带电粒子束装置和操作带电粒子束装置的方法与流程

1.本文描述的实施例涉及带电粒子束装置，诸如扫描电子显微镜，其可被配置为检查诸如晶片或其他基板之类的样本，例如以检测图案缺陷。更具体地，本文描述的实施例涉及配置成利用多个带电粒子束(例如，多个子束)的带电粒子束装置。带电粒子子束可用于高分辨率、光刻和表面成像的检查和/或测试。本文描述的实施例进一步涉及像差(诸如场曲)的校正，并且涉及操作带电粒子束装置的方法。


背景技术：

2.现代半导体技术对以高分辨率(达到纳米甚至亚纳米分辨率)构造和探测样本提出了很高的要求。微米和纳米级的过程控制、检查和结构化通常是通过带电粒子束(例如，在诸如电子显微镜之类的带电粒子束装置中产生、定形、偏转和聚焦的电子束)来完成的。带电粒子束可以提供精细的空间分辨率。
3.使用带电粒子束的装置(诸如扫描电子显微镜(sem))具有许多应用，尤其是在集成电路技术中。在带电粒子束系统中，可以使用具有可变电流密度(诸如高电流密度)的精细探针。例如，在sem的情况下，一次电子束可产生信号带电粒子，如二次电子(se)和/或反向散射电子(bse)，这些信号带电粒子可用于对样本成像和分析。
4.在单个列中使用多个束(在本文中称为子束)在许多应用中可能是有用的。引导、扫描、偏转、成形、校正和/或聚焦多束系统的各个子束可能是具有挑战的，例如，在当要以纳米级分辨率以高产量快速扫描和检查样本结构时。
5.校正单个列中的多个束的像差(诸如场曲)也可能具有挑战性。期望减少像差。
6.因此，提供配置为多束系统的带电粒子束装置将是有益的，所述装置提供用于检查样本结构的高产量和良好的场质量。特别地，提供一种被配置用于具有减小的像差的多束操作的带电粒子束装置将是有益的。


技术实现要素：

7.本文公开了带电粒子束装置和操作带电粒子束装置的方法。根据从属权利要求、说明书和附图，实施例的进一步方面、优点和特征是显而易见的。
8.本文公开了一种带电粒子束装置。带电粒子束装置包括带电粒子源和以光轴z为中心的子束形成多孔板。子束形成多孔板包括多个孔，每个孔用于使子束通过，子束形成多孔板形成带电粒子的多个子束。所述装置还包括：预补偿器，所述预补偿器用于减小子束在目标处的像差；扫描器，所述扫描器用于扫描子束中的每个子束；物镜，所述物镜用于使每个子束聚焦到目标上；以及控制器，所述控制器配置为与预补偿器和扫描器通信。预补偿器包括：至少一个“径向可变的”多孔电极，其中所述至少一个“径向可变的”多孔电极的每个孔的直径随着孔距光轴z的距离而缩放；以及至少一个“笛卡尔可变的”多孔电极，其中所述至少一个“笛卡尔可变的”多孔电极的每个孔的直径随着孔的位置的x分量而缩放，x垂直于z。
9.本文公开了一种操作带电粒子束装置的方法，包括以下步骤：形成带电粒子束和从带电粒子束形成多个子束。子束以装置的光轴z为中心，使得多个子束中的大部分子束在通过子束形成多孔板之后从光轴偏移。所述方法还包括通过使子束中的每个子束穿过预补偿器来预补偿每个子束，所述预补偿器减小子束在目标处的像差。预补偿器包括多个多孔电极，所述多个多孔电极包括：至少一个“径向可变的”多孔电极，其中所述至少一个“径向可变的”多孔电极的每个孔的直径随着孔距光轴z的距离而缩放；以及至少一个“笛卡尔可变的”多孔电极，其中所述至少一个“笛卡尔可变的”多孔电极的每个孔的直径随着孔的位置的x分量而缩放，x垂直于z。所述方法还包括沿垂直于z的方向扫描子束中的每个子束；以及用物镜将子束中的每个子束聚焦到目标上以形成多个焦点。
10.本文公开了一种用于带电粒子装置的预补偿器，包括：至少一个“径向可变的”多孔电极，其中所述至少一个“径向可变的”多孔电极的每个孔的直径随着孔距光轴z的距离而缩放；以及至少一个“笛卡尔可变的”多孔电极，其中所述至少一个“笛卡尔可变的”多孔电极的每个孔的直径随着孔的位置的x分量而缩放，x垂直于z。
11.有利地考虑到将像差分解为径向相关部分和笛卡尔相关部分。如本文所述的预补偿器利用像差的这种分解。此外，可以方便地认为，像差的径向部分和笛卡尔部分中的每一者可进一步分解为根据诸如x、y或r(距光轴的径向距离)之类的坐标而缩放的贡献。缩放可根据不同阶(对于径向部分和笛卡尔部分分别为m＝1,2,3...和n＝1,2,3...)的部分或项。
12.本文公开的实施例针对用于执行所公开的方法的装置，并且包括用于执行各个方法动作的设备部件。方法可通过硬件元件、由适当软件编程的计算机、通过两者的任何组合或以任何其他方式来执行。此外，实施例还针对操作所描述的设备的方法。
13.根据从属权利要求、说明书和附图，可以与本文描述的实施例组合的进一步优点、特征、方面和细节是显而易见的。
附图说明
14.上文简要概述的实施例的更具体描述可通过参考进一步实施例来获得。附图涉及一个或多个实施例，并且在以下进行描述。
15.图1是根据本文描述的实施例的带电粒子束装置的示意性截面图；
16.图2是根据本文描述的实施例的带电粒子束装置的示意性截面图；
17.图3示出了根据实施例的“径向可变的”多孔电极；图4示出了根据实施例的“笛卡尔可变的”多孔电极；
18.图5是根据本文描述的实施例的预补偿器的示意性截面图；以及
