TW202412039A - 決定帶電粒子束的像差的方法，以及帶電粒子束系統 - Google Patents

Abstract

描述了一種決定帶電粒子束系統中由聚焦透鏡（120）朝向樣本（10）聚焦的帶電粒子束（11）的像差的方法。該方法包括以下步驟：(a)以一個或多個散焦設定拍攝該樣本的一個或多個影像以提供一個或多個拍攝影像(h _{1 … N})；(b)基於射束像差係數集合( ⁱC)和該樣本的焦點影像，對以該一個或多個散焦設定拍攝的該樣本的一個或多個影像進行模擬，以提供一個或多個模擬影像；(c)將該一個或多個拍攝影像與該一個或多個模擬影像進行比較，以決定兩者之間的差異的大小(R _i)；以及(d)變化該射束像差係數集合( ⁱC)以提供更新的射束像差係數集合( ⁱ⁺¹C)，並在迭代過程中使用該更新的射束像差係數集合( ⁱ⁺¹C)重複(b)和(c)，以最小化所述大小(R _i)。或者，在(b)中，可以模擬一個或多個射束橫截面，並且在(c)中，可以將該等模擬射束橫截面與從該一個或多個拍攝影像擷取的一個或多個擷取射束橫截面進行比較，以決定兩者之間的差異的大小(R _i)。進一步地，提供了用於對樣本進行成像和/或檢驗並被配置為用於任何這樣的方法的帶電粒子束系統。

Description

決定帶電粒子束的像差的方法，以及帶電粒子束系統

本文所述的實施例與決定帶電粒子束系統中（例如電子顯微鏡中，特別是在掃描電子顯微鏡（SEM）中）的帶電粒子束的像差的方法相關。具體來說，可以決定射束像差係數的實際值，促進射束像差的改正並提高解析度。更具體地說，本文所述的實施例與決定帶電粒子束系統中由聚焦透鏡朝向樣本聚焦的帶電粒子束的射束像差係數以利於提供經像差改正的帶電粒子束的方法相關。實施例進一步與用於檢驗樣本和/或對樣本進行成像的帶電粒子束系統相關，該等系統被配置為用於本文所述的任何方法。

現代半導體技術對以奈米甚至亞奈米尺度對樣本進行結構化和探測產生了很高的要求。微米和奈米級的製程控制、檢驗或結構化，通常是用帶電粒子束（例如電子束）來完成的，該帶電粒子束是在帶電粒子束系統（如電子顯微鏡或電子束圖案產生器）中產生、塑形、偏轉和聚焦的。出於檢驗的目的，帶電粒子束與例如光子束相比，提供更高的空間解析度。

使用帶電粒子束的檢驗裝置，如掃描電子顯微鏡（SEM），在複數個工業領域中有許多功能，包括但不限於對電子電路的檢驗、光刻的暴露系統、偵測系統、缺陷檢驗工具和用於積體電路的測試系統。在這種粒子束系統中，可以使用具有高電流密度的細束探針。例如，在SEM的情況下，初級電子束產生的訊號粒子，如二次電子（SE）和/或背散射電子（BSE），可以用於對樣本進行成像和/或檢驗。

然而，用帶電粒子束系統以良好的解析度對樣本進行可靠的檢驗和/或成像是具有挑戰性的，因為帶電粒子束通常會受到射束像差的影響，限制了可獲得的解析度。在典型的帶電粒子束系統中，提供像差改正器，以用於至少部分地補償帶電粒子束的像差，如球面像差、散像和/或色像差。與未改正的射束相比，經像差改正的帶電粒子射束可以提供較小的探針焦點，從而提供更好的解析度。然而，由於系統中存在的射束像差一般是未知的，適當地調整像差改正器的設定是具有挑戰性的，這些改正器可能有大量的控制項，以例如令人滿意地改正射束像差。

鑒於上述情況，提供準確可靠地決定帶電粒子束系統中由聚焦透鏡聚焦的帶電粒子束的像差（特別是決定射束像差係數的實際值，即絕對值的射束像差係數）的方法是有益的。此外，提供用於對樣本進行檢驗和/或成像的帶電粒子束系統會是有益的，該系統被配置為用於依據本文所述的任何方法進行操作。

鑒於上述情況，依據獨立項，提供了決定帶電粒子束的射束像差的方法和配置為決定帶電粒子束的射束像差的帶電粒子束系統。

依據第一態樣，提供了一種決定帶電粒子束系統中由聚焦透鏡朝向樣本聚焦的帶電粒子束的像差的方法。該方法包括以下步驟：(a)以一個或多個散焦設定拍攝該樣本的一個或多個影像以提供一個或多個拍攝影像；(b)基於射束像差係數集合和該樣本的焦點影像，對以該一個或多個散焦設定拍攝的該樣本的一個或多個影像進行模擬，以提供一個或多個模擬影像；(c)將該一個或多個拍攝影像與該一個或多個模擬影像進行比較，以決定兩者之間的差異的大小；以及(d)變化該射束像差係數集合以提供更新的射束像差係數集合，並在迭代過程中使用該更新的射束像差係數集合重複(b)和(c)，以最小化所述大小。

依據第二態樣，提供了一種決定帶電粒子束系統中由聚焦透鏡朝向樣本聚焦的帶電粒子束的像差的方法。該方法包括以下步驟：(a)以一個或多個散焦設定拍攝該樣本的一個或多個影像，以提供一個或多個拍攝影像，並且從該一個或多個拍攝影像擷取一個或多個擷取射束橫截面；(b)基於射束像差係數集合，以該一個或多個散焦設定對一個或多個射束橫截面進行模擬，以提供一個或多個模擬射束橫截面；(c)將該一個或多個擷取射束橫截面與該一個或多個模擬射束橫截面進行比較，以決定兩者之間的差異的大小；以及(d)變化該射束像差係數集合以提供更新的射束像差係數集合，並在迭代過程中使用該更新的射束像差係數集合重複(b)和(c)，以最小化所述大小。

在一些實施例中，該一個或多個散焦設定包括一個或多個散焦距離，並且(a)包括以下步驟：當該樣本被佈置在距離該帶電粒子束的相應射束焦點的該一個或多個散焦距離處時，拍攝該樣本的該一個或多個影像。替代性或附加性地，該一個或多個散焦設定包括從焦點射束著陸能量（beam landing energy）變化的該帶電粒子束的一個或多個射束著陸能量，並且(a)包括以下步驟：在該一個或多個射束著陸能量下拍攝該樣本的該一個或多個影像。

如第一態樣和第二態樣所述的方法都依賴將失焦拍攝的影像或從其擷取的射束橫截面與相應的模擬失焦影像或相應的模擬失焦射束橫截面進行比較，該相應的模擬失焦影像或該相應的模擬失焦射束橫截面是基於射束像差係數集合來模擬的。在迭代過程中變化初始射束像差係數集合，目的是提供模擬的失焦影像或模擬的失焦射束橫截面，該模擬的失焦影像或該模擬的失焦射束橫截面接近實際拍攝的影像或接近從其擷取的射束橫截面。然後，相應的射束像差係數集合可以被認為基本上與系統中實際存在的射束像差係數對應。因此，可以定量地決定射束像差係數的實際值，並且可以相應地改正帶電粒子束。

依據第三態樣，提供了一種用於用帶電粒子束（特別是用電子束）對樣本進行成像和/或檢驗的帶電粒子束系統。該帶電粒子束系統包括：帶電粒子源，用於發射沿著光軸線傳播的帶電粒子束；樣本台；聚焦透鏡，用於朝向放置在該樣本台上的樣本聚焦該帶電粒子束；帶電粒子偵測器，用於偵測從該樣本發射的訊號粒子；以及處理器和儲存指令的記憶體，該等指令當由該處理器執行時，使該系統執行本文所述的任何方法。

特別是，提供了一種用於用帶電粒子束（特別是用電子束）對樣本進行成像和/或檢驗的帶電粒子束系統。該帶電粒子束系統包括：帶電粒子源，用於發射沿著光軸線傳播的帶電粒子束；樣本台；聚焦透鏡，用於朝向放置在該樣本台上的樣本聚焦該帶電粒子束；以及帶電粒子偵測器，用於偵測從該樣本發射的訊號粒子。該系統進一步包括：處理器和儲存指令的記憶體，該等指令當由該處理器執行時，使該系統：(x1)基於射束像差係數集合和該樣本的焦點影像，以一個或多個散焦設定對該樣本的一個或多個影像進行模擬，以提供一個或多個模擬影像；或者基於射束像差係數集合，以一個或多個散焦設定對一個或多個射束橫截面進行模擬，以提供一個或多個模擬射束橫截面；(x2)比較以該一個或多個散焦設定拍攝的該樣本的一個或多個拍攝影像和該一個或多個模擬影像，以決定兩者之間的差異的大小；或者比較從以該一個或多個散焦設定拍攝的該樣本的一個或多個拍攝影像擷取的一個或多個擷取射束橫截面和該一個或多個模擬射束橫截面，以決定兩者之間的差異的大小；以及(x3)變化該射束像差係數集合，以提供更新的射束像差係數集合，並在(x1)和(x2)的後續迭代中使用該更新的射束像差係數集合，以最小化所述大小。

