(57)【要約】   本発明は、例えば、光軸に沿ったｚ軸ならびに第１および第２の面を伴う荷電粒子ビーム用の荷電粒子ビームエネルギー幅低減系に関するものである。この系は、集束的かつ分散的に作用する第１および第２の要素１１０，１１２と、第１の４極子要素（動作時、この場と集束的かつ分散的に作用する第１の要素の場が重なるように位置決めされる）４１０と、第２の４極子要素（動作時、この場と集束的かつ分散的に作用する第２の要素の場が重なるように位置決めされる）４１２と、ビーム方向に、集束的かつ分散的に作用する第１の要素の前で位置決めされた第１の荷電粒子選択要素６１８と、ビーム方向に、集束的かつ分散的に作用する第１の要素の後で位置決めされた第２の荷電粒子選択要素６１６、７１６とを備える。それによって、本来の分散制限なしに、仮想分散源とみなせる場所を実現することができる。【選択図】  図６ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビーム用の第１および第２の面を伴う荷電粒子ビーム速度分布幅低減系であって、
集束的かつ分散的に作用する第１の要素（１１０）と、
集束的かつ分散的に作用する第２の要素（１１２）と、
第１の４極子要素（４１０）であり、動作時に、当該第１の４極子要素の場と前記集束的かつ分散的に作用する第１の要素の場が重なるように位置決めされた、前記第１の４極子要素（４１０）と、
第２の４極子要素（４１２）であって、動作時に、当該第２の４極子要素の場と前記集束的かつ分散的に作用する第２の要素の場が重なるように位置決めされた、前記第２の４極子要素（４１２）と、
ビーム方向に、前記集束的かつ分散的に作用する第１の要素の前で位置決めされた第１の荷電粒子選択要素（６１８）と、
ビーム方向に、前記集束的かつ分散的に作用する第１の要素の後で位置決めされた第２の荷電粒子選択要素（６１６、７１６）と
を備える、荷電粒子ビーム速度分布幅低減系。
【請求項２】
荷電粒子ビーム速度分布幅低減系は荷電粒子ビームエネルギー幅低減系として使用される、請求項１に記載の系。
【請求項３】
荷電粒子ビーム速度分布幅低減系は荷電粒子ビーム質量選択系として使用される、請求項１に記載の系。
【請求項４】
前記集束的かつ分散的に作用する第１の要素（１１０）は第１のウィーンフィルタ要素（１１０）であり、前記集束的かつ分散的に作用する第２の要素（１１２）は第２のウィーンフィルタ要素（１１２）である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系。
【請求項５】
前記集束的かつ分散的に作用する第１の要素および前記集束的かつ分散的に作用する第２の要素は、分散力が本質的に反対方向に作用するように構築され、かつ／または制御ユニットに接続される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系。
【請求項６】
前記集束的かつ分散的に作用する第１の要素および前記集束的かつ分散的に作用する第２の要素は、第１の面内で集束的かつ分散的に作用し、
前記第２の要素選択要素は、前記第１の面内のクロスオーバが生じない位置で荷電粒子を選択するように位置決めされる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系。
【請求項７】
前記集束的かつ分散的に作用する第１の要素および前記集束的かつ分散的に作用する第２の要素は、異なる絶対分散値が実現されるように構築され、かつ／または制御ユニットに接続される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系。
【請求項８】
前記第２の荷電粒子選択要素（６１６）は、前記集束的かつ分散的に作用する第１の要素と前記集束的かつ分散的に作用する第２の要素の間に位置決めされる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系。
【請求項９】
前記第２の荷電粒子選択要素（７１６）は、ビーム方向に、前記集束的かつ分散的に作用する第２の要素の入射口の後に位置決めされる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系。
【請求項１０】
放出源とみなせる場所（６０１）は、荷電粒子源または仮想粒子源である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系。
【請求項１１】
放出源とみなせる場所はクロスオーバである、請求項１〜９のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系。
【請求項１２】
放出源とみなせる場所は、荷電粒子源または仮想放出源の像である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系。
【請求項１３】
前記第１の荷電粒子選択要素（６１８）は、角度依存性荷電粒子選択要素であり、前記第２の荷電粒子選択要素（６１６、７１６）は、速度依存性選択要素である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系。
【請求項１４】
前記速度依存性選択要素は、エネルギー依存性選択要素として使用される、請求項１３に記載の系。
【請求項１５】
前記速度依存性選択要素は、質量依存性選択要素として使用される、請求項１３に記載の系。
【請求項１６】
前記第２の荷電粒子選択要素は、速度依存性かつ角度依存性の選択要素である、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系。
【請求項１７】
前記速度依存性かつ角度依存性の選択要素は、エネルギー依存性かつ角度依存性の選択要素として使用される、請求項１６に記載の系。
【請求項１８】
前記速度依存性かつ角度依存性の選択要素は、質量依存性かつ角度依存性の選択要素として使用される、請求項１６に記載の系。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の速度分布幅低減系を備える荷電粒子ビーム装置。
【請求項２０】
前記集束的かつ分散的に作用する第１の要素（１１０）は、荷電粒子源（６）を備える荷電粒子銃コンポーネントの直後にある、請求項１９に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項２１】
前記集束的かつ分散的に作用する第１の要素は、前記荷電粒子源を備える銃コンポーネントに含まれる、請求項１９または２０に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項２２】
光軸に沿ったｚ軸、集束的かつ分散的に作用する第１の要素（１１０）、集束的かつ分散的に作用する第２の要素（１１２）、第１の４極子要素（４１０）、および第２の４極子要素（４１２）を備える荷電粒子ビーム速度分布幅低減系を動作させる方法であって、
第１の荷電粒子選択要素（６１８）によって前記荷電粒子ビームを整形するステップと、
前記第１の４極子要素の場および前記第２の４極子要素の場により、放出源とみなせる場所（６０１）から実質的に発するように前記荷電粒子ビームが第２の面内で結像するように、前記第１および前記第２の４極子要素を励磁するステップと、
前記集束的かつ分散的に作用する第１の要素の場、第１の４極子要素の場、前記集束的かつ分散的に作用する第２の要素の場、および第２の４極子要素の場を合成することによって、第１の面内で、前記荷電粒子が放出源とみなせる場所から発するように見えるように、前記集束的かつ分散的に作用する第１の要素および前記集束的かつ分散的に作用する第２の要素を励磁するステップと、
前記第２の荷電粒子選択要素（６１６、７１６）によって速度に依存して前記荷電粒子を選択するステップと