19.图6是示出根据本文描述的实施例的操作带电粒子束装置的方法的流程图。图7示出了根据本文描述的实施例的多孔电极。
具体实施方式
20.现将详细参考各种实施例，所述实施例的一个或多个示例在附图中示出。在附图的以下描述中，相同的附图标记指代相同的部件。通常，仅描述关于各个实施例的差异。每个示例都是通过解释的方式来提供，且不意味着限制。此外，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可以用于其他实施例或与其他实施例结合使用以产生又进一步的实施例。描述
旨在包括这样的修改和变化。
21.半导体技术依赖于对在集成电路生产期间使用的各种处理的精确控制。例如，为了定位问题或缺陷，必须反复检查诸如晶片和掩模之类的基板。为了确保掩模准确地限定预定图案，必须在实际使用之前在基板处理期间检查掩模或分划板(reticle)。对诸如基板、晶片或掩模之类的样本进行缺陷检查通常包括在相对短的时间内检查大的表面积。为了避免由检查过程降低产量，可能需要高的检查速度。
22.可以使用带电粒子束(例如电子束)扫描目标(例如样本)的表面，所述带电粒子束可以聚焦在样本的表面上。当带电粒子束命中目标时，二次带电粒子(例如，二次电子)被产生并被检测。通过将二次带电粒子的强度信号与例如与目标的相同位置相对应的参考信号进行比较，可以检测出目标的位置处的图案缺陷。当仅一个带电粒子束用于扫描时，扫描可能会花费大量时间，并且只能获得有限的产量。
23.通过提供配置为多束系统的带电粒子束装置，可以提高产量。在多束系统中，产生带电粒子的多个子束，这些子束在列中彼此相邻地传播，使得可以同时检查目标上的两个或更多个点。然而，控制、成形和校正多个子束可能具有挑战性。
24.在本文中，坐标和/或方向x、y和z彼此垂直，其中z对应于装置的光轴。在本文中，“可选”特征和步骤可以与在本文公开的带电粒子装置和/或其操作方法的任何实施例组合。可选特征可以相互组合。例如，可以组合预补偿器的可选部件和/或部件的配置。在本文中，暗示或说明多孔电极的多个孔的每个直径随着参数(诸如r、x和/或y)“缩放”、“增大”和/或“减小”可意味着每个直径具有偏移值，使得多个孔中的每个孔具有正直径。类似地，多孔电极的多个孔的长轴/短轴的比率q随着参数(诸如r、x和/或y)“缩放”、“增大”和/或“减小”可意味着每个比率q具有偏移值，使得每个孔具有多个比率q。
25.图1是根据本文描述的实施例的带电粒子束装置100的示意性截面图。
26.带电粒子束装置100包括带电粒子源105，带电粒子源105被配置成产生沿着光轴z传播的带电粒子束101。带电粒子源105可以是被配置成产生电子束的电子源。替代地，带电粒子源可以是被配置成产生离子束的离子源。带电粒子束101可以从带电粒子源105沿着光轴z穿过列向目标传播。
27.在一些实施例中，带电粒子源105可包括以下各项中的至少一者以便增加产量：冷场发射器(cfe)、肖特基发射器、热场发射器(tfe)或另一高电流电子束源。高电流被认为是100毫弧度中10μa或更高，例如高达5ma，例如100毫弧度中30μa到100毫弧度中1ma。根据典型的实施方式，电流基本上均匀地分布，例如具有 /-10％的偏差。根据可以与本文描述的其他实施例组合的一些实施例，带电粒子源可以具有5毫弧度或更高，例如50毫弧度至200毫弧度的典型发射半角。在一些实施例中，带电粒子源可以具有2nm或更大和/或60nm或更小的虚拟源尺寸。例如，如果带电粒子源是毫肖特基发射器，则所述源可具有从10nm至60nm的虚拟源大小。例如，如果带电粒子源是冷场发射器(cfe)，则所述源可具有从2nm至20nm的虚拟源大小。
28.根据可以与本文描述的其他实施例组合的实施例，能够提供大的束电流的tfe或另一种高降低亮度的源是这样的源：当增加发射角以提供最大10μa-100μa时，所述源的亮度下降不超过最大值的20％。例如，肖特基或tfe发射器目前可用的测得的降低亮度为5
·
107am-2
(sr)-1
v-1
，而cfe发射器具有的测得的降低亮度高达5
·
109am-2
(sr)-1
v-1
。例如，具有至少5
·
107am-2
(sr)-1
v-1
的束是有益的。
29.可以沿着带电粒子源与目标之间的束路径布置多个光学元件。例如，可以将准直透镜108布置在带电粒子源105的下游，以准直带电粒子束101。
30.带电粒子束装置100可包括具有多个孔的子束形成多孔板110，所述多个孔被配置成从带电粒子束101产生带电粒子的多个子束102。例如，子束形成多孔板110可具有三个、五个、十个或更多个孔，这些孔被配置成产生三个、五个、十个或更多个子束。特别地，子束形成多孔板110可具有五十个或更多个孔以用于产生五十个或更多个子束。子束形成多孔板110的每个孔可以被配置成从带电粒子束产生带电粒子的一个子束。
31.子束形成多孔板110可包括板，在所述板中孔被形成为束限制孔。当带电粒子束101撞击在其中形成有孔的板上时，带电粒子可以传播穿过板中的孔以形成多个子束，并且带电粒子束101的其余部分可能被板阻挡。在一些实施例中，子束形成多孔板110的至少一个表面(例如，指向带电粒子源105的子束形成多孔板110的表面)可以是导体或半导体表面，以便减少或避免电荷积聚。子束形成多孔板110可以以光轴z为中心。
