(57)【要約】　　　（修正有）【課題】像フィールドに結像された広い物体フィールドが、像フィールドに対して変位可能であるような、よりよい光学特性を有する電子顕微鏡システムおよびリソグラフィーシステムを提供する。【解決手段】第１のビーム軸６５に沿ってビーム１４が通過する第１ビーム整形器１９と、第２のビーム軸１７に沿ってビームが通過する第２ビーム整形器６３と第１ビーム整形器内の第１のビーム軸を第１の方向Ｘに変位させるための、第１と第２ビーム整形器との間に配置された少なくとも１つのビーム偏向器６９，６７とから成り、第１ビーム整形器はビームに作用するビーム整形フィールドを提供するように構成される。【選択図】　図４−１
2004134389.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　荷電粒子のビーム（１４）を操作するビーム誘導構成体であって、
　第１のビーム軸（６５）に沿ってビーム（１４）が通過する第１のビーム整形器（１９）と、
　第２のビーム軸（１７）に沿ってビーム（１４）が通過する第２のビーム整形器（６３）と、
　第１の方向（ｘ）に前記第１のビーム軸（６５）を変位させるための、前記第１のビーム整形器（１９）と第２のビーム整形器（６３）との間に配置された少なくとも１つのビーム偏向器（６９、６７）とを含み、
　前記第１のビーム整形器（１９）は、ビーム（１４）に作用するビーム整形フィールドを提供するように構成され、前記第１の方向（ｘ）に変位可能な対称軸（６５）に対して四重極対称を有するフィールド構成要素を含み、
　第２の方向（ｘ）での第１のビーム整形器（１９）のビーム（１４）に対する集束効果は、第２の方向（ｘ）と直交する向きの第３の方向（ｙ）での第１のビーム整形器（１９）のビーム（１４）に対する集束効果とは異なり、
　第２のビーム整形器（６３）は、ビーム（１４）に作用するビーム整形フィールドを提供するように構成され、四重極対称を有するフィールド構成要素を含み、第２の方向（ｘ）での第２のビーム整形器（６３）のビーム（１４）に対する集束効果は、第３の方向（ｙ）での第２のビーム整形器（６３）のビームに対する集束効果とは異なることを特徴とするビーム誘導構成体。
【請求項２】
　前記第２の方向（ｘ）が、前記第１の方向（ｘ）に実質的に平行であることを特徴とする請求項１に記載のビーム誘導構成体。
【請求項３】
　前記第１のビーム整形器（１９）が、前記第１の方向（ｘ）と交差する方向に前記ビーム（１４）を集束するための、実質的に第１の方向（ｘ）に細長く延びた開口を有するスリットレンズ（９５）を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のビーム誘導構成体。
【請求項４】
　前記第２のビーム整形器（６３）が、第２のビーム軸（１７）に沿って互いに離間している２つの四重極レンズ（１１５、１１９）を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のビーム誘導構成体。
【請求項５】
　前記２つの四重極レンズ（１１５、１１９）は、互いに交差する平面にビーム（１４）に対する集束効果を有することを特徴とする請求項４に記載のビーム誘導構成体。
【請求項６】
　前記第２のビーム整形器（６３）が、前記２つの四重極レンズ（１１５、１１９）の間に位置する丸レンズ（１２５；２０１）を含むことを特徴とする請求項４または５に記載のビーム誘導構成体。
【請求項７】
　前記丸レンズ（２０１）が、丸レンズ（２０１）の主軸の方向に変位可能である少なくとも１つの主面（Ｈ１，Ｈ２）を有することを特徴とする請求項６に記載のビーム誘導構成体。
【請求項８】
　実質的に第１の方向に延びている細長い開口を有する拡散絞り（１８１）が、前記第１および第２のビーム整形器の間に設けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のビーム誘導構成体。
【請求項９】
　物体平面の像を生成するための電子顕微鏡システムであって、１次電子のビームを生成するための電子源と、像を受け入れるための電子検出器と、前記物体平面（３）と前記システムの中間像平面（６１）との間に設けられた請求項１から８のいずれかに記載のビーム誘導構成体とを含む電子顕微鏡システム。