實施例還針對用於實現所揭露的方法的裝置，並且包括用於執行各個方法動作的裝置零件。該方法可以藉由硬體零件、由適當軟體程式化的電腦、兩者的任何組合或以任何其他方式執行。此外，實施例還針對操作所述裝置的方法。

從附屬項、描述和附圖可以看出可以與本文所述的實施例相結合的進一步的優點、特徵、態樣和細節。

現在將詳細參考各種實施例，其中一個或多個例子在圖式中得到說明。在下面的附圖描述中，相同的附圖標記指的是相同的部件。一般來說，只描述與個別實施例有關的差異。每個例子都是以解釋的方式提供的，並不意味著是一種限制。此外，作為一個實施例的一部分所說明或描述的特徵可以在其他實施方式上使用或與其他實施例一起使用，以產生又進一步的實施例。本描述旨在包括這種修改和變化。

圖1是依據本文所述的實施例，用於對樣本10進行檢驗和/或成像的帶電粒子束系統100的示意圖。帶電粒子束系統100包括帶電粒子源105（特別是電子源），用於發射沿著光軸線A傳播的帶電粒子束11（特別是電子束）。帶電粒子束系統100進一步包括樣本台108，和聚焦透鏡120（特別是物鏡），用於將帶電粒子束11聚焦在放置在樣本台108上的樣本10上。帶電粒子束系統100進一步包括帶電粒子偵測器118（特別是電子偵測器），用於偵測從樣本10發射的訊號粒子（例如二次電子和/或背散射電子）。進一步地，可以提供影像產生單元160，它基於從帶電粒子偵測器118收到的帶電粒子訊號，產生樣本10的一個或多個影像。影像產生單元160可以將樣本的該一個或多個影像轉發給處理單元170，該處理單元被配置為依據本文所述的方法根據該一個或多個影像決定像差係數。

樣本台108可以是可移動的平台。特別是，樣本台108可以在Z方向上（即光軸線A的方向上）移動，使得聚焦透鏡120與樣本台108之間的距離可以變化（見圖1中的箭頭112）。藉由在Z方向上移動樣本台108，樣本10可以移動到遠離聚焦透鏡120的焦平面p _I的不同的散焦距離，使得可以藉由相應的平台移動（例如以例如0.1微米或更大和/或2微米或更小的預定增量）拍攝樣本10的失焦影像。在一些實施例中，樣本台108也可以在與光軸線A垂直的平面（在本文也稱為X-Y平面）內移動。藉由在X-Y平面內移動樣本台108，樣本10的指定的表面區域可以被移動到聚焦透鏡120下方的區域中，使得該指定的表面區域可以藉由將帶電粒子束11聚焦在其上來進行成像。

帶電粒子束系統100的射束-光學部件通常被放置在真空腔室101中，該真空腔室可以被抽空，使得帶電粒子束11可以從帶電粒子源105沿著光軸線A朝向樣本台108傳播，並在亞大氣壓（例如低於10 ^-3毫巴的壓力或低於10 ^-5毫巴的壓力）下擊中樣本10。

在一些實施例中，帶電粒子束系統100可以是電子顯微鏡，特別是掃描電子顯微鏡。可以提供掃描偏轉器107，用於將帶電粒子束11沿著預定的掃描模式（例如，在X方向上和/或Y方向上）在樣本10的表面上方掃描。

在一些實施例中，聚光透鏡系統106可以佈置在帶電粒子源105的下游，特別是用於準直朝向聚焦透鏡120傳播的帶電粒子束11。在一些實施例中，聚焦透鏡120是配置為將帶電粒子束11聚焦在樣本10上的物鏡，特別是磁性物鏡、靜電磁性透鏡或組合的磁性-靜電透鏡。

可以用帶電粒子束系統100對樣本10的一個或多個表面區域進行檢驗和/或成像。本文所使用的術語「樣本」可以與基板（例如，該基板上形成有一個或多個層或特徵）、半導體晶圓、玻璃基板、卷材基板或要檢驗的另一種樣本相關。樣本可以針對以下項目中的一者或多者進行檢驗：(1)對樣本的表面進行成像；(2)測量樣本的一個或多個特徵的尺寸（例如橫向方向上的尺寸，即X-Y平面內的尺寸）；(3)進行臨界尺寸測量和/或計量；(4)偵測缺陷；和/或(5)調查樣本的品質。

為了用帶電粒子束11檢驗樣本10，通常用聚焦透鏡120將帶電粒子束11聚焦於樣本表面上。當帶電粒子束11照射樣本表面時，二次電子和/或背散射電子（稱為「訊號電子」）從樣本發射出來。訊號電子提供了關於樣本的特徵的空間特性和尺寸的資訊，並且可以用帶電粒子偵測器118偵測。藉由在樣本表面上方掃描帶電粒子束11（例如用掃描偏轉器107掃描）並偵測訊號電子作為訊號電子的產生位置的函數，樣本表面或其一部分可以進行成像，例如用影像產生單元160進行成像，該影像產生單元可以被配置為基於收到的訊號電子來提供樣本10的影像。

樣本表面上的聚焦的帶電粒子束11的小光點增加了可獲得的影像解析度。因此，在檢驗期間，樣本表面應被佈置在聚焦透鏡120的焦平面p _I內，以獲得樣本10的清晰的合焦（in-focus）影像。合焦拍攝的樣本10的清晰影像在本文也稱為「焦點影像h _I」，下標 I表示「 合焦」。類似地，帶電粒子束11在焦平面p _I內的射束橫截面在本文稱為「焦點射束橫截面g _I」，下標 I表示「 合焦」。

值得注意的是，影像在數學上可以在實空間中（=在影像域中，即作為空間座標的函數）或在傅立葉空間中（=在頻率域中，即作為空間頻率的函數）呈現。傅立葉空間中的影像可以經由傅立葉變換（FT）從實空間中的影像計算出來。上述兩種表示法都包含了影像的對應資訊。如本文所使用的，實空間中的影像用小寫字母「h _n」表示，而傅立葉空間中的影像用大寫字母「H _n」表示。例如，「h _I」表示樣本在實空間中的焦點影像，而「H _I」表示樣本在傅立葉空間中的焦點影像，它是h _I的傅立葉變換。同樣，實空間中的射束橫截面在本文中用小寫字母「g _n」表示，而傅立葉空間中的射束橫截面在本文中用大寫字母「G _n」表示。例如，「g _I」表示帶電粒子束在實空間中的焦點射束橫截面，「G _I」表示帶電粒子束在傅立葉空間中的焦點射束橫截面，它是g _I的傅立葉變換。在本文所述的一些實施例中，實空間中的影像和射束橫截面可以經由快速傅立葉變換（FFT）演算法被傅立葉變換到傅立葉空間中，反之亦然。

模擬影像和模擬射束橫截面在本文用相應字母上方的代字號（tilde）表示，例如模擬影像為( )，模擬射束橫截面為( )。由帶電粒子束系統拍攝的實際影像和從實際拍攝的影像擷取的射束橫截面在本文不在相應字母上方加代字號來表示，例如拍攝影像為(h _1...N)，從其擷取的射束橫截面為(g _1...N)。

在帶電粒子束系統中，射束像差通常導致射束橫截面擴大或變形，從而降低可實現的解析度。例如，系統中通常由透鏡引入的球面像差導致焦平面p _I內的焦點射束橫截面g _I擴大，並且散像可能導致在不同平面內傳播的射線的焦點不同，從而使影像模糊。

不同類型的射束像差可能存在於帶電粒子束系統中，並且可能需要改正，例如(1)球面像差（由射束像差係數C _3,0或C _s定量表示）；(2)散焦（由射束像差係數C _1,0定量表示，在本文也稱為C _散焦）；(3)第1階散像（由射束像差係數C _1,2定量表示，在本文也稱為C _{散像， 2 重}）；(4)第2階散像（由射束像差係數C _2,3定量表示，在本文也稱為C _{散像， 3 重}）；(5)第3階散像（由射束像差係數C _3,4定量表示，在本文也稱為C _{散像， 4 重}）；(6)彗形像差（coma）（由射束像差係數C _2,1定量表示，在本文也稱為C _彗形像差）；(7)星形像差（由射束像差係數C _3,2定量表示，在本文也稱為C _星形）。進一步地，取決於帶電粒子束的能量擴散和系統的射束-光學部件的分散作用，複數個色像差可能存在，這些色像差可以由一個或多個色像差係數定量表示。射束像差係數集合 ⁱC可以包括兩個、三個或更多個上述的射束像差係數，例如 ⁱC = [ ⁱC _s, ⁱC _散焦, ⁱC _{散像， 2 重}]。

