(57)【要約】粒子ビームシステム１は、複数の粒子ビーム５を生成するように構成されるマルチビーム粒子源と、物体面２９を像面７に粒子光学的に結像し、且つ像面上に複数の粒子ビームを導くように構成される結像光学ユニット３５と、物体面２９の近くの領域内で調節可能な強度の偏向電場及び／又は磁場を生成するように構成される場生成機構４１であって、粒子ビームは、偏向場の強度に依存する偏角を通して偏向場によって動作中に偏向される、場生成機構４１とを含む。
2021528819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子ビームシステムであって、
複数の粒子ビームを生成するように構成されるマルチビーム粒子源と、
物体面を像面に粒子光学的に結像し、且つ前記像面上に前記複数の粒子ビームを導くように構成される結像光学ユニット（３５）と、
前記物体面の近くの領域内で調節可能な強度の偏向電場及び／又は磁場を生成するように構成される場生成機構であって、前記粒子ビームは、前記偏向場の前記強度に依存する偏角だけ前記偏向場によって動作中に偏向される、場生成機構と
を含む粒子ビームシステム。
【請求項２】
前記結像光学ユニットは、２０ｍＴを超える、特に５０ｍＴを超える、特に１５０ｍＴを超える磁場強度を前記像面において有する集束磁場を提供する対物レンズを含む、請求項１に記載の粒子ビームシステム。
【請求項３】
前記マルチビーム粒子源は、前記物体面の近くで互いに並んで配置される複数の粒子エミッタであって、そのそれぞれは、前記複数の粒子ビームの１つの粒子ビーム又は複数の粒子ビームを生成する、複数の粒子エミッタを含み、
前記場生成機構は、前記粒子エミッタが配置される磁場を生成するように構成される磁気コイルを含み、及び前記物体面における前記磁場の場方向は、前記物体面に対して直角に方向付けられる、請求項１又は２に記載の粒子ビームシステム。
【請求項４】
特に請求項１〜３の何れか一項と組み合わせた粒子ビームシステムであって、
物体面（１７）上に互いに並んで複数の粒子ビーム（５）を導くように構成される照射系（３）であって、それにより、前記物体面（１７）で前記粒子ビームが複数の入射位置を照らす、照射系（３）と、
前記入射位置から発せられる複数の粒子ビーム（１５）を検出器アレイ（１３）上に導き、且つ前記物体面と前記検出器アレイとの間のビーム経路内に配置される中間像面（７５）に前記物体面を結像するように構成される結像光学ユニット（１１）と、
前記中間像面の近くの領域内に調節可能な強度の偏向電場及び／又は磁場を生成するように構成される場生成機構であって、前記粒子ビームは、前記偏向場の前記強度に依存する偏角だけ前記偏向場によって動作中に偏向される、場生成機構と
を含む粒子ビームシステム。
【請求項５】
前記結像光学ユニットは、２０ｍＴを超える、特に５０ｍＴを超える、特に１５０ｍＴを超える磁場強度を前記物体面において有する集束磁場を提供する対物レンズを含む、請求項４に記載の粒子ビームシステム。
【請求項６】
前記場生成機構は、前記粒子ビームの１つの粒子ビームについて、以下の第１の条件：
前記１つの粒子ビームが前記場生成機構によって偏向される前記偏角の辺は、面であって、前記面の法線は、前記偏角の頂点と主軸との間の距離の０．９９倍未満、特に０．９５倍未満、特に０．９０倍未満である、前記結像光学ユニットの光軸からの距離にある、面内にあること
が当てはまるように構成される、請求項１〜５の何れか一項に記載の粒子ビームシステム。
【請求項７】
前記場生成機構は、前記粒子ビームの１つの粒子ビームについて、以下の第２の条件：
前記１つの粒子ビームが前記場生成機構によって偏向される前記偏角は、１０μｒａｄよりも大きく、特に５０μｒａｄよりも大きく、特に１００μｒａｄよりも大きく、特に３００μｒａｄよりも大きいこと
が当てはまるように構成される、請求項６に記載の粒子ビームシステム。
【請求項８】
前記第１の条件及び／又は前記第２の条件は、前記粒子ビームの１０％超、特に２０％超、特に３０％超、特に４０％超について当てはまる、請求項６又は７に記載の粒子ビームシステム。
【請求項９】
前記場生成機構は、互いに並んで配置される複数の偏向器を有する偏向器アレイ（４１）を含み、粒子ビームの群は、動作中に前記偏向器のそれぞれを通過する、請求項１〜８の何れか一項に記載の粒子ビームシステム。
【請求項１０】
前記偏向器のそれぞれは、互いに対向して位置する電極（４７）の少なくとも１つの対であって、前記電極間において、前記粒子ビームの群は、前記偏向器を通過する、電極（４７）の少なくとも１つの対を含み、
前記粒子ビームシステムは、互いに異なる調節可能な電位を前記電極の対の前記電極に加えるように構成されるコントローラ（４９）を更に含む、請求項１〜９の何れか一項に記載の粒子ビームシステム。
【請求項１１】
前記偏向器アレイは、中心（５３）を含み、
各偏向器の前記電極の対の前記２つの電極の中心間の接続線（５１）は、前記偏向器アレイの前記中心に対して円周方向に方向付けられる、請求項１０に記載の粒子ビームシステム。
【請求項１２】
前記偏向器のそれぞれは、前記ビーム経路内で前後に配置される少なくとも１つの第１のプレート（５６）及び１つの第２のプレート（５７）を含み、前記第１のプレートは、前記粒子ビームの群が通過する第１の開口部（４５）を有し、且つ前記第２のプレートは、前記粒子ビームの群が通過する第２の開口部（４５’）を有し、前記ビーム経路の方向に見られたときの前記第１の開口部の中心は、前記第２の開口部の中心に対して横方向にずらされており（６１）、
前記粒子ビームシステムは、互いに異なる電位を前記第１のプレート及び第２のプレートに加えるように構成されるコントローラ（５９）を更に含む、請求項１〜１１の何れか一項に記載の粒子ビームシステム。
【請求項１３】
前記偏向器アレイは、中心（５３）を含み、
前記第２の開口部の前記中心に対する、前記ビーム経路の前記方向に見られたときの前記第１の開口部の前記中心は、前記偏向器アレイの前記中心に対して円周方向にずらされている、請求項１２に記載の粒子ビームシステム。
【請求項１４】
前記偏向器アレイの前記複数の偏向器は、複数の第１の開口部を有する共通の第１の多孔プレートと、複数の第２の開口部を有する共通の第２の多孔プレートとを含み、前記粒子ビームの群は、それぞれ前記第１の開口部の１つ及び前記第２の開口部の１つを通過する、請求項１２又は１３に記載の粒子ビームシステム。
【請求項１５】
前記粒子ビームの群は、単一の粒子ビームを含む、請求項１〜１４の何れか一項に記載の粒子ビームシステム。
【請求項１６】
前記偏向場は、前記物体面又は中間像面を通過する前記複数の粒子ビームのうちの前記粒子ビームの複数の対について、以下の関係：
０．９＜ｒ１／ｒ２＊α２／α１＜１．１
が当てはまるように生成され、ここで、
ｒ１は、前記対の第１の粒子ビームが前記物体面又は中間像面を通過する位置と、前記面内の中心との間の半径方向距離を表し、
ｒ２は、前記対の第２の粒子ビームが前記物体面又は中間像面を通過する位置と、前記面内の前記中心との間の半径方向距離を表し、
α１は、前記第１の粒子ビームが偏向される前記偏角の絶対値を表し、及び
α２は、前記第２の粒子ビームが偏向される前記偏角の絶対値を表す、請求項１〜１５の何れか一項に記載の粒子ビームシステム。
【請求項１７】
前記関係は、前記粒子ビームの対の半分、特に４分の３、特に全てについて当てはまる、請求項１６に記載の粒子ビームシステム。
【請求項１８】
前記偏向場は、前記粒子が前記中心の周りでほぼ円周方向に偏向されるように生成される、請求項１６又は１７に記載の粒子ビームシステム。
【請求項１９】
前記マルチビーム粒子源は、粒子ビーム（２３）を生成するための粒子エミッタと、前記粒子ビームの前記ビーム経路内に配置され、且つ前記粒子ビームの粒子が通過する複数の開口部（１０３）を有する多孔プレート（１０１）とを含み、それにより、前記複数の粒子ビーム（５）は、前記多孔プレートの下流の前記ビーム経路内で生成される、請求項１〜１８の何れか一項に記載の粒子ビームシステム。
【請求項２０】
特に請求項１〜１９の何れか一項に記載の粒子ビームシステムと組み合わせた粒子ビームシステムであって、サンプル面（７）上に複数の粒子ビーム（５）を導くように構成される照射系（３）であって、それにより、前記サンプル面（７）で前記粒子ビームが入射位置の場を照らす、照射系（３）を含み、前記照射系は、
前記粒子ビームのビーム経路内に配置され、且つ複数の開口部（１０３）を有する多孔プレート（１０１）であって、粒子ビームは、前記開口部のそれぞれを通過する、多孔プレート（１０１）と、