【請求項１０】
　前記中間像平面（６１）の下流の前記２次電子ビームのビーム路に配置されたエネルギーフィルタをさらに含む請求項９に記載の電子顕微鏡システム。
【請求項１１】
　少なくとも１つの丸レンズ（７３、７５）が、前記第２のビーム整形器と前記エネルギーフィルタとの間に設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の電子顕微鏡システム。
【請求項１２】
　静電丸レンズ（７７）が、前記中間像平面（６１）に位置していること特徴とする請求項１０または１１に記載の電子顕微鏡システム。
【請求項１３】
　フィールド開口が、前記中間像平面（６１）近傍に設けられていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の電子顕微鏡システム。
【請求項１４】
　前記エネルギーフィルタが、前記２次電子ビームのビーム路を前記１次電子ビームのビーム路から分離するためのビームスプリッタ機能を提供することを特徴とする請求項１０から１３のいずれかに記載の電子顕微鏡システム。
【請求項１５】
　位置敏感型電子検出器（７）が、前記エネルギーフィルタの下流の前記２次電子ビーム（１４）のビーム路に設けられていることを特徴とする請求項１０から１４のいずれかに記載の電子顕微鏡システム。
【請求項１６】
　第１の方向（ｘ）の物体平面（３）に変位可能である物体フィールド（１３）を荷電粒子のビーム（１４）によって第１の中間像平面（６１）に実質的に定在している像フィールドに結像する方法であって、
　前記物体平面（３）近傍領域の第１のビーム軸に第１の四重極場を提供する工程であって、前記第１の四重極場が、第２の方向（ｘ）に前記物体平面から発散するビームを集束し、前記第２の方向と直交する第３の方向（ｙ）に前記ビームをデフォーカスする工程と、
　前記第１のビーム軸に沿って前記第１の四重極場を通過したあと、偏向の後に前記第２のビーム軸（１７）に沿って延びるように前記ビームを偏向させる工程と、
　前記第２のビーム軸（１７）に第２の四重極場を提供する工程と、
　前記第２のビーム軸に対して前記第１の方向（ｘ）に前記第１のビーム軸（６５）を変位させる工程とを含む方法。
【請求項１７】
　前記第１の四重極場のフィールド強度を前記第１のビーム軸の変位に応じて変化させる工程をさらに含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
　前記第２の四重極場のフィールド強度を前記第２のビーム軸に対する前記第１のビーム軸の変位に応じて変化させる工程をさらに含む請求項１６または１７に記載の方法。
【請求項１９】
　少なくとも１つのシリンダーレンズフィールドを前記物体平面近傍領域に設ける工程であって、前記シリンダーレンズフィールドが、前記第２の方向（ｙ）に物体平面から発散するビームを集束する工程をさらに含む請求項１６から１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
　前記少なくとも１つのシリンダーレンズフィールドの強度を前記第２のビーム軸に対する前記第１のビーム軸の変位に応じて変化させる工程をさらに含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
　前記第２の四重極場から前記第２のビーム軸に沿って離間して第２のビーム軸上に第３の四重極場を設ける工程と、前記第３の四重極場のフィールド強度を前記第２のビーム軸に対する前記第１のビーム軸の変位に応じて変化させる工程とをさらに含む請求項１６から２０のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
　前記第２のビーム軸に関して第２の丸レンズフィールドを設ける工程と、第１のビーム軸の変位に応じて前記第１の丸レンズフィールドの強度を変化させる工程とをさらに含む請求項１６から２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２３】
