操作粒子光學單元的粒子束系統和方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種操作粒子光學單元的粒子束系統和方法粒子束系統。
【背景技術】
[0002] 粒子束系統使用粒子光學單元以期望方式影響帶電粒子束，使得例如光學成像可 以使用帶電粒子束來獲得。帶電粒子可以是例如電子或離子，并且粒子束系統可以用作例 如顯微鏡或光刻設備。
[0003] 粒子光學單元通常具有多個粒子光學部件，其中的每一個對于通過相應粒子光學 部件的粒子束有作用。舉例而言，粒子光學部件可以是粒子光學透鏡，其對于粒子束具有聚 焦作用，或者粒子光學部件可以是使粒子束偏轉一角度的束偏轉器。為此，粒子光學部件提 供作用在粒子束的帶電粒子上的電場和/或磁場，并且這些作用的值或強度可通過改變電 場和/或磁場的強度而是可設定的，例如通過改變施加至提供電場的元件的電壓或者改變 饋送至產生磁場的線圈的電流。
[0004] 在粒子光學單元的情況下，每個粒子光學部件的作用必須設定為使得粒子光學單 元作為整體提供期望的作用，諸如例如一個平面到另一個平面內的粒子光學成像。在實踐 中，正確設定粒子光學單元的粒子光學部件的作用經常是困難的，因為多個粒子光學部件 以復雜方式互相作用。
[0005] 在提供粒子光學成像的粒子光學單元的情況下，可以期望改變成像的成像比 例。這可以通過改變粒子光學透鏡中的一個的聚焦效應來實現。然而，這之后通常還具有 相互成像的兩個平面之間的距離改變的效應，使得除了成像比例的改變之外還發生離焦 (defocussing)。為了避免離焦，那么其他粒子光學部件的效應也必須改變。除了成像比例 和相互成像的平面之間的距離之外，特別是在其中大量區域粒子光學地相互成像的粒子束 系統的情況下，束路徑的會聚度（convergence)和旋轉是設定為期望值的參數。其中大量 區域粒子光學地相互成像的粒子束系統的示例包括使用多個平行粒子束操作的電子顯微 鏡和光刻設備。
【發明內容】
[0006] 本發明的目標是提出一種操作粒子光學單元的方法，這使設定粒子光學部件的效 應的過程容易，使得粒子光學單元全體具有期望效應。此外，本發明的目標是提出使用多個 粒子束的粒子束系統，用于產生成像比例、束路徑的會聚度和旋轉可設定為成像的參數的 成像。
[0007] 本發明的實施例提供操作具有至少兩個、特別是三個或四個粒子光學部件的粒子 光學單元的方法，至少一個粒子束通過該粒子光學部件，并且粒子光學部件對粒子束的相 應效應是可設定的。所述方法包括提供粒子光學部件的效應的第一設定，使得具有所述粒 子束的粒子的第一平面被粒子光學地成像到第二平面中，其中粒子光學成像可通過至少兩 個、特別是三個或四個參數來表征。所述參數可以包括例如成像比例、旋轉、束路徑的會聚 度和第一平面和第二平面之間沿著束路徑的距離。成像比例表征要成像在第一平面中的物 體的范圍和在第二平面中的物體的像的范圍之間的比率。旋轉表征要成像在第二平面中的 物體的像繞粒子光學單元的光軸的取向，因為通過特別是旋轉對稱磁場提供其效應的粒子 光學部件導致所述取向的改變。束路徑的會聚度表征粒子束提供光學效應的主射線照在第 二平面上的角度。經常可期望的是，提供所謂的遠心成像，其中所述粒子束的主射線正交地 通過第一平面和第二平面，而與平面中的橫向位置無關。第一平面和第二平面之間的距離 表征物體相對于粒子光學單元要布置的操作距離，從而例如物體的表面與第二平面一致， 使得第一平面清晰地成像在物體的表面上。
[0008] 在提供粒子光學部件的效應的第一設定的過程之后，粒子光學單元因此被設定為 成像粒子光學單元。然后，方法進一步包括確定描述粒子光學部件的效應變化之間關系的 線性或非線性數學映射，所述變化例如由于通過線圈的電流變化或電極上的電壓變化以及 表征粒子光學成像的參數變化，例如成像比例和會聚度。根據實施例，在線性情況下的這種 關系可以由矩陣A描述，使得以下使用：
[0011] 其中P是具有分量w/，w/，......，的矢量，其中η是粒子光學部件的數目，
[0009]
[0010] 并且所述分量Wj1中的每一個表示在所述第一設定的情況下所述粒子光學部件中的一個的 效應值；W是具有分量《2,......，wn的矢量，所述分量表示在與所述第一設定不同的設 定的情況下所述粒子光學部件的效應值；7是具有分量ρ/，ΡΛ......，Pm1的矢量，其中 m是表征所述粒子光學成像的參數的數目，并且所述分量.Pi1中的每一個表示在所述第一設 定的情況下所述參數中的一個的值；并且f是具有分量Pl，P2,......，Pm的矢量，所述分量 表示在與所述第一設定不同的設定的情況下的參數的值。
[0012] 根據實施例，矩陣A可以由實驗確定。舉例而言，從粒子光學部件的效應的第一設 定出發，單獨效應可以改變，并且表征粒子光學成像的參數的合成變化可以例如通過測量 確定。