32.应注意到，图1中所示的多孔板110在预补偿器120的上游。还可能可通过预补偿器120的多孔板从带电粒子束101形成多个子束102。换言之，在一些实施例中，可以整体地形成子束形成多孔板和预补偿器。
33.根据本文所述的实施例，带电粒子束装置100包括预补偿器120。预补偿器120减小子束的像差，诸如由于场曲引起的那些像差。期望减少在目标处的像差。
34.预补偿器可包括多个多孔电极，所述多个多孔电极可以以光轴为中心。每个多孔电极可以是具有多个孔的板，其中所述板的至少一部分的电位是可调节的。板可包括可由电压源和/或控制器132寻址(address)的导电层或膜。装置100的多孔电极中的每个多孔电极可被设置为板状元件，在所述板状元件中提供了多个子束可以传播穿过的多个孔。
35.预补偿器120可包括至少一个“径向可变的”多孔电极121，多孔电极121可以以光轴为中心。预补偿器120可包括至少一个“笛卡尔可变的(cartesianally variable)”多孔电极122，多孔电极122可以以光轴为中心。
36.预补偿器120的多孔电极121、122各自具有用于多个子束的多个开口。预补偿器120的每个多孔电极121、122的多个开口可以彼此对齐，并且与子束形成多孔板110的孔对齐，例如使得多个子束传播穿过每个多孔板121、122和子束形成多孔板110的相应孔。
37.根据本文所述的实施例，(多个)“径向可变的”多孔电极121可在多个子束102上提供聚焦效果。在每个子束上的聚焦效果的强度可以取决于相应的子束与光轴z的距离。聚焦效果还可取决于施加到(多个)“径向可变的”多孔电极的(多个)电压。由(多个)“径向可变的”多孔电极121在子束上提供的聚焦效果可能会随着距光轴z的距离而变化，使得远离光轴的子束与靠近光轴的子束不同地聚焦。
38.在实施例中，预补偿器120的每个多孔电极的聚焦效果可以受到诸如从控制器132施加到相应的多孔电极的相应电压的影响/控制。
39.例如，每个“径向可变的”多孔电极121的每个孔的直径随着孔到光轴z的距离缩放。参考图1，距光轴z的距离可以是沿径向方向r。
40.如图1所示，“径向可变的”多孔电极121的孔的直径可随着距光轴z的径向距离r的
增加而增加。替代地/附加地，“径向可变的”多孔电极的孔的直径可以随着距光轴z的径向距离r的增加而减小。预补偿器120可具有，例如，其中其孔的直径随着距光轴z的距离而增加的“径向可变的”多孔电极，以及其中孔的直径随着距光轴的距离而减小的另一“径向可变的”多孔电极。
41.与(多个)“径向可变的”多孔电极121相比，可以类似地理解预补偿器120的(多个)“笛卡尔可变的”多孔电极122。(多个)“笛卡尔可变的”多孔电极122的每个孔的直径可以随着孔的位置的x分量(x垂直于z)缩放。
42.如本文所述，预补偿器120的多孔电极121、122可用于减小子束102的像差，诸如通常在目标103处存在的子束的像差，特别是由于场曲引起的像差。如本文中更详细描述的，可以通过装置的操作来调整和/或调节预补偿。提供预补偿器120可能是有益的，预补偿器120可被调节为使得在子束上提供适当量的像差校正，这可以取决于子束穿过装置的位置和/或路径。特别地考虑了预补偿器120可动态地预补偿(诸如在子束的扫描期间)动态产生的像差。这对于校正可取决于子束的光路径的变化的像差可能是有用的，所述变化的像差在装置100的操作期间可能会改变。
43.例如，考虑场曲像差是有用的。子束102可以以场曲的形式经受到像差，这可能导致沿z方向的焦点偏移δz，δz随着子束与光轴z相距的径向距离r缩放。光学像差的来源不一定限于场曲。可能存在其他像差来源。
44.图2是根据本文描述的实施例的带电粒子束装置100的示意性截面图。带电粒子束装置100可以是扫描电子显微镜。带电粒子束装置100包括带电粒子源105，例如，被配置成产生沿光轴z传播的带电粒子束101的电子源，以及根据本文所述的任何实施例的预补偿器120。预补偿器120可以是可调节的预补偿器120，使得可以调节由预补偿器120提供的像差校正，诸如通过向预补偿器的(多个)多孔电极提供(多个)可变电压。
45.装置100可包括扫描器205，扫描器205可沿着与光轴z垂直的x和/或y方向扫描子束。扫描器205可操作以在子束102中引起可变像差。可变像差可取决于扫描的相位和幅度中的至少一个，以及子束的位置(诸如相对于光轴，沿着r、x和/或y)。预补偿器120的多孔电极可以减小和/或预补偿像差。
46.预补偿器120的操作可以与由扫描器205对子束120的扫描同步。扫描器205可以由控制器132控制，控制器132还可控制预补偿器120。装置100可包括控制器132，控制器132可以，例如，控制预补偿器120的每个多孔电极121、122的电压ur、uc(见图1)。
47.带电粒子束装置100可包括诸如准直透镜、转移透镜、物镜、电极、多极装置、偏转器、和/或扫描偏转器之类的光学元件。
48.如图2示意性地描绘的，带电粒子束装置100可包括物镜109，物镜109可将多个子束102聚焦到目标103上。可以通过聚焦子束102中的每一者来形成多个焦点。