を含む方法。
【請求項２３】
前記荷電粒子ビーム速度分布幅低減系は、荷電粒子ビームエネルギー幅低減系として使用され、
前記第２の荷電粒子選択要素による前記選択ステップは、エネルギーに依存して行われる、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記荷電粒子ビーム速度分布幅低減系は、荷電粒子ビーム質量選択系として使用され、
前記第２の荷電粒子選択要素による前記選択ステップは、質量に依存して行われる、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記集束的かつ分散的に作用する第１の要素（１１０）は第１のウィーンフィルタ要素であり、前記集束的かつ分散的に作用する第２の要素（１１２）は第２のウィーンフィルタ要素である、請求項２２〜２４のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系を動作させる方法。
【請求項２６】
前記第１および第２の４極子要素（４１０、４１２）ならびに前記集束的かつ分散的に作用する第１および第２の要素は、複数の離散値の１つに対して励磁される、請求項２２〜２５のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系を動作させる方法。
【請求項２７】
前記第１および第２の４極子要素ならびに前記集束的かつ分散的に作用する第１および第２の要素は、前記放出源とみなせる場所のところに仮想分散位置を有するように励磁される、請求項２２〜２６のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系を動作させる方法。
【請求項２８】
前記第１および前記第２の４極子要素は、前記ｚ軸に沿って前記放出源とみなせる場所（６０１）を位置決めするように励磁される、請求項２２〜２６のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系を動作させる方法。
【請求項２９】
前記ｚ軸は前記光軸に沿って延び、
前記第１の面がｘ−ｚ面になり、前記第２の面がｙ−ｚ面になるように、前記第１の４極子要素は、前記集束的かつ分散的に作用する第１の要素に関して向きを合わせ、前記第２の４極子要素は、前記集束的かつ分散的に作用する第２の要素に関して向きがを合わせる、請求項２２〜２８のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系を動作させる方法。
【請求項３０】
前記集束的かつ分散的に作用する第１の要素は、第１の分散が生じるように励磁され、前記集束的かつ分散的に作用する第２の要素は、前記第１の分散と絶対値が異なる第２の分散が生じるように励磁される、請求項２２〜２９のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系を動作させる方法。
【請求項３１】
第２の分散力が第１の分散力と本質的に反対方向に作用するように、前記集束的かつ分散的に作用する第１の要素は、前記第１の分散が生じるように励磁され、前記集束的かつ分散的に作用する第２の要素は、前記第２の分散が生じるように励磁される、請求項２２〜３０のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系を動作させる方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、検査システム、試験システム、リソグラフィシステムなどに応用する荷電粒子ビーム装置に関する。本発明は、荷電粒子ビーム装置を動作させる方法にも関する。本発明はさらに、荷電粒子選択系に関する。詳細には、本発明は、荷電粒子ビーム装置および荷電粒子ビームエネルギー幅低減系を使用する方法に関する。
【発明の背景】
【０００２】
荷電粒子ビーム機器は、いくつかの産業分野で用いられる多くの機能を有する。これらの産業分野には、製造中の半導体デバイスの検査、リソグラフィ用の露光システム、検出装置、および試験システムが含まれるが、これらに限定されるものではない。そのため、マイクロメートルおよびナノメートルの尺度で試料を構築し検査することが強く求められている。
【０００３】
マイクロメートルおよびナノメートルの尺度のプロセス制御、検査、または構築はしばしば、電子ビームなどの荷電粒子ビームによって行われる。これらの荷電粒子ビームは、電子顕微鏡または電子ビームパターン生成器などの荷電粒子ビーム装置内で生成され集束される。荷電粒子ビームでは、それらの波長が短いために、例えば光子ビームよりも優れた空間分解能が得られる。
【０００４】
しかし、最新の低電圧電子顕微鏡では、収差により、実現可能な分解能が、１ｋｅＶの電子エネルギーでは約３ｎｍに制限される。したがって、特に低エネルギーの応用例では、色収差を低減することが望ましい。対物レンズのガウス像面内での色収差の収差ディスクの直径は、荷電粒子ビームの相対エネルギー幅ΔＥ／Ｅに比例する。
【０００５】
電子ビームコラム内の電子は、放出プロセスおよびベルシュ（Ｂｏｅｒｓｃｈ）効果、すなわち、確率的なクーロン相互作用によるエネルギー分布の広がりのために単色ではなく、そのため、相対エネルギー幅が広がる。上記を考慮すると、エネルギー幅ΔＥは、ビーム電流に応じて約０．５〜１ｅＶ、さらにはそれよりも大きくなる。
【０００６】
例えば対物レンズの集束特性に基づいて色収差を最小限に抑える度合いをさらに高めることは難しい。この理由から、分解能をさらに向上させるために、モノクロメータを使用することが既に知られている。それによって、後で下流の電子−光学結像系によって処理される電子ビームのエネルギー幅ΔＥを狭めることができる。
【０００７】
荷電粒子用のモノクロメータとして、静電気双極子場と磁気双極子場を互いに直交させて重ね合わせるウィーンフィルタが知られている。
【０００８】
例として、（Ｆｒｏｓｉｅｎ他の）米国特許公開第６４８９６２１号は、粒子のエネルギーに応じて粒子ビームを分散させる第１および第２のウィーンフィルタによって粒子ビームのエネルギー幅を狭める装置と、エネルギー幅がある範囲に狭められた粒子を選択する開口とを示している。それによって、低分散値について、不利なクロスオーバを避けることができる。
【０００９】
しかし、荷電粒子ビームエネルギー幅低減系の分散を大きくするのに適した系が求められている。
【発明の概要】
【００１０】
本発明は、改良型荷電粒子系を提供する。それによって、系の分解能を改善することを意図している。本発明の態様によれば、独立請求項１に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系、独立請求項１９に記載の荷電粒子ビーム装置、および独立請求項２２に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系を動作させる方法が提供される。
【００１１】
本発明のさらなる利点、特徴、態様、および細部は、従属請求項、説明、および添付の図面から明らかになる。
【００１２】
一態様によれば、光軸に沿ったｚ軸ならびに第１および第２の面を伴う荷電粒子ビームエネルギー幅低減系が提供される。この系は、集束的かつ分散的に作用する第１の要素と、集束的かつ分散的に作用する第２の要素と、第１の４極子要素であって、動作時に、この第１の４極子要素の場と集束的かつ分散的に作用する第１の要素の場が部分的に重なる（完全に重なる）ように位置決めされた第１の４極子要素と、第２の４極子要素であって、動作時に、この第２の４極子要素の場と集束的かつ分散的に作用する第２の要素の場が部分的に重なるように位置決めされた第２の４極子要素と、ビーム方向に、集束的かつ分散的に作用する第１の要素の前で位置決めされた第１の荷電粒子選択要素と、ビーム方向に、集束的かつ分散的に作用する第１の要素の後で位置決めされた第２の荷電粒子選択要素とを備える。