射束像差可以用像差改正器（例如用靜電或磁性多極改正器）進行改正。圖1中示意性地描繪了像差改正器109，但應該理解，帶電粒子束系統也可以包括不一定在沿著光軸線A的一個位置處提供的兩個或更多個像差改正器。例如，可以提供包括四極的消像散器，以改正C _{散像， 2 重}，並且可以提供更高階的多極，以改正C _{散像， 3 重}和/或C _{散像， 4 重}。可以提供更複雜的改正器，以補償C _s。用於改正各種射束像差的各種類型的像差改正器是已知的。

調整像差改正器，使得一種或多種類型的射束像差得到適當的改正，是個挑戰，原因是系統中存在的射束像差量一般是未知的。有可能設定一個或多個像差改正器，使得理論上由系統的射束-光學部件引入的預先計算的射束像差得到補償，但這種方法通常不夠準確。具體來說，並不是所有的射束像差來源都是已知的，特別是在定量上已知。例如，射束像差也可能由系統的不準確性引入，如機械、磁性或靜電不準確性、電荷污染、材料不均勻性、製造不完美性，這些都是最初不知道的。射束-光學部件可以包括物鏡、準直器、偏轉器、掃描偏轉器、射束分離器、帶電粒子偵測器和像差改正器中的一者或多者。

在帶電粒子射束系統中，可以使用不同的方法來估計射束像差，使得可以對射束像差進行適當的改正。一些方法依賴於對帶電粒子束的可見檢驗，例如遠場中的可見檢驗，這可以表明系統中存在的像差。其他方法則依賴於對拍攝影像的分析。具體來說，經由相應的計算，失焦拍攝的影像可以產生關於射束橫截面（即探針形狀）的資訊，而探針形狀可以提供關於特定類型射束像差的資訊。例如，散像射束通常是非旋轉對稱的。已知的方法依賴於從射束橫截面抽取線輪廓，而射束像差可以根據這種線輪廓估計出來。

然而，這種概念只允許對像差進行相對估計，而不能擷取像差係數的絕對值。射束像差係數的「絕對值」可以理解為射束像差係數的實際定量值，例如以[mm]表示的C _s，這些值直接允許基於決定的射束像差係數的絕對值對像差改正器進行適當的設定。值得注意的是，以前已知的方法只能夠對射束像差進行相對估計，而這種估計可能因測量而異，並可能取決於擷取演算法中的數值參數的選擇。

本文描述的方法允許準確可靠地決定帶電粒子束的像差，特別是決定描述系統中存在的射束像差的射束像差係數集合的定量值。本文所述的帶電粒子束系統100包括處理器和儲存指令的記憶體（在圖1中示為處理單元170），這些指令在被處理器執行時，使系統執行本文所述的任何方法。在一些實施例中，由處理單元170決定的射束像差係數集合可以接著直接轉發給像差改正器109，使得像差改正器可以補償一個或多個射束像差，並可以提供經像差補償的帶電粒子束。

圖2和圖3示出圖解，說明了依據本文所述的實施例，決定帶電粒子束的像差的一個方法。圖3的圖與圖2的圖相比，示出了可選的進一步細節。圖2和圖3的方法使用基於影像的像差係數擬合常式，而圖4和圖5的方法使用基於光點的像差係數擬合常式。

在圖2的方框210中，以一個或多個散焦設定拍攝樣本10的一個或多個影像，以提供一個或多個拍攝影像(h _{1 … N})，特別是由影像產生單元160（示於圖1中）提供。該一個或多個散焦設定可以包括樣本10與帶電粒子束的相應射束焦點之間的一個或多個散焦距離(z _1...N)。本文的散焦距離被理解為拍攝影像時樣本與射束焦點之間的距離（＞0）。具體來說，當樣本被佈置在距離帶電粒子束的相應射束焦點（圖1中示意性地描述）的一個或多個散焦距離(z _1...N)時，可以拍攝樣本的該一個或多個影像，使得該一個或多個拍攝影像(h _{1 … N})是樣本的失焦影像。當然，散焦距離的增加會導致相應的拍攝影像更加模糊，因為隨著散焦距離的增加，探針尺寸通常會增加，而解析度通常會降低。

在一些實施例中，可以在樣本與相應的射束焦點之間的兩個、三個、六個或更多個不同的散焦距離處拍攝複數個的兩個、三個、六個或更多個的影像。具體而言，可以在過焦距離處拍攝樣本的至少一個影像，即以一個散焦設定拍攝，其中與帶電粒子束的射束焦點相比，樣本被佈置在距離聚焦透鏡120更遠的地方（見圖1所示的散焦距離z ₁）。進一步地，可以在欠焦距離處拍攝樣本的至少一個影像，即以一個散焦設定拍攝，其中與帶電粒子束的相應的射束焦點相比，樣本被佈置在更靠近聚焦透鏡120的地方（見圖1所示的散焦距離z _2...N）。在第一散焦距離z ₁處拍攝的影像在本文被表示為拍攝影像h ₁，而在第n散焦距離z _n處拍攝的影像在本文被表示為拍攝影像h _n。共可拍攝N個影像，表示為(h _1...N)。

可以藉由變化聚焦透鏡120的聚焦強度來變化散焦距離，例如以預定的增量變化（如圖1中的示意性描繪）。具體來說，聚焦透鏡的聚焦強度增加會使相應的射束焦點和焦平面相對於樣本朝向聚焦透鏡移動，而聚焦強度減少會使相應的射束焦點和焦平面相對於樣本遠離聚焦透鏡移動，使得散焦距離變化。替代性或附加性地，散焦距離可以藉由移動樣本台108（例如以預定的增量移動，特別是在Z方向上（沿著光軸線A）移動）來變化，特別是在維持由聚焦透鏡120所提供的焦強度恆定的情況下。

在可以與本文所述的其他實施例相結合的一些實施例中，該一個或多個散焦設定可以包括從焦點射束著陸能量變化的帶電粒子束11的一個或多個射束著陸能量(E _1...N)。焦點射束著陸能量E _I可以理解為在樣本上提供射束焦點，使得樣本佈置在焦點中的射束著陸能量。從焦點射束著陸能量E _I變化射束著陸能量（例如藉由變化粒子源（發射器）的電位或樣本的電位（晶圓偏壓）來變化）可以使射束焦點遠離樣本移動，使得變化的射束著陸能量導致樣本的「散焦影像」。

該一個或多個散焦設定可以包括從焦點射束著陸能量E _I變化的一個或多個射束著陸能量(E _1...N)，特別是兩個、三個、六個或更多個不同的射束著陸能量。具體而言，樣本10的複數個影像可以以複數個不同的射束著陸能量(E _1...N)拍攝，使得該一個或多個拍攝影像(h _{1 … N})包括樣本的複數個能量散焦影像。

在一些實施例中，該一個或多個散焦設定可以包括樣本的一個或多個不同的散焦距離(z _1...N)和帶電粒子束的一個或多個不同的射束著陸能量(E _1...N)。如果不僅在一個或多個不同的散焦距離處拍攝影像，也在一個或多個不同的散焦能量下拍攝影像，那麼這可以有助於可靠準確地決定「幾何」射束像差係數（如散像和球面像差），以及一個或多個「色」像差係數。

回到圖2和圖3，在方框220中，對樣本10的一個或多個影像進行模擬，以提供一個或多個模擬影像 。該模擬可以由圖1所示的處理單元170進行。這些影像是以方框210中用於拍攝影像的該一個或多個散焦設定模擬的。換句話說，方框210中用於拍攝影像的散焦設定在方框220中被考慮用於模擬影像。例如，如果該一個或多個拍攝影像(h _1...N)是在一個或多個散焦距離(z _1...N)處拍攝的，那麼該一個或多個散焦距離(z _1...N)可以被轉發給處理單元，或以其他方式被處理單元知道，而該一個或多個模擬影像 )是看起來像在所述散焦距離處拍攝的影像的散焦影像。

可以基於樣本的焦點影像(h _I)並基於射束像差係數集合 ⁱC，為每個散焦設定模擬方框220中的影像。焦點影像(h _I)可以由影像產生單元160以帶電粒子束系統的焦點設定產生，並可以轉發給處理單元170，即焦點影像可以由帶電粒子束系統以焦點設定實際拍攝。或者，焦點影像h _I可能已經被處理單元170事先知道，例如，因為具有已知設計的樣本被用於決定射束像差。如上所述，焦點影像可以在實空間(h _I)或傅立葉空間(H _I)中提供。

初始的射束像差係數集合 ¹C可以最初用於方框220中的模擬。初始的射束像差係數集合 ¹C可以是對射束像差係數的初始估計，例如，基於經驗、基於本領域已知的像差估計過程和/或基於對系統的射束-光學部件的瞭解來估計。或者，一些或所有的射束像差係數可以在初始的射束像差係數集合 ¹C中被設定為零。