49.可选地，装置100包括检测器201，检测器201被配置成检测从目标103发射的信号粒子。检测器201可包括多个检测器段，所述多个检测器段被配置成检测在多个子束撞击到目标上时产生的信号粒子。在图2中示意性地描绘了第一检测器段202和第二检测器段203，其中第一检测器段202被布置为检测在多个子束中的第一子束的焦点处产生的信号粒子，并且第二检测器段703被布置为检测由多个子束中的第二子束的焦点产生的信号粒子。可以生成空间解析图像，和/或可以通过平行检查增加检查速度。检测器201可以是分段检测
器。
50.物镜109可包括具有磁透镜部分和静电透镜部分的组合的磁静电物镜。在一些实施例中，可以提供被配置成减少带电粒子在目标上的着陆能量的延迟场装置。例如，可将延迟场电极布置在目标的上游。
51.在实施例中，在目标处的x-z平面中的投影中，每个子束102相对于光轴z成角度，并且每个子束102平行于x-z平面。在这样的实施例中，预补偿器120可包括至少一个“笛卡尔可变的”多孔电极122，其定向为使得可以根据每个子束在目标处的位置的x分量发生可变聚焦。
52.根据可以与本文描述的其他实施例组合的实施例，带电粒子源105是电子源，带电粒子束是电子束，且带电粒子束装置100是扫描电子显微镜(sem)。根据其他实施例，带电粒子束装置是离子束装置，带电粒子源是离子源，并且带电粒子束是离子束。
53.如图2所示，带电粒子束装置可包括静电多极装置250。在一些实施方式中，静电多极装置250的多极单元可选自由静电偶极、四极、六极和八极所组成的组。例如，可以为多个子束中的每个子束提供至少一个静电八极，使得每个子束可以被单独地影响，例如偏转或校正。在一些实施例中，可以提供更高阶的静电多极元件，诸如具有12个、14个或20个极的多极。
54.在可以与本文描述的其他实施例组合的一些实施例中，可以提供多极装置250，以影响沿光轴传播的带电粒子束，例如在预补偿器的下游或上游。多极装置250可包括静电校正器，所述静电校正器具有四个或更多个校正器电极，特别是八个或更多个校正器电极，更特别是12个或更多个校正器电极，或者甚至20个或更多个校正器电极。可以校正或补偿高阶像差。静电校正器的校正器电极可以布置在与带电粒子束装置的光轴基本上垂直的平面中，例如在预补偿器的多孔电极中的一者的顶部上。
55.在一些实施例中，多极装置250可进一步包括具有至少两个偏转器电极的静电偏转器，以用于将带电粒子束偏转一偏转角。例如，偏转器电极可沿着光轴在第一长度上延伸，和/或静电校正器的校正器电极可沿着光轴在小于第一长度的第二长度上延伸。
56.图3示出了根据实施例的预补偿器的“径向可变的”多孔电极。预补偿器可包括至少一个“径向可变的”多孔电极332，并且图3示出了两个“径向可变的”多孔电极。上方的“径向可变的”多孔电极301具有孔，所述孔具有随着距光轴的距离r的增加而增加的直径，这在本文中称为“前向”配置。图3的下方的“径向可变的”多孔电极302具有孔，所述孔具有随着距光轴的距离r的增加而减小的直径，这在本文中称为“反向”配置。
57.在实施例中，预补偿器120的至少一个“径向可变的”多孔电极332中的每一个包括多个孔，所述多个孔的直径随着以相应孔距光轴的距离r的m次幂缩放(m是正整数)。“径向可变的”多孔电极332可包括一阶“径向可变的”多孔电极，其中其孔的直径随着距离r的一次幂而增大。替代地/附加地，可以存在二阶“径向可变的”多孔电极，其中孔的直径随着距光轴的距离r的二次幂而增大。替代地/附加地，可以存在三阶“径向可变的”多孔电极，其中孔的直径随着距光轴的距离r的三次幂而增大。
58.预补偿器120的每个“径向可变的”多孔电极332的每个孔的聚焦功率可以随着孔的直径而变化。施加到穿过多孔电极的孔的子束的聚焦功率可以随着孔尺寸而缩放。此外，每个多孔电极的电位或电压可以是(诸如通过控制器132)可控制的/可调节的。“径向可变
的”多孔电极的每个孔的聚焦功率可以随着电压(在一些实施例中，有利地，施加到每个相应的多孔电极的相应电压)和孔的直径而缩放。多孔电极的每个孔的直径可进而，例如，根据孔距光轴z的距离r的m次幂而变化。
59.每个多孔电极可以由控制器132寻址，控制器132可独立和/或动态地控制每个多孔电极的每个电压(例如，ur1f、ur1r)。
60.通过使子束中的每个子束通过每个“径向可变的”多孔电极的相应孔，可以减小像差的径向部分。子束的预补偿可以通过控制多个“径向可变的”多孔电极中的每个电极的电压来调节(孔径大小的)多项式序列展开的每个“项”来完成；其中每个“径向可变的”多孔电极具有根据孔距离光轴的距离r的整数次幂(m＝1,2,3,...)而缩放的孔尺寸分布。
61.在实施例中，至少一个“径向可变的”多孔电极中的每一者包括相应多个孔，所述多个孔的直径随着以相应孔距光轴的距离r的m次幂缩放(m是选自正整数的集合)。
62.为了方便，在本文中，多孔电极可以是具有孔的“前向”多孔电极，所述孔沿坐标(诸如r、x或y)增加；或者多孔电极可以是“反向”多孔电极，其具有孔，所述孔沿诸如r、x或y的坐标减小。存在可设想的实施例，其中对于每个m阶“前向”多孔电极301，存在对应的m阶“反向”多孔电极302。