前記複数の粒子ビームが通過する開口部（１０７）を有する第１の単孔プレート（１０５）であって、前記多孔プレートから第１の距離（Ｌ１）に配置される第１の単孔プレート（１０５）と、
前記複数の粒子ビームが通過する開口部（１１１）を有する第２の単孔プレート（１０９）であって、前記多孔プレートから第２の距離（Ｌ２）に配置される第２の単孔プレート（１０９）と、
前記多孔プレートに対する調節可能な第１の電位を前記第１の単孔プレートに加え、且つ前記多孔プレートに対する調節可能な第２の電位を前記第２の単孔プレートに加えるように構成される電圧源（１１７）と
を含み、前記第１の距離（Ｌ１）は、前記第２の距離（Ｌ２）の０．５倍未満であり、特に前記第２の距離の０．２倍未満であり、特に前記第２の距離の０．１倍未満である、粒子ビームシステム。
【請求項２１】
前記第１の単孔プレート及び第２の単孔プレートの他に、前記第２の距離未満である前記多孔プレートからの距離に更なる単孔プレートが配置されない、請求項２０に記載の粒子ビームシステム。
【請求項２２】
前記第１のプレート内の前記開口部は、第１の直径（Ｄ１）を有し、前記第２のプレート内の前記開口部は、第２の直径（Ｄ２）を有し、前記第２の直径は、前記第１の直径の１．５倍を超え、特に３倍を超える、請求項２０又は２１に記載の粒子ビームシステム。
【請求項２３】
前記第１の単孔プレートは、前記多孔プレートと前記第２の単孔プレートとの間に配置される、請求項２０〜２２の何れか一項に記載の粒子ビームシステム。
【請求項２４】
前記多孔プレートは、前記第１の単孔プレートと前記第２の単孔プレートとの間に配置される、請求項２０〜２３の何れか一項に記載の粒子ビームシステム。
【請求項２５】
前記複数の粒子ビームが通過する開口部を有する少なくとも１つの第３の単孔プレートを更に含み、前記第３の単孔プレートは、前記多孔プレートから第３の距離に配置され、前記第３の距離は、前記第２の距離よりも大きく、前記第２の多孔プレート及び第３の多孔プレート間の距離は、前記第３の距離未満である、請求項２０〜２４の何れか一項に記載の粒子ビームシステム。
【請求項２６】
調節可能な電位を前記多孔プレート及び前記単孔プレートに加えるように構成される電圧源を更に含む、請求項２０〜２５の何れか一項に記載の粒子ビームシステム。
【請求項２７】
前記照射系は、前記多孔プレートの下流及び前記物体面の上流の前記ビーム経路内でそれぞれ前記粒子ビームの焦点を合わせるように構成され、前記対応するビーム焦点は、湾曲表面上に配置される、請求項２６に記載の粒子ビームシステム。
【請求項２８】
前記電圧源を制御し、且つ前記表面の所望の湾曲を表す第１の信号を受信するように構成されるコントローラを更に含み、前記第１の信号が変化した場合、前記コントローラは、前記電圧源に、前記多孔プレートと前記第１の単孔プレートとの間の電位差を、前記多孔プレートと前記第２の単孔プレート又は第３の単孔プレートとの間の電位差よりも大きい程度まで変えさせる、請求項２７に記載の粒子ビームシステム。
【請求項２９】
前記電圧源を制御し、且つ前記物体面における前記粒子ビームの前記入射位置間の所望の距離を表す第２の信号を受信するように構成されるコントローラを更に含み、前記第２の信号が変化した場合、前記コントローラは、前記電圧源に、前記多孔プレートと前記第１の単孔プレートとの間の電位差を、前記多孔プレートと前記第２の単孔プレート又は第３の単孔プレートとの間の電位差よりも小さい程度まで変えさせる、請求項２７又は２８に記載の粒子ビームシステム。
【請求項３０】
特に請求項１〜２９の何れか一項に記載の粒子ビームシステムと組み合わせた粒子ビームシステムであって、物体面（７）上に複数の粒子ビーム（５）を導くように構成される照射系（３）であって、それにより、前記物体面（７）で前記粒子ビームが入射位置の場を照らす、照射系（３）を含み、前記照射系は、
粒子ビームを生成するように構成される粒子エミッタと、
前記粒子ビームが通過する少なくとも１つの集光レンズと、
前記集光レンズの下流の前記粒子ビームのビーム経路内に配置され、且つ前記粒子ビームの粒子が通過する複数の開口部を有する第１の多孔プレートであって、それにより、複数の粒子ビームは、前記第１の多孔プレートの下流の前記ビーム経路内に形成される、第１の多孔プレートと、
前記第１の多孔プレートの下流の前記ビーム経路内に配置され、且つ複数の開口部を有する第２の多孔プレートであって、前記複数の粒子ビームのうちの前記粒子ビームの１つは、前記開口部のそれぞれを通過する、第２の多孔プレートと、
コントローラであって、
−  前記少なくとも１つの集光レンズが前記粒子ビームに調節可能な屈折力を提供するように、前記少なくとも１つの集光レンズを励起することと、
−  前記物体面における前記粒子ビームの前記入射位置間の所望の距離を表す第１の信号を受信することと、
−  前記第１の信号が変化した場合に前記少なくとも１つの集光レンズの前記屈折力を変えることと
を行うように構成されるコントローラと
を含む、粒子ビームシステム。
【請求項３１】
前記照射系は、それぞれ前記多孔プレートの下流及び前記物体面の上流の前記ビーム経路内で前記粒子ビームの焦点を合わせるように構成され、前記対応するビーム焦点は、湾曲表面上に配置され、前記粒子ビームシステムは、前記第２の多孔プレートの上流又は下流の前記ビーム経路内に配置され、且つ前記複数の粒子ビームが通過する開口部を有する単孔プレートを更に含み、前記コントローラは、
−  前記単孔プレートと前記多孔プレートとの間に調節可能な電位差を提供することと、
−  前記表面の所望の湾曲を表す第２の信号を受信することと、
−  前記単孔プレートと前記多孔プレートとの間及び前記第２の信号が変化した場合の前記電位差を変えることと
を行うように構成される、請求項３０に記載の粒子ビームシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の粒子ビームと共に動作する粒子ビームシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、国際公開第２００５／０２４８８１  Ａ２号パンフレット及び独国特許第１０  ２０１４  ００８  ０８３  Ｂ４号明細書は、検査される物体が複数の電子ビームによって並行して走査されるように前記電子ビームと共に動作する電子顕微鏡システムを開示している。電子ビームは、複数の開口部を有する多孔プレート上に向けられる電子源によって生成される電子ビームによって生成される。電子ビームの電子の一部が多孔プレート上に当たって、そこで吸収され、電子の別の部分が多孔プレートの開口部を通過し、その結果、電子ビームは、各開口部の下流のビーム経路内で成形され、前記電子ビームの断面は、開口部の形状によって画定される。更に、多孔プレートの上流及び／又は下流のビーム経路内に提供される適切に選択された電場は、多孔プレートの各開口部が、開口部を通過する電子ビームに対するレンズとしての役割を果たすという効果を有し、そのため、多孔プレートの外側の面内に実焦点又は虚焦点が生じる。電子ビームの焦点が形成される面は、検査される物体の表面上に結像光学ユニットによって結像され、その結果、個々の電子ビームは、互いに並んだ一次ビームの束として集束した状態で物体上に当たる。それらのビームは、そこで、物体から発せられる後方散乱電子又は二次電子を発生させ、それらの電子は、二次ビームの束を形成するように成形され、更なる結像光学ユニットによって検出器アレイ上に導かれる。そこで、二次ビームのそれぞれが別個の検出器要素上に当たり、それにより、検出器要素によって検出される電子強度は、対応する一次ビームが物体上に当たる位置における物体に関する情報を提供する。走査している電子顕微鏡の慣習的な方法で物体の電子顕微鏡写真を生成するために、複数の一次ビームが物体の表面上で並行して系統的に走査される。
【０００３】