【００１３】
別の態様によれば、集束的かつ分散的に作用する第１の要素が第１のウィーンフィルタ要素であり、集束的かつ分散的に作用する第２の要素が第２のウィーンフィルタ要素である荷電粒子ビームエネルギー幅低減系が提供される。
【００１４】
本願では、ウィーンフィルタ要素の代わりに、１つの面内で集束的かつ分散的に作用する他の要素も使用し得る。そのため、例として、湾曲した光軸を伴う要素を使用することができる。
【００１５】
本願では、ここで開示するエネルギー幅低減要素をモノクロメータとしても示す。本願におけるモノクロメータという用語は、荷電粒子の単一のエネルギーを選択するものと理解すべきではなく、荷電粒子ビームをフィルタリングして、所望のエネルギー幅を得るものと理解すべきである。
【００１６】
先に述べた態様により、改良型エネルギー幅低減系および改良型荷電粒子ビーム装置が提供される可能性が得られる。一方では、この系の分散を、現況技術の装置の制限よりも大きくすることができる。他方では、ｚ軸に沿って仮想分散源を有利に位置決めすることができる。そのため、本質的に放出源とみなせる場所の位置に仮想分散源を位置決めすることができる。そのため、放出源とみなせる場所と仮想分散源は一致する。さらに、２つの４極子によって、放出源とみなせる場所をｚ軸に沿って位置決めすることができる。好ましくは、仮想分散源の位置決めをこれに従って行い、それによって、放出源とみなせる場所と仮想分散源を互いに一致させることができる。
【００１７】
上記の態様によれば、異なるエネルギーを有する荷電粒子は、導入される分散のために分離する。しかし、より細部に立ち入ると、荷電粒子の速度に基づいて選択が行われることがわかる。この速度は、式（１）で与えられる。
（１）        ｖ＝ｓｑｒｔ（２Ｅ／ｍ）
【００１８】
ただし、ｖは（絶対）速度であり、ｓｑｒｔは平方根を示し、Ｅは荷電粒子のエネルギーであり、ｍは荷電粒子の質量である。あるいは、式（１）は、次のように記述し得る。
（２）        ｖ＝ｓｑｒｔ（２ｑＵ／ｍ）
【００１９】
ただし、ｑは粒子の電荷であり、Ｕは加速電位である。ここで述べた態様は、例えば電子などの一定質量の粒子についてのエネルギー依存性選択に関係するものである。
【００２０】
そうではあるが、本発明の一態様による機器は、荷電粒子の質量分析に使用することもできる。速度ｖが変化すると、異なる質量の異なる元素または１つの元素の異なる同位体が分離する。この変化は、例えば１ｋｅＶのエネルギーでの、例えば１ｅＶのエネルギー変化（これは、１ｅ−３の相対エネルギー幅に相当する）を無視するのに十分に大きいものとする。
【００２１】
上記を考慮すると、ここで説明するエネルギー幅の低減は一般に、速度分布幅の低減に適用し得る。式１によれば、速度分布幅の低減は、エネルギー幅の低減または質量分布幅の低減のいずれかである。質量分布は一般に離散値を有するので、質量分布幅の低減を質量の選択とみなすこともできる。
【００２２】
質量の選択に関して、本発明の別の利点を説明することができる。例えばウィーンフィルタを利用する現況技術の質量分析計には、ウィーンフィルタの集束効果に基づいて、質量選択の後でビームが楕円形状になるという問題がある。本発明では、このビームフィルタの集束効果は補償されるか、またはほぼ補償される。そのため、質量選択の後に楕円ビームになるという欠点を回避し得る。
【００２３】
上記で説明したように、速度分布幅の低減は、エネルギー幅の低減または質量の選択のいずれかとし得る。その結果、本発明の態様に関して、速度分布幅低減系は、エネルギー幅低減系または質量選択系のいずれかとし得る。さらに、速度依存性選択要素は、エネルギー依存性選択要素または質量依存性選択要素のいずれかとし得る。
【００２４】
ある態様によれば、各荷電粒子が同じ質量を有する系を提供し得る。この荷電粒子ビーム速度分布幅低減系は、荷電粒子ビームエネルギー幅低減系として使用される。別の態様によれば、各荷電粒子が異なる質量を有する系を提供し得る。この荷電粒子ビーム速度分布幅低減系は、荷電粒子ビーム質量選択系として使用される。
【００２５】
以下では、説明をより簡単にするために、エネルギー幅の低減を参照する。ただし、ここで説明する態様、細部、および実施形態は、荷電粒子の質量の選択に利用することもできる。そのため、ここで説明する態様、細部、および実施形態は一般に、速度分布幅の低減に利用することができる。
【００２６】
別の態様によれば、荷電粒子が長さ１０ｍｍ〜３００ｍｍの非集束領域を通過するように、集束的かつ分散的に作用する第１の要素および第１の４極子要素が、放出源とみなせる場所に関してある位置にある荷電粒子ビームエネルギー幅低減系が提供される。
【００２７】
そのため、典型的には、本発明の系を荷電粒子源の近くに設けることが可能である。
【００２８】
別の態様によれば、集束的かつ分散的に作用する第１の要素と集束的かつ分散的に作用する第２の要素の間に第２の荷電粒子選択要素を位置決めするか、あるいは、ビーム方向に、集束的かつ分散的に作用する第２の要素の後で第２の荷電粒子選択要素を位置決めすることが可能である。
【００２９】
そのため、第２の荷電粒子選択要素の位置は、関与する光学系の要件に応じて選択することができる。
【００３０】
別の態様によれば、放出源とみなせる場所が荷電粒子源または仮想粒子源であるか、または、放出源とみなせる場所がクロスオーバであるか、あるいは、放出源とみなせる場所が荷電粒子源または仮想源の像である荷電粒子ビームエネルギー幅減少系が提供される。
【００３１】
そのため、荷電粒子ビーム装置内の異なる位置で、エネルギー幅低減系を使用することができる。そうではあるが、仮想分散源をこのように有利に位置決めすることを、これらすべての可能性に適用し得る。
【００３２】
別の態様によれば、先に述べた荷電粒子ビームエネルギー幅低減系は、荷電粒子ビーム装置に適用することができる。そのため、先に述べた特徴は、荷電粒子ビーム装置にも利用し得る。
【００３３】
別の態様によれば、このエネルギー幅低減系は、電子源の直後に位置決めされるか、あるいは、例えば、抽出手段が荷電粒子銃コンポーネントの一部である場合には、荷電粒子銃コンポーネントの直後またはその中にさえ位置決めされる。
【００３４】
別の態様によれば、荷電粒子ビームエネルギー幅低減系を動作させる方法が提供される。この系は、光軸に沿ったｚ軸と、集束的かつ分散的に作用する第１の要素と、集束的かつ分散的に作用する第２の要素と、第１の４極子要素および第２の４極子要素とを有する。この方法は、第１の荷電粒子選択要素によって荷電粒子ビームを整形するステップと、集束的かつ分散的に作用する第１の要素の場、第１の４極子要素の場、集束的かつ分散的に作用する第２の要素の場、および第２の４極子要素の場を合成することによって、第１の面内で、荷電粒子が放出源とみなせる場所から発するように見えるように、集束的かつ分散的に作用する第１の要素および集束的かつ分散的に作用する第２の要素を励磁するステップと、第１の４極子要素の場および第２の４極子要素の場により、放出源とみなせる場所から実質的に発するように荷電粒子ビームが第２の面内で結像するように、第１および第２の４極子要素を励磁するステップと、第２の荷電粒子選択要素によってエネルギーに依存して荷電粒子を選択するステップとを含む。
【００３５】
そのため、この系内で導入される分散のために放出源とみなせる場所が拡大しないようにすることができ、他方では、先行技術の系の分散の制限を克服することができる。
【００３６】
別の態様によれば、集束的かつ分散的に作用する第１の要素が第１のウィーンフィルタ要素であり、集束的かつ分散的に作用する第２の要素が第２のウィーンフィルタ要素である荷電粒子ビームエネルギー幅低減系を動作させる方法が提供される。
