，將與所需放大增益相對應的信號提供給放大步驟740，並且根據複數個初級帶電小射束3的所選加速電壓，以調節用於使複數個初級帶電小射束3偏轉的電壓信號放大率。複數個初級帶電小射束3的加速電壓可通過本領域已知的方法來調節，例如通過施加至多光束帶電粒子顯微鏡系統1內任何加速電極的電壓來調節。

第一通用掃描處理步驟720進一步連接到影像資料擷取步驟750。在集體偏轉步驟742期間，複數個J初級帶電粒子小射束3平行於影像圖塊的對應J影像子域入射，藉使在J焦點處產生二次電子，形成J二次電子小射束9。複數個J二次電子小射束9由物鏡102收集，在與初級帶電粒子小射束3的傳播方向相反方向上通過集體多光束光柵掃描器110和分束器或分束器單元400，並且由投影系統200成像到偵測器207上。在類比資料收集步驟748中，對於J次級小射束每一者，在代表複數個J影像子域內每一掃描位置中每個二次電子小射束9之每個二次電子量的複數個J起伏電壓中，偵測並轉換該等二次電子。因此，產生J起伏電壓786的串流，並將其提供給影像資料擷取步驟750。在影像擷取步驟750的第一影像類比數位(Analog to Digital，AD)轉換步驟752中，將J起伏電壓786的串流轉換成代表在恆定AD轉換頻率下以固定AD轉換時間序列的J起伏電壓786的串流之實際值。在DA轉換步驟736中，AD轉換時間的序列與DA轉換同步（由圖7中的虛線表示）。通過例如由時脈信號產生器（參見以下）在第一通用掃描處理步驟720期間產生的時脈信號760，並從第一通用掃描處理步驟720向第二特定掃描偏轉控制步驟730以及影像資料擷取步驟750提供時脈信號760，以實現同步。在圖7的範例中，直接將時脈信號760提供給DA轉換步驟736a和AD轉換步驟752。在一範例中，200MHz的時脈信號760可為例如100MHz的數位資料串流頻率的整數倍，在這情況下，等於DA轉換步驟736的DA轉換頻率和AD轉換頻率，以及在步驟752期間AD轉換的AD轉換頻率。步驟752期間的AD轉換及步驟736a和736b期間的DA轉換，可在對應於時脈信號760的每個、每兩個、每三個、每n個信號之時間同步，其中n為整數。

通過AD轉換步驟，將J數位感測器資料788的串流提供給數位影像資料選擇步驟754。數位影像資料選擇步驟754從掃描命令處理步驟720接收表示掃描程式762的選擇控制信號744。利用選擇控制信號744，在數位影像資料選擇步驟754期間，從J數位感測器資料788的串流中選擇J數位影像資料值790的串流，藉使例如跳過在掃描程式762中斷期間所收集並對應於前述保持信號的數位感測器資料。在類似方式中，跳過在掃描信號期間收集的數位感測器資料，例如與返馳相對應的資料。在一範例中，選擇控制信號744等效於單元掃描命令764的序列。在一範例中，產生標記信號序列，其提供標籤給單元掃描命令764的串流中每一單元掃描命令，該單元掃描命令串流對應於對要通過影像資料擷取步驟750所收集的數位影像像素做出貢獻之掃描點。在數位影像資料選擇步驟754期間，僅選擇與已標記的掃描命令相對應之數位感測器資料。將J數位影像資料值790的串流提供給數位影像資料定址和寫入步驟756。在此步驟中，將J數位影像資料值790的串流寫入與單元掃描命令764的序列相對應的多個地址處之平行存取記憶體中，並針對J影像子域每一者進行分離。在第一範例中，J數位影像資料值790的串流在數位影像資料定址和寫入步驟756中進行預處理，並且按照要寫入記憶體地址序列中的像素序列進行排序。在替代範例中，J數位影像資料值790的串流直接寫入從單元掃描命令764計算出的記憶體地址。

在數位影像資料定址和寫入步驟756的範例中，產生對應於複數個J影像子域的複數個J影像資料之複數個J記憶體地址指標符序列。換句話說，與複數個J影像子域相對應的複數個J影像資料之每一者寫入單獨的記憶體地址中，且與所選定掃描程式相對應，並且該等複數個J影像資料在複數個J不同和非重疊序列記憶替地址指標符處寫入平行存取記憶體。根據所需的影像像素數量，根據掃描程式和複數個J影像子域的數量J，在平行存取記憶體中配置並配置複數個J記憶體地址指標符的不同且非重疊序列。在一範例中，僅將與複數個J影像子域相對應的複數個J影像資料片段或部分立即寫入平行存取記憶體，並且在將與複數個J影像子域相對應的複數個J影像資料之其他部分新片段寫入平行存取記憶體內相同記憶體位置之前，在平行讀取和影像處理步驟758期間將其讀出。

運用此方法，可啟用不同的掃描程式，包括具有任意或隨機掃描模式、分離的掃描路徑的掃描程式，或具有重疊增加解析度的掃描模式。不同的掃描程式可包含先前技術的掃描圖案，具有沿相同方向複數個掃描線的掃描。在這情況下，複數個J影像資料之每一者以與由掃描時脈間隔控制的掃描時間同步之線性順序，連續寫入平行存取記憶體。在掃描程式的另一範例中，沿交替的方向掃描掃描線，並且複數個J記憶體地址指標符序列中每兩個就從與線末端坐標相對應的記憶體地址開始線性減小。在分離掃描程式的另一範例中，例如，如果每兩條或每三條掃描線就跳過，並且複數個J記憶體地址指標符序列包括記憶體地址跳躍或間隙。以下說明多個進一步範例。

在平行讀出和影像處理步驟758中，讀出儲存在平行存取記憶體中的複數個影像像素資料792，並進行進一步資料處理。複數個影像像素資料792的讀出可與在定址和寫入步驟756期間J數位影像資料值790的串流之寫入順序不同，並且可在定址和寫入步驟756期間延遲相對於J數位影像資料值790的串流之寫入。多光束掃描和影像擷取方法707可提供控制信號給控制單元800，以識別何時在數位影像資料定址和寫入步驟756中實現和完成數位影像資料區塊。控制單元800構造成接收該控制信號。在平行讀出和影像處理步驟758期間，控制信號觸發從影像訊框記憶體中讀出已實現或已完成的數位影像資料區塊。影像處理範例可包含至少一影像篩選、一影像註冊、一臨界操作、一物件偵測、影像物件的尺寸測量、一失真補償、一對比強化、一解卷積操作或一影像相關性之一。影像處理可更包含拼接操作，以通過根據第二具體實施例的掃描和影像擷取方法在樣品上對複數個J帶電粒子小射束3進行同步掃描而生成的複數個J影像子域中，形成單個影像檔案。

在根據第二具體實施例的多光束掃描和影像擷取方法707中，在組態步驟710中選擇並提供掃描程式762。在第一通用掃描處理步驟720、第二特定掃描偏轉控制步驟730和第三影像資料擷取步驟750中，將多光束影像掃描和擷取方法707分開。多光束掃描和影像擷取方法707利用共用時脈信號760來同步操作，以及對在多光束掃描和影像擷取方法707期間產生的資料串流或序列進行計時和串流傳輸。共用時脈信號760例如在通用掃描處理步驟720中產生，並提供給第二和第三步驟730和750。平行讀取和影像步驟758可以不同或相同的時脈頻率操作。控制單元800可以不同或相同時脈頻率操作。

在多光束掃描和影像擷取方法707中，例如DA轉換步驟736和AD轉換步驟752已同步，以提供光柵掃描偏轉與影像像素資料收集之同步。在AD轉換步驟752之後資料處理中的延遲以及放大步驟740和集體偏轉步驟742的延遲可經過校正，並且例如在數位影像資料選擇步驟754中列入考慮。藉使，將與局部子域p，q坐標中實際掃描位置相對應的數位影像像素資料寫入記憶體地址，其對應於與p,q座標中實際掃描位置相對應的單元掃描命令。

第一通用掃描處理步驟720包含至少掃描命令接收步驟722、掃描命令處理步驟724和頂點後置處理步驟726之一者。從掃描程式762，掃描處理步驟720產生預補償數位掃描命令766的序列並提供給特定掃描偏轉控制步驟730。每一掃描偏轉控制步驟730包含一特定轉換步驟732、一頂點後置處理步驟734、一數位類比轉換步驟736和一放大步驟740之至少一者。第三影像資料擷取步驟750包含AD轉換步驟752、數位影像資料選擇步驟754和數位影像資料定址和寫入步驟756。

在第一和第二步驟720和730中的模組分離具有優點，其中每個特定掃描偏轉控制步驟730可針對不同的特定集體多光束光柵掃描系統110或第二集體多光束光柵掃描系統222進行調整或校正，而無需改編或更改通用掃描處理步驟720。因此，可根據例如使用八極掃描器或四極掃描器序列、雙極掃描器序列或其他集體多光束光柵掃描系統110，根據例如特定集體多光束光柵掃描系統110的需要，以修改特定掃描偏轉控制步驟730。通過在第一和第二步驟720和730中的模組分離，將多光束帶電粒子系統的系統像差與實際集體掃描系統的特定像差或非線性效應分開。多光束帶電粒子系統1的系統像差在第一通用掃描處理步驟720中進行預補償。實際的集體掃描系統（例如集體多光束光柵掃描器110或第二集體多光束光柵掃描器222，分別在放大步驟740期間包括電壓放大的非線性）的特定像差或非線性效應會在每一特定掃描偏轉控制步驟730中進行預補償。在一範例中，多光束掃描和影像擷取方法707包含至少一用於集體多光束光柵掃描器110操作控制的第一掃描偏轉控制步驟730.1、及一用於第二集體光柵掃描器220操作控制的第二掃描偏轉控制步驟730.2。該多光束掃描和影像擷取方法707可包含進一步掃描偏轉控制步驟730.3至730.n。

在第一和第三步驟720和730中的模組分離優點在於，複雜的掃描程式762可選擇和配置用於複數個J子域的影像擷取，同步於複數個J帶電粒子小射束的集體掃描操作。例如，隨著已標記單元掃描命令的產生和提供給影像資料擷取步驟750，以自感測器207的J起伏電壓786之串流經過轉換、選擇、分類並寫入對應至單元掃描做的的記憶體地址處之平行存取記憶體。運用此方法，可啟用不同的掃描程式，包括具有任意或隨機掃描模式、分離的掃描路徑的掃描程式，或具有重疊增加解析度的掃描模式。以下更詳細例示掃描程式762的一些範例。

在一範例中，可中斷已選定第一掃描程式762，並且可在第一掃描程式762的中斷期間選擇第二掃描程式。藉使，例如，執行複數個J影像子域中複數個J影像分段的校正測量或重複測量，並且監控諸如多光束帶電粒子顯微鏡飄移之類的屬性。通過重複測量複數個J影像分段並監視與複數個J影像分段相對應的影像資料，例如平台移動或平台漂移、影像旋轉、聚焦漂移或多光束帶電粒子顯微鏡1可被偵測到的其他變化。在另一範例中，在複數個J影像子域的複數個J影像分段上執行複數個J初級帶電粒子小射束3的重複集體掃描，並且改變樣品7的帶電。