　前記第１の中間像が、第２の中間像に結像され、前記第２のビーム軸上に第２の丸レンズフィールドを設ける工程と、前記第２のビーム軸に対する前記第１ビーム軸の変位に応じて前記第２の丸レンズフィールドのフィールド強度を変化させる工程とをさらに含む請求項１６から２２のいずれかに記載の方法。
【請求項２４】
　前記第１の中間像と前記第２の中間像との間に第３の丸レンズフィールドを設ける工程と、前記第２のビーム軸に対する前記第１ビーム軸の変位に応じて前記第３の丸レンズフィールドの強度を変化させる工程とをさらに含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
　第１のビーム方向を有する荷電粒子の第１のビームおよび前記第１のビーム方向と反対の第２のビーム方向を有する荷電粒子の第２のビームを誘導するためのビーム誘導構成体であって、前記２つのビームのそれぞれに対して粒子光学レンズの総効果を与えるように構成され、
　磁場および電場の方向が第１の領域の複数の位置で互いに実質的に直交するように磁場および電場が重なるフィールド領域を有し、前記電場および磁場が２以上の次数の多重極の構成要素を含む少なくとも１つの粒子光学レンズ（１３５）を含むことを特徴とするビーム誘導構成体。
【請求項２６】
　前記２つのビームのうち第１のビームの荷電粒子は、所定の運動エネルギーを有し、前記少なくとも１つの粒子光学レンズ（１３５）の前記磁場力と前記電場力が、２つのビームのうちの第１のビームが集束およびデフォーカス効果のうちの１つを受けることなくレンズを実質的に通過するような前記所定の運動エネルギーに調整されることを特徴とする請求項２５に記載のビーム誘導構成体。
【請求項２７】
　前記２つのビームのうち第１のビームの荷電粒子が、所定の運動エネルギーを有し、前記２つのビームのうち第２のビームの荷電粒子が、前記第１の運動エネルギーとは異なる第２の運動エネルギーを有し、前記少なくとも１つの粒子光学レンズの磁場力および電場力が、レンズが第１のビームと第２のビームとに実質的に同じ光学効果を与えるように第１および第２の運動エネルギーに調整されることを特徴とする請求項２６に記載のビーム誘導構成体。
【請求項２８】
　前記電場および前記磁場が実質的に四重極対称を有することを特徴とする請求項２５から２７のいずれかに記載のビーム誘導構成体。
【請求項２９】
　２、３、４、５およびそれ以上のレンズの１つが、実質的に四重極対称を有し、互いに離間して位置していることを特徴とする請求項２８に記載のビーム誘導構成体。
【請求項３０】
　物体平面（３）の像を生成する電子顕微鏡システムであって、
　１次電子のビームを生成する電子源と、
　前記像を受け入れるための電子検出器と、
　第１の方向に前記１次電子ビーム（８１）が通過し、第１の方向とは反対の第２の方向に前記２次電子ビーム（１４）が通過する少なくとも１つの粒子光学レンズ（１３５）であって、磁場および電場の方向が第１の領域の複数の位置で互いに実質的に直交するように磁場および電場が重なるフィールド領域を有し、前記電場および磁場が、二重極対称より高い多重極対称を有する少なくとも１つの粒子光学レンズを含むことを特徴とする電子顕微鏡システム。
【請求項３１】
　前記レンズを通過するとき２次電子は、実質的に所定の運動エネルギーを有し、磁場力および電場力が、前記２次電子ビームが実質的にレンズに影響を受けないような前記所定の運動エネルギーに調整されることを特徴とする請求項３０に記載の電子顕微鏡システム。
【請求項３２】
　前記レンズの下流の前記１次電子ビームが、第１の平面（ｙｚ）に収束するビームであることを特徴とする請求項３０または３１に記載の電子顕微鏡システム。
【請求項３３】
　前記１次電子ビーム（８１）が、前記レンズの下流であって前記物体平面（３）の上流に位置するライン焦点（１３７）を通過し、前記ライン焦点が、前記第１の平面に直交する方向に置かれていることを特徴とする請求項３２に記載の電子顕微鏡システム。
【請求項３４】
　前記レンズの下流の前記１次電子ビームが、第１の平面（ｙｚ）に直交する第２の平面（ｙｚ）に拡散するビームであることを特徴とする請求項３２または３３に記載の電子顕微鏡システム。
【請求項３５】
　請求項２５から２９のいずれかに記載のビーム誘導構成体を含む請求項３０から３４のいずれかに記載の電子顕微鏡システム。
【請求項３６】