特に非常に構造化された物体の場合、個々の電子ビームによって得られる電子顕微鏡写真は、複数の電子ビームの束内で個々の電子ビームが占める位置に依存することが分かっている。本発明者らは、これが、個々の電子ビームが物体に対して全て直角に当たるのではなく、異なる角度で当たることに起因すると考えており、ここで、所与の電子ビームが物体上に当たる角度は、電子ビームの束内の前記電子ビームの位置によって決まる。従って、本発明者らは、電子ビームの焦点が形成される面の物体上への結像がテレセントリックではないことを認識した。従って、物体上に焦点面を結像させるテレセントリック性に影響を及ぼす要求が生じた。テレセントリック性の誤差は、通常、結像領域の中心からの距離が増加するにつれて高まるため、物体における個々のビーム間の距離が変更可能であることで物体上の照射領域のサイズに影響を及ぼす要求が更に生じた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、本発明の目的は、複数の粒子ビームと共に動作し、粒子ビームの束内の粒子ビーム間の角度及び距離に影響を及ぼすことができる粒子ビームシステムを提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、粒子ビームシステムは、複数の粒子ビームを生成するように構成されるマルチビーム粒子源を含む。マルチビーム粒子源は、例えば、粒子ビームを生成するための粒子エミッタと、粒子ビームのビーム経路内に配置され、且つ粒子ビームの粒子が通過する複数の開口部を有する多孔プレートとを含むことができ、それにより、複数の粒子ビームが多孔プレートの下流のビーム経路内で生成される。
【０００６】
粒子ビームシステムは、物体面を像面に粒子光学的に結像し、且つ物体面上に複数の粒子ビームを導くように構成される結像光学ユニットを更に含む。物体面を像面に結像することは、１つ又は複数の中間像面を除外せず、かかる中間像面では、物体面と像面との間のビーム経路内に同じく配置される物体面の像が生成される。
【０００７】
粒子ビームシステムは、物体面の近くの領域内で調節可能な強度の偏向電場及び／又は磁場を生成するように構成される場生成機構を更に含み、粒子ビームは、偏向場の強度に依存する偏角だけ偏向場によって動作中に偏向される。
【０００８】
粒子ビームシステムは、物体面の近くの偏角を設定することにより、粒子ビームが像面を通過する角度に影響を及ぼすことを可能にする。
【０００９】
個々の粒子ビームが偏向場によって偏向される偏角は、２つの直線間の角度として決定することができ、２つの直線の１つは、偏向場の直接上流のビーム経路内の粒子ビームの軌道と一致し、２つの直線の他方は、偏向場の直接下流のビーム経路内の粒子ビームの軌道と一致する。この事例では、粒子ビームが偏向場によって偏向されない場合、ゼロの偏角が生じる。偏向場は、広範な領域にわたってビーム経路の方向に広がる。従って、偏向場は、広範な領域にわたって粒子ビームに作用し、偏向場の領域内の軌道が湾曲経路に沿って進むという効果を有する。
【００１０】
粒子ビームによって照らされる物体は、像面内に配置することができる。粒子ビームのビーム経路内に形成することができる上記で説明した粒子ビームの焦点は、物体面内又は物体面の近くに生じさせることもできる。但し、粒子ビームシステムは、かかる構成に限定されない。
【００１１】
場生成機構の偏向場は、結像光学ユニットによって像面上に結像される物体面の近くのビーム経路内に生成される。物体面の近くの機構は、偏向場の効果が局所化され得る面と、結像光学ユニットによって像面上に与えられる、物体が配置される実際の物体面との間の距離が物体面と像面との間の距離の０．１倍未満、特に０．０５倍未満であることを達成する。
【００１２】
上記で説明したように、偏向場は、偏向される粒子ビームのビーム経路の方向に広範な領域にわたって広がる。上記で説明したように偏角が決定される場合、粒子ビームに対する偏向場の偏向効果は、例えば、偏角の頂点が配置される面に局所化することができる。
【００１３】
場生成機構を通過する粒子ビームが、その粒子ビームのために生成される偏向場の強度に依存する様々な偏角で場生成機構によって偏向される場合、像面における偏角のかかる変化は、それぞれの粒子ビームが像面に当たる角度のみが変わるという効果を有する一方、像面上の粒子ビームの入射位置は、偏角の変化によって実質的に変わらない。従って、偏向場を設定することにより、粒子ビームが像面上に当たる角度は、標的を定めた方法で設定され得る。具体的には、複数の粒子ビームの全ての粒子ビームが像面上にほぼ直角に、即ちテレセントリックに入射するように偏向場を励起することができる。顕微鏡として使用される粒子ビームシステムの場合、そのように偏向場を励起することは、非常に構造化された物体の場合でも、個々の粒子ビームによって捕捉される像が粒子ビームの束内の個々の粒子ビームの位置に著しく依存しないという効果がある。
【００１４】
複数の粒子ビームと共に動作する粒子ビームシステムでは、集束磁場がほぼレンズ体内でのみ粒子ビームに作用し、レンズ体から物体まで広がる漏洩磁場が可能な限り小さいように設計される磁気対物レンズを使用することが従来の慣習である。本発明の例示的実施形態によれば、粒子ビームシステムは、上記で説明した場生成機構と、２０ｍＴを超える、特に５０ｍＴを超える、特に１５０ｍＴを超える磁場強度を像面において有する集束磁場を提供する対物レンズを含む結像光学ユニットとを含む。かかる対物レンズは、従来から磁場浸潤レンズと呼ばれている。磁場浸潤レンズは、通常、レンズの内側磁極片の孔よりも大きい直径を有するレンズの外側磁極片の孔によって実現される。物体において低磁場のみを提供する対物レンズとは対照的に、これらのレンズは、より低い球面収差及び色収差を実現できる利点並びにまたより大きい軸外収差の不利点を有する。他方では、物体の表面にある強磁場は、対物レンズの光軸から隔てて物体に当たる粒子ビームが前記物体に直角に入射しないという効果を有し、従って、物体から始まる粒子ビームは、物体から直角に発せられず、これは、特に非常に構造化された物体の場合に問題を引き起こし得る。従って、場生成機構を使用することで粒子ビームを物体面の近くで偏向させることが可能になり、そのため、粒子ビームは、物体の表面に磁場が存在しても前記物体に直角に入射する。更に、この構成は、浸潤レンズの不利点であると従来から見なされている浸潤レンズの軸外収差も補償する。具体的には、前記軸外収差は、典型的には、光軸からの距離と共に線形増加する。同様に、物体面に対するビームの直角入射からの角度ずれ、即ちテレセントリック性の誤差も光軸からの距離と共に比例的に増加する。テレセントリック性の誤差を訂正することにより、軸外収差も同時に大幅に低減されることを計算が明らかにしている。従って、対物レンズの光軸から隔てて、そのビームが物体上に入射するマルチビーム粒子システム内でいわゆる浸潤レンズを使用すること及び収差を減らすために浸潤レンズの可能性を完全に利用することが可能である。
【００１５】
個々の粒子ビームは、物体面に焦点が合わせられるため、所与の粒子ビームの粒子の軌道は、物体面に向けて収束する。即ち、物体面に直角に入射する粒子ビームの場合でも、物体面に入射する粒子の軌道は、物体面に対して全て直角に方向付けられるわけではない。しかし、面上の粒子ビームの入射角は、通常、いわゆる粒子ビームのセントロイド光線に基づいて決定される。セントロイド光線は、粒子ビームの全ての粒子の軌道の架空の和に相当する。
【００１６】
例示的実施形態によれば、マルチビーム粒子源は、物体面の近くで互いに並んで配置される複数の粒子エミッタであって、そのそれぞれは、複数の粒子ビームの１つの粒子ビーム又は複数の粒子ビームを生成する、複数の粒子エミッタを含む。この事例では、場生成機構は、粒子エミッタが配置される磁場を生成するように構成される磁気コイルを含むことができ、物体面における磁場の場方向は、物体面に対して直角に方向付けられる。
【００１７】
物体における入射位置の場を偏向器アレイ上に結像するテレセントリック性の誤差は、個々の粒子ビームを使用して得られる像が、粒子ビームの場内で個々の粒子ビームが占める位置に依存するという効果を有することを本発明者らは更に認識した。
【００１８】
従って、本発明の更なる例示的実施形態によれば、粒子ビームシステムは、物体面上に複数の粒子ビームを導くように構成される照射系であって、それにより、かかる物体面で前記粒子ビームが複数の入射位置を照らす、照射系と、物体面から発せられる複数の粒子ビームを検出器アレイ上に導くように構成される結像光学ユニットとを含む。この事例では、結像光学ユニットによって物体面が粒子光学的に結像される像面内に検出器アレイを配置することができる。結像光学ユニットは、物体面を中間像面に結像し、そこで物体面の像を生成する。粒子ビームシステムは、中間像面の近くの領域内に調節可能な強度の偏向電場及び／又は磁場を生成するように構成される場生成機構を更に含み、粒子ビームは、偏向場の強度に依存する偏角だけ偏向場によって動作中に偏向される。
【００１９】