[0013] 可實施mXη個測量，以確定矩陣A的mXη個條目：對于m個參數中的每一個，η個 粒子光學部件改變，并且部件的每個改變對相關參數的影響在各情況下被確定。這針對全 部參數而實施。對于每個參數，這導致了等于粒子光學部件的數目的方程式的數目。在這 種情況下，粒子光學部件的改變必須進行，使得方程式的線性獨立系統出現。從針對全部參 數的方程式，矩陣Α的全部分量以這種方式出現。用數學表達，在針對矩陣Α中的m個行矢 量awau，......，ain(i=1，......，m)中的每一個的η個測量中的每一個中，η個方程式 出現，可以關于行矢量au，ai2,......，ain(i=1，......，m)中的元素而解出η個方程式。 也就是說，矩陣Α的全部矩陣元素可以使用mXη個測量確定。對于m不等于η的情況，方 程式的超定或欠定系統會出現。然而，這不會導致在后面的步驟中的方法的任意限制。
[0014] 舉例而言，在最簡單的情況中，確定矩陣Α可以包括產生與第一設定不同的設定， 通過這種方式，矢量Δνν1'的分量Δ%1，Aw/，......，Δ'1中只有一個與零不同，分析在粒 子光學部件的設定與第一設定不同的情況下出現的粒子光學成像，并且確定表征粒子光學 成像的參數。然后，對應行矢量的方程式系統簡化為對角系統。
[0015] 根據這里的實施例，確定矩陣A進一步包括重復產生與第一設定不同的設定的過 程，其中矢量Δνν1中的分量Aw；!1，......，Aw?中只有一個分量與零不同，而同時矢 量P的全部其他分量是零。然而，也可能的是，矢量;^的兩個或更多個分量與零不同。 這個最后的對應于上面描述的一般情況。
[0016] 根據進一步實施例，確定矩陣A包括數值模擬粒子光學成像，使得在粒子光學部 件的效應改變的情況下帶來的表征成像的參數的改變基于數值模擬來確定。
[0017] 粒子光學部件可以包括其可設定效應是聚焦效應的粒子光學透鏡、其可設定效應 是像散效應的像散校正裝置、以及其他粒子光學部件及它們的組合。
[0018] 根據實施例，粒子束系統包括配置為產生多個第一粒子束的第一場的多波束源； 配置為將所述第一粒子束引導至物體的第一粒子光學單元；以及控制器；其中第一粒子光 學單元包括至少兩個，特別是三個或四個布置在第一粒子光學單元的束路徑中的粒子光學 透鏡；其中所述控制器配置為設定第一粒子光學單元的粒子光學透鏡中的每一個對第一粒 子束的效應，使得具有第一粒子束中的粒子的第一平面被粒子光學地成像到第二平面上， 并且第二平面與物體平面一致，使得第一粒子束在位于第二場的照射位置處照射在物體 上。
[0019] 粒子束系統中使用的第一粒子光學單元允許以這種方式設定，第一平面和第二平 面之間的距離是可設定的，使得如果例如第一平面相對于第一粒子光學單元固定定位并且 物體布置在離第一平面給定距離處，則第二平面可以設定為使得第二平面布置在物體處并 例如與物體的表面一致。第一粒子光學單元其次允許將表征粒子光學成像的其它參數設定 為期望值。所述參數包括特別是成像比例、旋轉、束路徑的會聚度，其中這些參數可以尤其 互相獨立地被設定。這意味著，例如，在束路徑的會聚度和旋轉不改變的情況下，成像比例 可以改變，或者在成像比例和束路徑的會聚度不改變的情況下，旋轉可以改變。
[0020] 根據實施例，多波束源配置為使得產生的束在布置為互相隔一距離的位置上通過 第一表面并在第一平面中限定第一場。在各情況下，這些位置可以以互相隔開相同距離而 定位在場中。此外，位置可以形成矩形柵格或六角形柵格。特別地，所述位置之間的距離可 以是固定的，也就是說不可改變。第一平面中的這些位置由粒子束成像到第二平面中或物 體上的位置，在該位置，粒子束通過第二平面或照射在物體上。在第二平面中或在物體上， 這些位置形成粒子光學地對應于第一場的第二場，其中第二場中的位置之間的距離依賴于 粒子光學成像的成像比例。根據實施例，控制器配置為通過改變所述第一粒子光學單元的 粒子光學透鏡的效應來改變成像比例并因此改變在第二場內照射位置之間的距離。
[0021] 第二平面中或物體上的第二場的取向依賴于粒子光學成像的旋轉。根據實施例， 控制器進一步配置為通過改變第一粒子光學單元的粒子光學透鏡的效應來改變旋轉并因 此改變照射位置的第二場相對于粒子光學透鏡的取向。
[0022] 控制器進一步配置為在過程中不改變照射位置的第二場相對于粒子光學透鏡的 取向的情況下，通過改變第一粒子光學單元的粒子光學透鏡效應來改變第二場內照射位置 之間的距離。
[0023] 控制器可以同樣配置為在過程中不改變第二場內的照射位置之間的距離的情況 下，通過改變第一粒子光學單元的粒子光學透鏡的效應來改變照射位置的第二場相對于粒 子光學透鏡的取向。
[0024] 根據實施例，粒子束系統進一步包括：探測器，具有布置在第三場中的多個探測區 域；第二粒子光學單元，配置為將從在所述物體上的照射位置的第二場中的照射位置出現 的第二粒子束引導至探測區域的第三場上；其中第二粒子光學單元具有布置在第二粒子光 學單元在第三平面和第四平面之間的束路徑中的至少兩個，特別是三個或四個粒子光學透 鏡。控制器配置為設定第二粒子光學單元的粒子光學透鏡中的每一個對第二粒子束的效 應，使得第三平面成像到第四平面中。在這種情況下，第三平面可以與物體的表面一致，并 且探測區域的場可以布置在第四平面中，使得第二粒子束中的每一個照射在布置在第三場 中的探測區域中的至少一個上，并且相互不同的第二粒子束照射在相互不同的