　１次電子ビームおよび２次電子ビームのための共通のビーム路を提供する電子光学系を含む電子顕微鏡システムを作動させる方法であって、
　前記１次電子ビームと前記２次電子ビームとのうちの１つの第１のビームの電子の軌跡を選択的に変化させ、一方、前記１次電子ビームと前記２次電子ビームとのうちの１つの第２のビームの電子の軌跡は実質的に不変である工程を含む方法。
【請求項３７】
　１次電子ビームおよび２次電子ビームのための共通のビーム路を提供する電子光学系を含む電子顕微鏡システムを作動させる方法であって、
　前記１次電子ビームおよび前記２次電子ビームの電子の軌跡を変化させ、前記１次および２次電子ビームのいずれの電子に対しても実質的に同じレンズ効果を与える工程を含む方法。
【請求項３８】
　粒子感度性基板にパターンを転写する電子リソグラフィシステムであって、書き込み電子ビームを生成するための電子源と、請求項１から８および２５から２９のいずれかに記載のビーム誘導構成体とを含む電子リソグラフィシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、ビーム誘導システム、結像方法、電子顕微鏡システムおよび電子リソグラフィシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
　従来の電子顕微鏡システムは、ＳＥＭ型電子顕微鏡（走査電子顕微鏡）、ＳＥＥＭ型電子顕微鏡（２次電子放出顕微鏡）、ＬＥＥＭ型電子顕微鏡（低エネルギー電子顕微鏡）を含む。
【０００３】
　ＳＥＭ型電子顕微鏡では、微細に集束されたプローブ形成１次電子ビームが物体表面を走査し、物体平面に微細に集束された１次電子ビームの位置に応じて、積分２次電子強度が検出され、物体の電子光学像が得られる。
【０００４】
　ＳＥＥＭ型およびＬＥＥＭ型電子顕微鏡ではそれぞれ、延長領域またはフィールドが１次電子ビームによって物体表面に照射され、このフィールドから発散される２次電子が像保存的に位置敏感型検出器の電子光学系によって結像され、検出器に物体の電子光学像を得ることができる。
【０００５】
　ＳＥＭ型顕微鏡の利点は、像の分解能が１次電子ビームの集束性能にのみ制限されるということである。ＳＥＭ型の顕微鏡の欠点は、物体表面は、それぞれ点ごとまたは画素ごとに走査されなければならないので、高い分解能の結像ではスループットが低いということである。
【０００６】
　ＬＥＥＭ型およびＳＥＥＭ型顕微鏡の利点はそれぞれ、延長領域またはフィールドの像情報を同時に得ることができるという点にある。これらの欠点は、結像光学系の性能によって分解能に限界があるということである。このような結像光学系の性能は、結像フィールドの広さが増加するにつれて低下する。
【０００７】
　同時係属のＵＳ２００３／００６６９６１Ａ１による電子顕微鏡システムでは、物体表面の変位可能延長フィールドが位置敏感型検出器に結像される。
【０００８】
　図１は、このような電子顕微鏡システム１を模式的に示す。これを用いて、位置敏感型検出器７上に顕微鏡システム１の物体面３に位置する物体５を結像する。このために、顕微鏡システム１は、２次電子のためのビーム路を提供する顕微鏡光学系１１を含み、検出器７に物体面３の領域１３を電子光学的に結像させる。検出器７に結像される領域１３は、顕微鏡光学系１１の光軸１７に対して変位可能であり、光軸１７からの領域１３の可能な変位は、図１にＭで示されている。
【０００９】
　領域１３から発散している２次電子は、顕微鏡光学系１１によって検出器７に供給される２次電子ビーム１４になる。このために、顕微鏡光学系は、光軸１７を中心とした複数の構成要素、すなわち、対物レンズ１９、フィールドレンズ２１およびさらなる拡大光学系２３を含む。対物レンズ１９とフィールドレンズ２１との間には、光軸１７に沿って互いに離間した２つのビーム偏向器２５および２７が配置されている。それらはそれぞれ、２次電子ビーム１４に対し調整可能な偏向角βを与えるようにコントローラ２９によって制御される。しかし、２つのビーム偏向器２５および２７によって与えられる偏向角は、調整可能な変位Ｍを有するが、２次電子ビーム１４が２つのビーム偏向器を直進して通過するように符号が反対である。
【００１０】