【００３７】
別の態様によれば、第１および第２の４極子要素ならびに集束的かつ分散的に作用する第１および第２の要素を、複数の離散値の１つに対して励磁する方法が提供される。
【００３８】
さらに、上記で説明した機器の任意の細部を動作させ、実施し、また製作するのに必要とされる方法ステップを、先に述べた方法に用いることができる。
【００３９】
方法および機器を説明する上記の態様に関して、ｚ軸は一般に、湾曲していることがある光軸に沿って延びる。
【００４０】
本発明は、ここで説明する各方法ステップを実施する機器部分を含めて、ここで開示する方法を実施する機器も対象とする。これらの方法ステップは、ハードウエアコンポーネント、適切なソフトウエアによってプログラムされたコンピュータ、これら２つの任意の組合せ、または他の任意のやり方によって実施し得る。
【００４１】
以下の説明では、本発明の上記で示した態様および他のより詳細な態様の一部を説明し、図を参照して部分的に例示する。
【図面の詳細な説明】
【００４２】
本願の保護範囲を限定することなく、以下では、荷電粒子ビーム装置またはその構成要素を、例えば、電子ビーム装置またはその構成要素と称する。この場合、電子ビームは、特に検査またはリソグラフィに利用することができる。本発明は、依然として、荷電粒子および／または他の２次および／または後方散乱による荷電粒子の他の放出源を使用して試料の像を取得する機器および構成要素に適用し得る。
【００４３】
例えばｘ−ｚ面またはｙ−ｚ面に関係する本明細書でのすべての考察では、これらの面は本質的に互いに直交すると理解されることも当業者には理解されよう。本願での理論的な考察では数学的な意味での座標について言及するが、それぞれの構成要素は、ｘ−ｚ面とｙ−ｚ面が、約８０°〜１００°、好ましくは８７°〜９３°、より好ましくは約８９°〜９１°の角度をなすように実際に相互に位置決めすることができる。
【００４４】
さらに、本願の保護範囲を限定することなく、以下では、荷電粒子ビームを１次荷電粒子ビームと称する。本発明は、依然として２次荷電粒子および／または後方散乱荷電粒子に用いることができる。そのため、例えば、結像光学系内で荷電粒子のエネルギー分布を制御することができる。
【００４５】
以下の図面の説明では、同じ参照数字は、同じ構成要素を指す。概ね、個々の実施形態に関する差異のみを説明する。
【００４６】
次に図１２および図１３を参照して、ウィーンフィルタのいくつかの原理を説明する。図１２ａに、ウィーンフィルタ要素１２２と、このウィーンフィルタ要素が荷電粒子１２１に及ぼす影響とを示す。この双極子ウィーンフィルタは、静電界Ｅおよび磁界Ｂを含む。これらの電磁界は互いに直交している。矢印１２１で示す荷電粒子のエネルギーは公称値からずれている。公称エネルギーを有する荷電粒子だけが、ウィーンフィルタを真っ直ぐに通過することができる。そのため、非公称エネルギーの荷電粒子１２１は、光軸から偏向し、その結果、荷電粒子ビーム２０になる。
【００４７】
図１２ａに示すものに類似の図は多くの教科書で見ることができる。実際に適切には、ウィーンフィルタの励磁をさらに強くする。図１２ａおよび図１２ｂに、そのための例を示す。励磁を強くし始めると、それによって、荷電粒子ビーム２１で示すように偏向角が大きくなる。しかし、ウィーンフィルタ１２２の励磁をさらに強くすると、荷電粒子ビームは、制限偏向角に達する。励磁をさらに強くすると、偏向角は小さくなり（図１２ｂ参照）、荷電粒子は光軸に向かって偏向される。このように、励磁をさらに強くしても、偏向角はある種の制限よりも大きくならない。この偏向角は、エネルギー依存性荷電粒子選択に必要なものである。
【００４８】
このことは、図１３ａを参照するとよりよく理解されよう。図１３ａには、光軸（ｚ軸）に沿った長さがＬ１のウィーンフィルタ１３２を示す。入射荷電粒子１３１は、静電界および磁界のために結像される。ウィーンフィルタは、その分散特性に加えて、結像特性を有する。下の図に、偏向角とｚ位置の関係を示す。位置ｚｉおよび位置ｚｉｉでは、角度はほぼ同じである。このように、全励磁を用いなくても、異なるエネルギーの荷電粒子間の分離を大きくすることができるはずである。
【００４９】
励磁という用語は、図１３ａと図１３ｂを比較するとよりよく理解されよう。図１３ｂのウィーンフィルタの長さＬ２はより短い。しかし、ビーム経路３２は、ビーム経路３０に類似している。これは、ウィーンフィルタ１３４内の場の強さをより大きくすることによって実現される。このことを、場の記号をより大きくすることによって示す。この励磁は、ウィーンフィルタの長さと場の強さの積とみなし得る。
【００５０】
このように、ウィーンフィルタの分散は本来、ウィーンフィルタの集束効果によって制限される。しかし、米国特許第６４８９６２１号を参照すると、励磁が小さい場合でも、米国特許第６４８９６２１号の図４および図５からわかるように、問題が生じ得る。米国特許第６４８９６２１号の場合と同様にウィーンフィルタ要素の集束効果を無視するのに十分に励磁を弱くすると、ウィーンフィルタの分散は、このフィルタの中心から発するように見える。すなわち、ウィーンフィルタの中心が、仮想分散点になる。そのため、追加の集束手段なしでは、荷電粒子が発する点源は、分散のためにサイズが大きくなったように見える。そのため、この系の分解能が減少する。
【００５１】
上記を考慮すると、分散が本来制限されない分散要素であって、仮想分散点が分散要素の中心に位置しない分散要素を提供することが望ましい。ｘ−ｚ面およびｙ−ｚ面の共通のｚ位置で追加のクロスオーバが生じなくなる。
【００５２】
図１に、ウィーンフィルタ１１０のｘ−ｚ面での図を示す。荷電粒子、例えば電子は、ウィーンフィルタ１１０にある角度で入射し、ビーム経路１０をたどる。図２に、同じ系を示す。光軸に平行に、かつ光軸に対してあるオフセットでウィーンフィルタ１１０に入射する別の電子は、例えばビーム経路１１をたどる。上記のビーム経路１０および１１はともに、ウィーンフィルタ１１０のｘ−ｚ面での集束作用のために生じる。上記で説明したように、ｘ−ｚ面内でのこの集束作用により、励磁を増加させる場合の偏向角の上限が生じる。
【００５３】
図３に、このウィーンフィルタの場と４極子要素３１０の場を重ねた系を示す。この４極子要素は、ｘ−ｚ面で非集束効果を示すように配置される。４極子要素３１０の励磁は、その非集束効果とウィーンフィルタ１１０の集束効果とが互いに相殺されるように選択する。こうすると、光学系１１０／３１０に入射する電子は、ｘ−ｚ面で集束作用を受けない。図３に示すように、粒子は、ビーム経路１３ａおよび１３ｂで示すようにこの系を真っ直ぐに通過する。
【００５４】
図４を参照して、ウィーンフィルタ−４極子要素の組合せ光学系のｙ−ｚ面での効果を説明する。ウィーンフィルタ１１０ａは点線で描いてある。この点線は、この双極子ウィーンフィルタがｙ−ｚ面では電子に何の影響も及ぼさないことを示している。そのため、ｙ−ｚ面では、電子は４極子要素の影響しか受けない。ｘ−ｚ面で非集束効果を示す４極子要素３１０は、ｙ−ｚ面では集束作用を示す。図４では、ビーム経路の例１３ａおよび１３ｂを見ることができる。
【００５５】
上記で説明したように、ウィーンフィルタ１１０と４極子３１０の組合せは、組合せの結果、ｘ−ｚ面で集束効果がなくなるように配置し得る。そのため、例えば図１３ａに示すような結像様式が生じることなく、励磁をさらに強めることができる。そうではあるが、公称エネルギーからずれた電子については、ウィーンフィルタ要素１１０により分散が導入される。そのため、ウィーンフィルタの集束効果によってもたらされる制限を越えて励磁を強めることができる（図１２ａ〜図１３ｂ参照）。
【００５６】