物体面内で始まる粒子ビームのテレセントリック性が例えば局所電場によって乱れる場合、即ち個々の粒子ビームが、物体面に対して直角に方向付けられていない方向において物体面から離れる場合、それは、物体における所与の入射位置から発せられる粒子が、前記入射位置に割り当てられている検出器アレイの検出器要素に当たらず、むしろ前記検出器要素と異なる隣接する検出器要素に当たるという効果を有し得る。前記隣接する検出器要素によって検出される信号は、所与の入射位置に間違って割り当てられない可能性がある。この問題は、通常、粒子ビーム間の「クロストーク」と呼ばれる。この問題を低減するために、物体と検出器アレイとの間の粒子ビームのビームクロスオーバ領域内に配置される絞りを通常使用する。前記絞りは、粒子が発せられる入射位置に割り当てられていない検出器要素につながる軌道上を進む粒子を吸収する。高信頼のフィルタリングを実現するために、前記絞りの開口部の直径は、可能な限り小さく選択するべきである。但し、この構成は、絞りが配置される面を通過する全てのビームが物体面からほぼ同一の角度で始まることを前提とする。しかし、実際には、入射位置から発せられる粒子ビームが粒子ビームの束内の個々の粒子ビームの位置に依存する角度で物体から始まることが起こり得る。
【００２０】
粒子ビームの軌道に対するこれらの角度の効果は、場生成機構を通過するときに粒子ビームが受ける偏向によって影響を及ぼすことができ、かかる偏向によって部分的に補償することができる。
【００２１】
物体と検出器アレイとの間の結像光学ユニット内に配置される場生成機構は、粒子源と物体との間のビーム経路内に配置される場生成機構の構造と同一又は同様の構造を有することができる。
【００２２】
中間像面の近くの機構は、偏向場の効果が局所化され得る面と、物体が配置される物体面が結像光学ユニットによって結像される実際の中間像面との間の距離が物体面と中間像面との間の距離の０．１倍未満、特に０．０５倍未満であることを達成する。
【００２３】
本発明の例示的実施形態によれば、粒子ビームシステムは、上記で説明した場生成機構と、２０ｍＴを超える、特に５０ｍＴを超える、特に１５０ｍＴを超える磁場強度を像面において有する集束磁場を提供する対物レンズを含む結像光学ユニットとを含む。
【００２４】
例示的実施形態によれば、場生成機構は、前記１つの粒子ビームが場生成機構によって偏向される偏角の辺が、面であって、その面の法線は、偏角の頂点と主軸との間の距離の０．９９倍未満、特に０．９５倍未満、特に０．９０倍未満である、結像光学ユニットの光軸からの距離にある、面内にあるように構成される。即ち、ビームの偏向は、専ら主軸に向けて又は主軸から離れて、即ち主軸に対して半径方向に引き起こされず、むしろ偏向の少なくとも１つの成分が主軸に対して円周方向に方向付けられる。
【００２５】
この事例では、結像光学ユニットの光軸は、ビーム経路内で前後に配置される結像光学ユニットの回転対称レンズの回転軸に沿って進む。この事例では、結像光学ユニットの光軸は、共通の直線上に配置されない複数の直線領域を含むことも可能である。これは、例えば、２つの回転対称レンズ間に非回転対称ビーム偏向器が配置される場合に当てはまる。
【００２６】
光軸と、偏角の２辺を含む面への法線との間の距離の上記で説明した関係は、偏向される粒子ビームの偏向が専ら光軸に向けて又は光軸から離れて、即ち光軸に対して半径方向に引き起こされないことを意味する。むしろ、偏向の少なくとも１つの有意な成分は、偏向機構に広がる光軸を中心に円周方向に与えられることが求められる。この関係は、例えば、粒子ビームシステムの動作中に粒子ビームの３０％超又は６０％超について満たされ得る。
【００２７】
更に、偏角は、１０μｒａｄよりも大きく、特に５０μｒａｄよりも大きく、特に１００μｒａｄよりも大きく、特に３００μｒａｄよりも大きいことができる。この関係も、例えば、粒子ビームシステムの動作中に粒子ビームの３０％超又は６０％超について満たされ得る。
【００２８】
例示的実施形態によれば、偏向場は、物体面又は中間像面を通過する複数の粒子ビームのうちの粒子ビームの複数の対について、以下の関係：
０．９＜ｒ１／ｒ２＊α２／α１＜１．１
が当てはまるように生成され、ここで、
ｒ１は、対の第１の粒子ビームが物体面又は中間像面を通過する位置と、その面内の中心との間の半径方向距離を表し、
ｒ２は、対の第２の粒子ビームが物体面又は中間像面を通過する位置と、その面内の中心との間の半径方向距離を表し、
α１は、第１の粒子ビームが偏向される偏角の絶対値を表し、及び
α２は、第２の粒子ビームが偏向される偏角の絶対値を表す。
【００２９】
即ち、偏角の大きさは、中心又は光軸からの距離と共にほぼ線形に増加する。
【００３０】
照射系の光軸を中心に円周方向に方向付けられる偏角による物体面における粒子ビームの偏向は、粒子ビームの束の断面が最小である（通常、クロスオーバで表される）面内の粒子ビームの束全体の断面を広くするという効果も有する。そのように断面を広げることは、従って、クーロン反発による粒子の互いからの相互反発を減らすことになり、それは、従って、像面におけるより小さいビーム焦点、従ってマルチビーム粒子顕微鏡の解像力の改善を可能にする。
【００３１】
例示的実施形態によれば、場生成機構は、互いに並んで配置される複数の偏向器を有する偏向器アレイを含み、粒子ビームの群は、動作中に偏向器のそれぞれを通過する。適切な偏向器アレイの実施形態は、例えば、その開示が本願に全体的に援用される、第１０  ２０１８  ２０２  ４２１．９号の出願番号を有する独国特許出願に記載されている。
【００３２】
例示的実施形態によれば、偏向器アレイの偏向器は、互いに対向して位置する電極の少なくとも１つの対を含み、それらの電極間において、粒子ビームの群は、偏向器を通過する。粒子ビームシステムは、異なる電位を電極に加えるように構成されるコントローラを含むことができる。互いに対向して位置する電極の対の数は、具体的には１つ又は２つに等しいことができる。
【００３３】
ある例示的実施形態によれば、偏向器のそれぞれに対向電極の１つのみの対が提供される。この事例では、偏向器アレイの中心に対して円周方向に広がるように、２つの電極の中心を通る直線が方向付けられ得る。かかる偏向器アレイにより、偏向器アレイを通過した後、中心を通過する主軸と平行に進むように、前記主軸の周りでその軌道が螺旋状に進む粒子ビームに影響を及ぼすことができる。
【００３４】
例示的実施形態によれば、偏向器のそれぞれは、ビーム経路内で前後に配置される第１のプレート及び第２のプレートを含み、第１のプレート及び第２のプレートは、粒子ビームの群の粒子ビームが連続して通過する開口部をそれぞれ有する。この事例では、ビーム経路の方向に見られたときの第１のプレートの開口部の中心は、第２のプレートの開口部の中心に対して横方向にずらされている。粒子ビームシステムは、互いに異なる電位を第１のプレート及び第２のプレートに加えるように構成されるコントローラを含むことができる。従って、第１のプレートと第２のプレートとの間に電場が発生し、前記電場は、開口部を通過する粒子ビームの偏向をもたらす。
【００３５】
本明細書の例示的実施形態によれば、偏向器アレイは、複数の第１の開口部を有する第１の多孔プレートと、複数の第２の開口部を有する第２の多孔プレートとを含み、それぞれの粒子ビームの群は、それぞれ第１の開口部の１つ及び第２の開口部の１つを連続して通過する。この事例では、ビーム経路の方向に見られたときの、通過される第１の開口部及び通過される第２の開口部は、やはり互いに対して横方向にずらして配置される。
【００３６】
更なる例示的実施形態によれば、偏向器アレイは、中心を含み、第２の開口部の中心に対する、ビーム経路の方向に見られたときの第１の開口部の中心は、偏向器アレイの中心に対して円周方向に横にずらされている。
【００３７】
かかる偏向器の実施形態は、例えば、その開示が本願に全体的に援用される国際公開第２００７／０２８５９６  Ａ１号パンフレットで説明されている。
【００３８】
偏向器アレイの偏向器によって偏向される粒子ビームの群の粒子ビームの数は、２つ、３つ又はそれを超えるものであり得る。ある例示的実施形態によれば、偏向器アレイの別個の偏向器が複数の粒子ビームのうちの粒子ビームのそれぞれに対して提供されるように、各群は、単一の粒子ビームのみを含む。
【００３９】