　２次電子は、電子源３５によって生成され、コリメータレンズ３７により平行化され、開口絞り３９によって整形され、ビームスプリッタ／コンバイナ４１に供給される１次電子ビーム３３によって物体５から放出される。ビームスプリッタ／コンバイナ４１は、１次電子ビーム３３のビーム路を２次電子ビーム１４のビーム路に重ねる。１次電子ビーム３３は、フィールドレンズ２１、ビーム偏向器２５、２７および対物レンズ１９を通過する。１次電子ビーム３３はまた、偏向器２５，２７によって偏向されるが、必ずしも２次電子ビーム１４と全く同じ角βとは限らない。むしろ、１次電子ビーム３３は、検出器７に結像されるフィールド１３をかなり均等に照射できればよい。したがって、１次電子ビーム３３のための光学システム１１の結像特性への要求は、２次電子ビーム１４のための光学システム１１の結像特性への要求よりも制限が少ない。
【００１１】
　対物レンズ１９は、２次電子ビーム１４のための集束フィールドを提供し、集束フィールドの光軸３１は光軸１７に対して変位可能である。コントローラ２９は、対物レンズ１９を、その光軸３１がビーム偏向器２５、２７によって提供されるビーム変位Ｍと一致し、光軸３１が、検出器７に結像される領域の中心を通るように制御する。
【００１２】
　横に変位可能な軸を有する磁気丸レンズの一例が、ゴトーらによる論文「ＭＯＬ（移動対物レンズ）」、光学４８（１９７７）、２５５ページ以降、または米国特許４、３７６、２４９号に開示されている。
【００１３】
　このようなＭＯＬレンズでは、レンズの構造的容量の限界および物体平面とＭＯＬレンズとの作動距離の限界のために、大きな延長フィールド１３の最大変位Ｍは小さなものである。したがって、より大きな距離を変位可能な光軸を有する丸レンズフィールドを模造するために「櫛形レンズ」とスプリットレンズの組み合わせが提案された。
【００１４】
　「櫛形レンズ」とスプリットレンズの組み合わせによる変位可能な丸レンズフィールドを模造するように形成されたこのような対物レンズ１９を図２の部分斜視図に示す。
【００１５】
　この組み合わせは、ｚ方向に互いに離間して配置された３つのレンズ、すなわち、底部にｘ方向に細長い開口４５を有するスリット電極４３と、同様にｘ方向に細長い開口４９を含むｚ方向の最上部に配置されたスリット電極４７と、スリット電極４３と４７との間に配置された櫛形レンズ５１とを含む。櫛形レンズ５１は、櫛形レンズ５１の中央軸５５の両側に配置されｘ方向に延びている２列の指電極５３を含む。
【００１６】
　コントローラ（図１に図示せず）によって、この２つのスリット電極４３および４７と指電極５３に電気ポテンシャルが与えられ、これにより、調整可能な電場が電極４３、４７および５３の間に生成され得る。これらは、ｘｙ平面と交差する方向にレンズ４７、５１および４５の開口を通過する荷電粒子のビームに作用する。スリット電極４３、４７の平面の荷電粒子ビームのポテンシャルとは異なる電気ポテンシャルをスリット電極４３、４７に与えると、スリット電極４３、４７はそれぞれ、ビームに対してシリンダーレンズと同じ効果を有する。このようなスリット電極４３、４７によって生成されるときのシリンダーレンズフィールドの電場線の向きを図３ａに模式的に示す。
【００１７】
　電気四重極フィールドが、櫛形レンズ５１の開口に生成されるように、電気ポテンシャルまたは電圧のパターンを櫛形レンズ５１の指電極５３に与える。このような四重極フィールドのフィールド線の形状を図３ｂに模式的に示す。このフィールドは、ｚ方向に延び、櫛形レンズ５１の長手方向軸５５と交差する対称軸５７を有する。
【００１８】
　この四重極フィールドに入射する負の電気を帯びた粒子のビームはｘ方向に集束し、ｙ方向にデフォーカスする。
【００１９】
　したがって、ビームが四重極フィールドの対称軸５７に沿って対物レンズ１９に入射すると、全体として、図３ａのスリット電極４３および４７によって与えられるシリンダーレンズフィールドと、図３ｂの櫛形レンズ５１によって与えられる四重極フィールドの効果を受ける。したがって、このビームは、図３ａおよび図３ｂに示すフィールド構成の重なりを受けることになり、シリンダーレンズフィールドと四重極フィールドの強さが互いに適切に調節されれば、対称軸５７に対して対称的に配置された丸レンズフィールドによって与えられるのと同じ効果がビームに与えられる。このようなフィールドのフィール線を図３ｃに模式的に示す。