如果該一個或多個散焦設定包括一個或多個散焦距離(z _1...N)，那麼該一個或多個模擬影像包括在該一個或多個散焦距離(z _1...N)處拍攝的樣本的模擬影像。替代性或附加性地，如果該一個或多個散焦設定包括一個或多個射束著陸能量(E _1...N)，那麼該一個或多個模擬影像包括在該一個或多個射束著陸能量(E _1...N)下拍攝的樣本的模擬影像。

如圖2和圖3的示意性描繪，用於方框220中的模擬的輸入資料可以包括先前用於拍攝影像的散焦設定、焦點影像H _I，以及初始或更新的射束像差係數集合 ⁱC/ ⁱ⁺¹C。

在方框230中，該一個或多個拍攝影像(h _{1 … N})和該一個或多個模擬影像 進行比較，以決定該一個或多個拍攝影像(h _{1 … N})與該一個或多個模擬影像 之間的差異的大小(R _i)。如圖2和圖3的示意性描繪，該一個或多個拍攝影像(h _{1 … N})和該一個或多個模擬影像 可以在方框230中在傅立葉空間中相互比較，即藉由比較(H _{1 … N})和( )來比較。為此，該一個或多個拍攝影像可以進行傅立葉變換以進行比較，以提供傅立葉空間中的該一個或多個拍攝影像(H _{1 … N})。在傅立葉空間中進行比較可能是有利的，因為在傅立葉空間中不會出現由於用於比較的拍攝影像和相應的模擬影像的錯誤疊加而導致的不準確性（當比較(H _1...N)和 ( )的（平方）絕對值時），因為實空間中的線性移動在傅立葉空間中只作為相位項出現。或者，即使沒有在圖式中示出，也可以將實空間中的該一個或多個拍攝影像(h _{1 … N})與實空間中的該一個或多個模擬影像 進行比較。

方框230中的比較可以包括以下步驟：計算該一個或多個拍攝影像(H _n)中的每個影像與該一個或多個模擬影像中對應的模擬影像( 之間的差異值，並匯總所述差異值以獲得大小(R _i)，特別是在傅立葉空間中。特別是，在一些實施例中，大小(R _i)可以按如下方式根據傅立葉空間中的該一個或多個拍攝影像(H _{1 … N})和傅立葉空間中基於射束像差係數集合 ⁱC來模擬的該一個或多個模擬影像( )來計算： 如果在模擬中使用初始的射束像差係數集合 ¹C，那麼就會計算出大小R ₁。在後續的迭代中，分別使用更新的射束像差係數集合 ⁱ⁺¹C並計算(R _i+1)，目的是決定導致最小化的大小(R _最小)的射束像差係數集合。

值得注意的是，不同類型的射束像差在不同的散焦設定下會有不同程度的明顯表現。例如，一些射束像差可能在靠近焦平面的地方可以更好地決定，而其他射束像差可能在遠散焦平面的位置可以更好地決定，並且一些射束像差（如高階散像）可以藉由將一個或多個過焦影像與相應的一個或多個欠焦影像進行比較來很好地偵測。因此，為了可靠地決定幾個射束像差係數的集合，將複數個拍攝影像（例如六個、八個、十個或更多個影像，一些是在欠焦時拍攝的，一些是在過焦時拍攝的）與相應的散焦設定下的相應的複數個模擬影像進行比較是有幫助的。藉由最小化相應影像之間的匯總差異，可以決定幾個射束像差係數，藉由本文所述的擬合常式，這些射束像差係數非常接近系統中存在的相應實際射束像差係數。

在計算(R _i)後，變化射束像差係數集合 ⁱC，以提供更新的射束像差係數集合 ⁱ⁺¹C，並且在迭代過程中使用更新的射束像差係數集合 ⁱ⁺¹C來重複方框220中的模擬和方框230中的比較。具體而言，接著在方框220中基於更新的射束像差係數集合 ⁱ⁺¹C來計算一個或多個更新的模擬影像，並且在方框230中將該一個或多個拍攝影像(h _1...N)與該一個或多個更新的模擬影像進行比較，目的是最小化迭代的模擬和比較過程中的大小(R _i)。

特別是，方框220中的模擬、方框230中的比較和變化 ⁱC以提供 ⁱ⁺¹C可以在迭代過程中重複，直到獲得該一個或多個拍攝影像與該一個或多個模擬影像之間的差異的最小化的大小(R _最小)，並且相應迭代處的相應的更新的射束像差係數集合構成實際射束像差 ^擬合C。具體而言，如圖2和圖3的方框240中的示意性說明，在每次迭代之後，可以檢查是否(R _i= R _最小)。如果(R _i= R _最小)，那麼可以停止迭代過程，並且可以將 ⁱC認為是實際射束像差 ^擬合C。否則，可以進行下一次迭代。

在一些實施方式中，射束像差係數集合中的射束像差係數連續變化和/或並行變化，直到獲得作為射束像差係數集合中所有的射束像差係數的函數的最小化的大小(R _最小)。特別是，可以使用多維變化常式來變化射束像差係數集合中的射束像差係數，以擷取在拍攝影像與模擬影像之間的相應比較中產生(R _最小)的射束像差係數集合。

在可以與本文所述的其他實施例相結合的一些實施例中，可以用一個或多個像差改正器（特別是用一個或多個靜電和/或磁性多極改正器）部分地或完全地改正實際射束像差 ^擬合C，以提供經像差改正的帶電粒子束。

在可以與本文所述的其他實施例相結合的一些實施例中，射束像差係數集合( ⁱC)可以包括由 ⁱC _s、 ⁱC _散焦、 ⁱC _{散像， 2 重}、 ⁱC _{散像， 3 重}、 ⁱC _{散像， 4 重}、 ⁱC _星形和 ⁱC _彗形像差所組成的群組中的兩個、三個或更多個係數，以及一個、兩個或更多個色像差係數 ⁱC _c。本文所述的方法允許準確地決定幾何射束像差係數，特別是藉由當拍攝和模擬該一個或多個散焦影像時變化散焦距離z _n來決定。進一步地，本文所述的方法允許準確地決定射束色像差係數，特別是藉由當拍攝和模擬該一個或多個散焦影像時變化射束著陸能量E _n來決定。因此，藉由作為本文所述的迭代過程的結果提供相應射束像差係數的絕對值，所有相關的射束像差係數都可以被準確地決定（特別是定量決定）。

在一些實施例中，方框220中的模擬可以包括基於射束像差係數集合 ⁱC，以該一個或多個散焦設定中的每個散焦設定計算帶電粒子束的射束橫截面。以特定的散焦設定計算射束橫截面可以藉由波光模擬來進行，其中像差係數作為輸入參數。可以計算實空間中的射束橫截面 ，然後可以進行傅立葉變換，以提供傅立葉空間中的射束橫截面 ，如圖3的方框220所示。

此後，對於每個散焦設定，可以根據傅立葉空間中的樣本的焦點影像(H _I)和傅立葉空間中的模擬射束橫截面 計算傅立葉空間中相應的模擬影像 ，特別是基於傅立葉空間中的射束橫截面與傅立葉空間中的焦點影像的乘積( 來計算。如果樣本的影像是以散焦設定拍攝的，那麼所得的失焦影像會與焦點影像（即實際樣本）與失焦射束橫截面在實空間中的卷積對應。實空間中的卷積對應於傅立葉空間中的乘積。因此，傅立葉空間中的模擬影像 可以基於乘積( 計算出來。當然，模擬影像也可以在實空間中基於 與h _I的卷積來計算，該卷積相當於上述傅立葉空間中的乘積。

在一些實施例中，計算傅立葉空間中的模擬影像 可以進一步包括以下步驟：將上述乘積( 除以傅立葉空間中的焦點射束橫截面( ，如圖3的方框220中的示意性描繪。

上文所述和圖2和圖3所示的決定方法允許直接根據以一個或多個散焦設定拍攝的一個或多個SEM影像，獲得帶電粒子束系統中（特別是掃描電子顯微鏡中）的帶電粒子束的射束像差係數的絕對值。其中，與其他方法不同的是，不需要對該一個或多個拍攝影像進行去卷積，以從該一個或多個拍攝影像擷取有關相應的射束橫截面的資訊。處理單元中的擬合優度常式可以獲得的像差係數 ^擬合C的準確度的置信度位準，這在以前是不可能的。

準確瞭解帶電粒子束系統中的射束像差，特別是用於成像、缺陷審查、計量、電子束檢驗和/或臨界尺寸測量，是提高系統效能的關鍵。藉由本文描述的方法獲得的射束像差可以用於，例如，(1)藉由相應的像差改正器減少射束像差，(2)作為開發未來系統的射束-光學部件的經驗基礎，(3)確保可重複性和匹配性，(4)將決定的值與模擬進行比較。