利用根據第二具體實施例的方法707，即時產生通用數位掃描命令766，並將其即時提供給特定掃描偏轉控制步驟730和影像擷取步驟750。在特定掃描偏轉控制步驟730期間，產生多個驅動電壓772和782及放大的驅動電壓774，並將其例如即時提供給集體多光束光柵掃描器110的電極。同時，產生其他數位控制命令768並即時至少提供給掃描同步控制步驟718。根據本發明的第三具體實施例，在包含至少一場可程式閘陣列（ Field-programmable Gate Array，FPGA）的硬體系統或等效系統（例如，ASIC或複雜可程式邏輯裝置（Complex Programmable Logic Device，CPLD））中實施根據第一或第二具體實施例的方法。這些類型的實際裝置允許以約1.5 GHz或更高的時脈頻率對數位資料序列進行串流處理。圖8以改良式成像控制模組820的範例例示第三具體實施例。成像控制模組820連接到操作控制模組800。操作控制單元800與成像控制單元820之間的連接可為具有至少在1 Gbit/s範圍內高資料率的乙太網路連接。操作控制模塊800包括掃描程式選擇模組804，其構造成使得可通過使用者輸入或通過其他輸入裝置來選擇掃描程式762。掃描程式762也可通過與檢測任務一起提供的命令自動選擇，例如與樣品一起提供，或通過外部控制命令自動選擇。不同的掃描程式762可例如由外部裝置定義，並且可儲存在操作控制模塊800的非揮發性記憶體806中。如前述，選定掃描程式762可例如是曲折掃描程式，曲折掃描程式或任何其他掃描程式。以下描述不同掃描程式762的更多範例。在使用期間，由掃描程式選擇模組804從記憶體806中選擇所選定掃描程式762，並且經由乙太網路連接將其提供給成像控制模塊820，並且在成像控制模組820內，將其提供給掃描控制單元930和影像資料擷取單元810。成像控制模組820的掃描控制單元930構造成接收和儲存第一選定掃描程式762，並且構造成例如通過在第二具體實施例中描述的該方法產生並提供驅動電壓774給例如集體多光束光柵掃描系統110。在一範例中，影像資料擷取單元810經由多個屏蔽資料連線連接到成像偵測器207，並且影像資料擷取單元810構造成從成像偵測器207接收複數個J起伏電壓786的串流，並且根據與第一選擇掃描程式762的複數個初級帶電粒子小射束3的掃描同步之影像資料串流產生一組2D影像。因此，影像資料擷取單元810連接到掃描控制單元930，並且掃描控制單元930包含一時脈信號產生器938，其構造成在使用期間提供用於使影像資料擷取單元810與掃描控制單元930同步的時脈信號。影像資料擷取單元810包括平行存取記憶體1816，並且構造成在使用期間將一組2D影像或2D影像資料寫入平行存取記憶體1816。下面更詳細描述影像資料擷取單元810和影像擷取單元810的同步操作。

掃描控制單元930連接到投影系統205的第二集體光柵掃描系統222，到其他系統960，例如偏轉器350（參見圖2）。掃描控制單元930另構造成產生驅動電壓774，並將驅動電壓774提供給投影系統205的第二集體光柵掃描系統222，以及提供給需要與根據掃描程式762的掃描操作同步控制的其他系統960。此其他系統的一範例為偏轉器350，其構造成在複數個初級帶電粒子小射束3的選擇性返馳期間，將複數個初級帶電粒子小射束3偏轉到束集堆130的位置，如果選定掃描程式762包括複數個初級帶電粒子小射束3的返馳或其他掃描命令，而沒有平行和同步的影像擷取。在一範例中，偏轉器350在使用期間將觸發信號提供回掃描控制單元930，並且掃描控制單元930構造成在掃描程式762中執行受控延遲，讓複數個初級帶電粒子小射束3的集體偏轉同步進入束集堆130並返回光學軸105。在圖8所示的範例中，掃描控制單元930構造成直接將驅動電壓提供給偏轉器350的電極。在替代範例中，掃描控制單元930可連接到光束偏轉器350的外部控制單元，並且構造成提供觸發信號給光束偏轉器350的外部控制單元，以用於由光束偏轉器350進行光束偏轉。

成像控制模組820更包含電源供應單元925，其構造成在使用期間提供所需電壓給集體多光束光柵掃描器110、集體偏轉系統222或其他系統960。

掃描控制單元930進一步連接到輔助掃描系統950。在一範例中，輔助掃描系統950可為用於對掃描所引起失真進行單獨修正的修正系統，如上面引用的2020年8月5日申請的德國專利申請案102020209833.6中所述。

根據第三具體實施例，多光束帶電粒子顯微鏡1包含： - 至少一第一集體光柵掃描器110，其用於集體掃描複數個J影像子域31.11至31.MN上方的複數個J初級帶電粒子小射束3；及 - 一偵測系統200，其包含一偵測器207，該偵測器用於偵測複數個J二次電子小射束9，每一小射束對應於該等J影像子域31.11至31.MN之一者；及 - 一成像控制模組820，該成像控制模組820包含： - 一掃描控制單元930，其連接到第一集體光柵掃描器110，並構造成在使用期間根據第一已選定掃描程式762，使用第一集體光柵掃描器110控制複數個J初級帶電粒子小射束3的掃描操作； - 一影像資料擷取單元810，其連接到掃描控制單元930和偵測器207，用於在使用期間從偵測器207獲取並選擇複數個J影像資料，以與由掃描控制單元930提供的時脈信號同步，並且構造成將根據第一已選定掃描程式762，將該等複數個J影像資料寫入記憶體位置處的一平行存取記憶體1816中。

在一範例中，掃描控制單元930構造成根據第一選定掃描程式762產生一系列單元掃描命令764，並且影像資料擷取單元810構造成在使用期間根據第一選定掃描程式762，將複數個J影像資料寫入根據單元掃描命令764的序列的記憶體位置處之平行存取記憶體1816中。在一範例中，掃描控制單元930包含一時脈信號產生器938，其構造成在使用期間將該時脈信號提供給掃描控制單元930和影像擷取單元810。在一範例中，掃描控制單元930可進一步連接到至少一進一步系統960，其構造成與光柵掃描操作同步操作。在一範例中，至少一進一步系統960可為一集體偏轉器350，其構造成在使用期間將該等複數個J初級帶電粒子集體偏轉到一射束收集器130中。在一範例中，多光束帶電粒子顯微鏡1在偵測系統200中包含一第二集體光柵掃描器222，且掃描控制單元930進一步連接到第二集體光柵掃描器222。在一範例中，成像控制模組820更包含一電壓供應器925，該供應器構造成提供電壓給掃描控制單元930和影像擷取單元810，並構造成在使用期間將驅動電壓提供給第一集體光柵掃描器110或第二集體光柵掃描器222。

圖9例示根據第三具體實施例的掃描控制單元930之更多細節。掃描控制單元930包括掃描產生器模組932，其構造成在使用期間執行第二具體實施例的通用掃描處理步驟720。掃描產生器模組932連接到控制單元800。控制單元800構造成在使用期間提供掃描程式762和觸發信號，以啟動或中斷掃描產生器模組932的操作。掃描產生器模組932進一步連接到通用輸入輸出介面(GPIO) 934，其構造成用於與掃描產生器模組932交換控制資料。控制資料例如可為來自根據第一具體實施例中所描述方法的系統校正資訊，例如包括根據參考或平均掃描所引起失真的預補償C(p,q)。

掃描控制單元930包含一時脈單元938。時脈單元938在使用期間提供一時脈信號760。掃描產生器模組932連接到時脈單元938，並且構造成同步由掃描控制單元930控制的裝置操作。時脈信號可例如具有在100MHz和400MHz之間範圍內的頻率，最好在150MHz和200MHz之間範圍內的頻率。

掃描控制單元930包括複數個掃描信號放大器模組936.1至936.n，每個模組構造成執行特定掃描偏轉控制步驟730.1至730.n。掃描產生器模組932至少連接到第一掃描信號放大器模組936.1和第二掃描信號放大器模組936.2。第一掃描信號放大器模組936.1連接到電極，例如初級帶電粒子束路徑的第一集體多光束光柵掃描器110之電極153.1和153.2（參見圖1和圖4）。圖9中例示第一集體多光束光柵掃描器110，簡稱為八邊形的八極掃描器。第二掃描信號放大器模組936.2連接到二次電子束路徑的第二集體多光束光柵掃描器222之電極。例示第二集體多光束光柵掃描器222，簡稱為八邊形的八極掃描器。為了便於說明，取代在第一掃描信號放大器模組936.1與第一集體多光束光柵掃描器110的八個電極之間的8條屏蔽電壓線，僅示出代表高壓連接972的一條線。每個電壓連接，包括高壓連接972，可為電屏蔽並且串擾最小化。

放大器模組936.1或936.2分別構造成執行根據第二具體實施例的特定掃描偏轉控制步驟730。因此，每個放大器模組936包含一用於執行轉換步驟732的轉換單元、及一用於執行頂點後置處理步驟734的頂點後置處理單元；這兩單元可在FPGA中實現。每個放大器模組更包含數位類比轉換器，用於將數位掃描坐標的序列轉換成類比電壓。每個放大器模組936.i更包含放大器，其連接到電壓源925，用於在使用期間執行放大步驟740。在一範例中，第一掃描信號放大器模組936.1的八個放大器通常構造成將大約高達+/- 80V，例如+/- 50V的8個高壓提供給第一集體多光束光柵掃描器110的八個電極之每一者。此放大器通常具有低通特性。通常，掃描信號放大器模組936.i的放大器響應在1MHz和10MHz之間。如前述，可對放大器的低通特性進行預補償。因此，用於執行頂點後置處理步驟734的放大器模組之頂點後置處理單元構造成執行掃描信號分析，並提供第一掃描信號放大器模組936.1的低通特性預補償。在一範例中，決定低通特性並將其儲存在例如控制單元800的記憶體中，並且控制單元800根據第一掃描信號放大器模組936.1的低通特性來調整掃描程式。例如，可在選定掃描程式中插入延遲時間，以考慮由第一掃描信號放大器模組936.1產生的大電壓變化之低頻響應。

掃描產生器模組932進一步連接到第三掃描信號放大器模組936.3和進一步掃描信號放大器模組936.i至936.n。通常，複數個至少第一和第二掃描信號放大器模組936.1...936.n連接到複數個掃描同步系統960.1...960.n，初級帶電粒子束路徑的第一集體多光束光柵掃描器110和二次電子束路徑的第二集體多光束光柵掃描器222是複數個掃描同步系統960.1...960.n的兩範例。掃描同步系統960.i的範例可為掃描多孔徑陣列修正器601或602，或如在2020年8月5日申請的德國專利申請案102020209833.6中所描述，在修正的集體多光束光柵掃描器110中提供的一組修正電極，其通過引用併入本文供參考。另外，例如掃描多孔徑陣列修正器601或602可由輔助掃描系統950控制，其以數位方式連接到掃描產生器模組932，並且構造成例如通過由時脈單元938提供的相同時脈信號進行同步操作。

掃描控制單元930連接到電源供應單元925。電源供應器925構造成在使用期間供電給掃描控制單元930和複數個掃描信號放大器模組936。電源供應器925構造成提供掃描控制單元930的低電壓支援及掃描信號放大器模組936的低電壓和低電流部分，及例如用第一集體多光束光柵掃描器110掃描複數個初級帶電粒子小射束的偏轉所需之高電流信號。在一範例中，如前述，掃描產生器模組932進一步連接到偏轉單元350。

掃描產生器模組932進一步連接到影像資料擷取單元810，並且構造成在使用期間提供控制信號給影像擷取單元810，該信號包括來自時脈單元938的時脈信號，以根據所選定掃描程式762來同步掃描影像擷取。以下說明影像資料擷取單元810的更多細節。

根據第三具體實施例，掃描控制單元930包含： - 一掃描產生器模組932，其連接到時脈單元938；及 - 一第一放大器模組936.1，其連接到第一集體光柵掃描器110；及 - 一第二放大器模組936.2，其連接到第二集體光柵掃描器222； - 該掃描產生器模組932構造成在使用期間產生並提供一系列預補償數位掃描命令給第一放大器模組936.1和第二放大器模組936.2；及 - 第一放大器模組936.1構造成在使用期間產生至少第一放大序列的驅動電壓給第一集體光柵掃描器110的電極； - 第二放大器模組936.2構造成在使用期間產生至少第二放大序列的驅動電壓給第二集體光柵掃描器222的電極。

在一範例中，掃描產生器模組932進一步連接到影像擷取模組810。在一範例中，掃描控制單元930包含至少一進一步放大器模組936.3，其連接到系統960.3，構造成在使用期間與該光柵掃描偏轉同步操作。

圖10例示在第一放大器模組936.1的範例中放大器模組936.1...936.n的更多細節。放大器模組936.1包含括一轉換和頂點後置處理單元940，其經由數位資料連接線974連接到掃描產生器模組932，該連接線例如包含用於兩預補償數位掃描命令序列766的兩條資料線，每條資料線分別用於兩掃描方向p和q之一者。轉換和頂點後置處理單元940進一步連接到記憶體和控制單元942，其提供用於轉換和頂點後置處理的額外控制信號，該控制信號例如在多光束帶電粒子顯微鏡1的先前校正步驟中確定，定儲存在記憶體和控制單元942的記憶體中。轉換和頂點後置處理單元940構造成在使用期間執行轉換步驟732和頂點後置處理步驟734。轉換和頂點後置處理單元940連接到複數個掃描數位類比轉換器946.1至946.8（僅例示兩個），以在使用期間提供由轉換和頂點後置處理單元940在使用期間產生的數位修正驅動信號776的序列。每個掃描數位類比轉換器946.1至946.8的每一輸出線連接到單獨的放大器948.1至948.8（僅例示兩個），例如第一掃描數位類比轉換器946.1的第一輸出線連接到放大器984.1。放大器948.1至948.8連接到電源供應器925，以將由掃描數位類比轉換器946.1至946.8提供的八個非線性電壓信號772放大為驅動電壓774的八個放大序列。每個放大器948.1至948.8的輸出線經由八個高壓連接972.1至972.8（僅例示兩個）連接到八極掃描器110的八個電極。

