(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体の検査および計測に使用される電子顕微鏡等の荷電粒子ビーム装置用の「撮像装置」（収差補正装置に準ずる装置）であって、ＥＤＸ分析、ＷＤＸ分析、欠陥検査等の分解能およびスループットを向上させるために高プローブ電流で分散の小さいビームを形成できるようにする。【解決手段】２ｘｍ極子要素を備えたウィーンフィルタ２の第１開口６の上流と第２開口７の下流にそれぞれ第１レンズ１および第２レンズ３を配置し、第１レンズ１の中間像面Ｚ１を前記第１開口６と前記第１レンズ１との間に、第２レンズ３の中間物体面Ｚ３を前記第２開口７と前記第２レンズ３との間に位置させ、前記Ｚ１に形成された像をウィーンフィルタで分散を除去して前記Ｚ３に移送する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１レンズ（１）と
第１開口および第２開口を有し、２＊ｍ極子要素（５０２、５０３、５２２、５２３、５３２〜５３５）、ｍ＝２をさらに備えるウィーンフィルタ（２）と、
第２レンズ（３）と
を備え、
前記第１レンズ（１）が、前記ウィーンフィルタ（２）の前記第１開口（６）の上流に配置され、前記第２レンズ（３）が、前記ウィーンフィルタ（２）の前記第２開口（７）の下流に配置され、前記第１レンズ（１）の中間像面（Ｚ１）が、前記第１開口（６）と前記第１レンズ（１）との間に位置し、前記第２レンズ（３）の中間物体面（Ｚ３）が、前記第２開口（７）と前記第２レンズ（３）との間に位置し、
前記ウィーンフィルタ（２）が、前記第１レンズ（１）の前記中間像面（Ｚ１）において形成される無収差像を、前記第２レンズ（３）の前記中間物体面（Ｚ３）において形成される無収差像に分散なし撮像するように適合される、撮像装置。
【請求項２】
前記ウィーンフィルタ（２）が、前記ウィーンフィルタ内において、ｘ−ｚ面における軸方向基本軌跡（８）が、前記ウィーンフィルタ（２）の中心（Ｚ２）に関して反対称であるようにさらに適合される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ウィーンフィルタ（２）が、前記ウィーンフィルタ内において、ｙ−ｚ面における軸方向基本軌跡（９）が、前記ウィーンフィルタ（２）の中心（Ｚ２）に関して反対称であるようにさらに適合される、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
ｘ−ｚ面およびｙ−ｚ面における前記反対称軸方向基本軌跡（８、９）が、前記ウィーンフィルタの本質的に前記中心において前記ウィーンフィルタ内に単一の交差を有し、それにより、１つの中間無収差像（Ｚ２）が、前記ウィーンフィルタの本質的に前記中心において前記ウィーンフィルタ内に形成される、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記ウィーンフィルタ（２）が、前記ウィーンフィルタ内において、ｙ−ｘ面における軸方向基本軌跡（９）が、前記ウィーンフィルタ（２）の前記中心（Ｚ２）に関して対称であるようにさらに適合され、それにより、非点収差中間像（Ｚ２）が、前記ウィーンフィルタの前記中心において形成される、請求項１または２に記載の装置。
【請求項６】
前記中間像面（Ｚ１）および前記中間物体面（Ｚ３）が、前記ウィーンフィルタ（２）の外部に位置し、かつ前記ウィーンフィルタの前記中心（Ｘ２）から同じ距離だけ離れて位置する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
帯電粒子ビームの分散が、前記第２レンズ（３）の前記中間物体面（Ｚ３）において形成される前記無収差像の面においてのみ消失する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
帯電粒子ビームの分散が、前記第２レンズ（３）の前記中間物体面（Ｚ３）において形成される前記無収差像の前記面、および前記第２レンズ（３）の前記中間物体面（Ｚ３）において形成される前記無収差像の前記面の下流にあるすべての面において消失する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記２＊ｍ極子要素が、４極子要素である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
第１アパーチャ手段（４）が、前記第１レンズ（１）と前記ウィーンフィルタ（２）との間に配置される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１レンズ（１）が、前記第１アパーチャ手段（４）の面において帯電粒子ビームを集束させるように適合される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
第１アパーチャ手段（４）が、前記第１レンズ（１）または前記ウィーンフィルタ（２）と一体式である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
第２アパーチャ手段（５）が、前記ウィーンフィルタ（２）と前記第２レンズ（３）との間に配置される、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
第２アパーチャ手段（５）が、前記第２レンズ（２）または前記ウィーンフィルタ（２）と一体式である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１アパーチャ手段および／または第２アパーチャ手段（４、５）が、１μｍから１５μｍの範囲の幅を有する開口を備える、請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記ウィーンフィルタ（２）が、２＊ｎ、ｎ＝１の追加の中間無収差像を形成するようにさらに適合され、ｎの中間無収差像が、前記第１開口と前記ウィーンフィルタ（２）の中心との間に形成され、ｎの中間無収差像が、前記ウィーンフィルタ（２）の中心と前記第２開口との間に形成される、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
帯電粒子源（１５）、および請求項１〜１６のいずれか一項に記載の撮像装置を備え、高プローブ電流モードとモノクロメータモードとの間において切り替えるように適合される、帯電粒子装置。
【請求項１８】
前記高プローブ電流モードにおいて、前記ウィーンフィルタ（２）が、前記第１レンズ（１）の中間像面（Ｚ１）において形成される無収差像を、前記第２レンズ（３）の前記中間物体面（Ｚ３）において形成される無収差像に分散なし撮像するように適合され、前記第１レンズ（１）が、前記ウィーンフィルタの前記第１開口（６）の近傍の面において帯電粒子のビームを集束させるように適合される、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記高プローブ電流モードにおいて、前記ウィーンフィルタ（２）が、前記第１レンズ（１）の中間像面（Ｚ１）において形成される無収差像を、前記第２レンズ（３）の前記中間物体面（Ｚ３）において形成される無収差像に分散なし撮像するように適合され、前記第１レンズ（１）が、前記第１アパーチャ手段（４）の本質的に面において帯電粒子のビームを集束させるように適合される、請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
前記モノクロメータモードにおいて、前記２＊ｍ極子要素が、ｘ−ｚ面において前記ウィーンフィルタの集束効果を消去し、かつｙ−ｚ面において集束させるように適合され、前記第１レンズ（１）が、前記ウィーンフィルタの本質的に前記中心（Ｚ２）における面において帯電粒子ビームを集束させるように適合される、請求項１７に記載の装置。