圖4和圖5示出圖解，說明了依據本文所述的實施例，決定帶電粒子束的像差的變體方法。圖5的圖與圖4的圖相比，示出了可選的進一步細節。與圖2和圖3所示的方法不同，該變體方法使用基於光點的像差係數擬合常式，而不是基於影像的像差係數擬合常式。除了所述差異外，該變體方法可以包括上述方法的任何特徵，這一點技術人員將很容易理解，下文中不再重複相應的特徵和解釋。

在方框210中，以該一個或多個散焦設定拍攝樣本10的一個或多個影像，以提供一個或多個拍攝影像(h _{1 … N})。如上文就圖2和圖3已經解釋的，該一個或多個散焦設定可以包括樣本與帶電粒子束的相應射束焦點的一個或多個散焦距離(z _1...N)。替代性或附加性地，該一個或多個散焦設定可以包括從焦點射束著陸能量(E _I)變化的帶電粒子束的一個或多個射束著陸能量(E _1...N)。特別是，以兩個、三個、六個或更多個不同的散焦設定拍攝樣本的複數個的兩個、三個、六個或更多個影像，特別是以欠焦設定拍攝至少一個或更多個影像，並以過焦設定拍攝至少一個或更多個影像。散焦距離可以藉由變化聚焦透鏡的聚焦強度或藉由相對於聚焦透鏡的恆定焦平面移動樣本台來變化。

與圖2和圖3中所描繪的方法不同，在方框410中，從該一個或多個拍攝影像(h _{1 … N})擷取一個或多個擷取射束橫截面(g _{1 … N})。可以經由幾種不同的輪廓抽取方法從失焦影像抽取失焦射束輪廓。下面將解釋一種示例性的探針輪廓抽取方法。

從該一個或多個拍攝影像(h _{1 … N})擷取該一個或多個擷取射束橫截面(g _{1 … N})可以基於實空間中的去卷積，這相當於傅立葉空間中的除法。如圖5的方框410中的描繪，從該一個或多個拍攝影像(h _{1 … N})擷取該一個或多個擷取射束橫截面(g _{1 … N})可以具體包括以下步驟：對實空間中的該一個或多個拍攝影像(h _1...N)進行傅立葉變換，以提供傅立葉空間中的該一個或多個拍攝影像(H _{1 … N})，並將傅立葉空間中的該一個或多個拍攝影像(H _{1 … N})除以傅立葉空間中的樣本的焦點影像(H _I)。上述的射束輪廓抽取方法是基於這樣一個事實：在傅立葉空間中，將樣本的拍攝散焦影像(H _n)除以樣本的焦點影像(H _I)會移除樣本的結構，使得所述除法產生純粹的射束輪廓，即不具有樣本資訊的射束橫截面。傅立葉空間中的擷取射束橫截面(G _n)可以進行反向傅立葉變換，以獲得實空間中的擷取射束橫截面(g _n)。

如圖5的方框410中的進一步說明，從該一個或多個拍攝影像(h _{1 … N})擷取該一個或多個擷取射束橫截面(g _{1 … N})可以可選地包括以下步驟：如果擷取是在傅立葉空間中進行（如圖5所示），則應用濾波器，特別是與自適應濾波器項 相乘，或者如果擷取是在實空間中進行，則與自適應濾波器項進行卷積。自適應濾波器項 可以由自適應濾波器單元450所提供，該單元可以接收拍攝影像作為輸入資訊。自適應濾波器單元450可以單獨為每個拍攝影像(H _1...N)提供自適應濾波器項。如果沒有自適應濾波器項 ，上述除法的分母中值接近零的焦點影像H _I可能會導致影像中的雜訊權重過大。自適應濾波器項 減少或避免了計算焦點射束橫截面G _1...N時焦點影像H _I中的雜訊的這種不良效應，並且自適應濾波器單元450中可以單獨為每個拍攝影像決定相應的濾波器項。濾波器項 也可以應用於相應的模擬射束橫截面( )，以允許在方框430中，擷取射束橫截面與相應的模擬射束橫截面之間的有更好的比較。將濾波器項 在方框410中應用於擷取射束橫截面以及在方框420中應用於模擬射束橫截面，在圖5中以虛線示出。替代於或附加於應用自適應濾波器項，從該一個或多個拍攝影像(h _{1 … N})擷取該一個或多個擷取射束橫截面(g _{1 … N})可以包括以下步驟：與傅立葉空間中的焦點射束橫截面( )相乘，如圖5的方框410所示。

在方框420中，模擬該一個或多個散焦設定下的一個或多個射束橫截面，以提供一個或多個模擬射束橫截面( )。該模擬可以由圖1的處理單元170進行。射束橫截面是以方框210中所使用的該一個或多個散焦設定模擬的。換句話說，方框210中用於拍攝影像的散焦設定在方框220中被考慮用於模擬射束橫截面。例如，如果該一個或多個拍攝影像(h _1...N)是在一個或多個散焦距離(z _1...N)處拍攝的，那麼該一個或多個散焦距離(z _1...N)可以轉發給處理單元，並且該一個或多個模擬射束橫截面( )是帶電粒子束在所述散焦距離處的失焦橫截面。

可以基於射束像差係數集合 ⁱC為每個散焦設定模擬方框420中的射束橫截面。可選地，也可以模擬焦點射束橫截面( )，即焦平面內的射束橫截面，並且可以進行傅立葉變換以提供( )，然後可以提供它以在方框430中計算該一個或多個擷取射束橫截面(G _{1 … N})，如圖6的示意性說明。

初始的射束像差係數集合 ¹C可以用於方框420中的該一個或多個模擬射束橫截面( )的初始模擬。初始的射束像差係數集合 ¹C可以是初始估計，例如，基於經驗、基於本領域已知的像差估計過程和/或基於對系統的射束-光學部件的瞭解的估計。或者，一些或所有的射束像差係數可以在初始的射束像差係數集合 ¹C中被設定為零。用於方框420中的模擬的輸入資料可以包括先前用於拍攝影像的散焦設定，以及初始或更新的射束像差係數集合 ⁱC/ ⁱ⁺¹C。

在方框430中，比較該一個或多個擷取射束橫截面(g _{1 … N})和該一個或多個模擬射束橫截面( )，以決定該一個或多個擷取射束橫截面(g _{1 … N})與該一個或多個模擬射束橫截面( )之間的差異的大小(R _i)。如圖4和圖5的示意性描繪，該一個或多個擷取射束橫截面(g _{1 … N})和該一個或多個模擬射束橫截面( )可以在實空間中相互比較，即藉由比較(g _{1 … N})和( )來比較。為此，傅立葉空間中的該一個或多個擷取射束橫截面( )可以進行反向傅立葉變換，以提供要用於比較的實空間中的該一個或多個擷取射束橫截面( )。與相應的影像相比，擷取射束橫截面和模擬射束橫截面可以更容易疊加，使得比較可以在實空間中進行。或者，即使沒有在圖式中示出，也可以將傅立葉空間中的該一個或多個擷取射束橫截面(G _{1 … N})與傅立葉空間中的該一個或多個模擬射束橫截面( )進行比較。

方框430中的比較可以包括以下步驟：計算每個擷取射束橫截面(g _n)與對應的模擬射束橫截面( )之間的差異值，並匯總所述差異值，以獲得大小(R _i)，特別是在實空間中。特別是，在一些實施例中，大小(R _i)可以按如下方式根據該一個或多個擷取射束橫截面(g _{1 … N})和用射束像差係數集合 ⁱC模擬的該一個或多個模擬射束橫截面( )來計算： 如果在模擬中使用初始的射束像差係數集合 ¹C，那麼就會計算出大小R ₁。在後續的迭代中，分別使用更新的射束像差係數集合 ⁱ⁺¹C並計算(R _i+1)，目的是決定導致最小化的大小(R _最小)的射束像差係數集合。

在計算(R _i)後，變化射束像差係數集合 ⁱC，以提供更新的射束像差係數集合 ⁱ⁺¹C，並且在迭代過程中使用更新的射束像差係數集合 ⁱ⁺¹C來重複方框420中的模擬和方框430中的比較。具體而言，接著在方框420中基於更新的射束像差係數集合 ⁱ⁺¹C來計算一個或多個更新的模擬射束橫截面，並且在方框430中將該一個或多個擷取射束橫截面(g _1...N)與該一個或多個更新的模擬影像進行比較，目的是最小化迭代的模擬和比較過程中的大小(R _i)。

特別是，方框420中的模擬、方框430中的比較和變化 ⁱC以提供 ⁱ⁺¹C可以在迭代過程中重複，直到獲得該一個或多個擷取射束橫截面與該一個或多個模擬射束橫截面之間的差異的最小化的大小(R _最小)，並且相應迭代處的相應的更新的射束像差係數集合構成實際射束像差 ^擬合C。具體而言，如圖4和圖5中的方框240中的示意性說明，在每次迭代之後，可以檢查是否(R _i= R _最小)。如果(Ri = R _最小)，那麼可以結束迭代過程，並且可以將 ⁱC認為是實際射束像差 ^擬合C。否則，可以進行下一次迭代。