63.预补偿器120可包括前向和反向“径向可变的”多孔电极两者，它们可与作为每个“径向可变的”多孔板的校正的总和的像差校正相对应，例如，来自多项式序列可调整项的可能的分段校正(m＝1,2,3...)，每个项来自可提供正校正(m阶“径向可变的”多孔电极的前向配置)或负校正(相同m阶“径向可变的”多孔电极的反向配置)的多孔电极。
64.预补偿器可包括m＝2,3,4,5,6,7或8的m阶和更低阶的每个前向“径向可变的”多孔电极，并且还可以可选地包括每个反向m阶和更低阶的“径向可变的”多孔电极。
65.根据实施例，图3示出前向“径向可变的”多孔电极301和反向“径向可变的”多孔电极302。
66.(多个)“径向可变的”多孔电极121可以以随着距光轴z的距离r而变化的方式聚焦多个子束中的每一者或在多个子束中的每一者上进行光学操作。光轴z可以由预补偿器120的中心开口限定。换言之，通过每个“径向可变的”多孔电极121，靠近光轴z传播的子束可以被与远离光轴z传播的子束不同地聚焦(例如具有不同的焦距)。
67.施加到图3的上部径向可变的多孔电极301的电压被标记为ur1f。电压的通用符号u的标记r1f表示电压施加到径向可变的多孔(r)电极，所述径向可变的多孔(r)电极在孔随着距光轴的距离的缩放中为一阶(1)，且多孔电极处于前向配置(f)。施加到图3的下部“径向可变的”多孔电极301的电压标记为ur1r；标记r1r表示电压施加到径向可变的多孔(r)电极，所述径向可变的多孔(r)电极在孔随着距光轴的距离的缩放中为一阶(1)，且多孔电极处于反向配置(r)。
68.通过说明而非限制的方式，由于多束装置中的场曲而可能存在明显的像差，所述多束装置具有位于与光轴相距不同距离的位置处的子束。子束的像差，尤其是那些来自场曲的像差，可以根据孔和/或子束距光轴z的距离r的二次幂而在很大程度上地缩放。已知场曲像差会导致焦点发生偏移，所述偏移可能随着子束距光轴的距离的平方缩放。(沿坐标r)远离光轴z的子束可以比与更靠近z(在相对低的r处)的那些子束沿z方向聚焦更远。鉴于以上内容，特别地考虑了预补偿器120，所述预补偿器120包括在“径向可变的”多孔电极之中
的二阶“径向可变的”多孔电极，所述二阶“径向可变的”多孔电极具有孔，所述孔随着距光轴的距离的二次幂而缩放。
69.图4示出了根据实施例的预补偿器120的“笛卡尔可变的”多孔电极432。预补偿器可包括至少一个“笛卡尔可变的”多孔电极432，并且图4示出了两个“笛卡尔可变的”多孔电极。上部的“笛卡尔可变的”多孔电极401具有孔，所述孔具有沿坐标x增大的直径。图4的下部的“笛卡尔可变的”多孔电极402具有孔，所述孔具有随着孔的位置的x分量而减小的直径。上部的“笛卡尔可变的”多孔电极401可以被视为前向多孔电极，而下部的402可以被视为反向多孔电极。
70.类似地，如针对预补偿器的“径向可变的”多孔电极所解释的那样，“笛卡尔可变的”多孔电极432中的每一者可具有相应的多个孔，所述孔的直径随着相应孔的位置的x分量的n次幂(n为正整数)缩放。
71.预补偿器可包括n＝2,3,4,5,6,7或8的n阶和更低阶的每个前向“笛卡尔可变的”多孔电极，并且还可以可选地包括每个反向m阶和更低阶的“笛卡尔可变的”多孔电极。替代地/附加地，预补偿器120可包括一组类似的多孔电极，其具有沿y方向变化的孔尺寸。在可以与本文描述的任何其他实施例组合的实施例中，预补偿器的前向“笛卡尔可变的”多孔电极包括一阶和二阶(n＝1和2)多孔电极。在可以与本文描述的任何其他实施例组合的实施例中，(多个)反向“笛卡尔可变的”多孔电极包括与前向配置同阶的电极，但是被布置为直径沿x减小而不是增大(如(多个)前向多孔电极的孔)。在特定示例中，存在有一阶和二阶前向和反向“笛卡尔可变的”多孔电极。
72.在可以与本文描述的任何其他实施例组合的实施例中，径向或笛卡尔变化类型的“反向”多孔电极具有直径随着坐标(视情况为r、x、或y)的逆幂(例如，根据1/m和1/n)而缩放。换言之，每个反向“笛卡尔可变的”多孔电极可具有对于正整数n随着x-n
缩放的孔直径；替代地/附加地，每个反向“径向可变的”多孔电极可具有对于正整数m随着r-m
缩放的孔直径。方向或坐标x可以是子束被扫描器205扫描的方向。替代地/附加地，x方向可以是旋转坐标系的x方向，使得预补偿器120的每个“笛可尔可变的”多孔电极432处的x方向与扫描器205和目标103处的x方向匹配。
73.替代地/附加地，预补偿器120可包括至少一个“笛卡尔可变的”多孔电极，其中每个孔的直径随着孔的位置的y分量缩放。扫描器205可以使子束102沿着y方向偏转，并且预补偿可包括使子束穿过具有可变孔的(多个)“笛卡尔可变的”多孔电极，所述可变孔随着位置的y分量缩放，并且可以与对于先前描述的具有随着位置的x分量而变化的孔的“笛卡尔可变的”多孔电极432所描述的类似地操作。