【請求項２１】
前記第２レンズ（３）が、帯電粒子ビームをサンプル（１３）の上に集束させるように適合される、請求項１７〜２０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
帯電粒子ビームをサンプル（１３）の上に集束させる対物レンズ（８）をさらに備え、前記対物レンズ（８）が、前記第２レンズ（３）と前記サンプル（１３）との間に配置される、請求項１７〜２０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２３】
前記帯電粒子源（１５）と前記第１レンズ（１）との間に配置されるアノードレンズ（１６）をさらに備える、請求項１７〜２２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
（ａ）第１レンズの本質的に中間像面において無収差像を形成するステップと、
（ｂ）前記無収差像を第２レンズの本質的に中間物体面に分散なし撮像するステップと、
（ｃ）前記第２レンズの本質的に前記中間物体面において無収差像を形成するステップとを含む、撮像装置を動作する方法。
【請求項２５】
ステップ（ｂ）が、２＊ｍ極子要素、ｍ＝２を備えるウィーンフィルタを調節するステップをさらに含み、それにより、前記ウィーンフィルタ内において、ｘ−ｚ面における軸方向基本軌跡（８）が、前記ウィーンフィルタの中心に関して反対称である、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
ステップ（ｂ）が、前記ウィーンフィルタ（２）を調節するステップをさらに含み、それにより、前記ウィーンフィルタ内において、ｙ−ｚ面における軸方向基本軌跡（９）が、前記ウィーンフィルタの中心に関して反対称である、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
ｘ−ｚ面およびｙ−ｚ面における前記反対称軸方向基本軌跡の前記単一交差が、前記ウィーンフィルタ内において生成されるように、前記ウィーンフィルタが適合され、それにより、１つの中間無収差像が、前記ウィーンフィルタの本質的に前記中心において前記ウィーンフィルタ内に形成される、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
ステップ（ｂ）が、前記ウィーンフィルタ内において、ｙ−ｚ面における軸方向基本軌跡が、前記ウィーンフィルタの中心に関して対称であるように、前記ウィーンフィルタを調節するステップをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
ステップ（ａ）の前記無収差像が、前記ウィーンフィルタの上流開口の本質的に面において、帯電粒子ビームを集束させることによって形成される、請求項２４〜２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
ステップ（ａ）の前記無収差像が、前記第１レンズと前記ウィーンフィルタの前記上流開口との間に位置するアパーチャ手段の本質的に面において帯電粒子ビームを集束させることによって形成される、請求項２４〜２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
前記ウィーンフィルタが、２＊ｎ、ｎ＝１の追加の中間無収差像を形成するようにさらに適合され、ｎの中間無収差像が、前記ウィーンフィルタの上流開口と中心との間に形成され、ｎの中間無収差像が、前記ウィーンフィルタの中心と下流開口との間に形成される、請求項２５〜３０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３２】
前記無収差像が、前記帯電粒子源の像である、請求項２４〜３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３３】
プローブ電流が、第１アパーチャに関して前記第１レンズの下流において帯電粒子ビームの交差位置を変更することによって連続的に調節される、請求項２４〜３２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３４】
帯電粒子装置を動作する方法であって、
（ａ）高プローブ電流モードまたはモノクロメータモードにおいて前記帯電粒子装置を動作するステップと、
（ｂ）前記帯電粒子装置をモノクロメータモードまたは高プローブ電流モードに切り替えるステップとを含む、方法。
【請求項３５】
前記高プローブ電流モードが、第１レンズの中間像面に形成される無収差像を、第２レンズの中間物体面に形成される無収差像に分散なし撮像するように、２＊ｍ極子要素、ｍ＝２を備えるウィーンフィルタを調節し、前記ウィーンフィルタの上流開口の本質的に面において前記帯電粒子のビームを集束させるように前記第１レンズをさらに調節する他のステップを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記高プローブ電流モードが、第１レンズの中間像面において形成される無収差像を、第２レンズの中間物体面において形成される無収差像に分散なし撮像するように、２＊ｍ極子要素、ｍ＝２を備える前記ウィーンフィルタを調節し、第１アパーチャ手段の本質的に面において前記帯電粒子のビームを集束させるように前記第１レンズをさらに調節する他のステップを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
前記モノクロメータモードが、ｘ−ｚ面においてウィーンフィルタの集束効果を消去し、ｙ−ｚ面において集束させるように２＊ｍ極子要素を調節し、前記ウィーンフィルタの本質的に中心における面において帯電粒子ビームを集束させるように第１レンズを調節する他のステップを含む、請求項３４〜３６のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、帯電粒子ビームの撮像装置および帯電粒子ビーム装置に関し、具体的には、高プローブ電流に適合された撮像装置および帯電粒子ビーム装置に関する。本発明は、帯電粒子ビーム装置の撮像装置を動作する方法にさらに関する。
【発明の背景】
【０００２】
帯電粒子ビーム装置は、製造中の半導体デバイスの検査、リソグラフィの露光システム、検出デバイス、および試験システムを含めて、これに限定されるずに、複数の応用分野において多くの機能を有する。したがって、マイクロメートルおよびナノメートルのスケール内において試験片を構造化および検査することが大きく要求される。
【０００３】
サブマイクロメートルおよびナノメートルのスケールのプロセス制御、検査、または構造化が、電子顕微鏡または電子ビームパターン生成装置などの帯電粒子ビームデバイスにおいて生成されて集束される電子ビームなど、帯電粒子ビームでしばしば実施される。帯電粒子ビームは、短波長のためにたとえば光子ビームと比較して、優れた空間分解能を提供する。
【０００４】
半導体産業の分野において使用される帯電粒子ビームデバイスは、リソグラフィックデバイス、検査デバイス、ならびにＣＤ（臨界寸法）測定、およびＤＲ（欠陥レビュー）デバイスを備える。通常、低電圧電子顕微鏡検査法が、半導体基板の帯電、およびその結果である損傷を回避するために、半導体の検査および計測に使用される。通常、最高で２ｋｅＶまたは３ｋｅＶの粒子エネルギーのみが、低エネルギー顕微鏡検査法において使用される。
【０００５】
しかし、現在の低電圧電子顕微鏡では、収差が、１ｋｅＶの電子エネルギーでは、達成可能な分解能を数ナノメートルに限定し、レンズの収差、特に対物レンズの収差を最適化するために、多大な努力が費やされてきた。
【０００６】