次に、図５ａおよび図５ｂを参照して、上記で説明した効果を利用する実施形態を説明する。図５ａに、単段式電子エネルギー幅低減系をｘ−ｚ面で示し、図５ｂに、同じ系をｙ−ｚ面で示す。この系は、電子ビーム１５を集束させる第１のレンズ５１０を備える。電子選択手段５１４は、電子ビームの一部を遮蔽する。こうすると、規定の形状の電子ビームが生成される。
【００５７】
整形された電子ビームは、ウィーンフィルタ−４極子要素合成系５００に入射する。結像上の理由から、系５００は、この系の中心５０１が、本質的に電子ビーム１５のクロスオーバのところに位置するように位置決めされる。ウィーンフィルタ−４極子要素の系５００は、ｘ方向には電子に結像効果をもたらさない。したがって、公称エネルギーＥｎを有する電子は、偏向されずにこの系を通過する。しかし、公称エネルギーＥｎからずれたエネルギーを有する電子は、ウィーンフィルタによって導入される分散の影響を受ける。これらの電子のエネルギーが公称エネルギーＥｎよりも小さいか、または大きいかに応じて、これらの電子は、ビーム１５ａまたは１５ｂに従って偏向する。光学系５００の下には、第２の電子選択手段５１６がある。この選択手段の開口は、公称エネルギーを有する電子またはエネルギーのずれが許容範囲である電子が、この電子選択手段によって遮蔽されず、それを通過することができるように形成される。公称エネルギーＥｎからずれたエネルギーを有する電子の一部（１５ａおよび１５ｂ参照）は、この電子選択手段によって遮蔽される。光学系５００の後に配置された開口手段５１６は、Ｅｎからずれたエネルギーの電子を遮蔽することができるので、電子エネルギー依存性選択手段とみなし得る。電子エネルギー依存性選択手段５１６の開口を通過する電子は、レンズ５１２によって結像される。
【００５８】
次に、ｙ−ｚ面内で光学系５００を通過するビーム経路を説明する。第１のレンズ５１０、第１の電子選択要素５１４、ウィーンフィルタ−４極子要素合成系５００、第２の電子選択要素５１６、および第２のレンズ５１２は、図５ａに関して既に説明した。図５ａと異なり、ｙ−ｚ面内の図（図５ｂ参照）では、電子ビーム１５は、４極子要素のｙ方向の集束作用のために結像される。ただし、実質的に集束効果がないようにｙ−ｚ面で電子ビーム１５を結像させる複数の規定励磁レベルが存在する。
【００５９】
この電子ビームは、系５００のｘ−ｙ中央面５０１から発しているように見える。この電子ビームの仮想起点は、系５００内に場が存在しない場合にレンズ５１０によって生成されるクロスオーバである。
【００６０】
ｘ−ｚ面およびｙ−ｚ面の共通のｚ位置でクロスオーバが生じないように、本発明は、改善された解決策を提供する。それによって、荷電粒子ビームのエネルギー幅を増加させるベルシュ（Ｂｏｅｒｓｃｈ）効果を小さくすることができる。図６ａおよび図６ｂに、一実施形態を示す。図６ａには、電子幅低減系をｘ−ｚ面で示す。電子は、円６０１で示す放出源から放出される。光軸（ｚ軸）に沿って通過する電子により、発散電子ビームが形成される。この電子ビームはまず、第１の電子選択要素６１８を通過する。それによって、ビームが整形される。そのため、この第１の電子選択要素すなわち開口は、角度依存性選択要素である。その後で、この電子ビームは、ウィーンフィルタ要素１１０および４極子要素４１０を通過する。これらの中で、公称エネルギーからずれた電子は、ウィーンフィルタの分散のためにｘ−ｚ面内で偏向する。ただし、このウィーンフィルタ要素の集束効果では、このウィーンフィルタ要素の励磁の制限および対応する分散の制限には至らない。これは、４極子要素４１０が、ウィーンフィルタ要素の集束効果を補償する、または少なくとも部分的に補償するからである。
【００６１】
ウィーンフィルタ−４極子合成系を通過した後で、この電子ビームの一部は、電子選択要素６１６によって遮蔽される。電子選択要素６１６、すなわち開口手段は、偏向した電子を遮蔽して、これらの電子が電子選択手段６１６の開口を通過しないようにする。
【００６２】
最後に、この電子ビームは、第２のウィーンフィルタ要素１１２および第２の４極子要素４１２を通過する。それによって、この場合も、公称エネルギーからのずれである分散に応じて電子が偏向される。そうではあるが、この場合も、このウィーンフィルタ要素の集束効果は、ウィーンフィルタ要素の励磁の制限および対応する分散の制限には至らない。というのは、４極子要素４１２が、ウィーンフィルタ要素の集束効果を補償する、または少なくとも部分的に補償するからである。
【００６３】
ウィーンフィルタ要素１１０および４１０はともに、電子のエネルギーに応じて電子を偏向させる。いずれのウィーンフィルタ要素によっても分散が導入される。しかし、第１のウィーンフィルタ１１０内で光軸から離れるように偏向を受けるある種のエネルギーを有する荷電粒子は、第２のウィーンフィルタ１１２内で光軸に向かって偏向される。これら２つのウィーンフィルタによって導入される分散は、それぞれ反対の符号を有する。互いに反対方向に作用する２つのウィーンフィルタ要素のこの２種類の分散の態様は、特定の実施形態に無関係に本発明に適用し得る。
【００６４】
次に、図６ａに関して、ｘ−ｚ面で得られるビーム経路を説明する。図からわかるように、ビーム経路６０、６１、および６２はすべて、ウィーンフィルタ要素１１０および４極子要素４１０を含む第１の系内で偏向を受ける。そのため、図６ａに示すビーム経路はどれも、公称エネルギーからずれている。ビーム経路６０は、このエネルギー幅低減系の光軸であるｚ軸に沿って出発する。第１のウィーンフィルタ要素の分散のために、電子は光軸から離れるように偏向される。第２のウィーンフィルタ要素１１２内で、電子ビーム６０は光軸に向かって偏向される。そのため、第１のウィーンフィルタ要素の偏向および第２のウィーンフィルタ要素の偏向により、電子がビーム経路６０’に沿って伝播してきたかのようなビーム経路方向になるように偏向量が調整される。そのため、ビーム経路６０は、放出源６０１から発するように見える。
【００６５】
ビーム６０と比べると、ビーム６１は、正のｘ方向ではなく、負のｘ方向に偏向される。そのため、ビーム６０の電子のエネルギーが公称エネルギーよりも大きい場合、ビーム６１の電子のエネルギーは、公称エネルギーよりも小さい。それとは無関係に、第２のウィーンフィルタ要素１１２は、ビーム６１の電子が経路６１’をたどるように見えるようにこれらの電子を偏向させる。
【００６６】
別の可能なビーム経路を参照数字６２で示す。第１のウィーンフィルタ要素１１０は、ビーム経路６２の電子を、このビームが電子選択要素６１６によって遮蔽される大きさで偏向させる。このことを、破線（６２）によって示す。電子がこの選択要素によって遮蔽されるかどうかは、一方では、第１のウィーンフィルタ要素１１０の分散依存性偏向によって決まり、他方では、選択要素６１８の開口のサイズによって決まる。このことを、図８ｂに関してより詳細に説明する。
【００６７】
次に、図６ｂに関して、ｙ−ｚ面での可能なビーム経路のうち、ある経路を説明する。双極子ウィーンフィルタ１１０および１１２は、ｙ−ｚ面ではビームに影響を及ぼさない。このことを、図６ｂでは、それぞれのコンポーネントを点線にすることによって示す。しかし、４極子要素４１０および４１２は、荷電粒子をｙ−ｚ面内で集束させる。これは、以下のように説明することができる。ｘ−ｚ面内では（図６ａ参照）、ウィーンフィルタ要素は、集束的かつ分散的に作用する。ウィーンフィルタ要素の集束効果は、ｘ−ｚ面内では、４極子要素の非集束性によって少なくとも部分的に補償される。その結果、ｘ−ｚ面内では、電子は分散の影響しか受けない。ｘ−ｚ面では非集束的である４極子要素は、ｙ−ｚ面では集束的である。図６ｂからわかるように、第１の４極子要素４１０および第２の４極子要素４１２は、電子源６０１から発するように見えるビーム経路６０ａまたは６０ｂのいずれかが得られるように励磁される。したがって、ｘ−ｚ面の場合と同様に、あらゆるビーム経路について、放出源６０１の位置に仮想源がある。ビーム経路６０ａと６０ｂの差は、追加の線状焦点が生成されることである。一般に、Ｎ個（Ｎは１以上）の追加の線状焦点が生じる。Ｎが大きいと、より強い励磁が存在する。４極子要素をより強く励磁しても、ウィーンフィルタ要素がより強く励磁され、その結果、分散が大きくなる。