可選地，可以接著用一個或多個射束像差改正器部分地或完全地改正射束像差 ^擬合C，以提供改正的帶電粒子束。關於進一步的細節和其他可選的特徵，請參考上述就圖2和圖3的解釋，這裡不再重複。

圖4和圖5所示的變體決定方法允許獲得帶電粒子束系統中的帶電粒子束的射束像差係數的絕對值，這與其他只允許相對估計射束像差係數的估計方法不同。處理單元中的擬合優度常式可以獲得的像差係數 ^擬合C的準確度的置信度位準，這在以前是不可能的。

圖6是一個流程圖，說明了本文所述的決定帶電粒子束的像差的變體方法。首先，在複數個不同的散焦距離z _1...N處拍攝複數個影像(h _1...N)（圖6中的六個影像）（在圖6中，三個影像過焦，三個影像欠焦）。從該複數個影像(h _1...N)擷取相應的散焦距離處的複數個射束橫截面(g _1...N)。進一步地，基於初始的射束像差係數集合，然後基於相應的更新的射束像差係數集合，以該複數個不同的散焦距離迭代地模擬複數個射束橫截面( )（圖6中的六個模擬射束橫截面），直到該複數個擷取射束橫截面(g _1...N)與該複數個模擬射束橫截面( )之間的比較產生最小值，這意味著，該複數個模擬射束橫截面( )靠近該複數個擷取射束橫截面(g _1...N)，即相應的射束像差係數集合靠近實際的射束像差係數集合。然後，可以將相應迭代處的相應的射束像差係數集合用作一個或多個像差改正器的輸入參數，以提供經像差改正的帶電粒子束。

具體而言，本文描述了以下實施例：

實施例1：一種決定帶電粒子束系統（100）中由聚焦透鏡（120）朝向樣本（10）聚焦的帶電粒子束（11）的像差的方法，該方法包括以下步驟：(a)以一個或多個散焦設定拍攝該樣本的一個或多個影像以提供一個或多個拍攝影像(h _{1 … N})；(b)基於射束像差係數集合( ⁱC)和該樣本的焦點影像(h _I)，對以該一個或多個散焦設定拍攝的該樣本的一個或多個影像進行模擬，以提供一個或多個模擬影像( )；(c)將該一個或多個拍攝影像與該一個或多個模擬影像進行比較，以決定兩者之間的差異的大小(R _i)；以及(d)變化該射束像差係數集合( ⁱC)以提供更新的射束像差係數集合( ⁱ⁺¹C)，並在迭代過程中使用該更新的射束像差係數集合( ⁱ⁺¹C)重複(b)和(c)，以最小化所述大小(R _i)。

實施例2：如實施例1所述的方法，其中該一個或多個散焦設定包括該樣本（10）與該帶電粒子束的相應的射束焦點的一個或多個散焦距離(z _1...N)，使得在(a)中，該一個或多個影像是在該樣本被佈置在該一個或多個散焦距離(z _1...N)處時拍攝的，並且在(b)中，該一個或多個模擬影像包括在該一個或多個散焦距離(z _1...N)處拍攝的該樣本的模擬影像。

實施例3：如實施例1或2所述的方法，其中在(a)中，複數個的六個或更多個影像是在六個或更多個不同的散焦距離處拍攝的，特別是藉由以預定增量變化該聚焦透鏡的聚焦強度或藉由相對於該聚焦透鏡以預定增量移動樣本台來拍攝的。

實施例4：如實施例3所述的方法，其中該一個或多個拍攝影像包括在過焦距離處拍攝的至少一個或更多個影像和在欠焦距離處拍攝的至少一個或更多個影像。

實施例5：如實施例1至4中的任一者所述的方法，其中該一個或多個散焦設定包括從焦點射束著陸能量（beam landing energy）變化的該帶電粒子束的一個或多個射束著陸能量(E _1...N)，使得在(a)中，該一個或多個拍攝影像是在該一個或多個射束著陸能量下拍攝的，並且在(b)中，該一個或多個模擬影像包括在該一個或多個射束著陸能量下拍攝的該樣本的模擬影像。特別是，該一個或多個散焦設定包括照射在該樣本上的該帶電粒子束的複數個不同的射束著陸能量。在一些實施例中，該一個或多個散焦設定包括不同的散焦距離和不同的射束著陸能量。

實施例6：如實施例1至5中的任一者所述的方法，其中(b)和(c)被重複，直到獲得該一個或多個拍攝影像與該一個或多個模擬影像之間的該差異的最小化的大小(R _最小)，並且該相應迭代處的該更新的射束像差係數集合( ⁱ⁺¹C)構成實際射束像差( ^擬合C)，特別是以絕對值來表示。

實施例7：如實施例6所述的方法，進一步包括以下步驟：用一個或多個像差改正器改正該實際射束像差( ^擬合C)，特別是用一個或多個靜電或磁性多極改正器來改正，以提供改正的帶電粒子束。

實施例8：如實施例1至7中的任一者所述的方法，其中在(c)中，該一個或多個拍攝影像和該一個或多個模擬影像是在傅立葉空間中進行比較的，或者是在實空間中進行比較的。

實施例9：如實施例1至8中的任一者所述的方法，其中在(c)中，比較包括以下步驟：計算該一個或多個拍攝影像中的每個影像與該一個或多個模擬影像中對應的模擬影像之間的差異值，並匯總所述差異值以獲得該大小(R _i)，特別是其中所述計算是在傅立葉空間中進行的。

實施例10：如實施例1至9中的任一者所述的方法，其中在(b)中，模擬包括以下步驟：在該一個或多個散焦設定中的每個散焦設定下，基於該射束像差係數集合( ⁱC)，計算該帶電粒子束的射束橫截面；以及基於傅立葉空間中的該射束橫截面與傅立葉空間中的該焦點影像的乘積，計算傅立葉空間中相應的模擬影像。

實施例11：如實施例10所述的方法，其中計算傅立葉空間中該相應的模擬影像進一步包括以下步驟：除以傅立葉空間中的焦點射束橫截面。

實施例12：一種決定帶電粒子束系統（100）中由聚焦透鏡（120）朝向樣本（10）聚焦的帶電粒子束（11）的像差的方法，該方法包括以下步驟：(a)以一個或多個散焦設定拍攝該樣本的一個或多個影像，以提供一個或多個拍攝影像，並且從該一個或多個拍攝影像擷取一個或多個擷取射束橫截面；(b)基於射束像差係數集合( ⁱC)，以該一個或多個散焦設定對一個或多個射束橫截面進行模擬，以提供一個或多個模擬射束橫截面；(c)將該一個或多個擷取射束橫截面與該一個或多個模擬射束橫截面進行比較，以決定兩者之間的差異的大小(R _i)；以及(d)變化該射束像差係數集合( ⁱC)以提供更新的射束像差係數集合( ⁱ⁺¹C)，並在迭代過程中使用該更新的射束像差係數集合( ⁱ⁺¹C)重複(b)和(c)，以最小化所述大小(R _i)。

實施例13：如實施例12所述的方法，其中該一個或多個散焦設定包括該樣本（10）與該帶電粒子束的相應的射束焦點的一個或多個散焦距離(z _1...N)，使得在(a)中，該一個或多個影像是在該一個或多個散焦距離(z _1...N)處拍攝的，並且在(b)中，該一個或多個射束橫截面是在該一個或多個散焦距離(z _1...N)處模擬的。

實施例14：如實施例12或13所述的方法，其中在(a)中，複數個的六個或更多個影像是在六個或更多個不同的散焦距離處拍攝的，特別是藉由以預定增量變化該聚焦透鏡的聚焦強度或藉由相對於該聚焦透鏡以預定增量移動樣本台來拍攝的。

實施例15：如實施例14所述的方法，其中該複數個拍攝影像包括在過焦距離處拍攝的至少一個影像和在欠焦距離處拍攝的至少一個影像。

實施例16：如實施例12至15中的任一者所述的方法，其中該一個或多個散焦設定包括從焦點射束著陸能量（beam landing energy）變化的該帶電粒子束的一個或多個射束著陸能量(E _1...N)，使得在(a)中，該一個或多個影像是在該一個或多個射束著陸能量下拍攝的，並且在(b)中，該一個或多個射束橫截面是在該一個或多個射束著陸能量(E _1...N)下模擬的。特別是，該一個或多個散焦設定包括複數個射束著陸能量，例如大於該焦點射束著陸能量的一個或多個射束能量和小於該焦點射束著陸能量的一個或多個射束能量。