低エネルギー応用分野では、色収差が主流である。ガウス像面における色収差の収差ディスクの直径は、帯電粒子ビームの相対エネルギー幅ΔＥ／Ｅに比例する。分解能をさらに上げるために、モノクロメータを使用することがすでに既知である。それにより、下流電子光学撮像システムによって後に処理される電子ビームのエネルギー幅ΔＥを低減することができる。
【０００７】
ウィーンフィルタが、帯電粒子のモノクロメータとして既知であり、静電双極子場および磁気双極子場が、互いに垂直に重ね合わされる。たとえば、ＥＰ０３７３３９９が、基本電子軌跡の特定の対称性を有する８極子要素（ｐｏｌｅ  ｅｌｅｍｅｎｔ）を有するウィーンフィルタを備える補正装置を記載している。さらに、ＥＰ０３０２８６９４．２（フロシエン（Ｆｒｏｓｉｅｎ）ら）が、色収差の改善された低減を見込む重ね合わせ４極子場を有するウィーンフィルタモノクロメータを記載している。このウィーンフィルタモノクロメータでは、レンズが、帯電粒子ビームをウィーンフィルタの中心面に集束させる。しかし、この手法は、帯電粒子がウィーンフィルタに入ることが可能であるアパーチャ角度を限定するために、比較的小さいアパーチャまたはダイアフラムを使用することを必要とする。通常、そのような応用分野に使用されるアパーチャは、１μｍから１５μｍの開口幅を有する。したがって、サンプル上において提供することができる最大ビーム電流は、小さいアパーチャまたはダイアフラムによって限定される。これは、そのような帯電粒子ビーム装置について可能な応用分野の範囲を限定する。
【０００８】
具体的には、いくつかの応用分野が、高ビーム電流を必要とする。ウィーンフィルタモノクロメータの上記で記述された限定のために、そのようなデバイスは、帯電粒子ビームデバイスの高プローブ電流モードに対して適合されない。
【０００９】
高プローブ電流モードを必要とする一例が、エネルギー分散Ｘ線（ＥＤＸ）分析応用分野であり、これは、十分に高いプローブ電流を必要とする。通常、ＥＤＸ分析に必要なビーム電流は、上記で記述されたアパーチャによって可能になるビーム電流より約１０から１００倍大きい。ＥＤＸ分析中、帯電粒子は、サンプル原子の電子と衝突して、そのいくらかを排出する。空の内殻電子位置は、最終的には、外殻からの高エネルギー電子によって占有される。内殻電子状態と外殻電子状態とのエネルギー差は、Ｘ線光子として放出される。各原子が特有の殻構造を有するので、収集されたＸ線スペクトルの分析により、検査原子の種だけでなく、サンプルにおける相対量も明らかになる。したがって、ＥＤＸ分析は、サンプル検査の興味深いツールである。
【００１０】
高プローブ電流モードを必要とする他の例は、試験片を分析するために使用される波長分散型Ｘ線（ＷＤＸ）分析である。ＷＤＸ分析では、検出器は、特徴的な波長について衝突Ｘ線光子を計数する。ＥＤＸ分析と比較して、ＷＤＸ分析は、通常、より良好なエネルギー分解能およびより低い背景雑音を提供する。しかし、ＷＤＸ分析は、通常、より時間がかかり、よりいっそう高いビーム電流を必要とする。
【００１１】
高プローブ電流モードを必要とする他の例は、集積回路の電子ビーム検査である。この場合、電子ビームは、検査される集積回路のある領域を制御方式で帯電させるために使用される。そのような検査システムのスループットは、ある時間内に加えることができる電荷、すなわちビーム電流によって決定される。スループットは、半導体産業には重要であるので、検査される半導体デバイスの迅速な帯電を達成するために、十分に高いプローブ電流が使用される。
【００１２】
したがって、本発明の目的は、少なくとも過去における従来の技術の上記に記述された欠点を克服する改良帯電粒子ビーム装置を提供することである。具体的には、本発明の目的は、高プローブ電流に適合された帯電粒子ビーム装置を提供することである。
【発明の概要】
【００１３】
この目的は、請求項１に記載の撮像装置、請求項１７に記載の帯電粒子装置、請求項２４に記載の方法、および請求項３４に記載の方法によって達成される。本発明の他の態様、利点、特徴、および詳細は、従属請求項、記述、および添付の図面から明らかになる。
【００１４】
本発明の第一態様によれば、帯電粒子ビームの撮像装置が提供される。本明細書では、「撮像装置」という用語は、球面収差の係数ＣＳおよび色収差ＣＣに対し多大な制約を有さないデバイスを指す。当然、収差係数の値は、任意の限界を超えないことが可能であるが、撮像装置は、補正装置として限定されるものではない。たとえば、ＥＰ０３７３３９９に記載されている補正装置は、８つの条件を同時に満たさなければならない（ＥＰ０３７３３９９の補足Ａ参照）。それと組み合わせて、補正装置内の基本線は、２重対称条件を満たす。線は、補正装置の中心面に関して対称であり、補正装置の各半分内において対称である。対照的に、本発明による撮像装置では、基本線は、撮像装置の各半分内において対称であることは要求されていない。さらに、参照によって本明細書に組み込まれているＥＰ０３７３３９９の付録Ａに記述されている第７条件は、色収差、すなわちＣＣの補正に必要である。たとえば、この条件は、本発明による撮像装置において満たされない可能性がある。それにもかかわらず、第７条件を満たさない撮像装置は、本発明を実現する。同様に、ＥＰ０３７３３９９の付録Ａに記述されている第８条件は、球面収差の補正に必要である。たとえば、この条件は、本発明による撮像装置では満たされない可能性がある。それにもかかわらず、第８条件を満たさない撮像装置は、本発明を実現する。ＥＰ０３７３３９９の付録Ａに記述されている第３条件は、ビームの回転対称性を反映する。この条件でさえ、本発明による撮像装置に必要な条件ではない。やはり、この条件を満たさずに、撮像装置は、本発明を依然として実現する。さらに、ＥＰ０３７３３９９の上記に記述された条件の１つだけが無視されることが可能であるだけでなく、これらの条件の組合せでさえ、本発明による撮像装置において達成されない可能性があることを理解されたい。以上から、ＥＰ０３７３３９９に記載されているような補正装置が、本発明による撮像装置と比較して、設計についてはるかにより制約されることが明らかなはずである。特に、本発明による撮像装置は、ＥＰ０３７３３９９に記載されている第３、第７、もしくは第８条件、またはその任意の組合せを満たさないように、あるいは上記で記述された２重対称性を提供するように、具体的に設計されることが可能である。
【００１５】
本発明の第１態様による撮像装置は、帯電粒子ビームを集束させる第１レンズと、入口開口および出口を有するウィーンフィルタと、帯電粒子のビームを集束させる第２レンズとを備える。ウィーンフィルタは、２＊ｍ極子要素、ｍ＝２、ここで２＊ｍは極の数、をさらに備える。したがって、ウィーンフィルタは、少なくとも１つの４極子要素を備える。第１レンズは、ウィーンフィルタの入口開口の上流に位置し、第２レンズは、ウィーンフィルタの出口開口の下流に配置される。この文脈において、「上流」および「下流」という用語は、帯電粒子の源から試験片に向かう１次ビームの方向において光学軸に関して定義される。すなわち、「上流」という用語は、帯電粒子源により近い位置を指し、「下流」という用語は、対象物により近い位置を指す。第１レンズの中間像面が、入口開口と第１レンズとの間に位置し、第２レンズの中間物体面が、出口開口と第２レンズとの間に位置する。第１レンズの中間像面が入口開口に位置し、第２レンズの中間物体面がウィーンフィルタの出口開口に位置することが、「開口とレンズとの間」という表現の意味の範囲内にあることを理解されたい。さらに、本発明の目的では、中間像面および中間物体面は、ウィーンフィルタ内にわずかに位置することさえ、「開口とレンズとの間」という用語の意味の範囲内にある。したがって、第１レンズおよび第２レンズの中間像面および中間物体面は、ウィーンフィルタの内部、ウィーンフィルタの正確に入口開口または出口開口において、あるいは開口からレンズの範囲内の任意の点において、位置することができる。さらに、ウィーンフィルタは、第１レンズの中間像面において形成される第１無収差像を第２レンズの中間物体面において形成される無収差像に分散なし撮像するように適合される。