【００６８】
以下で説明するように、４極子要素およびウィーンフィルタ要素の励磁は、相関関係にあり、それによって複数の離散値を実現することができ、そのため、異なる分散レベルも利用し得る。
【００６９】
例えば、図６ｂのビーム経路６０ａから開始して、第１の４極子要素４１０は、この電子ビームを光軸（ｚ軸）に向かって集束させる。第２の４極子要素４１２の励磁を調整して、粒子ビームが実質的に放出源６０１から発するｚ軸に関する粒子ビームのオフセットおよび粒子ビームの傾きが得られるようにする。これを点線６０ａ’で示す。ｙ−ｚ面での第１および第２の４極子要素の集束性は、ｘ−ｚ面では第１および第２の４極子要素の非集束性になる。しかし、ｘ−ｚ面では、第１のウィーンフィルタ要素１１０および第２のウィーンフィルタ要素１１２は、電子ビームに集束的に作用する。第１のウィーンフィルタ要素および第２のウィーンフィルタ要素を調整して、第２のウィーンフィルタ要素１１２を通過した後で、粒子が放出源６０１から発するかのように、荷電粒子ビームがｚ軸からオフセットし、ｚ軸に関して傾くようにする。これを、点線６０’、６１’、および６２’で示す。
【００７０】
上記で説明したように、これらのコンポーネントを励磁すると、２つのウィーンフィルタ要素の分散が生じる。この電子の分散を利用して、エネルギーに応じて電子ビームの一部を遮蔽することができる。
【００７１】
次に、図６ｂに示すビーム経路６０ｂを参照して、第１の４極子要素４１０および第２の４極子要素４１２を、ビーム経路６０ａが得られる励磁よりも高いレベルに励磁する。それによって、これらの４極子要素内にクロスオーバが生じる。ただし、上記で説明したように、第２の４極子要素４１２の後で得られるビーム経路は、点線６０ｂ’で示すように、放出源６０１から発するように見える。
【００７２】
４極子要素の励磁を強くすると、ｘ−ｚ面での４極子要素の非集束性も大きくなる。そのため、所望のビーム経路を得るための２つのウィーンフィルタ要素の励磁レベルも大きくなる。この所望のビーム経路は、第２のウィーンフィルタ１１２の後で放出源６０１から発するように見える荷電粒子ビームのビーム経路である。ウィーンフィルタ要素の励磁レベルをこのようにより強くすると、上記で説明した状況（ビーム経路６０ａ）よりも分散が大きくなる。そのため、それぞれのコンポーネントの複数の離散励磁値が存在し、その結果、異なる分散レベルが得られる。そうではあるが、この励磁条件は、ｘ−ｚ面およびｙ−ｚ面で、荷電粒子が放出源６０１から発するように見えるという点で共通である。
【００７３】
すなわち、上記で説明した結像特性により、仮想分散源６０１が得られる。そのため、さらに、ウィーンフィルタ要素の分散が、本質的にウィーンフィルタ要素の集束効果によって制限されなくなる。というのは、４極子要素の非集束性が加えられるからである。
【００７４】
次に、図７に関して本発明の別の実施形態を説明する。この図では、図６ａに類似の状況を説明する。ただし、図６ａで第１のウィーンフィルタ要素１１０と第２のウィーンフィルタ要素１１２の間で位置決めされた電子選択要素６１６に代わりに、第２のウィーンフィルタ要素１１２の後で電子選択要素７１６を使用する。この配置は、例えば、構造上の理由から、第１のウィーンフィルタ要素１１０と第２のウィーンフィルタ要素１１２の間に開口手段である電子選択要素を位置決めしないほうがよい場合に有利なことがある。ただし、構造上の制限を受けずに、これら２つのウィーンフィルタ要素間に電子選択要素を位置決めすることもできる。
【００７５】
図６および図７を参照して、上記の実施形態では、電子源６０１に言及した。しかし、本願で説明する特定の実施形態に無関係に、この放出源とみなせる場所は、電子源、仮想電子源、クロスオーバ、あるいは、これら３つの可能性のいずれかの像、すなわち、電子源の像または仮想電子源の像のいずれかとし得る。
【００７６】
以下、図８ａおよび図８ｂに関して、電子ビームの分散に関するさらなる詳細を説明する。図８ａには、公称エネルギーを有する電子ビーム８０を示す。典型的には、第１のウィーンフィルタ要素１１０、第２のウィーンフィルタ要素１１２、第１の４極子要素４１０、および第２の４極子要素４１２は、公称エネルギーを有する電子ビームがｘ−ｚ面で偏向されないように励磁される。電子ビーム８１および８２のエネルギーは、公称エネルギーからずれている。そのため、これらのビームの一方のエネルギーは公称エネルギーよりも大きく、これらのビームのもう一方のエネルギーは公称エネルギーよりも小さい。電子ビーム８１および８２の放出源６０１から第１のウィーンフィルタ要素１１０までのビーム経路は、公称エネルギーを有する電子のビーム経路８０と同じである。しかし、公称エネルギーからのずれのために、これらのビームの一方は正のｘ方向に偏向し、これらのビームのもう一方は負のｘ方向に偏向する。
【００７７】
そのため、最初はビーム経路が同じである電子は、それらのエネルギーに応じて偏向する。第２のウィーンフィルタ要素１１２は、８１および８２のいずれの場合も、エネルギーに依存して電子が偏向され、そのため、第２のウィーンフィルタ要素１１２の後で得られる電子の経路が放出源６０１から発するように見えるように励磁される。
【００７８】
図８ｂに、図８ａに類似の状況を示す。この場合も、第１の電子選択要素６１８は電子をそのエネルギーに応じて選択する。そのため、特定の実施形態に無関係に、この第１の選択要素は、角度依存性選択要素とみなし得る。図８ｂでは、公称エネルギーのビーム経路８０に加えて、公称エネルギーからのずれがより大きいエネルギーを有するビームの経路９１、９２、および９３を示す。図からわかるように、ビーム９１は、電子選択要素７１６によって電子が遮蔽される大きさまで公称エネルギーからずれている。ビーム９１の反対側に偏向されるビーム経路９２は、電子選択要素７１６によって遮蔽されない。この第２の選択要素によって遮蔽される電子ビームの別の例を９３で示す。図からわかるように、電子選択要素７１６は、エネルギー依存性電子選択要素であるばかりでなく、エネルギーの選択は、光軸に関する電子ビームの角度にも依存する。そのため、第２の電子選択要素は、エネルギー依存性かつ角度依存性の選択要素である。
【００７９】
角度依存性選択要素である第１の荷電粒子選択要素、またはエネルギーおよび角度に依存する選択要素である第２の荷電粒子選択要素、あるいはその両方を有するこれらの態様と、本願で示す任意の実施形態とを組み合わせることができる。
【００８０】
図９ａに、それぞれの方法の流れ図を示す。方法ステップ８０１は、荷電粒子の生成を指す。荷電粒子が放出され、公称エネルギーＥｎに加速される。ここで、電子ビームのエネルギー幅はΔＥである。ステップ８０２で、光学コラムを通過する電子は、エネルギー幅低減系を通過し、第１の選択要素６１８によって整形される。方法ステップ８０３ａによれば、これらの電子は、第１のウィーンフィルタ−４極子コンポーネント内で偏向される。偏向角は、電子のエネルギーα（Ｅ）の関数である。このエネルギー依存性の偏向は、例えば、正のｘ方向に行われる。さらに、方法ステップ８０３ｂによれば、これらの電子は、第２のウィーンフィルタ−４極子コンポーネント内で偏向される。偏向角は、電子のエネルギーβ（Ｅ）の関数である。このエネルギー依存性の偏向は、例えば、負のｘ方向に行われる。＋−の符号および−＋の符号で示すように、同じエネルギーＥの粒子について、γ１に関係する荷電粒子にかかる偏向力と、γ２に関係する荷電粒子にかかる偏向力は、反対方向に作用する。