實施例17：如實施例12至16中的任一者所述的方法，其中(b)和(c)被重複，直到獲得該一個或多個擷取射束橫截面與該一個或多個模擬射束橫截面之間的該差異的最小化的大小(R _最小)，並且在該相應迭代處的該更新的射束像差係數集合( ⁱ⁺¹C)構成絕對值的實際射束像差( ^擬合C)。

實施例18：如實施例17所述的方法，進一步包括以下步驟：用一個或多個像差改正器改正該實際射束像差( ^擬合C)，特別是用一個或多個靜電或磁性多極改正器來改正，以提供改正的帶電粒子束。

實施例19：如實施例12至18中的任一者所述的方法，其中在(c)中，該一個或多個拍攝影像和該一個或多個模擬影像是在實空間中進行比較的，或者是在傅立葉空間中進行比較的。

實施例20：如實施例12至19中的任一者所述的方法，其中在(c)中，比較包括以下步驟：計算每個擷取射束橫截面與對應的模擬射束橫截面之間的差異值，並匯總所述差異值以獲得該大小(R _i)，特別是在實空間中，或者在傅立葉空間中。

實施例21：如實施例12至20中的任一者所述的方法，其中在(c)中，從該一個或多個拍攝影像擷取該一個或多個擷取射束橫截面包括以下步驟：將傅立葉空間中的該一個或多個拍攝影像除以傅立葉空間中的該樣本的焦點影像。

實施例22：如實施例21所述的方法，其中從該一個或多個拍攝影像擷取該一個或多個擷取射束橫截面進一步包括以下步驟中的至少一者：與自適應濾波器項 相乘，和與傅立葉空間中的焦點射束橫截面相乘。

實施例23：如實施例1至22中的任一者所述的方法，其中在(d)中，該射束像差係數集合中的該等射束像差係數連續變化和/或並行變化，特別是基於多維變化常式（multi-dimensional variation routine）來變化，直到獲得作為該射束像差係數集合中所有的射束像差係數的函數的最小化的大小(R _最小)。例如，該射束像差係數集合( ⁱC)中的第一射束像差係數可以變化，直到獲得作為該第一射束像差係數的函數的該大小(R _i)的最小值，然後該射束像差係數集合( ⁱC)中的下一個射束像差係數可以變化，直到獲得作為該下一個射束像差係數的函數的該大小(R _i)的最小值，等等。或者，可以並行變化幾個射束像差係數。

實施例24：如實施例1至23中的任一者所述的方法，其中拍攝該樣本的該一個或多個影像包括以下步驟：在一個或多個欠焦距離處拍攝該樣本的一個或多個影像並在一個或多個過焦距離處拍攝該樣本的一個或多個影像。

實施例25：如實施例1至24中的任一者所述的方法，其中拍攝該樣本的該一個或多個影像包括以下步驟：在複數個不同的散焦距離處拍攝該樣本的複數個影像，特別是藉由以預定增量變化該聚焦透鏡的聚焦強度來拍攝，或者藉由以預定增量變化該聚焦透鏡與該樣本之間的距離來拍攝，特別是分別例如0.1微米或更大和2微米或更小的相等增量。

實施例26：如實施例1至25中的任一者所述的方法，其中該射束像差係數集合( ⁱC)包括由 ⁱC _s、 ⁱC _散焦、 ⁱC _{散像， 2 重}、 ⁱC _{散像， 3 重}、 ⁱC _{散像， 4 重}、 ⁱC _星形、 ⁱC _彗形像差所組成的群組中的兩個、三個或更多個係數，以及一個、兩個或更多個色像差係數。

如以上實施例所述的方法可以藉由本文所述的任何帶電粒子束系統來進行。

實施例26：一種用於對樣本進行檢驗和/或成像的帶電粒子束系統，包括：帶電粒子源105，用於發射沿著光軸線傳播的帶電粒子束11；樣本台108；聚焦透鏡120，用於朝向放置在該樣本台上的樣本10聚焦該帶電粒子束；帶電粒子偵測器118，用於偵測從該樣本發射的訊號粒子；以及處理器和儲存指令的記憶體，該等指令當由該處理器執行時，使該系統執行如以上實施例中的任一者所述的方法。

實施例27：一種用於對樣本進行檢驗和/或成像的帶電粒子束系統，包括：帶電粒子源，用於發射沿著光軸線傳播的帶電粒子束；樣本台；聚焦透鏡，用於朝向放置在該樣本台上的樣本聚焦該帶電粒子束；帶電粒子偵測器，用於偵測從該樣本發射的訊號粒子；以及處理器和儲存指令的記憶體，該等指令當由該處理器執行時，使該系統：(x1)當是以一個或多個散焦設定進行拍攝時，基於射束像差係數集合( ⁱC)和該樣本的焦點影像，對該樣本的一個或多個影像進行模擬，以提供一個或多個模擬影像；(x2)比較以該一個或多個散焦設定拍攝的該樣本的一個或多個拍攝影像和該一個或多個模擬影像，以決定兩者之間的差異的大小(R _i)；以及(x3)變化該射束像差係數集合( ⁱC)，以提供更新的射束像差係數集合( ⁱ⁺¹C)，並在(x1)和(x2)的後續迭代中使用該更新的射束像差係數集合( ⁱ⁺¹C)，以最小化所述大小(R _i)。

實施例28：一種用於對樣本進行檢驗和/或成像的帶電粒子束系統，包括：帶電粒子源，用於發射沿著光軸線傳播的帶電粒子束；樣本台；聚焦透鏡，用於朝向放置在該樣本台上的樣本聚焦該帶電粒子束；帶電粒子偵測器，用於偵測從該樣本發射的訊號粒子；以及處理器和儲存指令的記憶體，該等指令當由該處理器執行時，使該系統：(x1)基於射束像差係數集合( ⁱC)，以一個或多個散焦設定對一個或多個射束橫截面進行模擬，以提供一個或多個模擬射束橫截面；(x2)比較從以該一個或多個散焦設定拍攝的該樣本的一個或多個拍攝影像(h _{1 … N})擷取的一個或多個擷取射束橫截面和該一個或多個模擬射束橫截面，以決定兩者之間的差異的大小(R _i)；以及(x3)變化該射束像差係數集合( ⁱC)，以提供更新的射束像差係數集合( ⁱ⁺¹C)，並在(x1)和(x2)的後續迭代中使用該更新的射束像差係數集合( ⁱ⁺¹C)，以最小化所述大小(R _i)。

實施例29：如實施例27或28所述的帶電粒子束系統，其中當該一個或多個影像被拍攝和模擬時，該一個或多個散焦設定包括該樣本與該帶電粒子束的相應的射束焦點的一個或多個散焦距離，特別是複數個不同的散焦距離。

實施例30：如實施例27至29中的任一者所述的帶電粒子束系統，其中當該一個或多個影像被拍攝和模擬時，該一個或多個散焦設定包括從焦點射束著陸能量變化的該帶電粒子束的一個或多個射束著陸能量，特別是複數個不同的射束著陸能量。

實施例31：如實施例27至30中的任一者所述的帶電粒子束系統，進一步包括：影像產生單元，用於以該一個或多個散焦設定產生該樣本的該一個或多個拍攝影像，用於轉發關於該一個或多個散焦設定的資訊以用於(x1)中的模擬，以及用於轉發該一個或多個拍攝影像以用於(x2)中的比較。

本文所述的帶電粒子束系統可以被配置為依據本文所述的任何方法進行操作。

雖然上述內容是針對實施例，但在不偏離其基本範圍的情況下，可以設計出其他和進一步的實施例，並且其範圍是由後面的請求項決定的。

10:樣本 11:帶電粒子束 100:帶電粒子束系統 101:真空腔室 105:帶電粒子源 106:聚光透鏡系統 107:掃描偏轉器 108:樣本台 109:像差改正器 112:箭頭 118:帶電粒子偵測器 120:聚焦透鏡 160:影像產生單元 170:處理單元 210:方框 220:方框 230:方框 240:方框 410:方框 420:方框 430:方框 450:自適應濾波器單元 A:光軸線

為了能夠詳細理解本揭示內容的上述特徵，可以藉由參考實施例獲得上文簡要概述的更詳細的描述。附圖與一個或多個實施例相關，並在下文中進行了描述。

圖1示出依據本文所述的實施例的帶電粒子束系統的示意圖，該帶電粒子束系統被調適為用於依據本文所述的任何方法進行操作；

圖2示出一個圖，說明了依據本文所述的實施例，決定帶電粒子束的像差的方法；

圖3示出一個更詳細的圖，說明了如圖2所示的方法；

圖4示出了一個圖，說明了依據本文所述的實施例，決定帶電粒子束的像差的變體方法；

圖5示出一個更詳細的圖，說明了圖4所示的變體方法；以及

圖6是一個流程圖，說明了決定帶電粒子束的像差的變體方法。

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210:方框

220:方框

230:方框

240:方框

Claims (21)