【００１６】
上記で記述された撮像装置は、高ビーム電流を動作するように適合される。双極子ウィーンフィルタ要素および２＊ｍ極子要素の組合せ作用により、実質的回転対称分散なしガウス撮像が得られる。したがって、第１レンズの中間像面において創出された無収差像は、実質的回転対称分散なし方式で第２レンズの中間物体面に撮像される。この文脈において、「実質的回転対称分散なしガウス撮像」という用語は、双極子ウィーンフィルタ要素および２＊ｍ極子要素の組合せ作用は、ウィーンフィルタの下流から見るとき、理想的な円形レンズと同様の撮像特性を有することを意味するということを理解されたい。これらの撮像特性を達成するために、ウィーンフィルタ双極子および２＊ｍ極子要素は、２重集束させる、すなわち、光学軸に沿って２つの垂直面においてビームを集束させるように適合される。すなわち、光学軸をｚ軸として定義すると、ウィーンフィルタは、帯電粒子ビームをｘ−ｚ平面において、ならびに同じｚ位置においてｙ−ｚ面において集束させる。定義によって、ｘ−ｚ面は、分散がウィーンフィルタの双極子場によって生成される面である。ｘ−ｚ面において、ウィーンフィルタの長さの第１半分内において得られる分散は、ウィーンフィルタの長さの第２半分において相殺される。したがって、入口開口における像は、実質的回転対称分散なし方式でウィーンフィルタによって出口開口に移送される。
【００１７】
第１レンズの中間像面は、ウィーンフィルタの入口開口と第１レンズとの間に位置するので、大きなアパーチャ角度内の帯電粒子は、ウィーンフィルタに入ることが可能である。ＥＰ０３０２８６９４．２に記載されている収差補償モノクロメータと比較して、本発明の実施形態による撮像装置を経て、はるかにより高いビーム電流を移送することができる。したがって、ビーム電流は、従来の技術の装置の場合のようには限定されない。具体的には、ウィーンフィルタの入口開口において、またはその近傍において創出される像は、ほとんど点状であり、特に、帯電粒子源の像に対応する。したがって、上記で記述された撮像装置は、高ビーム電流に適合され、それにより、本発明の一実施形態による撮像装置を使用する帯電粒子デバイスにおいて、たとえばＥＤＸまたはＷＤＸ分析応用分野あるいは電子ビーム検査のための高プローブ電流モードを実施することができる。
【００１８】
本発明の一実施形態によれば、ウィーンフィルタは、軸方向基本軌跡が、ウィーンフィルタ内のｘ−ｚ面において見るとき、ウィーンフィルタの中心に関して反対称であるようにさらに適合される。したがって、ウィーンフィルタ長の第１半分内において得られる分散は、ウィーンフィルタ長の第２半分において得られる分散によって自動的に均衡され、それにより、分散なし撮像が確立される。
【００１９】
本発明の他の態様によれば、ウィーンフィルタは、ｙ−ｚ面における軸方向基本軌跡が、ウィーンフィルタ内のｙ−ｚ面において見るとき、ウィーンフィルタの中心に関して反対称であるようにさらに適合される。ｙ−ｚ面における軌跡の反対称性は、必要な特徴ではないが、ｙ−ｚ面における反対称基本軌跡により、回転対称光路が得られる。
【００２０】
他の実施形態では、ｘ−ｚ面およびｙ−ｚ面における反対称基本軌跡は、ウィーンフィルタの中心における前記ウィーンフィルタ内において唯一の交差を有する。この交差において、中間無収差像が、ウィーンフィルタ内において形成される。この実施形態では、回転対称光路を実現する際に、コイルの最小限の励起のみが必要である。
【００２１】
本発明の他の実施形態によれば、ウィーンフィルタは、ｙ−ｚ面における軸方向基本軌跡がウィーンフィルタの中心に関して対称であるように適合されることが可能である。これは可能であるが、その理由は、ウィーンフィルタがｙ−ｚ面において分散を誘起しないからである。したがって、分散補償が必要ではないので、対称軸方向基本軌跡が、ｙ−ｚ面の帯電粒子によって辿られることが可能である。この実施形態では、非点収差中間像が、ウィーンフィルタの中心において形成される。非点収差像のビーム断面のサイズが無収差像のビーム断面より大きいので、すなわち、ｙ−ｚ面における基本軌跡が反対称であるとき、ウィーンフィルタ内の粒子−粒子相互作用の影響を低減することができる。これは、ビームの断面内の帯電粒子が比較的多数であるために強い相互作用が予期される高プローブ電流において、特に有用である。さらに、最低可能次数を有する、すなわちゼロ交差を有さないｙ−ｚ面における基本軌跡は、最低励起に対応する。
【００２２】
本発明の他の実施形態によれば、帯電粒子ビームの分散は、第２レンズの中間物体面において形成される無収差像の面においてのみ消失する。代替として、撮像装置は、対電粒子ビームの分散が、第２レンズの中間物体面に形成される無収差像の面の後ろのすべての面においても消失するように適合されることが可能である。
【００２３】
本発明の他の実施形態によれば、２＊ｍ極子要素は、４極子要素として実現される。４極子要素は、２＊ｍ極の最も簡単な実施態様である、すなわち、最低の可能な数の部品を有する。したがって、たとえば６極子、８極子、１０極子、またはさらにより高次の２＊ｍ極子要素と比較して、部品製造に必要な努力がはるかにより少ない。
【００２４】
本発明の一実施形態によれば、ダイアフラムまたはアパーチャが、第１レンズとウィーンフィルタの入口開口との間に位置する。好ましい実施形態では、第１レンズは、ダイアフラムまたはアパーチャの面において帯電粒子ビームを集束させるように適合される。すなわち、第１レンズの中間像面は、アパーチャ面と本質的に一致する。したがって、最大アパーチャ角度は、帯電粒子がウィーンフィルタを経て移送されるように達成され、その結果、最大ビーム電流も達成することができる。
【００２５】
本発明の他の実施形態によれば、第２ダイアフラムまたはアパーチャが、ウィーンフィルタの出口開口と第２レンズとの間に位置する。この場合、第２レンズの中間物体面は、第２アパーチャの面と本質的に一致する。
【００２６】
本発明の他の実施形態によれば、ウィーンフィルタは、ｘ−ｚ面およびｙ−ｚ面における基本軌跡が両方とも反対称であるとき、ウィーンフィルタの長さ内において２＊ｎ、ｎ＝１の追加の中間無収差像を形成するように適合される。両方の基本軌跡が反対称である場合、無収差中間像が、交差Ｚ１、Ｚ２、およびＺ３において形成される。より高い励起では、追加の２＊ｎの無収差中間像を生成することができる。この場合、最初のｎの中間無収差像は、ウィーンフィルタの入口開口と中間との間に位置し、ｎの後続中間無収差像は、ウィーンフィルタの中間と出口開口との間に形成される。しかし、非点収差中間像の場合でも、すなわち、ｙ−ｚ面における基本軌跡が対称であるときでも、中間像の数は、励起を調節することによって変更することもできることを理解されたい。さらに、中間像の数は、反対称から対称など、ｙ−ｚ面における基本軌跡の対称性が変化する場合、変更することもできる。この場合、単一中間像が出現または消失する。しかし、ｙ−ｚ面における基本軌跡の対称性が変化するとき、中間像は、基本軌跡が対称または反対称であるかに応じて、それぞれ非点収差または無収差となることが可能である。
【００２７】
本発明の他の態様によれば、実質的回転対称分散なしガウス撮像のための帯電粒子源および撮像装置を備える帯電粒子装置が提供される。そのような帯電粒子装置は、低エネルギー範囲において色収差を補正し、同時に、高プローブ電流モードに十分である高ビーム電流を提供することができる。したがって、たとえば、ＥＤＸまたはＷＤＸ分析応用分野または電子ビーム検査を実施することができる。
【００２８】