記憶體和控制單元942可進一步提供數位偏移信號給偏移DAC 944，其在此範例中產生8個偏移電壓提供給放大器948.1至948.8的輸入線。因此，偏移DAC 944連接到放大器948.1至948.8的輸入線。記憶體和控制單元942進一步連接到通用輸入和輸出裝置(General purpose nput and output device，GIPO) 934，並且構造成接收要儲存在記憶體和控制單元942的記憶體中之控制命令或控制信號。

掃描產生器模組932可在第一FPGA中實現。第一放大器模組936.1的轉換和頂點後置處理單元940及記憶體和控制單元942可在一第二FPGA中實現。放大器模組936.2的對應轉換和頂點後置處理單元940及對應記憶體和控制單元942可在一第三FPGA中實現。影像資料擷取單元810包含在一第四FPGA中實現的單元，如下所示。

根據第三具體實施例，多光束帶電粒子顯微鏡1包含至少兩放大器模組936.1和936.2，其中至少第一放大器模組936.1包含： - 一轉換和頂點後置處理單元940，其構造成在使用期間將至少兩預補償數位掃描命令766的序列轉換成至少第一和第二數位修正後驅動信號776的序列，該轉換和頂點後置處理單元940連接到掃描控制單元930，以接收至少兩預補償數位掃描命令766； - 至少一第一和一第二掃描數位類比轉換器946.1和946.2，其連接到該轉換和頂點後置處理單元940，以在使用期間接收至少第一和第二數位修正後驅動信號776的序列，及用於在使用期間將該等至少第一和第二數位修正後驅動信號776的序列轉換成至少第一和第二非線性電壓信號772； - 至少一第一和一第二放大器948.1和948.2，其中，其每一者連接到一電源供應單元925； - 其中該第一放大器948.1連接到該第一掃描數位類比轉換器946.1，並且構造成在使用期間將該第一非線性電壓信號772.1轉換成高壓輸出，並且其中該第一放大器948.1經由第一高壓連接972.1進一步連接到一集體掃描偏轉器110的第一電極； - 其中該第二放大器948.2連接到該第二掃描數位類比轉換器946.2，並且構造成在使用期間將該第二非線性電壓信號772.2轉換成高壓輸出，並且其中該第二放大器948.2經由第二高壓連接972.2進一步連接到一集體掃描偏轉器110的第二電極。

圖11描述影像資料擷取單元810的架構和組件，下面將在影像資料擷取單元810使用期間對組件和操作的更多細節進行說明。

影像資料擷取單元810包括數位類比轉換模組或ADC模組1808，其包含複數個類比數位(Analog to Digital，AD)轉換器。在一範例中，影像感測器207包含對應於複數個J二次電子小射束的複數個J光電二極體。該等J光電二極體之每一者，例如雪崩光電二極體(Avalanche Photo Diode，APD)，連接到單獨的數位類比轉換器。影像感測器207可更包含電子-光子轉換器，例如在專利申請案DE 102018007455 B4中的描述，在此通過引用整個併入本文供供參。

J光電二極體產生J起伏電壓，對應於在J影像子域處產生的電子。在光電二極體與ADC模組1808之間，可配置複數個放大器。對於複數個J二次電子小射束每一者的複數個J成像通道每一者，可在校正步驟中分別調整偏移和增益，並且產生複數個J已校正和波動感測器電壓。在上面引用的專利申請案DE 102018007455 B4中描述組態和方法細節。複數個J已校正感測器電壓已提供給ADC單元1808。ADC模組1808的複數個J AD轉換器構造成從該已校正J感測器電壓產生複數個J數位資料串流。ADC模組1808構造成以60MHz至400MHz或甚至更高之間的恆定ADC時脈，產生並提供複數個J數位資料串流。

ADC模組1808的複數個J AD轉換器由ADC時脈信號控制。ADC模組1808連接到掃描控制單元930。在一範例中，ADC時脈信號例如與由時脈單元938產生並由掃描控制單元930提供給ADC模組1808的掃描時脈信號同步。在替代範例中，ADC模組1808包括單獨的時脈信號產發器，並且其構造成隨著由掃描控制單元930提供的控制資料，以產生ADC時脈信號。

記錄器1810連接到ADC模組1808，並提供至ADC模組1808的介面，並且構造成接收複數個J數位資料串流。記錄器1810構造成為將複數個J數位資料串流提供給該擷取模組(ACQ) 1812。ACQ 1812構造成接收由時脈單元938產生並由掃描控制單元930提供的掃描時脈信號。因此，ACQ 1812連接到掃描控制單元930。ACQ 1812構造成將複數個數位資料串流與掃描時脈信號同步，並且將複數個J已同步數位資料串流提供給影像資料分類器1820。影像資料分類器1820連接到ACQ 1812，並構造成將複數個同步數位資料串流分類並寫入平行存取記憶體1816。影像資料分類器1820包括像素平均單元1822、線平均單元1824和像素定址單元1826。三個單元1822、1824和1826可依序或並聯配置。影像資料分類器1820連接到掃描控制單元930，並且構造成接收與所選定掃描程式762相對應之控制資料。像素平均單元1822和線平均單元1824構造成對每個數位資料串流的多個數位資料執行處理，以回應由掃描控制單元930提供的控制資料。該處理例如可為差的平均或計算。像素定址單元1826構造成從像素平均單元1822和線平均單元1824接收複數個J平均數位資料串流，並且導出像素地址並將其指派給每一數位資料。像素或行平均的一些範例在下面有更詳細描述。像素定址單元1826連接到訊框捕獲器記憶體或平行存取記憶體1816，並且構造成根據所選定掃描程式762，將J數位資料串流的每一數位資料值寫入對應於該像素地址的平行存取記憶體1816中。

在一範例中，由掃描時脈單元938提供的時脈頻率或ADC單元1808的時脈頻率可調。通過例如由掃描時脈單元938調整掃描時脈頻率，可以可變方式調整複數個影像像素每一者的停留時間。在一範例中，掃描時脈單元938的掃描時脈頻率為200MHz，並且對於H ＝ 2時鐘信號，每個掃描位置由掃描控制單元930保持。因此，每個掃描位置的停留時間為10 ns。隨著保持間隔從H = 2變為H = 3，停留時間增加到15 ns。可通過由將掃描時脈單元938產生的掃描時脈頻率從200 MHz調整到例如180 MHz，並且H ＝ 2具有大約11 ns的停留時間，或從200 MHz改變到例如220 MHz，且H = 3具有大約13.6 ns的停留時間，以實現停留時間的微調。通過對掃描時脈頻率的微調以及選擇性由像素平均單元1822平均像素量，可調整有效像素停留時間，並且可實現預定的信噪比(SNR)。

訊框捕獲器記憶體列1816已連接供平行讀出至控制單元800，該單元構造成讀出與J影像子域31.11至31.MN相對應的複數個J數位影像（參見圖3）。控制單元800的影像拼接單元812構造成將J數位影像拼接成與一影像圖塊（例如影像圖塊17.k）相對應的一數位影像檔案。影像拼接單元812連接到影像資料處理器和輸出814，其構造成從數位影像檔案中提取資訊，並構造成將數位影像檔案寫入記憶體，或將資訊從數位影像檔案提供給顯示器。

根據第三具體實施例，影像資料擷取單元810包含： - 一ADC模組1808，其包含連接到影像感測器207並構造成在使用期間將複數個J起伏電壓786轉換成複數個J數位感測器資料串流788的複數個AD轉換器；及 - 一擷取控制單元1812，其連接到ADC模組1808和掃描控制單元930，並構造成在使用期間從複數個J數位感測器資料串流788，及在使用期間從由掃描控制單元930根據已選定掃描程式762所提供的一選擇控制信號744，選擇複數個J數位影像資料值串流790；及 - 一影像資料分類器1820，其連接到擷取控制單元1812、掃描控制單元930、及平行存取記憶體1816； 其中影像資料分類器1820構造成在使用期間根據已選定掃描程式762，將複數個J數位影像資料值串流790寫入與複數個J初級帶電粒子小射束3的掃描位置相對應之複數個記憶體位置處之平行存取記憶體1816中。

在一範例中，ADC模組1808可連接到時脈單元938，並且構造成在使用期間從時脈單元938接收時脈信號，並且使複數個AD轉換器的操作同步，以在使用期間將複數個J起伏電壓786轉換成複數個J數位感測器資料串流788。在一範例中，時脈單元938連接到控制單元800，並且構造成從控制單元800接收控制信號，並且構造成在使用期間改變時脈單元938的時脈頻率。藉使，在使用或多光束帶電粒子顯微鏡1期間，改變掃描成像操作的時脈信號和停留時間。

多光束帶電粒子顯微鏡1的成像控制模組820可包含複數個L影像資料擷取單元810.n，其包含並聯配置的至少一第一影像資料擷取單元810.1和一第二影像資料擷取單元810.2。該等影像資料擷取單元810.n之每一者可構造成接收影像感測器207的感測器資料，其對應於S小射束的子集和複數個J初級帶電粒子小射束，並產生複數個J數位影像資料值串流的數位影像資料值之S串流子集。屬於L影像資料擷取單元810.n之每一者的S子射束數量可相同，並且S x L =J。S的數量例如在6與10之間，例如S = 8。平行影像資料擷取單元810.n的數量L可例如為10至100或更大，這取決於初級帶電粒子小射束的數量J。通過成像控制模組820的模組化概念，可通過添加平行影像資料擷取單元來增加多光束帶電粒子顯微鏡1中帶電粒子小射束的數量J。

根據多個具體實施例，根據選定掃描程式762，能夠進行多光束帶電粒子顯微鏡1的掃描操作和影像擷取。在一範例中，在晶圓檢測任務期間，多個檢測部位，例如檢測部位33和檢測部位35（參見圖3）為檢測任務的對象。對於第一檢測部位33，可選擇第一選定掃描程式762.1，對於第二檢測部位35，可選擇不同的第二選定掃描程式762.2。在一範例中，在第一測量中，根據第一選定掃描程式762.1檢測第一檢測部位33，並且在第二測量中，根據第三選定掃描程式762.3檢測第一檢測部位33。在每次影像擷取期間，一選定掃描程式可能會中斷並繼續執行，例如用於中間監視任務。利用多光束掃描和影像擷取方法707以及成像控制模組820，可實現使用多光束帶電粒子顯微鏡的靈活掃描控制和同步影像擷取，藉使允許根據多個不同掃描程式進行操作，並提高通量和高精度。成像控制模組820的模組化架構允許成像控制模組820專用於多光束帶電粒子顯微鏡1的配置，例如對於更簡單，沒有用於光束偏轉或掃描修正這類附加裝置的多光束帶電粒子顯微鏡1，或更複雜的多光束帶電粒子顯微鏡1包括數種用於補償掃描所引起像差的掃描補償器，例如多孔徑修正器601或602，並包括含束集堆130的光束偏轉器350。

因此，根據本發明之多光束帶電粒子顯微鏡1包含： - 一多光束產生器300，用於產生複數個初級帶電粒子小射束，； - 一第一集體光柵掃描器110和一第二集體光柵掃描器222；以及 - 一偵測單元200，其包含一偵測器207；及 - 一成像控制模組820，其包含一掃描控制單元930和一影像擷取單元810，用於通過一已選定掃描程式762對樣品的檢測部位進行掃描並成像； - 掃描控制單元930包括一通用掃描產生器模組932和至少一第一放大器模組936.1，用於將至少一序列高壓提供給第一集體光柵掃描器110的電極；及一第二放大器模組936.2，用於將至少一序列高壓提供給第二集體光柵掃描器220的電極， 其中掃描控制單元930適於選擇性包括第三或一進一步放大器模組936.3或936.n，用於控制第三或進一步操作單元960.3或960.n，以在使用期間與已選定掃描程式762同步操作。