1. 一種決定一帶電粒子束系統中由一聚焦透鏡朝向一樣本聚焦的一帶電粒子束的像差的方法，該方法包括以下步驟： (a)以一個或多個散焦設定拍攝該樣本的一個或多個影像以提供一個或多個拍攝影像； (b)基於一射束像差係數集合( ⁱC)和該樣本的一焦點影像，對以該一個或多個散焦設定拍攝的該樣本的一個或多個影像進行模擬，以提供一個或多個模擬影像； (c)將該一個或多個拍攝影像與該一個或多個模擬影像進行比較，以決定兩者之間的一差異的一大小(R)；以及 (d)變化該射束像差係數集合( ⁱC)以提供一更新的射束像差係數集合( ⁱ⁺¹C)，並在一迭代過程中使用該更新的射束像差係數集合( ⁱ⁺¹C)重複(b)和(c)，以最小化所述大小(R)。
2. 如請求項1所述的方法，其中該一個或多個散焦設定包括該樣本與該帶電粒子束的一相應的射束焦點的一個或多個散焦距離，使得在(a)中，該一個或多個影像是在該樣本被佈置在該一個或多個散焦距離處時拍攝的，並且在(b)中，該一個或多個模擬影像包括在該一個或多個散焦距離處拍攝的該樣本的模擬影像。
3. 如請求項2所述的方法，其中在(a)中，複數個的六個或更多個影像是藉由變化該聚焦透鏡的一聚焦強度或藉由相對於該聚焦透鏡移動一樣本台，在六個或更多個不同的散焦距離處拍攝的。
4. 如請求項1至3中的任一者所述的方法，其中該一個或多個散焦設定包括從一焦點射束著陸能量（beam landing energy）變化的該帶電粒子束的一個或多個射束著陸能量，使得在(a)中，該一個或多個拍攝影像是在該一個或多個射束著陸能量下拍攝的，並且在(b)中，該一個或多個模擬影像包括在該一個或多個射束著陸能量下拍攝的該樣本的模擬影像。
5. 如請求項1至3中的任一者所述的方法，其中(b)和(c)被重複，直到獲得該一個或多個拍攝影像(h _{1 … N})與該一個或多個模擬影像之間的該差異的一最小化的大小(R _最小)，並且該相應迭代處的該更新的射束像差係數集合( ⁱ⁺¹C)構成一實際射束像差( ^擬合C)。
6. 如請求項5所述的方法，進一步包括以下步驟：用一個或多個像差改正器改正該實際射束像差( ^擬合C)，以提供一改正的帶電粒子束。
7. 如請求項1至3中的任一者所述的方法，其中在(c)中，該一個或多個拍攝影像和該一個或多個模擬影像是在傅立葉空間中進行比較的。
8. 如請求項1至3中的任一者所述的方法，其中在(c)中，比較之步驟包括以下步驟：計算該一個或多個拍攝影像中的每個影像與該一個或多個模擬影像中對應的模擬影像之間的一差異值，並匯總所述差異值以獲得該大小(R)。
9. 如請求項1至3中的任一者所述的方法，其中在(b)中，模擬之步驟包括以下步驟：在該一個或多個散焦設定中的每個散焦設定下： -基於該射束像差係數集合( ⁱC)，計算該帶電粒子束的一射束橫截面；以及 -基於傅立葉空間中的該射束橫截面與傅立葉空間中的該焦點影像的一乘積，計算傅立葉空間中一相應的模擬影像，或基於一卷積，計算實空間中一相應的模擬影像。
10. 如請求項9所述的方法，其中計算傅立葉空間中該相應的模擬影像之步驟進一步包括以下步驟：除以傅立葉空間中的一焦點射束橫截面。
11. 如請求項1至3中的任一者所述的方法，其中該射束像差係數集合( ⁱC)包括由 ⁱC _s、 ⁱC _散焦、 ⁱC _{散像， 2 重}、 ⁱC _{散像， 3 重}、 ⁱC _{散像， 4 重}、 ⁱC _星形和 ⁱC _彗形像差所組成的群組中的兩個、三個或更多個係數，以及一個、兩個或更多個色像差係數。
12. 一種決定一帶電粒子束系統中由一聚焦透鏡朝向一樣本聚焦的一帶電粒子束的像差的方法，該方法包括以下步驟： (a)以一個或多個散焦設定拍攝該樣本的一個或多個影像，以提供一個或多個拍攝影像，並且從該一個或多個拍攝影像擷取一個或多個擷取射束橫截面； (b)基於一射束像差係數集合( ⁱC)，以該一個或多個散焦設定對一個或多個射束橫截面進行模擬，以提供一個或多個模擬射束橫截面； (c)將該一個或多個擷取射束橫截面與該一個或多個模擬射束橫截面進行比較，以決定兩者之間的一差異的一大小(R)；以及 (d)變化該射束像差係數集合( ⁱC)以提供一更新的射束像差係數集合( ⁱ⁺¹C)，並在一迭代過程中使用該更新的射束像差係數集合( ⁱ⁺¹C)重複(b)和(c)，以最小化所述大小(R)。
13. 如請求項12所述的方法，其中該一個或多個散焦設定包括該樣本與該帶電粒子束一相應的射束焦點的一個或多個散焦距離，或其中該一個或多個散焦設定包括從一焦點射束著陸能量變化的該帶電粒子束的一個或多個射束著陸能量。
14. 如請求項12或13所述的方法，其中(b)和(c)被重複，直到獲得該一個或多個擷取射束橫截面與該一個或多個模擬射束橫截面之間的該差異的一最小化的大小(R _最小)，並且在該相應迭代處的該更新的射束像差係數集合( ⁱ⁺¹C)構成絕對值的一實際射束像差( ^擬合C)。
15. 如請求項12或13所述的方法，其中在(c)中，該一個或多個擷取射束橫截面和該一個或多個模擬射束橫截面是在實空間中進行比較的。
16. 如請求項12或13所述的方法，其中在(c)中，比較之步驟包括以下步驟：計算每個擷取射束橫截面與對應的模擬射束橫截面之間的一差異值，並匯總所述差異值以獲得該大小(R)。
17. 如請求項12或13所述的方法，其中在(a)中，從該一個或多個拍攝影像擷取該一個或多個擷取射束橫截面之步驟包括以下步驟：將傅立葉空間中的該一個或多個拍攝影像除以傅立葉空間中的該樣本的一焦點影像，或其中該一個或多個擷取射束橫截面是基於實空間中的一去卷積來擷取的。
18. 如請求項17所述的方法，其中從該一個或多個拍攝影像擷取該一個或多個擷取射束橫截面之步驟進一步包括以下步驟中的至少一者：應用一自適應濾波器項，和與傅立葉空間中的一焦點射束橫截面相乘。
19. 如請求項12或13所述的方法，其中在(d)中，該射束像差係數集合中的射束像差係數連續變化和/或並行變化，直到獲得作為該射束像差係數集合中所有的射束像差係數的函數的一最小化的大小(R _最小)。
20. 一種帶電粒子束系統，包括： 一帶電粒子源，用於發射沿著一光軸線傳播的一帶電粒子束； 一樣本台； 一聚焦透鏡，用於朝向放置在該樣本台上的一樣本聚焦該帶電粒子束； 一帶電粒子偵測器，用於偵測從該樣本發射的訊號粒子；以及 一處理器和儲存指令的一記憶體，該等指令當由該處理器執行時，使該帶電粒子束系統執行如請求項1所述的方法。
21. 一種帶電粒子束系統，包括： 一帶電粒子源，用於發射沿著一光軸線傳播的一帶電粒子束； 一樣本台； 一聚焦透鏡，用於朝向放置在該樣本台上的一樣本聚焦該帶電粒子束； 一帶電粒子偵測器，用於偵測從該樣本發射的訊號粒子；以及 一處理器和儲存指令的一記憶體，該等指令當由該處理器執行時，使該帶電粒子束系統： (x1)基於一射束像差係數集合( ⁱC)和該樣本的一焦點影像，以一個或多個散焦設定對該樣本的一個或多個影像進行模擬，以提供一個或多個模擬影像；或者 基於一射束像差係數集合( ⁱC)，以一個或多個散焦設定對一個或多個射束橫截面進行模擬，以提供一個或多個模擬射束橫截面； (x2)比較以該一個或多個散焦設定拍攝的該樣本的一個或多個拍攝影像和該一個或多個模擬影像，以決定兩者之間的一差異的一大小；或者 比較從以該一個或多個散焦設定拍攝的該樣本的一個或多個拍攝影像擷取的一個或多個擷取射束橫截面和該一個或多個模擬射束橫截面，以決定兩者之間的一差異的一大小；以及 (x3)變化該射束像差係數集合( ⁱC)，以提供一更新的射束像差係數集合( ⁱ⁺¹C)，並在(x1)和(x2)的一後續迭代中使用該更新的射束像差係數集合( ⁱ⁺¹C)，以最小化所述大小。