本発明の他の態様によれば、実質的回転対称分散なしガウス撮像のための撮像装置を動作する方法が提供される。方法は、ウィーンフィルタの上流に位置する第１レンズの本質的に中間像面において無収差像を創出するステップと、ウィーンフィルタの下流に位置する第２レンズの本質的に中間物体面に無収差像を分散なし撮像するステップと、第２レンズの本質的に中間物体面において無収差像を創出するステップとを含む。
【００２９】
上記の方法により動作するとき、撮像装置は、高ビーム電流体制において実質的回転対称分散なしガウス撮像をすることができる。その結果、この動作方法により、撮像装置を使用するとき、ＥＤＸまたはＷＤＸなどの高プローブ電流分析、あるいは効率的な電子ビーム検査を実施することが可能になる。
【００３０】
本発明の他の態様によれば、帯電粒子装置を動作する方法が提供され、帯電粒子装置の動作モードは、高プローブ電流モードからモノクロメータモード、またはその反対に切り替えられる。
【００３１】
本発明のこの態様により、高プローブ電流モードにおいて帯電粒子装置を動作することが可能になる。このモードでは、大きなビーム電流が、サンプル材料を分析し、次いで、帯電粒子ビームのエネルギー幅がウィーンフィルタ／２＊ｍ極子要素によって低減されるモノクロメータ検査モードに切り替えるために使用され、それにより、分解能が、色収差の低減により改善される。高プローブ電流モードは、分散なしモードとして特徴付けることもでき、モノクロメータモードは、高分散モードとして特徴付けることもできることを理解されたい。したがって、帯電粒子装置は、分散なしモードと高分散モードとの間において切り替えるように動作することができる。これらの異なる検査モード間の切替えは、レンズおよびウィーンフィルタ／２＊ｍ極子要素を調節することによって、通常は給電電流および電圧を制御することによって、容易に達成することができる。帯電粒子装置の動作モード間の切替えは、手動でまたは自動的に実施されることが可能である。後者の場合、個々の構成要素の調節は、コンピュータまたは同様の手段によって制御されることが可能である。
【００３２】
本発明の上記で示唆された態様および他のより詳細な態様のいくつかが、以下の記述において記述され、図を参照して部分的に示される。
【詳細な説明】
【００３３】
本出願の保護範囲を限定せずに、以下において、帯電粒子ビームデバイスまたはその構成要素は、電子ビームデバイスまたはその構成要素として例示的に言及される。それにより、電子ビームは、特に検査またはリソグラフィに使用されることが可能である。本発明は、帯電粒子ならびに／あるいは他の２次および／または後方散乱帯電粒子の他の源を使用する装置および構成要素が試験片の像を得るために、依然として適用することができる。
【００３４】
さらに、本出願の保護範囲を限定せずに、ほとんどの実施形態は、２＊ｍ極子要素の実現として４極子要素に言及する。しかし、２＊ｍ極子要素が４極子要素であることは、各応用分野について必要でも所望でもないことを理解されたい。むしろ、８極子要素、１２極子要素、または一般に２＊ｍ極子要素の応用分野が、本出願の範囲内にある。たとえば、当業者なら、６極子場の個々の重ね合わせが特定の応用分野に必要な場合、１２極子要素が選択されることが可能であることを理解されたい。
【００３５】
当業者なら、たとえばｘ−ｚ面またはｙ−ｚ面に関する本明細書のすべての議論は、面が互いに本質的に垂直であると理解されるべきであることも理解するであろう。本出願の理論的な議論は、数学的意味で座標に言及するが、それぞれの構成要素は、ｘ−ｚ面およびｙ−ｚ面が約８０°から１００°、好ましくは８７°から９３°、より好ましくは約８９°から９１°の角度を囲むように、互いに関して実際に配置することができる。さらに、定義によって、ｘ−ｚ面は、ウィーンフィルタ双極子場によって分散が生成される面であり、ｙ−ｚ面は、ウィーンフィルタ双極子場に関して分散がないことがさらに述べられるべきである。
【００３６】
さらに、本出願の保護範囲を限定せずに、以下において、帯電粒子ビームは、１次帯電粒子ビームと呼ばれる。本発明は、２次帯電粒子および／または背景散乱帯電粒子について依然として使用されることが可能である。
【００３７】
さらに、本出願の保護の範囲を限定せずに、本出願の範囲内において、ビームの方向は、ｚ軸に対応する。特に断りがない限り、「場（領域）の長さ」または「構成要素の長さ」という用語は、ｚ方向の寸法を記述する。
【００３８】
さらに、本出願の保護の範囲を限定せずに、本出願の範囲内において、「本質的に」という用語は、ｚ方向において、すなわちビーム方向に沿って、±５％の許容度を含むと理解されることが好ましい。
【００３９】
図面の以下の記述内において、同じ参照符号は、同じ構成要素を指す。一般に、個々の実施形態に関する相違のみが記述される。
【００４０】
図７および図８に関して、ウィーンフィルタのいくつかの原理が、ここで記述される。図７の（ａ）は、ウィーンフィルタ要素１２２および帯電粒子１２１に対するその影響を示す。双極子ウィーンフィルタは、静電場Ｅおよび磁場Ｂを生成する。場は、互いに関して垂直である。矢印１２１によって表される帯電粒子は、非公称（ｎｏｎ−ｎｏｍｉｎａｌ）エネルギーを有する。公称エネルギー内の帯電粒子のみが、ウィーンフィルタを直接通過することが可能である。したがって、帯電粒子１２１は、光学軸から偏向される。これは、帯電粒子ビーム２０となる。
【００４１】
図７の（ａ）に示されるダイアグラムと同様のダイアグラムを多くのテキストブックにおいて見ることができる。実際、ウィーンフィルタの励起をさらに増大させることが適切である。その例が、図７の（ａ）および（ｂ）に示されている。励起の増大を開始すると、帯電粒子ビーム２１によって示されるように、励起により偏向角度が増大する。しかし、ウィーンフィルタ１２２の励起がさらに増大される場合、帯電粒子ビームは、限界偏向角に到達する。さらに増大させると、偏向角は減少する（図７の（ｂ）参照）。帯電粒子は、再び光学軸に向かって偏向される。したがって、励起が増大される場合でも、偏向角は、ある限界を超えては増大されない。
【００４２】
これは、図８の（ａ）を参照するとよりよく理解されることが可能である。図８の（ａ）は、光学軸（ｚ軸）に沿って長さＬ１を有するウィーンフィルタ１３２の上方部分を示す。入り帯電粒子１３１が、静電場および磁場のために撮像される。ウィーンフィルタは、分散特性の他に、撮像特性を有する。図８の（ａ）の下方部分のダイアグラムは、偏向角対ｚ位置を示す。位置ｚｉおよび位置ｚｉｉについて、角度は、ほぼ同様である。したがって、異なるエネルギーの帯電粒子間において分離の増大を有するために、全励起エネルギーを使用することはできない。
【００４３】
励起という用語は、図８の（ａ）および（ｂ）を比較するとき、よりよく理解されることが可能である。図８の（ｂ）のウィーンフィルタは、長さＬ２を有し、これは、図８の（ａ）に示されるウィーンフィルタの長さＬ１より短い。しかし、ビーム経路３２は、ビーム経路３０に同等である。これは、ウィーンフィルタ１３４内において、より大きな場記号によって示される、静電場および磁場のより大きな場の強度を有することによって実現される。励起は、ウィーンフィルタの長さと場の強度との積であると考えることができる。
【００４４】