本発明の更なる実施形態によれば、粒子ビームシステムは、物体面上に複数の粒子ビームを導くように構成される照射系であって、それにより、かかる物体面で前記粒子ビームが入射位置の場を照らす、照射系を含む。照射系は、粒子ビームのビーム経路内に配置され、且つ複数の開口部を有する多孔プレートであって、粒子ビームは、開口部のそれぞれを通過する、多孔プレートと、複数の粒子ビームが通過する開口部を有する第１の単孔プレートとを含み、第１の単孔プレートは、多孔プレートから第１の距離に配置される。この照射系は、複数の粒子ビームが通過する開口部を有する第２の単孔プレートを更に含み、第２の単孔プレートは、多孔プレートから第２の距離に配置される。粒子ビームシステムは、多孔プレートに対する調節可能な第１の電位を第１の単孔プレートに加え、多孔プレートに対する調節可能な第２の電位を第２の単孔プレートに加えるように構成される電圧源を含み、第１の距離は、第２の距離の０．５倍未満であり、特に第２の距離の０．２倍未満であり、特に第２の距離の０．１倍未満である。
【００４０】
このように構成された粒子ビームシステムにより、複数の粒子ビームで物体を照らす間のテレセントリック性の誤差の影響に対して、物体において変化させることができる粒子ビームの場の直径によって影響を及ぼすことが同様に可能である。この変化は、電圧源によって第１の単孔プレート及び第２の単孔プレートに加えられる電位を変えることによって実現することができる。
【００４１】
多孔プレート及び単孔プレートに加えられる電位差によって電場が多孔プレートにおいて発生し、かかる電場は、多孔プレートの開口部を通過する粒子ビームに対して開口部がレンズ効果を有し、そのため、開口部を通過する粒子ビームが多孔プレートの下流又は上流のビーム経路内でビーム焦点を形成するという効果を有する。前記ビーム焦点は、物体が配置される面上に結像光学ユニットによって結像することができる。この物体面上への結像は、典型的には像面湾曲と呼ばれる結像収差を含む。この収差を少なくとも部分的に補償するために、ビーム焦点が、平面ではなく、湾曲表面上にあるように多孔プレートに隣接する電場を発生させることができる。この例は、その開示が本願に全体的に援用される国際公開第２００５／０２４８８１  Ａ２号パンフレットに記載されている。
【００４２】
上記で説明した粒子ビームシステムは、生じるビーム焦点が配置される表面の湾曲に影響を及ぼせるようにするだけでなく、ビーム焦点間の距離を変えることも可能にする。これらの距離を変えることは、物体面における粒子ビームの入射位置間の距離を変えること、従って物体面における粒子ビームの場の直径を変えることを直接もたらす。
【００４３】
この事例では、多孔プレートと第１の単孔プレートとの間の電圧の変化は、ビーム焦点が配置される表面の湾曲の変化を実質的にもたらす一方、多孔プレートと第２の単孔プレートとの間の電圧の変化は、ビーム焦点間の距離の変化を主にもたらす。
【００４４】
例示的実施形態によれば、第２の単孔プレート内の開口部の直径は、第１の単孔プレート内の開口部の直径よりも１．５倍又は３倍大きい。
【００４５】
例示的実施形態によれば、第１の単孔プレート及び第２の単孔プレートは、多孔プレートに対して同じ側に配置される。更なる例示的実施形態によれば、多孔プレートは、第１の単孔プレートと第２の単孔プレートとの間に配置される。
【００４６】
更なる例示的実施形態によれば、複数の粒子ビームが通過する開口部を有する少なくとも１つの第３の単孔プレートが設けられ、第３の単孔プレートは、多孔プレートから第３の距離に配置され、前記第３の距離は、第２の距離よりも大きい。少なくとも１つの第３の単孔プレートは、多孔プレートに対して第２の単孔プレートと同じ側に配置される。ビーム焦点間の距離を変えるために、調節可能な屈折力を有するレンズとして少なくとも１つの第３の単孔プレートが第２の単孔プレートと共に粒子ビームに作用するように、電圧源が少なくとも１つの第３の単孔プレートに電位を加えることができる。
【００４７】
上記で説明した単孔プレートの幾何学的設計の結果、即ち単孔プレートと多孔プレートとの間の距離の選択及び単孔プレートの開口部の直径の選択の結果、ビーム焦点が形成される表面の湾曲の変化及びビーム焦点間の距離を互いに概ね切り離した方法で設定することができる。従って、ビーム焦点が配置される表面の所望の湾曲を表す第１の入力信号を受信することと、物体面における粒子ビームの入射位置間の所望の距離を表す第２の入力信号を受信することとを行うように構成されるコントローラを設けることができる。コントローラは、第１の入力信号に応じて、多孔プレートと第１の単孔プレートとの間の電位差を電圧源によって変え、且つ第２の入力信号に応じて、多孔プレートと第２の単孔プレート又は第３の単孔プレートとの間の電位差を電圧源によって変えるように構成され得る。
【００４８】
本発明の更なる実施形態によれば、粒子ビームシステムは、物体面上に複数の粒子ビームを導くように構成される照射系であって、それにより、かかる物体面で前記粒子ビームが入射位置の場を照らす、照射系を含む。この事例では、照射系は、粒子ビームを生成するように構成される粒子エミッタを有するマルチビーム粒子源と、粒子ビームが通過する少なくとも１つの集光レンズと、集光レンズの下流の粒子ビームのビーム経路内に配置され、且つ粒子ビームの粒子が通過する複数の開口部を有する第１の多孔プレートであって、それにより、複数の粒子ビームは、第１の多孔プレートの下流のビーム経路内に形成される、第１の多孔プレートとを含む。この照射系は、第１の多孔プレートの下流のビーム経路内に配置され、且つ複数の開口部を有する第２の多孔プレートを更に含み、複数の粒子ビームのうちの粒子ビームの１つは、前記開口部のそれぞれを通過する。この照射系は、少なくとも１つの集光レンズが粒子ビームに調節可能な屈折力を提供するように、少なくとも１つの集光レンズを励起することと、物体面における粒子ビームの入射位置間の所望の距離を表す第１の信号を受信することと、第１の信号が変化した場合に少なくとも１つの集光レンズの屈折力を変えることとを行うように構成されるコントローラを更に含む。
【００４９】
集光レンズの励起の変化による集光レンズの屈折力の変化はまた、第１の多孔プレートに入射する粒子ビームの広がりの変化、従って多孔プレートの下流のビーム経路内に生成される複数の粒子ビームの広がりの変化をもたらす。この複数の粒子ビームが最終的に物体上に導かれる。照射光学ユニットの特性が他の点で同じままである状態で、第１の多孔プレートの直接下流の複数の粒子ビームの広がりが増すことは、物体上の粒子ビームの入射位置間の距離が大きくなることをもたらし、それに対応して、第１の多孔プレートの直接下流の複数の粒子ビームの広がりが減ることは、物体上の粒子ビームの入射位置間の距離が小さくなることをもたらすことが明らかである。
【００５０】
例示的実施形態によれば、この照射系は、多孔プレートの下流及び物体面の上流のビーム経路内でそれぞれ粒子ビームの焦点を合わせるように構成され、対応するビーム焦点は、湾曲表面上に配置される。この事例では、粒子ビームシステムは、第２の多孔プレートの上流又は下流のビーム経路内に配置され、且つ複数の粒子ビームが通過する開口部を有する単孔プレートを更に含む。コントローラは、単孔プレートと多孔プレートとの間に調節可能な電位差を提供することと、表面の所望の湾曲を表す第２の信号を受信することと、第２の信号が変化した場合に単孔プレートと多孔プレートとの間の電位差を変えることとを行うように構成され得る。
【００５１】
上記で説明した特徴及び前記特徴の利点が以下の実施形態の説明からより明らかになる。但し、本発明の実施形態は、記載した前記特徴の全てを含む必要はなく、含まれ得るいかなる特徴も、記載する利点の全てを示す必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】粒子ビームシステムの概略図を示す。
【図２】図１の粒子ビームシステムの詳細の概略図を示す。
【図３】図１の粒子ビームシステム内で使用可能な偏向器アレイの平面図の概略図を示す。
【図４】粒子ビームの偏向方向を説明するための図を示し、前記偏向は、図１の粒子ビームシステムの場生成機構によってもたらされている。
【図５】図１の粒子ビームシステム内で使用可能な更なる偏向器アレイの平面図の概略図を示す。
【図６】図５のＶ−Ｖの線に沿った、図５に示す偏向器アレイの断面図の概略図を示す。
【図７】図１の粒子ビームシステム内で使用可能なマルチビーム粒子源の詳細の断面図の概略図を示す。
【図８】図１の粒子ビームシステム内で使用可能な更なるマルチビーム粒子源の詳細の断面図の概略図を示す。