74.控制器132可控制预补偿器120的具有沿x方向变化的孔的每个“笛卡尔可变的”多孔电极的每个相应的电压，例如ux1f、ux2f、ux3f...(以及可选地ux1r、ux2r、ux3r...)；并且控制器132可控制预补偿器120的具有沿y方向变化的孔的每个“笛卡尔可变的”多孔电极的每个相应的电压，例如uy1f、uy2f、uy3f...(以及可选地uy1r、uy2r、uy3r...)。在实施例中，控制器132被配置成与由扫描器对子束中的每个子束的扫描同步地动态调整每个至少一个“笛卡尔可变的”多孔电极的相应电压。替代地/附加地，控制器132可以基于扫描器对(多个)子束的偏移来调整每个至少一个“笛卡尔可变的”多孔电极的相
应电压。
75.在一些实施例中，具有多个孔的子束形成多孔板110形成多个子束，并且子束形成多孔板110布置在预补偿器120的上游(见图1)。在其他实施例中，多个子束由预补偿器120(例如，由预补偿器的多孔电极中的一者)产生。
76.在一些实施例中，提供了束分离器206(见图2)，以用于将从目标103发射的信号电子与朝着目标传播的带电粒子束101的电子分离。束分离器可以例如是磁束分离器或维也纳(wien)过滤器。所述装置可以检测由目标103散射的信号带电粒子。由子束102中的每个子束102产生的信号带电粒子可以经由检测器装置201来单独地检测。
77.像差预补偿(例如，由预补偿器120提供的场曲校正)的强度可以如下调整。预补偿器120可连接到控制器132，所述控制器132被配置成调节(多个)“径向可变的”多孔电极121的至少一个电压ur和(多个)“笛卡尔可变的”多孔电极122的至少一个电压(见图1)。
78.(多个)“笛卡尔可变的”多孔电极122可布置在(多个)“径向可变的”多孔电极121的上游或下游。例如，(多个)“径向可变的”多孔电极121和(多个)笛卡尔可变的多孔电极122之间沿着光轴z的距离可以是1cm或更小，或者5mm或更小。特别地，控制器132可包括连接到预补偿器120的多孔电极中的每一者的可变电压电源。
79.应记得，考虑到可能的一系列的“径向可变的”多孔电极121(诸如m＝1,2,3...的一阶、二阶、三阶...电极)，控制器可控制所述系列的(多个)“径向可变的”多孔电极121的每个电极的电压。
80.此外，应记得还考虑到前向和反向多孔电极(可能对于多孔电极的每个阶m＝1,2,3...)，可能对每个子束的预补偿具有可变控制。还可能有利的是，每个“径向可变的”多孔电极121可通过调节相应的电压(ur1f、ur2f、ur3f、ur1r、ur2r、ur3r...)来控制。
81.在一个实施例中，至少一个“径向可变的”多孔电极121可从径向可变的多孔电极的m阶(m＝1,2,3...)的前向和反向配置的“系列”的组中选择。
82.可以将电极的电压设置为基本上和/或显著地补偿/校正像差(诸如由带电粒子束装置的光学元件引起的那些像差)的值。例如，由于场曲引起的像差可能来自光学元件。校正像差可以改善每个子束的分辨率。
83.在一些实施例中，预补偿器120的多孔电极的孔的直径的跨度可从大约几十微米到几百微米，诸如从10微米到200微米。
84.特别考虑的是，控制器132可独立地调节和/或控制预补偿器122的每个多孔电极的电压。
85.应注意，在一些实施例中，预补偿器的多孔电极对多个子束具有聚焦作用，并在预补偿器的下游产生实际的束交叉。在其他实施例中，预补偿器的多孔电极可提供多个虚拟焦点。例如，多个子束可以在要检查的目标的上游或下游具有虚拟焦点。
86.根据本文所述的实施例，提供了预补偿器120，预补偿器120允许控制像差校正量，诸如由于场曲引起的像差校正量。通过改变预补偿器的多孔电极的电压，有可能使中央子束的焦距基本上保持恒定或保持在一定范围内。同样地，径向外部子束和/或任何子束在距光轴的给定距离处的焦距可保持基本恒定。
87.预补偿器120的每个多孔电极的每个孔可与预补偿器120的每个其他多孔电极的相应孔对准。每个子束102可恰好穿过预补偿器的每个多孔电极的一个孔。
88.预补偿器120也可以是可配置的，使得用户可选择将哪些多孔电极放置在子束的路径中。例如，可能期望将预补偿器120配置为使得预补偿器具有m＝2的“径向可变的”多孔电极和n＝2的“笛卡尔可变的”前向多孔电极，以及可选地具有n＝2的“笛卡尔可变的”反向多孔电极；另一配置还将添加m＝3的“径向可变的”多孔电极。预补偿器的每个多孔电极可以是可选择的，使得每个多孔电极可以被放置在光学路径中或从光学路径中移出并被存储以用于在预补偿器的另一配置中进行选择。可以将所选的多孔电极放置在光学路径中(例如放置在子束的光学路径中的预补偿器的槽中)以对子束进行操作。例如，每个子束穿过预补偿器的每个选定的多孔电极的一个相应的孔。预补偿器可具有从0阶到m阶(m是正整数)中的每一个的“径向可变的”和/或“笛卡尔可变的”类型的多孔电极。预补偿器的多孔电极还可包括“径向可变的”和/或“笛卡尔可变的”类型的每个0阶到m阶多孔电极的“前向”和“反向”电极的匹配对，0阶多孔电极具有恒定直径的孔。可选的入口和/或出口多孔电极可被认为是0阶多孔电极。在可以与本文描述的任何其他实施例组合的实施例中，预补偿器的每个非零阶多孔电极可以分别伴随有至少一个零阶多孔电极。例如，每个1、2、3、4或更高阶的多孔电极与零阶的多孔电极相邻。例如，每个一阶或更高阶多孔电极在光学路径中直接在其之前具有伴随的零阶多孔电极，并且在光路中直接在其之后具有另一个零阶多孔电极。