在一範例中，通用掃描產生器模組932包括一頂點後置處理單元，其在使用期間構造成用於對多光束帶電粒子顯微鏡1的系統掃描所引起像差進行預補償。在一範例中，每個放大器模組包括一頂點後置處理單元、一數位類比轉換器和一放大器，藉使在每個放大器模組中，單獨針對每一操作單元960.i預補償該放大器模組與操作單元960.i一起工作來進行同步操作時的非線性，例如第一級和多光束光柵掃描器110或第二集體多數光柵掃描器222。

圖12至圖15中例示根據所選擇掃描程式的掃描程式和影像擷取範例。範例例示於單一影像子域31.mn處，並瞭解，複數個N初級帶電粒子小射束3由集體多光束光柵掃描器110同時進行光柵掃描（也參見圖3），並且複數個N二次電子小射束9由集體多光束光柵掃描器110和第二集體多光束光柵掃描器222同時進行光柵掃描，並聚焦在偵測器陣列207上，以接收複數個N資料串流。

圖12a例示根據傳統掃描程式的曲折光柵掃描圖案的掃描程式712之第一範例。掃描程式712包括一系列線掃描，每一線掃描的線起點和線端點在相同p坐標處，並且每條線具有隨後增加的光柵距離dq（例如dq = 1 nm）之p坐標。在一條線的終點和下一線的起點之間，複數個初級帶電粒子小射束被快速移回到下一線的起點位置（「返馳」）。

圖12b例示由掃描控制單元930接收到的一些所產生信號。掃描電壓Up表示用於從線起點到線終點往p方向對複數個初級帶電粒子小射束進行重複集體掃描偏轉之電壓。該圖表示一集體光柵掃描偏轉器，其具有用於在x或p方向上掃描的一對電極，以及用於在y或q方向上掃描的一對電極。對於具有例如八個電極的集體光柵掃描器，可因此導出對應的電壓。在每個時間間隔Ai中，在每個影像子域31.11至31.MN中以光柵掃描單一條掃描線。掃描電壓Uq表示用於使複數個初級帶電粒子小射束在q方向上以階梯狀進行集體掃描偏轉的電壓。TD例示在掃描控制單元930和偏轉器350之間交換的觸發信號，並且表示時間Ci，在該期間，複數個初級帶電粒子小射束3被偏轉到束集堆130中（參見圖2）。TL是提供給影像資料擷取單元810的觸發信號範例，每個觸發信號觸發與一條掃描線相對應的影像資料串流之收集。以下範例說明該操作。

在時間t1，到達複數個帶電粒子小射束3的q方向內的下一線束位置，並且掃描控制單元930觸發偏轉器350，以使複數個初級帶電粒子小射束3從束集堆130偏轉回去。在t2，偏轉器350處於關閉狀態，並且複數個初級帶電粒子小射束3每一者到達基板。觸發器TD設定在低值，並且為t2開始用於在p方向上掃描偏轉的電壓斜坡。在時間t3，複數個初級帶電粒子小射束3每一者到達用於下一掃描線的影像擷取起點。在t3，觸發信號起始由影像資料擷取單元810記錄與影像像素相對應之數位值。影像資料擷取單元810選擇與一條掃描線中的預定像素數量S相對應的S數位影像資料序列，並將其寫入記憶體。預定的像素數量S可例如為S ＝ 8000像素，以例如100 MHz的頻率收集。在一範例中，掃描控制單元930以收集頻率倍數的掃描頻率（例如200 MHz）操作，並且掃描時脈單元938的每兩個時脈信號均使驅動電壓Up增加。ADC單元1808收集每兩個掃描時脈信號，並將感測器單元207中J光電偵測器的複數個J類比電壓轉換成複數個J數位資料值，直到在時間t4上達到16000個時脈信號的S ＝ 8000資料值為止。在時間t4，將觸發信號提供給偏轉器350。在時間t5，當複數個初級帶電粒子小射束3偏轉到束集堆時，偏轉器350將觸發器TD設定為高值。在時間t5，掃描控制單元930觸發返馳至下一條掃描線的開始位置。Up降低到p方向上一條線的開始位置，Uq增加到與q位置中下一線相對應的下一偏轉電壓。

圖12例示的電壓斜坡通常由對應於複數個掃描位置的複數個小電壓階組成。然而，在一範例中，複數個J初級帶電粒子小射束3的焦點5在物件表面上連續移動。在此範例中，如果通過初級帶電粒子小射束的焦點5之移動速度除以影像資料擷取步驟750的AD轉換步驟752期間使用之時脈頻率，以決定像素的大小和形狀。

圖18為使用第一掃描程式712的帶電粒子顯微鏡1之第一操作的進一步圖示。帶電粒子顯微鏡1的影像圖塊17之子域31.mn（參見圖3）用初級帶電粒子小射束進行光柵掃描，並產生位於物平面101內物件表面區域的數位影像分段。根據第一掃描程式712，用線號為q ＝ 1至Q的水平線53進行光柵掃描，線數目可例如為Q ＝ 8000。在根據掃描程式712的光柵掃描期間，初級帶電粒子束的焦點5指向一系列相鄰的像素位置，這些位置顯示為正方形55。每條線53中的位置配置在具有數p ＝ 1至p ＝ P的欄中。每條線53中位置55的數量P可等於線53的數量Q，使得例如Q ＝ P ＝ 8000，但數值P也可與線53的數量Q不同。

在平行存取記憶體1816中，地址區域61.mn由影像資料分類器1820保留或配置。地址區域61.mn內的地址位置63以正方形表示。地址區域61.mn可為平行存取記憶體1816內的許多地址區域61中之一者。地址區域61.mn內的地址位置63由線65給定，線號a ＝ 1至A。線65的數量A可等於數量Q。每條線65包含B個記憶體位置或欄號b ＝ 1至B的欄。每條線65的儲存位置數量B，等於例如每條線53中影像像素P的數量。

根據配置給一影像資料擷取單元810的初級帶電粒子小射束之數量S，對應選擇用於影像資料擷取單元810中每一平行存取記憶體1816的地址區域61.mn之數量，並且在複數個L影像資料擷取單元810之每一者的每一平行存取記憶體1816內，可配置多個S地址區域61.1至61.S。

在第一操作模式下，光柵掃描和影像擷取均以相同時脈頻率操作，並由時脈信號760同步。在例如100 MHz的像素速率和每條掃描線8000個像素的情況下，可獲得高達12.5 kHz的線掃描頻率，對應於1.56 Hz的影像頻率。傳輸對應於子域31.mn的影像像素55之每個偵測器信號，並儲存在因此址區域61.mn的對應單一記憶體位置55中，如箭頭67所示。在第一操作模式下，一條線53內的影像像素55之數量P小於或等於地址區域61.mn (Q ＜= B)的對應線內地址位置63之數量B，並且將與單一條線53中影像像素55相對應的P偵測器信號寫入單地址線65內的地址區域61.mn中。同樣適用於線53的數量Q，Q ＜＝ A。然後，控制單元800構造成從平行存取記憶體1816中讀出數位影像資料，並且例如可執行影像拼接。

如圖12b所示，時間Ci可為可變的，並且取決於偏轉器350的響應所需之實際時間。在此範例中，像素平均單元1822和線平均單元1824設定成不平均。在另一範例中，相較於掃描時脈，ADC單元1808的收集頻率設定成更高值，並且由ADC單元1808產生的複數個數位資料串流例如以200 MHz操作，而掃描以100 MHz操作。在此範例中，像素平均單元1822對複數個數位資料串流的每對後續數位資料值求平均，以形成提供給像素定址單元1826的數位像素資料串流。

針對像素或線平均的目的，像素平均單元1822或線平均單元1824之每一者可包含單獨的記憶體單元。在另一範例中，像素平均單元1822或線平均單元1824利用訊框捕獲器記憶體列或平行存取記憶體1816。然後，由像素平均單元1822和像素定址單元1826將複數個數位資料串流的數位資料值寫入訊框捕獲器記憶體列或平行存取記憶體1816的臨時記憶體位置。然後從訊框捕獲器記憶體列1816的臨時記憶體位置中讀出數位資料值，並因此形成像素或線平均。更多細節在2020年2月4日申請的德國專利申請案第102020102779.6號中描述，其通過引用併入本文。在第一步驟中，像素平均單元1822或線平均單元1824經由像素定址單元1826，將第一組數位資料值寫入平行存取記憶體1816的第一記憶體地址。在第二步驟中，像素平均單元1822或線平均單元1824接收第二組數位資料。在第三步驟中，像素平均單元1822或線平均單元1824從平行存取記憶體1816的第一記憶體地址中讀取第一組數位值。在第四步驟中，像素平均單元1822或線平均單元1824執行第一組數位值和第二組數位值的處理，並產生第三組數位值。在第五步驟中，第三組數位值經由像素定址單元1826寫入第二記憶體地址至平行存取記憶體1816。在一範例中，第二記憶體地址與第一記憶體地址相同。在第二範例中，第一記憶體地址是臨時記憶體地址。在這些範例中，第二記憶體地址是與數位影像資料內像素位置相對應的記憶體地址。

像素平均單元1822或線平均單元1824的處理範例可為求平均，並且像素平均單元1822或線平均單元1824產生第一數位值和第二數位值的平均值。在另一範例中，像素平均單元1822或線平均單元1824可組態並由控制命令觸發，以執行第一數位值和第二數位值的其他處理方法。例如，可計算第一數位值和第二數位值的差值。藉此，例如，可偵測邊緣。

對於根據選定掃描程式762的像素或線資料處理，像素平均單元1822、線平均單元1824及像素定址和記憶體配置單元1826構造成從通用掃描命令處理步驟724接收選擇控制信號744。藉使，像素定址和記憶體配置單元1826接收並配置例如平行存取記憶體1816中的臨時記憶體位置。像素平均單元1822或線平均單元1824根據所選定掃描程式762之處理來接收處理資訊，例如平均值或資料值之差的計算。

圖19例示帶電粒子顯微鏡1的掃描和影像擷取之第二操作模式。掃描程式係類似於第一掃描程式712。影像子域31.mn再次具有Q線53和影像像素55的P欄。然而，每個像素55處的停留時間增加兩倍，並且在每個影像像素位置處，影像資料擷取單元810產生兩個數位資料值。圖19例示像素平均單元1822的操作範例。在每次將初級帶電粒子引導到像素位置55時，將產生兩個數位資料值，並由像素定址單元1826將其寫入平行存取記憶體1816的地址區域61.nm內兩相鄰記憶體位置。在第一時脈間隔期間，初級帶電粒子束被引導到第一像素位置，並且第一數位影像值由ADC模組1808產生並寫入第一記憶體位置。在第二時脈間隔期間，初級帶電粒子束仍指向第一像素位置，第二數位影像值由ADC模組1808產生並寫入第二記憶體位置，這樣在每條掃描線53之後，兩相鄰記憶體線65填入數位影像資料值的序列。這也由箭頭69示出，指示每條像素線53被寫入至少兩記憶體地址線65。在此範例中，記憶體地址線65的數量A必須是影像像素線53的數量Q之兩倍。

在一範例中，控制單元800可構造成例如通過平均來自第一和第二記憶體地址的第一和第二數位影像值之每一者，從平行存取記憶體1816的每個地址區域61.nm中導出物件表面的數位影像分段。在另一範例中，像素平均單元1822在內部執行平均，並且第一和第二數位影像值在被寫入記憶體地址位置之前，在像素平均單元1822內求平均並組合為一數位影像值。

圖20例示帶電粒子顯微鏡1的掃描和影像擷取之第二操作模式範例。在第三操作模式中，應用修改的掃描程式712.2，在此期間，每條像素線53經過光柵掃描兩次。示意性例示修改後的掃描程式712.2。在一範例中，可僅重複掃描程式712。在沿著像素線53.1往第一方向的第一光柵掃描期間，像素的第一數量P被初級帶電粒子小射束照射，並且產生數位影像資料的第一序列，並將其寫入第一線65.1內平行存取記憶體1816的地址區域61.nm中。在沿著相同像素線53.1往第一方向的後續第二光柵掃描期間，像素的第一數量P再次被初級帶電粒子小射束照射，並且產生數位影像資料的第二序列，並將其寫入第一線65.2內平行存取記憶體1816的地址區域61.nm中。在此範例中，每個像素位置被初級帶電粒子小射束照射至少兩次。這也由箭頭69示出，指示每條像素線53被寫入至少兩記憶體地址線65。如第二範例中，記憶體地址線65的數量A必須是影像像素線53的數量Q之兩倍。