【図９】図１の粒子ビームシステム内で使用可能な更なるマルチビーム粒子源の詳細の断面図の概略図を示す。
【図１０】図１の粒子ビームシステム内で使用可能な更なるマルチビーム粒子源の詳細の断面図の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
以下の実施形態の説明では、その構造及び機能に関して同様である構成要素には、同じ又は同様の参照記号が概ね与えられている。従って、個々の特徴の意味を完全に理解するために、「発明の概要」セクション内の同様の参照記号を有する他の特徴の説明並びにそれらの及び他の特徴の説明も考慮すべきである。
【００５４】
一実施形態による粒子ビームシステムを図１に概略的に示す。粒子ビームシステム１は、物体９が配置される面７上に複数の粒子ビーム５を導くように構成される照射系３を含む。粒子ビーム５のそれぞれは、物体９上の入射位置を照らし、粒子ビーム５は、互いに並んで且つ互いに隔てて物体９に入射し、それにより入射位置の場がそこで照らされる。粒子ビーム５は、例えば、物体９において二次電子及び後方散乱電子を発生させる電子ビームであり得る。検出システムの結像光学ユニット１１は、入射位置において発生する電子を集め、それを検出器アレイ１３に導くように構成される。ここで、入射位置のそれぞれから発せられる電子を使用して、それぞれの事例において別個の粒子ビーム１５を成形する。粒子ビーム１５は、検出器アレイ１３上に導かれる。検出器アレイ１３は、検出器要素のアレイを含み、粒子ビーム１５のそれぞれを検出するために１つ又は複数の検出器要素が設けられる。そのために、検出器要素は、物体９における入射位置の配置に対応するアレイ状に構成される。物体９の表面が、結像光学ユニット１１によって与えられる結像の物体面１７内に配置され、検出器アレイ１３の検出器要素が前記結像の像面１９内に配置されるように、結像光学ユニット１１は、物体９及び検出器アレイ１３の表面に対して構成される。照射系３の結像光学ユニット３５及び検出器システムの結像光学ユニット１１は、結像光学ユニット３５の像面７と結像光学ユニット１１の物体面とが一致し、物体の表面をそこに配置することができるように構成される。従って、面７は、照射系３の像面、結像光学ユニット１１の物体面１７及び検査される物体の表面が配置されるサンプル面である。
【００５５】
照射系３は、１つ又は複数の集光レンズ２５によって平行にされ、多孔プレート機構２７上に当たる粒子ビーム２３を生成するための粒子エミッタ２２を有するマルチビーム粒子源２１を含む。多孔プレート機構２７は、複数の開口部を有する少なくとも１つの多孔プレートを含む。多孔プレート内の開口部を通過する粒子ビーム２３の粒子が粒子ビーム５を形成する。粒子ビーム５の焦点３１が表面２９の周りの領域内に形成されるように、多孔プレート機構２７は、個々の粒子ビーム５の焦点を合わせるように更に構成される。この事例では、表面２９は、湾曲した形状を有し得る。ビーム経路に影響を及ぼす更なるレンズ３３を多孔プレート機構２７と面２９との間に設けることができる。
【００５６】
表面２９と面７とが光学結像の意味で互いに共役な面であるように、照射系３は、表面２９を面７に結像するように構成される結像光学ユニット３５を更に含む。結像光学ユニット３５は、面７の最も近くに配置される結像光学ユニット３５のレンズである対物レンズ３７を含む。更に、結像光学ユニット３５は、更なるレンズ３９を含むことができる。
【００５７】
照射系３は、粒子ビーム５を、前記粒子ビーム５がそこで面７に可能な限り直角に、即ち９０°の入射角で入射するように面７上に導く。しかし、レンズ３７及び３９の特性によってこの関係からのずれが生じ、そのため、粒子ビームは、９０°と異なる入射角で面７上に入射する。具体的には、これらの方向は、粒子ビーム５の全てについて同一ではなく、むしろ粒子ビームの場内の個々の粒子ビーム５の位置に依存し得る。入射角が９０°からずれることは、例えば、結像光学ユニット３５のテレセントリック性の誤差によって引き起こされ得る。更に、対物レンズ３７は、物体９の表面まで到達する磁場によってその焦点効果をもたらすことができる。従って、物体の表面に直接の粒子ビームの軌道が螺旋の形状を有する。テレセントリック性からのかかるずれを少なくとも部分的に補償するために、面７に結像される表面２９の近くに偏向器アレイ４１を配置する。
【００５８】
偏向器アレイ４１の一実施形態の平面図を図３に概略的に示す。偏向器アレイ４１は、粒子ビーム５の１つが開口部４５のそれぞれの中心を通過するようにアレイ４６内に配置される複数の開口部４５を有する多孔プレート４３を含む。各開口部４５において、互いに対向して位置する電極４７の対が開口部４５の中心点の両側に配置される。各電極４７は、互いに異なる電位を各電極対の電極４７に加えるように構成されるコントローラ４９に接続される。電極４７の対の電極４７間の電位差は、電極４７間に電場を発生させ、前記電場は、電極４７の対を通過する粒子ビーム５を、電位差に依存する角度だけ偏向させる。
【００５９】
粒子ビーム５が通過する開口部４５のアレイ４６の中心５３に対して対の２つの電極４７の中心間の接続線５１が円周方向に配置されるように、電極を通過する粒子ビーム５に対して電極４７の対が方向付けられる。その結果、偏向器アレイ４１の通過後、粒子ビーム５の場の中心５３を取り巻く螺旋経路を進むように粒子ビーム５を偏向させることができる。対物レンズ３７から物体９の表面まで広がる磁場の効果が、粒子ビーム５が面７上にほぼ直角に入射する結果を伴って補償されるように、これらの螺旋経路の傾きをここで設定することができる。
【００６０】
図３に示す偏向器アレイ４１の場合、それぞれの偏向器は、互いに対向して位置し、中心５３に対して円周方向にずらして配置される電極４７の対を有する。これにより、中心に対して円周方向に方向付けられる方向に粒子ビームを偏向させることができる。但し、複数の電極対を通過する粒子ビームを偏向させる方向を設定できるようにするために、互いに対向して位置する２つ以上の電極対を開口部の周りで円周方向において分散式に配置することも可能である。
【００６１】
図４は、粒子ビームの偏向方向を説明するための図であり、前記偏向は、場生成装置４１によってもたらされている。
【００６２】
図４の面２０１は、場生成機構４１の偏向場の効果を局所化することができる面を表す。図４では、粒子ビーム５が場生成機構４１に上から入り、場生成装置４１から底面において出る。粒子ビーム５の軌道は、場生成機構４１に入る前及び場生成機構４１から出た後に直線的に進み、場生成機構４１内で湾曲経路上を進む。軌道の直線部分の延長線２０３及び２０４が点２０５において交差し、互いに角度αを形成する。角度αは、場生成機構４１の偏向場によって粒子ビーム５が偏向される偏角である。直線の延長線２０３及び２０４は、偏角αの辺を形成し、点２０５は、前記偏角の頂点である。辺２０３及び２０４は、面２０７内にある。前記面２０７は、場生成機構４１の偏向場の効果を局所化することができる面２０１に対して直角に方向付けられる。偏角の頂点２０５は、場生成機構４１の中心５３からｒの距離にある。結像光学ユニット３５の光軸２０９が場生成機構４１の中心５３を通過する場合に有利である。中心５３又は結像光学ユニット３５の光軸２０９について、面２０７に対して直角に方向付けられ、偏角αの頂点２０５を通過する直線２１１が光軸からｄの距離にあるように面２０７が向きを有し、ｄは、頂点２０５と光軸２０９又は中心５３との間の距離ｒの０．９９倍未満、又は０．９５倍未満、又は０．９０倍未満である。即ち、粒子ビーム５は、光軸２０９に対して円周方向にやはり方向付けられる偏角αだけ偏向される。
【００６３】
図４は、結像光学ユニット３５によって像面に結像される物体面２９を同様に示す。粒子ビーム５に対する偏向効果を局所化することができる面２０１は、物体面２９からｌの距離にあり、距離ｌは、光軸２０９に沿った像面７からの物体面２９の距離と比較して小さい。具体的には、距離ｌは、光軸２０９に沿った物体面２９と像面７との間の距離の０．１倍未満である。
【００６４】
偏向器アレイ４１の更なる実施形態を図５及び図６に関して以下で説明する。この事例では、図５は、偏向器アレイ４１の平面図を示し、図６は、図５のＶ−Ｖの線に沿って偏向器アレイ４１を通る断面を示す。
【００６５】