【００８１】
ステップ８０４で、第２の（エネルギー依存性）選択手段によって電子が選択される。ここで説明する方法は、図６ａに示すコンポーネントのアセンブリを参照している。図７に示すコンポーネントのアセンブリの場合には、ステップ８０３ｂの前にステップ８０４を実施する。
【００８２】
図９ａの点線の矢印で示すように、上記で説明した方法をさらに拡張することができる。第１の測定モードに対応する第１の偏向γ１（Ｅ）およびγ２（Ｅ）ならびに対応する荷電粒子選択の後で、偏向を改変することができる。この偏向の改変を利用して、荷電粒子ビーム電流またはエネルギー幅（それぞれの分解能）を制御することができる。このように、この装置を、第２の測定モード、または荷電粒子の偏向の改変によるさらに別の動作モードで動作させることができる。そのため、異なる分散を実現し、それによって異なるビーム電流を実現するために、荷電粒子選択要素を機械的に調整する必要がない。
【００８３】
図９ｂで、この偏向を実現するために多極子を動作させる方法を説明する。方法ステップ８０３ａおよび８０３ｂは、本質的に以下の２つのステップを含む。一方では、方法ステップ８０５によれば、ウィーンフィルタ要素を励磁する。他方では、方法ステップ８０６によれば、ｚ軸に沿ってｘ方向およびｙ方向に仮想分散源が位置決めされるように４極子要素を励磁する。典型的には、この位置決めは、荷電粒子ビームの放出源とみなせる場所と仮想分散源が同じｚ位置で、または少なくとも互いに近接して得られるように行われる。さらに、２つの４極子要素を励磁することによって、放出源とみなせる場所をｚ軸に沿って位置決めすることができる。仮想分散源の位置決めもこれに従って行うことができる。
【００８４】
上記の方法を用いて、集束特性を有するウィーンフィルタ要素と比べて、励磁をさらに強くし、それによって分散を大きくすることができる。さらに、ｘ−ｚ面内およびｙ−ｚ面内の共通のｚ位置での追加のクロスオーバを避けることができる。さらに、分散の結果、放出源とみなせる場所が仮想的に大きくならないようにするか、または少なくともそれをかなり低減することができる。
【００８５】
図１０ａ〜図１０ｅに、電子選択要素６１６、６１８、および７１６の実施形態の異なる例を示す。ここでは、第１の電子選択要素と第２の電子選択要素を同じものとして示す。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。好ましくは、電子角度依存性選択要素と電子エネルギー依存性選択要素では、少なくとも開口７０６、７０５、または７０４のサイズを異なるものとする。
【００８６】
本発明を限定することなく、典型的な実施形態によれば、第１の電子選択要素および第２の電子選択要素は、円形開口を有する。
【００８７】
本発明を限定することなく、第１の電子選択要素が円形開口を有し、第２の電子選択要素がスリット開口を有することがさらに可能である。あるいは、第１の電子選択要素は円形開口を有し、第２の電子選択要素は、図１０ｄまたは図１０ｅによる選択用エッジ、すなわちナイフエッジを備える。
【００８８】
図１０ａに、円形開口７０６を有する円板要素７０３を示す。円板要素７０２に当たるビームの部分を遮蔽することによってビームが整形される。第２の電子選択要素に関して、ｘ方向にエネルギーに依存して偏向される電子は、第２のエネルギー依存性選択要素の円板要素７０２によって部分的に遮蔽される。それによって、電子ビームのエネルギー幅を狭めることができる。
【００８９】
図１０ｂに、スリット開口７０４を有する円形円板要素７０２を示す。モノクロメータ内では、このスリットはｙ方向に延びることになる。そのため、公称エネルギーを有する電子は、光軸からのｙ方向変位と無関係に、このスリットの中心を通過することができる。公称エネルギーからずれた電子は、ｘ方向に偏向され、そのため、円板要素７０２によって遮蔽されることになる。
【００９０】
このスリット開口を使用して、例えば、スリットの汚染された領域を避けることができる。スリットのある領域が汚染されている場合、この電子選択要素をｙ方向にずらすことができる。それによって、スリット開口７０４の汚染されていない異なる領域を使用し得る。
【００９１】
図１０ｃに、円板要素７０２および短いスリット７０５を備えた電子選択要素５１４／５１６を示す。スリット７０５のｙ方向の長さはより短い。したがって、このスリットを通過する電子は、光軸からｙ方向にそれほどずれないはずである。
【００９２】
図１０ｄおよび図１０ｅに関して別の実施形態を説明する。上記で説明した実施形態はすべて、少なくともｘの正負の方向に電子を選択するものであった。しかし、公称ビーム経路からｘの正または負の方向のいずれか一方にずれた電子のみを遮蔽する電子選択手段、すなわち選択用エッジを提供することも可能である。それによって、電子ビームを制限するエッジが１つだけ提供される。これらの要素はそれぞれ、中実部分７０８ａまたは７０８ｂを有する。中実部分７０８ａの右側を通過する電子はどれも遮蔽されず、中実部分７０８ｂの左側を通過する電子はどれも遮蔽されない。
【００９３】
図１０ｄおよび図１０ｅのコンポーネントは様々な実施形態で使用し得る。これらのコンポーネントは別々に使用することもできるし、組み合わせて使用することもできる。次に、図１０ｄまたは図１０ｅのコンポーネントの一方を利用する第１の実施形態を説明する。いずれの側の電子エネルギースペクトルを遮蔽すべきかに応じて、図１０ｄまたは図１０ｅのいずれかの電子選択要素を使用し得る。電子選択用エッジは、電子エネルギースペクトルの低エネルギー部分または高エネルギー部分しか遮蔽し得ないが、以下で説明するように、これで十分なことがある。
【００９４】
現況技術に関して説明したように、例えば、１次電子ビームのエネルギー幅を狭めることが望ましい。この場合、このエネルギー幅は、主に放出器特性の影響を受ける。そのため、所望のエネルギー選択は、放出器特性によって決まる。ショットキ型放出器または冷電界型放出器などの一部の放出器の放出スペクトルは非対称である。すなわち、放出される電子のエネルギースペクトルは、放出ピークの一方の側が急峻に変化し、このピークの他方の側では、スペクトルの形状はテール状に延びている。放出スペクトルの一方の側のテール状の形状により、エネルギー幅ΔＥが左右される。そのため、このスペクトルのテール部を遮蔽すれば、エネルギー幅ΔＥを十分に狭めることができる。上記を考慮すると、電子を選択するのにエッジのみを使用することで十分なことがある。
【００９５】
次に、図１０ｄおよび図１０ｅの両方のコンポーネントを利用する第２の実施形態を説明する。これら２つの電子選択要素は、ｚ方向に隣接するように位置決めされる。そのため、各要素を使用して、公称エネルギーからのずれに応じて電子を選択する。これら２つの要素を組み合わせることによって、スリット７０４と同等のスリットが形成される。しかし、維持するのがより簡単であり、汚染される傾向が小さいなどの理由から、２つの別々のコンポーネントを設けるほうを用いることになろう。
【００９６】
次に、図１０ｄおよび図１０ｅの両方のコンポーネントを利用する第３の実施形態を説明する。上記で説明した第２の実施形態を、以下のように発展させることができる。２つの別々の電子選択用ナイフエッジを使用する場合、各要素を互いに独立に調整することができる。
【００９７】
先に述べた電子エネルギー依存性選択要素の説明では、エネルギー幅ΔＥの調整には触れなかった。図６ａ〜図８ｂに関して説明した系では、電子選択要素６１６、７１６の幅をｘ方向に調整することによって、電子エネルギー幅ΔＥを調整する可能性が得られる。上記で説明した実施形態はすべて、開口幅変更手段を備えることができる。あるいは、それぞれ開口幅が固定の電子選択要素を、電子エネルギー幅を選択するために交換可能とし得る。