在一範例中，控制單元800可構造成例如通過平均來自第一和第二記憶體地址的第一和第二數位影像值之每一者，從平行存取記憶體1816的每個地址區域61.nm中導出物件表面的數位影像分段。如前述，其他處理操作也可能。

在圖19和圖20的範例中，物件表面上的每一像素位置被光柵掃描兩次，並且地址區域61需要兩倍於如圖18範例的記憶體位置。因此，通過對與J子域31相對應的資料序列進行照明、偵測和轉換而產生之數位資料值序列，可能會超出平行存取記憶體1816的容量。在一範例中，該方法可將光柵掃描和影像擷取分為至少兩階段，藉使在第一階段中，對第一組線進行光柵掃描，並且將第一組數位影像資料寫入記憶體1816的記憶體位置61。然後由控制單元800讀出第一組數位影像資料。在第二階段，對第二組線進行光柵掃描，並將第二組數位影像資料寫入記憶體1816的記憶體位置61。然後，第二組數位影像資料由控制單元800讀取，例如由影像拼接單元812與第一組數位影像資料一起進行處理。在從第一階段到第二階段的過渡期間，第一組數位影像資料從記憶體地址區域61重新置放到控制單元800的臨時記憶體中。在重新置放之後，地址區域61可供第二組數位影像資料使用。該處理也可連續進行，並且階段數更多。

在掃描程式的範例中，以相反順序重複例如第一掃描程式712的每個隨後掃描線之掃描操作，並且每個影像子域的每條線隨後在正和負p方向上被掃描兩次。在此範例中，線平均單元1824提供有觸發信號，以執行兩隨後數位資料值串流的線平均，並且產生代表每一子域的數位影像內一線的影像像素值之多個像素資料值串流。通過對在相反掃描方向上產生的線掃描信號求平均，並由線平均單元1824求平均，產生例如半導體特徵件的線或邊緣之對稱影像信號。在另一範例中，將來自第一正方向上一線的第一掃描之第一信號及來自第二負方向上一線的第二掃描之第二信號相減，藉使偵測和強化邊緣。

在所示的範例中，第一像素線53.1的第一掃描和第二掃描會依序執行，並且地址線65.1和65.2依序排列，但並不一定如此，其他配置也可能。例如，可將根據第一掃描操作的第一數位資料序列寫入第一記憶體區域61.mn.1，並且可將根據第二掃描操作的第二數位資料序列寫入第二記憶體區域61.mn.2（未顯示），其與第一記憶體區域61.mn.1分開。其他範例例示於圖21。在此範例中，線平均單元1824和像素定址單元1826構造成將第一序列數位資料值寫入臨時記憶體位置75。將從第一掃描線53.1中像素位置55.1收集並轉換到的數位資料值配置給臨時記憶體位置75。箭頭67.1例示該配置。在圖21b所示的第二步驟中，第二序列數位資料值從第一掃描線53.1中像素位置55.2收集並轉換。同時，線平均單元1824從臨時記憶體位置75中讀出第一數位資料值序列，並對第一和第二數位資料值執行處理73，以計算第三數位資料值。最後，第三數位資料值被寫入平行存取記憶體1816中的地址區域61.mn內（由箭頭67.2和箭頭71共同指示）。如以上範例中所述，地址區域61.mn配置給子域31.mn。在另一範例中，線平均單元1824還可構造成針對所選的一組掃描位置，以計算數位資料值序列上的平均值，並且可構造成對數位茲要值序列進行統計分析。

在單個初級帶電粒子小射束的範例中說明圖19至圖21的不同像素或線平均方法。應瞭解，在具有複數個J初級帶電粒子小射束3的多光束帶電粒子顯微鏡1中，圖18至圖21的圖式適用於複數個J初級帶電粒子小射束。

在第一掃描程式712的範例中例示圖19至圖21的不同像素或線平均方法，但是像素或線平均的範例不限於第一掃描程式712。在範例中，每個初級帶電粒子小射束至少兩次引導至物件表面上每一像素位置，並且在此期間將初級帶電粒子小射束引導到像素的累積時間間隔增加。累積的時間間隔對應於停留時間。

在上面的範例中，停留時間增加兩倍。然而，利用像素平均單元1822或線平均單元1824，停留時間可具有每偶數增加。例如，為了將停留時間增加三倍，每個像素被初級帶電粒子小射束照射三次，並且可同前述範例等效計算三個數位資料值的平均值。

根據包括平均像素或線平均單元1822、1824的操作模式，多光束掃描和影像擷取方法707包括選擇一已選定掃描遲是762，例如掃描程式712或716，根據所選定掃描程式762，集體偏轉樣品7的表面25上複數個J影像子域上的J初級帶電粒子小射束3，擷取J起伏電壓786的串流，以時脈速率760轉換J起伏電壓786的串流，以形成J數位影像資料值790的串流，處理來自J數位影像資料值790的串流之每一者的至少兩數位影像資料值以形成總和，平均數位影像資料值或數位影像差資料值，並將包括和、平均數位影像資料值或數位影像資料值之差的J數位影像資料值790的串流寫入預定義記憶體位置上的共用存取記憶體1816。在圖19的範例中，該等複數個影像子域31每一者內的每一像素位置55由具有延長停留時間的初級帶電粒子小射束照明。例如，在100 Hz的採樣時脈頻率下，資料採樣頻率對應於10 ms的採樣速率。在上面的範例中，例如停留時間為20 ms，相較於採樣時脈頻率760的倒數，停留時間增加一倍。一般而言，該停留時間可對應於G乘以時脈速率的倒數，其中G為G = 2、3、4或更大的整數。在圖19的範例中，掃描程式762包含一掃描圖案，例如掃描圖案712、714、716.1、716.2或716.3，並且更包含利用至少一掃描圖案712、714、716.1、716.2或716.3對每個像素位置55進行重複掃描照明，其中該等複數個J初級帶電小射束3之每一者在該等複數個影像子域31之每一者中。使用此方法，可增加從物件表面收集的數位影像資料之信噪比(Signal to Noise Ratio，SNR)。利用下述的掃描程式716之第三範例（參見圖14），還可僅在每個子域31.mn內，從數個掃描圖案716.1至716.3中的一選定掃描圖案，例如掃描圖案716.3，增加累積停留時間。由此例如可結合具有較高SNR的選定區域之影像，以獲得物件表面區域的概圖。

圖13a例示掃描程式714的第二範例。在此範例中，每個掃描路徑遵循曲折形狀的路徑，如針對一影像子域31.mn所示。圖13b例示對應信號的範例。掃描程式714的第二範例比第一掃描程式712更快，並且在返馳期間不需要光束偏轉器350將光束偏轉到束集堆130中。在時間t6，對應於從結束位置到開始位置的線掃描，在Up的下降階段期間開始由影像資料擷取單元810進行的新影像資料擷取。提供給影像資料擷取單元810的觸發信號TL被設定為第二值，例如低觸發信號，像素定址單元1826以相反順序提供像素地址，以考慮該反向掃描方向。在時間間隔Ai（例如S = 8000個收集像素）之後，將觸發器TL設置為零以停止影像擷取。在時間Ci期間，通過將Uq切換到下一偏轉電壓，以使J影像子域每一者中J下一條掃描線的複數個J初級帶電粒子小射束偏轉，掃描過程還原並步進入下一條掃描線。在時間t7，到達下一條掃描線的起始位置，並且開始用於沿正p方向掃描到線末端的掃描電壓斜坡Up。觸發TL切換到第一觸發信號位準，在此範例中該第一觸發信號位準為高值，並且像素定址單元1826以線性順序提供像素地址，以考慮正p坐標中的掃描方向。

圖14例示在影像子域31.mn的範例中的掃描程式716的一第三範例。掃描程式716的第三範例在每一影像子域中包含複數個掃描圖案，例如第一掃描圖案716.1、第二掃描圖案716.2和第三掃描圖案716.3。掃描圖案716.1至716.3彼此分離配置。掃描圖案716.3相對於p-q坐標系統旋轉。可配置掃描圖案716.1至716.3的間隔，以最小化或減輕樣品的帶電作用。掃描圖案716.3的旋轉可用於在不同掃描方向上測量感興趣的結構，例如，半導體結構通常沿水平(H)或垂直(V)方向配置。在這情況下，在偏離H-V方向的方向上進行附加掃描可能是有利的。在此範例中，可跳過影像拼接單元812，並且影量資料僅用於影像資料處理器和輸出單元814中的影像資料處理，諸如線寬測量、線邊緣粗糙度測量等。

利用前述設備和方法，實現複雜的掃描程式，像似具有掃描圖案716.1至716.3的掃描程式之第三範例。在第一步驟中，由控制單元800描述掃描程式。在第二步驟中，如前述，掃描程式由掃描產生器模組932在掃描命令處理步驟724中以線或點命令分割，如前述。線或點命令由頂點後置處理步驟726處理，並提供給放大器模組936.1至936.n，以執行特定的掃描偏轉控制步驟730。將多個驅動電壓972提供給例如集體多光束光柵掃描器110和222的電極。提供另一觸發信號給影像資料擷取單元810，以用於在對應於單位像素坐標的記憶體地址值處進行同步資料收集，並將像素資料寫入平行存取記憶體1816中。

掃描程式的其他範例可包含隔行掃描技術，該技術隨後使用分離的掃描線掃描影像子域。例如，在第一掃描圖案中，以類似於第一或第二掃描程式的掃描圖案掃描每三行，例如1–4–7及之後的行，然後在第二掃描圖案中，以類似於第一或第二掃描程式的掃描圖案掃描下一組每三行，例如2–5–8及之後的行。在另一範例中，掃描程式遵循提高解析度的光柵掃描策略，例如，從每個影像子域的第一512 x 512像素之第一光柵掃描圖案開始，並且第二512 x 512像素的第二光柵掃描圖案配置在第一光柵掃描圖案的前512 x 512像素之間。通過配置在每個影像子域的第一和第二多個像素之間的1024 x 1024像素之第三光柵掃描圖案繼續該操作，並添加另外的光柵掃描圖案，例如2048 x 2048像素，直到獲得每個影像子域所需的解析度（例如8000 x 8000像素）之影像擷取。

在掃描程式的另一範例中，掃描程式包含在每個影像子域預定位置處的第一小掃描圖案，例如類似於掃描圖案716.3。掃描程式包含類似於例如第二掃描程式714的第二掃描圖案。在執行第二掃描圖案期間，第二掃描圖案至少中斷一次，並且重複第一掃描圖案例如二或三次，並且監視多光束帶電粒子顯微鏡1的漂移。根據重複掃描操作和第一掃描圖案的影像擷取因此，可觸發主動補償器的漂移補償，或者觸發多光束帶電粒子顯微鏡1的校正或調整。提供主動漂移控制的方法和解決方案例如在2020年5月28日申請的德國專利申請案第102020206739.2號揭露，其通過引用合併入本文供參考。

當僅需要檢測晶圓表面的表面區段時，例如執行度量衡任務，或通常被稱為晶粒對晶粒比較或晶粒與資料庫比較的任務，在特殊的檢測任務中會提供一種掃描程式的另一優點，即相較於子域31.mn，包含至少一較小區域的掃描圖案。在此檢測任務中，僅檢查晶圓表面的各個區段，並且例如彼此進行比較，或者例如與從理想晶圓表面的CAD資料導出之資料進行比較。因此，根據本發明的掃描和影像擷取方法提高了晶圓檢測任務的產量。

圖15說明掃描程式762的另一範例。在一範例中，多光束帶電粒子顯微鏡1的複數個J初級帶電粒子小射束3以六邊形光柵組態配置，影像子域29的中心分佈在六邊形陣列處。圖15例示以十字符號形表示的初級帶電粒子小射束3的10個中心29.ij之範例（未示出小射束）。在先前技術中，如圖3所示，對應的影像子域31構造成矩形影像子域。然而，利用影像資料擷取單元810以及多光束掃描和影像擷取方法707，並且根據本發明的具體實施例，還可用光柵掃描六邊形圖案27h中的複數個初級帶電粒子小射束3。在根據六邊形圖案27h的六邊形掃描程式762中，在p方向上的掃描線長度可變，並且在不同線的掃描期間根據q坐標而改變。因此，根據六邊形掃描圖案27h進行光柵掃描的對應影像子域31.ij具有六邊形狀（僅例示其中兩個而不含掃描線27h）。藉使，相較於根據圖3的矩形掃描圖案，每個初級帶電粒子3的掃描偏轉最大值減小了約10％，並且三階掃描引起的失真減少至少20％，例如25％到30％。