(多个)零阶多孔电极可以帮助减小像差，诸如场曲。在可以与本文描述的任何其他实施例组合的实施例中，预补偿器可包括具有一个大孔的“微距透镜(macro-lens)”和/或“大电极”，所有子束都通过所述大孔。大电极可以产生的场，所述场扩展到预补偿器的每个多孔电极，并且可以被预补偿器的每个多孔电极修改/调节。替代地/附加地，预补偿器可包括静电透镜，所述静电透镜对穿过预补偿器的所有子束操作；静电透镜产生的场可延伸到预补偿器的每个多孔电极，并且可以被预补偿器的每个多孔电极修改/调节。替代地/附加地，预补偿器可包括电磁透镜，所述电磁透镜对穿过预补偿器的所有子束操作；电磁透镜产生的场可延伸到预补偿器的每个多孔电极，并且可以被预补偿器的每个多孔电极修改/调节。可选的静电和/或电磁透镜可被视为一种“微距透镜”。微距透镜可以定位在靠近或邻近预补偿器，使微距透镜的场延伸到预补偿器的多孔电极，并可以被预补偿器的多孔电极修改/调节；替代地/附加地，可以将微距透镜视为预补偿器的一部分。在可以与本文描述的任何其他实施例组合的实施例中，每个子束穿过预补偿器的每个多孔电极的一个相应的孔。例如，这可以允许对子束上的光学操作进行灵敏控制，诸如用于像差校正。在其他实施例中，可以存在具有孔的多孔电极，每个孔穿过多于一个子束。这可以，例如，简化对准。在可以与本文描述的任何其他实施例组合的实施例中，预补偿器的多孔电极之间的距离是非恒定的。距离可被调节。可以决定距离，以提供像差校正和/或以提供像差校正的灵活性，尤其是场曲。在实施例中，孔的设置是使得每个多孔电极的相应孔之间存在有光学对准。光学对准可以使得每个子束穿过每个多孔电极的相应孔的中心。替代地/附加地，可以存在有具有稍微偏移的孔的多孔电极，这可允许对像差(诸如失真)的校正。可以由预补偿器校正的像差可包括失真，诸如针垫形(pincushion)和/或桶状
(barrel)失真。在可以与本文描述的任何其他实施例组合的实施例中，预补偿器的多孔电极可以与光轴对准。在可以与本文描述的其他实施例组合的另一实施例中，预补偿器的多孔电极至少名义上与光轴z对准(例如，以光轴z为中心)，除了从光轴沿x和/或y位移的至少一个“移位的”多孔电极。至少一个移位的多孔电极可帮助减少像差，诸如失真。在可以与本文描述的其他实施例组合的另一实施例中，预补偿器包括至少一个“移位可变的”多孔电极，其中由所述至少一个“移位可变的”多孔电极的每个孔形成的阵列偏离标称中心，例如，光轴z。每个“移位可变的”多孔电极可以可选地在x、y和/或z中移动。可以与本文所述的任何其他实施例组合的预补偿器120的另一实施例具有m＝2的“径向可变的”多孔径电极和n＝1的“笛卡尔可变的”前向多孔电极，以及可选的n＝1的“笛卡尔可变的”反向多孔电极。
89.引入子束102的像差可以取决于偏转的量，特别是由扫描器205的偏转量。子束102可被扫描器205动态地偏转和/或偏移。控制器132可动态地和/或静态地设置和/或调节“笛卡尔可变的”多孔电极122中的任何一个(或每一个)的相应电压，其可以与扫描多个子束中的每个子束同步。替代地/附加地，控制器132可动态地调节预补偿器120的多孔电极121、122中的任何一个(或每一个)的相应电压。替代地/附加地，控制器132可动态地调节“径向可变的”多孔电极121中的任何一个(或每一个)的相应电压，其可以与扫描多个子束中的每个子束同步。替代地/附加地，控制器132可以根据扫描器205对多个子束中的每个子束的偏转幅度来设置(多个)“笛卡尔可变的”多孔电极中的任何一个(或每一个)的相应电压。替代地/附加地，控制器132可以根据扫描器205对多个子束中的每个子束的偏移(这可以包括偏转方向和幅度)来设置(多个)多孔电极中的任何一个(或每一个)的相应电压。
90.预补偿器120可包括一组“径向可变的”多孔电极121(一组为至少一个)。对子束的预补偿可包括使多个子束中的每个子束穿过(多个)“径向可变的”多孔电极121并减小像差的径向部分。预补偿器120可包括一组“笛卡尔可变的”多孔电极122。预补偿可包括使多个子束中的每个子束穿过(多个)“笛卡尔可变的”多孔电极122，并减小像差的笛卡尔部分。
91.有利地考虑对子束的可能的像差，所述像差可被预补偿为可分解为径向贡献和笛卡尔贡献。如本文所述的预补偿器利用了这种可能的分解。此外，可以方便地认为，像差的径向部分和笛卡尔部分中的每一者可以进一步分解为不同阶(对于径向部分和笛卡尔部分分别为m＝1,2,3...和n＝1,2,3...)的贡献。
92.在实施例中，减小像差的径向部分包括使每个子束穿过预补偿器120的“径向可变的”多孔电极中的每一者的每个对应的孔。每个“径向可变的”多孔电极的电压由控制器132控制。
93.在实施例中，减小像差的笛卡尔部分(x和/或y)包括使每个子束穿过“笛卡尔可变的”多孔电极中的每一者的每个对应的孔。
94.预补偿器可以可选地包括入口多孔电极和/或出口多孔电极。(多个)“径向可变的”多孔电极和至少一个“笛卡尔可变的”多孔电极可以在入口和出口多孔电极之间。穿过预补偿器的子束可各自首先穿过入口多孔电极，并且最后穿过出口多孔电极。对子束中的每个子束进行预补偿可包括使子束中的每个子束依序穿过入口和出口电极，以及在使子束中的每个子束穿过入口多孔电极之后和在穿过出口多孔电极之前，使子束中的每个子束穿