偏向器アレイ４１は、複数の開口部４５を有する第１の多孔プレート５６と、複数の開口部４５’を有する第２の多孔プレート５７とを含み、粒子ビーム５は、それらの開口部を通過する。各粒子ビーム５が第１の多孔プレート５６内の開口部４５をまず通過し、次いで第２の多孔プレート５７内の開口部４５’を通過するように、２つの多孔プレート５６及び５７は、ビーム経路内で前後に配置される。２つの多孔プレート５６及び５７内の開口部４５及び４５’は、それぞれ同一の直径を有することができる。但し、必ずしもそうである必要はない。
【００６６】
所与の粒子ビームが通過する第１の多孔プレート５６内の開口部４５の中心が、前記粒子ビームが通過する第２の多孔プレート５７内の開口部４５’の中心に対してビーム方向に見られて横方向にずれるように、２つの多孔プレート５６及び５７が互いに対して配置される。第１の多孔プレート５６内の開口部４５は、完全に見え、実線で図示しているのに対し、第２の多孔プレート５７内の開口部４５’は、部分的に隠れており、見える限り実線で図示し、隠れている限り破線で図示することによってこの構成を図５に示す。
【００６７】
互いに異なる電位を第１の多孔プレート５６及び第２の多孔プレート５７に加えるようにコントローラ５９が構成される。それにより、多孔プレート５６と多孔プレート５７との間に静電場が発生し、前記静電場は、粒子ビーム５を偏向させる。コントローラ５９によって決定される多孔プレート５６と多孔プレート５７との間の電位差によって偏角を設定することができる。
【００６８】
偏向器アレイは、図５の矢印６１によって示すように、その周りで第２の多孔プレート５７を第１の多孔プレートに対して回転させる中心５３を含む。この回転は、粒子ビーム５が問題なく通過する開口部４５及び開口部４５’間の中心５３の周りで横方向のずれを円周方向にもたらし、前記横方向のずれは、それぞれの開口部４５及び４５’と中心５３との間の距離が大きくなるほど円周方向に増加する。
【００６９】
従って、物体９の表面における面７に結像される面２９の近くの偏向器アレイ４１の構成により、面７上への粒子ビーム５の入射角に影響を及ぼすことができる。具体的には、入射角は粒子ビームの全てについて、ほぼ９０°であるように設定することができる。
【００７０】
図１に示す粒子ビームシステム１は、粒子ビーム５を生成し、物体９の表面が配置される面７に粒子ビーム５を導くための照射系３を含む。更に、粒子ビームシステム１は、粒子ビーム１５として物体９の表面において発生した電子を検出器アレイ１３上に導くための結像光学ユニット１１を含む。そのために、粒子ビーム５及び粒子ビーム１５のビーム経路をビームスイッチ６５によって互いに分ける。図１では、ビームスイッチ６５と面７との間では、粒子ビーム５及び粒子ビーム１５が共通のビーム経路を横断するが、ビームスイッチ６５の上の領域では、それらのビーム経路が互いに別々に進む。ビームスイッチ６５は、ほぼ均一な磁場によって提供される。図１の参照符号６７は、粒子ビーム５が通過し、面７上に表面２９を結像させる際にビームスイッチ６５の磁場によって引き起こされる結像収差を補償するために設けられる、均一磁場が与えられる領域を示す。
【００７１】
結像光学ユニット１１は、図１で概略的に示し、図２でより詳細に示す対物レンズ３７及び複数のレンズ６９を含む。結像光学ユニット１１は、面１７を面１９上に結像し、面１９では、３つの中間像７１、７２及び７３が粒子ビーム１５のビーム経路に沿って互いの後ろに生じるように検出器アレイ１３の検出器要素が構成される。更に、中間像７２と中間像７３との間のビーム経路内に配置される面７５において粒子ビーム１５のクロスオーバがある。前記面７５内には、切り欠き７９を有する開口プレート７７が配置され、開口プレート７７は、粒子の開始元である面７内の位置に割り当てられている検出器要素と異なる検出器アレイ１３の検出器要素上にさもなければ当たる粒子ビーム１５の粒子を除去する役割を果たす。
【００７２】
上記で説明したように、粒子ビーム１５が面７から非直角に、即ち９０°と異なる角度で始まる場合、このフィルタリングの質は、低下する。かかる質の低下は、実際には例えば対物レンズ３７が面７まで到達する集束磁場を発生させる場合に生じる。
【００７３】
これを補償するために中間像７２の領域内に偏向器アレイ８１が配置され、前記偏向器アレイは、偏向器のアレイを含み、粒子ビーム１５の１つが偏向器のそれぞれを通過する。偏向器は、自らを通過する粒子ビームが面７５内の可能な限り小さい領域を通過するようにかかる粒子ビームを偏向させ、開口部７９は、高スループットと共に優れたフィルタリングを実現できるほど小さいように決めることができる。
【００７４】
偏向器アレイ８１は、偏向器アレイ４１に関して図３〜図５を参照して上記で説明したような構造を有することができる。
【００７５】
図７は、図１の粒子ビーム５を生成するための多孔プレート機構２７の一実施形態の断面の概略図である。多孔プレート機構２７は、粒子ビーム５が通過する複数の開口部１０３を有する多孔プレート１０１を含む。この事例では、多孔プレート１０１は、粒子源２１の下流のビーム経路内の第１の多孔プレートであり得、そのため、多孔プレート１０１は、粒子源２１によって生成される粒子ビーム２３の粒子ビーム５に寄与しない粒子も吸収する。但し、多孔プレート１０１の上流に更なる多孔プレートを配置することも可能であり、粒子源２１によって生成される粒子を多孔プレート１０１がほぼ吸収しないように、前記更なる多孔プレートがこの機能を提供する。多孔プレート１０１からＬ１の距離に単孔プレート１０５が配置される。単孔プレート１０５は、粒子ビーム５の全てが通過する開口部１０７を有する。
【００７６】
更なる単孔プレート１０９が多孔プレート１０１からＬ２の距離に配置され、同様に粒子ビーム５の全てが通過する開口部１１１を有する。開口部１１１は、Ｄ２の直径を有する。更なる単孔プレート１１３が多孔プレート１０１からＬ３の距離に配置され、同様に粒子ビーム５の全てが通過する開口部１１５を有する。開口部１１５は、Ｄ３の直径を有する。異なる電位を多孔プレート１０１並びに単孔プレート１０５、１０９及び１１３に加えるようにコントローラ１１７が構成される。この事例では、単孔プレート１１３は、例えば、地電位にあり得るビームパイプにも接続され得る。
【００７７】
多孔プレート１０１並びに単孔プレート１０５、１０９及び１１３に異なる電位を加えた結果、図７の力線１１９によって図示する不均一電場がこれらのプレート間で発生する。
【００７８】
多孔プレート１０１まで広がる電場は、開口部１０３が、多孔プレート１０１内の開口部１０３を通過する粒子ビーム５に対するレンズとしての役割を果たすという効果を有する。図７の楕円１２１によってこのレンズ効果を示す。電場が不均一であることにより、多孔プレート１０１内の開口部１０３のアレイ内の中心の開口部１０３は、最も強いレンズ効果を与える一方、このレンズ効果は、中心から離れるにつれて減少する。この形態は、ビーム焦点３１（図１を参照されたい）が平面内になく、むしろ粒子源の観点から凸状に湾曲した面内にあるという効果を有する。この面の形状及び湾曲の程度は、多孔プレート１０１における電場の強度及び不均一性によって決まる。不均一性は、従って、単孔プレート１０５内の開口部１０７の直径Ｄ１により、且つ多孔プレート１０１と単孔プレート１０５との間の距離Ｌ１によりほぼ決まる。これらの変数Ｄ１及びＬ１は、ビーム焦点３１が配置される、結果として生じる面２９の湾曲の形状が結像光学ユニット３５の像面湾曲を補償することができるように選択され、そのため、物体の表面７における粒子ビーム５の焦点は、実質的に全て面７の非常に近くに生じる。更に、面２９の湾曲の程度は、多孔プレート１０１と単孔プレート１０５との間の電位差によって決まる。
【００７９】
単孔プレート１０９と多孔プレート１０１との間の距離Ｌ２は、単孔プレート１０５と多孔プレート１０１との間の距離Ｌ１よりも著しく大きい。具体的には、距離Ｌ２は、距離Ｌ１の２倍を超え、特に５倍を超え、特に１０倍を超える。単孔プレート１０９内の開口部１１１の直径Ｄ２は、単孔プレート１０５内の開口部１０７の直径Ｄ１よりも更に著しく大きい。例として、直径Ｄ２は、直径Ｄ１の１．５倍を超え、特に３倍を超える。単孔プレート１１３と多孔プレート１０１との間の距離Ｌ３は、同様に単孔プレート１０５と多孔プレート１０１との間の距離Ｌ１よりも著しく大きい。距離Ｌ３は、距離Ｌ２よりも更に大きい。単孔プレート１１３の開口部１１５の直径Ｄ３は、同様に単孔プレート１０５内の開口部１０７の直径Ｄ１よりも著しく大きい。直径Ｄ３は、直径Ｄ２とほぼ等しいことができる。
【００８０】