因此，根據一具體實施例的多光束帶電粒子顯微鏡1包含： - 一多光束產生器300，用於產生六邊形光柵組態下的複數個J初級帶電粒子小射束3； - 一第一集體光柵掃描器110和一第二集體光柵掃描器222；以及 - 一偵測單元200，其包含一偵測器207；及 - 一成像控制模組820，其包含一掃描控制單元930和一影像擷取單元810，用於通過複數個J影像子域31對樣品的檢測部位進行掃描並成像，該等J影像子域31之每一者具有六角形狀。

圖16描述根據圖15之具有複數個初級帶電粒子小射束的六邊形光柵組態之多光束帶電粒子顯微鏡1操作範例。用十字符號顯示複數個影像子域31中僅七個中心坐標29.ij。當集體多光束偏轉器110處於關閉狀態時，每個中心坐標29.ij表示複數個初級帶電粒子小射束3之一的焦點5。在圖16a中，顯示圖15的組態，其中中心坐標的配置以平行於x-y坐標的欄和線配置。六角形子域31.ij的直徑為D1，該子域由掃描圖案27h根據掃描圖樣進行掃描。在多光束帶電粒子顯微鏡1的操作期間，例如由於工作距離或影像平面調整，由於物鏡102（其可配置為磁浸透鏡）的工作條件改變，可能會出現光柵配置或初級帶電粒子小射束3的旋轉37。對於具有不變掃描程式27h的傳統掃描操作，掃描線的方位將旋轉相同的旋轉角度37，並且掃描操作不平行於或垂直於xy坐標系統，這與樣品台500和樣品表面25的座標系統一致。使用未經修改的掃描程式進行掃描圖案27h掃描的掃描操作將產生掃描線，例如沿著p軸的掃描線，該掃描線相對於x軸旋轉角度37。在這情況下，利用多光束帶電粒子顯微鏡1進行掃描成像的成像結果可取決於焦點位置的工作距離。然而，利用根據以上具體實施例的影像資料擷取單元810和多光束掃描和影像擷取方法707，即使在當具有中心坐標29.ij和pq坐標系的光柵配置旋轉角度37，多光束帶電粒子顯微鏡1也構造成維持例如平行於x方向的掃描方向。根據光柵配置的旋轉37，具有掃描圖案27h的第一掃描程式更改為第二掃描程式27h2，其可覆蓋具有直徑D2並且掃描線與x方向平行的稍大影像子域31相對應之稍大區域。通過改變第一掃描程序27h和第二掃描程序27h2之間掃描線的長度或掃描線的數目至少之一者，複數個J影像子域31的大小已改變並且影像圖塊被複數個影像子域覆蓋，但以重疊區域39略有增加為代價。另外，在掃描命令處理步驟724期間，掃描程式762包括單位掃描命令764的序列旋轉，以補償掃描坐標系統p和q的旋轉。

掃描程式或掃描圖案的變化不僅限於六邊形光柵配置，還可應用於一維光柵配置、圓形光柵配置或矩形光柵配置，如圖3所示。

利用根據具體實施例的影像資料擷取單元810和多光束掃描和影像擷取方法707，多光束帶電粒子顯微鏡1構造成用於以掃描線的任意掃描方位進行影像掃描，例如平行於x方向、平行於y方向或平行於任意角度的方向，藉使保持完全覆蓋具有多個大小合適影像子域的影像圖塊。例如，x-y坐標系統表示諸如晶圓這類樣品的方位，並且掃描線的方位以晶圓結構的方位為方位。此結構可例如包括水平和垂直線或邊緣（所謂的HV結構），並且在一些範例中，較佳以預定、恆定角度（例如垂直於線或邊緣）來用光柵掃描該等線或邊緣。因此，根據一具體實施例的多光束帶電粒子顯微鏡1包含： - 一多光束產生器300，用於產生複數個J初級帶電粒子小射束3， - 一第一集體光柵掃描器110和一第二集體光柵掃描器222；以及 - 一偵測單元200，其包含一偵測器207；及 - 一物鏡102； - 一成像控制模組820，其包含一掃描控制單元930和一影像擷取單元810，用於控制掃描複數個J初級帶電粒子小射束3，並用於通過配置在複數個J影像子域31中複數個掃描線來控制樣品表面的影像圖塊擷取， 其中成像控制模組820構造成相對於樣品方位改變複數個掃描線方位，並改變掃描線的至少長度或掃描線的數量，以改變用於覆蓋該影像圖塊的複數個J影像子域31大小。在一範例中，通過改變物鏡102的工作條件，改變複數個掃描線方位係根據複數個J初級帶電粒子小射束3的光柵配置之旋轉。

在整個圖式中，通過僅例示少量掃描線，以簡化所例示的掃描程式762。應瞭解，影像像素的數量可為例如8000 x 8000或更多，在此範例中包含8000條掃描線。

從說明書中將清楚了解，範例和具體實施例的組合及各種修改有可能，並且可在類似於具體實施例或範例來應用。初級光束的帶電粒子可例如是電子，但也可為其他帶電粒子，例如氦離子。二次電子在狹義上包括此及電子，但也包括通過初級帶電粒子子束與樣品相互作用而產生的任何其他次級帶電粒子，諸如由反向散射電子產生的反向散射電子、或第二級的二次電子。在另一範例中，可收集二次離子而不是二次電子。

通過以下子句描述本發明：

子句1：一種多光束帶電粒子掃描電子顯微鏡1的校正之方法，其包含： - 一第一步驟，通過用集體多光束光柵掃描器110在校正樣品的表面25上，以一第一驅動信號V1(p,q)對複數個初級帶電粒子小射束3進行光柵掃描，以執行校正測量； - 一第二步驟，從校正測量中導出複數個掃描所引起子域失真圖案，包含針對複數個初級帶電粒子小射束3之每一者導出掃描所引起失真圖案， - 一第三步驟，分析該等複數個掃描所引起子域失真圖案，並且導出一校正信號C(p,q)； - 一第四步驟，用該校正信號C(p,q)修改該第一驅動信號V1(p,q)，並且導出用於驅動該集體多光束光柵掃描器110的已修改驅動信號V2(p,q)； - 藉此減少最大掃描所引起的失真。

子句2：如子句1所述之方法，其中該第三分析步驟包含： - 通過統計方法導出該等複數個掃描所引起失真圖案的參考失真圖案，該統計方法包含一平均值、一加權平均值、或一中間值的計算；及 - 從該參考失真圖案導出該校正信號C(p,q)。

子句3：如子句1或2所述之方法，其中重複所述第一至第四步驟，直到該等複數個初級帶電粒子小射束3之每一者的最大掃描所引起子域失真最小化到預定臨界以下。

子句4：如子句1或2所述之方法，其中該等複數個初級帶電粒子小射束3的大多數最大掃描所引起失真降低到預定臨界以下，並且少數單個初級帶電粒子小射束的最大掃描所引起子域失真超過預定臨界。

子句5：如子句1至4任一者所述之方法，其中該校正信號C(p,q)儲存在集體多光束光柵掃描器110的控制單元之記憶體中，以根據一選定掃描程式對掃描所引起失真進行預補償。

子句6：一種多光束掃描和影像擷取方法707用於控制在複數個J影像子域上的複數個J初級帶電粒子小射束3的集體掃描，並提供利用多光束帶電粒子顯微鏡1獲取與複數個J圖像子域相對應的複數個J數位影像資料，其包含： - 一組態步驟710，用於提供複數個掃描程式762並用於選擇一已選定掃描程式； - 一通用掃描處理步驟720，在該步驟中，接收該已選定掃描程式762，並至少一第一序列的預補償數位掃描命令766和一選擇控制信號744從該已選定掃描程式762中產生； - 一特定掃描偏轉控制步驟730，在該步驟中，從該至少第一序列的預補償數位掃描命令766產生至少一第一已放大序列的驅動電壓744，並且在此期間，將至少一第一已放大序列的該驅動電壓744提供給一集體偏轉步驟742，該集體偏轉步驟742用於在一樣品7的表面25上的該等複數個J影像子域上方使該等複數個J初級帶電粒子小射束3集體偏轉； - 一影像資料擷取步驟750，在該步驟中，轉換和選擇在類比資料收集步驟748從一影像感測器單元207收集J起伏電壓串流786，以形成J數位影像資料值790的串流，該J數位影像資料值790的串流已寫入複數個J記憶體位置處一共用存取記憶體內，以形成與該等複數個J影像子域相對應的該等複數個J數位影像資料，藉使通過由該通用掃描處理步驟720所產生並提供的該選擇控制信號744來控制選擇和寫入。

子句7：如子句6所述之方法，其更包含一平行讀取和影像處理步驟758，在該步驟中，從該共用存取記憶體中讀取與該等複數個J影像子域相對應的該等複數個J數位影像資料，並執行影像處理。

子句8：如子句7所述之方法，其中該影像處理步驟包含影像濾波、影像配準、臨界操作、物件偵測、影像物件的尺寸測量、失真補償、對比度增強、反捲積操作、或應用於與複數個J影像子域相對應的該等複數個J數位影像資料之每一者的影像修正之一者。

子句9：如子句7所述之方法，其中該影像處理步驟包含一拼接操作，以從該等複數個J數位影像資料形成單一數位影像檔案。

子句10：如子句6至9任一者所述之方法，其中在該通用掃描處理步驟720期間，至少一第一序列的單位掃描命令764產生在標準化子域坐標(u,v)中，並且通過應用包括旋轉、比例尺變更、或考慮預定修正函數C(p,q)之一者的操作，將第一序列的單位掃描命令764轉換成影像子域坐標(p,q)中的預補償數位掃描命令766的序列。

子句11：如子句10所述之方法，其中在通用掃描處理步驟720期間產生的該選擇控制信號744包含該第一序列的單元掃描命令764，及在影像資料擷取步驟750期間，將J數位影像資料值790的串流寫入在與第一序列的單元掃描命令764相對應的複數個J記憶體位置處的該共用存取記憶體。

子句12：如子句6至11任一者所述之方法，其中該方法更包含一掃描同步控制步驟718，並且其中在通用掃描處理步驟720期間，一同步控制命令768交換掃描同步控制步驟718。

子句13：如子句6至12任一者所述之方法，其中複數個J初級帶電粒子小射束構造成光柵組態，其在使用期間相對於台架或安裝在台架上樣品的坐標系統方位旋轉一旋轉角度，並且其中在通用掃描處理步驟720中，調整該單元掃描命令764的序列，以補償光柵組態的旋轉。

子句14：一種多光束帶電粒子顯微鏡1，其包含： - 至少一第一集體光柵掃描器110，用於集體掃描複數個J影像子域31.11至31.MN上方的複數個J初級帶電粒子小射束3；及 - 一偵測系統200，其包含一偵測器207，該偵測器用於偵測複數個J二次電子小射束9，每一小射束對應於該等J影像子域31.11至31.MN之一者；及 - 一成像控制模組820，該成像控制模組820包含： - 一掃描控制單元930，其連接到該第一集體光柵掃描器110，並構造成在使用期間根據第一已選定掃描程式762，使用該第一集體光柵掃描器110控制複數個J初級帶電粒子小射束3的光柵掃描操作； - 至少一影像資料擷取單元810，其連接到該掃描控制單元930和該偵測器207，構造成用於在使用期間從偵測器207獲取並選擇複數個S影像資料，以與由該掃描控制單元930提供的時脈信號同步，並且構造成根據第一已選定掃描程式762，將該等複數個S影像資料寫入記憶體位置處的一平行存取記憶體1816中，其中S ＜= J。

子句15：如子句14所述之多光束帶電粒子顯微鏡1，其中該掃描控制單元930包含一時脈信號產生器938，其構造成在使用期間將該時脈信號提供給掃描控制單元930和影像擷取單元810。

子句16：如子句15所述之多光束帶電粒子顯微鏡1，其中該掃描控制單元930可進一步連接到至少一進一步系統960，其構造成與光柵掃描操作同步操作。

子句17：如子句16所述之多光束帶電粒子顯微鏡1，其中至少一進一步系統960可為一集體偏轉器350，其構造成在使用期間將該等複數個J初級帶電粒子集體偏轉到一射束收集器130中。