ここで、本発明の一実施形態による撮像装置が、図１に関して記述される。図１に示される実施形態では、第１レンズ１が、ウィーンフィルタ２の上流に配置される。通常、第１レンズは、円形レンズである。第１レンズ１の中間像面Ｚ１が、ウィーンフィルタ２の第１開口６の面から第１アパーチャ４の面の範囲に本質的に位置する。開口幅Ｗ１を有する第１アパーチャ４は、ウィーンフィルタの第１開口６に近接する位置において、第１レンズ１とウィーンフィルタ２との間に配置される。開口幅Ｗ２を有する第２アパーチャ５が、ウィーンフィルタの第２開口７と第２レンズ３との間に配置される。通常、開口幅Ｗ１およびＷ２は、１μｍから１５μｍ、通常は５μｍから１０μｍの範囲にあり、１０μｍは、非常に一般的な値である。通常、第１アパーチャ４および第２アパーチャ５の開口幅は、撮像装置が高プローブ電流モードおよびモノクロメータモードの両方において動作することができるように選択される。通常、第２レンズ３も、円形レンズである。第２レンズの中間物体面が、ウィーンフィルタ２の第２開口７の面から第２アパーチャ５の面までの範囲に本質的に位置する。構成全体は、通常、ウィーンフィルタの中心に関して対称であるので、第１アパーチャ４および第２アパーチャ５の開口幅は、通常、同じである。
【００４５】
次に、ウィーンフィルタの構成が記述される。図２の（ａ）〜（ｄ）は、ウィーンフィルタ双極子要素、ならびにウィーンフィルタ双極子要素、および２＊ｍ極子要素の異なる実施形態を示す。ビューは、ｚ軸の方向においてである。図２の（ａ）では、静電極５０２および５０３が存在する。これらの極は、ｘ方向において電場を生成するために使用される。磁極５１２および５１３は、一般にコイルによって励起され、ｙ方向において磁場を生成するために使用される。極５０２、５０３、５１２、および５１３は、双極子ウィーンフィルタ要素を形成する。
【００４６】
図２の（ｂ）の実施形態は、上記で記述されたウィーンフィルタの要素を備える。さらに、静電極５２２および５２３が提供される。これらの静電極５２２および５２３は、静電極５０２および５０３と共に、集束および準非分散要素として使用することができる静電４極子を形成する。図２の（ｂ）の実施形態内において、ウィーンフィルタ要素および４極子要素は、極を共有する。したがって、これらの２つの要素は、１つの構成要素として提供される。
【００４７】
代替実施形態（図示せず）において、ウィーンフィルタ要素の静電極、および静電４極子要素の静電極は、分離することができる。そのような場合、ウィーンフィルタ要素および静電４極子要素は、２つの別々の構成要素と見なされる。ウィーンフィルタ要素および４極子要素の極の可能な分離は、図２の（ｃ）を参照してより容易に理解することができる。
【００４８】
図２の（ｃ）は、双極子ウィーンフィルタ要素（５０２、５０３、５１２、５１３）および磁気４極子５３２から５３５を有する実施形態を示す。磁気４極子要素でｘ方向の集束およびｙ方向の集束を生成するために、磁気４極子の極は、ウィーンフィルタ要素の極と比較して、４５°回転される。図２の（ｃ）の場合、２つの可能性、すなわち、ウィーンフィルタ要素および４極子要素を含む１つの多重極を提供すること、または、２つの構成要素を提供することを実現することができる。
【００４９】
図２の（ｄ）は、組合せ静電磁気多重極の一実施形態の図を示す。それにより、２つの静電極および２つの磁極が、双極子ウィーンフィルタを形成する。さらに、静電４極子場および／または磁気４極子場を生成することができる。さらに、電子ビームが試験片に当たっている最中に誘導される収差を補償するために、８極子場などのより高次の多重極場を生成することができる。
【００５０】
図２の（ａ）〜（ｄ）を参照して、２＊ｍ極子要素を有するウィーンフィルタ要素およびその組合せの異なる実施形態および個々の詳細が全般的に開示された。相互に排他的でない限り、記述された詳細は、特定の実施形態に依存せずに、互いに組み合わせることができる。さらに、上記で記述された４極子要素および８極子要素は、２＊ｍ極子要素の単なる例であることを理解されたい。また、１２極子または１６極子など、より高次の２＊ｍ極子を適用することは、本発明の範囲内にある。
【００５１】
次に、本発明の一実施形態による組合せウィーンフィルタ／４極子要素２の動作および作用が、図１および図３の（ａ）〜（ｄ）を参照して記述される。
【００５２】
図１において、実線は、ｘ−ｚ面におけるシステムの軸方向基本軌跡８を示し、破線は、ｙ−ｚ面におけるシステムの軸方向基本軌跡９を示す。第１無収差像が、第１レンズ１の中間像面の位置Ｚ１において創出される。図１に示される実施形態では、この中間像面は、第１アパーチャ４の面と本質的に一致する。したがって、大きなアパーチャ角度から来る帯電粒子が、第１アパーチャ４の開口に入ることが可能である。その結果、非常に高いビーム電流が、第１アパーチャ４を経て移送される。しかし、第１レンズ１の中間像面は、第１レンズ１からウィーンフィルタ２の入口開口６にわたる光学軸上の任意の位置に位置することが可能であることを理解されたい。ウィーンフィルタ２の内部に位置することさえ可能である。Ｚ１の中間無収差像は、第２レンズ３の中間物体面Ｚ３において中間無収差像に撮像される。図１に示される実施形態では、位置Ｚ３は、第２アパーチャ５の開口内にある。しかし、ウィーンフィルタ２の出口開口７から第２レンズ３にわたる光学軸上の任意の位置にあることが可能である。ウィーンフィルタ２の内部に位置することさえ可能である。この実施形態では、中間像面Ｚ１および中間物体面Ｚ３は、ウィーンフィルタ２の外部に位置し、同じ距離だけウィーンフィルタの中心Ｚ２から離れている。したがって、第１開口４内において帯電粒子ビームを集束させて、最大プローブ電流を得ることが可能である。
【００５３】
上記で記述されたように、第１アパーチャ４に関するＺ１における交差位置は、比較的自由に選択することができる。Ｚ１における交差とアパーチャ開口との間の光学軸上の距離は、ウィーンフィルタ２に入るビーム電流の量を決定する。したがって、第１アパーチャ４に関して交差の位置Ｚ１を変化させることによって、プローブ電流を連続的に調節することが可能である。したがって、ある限界内において、プローブ電流は、特定の応用分野について調節されることが可能である。
【００５４】
ｘ−ｚ面における基本軌跡８（実線）は、ウィーンフィルタの中心面に関して反対称である。したがって、ウィーンフィルタ２の第１半分内において得られる分散は、ウィーンフィルタの第２半分において補償される。ｙ−ｚ面における基本軌跡９（破線）は、ウィーンフィルタに関して対称であり、したがって、ウィーンフィルタ２の下流において反対称基本軌跡８と一致する。ウィーンフィルタは、ｙ方向において分散を誘起しないので、ｙ−ｚ面における基本軌跡が反対称である必要はない。図１からわかるように、非点収差像Ｚ２が、ウィーンフィルタの中心において創出される。したがって、ビーム内の粒子相互作用は、ウィーンフィルタ内において低減することができる。
【００５５】
しかし、基本軌跡９は、図３の（ａ）を参照して説明されるように、ｘ−ｚ面における基本軌跡８と同様に反対称であるように選択することもできる。図３の（ａ）は、基本電子軌跡を示す。第１基本電子軌跡８が、ｘ−ｚ面に位置し、第２基本電子軌跡９が、ｙ−ｚ面に位置する。第１基本軌跡８によって囲まれる領域は、両基本軌跡の区別を容易にするために斜線が付けられている。基本軌跡８、９は、ｚ軸上の共通位置Ｚ１から開始する。この位置Ｚ１は、たとえばウィーンフィルタ２の入口開口または第１アパーチャ４の面において第１レンズによって創出される像に対応する。この像は、たとえば第１レンズがアパーチャの面において電子ビームを集束させる場合、必ずしも点状ではないことを理解されたい。両基本軌跡８、９は、正弦波様の形状を有し、Ｚ２およびＺ３において２つのその後の交差を形成する。これらの交差の１つＺ３は、ウィーンフィルタ２の出口開口または第２アパーチャ５の面においてなど、第２レンズ３の本質的に中間物体面に位置する。他の交差Ｚ２は、ウィーンフィルタ２の長さの本質的に半分において、すなわち、ウィーンフィルタ２の本質的に中心面において位置する。したがって、無収差像が、ウィーンフィルタ２の下流端部において形成され、中間無収差像が、ウィーンフィルタ２の中心において形成される。ｘ−ｚ面における基本軌跡８は、ウィーンフィルタ２の中心に関して、点対称すなわち反対称であるので、ウィーンフィルタ２の第１半分において双極子場の作用により得られる分散は、ウィーンフィルタ２の第２半分の双極子場の作用によって相殺される。また、ｙ−ｚ面における基本軌跡９は、この実施形態ではウィーンフィルタの中心に関して点対称であるが、これは、以下で説明されるように、必ずしも必要ではない。したがって、ウィーンフィルタ／４極子２は、第１レンズ１によって生成される点状像の回転対称分散なし撮像を提供する。