【００２０】
　適切な電圧を電極４３、４７および５３に印加すると、丸レンズの光軸５７がｘ方向に変位可能な丸レンズで行うのと同様に、対物レンズ１９によって荷電粒子のビームを集束することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
　このような対物レンズで達成可能な結像性能は、より大きく延びた物体フィールドを同時に結像するような状況において特に要求されるより高い要求を満さないことが分かっている。
【００２２】
　したがって、本発明の目的は、荷電粒子ビームをそれぞれ変位および整形するための粒子光学構成要素とビーム誘導構成体を提供することである。
【００２３】
　本発明のさらなる目的は、定在している像フィールドへの変位可能な物体フィールドの結像方法を提供することである。
【００２４】
　本発明のさらなる目的は、像フィールドに結像された広い物体フィールドが、像フィールドに対して変位可能であるような、よりよい光学特性を有する電子顕微鏡システムおよびリソグラフィーシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
　第１の局面によると、本発明は、図３ｂに示す四重極レンズの効果がビームに備わっている箇所からビーム方向に変位した箇所に、図３ａに示すシリンダーレンズの効果がビームに備わっているという発見を起点とする。これにより、およそ丸レンズの効果が可能となる。シリンダーレンズ効果と四重極レンズ効果との間がビーム方向で離れているために、焦点に関して互いに大体補正し得るが、主面がビーム方向で一致しない四重極タイプ効果が残る。したがって、四重極およびシリンダーレンズフィールドの構造によって補正することができない四重極タイプ集束効果は残るに違いない。
【００２６】
　したがって。本発明は、丸レンズ効果は、図２に示すシステムによって完璧に達成可能ではなく、むしろ、四重極効果が残って、この構成を通過するビームに作用するという発見に基づいている。
【００２７】
　本発明によれば、図２に示すタイプの構造によってできる限り完璧な丸レンズ効果を模倣するという目的はあきらめ、反対の手法をとる。
【００２８】
　変位可能なビーム軸上の図２に示すタイプの構造によって生成される四重極効果を少なくとも部分的に補正することができる四重極レンズを変位不可能ビーム断面部分に設ける。ビーム誘導構成体が、この原則にしたがって構成されると、システムの構造が比較的単純なまま、全体として向上した結像特性が達成できることが分かった。
【００２９】
　したがって、本発明は、荷電粒子のビームを偏向するためのビーム誘電構成体に基づいており、この構成体は、第１のビーム軸に沿ってビームが通過する第１のビーム整形器と、第２のビーム軸に沿ってビームが通過する第２のビーム整形器と、第１のビーム整形器内の第１のビーム軸を第１の方向に変位させるための、第１と第２のビーム整形器との間に配置された少なくとも１つのビーム偏向器とを含む。第１のビーム整形器は、ビームに作用するビーム整形フィールドを提供するように構成され、第１のビーム軸に対する四重極対称を有するフィールド構成要素を提供する。ここで、第２の方向での第１のビーム整形器のビーム集束効果は、第２の方向と直交する向きの第３の方向での第１のビーム整形器のビーム集束効果とは異なる。集束効果は、例えば、焦点または集束効果の主面の位置に関して異なり得る。
【００３０】
　本発明のこの局面によれば、第２のビーム整形器が、四重極対称を有するフィールド構成要素を同様に含むビームに作用するビーム整形フィールドを提供し、このビーム整形フィールドの集束効果は、第２および第３の方向において互いに異なる。第２のビーム整形器の集束効果は、第１のビームの整形器の集束効果における差を少なくとも部分的に補正するように調整される。
【００３１】