子句18：如子句14至16任一者所述之多光束帶電粒子顯微鏡1，其更包含在偵測系統200中，一第二集體光柵掃描器222和該掃描控制單元930進一步連接到該第二集體光柵掃描器222。

子句19：如子句18所述之多光束帶電粒子顯微鏡1，其中該成像控制模組820更包含一電壓供應器925，該供應器構造成提供電壓給所述掃描控制單元930和影像擷取單元810，並構造成在使用期間將驅動電壓提供給該第一集體光柵掃描器110或該第二集體光柵掃描器222。

子句20：如子句14至19任一者所述之多光束帶電粒子顯微鏡1，其中該掃描控制單元930更包含： - 一掃描產生器模組932，其連接到時脈單元938；及 - 一第一放大器模組936.1，其連接到該第一集體光柵掃描器110；及 - 一第二放大器模組936.2，其連接到該第二集體光柵掃描器222； - 該掃描產生器模組932構造成在使用期間產生並提供一系列預補償數位掃描命令給該第一放大器模組936.1和該第二放大器模組936.2；及 - 該第一放大器模組936.1構造成在使用期間產生至少一第一放大序列的驅動電壓給該第一集體光柵掃描器110的一電極； - 該第二放大器模組936.2構造成在使用期間產生至少一第二放大序列的驅動電壓給該第二集體光柵掃描器222的一電極。

子句21：如子句14至20任一者所述之多光束帶電粒子顯微鏡1，其中該掃描產生器模組932進一步連接到影像獲取模組810。

子句22：如子句14至21任一者所述之多光束帶電粒子顯微鏡1，其中該掃描控制單元930包含至少一進一步放大器模組936.3，其連接到一系統960.3，其構造成在使用期間與該光柵掃描偏轉同步操作。

子句23：如子句14至22任一者所述之多光束帶電粒子顯微鏡1，其中該至少一影像資料獲取單元810、或該等影像資料獲取單元810之每一者包含： - 一ADC模組1808，其包含複數個AD轉換器，其連接到該影像感測器207並構造成在使用期間將該等複數個S起伏電壓786轉換成複數個S數位感測器資料串流788；及 - 一擷取控制單元1812，其連接到該ADC模組1808和該掃描控制單元930，並構造成在使用期間從該等複數個S數位感測器資料串流788、及在使用期間從由掃描控制單元930根據已選定掃描程式762所提供的一選擇控制信號744，選擇複數個S數位影像資料值串流790；及 - 一影像資料分類器1820，其連接到該擷取控制單元1812、該掃描控制單元930、及該平行存取記憶體1816； 其中該影像資料分類器1820構造成在使用期間根據已選定掃描程式762，將該等複數個S數位影像資料值串流790寫入與複數個J初級帶電粒子小射束3的掃描位置相對應之複數個記憶體位置處之平行存取記憶體1816中。

子句24：如子句23所述之多光束帶電粒子顯微鏡1，其中ADC模組1808可連接到時脈單元938，並且構造成在使用期間從時脈單元938接收時脈信號，並且使該等複數個AD轉換器的操作同步，以在使用期間將該等複數個S起伏電壓786轉換成複數個S數位感測器資料串流788。

子句25：如子句24所述之多光束帶電粒子顯微鏡1，其中該時脈單元938連接到控制單元800，並且構造成從該控制單元800接收一控制信號，並且構造成在使用期間改變該時脈單元938的時脈頻率。

子句26：如子句14至25任一者所述之多光束帶電粒子顯微鏡1，其中該成像控制模組820包含複數個L影像資料擷取單元810，其中L為L ＝ 8、10或更大。

子句27：如子句26所述之多光束帶電粒子顯微鏡1，其中該數量S由S = 6、8、10或12給定。

子句28：一種多光束帶電粒子顯微鏡1，其包含： - 一多光束產生器300，用於產生複數個初級帶電粒子小射束； - 一第一集體光柵掃描器110和一第二集體光柵掃描器222；以及 - 一偵測單元200，其包括一偵測器207；及 - 一成像控制模組820，其包含一掃描控制單元930和一影像擷取單元810，用於通過一已選定掃描程式762對樣品的檢測部位進行掃描並成像； - 該掃描控制單元930包含一通用掃描產生器模組932和至少一第一放大器模組936.1，用於將至少一序列的高壓提供給該第一集體光柵掃描器110的一電極；及一第二放大器模組936.2，用於將至少一序列的高壓提供給該第二集體光柵掃描器220的一電極， 其中該掃描控制單元930調適成選擇性包括一第三或一進一步放大器模組936.3或936.n，用於控制一第三或進一步操作單元960.3或960.n，以在使用期間與已選定掃描程式762同步操作。

子句29：如子句28所述之多光束帶電粒子顯微鏡1，其中該通用掃描產生器模組932包含一頂點後置處理單元，其構造成在使用期間用於對多光束帶電粒子顯微鏡1的系統掃描所引起像差進行預補償。

子句30：如子句28所述之多光束帶電粒子顯微鏡1，其中每個放大器模組包括一頂點後置處理單元、一數位類比轉換器和一放大器，藉使在每個放大器模組中，單獨對每一操作單元960.i預補償為了同步操作時的該放大器模組結合該操作單元960.工作的非線性。

子句31：如子句30所述之多光束帶電粒子顯微鏡1，其中操作單元960.i是所述第一集體多光束光柵掃描器110或第二集體多光束光柵掃描器222。

子句32：該多光束帶電粒子顯微鏡1，其構造成執行如子句1至13所述之該等方法之任一者。

子句33：一種多光束帶電粒子顯微鏡1，其包含： - 一多光束產生器300，用於產生六邊形光柵組態下的複數個J初級帶電粒子小射束3； - 一第一集體光柵掃描器110和一第二集體光柵掃描器222；以及 - 一偵測單元200，其包括一偵測器207；及 - 一成像控制模組820，其包含一掃描控制單元930和一影像擷取單元810，用於通過複數個J影像子域31對樣品的檢測部位進行掃描並成像，該等J影像子域31之每一者具有六角形狀。

子句34：一種多光束帶電粒子顯微鏡1，其包含： - 一多光束產生器300，用於產生複數個J初級帶電粒子小射束3； - 一第一集體光柵掃描器110和一第二集體光柵掃描器222；以及 - 一偵測單元200，其包括一偵測器207；及 - 一物鏡102， - 一成像控制模組820，其包含一掃描控制單元930和一影像擷取單元810，用於控制掃描該等複數個J初級帶電粒子小射束3，並用於通過配置在複數個J影像子域31中的複數個掃描線來控制樣品表面的影像圖塊擷取， 其中該成像控制模組820構造成相對於樣品方位改變該等複數個掃描線的方位。

子句35：如子句34所述之多光束帶電粒子顯微鏡1，其中該成像控制模組820進一步構造成改變掃描線的至少一長度或掃描線的數量，以改變該等複數個J影像子域31用於覆蓋影像圖塊的大小。

子句36：如子句34或35所述之多光束帶電粒子顯微鏡1，其更包含一控制單元800，用於控制物鏡102的工作條件，並且其中該等複數個掃描線方位的改變係根據由物鏡102的工作條件變化所引起該等複數個J初級帶電粒子小射束3之光柵組態旋轉而變化。

子句37：一種多光束掃描和影像擷取方法707用於控制在複數個J影像子域上的複數個J初級帶電粒子小射束3的集體掃描，並提供利用多光束帶電粒子顯微鏡1獲取與複數個J圖像子域相對應的複數個J數位影像資料，其包含： - 一選定掃描程式762之選擇； - 根據該選定掃描程式762，使樣品7的表面25上的該等複數個J影像子域上的該等複數個J初級帶電粒子小射束3集體偏轉； - 擷取J起伏電壓786的串流； - 以時脈速率760轉換J起伏電壓786的串流，以形成J數位影像資料值790的串流； - 處理來自J數位影像資料值790的串流之每一者的至少兩數位影像資料值，以形成總和、平均數位影像資料值、或數位影像資料值的差； - 將包括總和、平均數位影像資料值、或數位影像資料值的差之J數位影像資料值790之串流寫入預定記憶體位置處的共用存取記憶體1816中。

子句38：如子句37所述之方法，其更包含下列步驟： - 從所選定掃描程式762產生至少一第一序列的預補償數位掃描命令766和一選擇控制信號744； - 從該至少第一序列的預補償數位掃描命令766產生至少一第一放大序列的驅動電壓774； - 將該至少第一放大序列的驅動電壓774提供給一集體偏轉步驟742。

子句39：如子句37或38所述之方法，其中該掃描程式762包含對像素位置55的掃描照明，在該等複數個J影像子域31之每一者內的該等複數個J初級帶電粒子小射束3之每一者的停留時間對應於G乘以在轉換J起伏電壓串流786以形成J數位影像資料值790的串流步驟中所應用時脈速率760之倒數，並且其中G為G = 2、3、4或更大的整數。

子句40：如子句37或39所述之方法，其中該掃描程式762包含一掃描圖案712、714、716.1、716.2或716.3，並且更包含利用該等掃描圖案712、714、716.1、716.2或716.3之至少一者對每個像素位置55進行重複掃描照明，其中該等複數個J初級帶電小射束3之每一者在該等複數個影像子域31之每一者中。

1:多小射束帶電粒子顯微鏡以及檢測系統 3:一或多個初級帶電粒子小射束 5:初級帶電粒子束或焦點 7:物件 9:二次電子子束 11:二次電子束路徑 13:初級帶電粒子束路徑 15:次級帶電粒子像斑 17:影像圖塊 19:影像圖塊的重疊區域 21:影像圖塊的中心位置 25:晶圓表面 27:初級小射束的掃描路徑 29:影像子域的中心 31:影像子域 33:第一檢測部位 35:第二檢測部位 37:光柵組態的旋轉 39:子域31的重疊區域 53:像素線 55:像素或照明點位置 61、61.mn:配置給子域的地址區域 63:地址位置 65:地址線 67:像素配置 69:線配置 71:暫時記憶體重新配置 73:處理操作 75:暫時記憶體地址 100:物件照射單元 101:物件或影像或焦平面 102:物鏡 103:場透鏡群 105:多小射束帶電粒子顯微鏡系統的光軸 108:第一束交叉 109:交叉平面 110:集體多光束光柵掃描器 130:束集堆 153:偏轉器電極 157:離軸或場小射束 189:行進小射束的交叉體積 200:偵測單元 205:投影系統 206:靜電透鏡 207:影像感測器 208:成像透鏡 209:成像透鏡 210:成像透鏡 212:第二交叉 214:孔徑濾鏡 216:主動元件 218:第三偏轉系統 220:多孔徑修正器 222:第二偏轉系統 300:帶電粒子多小射束產生器 301:帶電粒子源 303:準直透鏡 305:初級多小射束形成單元 306:主動多孔徑板 307:第一場透鏡 308:第二場透鏡 309:電子束 311:初級電子小射束斑點點 321:中間影像平面 350:第一偏轉器 351:第二偏轉器 390:光束轉向多孔板 400:分束器單元 420:磁性元件 500:樣品台 503:樣品電壓供應器 601:掃描失真補償陣列 602:遠心像差掃描補償器陣列 641:電壓結合器 707:多光束掃描和影像擷取方法 710:組態步驟 712:掃描程式的第一範例 714:掃描程式的第二範例 716:掃描程式的第三範例 718:掃描同步控制步驟 720:通用掃描處理步驟 722:接收步驟 724:掃描命令處理步驟 726:頂點後置處理步驟 730:特定掃描偏轉控制步驟 732:轉換步驟 734:頂點後置處理步驟 736:DA轉換步驟 738:偏置電壓濾波器步驟 740:放大步驟 742:集體偏轉步驟 744:選擇控制信號 748:類比資料收集步驟 750:影像資料擷取步驟 752:AD轉換步驟 754:數位影像資料選擇 756:數位影像資料定址和寫入步驟 758:平行讀取和影像處理步驟 760:時脈信號 762:掃描程式 764:單元掃描命令序列 766:預補償數位掃描命令序列 768:同步控制命令 770:數位驅動信號 772:非線性電壓信號 774:驅動電壓的放大序列 776:數位修正驅動信號序列 778:數位偏移量 780:偏置電壓 782:濾波的偏置電壓 784:影像資料串流 786:起伏電壓串流 788:數位感測器資料串流 790:數位影像資料值串流 792:複數個影像像素資料 800:控制單元 804:掃描程式選擇模組 806:非揮發性記憶體 810:影像資料擷取單元 812:影像拼接單元 814:影像資料處理器和輸出 820:成像控制模組 830:初級束路徑控制模組 925:電源供應單元 930:掃描控制單元 932:掃描產生器模組 934:通用輸入輸出介面(GPIO) 936:放大器模組 938:時脈 940:轉換和頂點後置處理單元 942:記憶體和控制單元 944:偏置DAC 946:掃描DAC 948:高壓放大器 950:輔助掃描系統 960:掃描同步系統 972:高壓連接 974:數位資料連接線 1808:ADC模組 1810:記錄器 1812:擷取模組(ACQ) 1814:測試模式 1816:訊框捕獲器記憶體列 1820:影像資料分類器 1822:像素平均器 1824:線平均器 1826:像素定址和記憶體配置單元