【００５６】
図３の（ｂ）および（ｃ）は、本発明の他の実施形態による基本粒子軌跡の例示的な断面図である。図３の（ｂ）は、ｘ−ｚ面における断面図を示す。基本軌跡は、正弦波状であり、Ｚ２およびＺ３においてだけでなく、２つの他の中間交差においてもｚ軸と交差し、一方は、ウィーンフィルタの入口と中間との間など、Ｚ１とＺ２との間に位置し、他方は、Ｚ２とＺ３との間に位置する。図３の（ｃ）は、ｙ−ｚ面における同様の基本軌跡を示す。同様に、ｙ−ｚ面におけるこの基本軌跡は、正弦波状であり、２つの他の中間交差を有し、一方は、上流Ｚ２、すなわちＺ１とウィーンフィルタの中間との間に位置し、他方は、Ｚ２とＺ３との間に位置する。したがって、中間交差のそれぞれにおいて、中間無収差像が創出される。
【００５７】
図３の（ｄ）は、図３の（ｂ）および（ｃ）に示される個々の基本軌跡８、９の組合せを示す。図３の（ａ）の場合と同様に、ｘ−ｚ面における第１基本軌跡８によって囲まれる領域は、両軌跡の区別を容易にするために斜線が付けられている。２つの追加の交差のみが図３の（ｄ）に示されているが、一般に、ウィーンフィルタ２は、ｎを１以上の正の整数として、２＊ｎの追加の中間無収差像を形成するように適合することができることを理解されたい。この場合、ｎの中間無収差像が、Ｚ１において第１レンズによって形成される像とＺ２の交差との間に形成され、他のｎの中間無収差像は、Ｚ２の交差とＺ３との間において形成される。
【００５８】
図３の（ｅ）は、本発明の異なる実施形態を示す。ウィーンフィルタの双極子場は、ｙ−ｚ面において分散を誘起しないので、帯電粒子がｙ−ｚ面における反対称経路を辿ることは強制されない。図３の（ｅ）では、ｘ−ｚ面における反対称基本軌跡は実線として示され、ｙ−ｚ面における基本軌跡は破線として示される。図３の（ｅ）からわかるように、ｙ−ｚ面における基本軌跡は、ウィーンフィルタの中心に関して対称である。したがって、この場合、中間無収差像は創出されない。特に、ウィーンフィルタの中心面において、無収差像は創出されない。その結果、ウィーンフィルタ内のビームの断面は、ウィーンフィルタ内の任意の断面において比較的大きいが、当然、Ｚ１およびＺ３の像面を除く。したがって、ビームの粒子−粒子相互作用は、無収差像がウィーンフィルタ内において創出される場合と比較して低減される。
【００５９】
さらに、図３の（ｅ）に示されるｙ−ｚ面における基本軌跡（破線）は、システムの最低次対称基本軌跡である。また、ｘ−ｚ面における基本軌跡（実線）は、最低次反対称基本軌跡である。したがって、これらの最低次基本軌跡の組合せは、システムの最低励起、すなわちコイルの最低励起に対応する。
【００６０】
図３の（ｆ）は、図３の（ｅ）に示される個々の基本軌跡８、９の組合せを示す。図３の（ａ）の場合と同様に、ｘ−ｚ面における基本軌跡８によって囲まれる領域は、両基本軌跡の区別を容易にするために斜線が付けられている。この実施形態によれば、中間無収差像は、ウィーンフィルタ内において形成されない。対称経路または反対称経路がｙ−ｚ面について独立に選択されることが可能であるだけでなく、光学軸（ｚ軸）の交差の数も、ｘ−ｚ面およびｙ−ｚ面における経路について独立であることをさらに理解されたい。これは、図３の（ｇ）および（ｈ）を参照して説明される。
【００６１】
図３の（ｇ）は、図３の（ｅ）に対応するが、ウィーンフィルタのより高い励起に対応するより高次の基本軌跡を示す。すなわち、ｘ−ｚ面における反対称基本軌跡は、ウィーンフィルタ内において光学軸と５回交差し、ｙ−ｚ面における対称基本軌跡は、ウィーンフィルタ内において４回光学軸と交差する。また、光学軸の交差数は、両基本軌跡が反対称である、またはｙ−ｚ面における基本軌跡が対称であるかに無関係であることを理解されたい。図３の（ｆ）と同様に、図３の（ｈ）は、図３の（ｇ）に示される個々の基本軌跡８、９の組合せを示す。
【００６２】
図４は、本発明の実施形態による、２＊ｍ極子要素、ｍ＝２を備えるウィーンフィルタの作用を例示する。図１の場合と同様に、第１レンズ１、第２レンズ３、第１開口手段４、および第２開口手段５が示されている。しかし、ウィーンフィルタは、破線によってのみ示されている。代わりに、円形レンズ２’が、ウィーンフィルタの中心において示されている。この円形レンズ２’は、ウィーンフィルタの作用の単なる理想化である。上記で記述されたように、ウィーンフィルタ／２＊ｍ極子要素は、理想的な円形レンズ２’の作用として想定することができる実質的回転対称分散なし撮像を提供する。したがって、図４に示される構成は、図１に示される構成と等価な光学システムと見なされることが可能である。
【００６３】
本発明の一実施形態による撮像装置を使用する電子ビームカラムの実施形態が、図５および図６において記述される。この場合、図５の（ａ）〜（ｄ）は、高プローブ電流モードである第１動作モードの電子ビームカラムを示す。たとえば、サンプル材料のＥＤＸまたはＷＤＸ分析、あるいは電子ビーム検査は、そのような高プローブ電流モードにおいて実施することができる。図６の（ａ）〜（ｄ）は、第２動作モードの電子ビームカラムを示し、この場合、ウィーンフィルタ／４極子要素は、モノクロメータとして動作され、それにより、色収差低減により分解能の改善が達成される。両実施形態とも、電子ビームがエミッタ１５によって放出される電子ビームカラム１０を備える。カラムは、両方とも排気することができるハウジング１１および試験片室１２を備える。光学軸１４にほぼ沿って進行する電子ビームは、試験片１３に当たる。
【００６４】
図５の（ａ）内において、放出電子は、アノードレンズ１６によって加速され、アノードレンズの下において第１交差を形成する。第１レンズ１が、ウィーンフィルタ／４極子要素２の入口開口において電子ビームの交差を形成する。電子ビームの一部分は、ウィーンフィルタ２に入る前に電子選択要素４によって遮断される。それにより、限定されたビーム形状が生成される。第１レンズ１の励起は、背景中間像面がウィーンフィルタ２の上流開口の面と本質的に一致するように選択され、それにより、生成される交差は、ウィーンフィルタ／４極子要素２の入口開口に位置する。２重集束特性のために、ウィーンフィルタ２は、その出口開口において、この交差の分散なし実質的回転対称像を提供する。次いで、対物レンズ３が、電子ビームを試験片の上に集束させるために使用される。対物レンズ３の励起は、前方中間物体面がウィーンフィルタ２の下流開口の面と本質的に一致するように選択され、それにより、第２レンズまたは対物レンズ３は、試験片１３の上に非常に集中された無収差像を撮像する。特定の実施形態に依存せずに、撮像装置２は、双極子ウィーンフィルタおよび４極子要素を備える。さらに、特定の実施形態に依存せずに、ウィーンフィルタ場および４極子場を生成する別々の構成要素を提供することができ、または代替として、これらの場を生成する単一構成要素を提供することができる。
【００６５】
図５の（ｂ）に示される実施形態は、撮像装置２より上の第１レンズ１、第２レンズ３、および対物レンズ１７を有する。図５の（ｂ）は、撮像装置２に直接隣接する電子選択要素またはアパーチャ手段４および５を示す。撮像装置２の上流に位置する電子選択要素４は、電子角度依存選択要素である。図５の（ａ）の実施形態と比較して、図５の（ｂ）に示される実施形態は、より適応的であるが、その理由は、Ｚ３において無収差像を撮像するように、第２レンズ３を最適化することができ、一方、試験片１３の上にこの無収差像を集束させるように、対物レンズ１７を最適化することができるからである。