図７の楕円１２３によって示すように、単孔プレート１０５の下流のビーム経路内に形成される不均一電場は、粒子ビーム５の全体に対するレンズ効果をもたらす。前記レンズの効果は、互いに対する粒子ビーム５の広がり及び／又は収束を変化させる。このレンズ１２３の効果の強度は、単孔プレート１０５、１０９及び１１３間で電圧を変えることによって設定することができる。このレンズ１２３の強度を変えることは、面２９上のビーム焦点３１間の距離の変化をもたらす。
【００８１】
多孔プレート機構２７の支援により、まず結像光学ユニット３５の像面湾曲を補償することができ、次いで面２９内のビーム焦点３１間の距離を設定することができる。この事例では、コントローラ１１７は、像面湾曲を補償する所望の程度をコントローラ１１７に入力可能な第１の信号入力１２５を有することができ、表面２９内のビーム焦点３１間の所望の距離又は面７内の粒子ビームの入射位置間の所望の距離をコントローラ１１７に入力可能な第２の信号入力１２７を有することができる。記載した多孔プレート機構２７の構成により、レンズ１２３の効果と概ね切り離した方法でレンズ１２１の効果を調節することができる。第１の信号入力１２５に加えられる信号が変化した場合、コントローラ１１７は、表面２９の湾曲を設定するために多孔プレート１０１と単孔プレート１０５との間の電圧を変えることができる。第２の信号入力１２７に加えられる制御信号が変化した場合、コントローラ１１７は、物体９の表面上の粒子ビームの入射位置間の距離を変えるために単孔プレート１０９に加えられる電位を実質的に変えることができる。
【００８２】
ある例示的実施形態による図７の多孔プレート機構２７のパラメータを以下に示す。
多孔プレート１０１を通過する前の粒子ビーム５の運動エネルギ：３０ｋｅＶ
開口部１０３間の距離：１００μｍ
開口部１０３の直径：３０μｍ
レンズ１２１の焦点距離：１００ｍｍ〜３００ｍｍ
Ｄ１：４ｍｍ、Ｄ２：１６ｍｍ、Ｄ３：６．５ｍｍ、Ｌ１：０．２ｍｍ、Ｌ２：７．３ｍｍ、Ｌ３：６５ｍｍ、Ｕ１：０、Ｕ２：５００Ｖ、Ｕ３：１７．５ｋＶ、Ｕ４：０
面２９内の焦点間の距離：２００μｍ〜３００μｍ
【００８３】
図８は、図１の粒子ビーム５を生成するための多孔プレート機構２７の更なる実施形態の断面の概略図である。図８の多孔プレート機構２７は、図７の多孔プレート機構２７と同様の構造を有する。具体的には、直径Ｄ１の開口部１０７を有する単孔プレート１０５が多孔プレート１０１からＬ１の距離に配置される。同様に、直径Ｄ３の開口部１１５を有する単孔プレート１１３が多孔プレート１０１からＬ３の距離に配置される。但し、図７の１つの単孔プレート１０９の代わりに、それぞれ直径Ｄ２を有する開口部１１１１、１１１２及び１１１３を有する３つの単孔プレート１０９１、１０９２及び１０９３が設けられており、これらのプレートは、多孔プレート１０１からそれぞれＬ２１、Ｌ２２及びＬ２３の距離に配置されている。
【００８４】
ここでも、Ｌ１は、Ｌ２１及びＬ３よりも著しく小さく、Ｄ１は、Ｄ２及びＤ３よりも著しく小さい。Ｌ２２とＬ２１との差及びＬ２３とＬ２２との差は、例えば、Ｌ２１よりも幾分小さくすることができる。
【００８５】
図９は、マルチビーム粒子源２１の更なる実施形態の断面の概略図である。マルチビーム粒子源２１は、面１３５内に配置される複数の粒子エミッタ１３１を含む。面１３５から隔てて多孔プレート１３７が配置される。粒子エミッタ１３１から電子を抽出するために、多孔プレート１３７は、粒子エミッタ１３１に対して陽電位にある。複数の粒子ビーム５を成形するために、前記電子が粒子エミッタ１３１から多孔プレート１３７に向けて加速され、多孔プレート１３７内の開口部１３９を経て多孔プレート１３７を通過する。粒子エミッタ１３１は、場生成機構４１内に配置される。場生成機構４１は、磁場であって、その力線１４３が面１３５をほぼ直角に透過する、磁場を発生させるために電流が流れるコイル１４１によって形成される。粒子エミッタ１３１の領域において、磁場は、ほぼ均一な磁場である。
【００８６】
粒子ビーム５は、粒子エミッタ１３１から磁場の力線１４３とほぼ平行に始まり、ここでは磁場によって依然として偏向されていない。しかし、粒子ビーム５は、力線１４３が広がる磁場領域を横断する。そこで、粒子ビーム５は、結像光学ユニット３５の光軸２０９を中心に円周方向に方向付けられる偏角だけ偏向される。
【００８７】
粒子エミッタ１３１が配置される面１３５は、結像光学ユニット３５によって像面７に結像される。従って、粒子ビーム５が像面上に入射する角度を設定することをコイル１４１の励起が可能にする。具体的には、光軸２０９を中心に円周方向に粒子ビーム５の入射のテレセントリック性を設定すること及び物体１７における対物レンズ３７の磁場によって引き起こされるテレセントリック性の誤差を補償することができる。
【００８８】
図１０は、マルチビーム粒子源２１を有する照射系３を含む粒子ビームシステム１の更なる実施形態の概略図である。マルチビーム粒子源２１は、粒子ビーム２３を生成するための粒子エミッタ２２を含み、粒子ビーム２３は、集光レンズ２５を通過し、次いで開口部を有する多孔プレート１５１に当たり、多孔プレート１５１の下流で複数の粒子ビーム５を形成するために粒子ビーム２３の粒子がそれらの開口部を通過する。多孔プレート１５１の下流のビーム経路内に更なる多孔プレート１０１が配置され、多孔プレート１０１は、開口部を有し、粒子ビーム５は、その開口部を同様に通過する。この更なる多孔プレート１０１の下流のビーム経路内に１つ又は複数の単孔プレート１５３が配置される。
【００８９】
図７及び図８に関して上記で説明したように、位置３１における湾曲表面１５５に粒子ビームの焦点を合わせるために、更なる多孔プレート１０１の開口部は、更なる多孔プレート１０１を通過する粒子ビーム５に対するレンズとしての役割を果たし、前記レンズは、図１０内の楕円１２１として同様に図示し、前記面は、物体１７を配置可能な像面７上に結像光学ユニット３５によって結像される物体面２９でもある。
【００９０】
更なる多孔プレート１０１及び単孔プレート１５３の電位並びに集光レンズ２５の励起を設定するためにコントローラ１１７が設けられる。図７及び図８に関して説明した実施形態のコントローラと同様に、コントローラ１１７は、像面湾曲を補償する所望の程度をコントローラ１１７に入力可能な信号入力１２５を含む。信号入力１２５に加えられる信号が変化した場合、面２９の湾曲の変化に対してレンズ１２１の屈折力を設定するために、更なる多孔プレート１０１及び単孔プレート１５３の電位を変えるように、図７及び図８に関して上記で説明した実施形態における方法と同様の方法でコントローラ１１７が構成される。
【００９１】
コントローラ１１７は、面７内のビーム焦点３１間の所望の距離をコントローラ１１７に入力可能な信号入力１２７を更に含む。
【００９２】
信号入力１２７を介した信号入力に応じて、コントローラ１１７は、集光レンズ２５の励起を変化させる。集光レンズ２５の励起を変化させることにより、粒子ビーム２３が多孔プレート１５１に入射する広がりが変化する。従って、多孔プレート１５１の下流のビーム経路内の粒子ビーム５の束の広がりも変化する。これは、従って、更なる多孔プレート１０１内の粒子ビーム５が通過する開口部の断面内の領域の変化をもたらす。具体的には、粒子ビーム５は、前記開口部の中心を通過せず、むしろ開口部の中心から少し離れて通過する。集光レンズ２５の励起の変化の結果、粒子ビーム５が前記開口部を通過する、更なる多孔プレート１０１内の前記開口部の中心からの距離が変化する。粒子ビームが更なる多孔プレート１０１の開口部の中心を通過しない場合、ビームに対するレンズ１２１のレンズ効果は、焦点合わせだけでなく、偏向ももたらし、そのため、粒子ビーム５は、レンズ１２１を直線的に通過せず、むしろレンズ１２１によって偏向もされる。レンズ１２１によるビーム５の偏向は、ビームの焦点が合わせられる面２９内の位置３１の変化をもたらす。その結果、集光レンズ２５の励起を変化させることにより、面２９内のビーム焦点３１間の距離を変えることができる。面２９は、面７に結像されるため、像面７内のビーム焦点間の距離も結果として変わる。
【００９３】
好ましい実施形態を用いて本発明を上記で説明してきた。それでもなお、添付の特許請求の範囲によって規定する本発明は、記載した実施形態によって限定されず、添付の特許請求の範囲及びその均等物によって示す範囲を包含する。
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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