進一步細節說明於具體實施例的範例內。進一步的具體實施例包含以下描述的範例和具體實施例之組合或變化。以下將參考附圖揭露更多細節。藉使顯示：

圖1為根據一具體實施例的多光束帶電粒子顯微鏡系統之圖式。

圖2為包含偏轉器和束集堆(Beam dump)的多光束帶電粒子顯微鏡系統進一步細節之圖式。

圖3為包含第一和第二影像圖塊的第一檢測部位以及第二檢測部位的坐標之圖式。

圖4為在一已選定初級帶電粒子小射束的範例下第一集體多光束光柵掃描器之操作圖式。

圖5為複數個初級帶電粒子小射束之每一者(a)在預補償之前和(b)在掃描所引起失真的預補償之後，最大掃描所引起失真的圖式。

圖6為通過非線性驅動電壓補償第一集體多光束光柵掃描器的非線性行為之圖式。

圖7為多光束掃描和影像擷取方法之圖式。

圖8為成像控制模組和相關模組的架構圖式。

圖9為掃描控制單元及相關單元或模組之圖式。

圖10為放大器模組之圖式。

圖11為影像資料擷取單元及相關單元或模組之圖式。

圖12 (a) 為根據第一掃描程式的示範初級小射束的掃描路徑、及(b)在成像控制模組和相關模塊內交換的一些信號之圖式。

圖13 (a) 為根據掃描程式的示範初級小射束的掃描路徑、及(b)在成像控制模組和相關模塊內交換的一些信號之圖式。

圖14為一進一步掃描程式的掃描路徑之圖式。

圖15為根據具有初級帶電粒子小射束的六邊形光柵組態之六邊形影像子域的掃描程式圖式。

圖16為使用調適掃描程式對六角形光柵組態進行旋轉補償之圖式。

圖17為根據第一具體實施例的方法之圖式。

圖18為根據多光束掃描和影像擷取方法之記憶體配置圖式。

圖19為根據運用像素平均值的多光束掃描和影像擷取方法之記憶體配置圖式。

圖20為根據運用掃描線平均值的多光束掃描和影像擷取方法之記憶體配置圖式。

圖21為根據運用暫時記憶體的多光束掃描和影像擷取方法之記憶體配置圖式。

110:集體多光束光柵掃描器

207:影像感測器

222:第二偏轉系統

350:第一偏轉器

800:控制單元

804:掃描程式選擇模組

806:非揮發性記憶體

810:影像資料擷取單元

820:成像控制模組

925:電源供應單元

930:掃描控制單元

938:時脈

950:輔助掃描系統

960:掃描同步系統

1816:訊框捕獲器記憶體列

Claims (20)

1. 一種多光束帶電粒子顯微鏡(1)，其包含： - 一多光束產生器(300)，用於產生複數個J初級帶電粒子小射束(3)； - 一第一集體光柵掃描器(110)和一第二集體光柵掃描器(222)；以及 - 一偵測單元(200)，其包括一偵測器(207)；及 - 一成像控制模組(820)，其包含一掃描控制單元(930)和至少一影像擷取單元(810)，用於控制掃描該等複數個J初級帶電粒子小射束(3)，並用於通過配置在複數個J影像子域(31)中複數個掃描線來控制樣品表面的影像圖塊擷取， - 其中該成像控制模組(820)構造成相對於樣品方位改變該等複數個掃描線的方位。
2. 如請求項1所述之多光束帶電粒子顯微鏡(1)，其中該成像控制模組(820)係進一步構造成改變掃描線的至少一長度或掃描線的數量，以改變該等複數個J影像子域(31)用於覆蓋影像圖塊的大小。
3. 如請求項1所述之多光束帶電粒子顯微鏡(1)，其更包含一控制單元(800)，用於控制一物鏡(102)的工作條件，並且其中該等複數個掃描線方位的變化係根據由該物鏡(102)的工作條件變化所引起該等複數個J初級帶電粒子小射束(3)之光柵組態的旋轉。
4. 如請求項1所述之多光束帶電粒子顯微鏡(1)，其更包含一平行存取記憶體(1816)，其中所述影像擷取單元(810)用於在使用從該偵測器(207)獲取並選擇複數個影像資料，及用於將該等複數個影像資料寫入該平行存取記憶體(1816)中對應於複數個掃描線的方位變化的記憶體位置。
5. 如請求項3或4所述之多光束帶電粒子顯微鏡(1)，其中一多光束產生器(300)，用於產生六邊形光柵組態下的複數個J初級帶電粒子小射束(3)，以及其中該等J影像子域(31)之每一者具有六角形狀。
6. 如請求項3或4所述之多光束帶電粒子顯微鏡(1)，其中該成像控制模組(820)更包含一電壓供應器(925)，該供應器構造成在使用期間將驅動電壓提供給該第一集體光柵掃描器(110)或該第二集體光柵掃描器(222)。
7. 如請求項3或4所述之多光束帶電粒子顯微鏡(1)，其中該掃描控制單元(930)更包含： - 一掃描產生器模組(932)；及 - 一第一放大器模組(936.1)，其連接到該第一集體光柵掃描器(110)；及 - 一第二放大器模組(936.2)，其連接到該第二集體光柵掃描器(222)； - 該掃描產生器模組(932)構造成在使用期間產生並提供一系列預補償數位掃描命令給該第一放大器模組(936.1)和該第二放大器模組(936.2)；及 - 該第一放大器模組(936.1)構造成在使用期間產生至少一第一放大序列的驅動電壓給第一集體光柵掃描器(110)的電極； - 第二放大器模組(936.2)構造成在使用期間產生至少一第二放大序列的驅動電壓給第二集體光柵掃描器(222)的電極。
8. 如請求項7所述之多光束帶電粒子顯微鏡(1)，其中該掃描控制單元(930)調適成選擇性包括一第三或一進一步放大器模組(936.3或936.n)，用於控制一第三或進一步操作單元(960.3或960.n)，以在使用期間同步操作。
9. 如請求項7所述之多光束帶電粒子顯微鏡(1)，其中該通用掃描產生器模組(932)包含一頂點後置處理單元，其構造成在使用期間用於對多光束帶電粒子顯微鏡(1)的系統掃描所引起像差進行預補償。
10. 一種多光束帶電粒子顯微鏡(1)，其包含： - 一多光束產生器(300)，用於產生複數個J初級帶電粒子小射束(3)； - 一第一集體光柵掃描器(110)和一第二集體光柵掃描器(222)；以及 - 一偵測單元(200)，其包括一偵測器(207)；及 - 一控制單元(800)，用於控制物鏡(102)的工作條件，並且其中該等複數個掃描線方位的變化係根據由物鏡(102)的工作條件變化所引起該等複數個J初級帶電粒子小射束(3)之光柵組態的旋轉； - 一成像控制模組(820)，其包含一掃描控制單元(930)和一影像擷取單元(810)，用於控制掃描該等複數個J初級帶電粒子小射束(3)，並用於通過配置在複數個J影像子域(31)中複數個掃描線來控制樣品表面的影像圖塊擷取； - 其中該成像控制模組(820)構造成相對於該等複數個J初級帶電粒子小射束(3)的掃描線配置旋轉，以改變該等複數個掃描線的方位； - 其中該掃描控制單元(930)調適成選擇性包括一第三或一進一步放大器模組(936.3或936.n)，用於控制一第三或進一步操作單元(960.3或960.n)，以在使用期間與已選定掃描程式(762)同步操作。
11. 如請求項10所述之多光束帶電粒子顯微鏡(1)，其中該成像控制模組(820)係進一步構造成改變掃描線的至少一長度或掃描線的數量，以改變該等複數個J影像子域(31)用於覆蓋影像圖塊的大小。
12. 如請求項10所述之多光束帶電粒子顯微鏡(1)，其更包含一平行存取記憶體(1816)，其中所述影像擷取單元(810)用於在使用從該偵測器(207)獲取並選擇複數個影像資料，及用於將該等複數個影像資料寫入該平行存取記憶體(1816)中對應於複數個掃描線的方位變化的記憶體位置。
13. 如請求項10至12任一項所述之多光束帶電粒子顯微鏡(1)，其中一多光束產生器(300)，用於產生六邊形光柵組態下的複數個J初級帶電粒子小射束(3)，以及其中該等J影像子域(31)之每一者具有六角形狀。
14. 如請求項10至12任一項所述之多光束帶電粒子顯微鏡(1)，其中該成像控制模組(820)更包含一電壓供應器(925)，該供應器構造成在使用期間將驅動電壓提供給該第一集體光柵掃描器(110)或該第二集體光柵掃描器(222)。
15. 如請求項10至12任一項所述之多光束帶電粒子顯微鏡(1)，其中該掃描控制單元(930)更包含： - 一掃描產生器模組(932)；及 - 一第一放大器模組(936.1)，其連接到該第一集體光柵掃描器(110)；及 - 一第二放大器模組(936.2)，其連接到該第二集體光柵掃描器(222)； - 該掃描產生器模組(932)構造成在使用期間產生並提供一系列預補償數位掃描命令給該第一放大器模組(936.1)和該第二放大器模組(936.2)；及 - 該第一放大器模組(936.1)構造成在使用期間產生至少一第一放大序列的驅動電壓給第一集體光柵掃描器(110)的電極； - 第二放大器模組(936.2)構造成在使用期間產生至少一第二放大序列的驅動電壓給第二集體光柵掃描器(222)的電極。
16. 一種多光束掃描和影像擷取方法(707)用於控制在複數個J影像子域上的複數個J初級帶電粒子小射束(3)的集體掃描，並提供利用多光束帶電粒子顯微鏡(1)獲取與複數個J圖像子域相對應的複數個J數位影像資料，其包含： - 選擇一已選定掃描程式(762)； - 根據該已選定掃描程式(762)在一樣本(7)的表面(25)上共同偏轉該等J影像子域上的該等J初級帶電粒子小射束(3)； - 擷取J起伏電壓串流(786)； - 將該J起伏電壓串流(786)轉換成J數位影像資料值(790)； - 從每一個該等J數位影像資料值(790)處理至少兩個數位影像資料值，以形成該等至少兩個數位影像資料值的和、平均或差； - 將該等至少兩個數位影像資料值的和、平均或差寫入位於預定義位置處的一共用存取記憶體(1816)中。
17. 如請求項16所述之方法，其更包含一通用掃描處理步驟(720)，在該步驟中，從該已選定掃描程式(762)產生一選擇控制信號(744)，其中將該等至少兩個數位影像資料值的和、平均或差寫入位於該等J記憶體位置(61)處的至少一平行存取記憶體(1816)係由該選擇控制信號(744)所控制。
18. 如請求項16或17所述之方法，其更包含以下步驟： - 從該已選定掃描程式(762)產生至少第一序列的預補償數位掃描命令(766)； - 從該至少第一序列的預補償數位掃描命令(766)產生至少一第一放大序列的驅動電壓(774)； - 將該至少一第一放大序列的驅動電壓(774)提供給一集體偏轉步驟(742)。
19. 如請求項16所述之方法，其中該掃描程式(762)包含對像素位置(55)的掃描照明，在該等複數個J影像子域(31)之每一者內的該等複數個J初級帶電粒子小射束(3)之每一者的停留時間對應於G乘以在轉換J起伏電壓串流(786)以形成J數位影像資料值(790)的串流步驟中所應用時脈速率(760)之倒數，並且其中G為G = 2、3、4或更大的整數。
20. 如請求項19所述之方法，其中該掃描程式(762)包含在該等複數個影像子域31之每一者中的一初級帶電小射束(3)對每個像素位置(55)進行重複掃描照明。

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