过(多个)“径向可变的”多孔电极和(多个)“笛卡尔可变的”多孔电极。入口多孔电极和/或出口多孔电极可各自具有相同的相应直径(例如，入口多孔电极的孔为d1，而出口多孔电极的孔为d2)的多个孔。
95.图5是根据本文描述的实施例的预补偿器120的示意性截面图。图5的预补偿器120可以具有图1的预补偿器的一些或全部特征，使得可以参考上述说明，这里不再赘述。
96.图5的预补偿器120包括：“径向可变的”多孔电极121，其具有为多个子束提供变化的焦距的第一多个开口；“笛卡尔可变的”多孔电极122，其具有与第一多个开口对准的第二多个开口；以及控制器132，其配置为调节径向可变的和笛卡尔可变的多孔电极121、122的电压ur和uc中的至少一个。
97.在可以与本文描述的其他实施例组合的一些实施例中，预补偿器120可进一步包括出口多孔电极123，出口多孔电极123具有在径向可变的多孔电极121和笛卡尔可变的多孔电极122的下游的第三多个开口。替代地或附加地，预补偿器120可进一步包括入口多孔电极124，所述入口多孔电极124具有在径向可变的多孔电极121和笛卡尔可变的多孔电极122的上游的第四多个开口。
98.入口和出口多孔电极可具有相对于坐标r、x和/或y恒定直径的孔。在一些实施例中，入口和/或出口多孔电极123、124可以接地，如图5中示意性的描绘的。特别地，在一些实施方式中，接地的入口多孔电极124可布置在“径向可变的”多孔电极121的上游，并且接地的出口多孔电极123可布置在“笛卡尔可变的”多孔电极122的下游。
99.当入口多孔电极124和出口多孔电极123接地时，预补偿器120可以实质上和/或基本上具有使多个子束聚焦的离子聚焦镜(einzel lenses)阵列的效果，而不改变子束的能量。因此，离开预补偿器120的带电粒子可以具有与进入预补偿器120的带电粒子基本上和/或实质上相同的能量。
100.常规地，离子聚焦镜可由具有沿光轴与圆柱形开口串联的三个或更多个电极组成。离子聚焦镜中的静电位是对称的，使得带电粒子在离开离子聚焦镜时会重新获得初始能量。特别地，离子聚焦镜的入口和出口电极可以接地或可以设置在相同的电位上。在离子聚焦镜中，径向外部带电粒子的径向速度可以通过至少一个中心电极来改变，使得外部带电粒子朝光轴会聚。
101.在实施例中，静电多极装置250可以设置在指向上游方向的预补偿器120的束入口表面处。例如，静电多极装置250的多极单元可以一体地形成在指向带电粒子源的入口多孔电极124的表面处。替代地或附加地，静电多极装置250的多极单元可以设置在指向下游方向的预补偿器120的束出口表面处。例如，多极单元可以一体地形成在指向目标的出口多孔电极123的表面处。
102.图6示出了根据本文所述的实施例的操作带电粒子装置的方法。所述方法包括形成子束610、使每个子束穿过至少一个“径向可变的”多孔电极620、使每个子束穿过至少一个“笛卡尔可变的”多孔电极630、扫描子束中的每个子束640、以及将每个子束聚焦在目标上650。
103.图7示出了根据实施例的预补偿器的多孔电极。预补偿器可包括具有椭圆孔的至少一个多孔电极732，所述椭圆孔具有不相等的长轴和短轴。图7示出了两个“椭圆”多孔电极。上部“椭圆”多孔电极701具有带有沿x的长轴的孔，而图7的下部“椭圆”多孔电极702具
有带有沿y的长轴的孔。每个子束可穿过每个“椭圆”多孔电极的一个相应的孔。控制器132可与每个“椭圆”多孔电极通信并且向其施加可变电压uex、uey。椭圆孔可允许可变地调节像散(stigmatism)。
104.如从前面的描述中可理解的，预补偿器可包括一系列仿真多项式的项的多孔电极。例如，等式1的每个项可代表0,1,2...和m阶的每个“径向可变的”多孔电极。在下面的序列1中，每个项表示具有由每个相应项给定的孔尺寸分布的多孔电极。每个相应的孔直径根据r的幂而缩放(“径向可变的”多孔电极)。在序列2中，孔直径根据x的幂而缩放(“笛卡尔可变的”多孔电极)。与序列2类似的序列，其中x被y代替，可以代表直径沿y而不是x缩放的“笛卡尔可变的”多孔电极。(序列1)(序列2)类似地，根据可以与任何其他实施例组合的实施例，预补偿器可包括可变椭圆率的多孔电极。在每个“椭圆可变的”多孔电极中，孔的长/短轴之比q沿r、x或y缩放。再次参考序列1和序列2，其每个项可以对应于可变的比q(长轴和短轴的比)，而不是可变孔直径。预补偿器可包括从序列1和序列2以及它们的组合推断出的任何“椭圆可变的”多孔电极。在可以与本文描述的任何其他实施例组合的实施例中，多孔电极的孔的布置沿x、y或r变化。例如，孔未对准，使得每个子束在孔中居中。多孔电极的每个孔相对于子束居中的位置的孔失准(分别在x、y或径向上)根据序列1或序列2的项而缩放。例如，这种布置在提供对像差(coma)的灵活校正方面是有用的。
105.本文所述的多孔电极的每种配置和/或类型可以可选地在预补偿器中。尽管前述内容针对特定实施例，但是在不脱离其基本范围的情况下，可设想其他和进一步的实施例，并且其范围由以下权利要求限定。