【００９８】
あるいは、またはそれに加えて、（図示しない）別の実施形態によれば、電子選択要素を移動可能とし得る。
【００９９】
図１０ｄおよび図１０ｅを参照して現在説明している実施形態では、電子選択要素のエッジをより容易に調整する可能性が得られる。さらに、互いに独立に選択要素を容易に調整する可能性が得られる。
【０１００】
ただし、本発明により、各ウィーンフィルタ要素に異なる励磁を与える結果、系内で分散を調整することができ、さらに、ｘ−ｚ面での荷電粒子ビーム経路が変化しないので、エネルギー選択要素の調整は任意選択であり、多くの先行技術の系の場合のようにエネルギー幅の調整は不要である。
【０１０１】
以下、図１１ａおよび図１１ｂに関して、上記で説明したエネルギー幅低減系を利用する荷電粒子ビーム装置の実施形態の例を説明する。図１１ａには、荷電粒子ビーム装置１を示す。この装置は、電子コラムおよび試料チャンバを備える。この電子コラムはハウジング３を有し、試料チャンバはハウジング４を有する。それぞれの区域は、（図示しない）真空ポンプによって排気することができる。
【０１０２】
この電子コラム内で、電子源６は、本質的に光軸５に沿って電子を放出する。これらの電子は、ビーム経路１０に沿って系を通過し、対物レンズ９によって試料８上に集束する。例えば対物レンズの色収差を低減することによってこの系の分解能を向上させるために、放出された電子のエネルギー幅を狭める。したがって、開口手段６１８によってこの電子ビームを整形する。整形されたビームは、第１のウィーンフィルタ−４極子要素の系１１０／４１２に入射する。公称エネルギーを有する電子は、このウィーンフィルタ−４極子要素の系を本質的に真っ直ぐに通過する。公称エネルギーからずれたエネルギーを有する電子は、この第１の系の分散によって偏向される。そのため、ある種の制限よりも大きくずれた電子は、開口手段６１６、すなわち電子選択要素６１６によって遮蔽される。そうではあるが、公称エネルギーからのずれがある種の制限以内の一部の電子は、非公称エネルギーを有するにもかかわらず、電子選択要素６１６の開口を通過し得る。第１のウィーンフィルタ１１０および第１の４極子４１０によって導入された偏向を補正するために、第２の４極子要素４１２内の第２のウィーンフィルタ１１２によって、これらの電子が電子源６から発するように見えるようにこれらの電子を偏向させる。上記で説明したエネルギー選択を考慮すると、電子ビーム１０のエネルギー幅が狭められる。そのため、この系の色収差が低減され、分解能が向上する。
【０１０３】
図１１ｂに、荷電粒子ビーム装置１の別の例を示す。ここでは、陽極レンズ７により、その後でクロスオーバが生成される。この場合も対物レンズによって試料８上に集束されるビーム経路１０は、このクロスオーバの後で、エネルギー幅低減系を通過する。このクロスオーバは、上記で定義した放出源とみなせる場所に類似の働きをする。第１のウィーンフィルタ１１０と第１の４極子要素４１０は合わせて概ね分散的に作用し、すなわち、４極子要素の非集束性によってウィーンフィルタ要素の集束効果が概ね補償される。そのため、ウィーンフィルタ要素の励磁を、通常の双極子ウィーンフィルタの集束効果による荷電粒子についての分散の本来の制限よりも大きい量まで強めることができる。その結果、分散をさらに大きくすることができ、その結果、エネルギー幅がさらに狭められる。
【０１０４】
第２のウィーンフィルタ要素１１２および第２の４極子要素４１２により、電子が、陽極レンズによって生成されたクロスオーバから発するように見えるように偏向される。最後に、公称エネルギーからある種の制限よりもずれた電子は、電子選択要素７１６によって遮蔽される。
【０１０５】
図１１ｂでは、一方では、電子ビームの放出源とみなせる場所は図１１ａに関して変化させ、他方では、エネルギー依存性選択要素は、２つのウィーンフィルタ要素の間から第２のウィーンフィルタ要素の後に移動させた。ただし、本発明のこれら２つの独立な細部は、上記で説明した任意の実施形態と独立に組み合わせることができる。
【０１０６】
図１１ａおよび図１１ｂに示す１次荷電粒子ビームについて、あるいは、試料などから放出される２次荷電粒子ビームについて、上記で説明したエネルギー幅低減系を使用して、双極子ウィーンフィルタの集束効果を補償し、このエネルギー幅低減系のｘ−ｚ面およびｙ−ｚ面の共通のｚ位置でのクロスオーバをなくし、すなわち、この光学系内で追加のクロスオーバをなくすことによって、荷電粒子ビームのエネルギー幅を有利に狭めることができる。そのため、一方では、双極子ウィーンフィルタの本来の分散制限を克服することができ、荷電粒子源、仮想荷電粒子源、クロスオーバ、またはこれら３つのいずれかの像など、放出源とみなせる場所に仮想分散源を移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】ウィーンフィルタおよびこのウィーンフィルタに入射する電子ビームのビーム経路の例をｘ−ｚ面内で示す概略側面図である。
【図２】ウィーンフィルタおよびこのウィーンフィルタに入射する電子ビームのビーム経路の別の例をｘ−ｚ面内で示す概略側面図である。
【図３】ウィーンフィルタ要素および４極子要素ならびにこの系に入射する電子ビームのビーム経路の２つの例をｘ−ｚ面内で示す概略側面図である。
【図４】図３のｙ−ｚ面に対応する概略側面図である。
【図５ａ】改良型ウィーンフィルタを備えた実施形態をｘ−ｚ面内で示す概略側面図である。
【図５ｂ】改良型ウィーンフィルタを備えた実施形態をｙ−ｚ面内で示す概略側面図である。
【図６ａ】本発明による荷電粒子ビームエネルギー幅低減系の実施形態をｘ−ｚ面内で示す概略側面図である。
【図６ｂ】本発明による荷電粒子ビームエネルギー幅低減系の実施形態をｙ−ｚ面内で示す概略側面図である。
【図７】本発明による荷電粒子ビームエネルギー幅低減系の実施形態をｘ−ｚ面内で示す概略側面図である。
【図８ａ】本発明による荷電粒子ビームエネルギー幅低減系の実施形態をｘ−ｚ面内で示す概略側面図である。
【図８ｂ】本発明による荷電粒子ビームエネルギー幅低減系の実施形態をｘ−ｚ面内で示す概略側面図である。
【図９ａ】本発明による方法の流れ図である。
【図９ｂ】本発明による方法の流れ図である。
【図１０ａ】電子選択要素の実施形態の概略図である。
【図１０ｂ】電子選択要素の実施形態の概略図である。
【図１０ｃ】電子選択要素の実施形態の概略図である。
【図１０ｄ】電子選択要素の実施形態の概略図である。
【図１０ｅ】電子選択要素の実施形態の概略図である。
【図１１ａ】本発明による荷電粒子ビーム装置の実施形態の概略側面図である。
【図１１ｂ】本発明による荷電粒子ビーム装置の実施形態の概略側面図である。
【図１２ａ】ウィーンフィルタおよび励磁条件の概略側面図である。
【図１２ｂ】ウィーンフィルタおよび励磁条件の概略側面図である。
【図１３ａ】ウィーンフィルタおよび励磁条件の概略側面図である。
【図１３ｂ】ウィーンフィルタおよび励磁条件の概略側面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１０ｃ】
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【図１０ｄ】
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【図１０ｅ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【国際調査報告】
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