【００６６】
図５の（ｃ）は、図５の（ａ）に示される実施形態に対応する実施形態を示す。しかし、図５の（ｃ）に示される実施形態では、第１アパーチャ手段４は、第１レンズ１の上流に位置する。したがって、帯電粒子がウィーンフィルタ／４極子要素２を経て移送される角度は、ウィーンフィルタの入口開口の上にビームを集束させる前に選択される。
【００６７】
同様に、図５の（ｄ）に示される実施形態は、図５の（ｂ）に示される実施形態に対応するが、第１アパーチャ手段４は、第１レンズ１の上流に配置される。さらに、第２アパーチャ手段５は、第２レンズ５の下流に配置される。
【００６８】
上記の実施形態は、単なる例示であり、実質的回転対称分散なし撮像が依然として提供される限り、様々な特徴を実施形態間において交換することができることを理解されたい。たとえば、アノードレンズ１６は、図５の（ｂ）に示される実施形態に適用することもできる。さらに、高プローブ電流動作モードでは、第２アパーチャ手段５は、電子角度選択要素であるだけでなく、電子エネルギー選択要素でもあるが、その理由は、ウィーンフィルタ２による撮像が、分散なしであるからである。したがって、第２アパーチャ手段５は、このモードの目的では省略されることが可能である。
【００６９】
図６の（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ図５の（ａ）〜（ｄ）に対応して、同じ構成を有し、したがって、詳細な記述は省略される。図６の（ａ）〜（ｄ）は、ウィーンフィルタ／４極子要素２がモノクロメータとして作用するように、第１レンズ１、ウィーンフィルタ／４極子要素２、および第２レンズ３が適合される動作モードの図５の（ａ）〜（ｄ）の実施形態を示す。特に、第１レンズ１は、電子ビームをウィーンフィルタの中心に集束させる。ｘ−ｚ面において、ウィーンフィルタ／４極子は分散性であり、ガウス近似では、公称エネルギーの粒子に対して力を及ぼさない。ｙ−ｚ面において、ウィーンフィルタ／４極子は集束させる。第２アパーチャ手段５は、電子エネルギー選択要素として作用する。したがって、電子ビームのエネルギー幅は低減され、その結果、色収差も低減される。その結果、より良好な分解能が達成される。モノクロメータとしてウィーンフィルタ／２＊ｍ極子要素を動作する詳細については、ＥＰ０３０２８６９４．２（フロシエン（Ｆｒｏｓｉｅｎ）ら）の全開示が、参照によって本明細書に組み込まれている。
【００７０】
上記で記述された実施形態のいずれかによる電子ビーム装置では、試験片１３の高プローブ電流分析ならびに高分解能検査が可能であるが、その理由は、オペレータがこれらの動作モード間において切り替えることができるからである。高プローブ電流モードでは、たとえばＥＤＸまたはＷＤＸ分析あるいは電子ビーム検査について、十分に高いビーム電流を試験片１３において提供することができる。一方、高分解能撮像モードを上記の装置において実現することもできる。特に、これらの２つのモード間の切替えは、電子ビーム装置の実質的な変更なしに実現されることが可能である。たとえば、切替えは、レンズおよびウィーンフィルタ／４極子要素の静電構成要素および磁気構成要素の給電電流をソフトウエア制御調節することによって実現されることが可能である。さらに、ビーム電流は、そのような電子ビーム装置において連続的に調節されることが可能である。通常、中間像面Ｚ１およびＺ２がアパーチャ面４および５に近く配置されると、高いビーム電流を選択することができる。したがって、適応的に適用可能な電子ビーム装置が、様々なタスクについて提供される。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の一実施形態による撮像装置の概略図である。
【図２】（ａ）は本発明による２＊ｍ極子要素を有するウィーンフィルタの実施形態を示す図である。（ｂ）は本発明による２＊ｍ極子要素を有するウィーンフィルタの実施形態を示す図である。（ｃ）は本発明による２＊ｍ極子要素を有するウィーンフィルタの実施形態を示す図である。（ｄ）本発明による２＊ｍ極子要素を有するウィーンフィルタの実施形態を示す図である。
【図３】（ａ）は本発明の一実施形態による粒子軌跡の概略図である。（ｂ）はｘ−ｚ面における粒子軌跡を示す図である。（ｃ）はｙ−ｚ面における粒子軌跡を示す図である。（ｄ）は本発明の他の実施形態によるウィーンフィルタの内部における粒子軌跡の概略図である。（ｅ）はｘ−ｚ面における反対称粒子軌跡（実線）およびｙ−ｚ面における対称粒子軌跡（点線）を示す図である。（ｆ）は図３の（ｅ）に示された実施形態と同様の他の実施形態によるウィーンフィルタの内部における粒子軌跡の概略図である。（ｇ）は本発明の他の実施形態によるｘ−ｚ面（実線）における粒子の軌跡およびｙ−ｚ面における粒子軌跡（点線）を示す図である。（ｈ）は図３の（ｇ）に示された実施形態と同様の他の実施形態によるウィーンフィルタの内部における粒子軌跡の概略図である。
【図４】ウィーンフィルタの撮像特性を示す図である。
【図５】（ａ）は第１モードにおいて動作するときの本発明の一実施形態による帯電粒子ビーム装置の概略図である。（ｂ）は第１モードにおいて動作するときの本発明の他の実施形態による帯電粒子ビーム装置の概略図である。（ｃ）は第１モードにおいて動作するときの本発明の他の実施形態による帯電粒子ビーム装置の概略図である。（ｄ）は第１モードにおいて動作するときの本発明の他の実施形態による帯電粒子ビーム装置の概略図である。
【図６】（ａ）は第２モードにおいて動作するときの本発明の一実施形態による帯電粒子ビーム装置の概略図である。（ｂ）は第２モードにおいて動作するときの本発明の他の実施形態による帯電粒子ビーム装置の概略図である。（ｃ）は第２モードにおいて動作するときの本発明の他の実施形態による帯電粒子ビーム装置の概略図である。（ｄ）は第２モードにおいて動作するときの本発明の他の実施形態による帯電粒子ビーム装置の概略図である。
【図７】（ａ）はウィーンフィルタおよび励起条件の概略的な側面図である。（ｂ）はウィーンフィルタおよび励起条件の概略的な側面図である。
【図８】（ａ）はウィーンフィルタおよび励起条件の概略的な側面図である。（ｂ）はウィーンフィルタおよび励起条件の概略的な側面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１  第１レンズ
２  ウィーンフィルタ、ウィーンフィルタ／４極子要素
２’  円形レンズ
３  第２レンズ、対物レンズ
４  第１アパーチャ、電子選択要素
５  第２アパーチャ
６  第１開口
７  第２開口
８、９  基本軌跡
１０  電子ビームカラム
１１  ハウジング
１２  試験片室
１３  試験片
１４  光学軸
１５  エミッタ
１６  アノードレンズ
１７  対物レンズ
２０、２１  帯電粒子ビーム
３０  ビーム経路
１２２、１３２、１３４  ウィーンフィルタ
１２１、１３１  帯電粒子
５０２、５０３、５２２、５２３  静電極
５１２、５１３  磁極
５３２〜５３５  磁気４極子
Ｗ１、Ｗ２  開口幅
Ｚ１  中間像面
Ｚ２  ウィーンフィルタの中心
Ｚ３  中間物体面
【図１】
2006253123.tif 000003
【図２】
2006253123.tif 000004
【図３】
2006253123.tif 000005
【図４】
2006253123.tif 000006
【図５】
2006253123.tif 000007
【図６】
2006253123.tif 000008
【図７】
2006253123.tif 000009
【図８】
2006253123.tif 000010
【外国語明細書】
2006253123000001.pdf