　図１を参照して説明した上記の電子顕微鏡システムにおいて、顕微鏡光学系は、１次電子ビームを物体平面に向かって誘導し、２次電子ビームを物体平面から離れ検出器に向かって誘導する。１次電子ビームによって照射されるフィールドおよび２次電子ビームによって結像されるフィールドは、物体平面において変位可能である。これにより、顕微鏡光学系に対する要求は高い。ここで、顕微鏡光学系が、物体平面の検出器への位置が正しい結像に関して２次電子ビームに与える効果に対する要求は、１次電子ビームに提供される効果に対する要求よりも高い場合がある。しかし、静電場を提供する顕微鏡光学系の構成要素が異なる運動エネルギーを有していることが多いので、１次電子ビームと２次電子ビームとに対して異なる効果を有するということを考慮しなければならない。ビームに作用する磁場を提供する顕微鏡光学系の構成要素は、同様に１次および２次ビームに異なる効果を有する。なぜなら、動く方向が反対であるために、磁場によって生成されるロレンツ力は、１次電子ビームと２次電子ビームのそれぞれの電子に対し反対の符号で作用するからである。
【００３２】
　このように、１次電子ビームと２次電子ビームに対し実質的に共通なビーム路を提供することは困難である。なぜなら、例えば、１次電子ビームに対する従来の粒子光学構成要素によって提供される光学効果はまた、２次電子ビームへの光学効果を有するからである。このように、１次電子ビームと２次電子ビームとに与えられる光学効果は、両方のビームが共通に通過する光学系部分において互いに密接に連結される。したがって、１次および２次電子ビームの顕微鏡光学系の設計は簡単なことではない。
【００３３】
　第２の局面によると、本発明の目的は、ビーム方向が反対である荷電粒子の２つのビームを誘導し、２つのビームに与えられる光学効果をある程度まで切り離すビーム誘導構成体を提供することである。
【００３４】
　このために、本発明は、少なくとも１つの粒子光学レンズを有し、それぞれ、２以上の次数の多重極対称を有する、互いに直交して延びている電場および磁場が設けられているビーム誘導構成体を提供する。このように、これらの場は、四重極対称、六重極対称またはそれ以上の対称を有する。このようなタイプのレンズは、異なる方向にレンズを通過する２つのビームに所望の光学効果を提供する自由度を提供する。これらの光学効果は、特に、ビームに与えられる同一の光学効果を含み、または、光学効果は、２つのビームの単に１つのビームだけが光学効果を受け、他方のビームには実質的に光学効果が与えられないように調整することもできる。
【００３５】
　この粒子光学構成要素での要求を達成するために、ビームが間を通過する、向き合う磁極片または電極のあいだの内径または孔径あるいは半径方向の距離が、レンズを通過する２つのビームの直径の３倍より大きい機械的な構成が好ましい。好ましくは、直径は、ビーム直径の４倍より大きく、更に好ましくは、５倍より大きく、より好ましくは、６倍より大きく、さらに好ましくは、８倍より大きい。このとき、２つのビームは、「適切」なレンズ効果、すなわち、ビームの断面に分配される電子軌跡のほとんどはまた、レンズの対称の軸からの観察下での軌跡の距離に応じて、所望のレンズ効果に相当する偏向を受ける。このとき、比較的少数の電子は、フィールドによってビームから「拡散」し、約５ｃｍまたは１０ｃｍより大きな距離を飛んだ後、もはやビームの他の電子とともに光学的に規定された振舞いを行わないというように、レンズによって提供されるフィールドの影響を受ける。このような電子は、特に、位置依存像情報を伝達することができない。
【００３６】
　上記のように、電子光学系の光学特性に関する限り、図１を参照して説明する電子顕微鏡システムにおいて、１次電子ビームのビーム路への要求は２次電子ビームのビーム路への要求より低くなり得る。しかし、２次電子ビームのビーム路が大きく拡大された結像物体フィールド用に設計されると、１次電子ビームで物体フィールドをかなり均質的に照射することがもはや簡単にできないことが分かった。本発明の発明者は、その理由は、とりわけ、１次電子ビームと２次電子ビームの運動エネルギーが、結像光学系を通過する際に互いに異なるという点にあるということを発見した。したがって、光学系の粒子光学構成要素は、１次電子ビームと２次電子ビームとで異なる効果を有している。特に、より大きな広がった物体平面を照射する１次電子ビームは、同様に、より大きな直径で光学系を「縫う」ように通過しなければならない。結像光学系内の１次電子ビームのこのより大きな直径のために、１次電子ビームがもはや光学系内に誘導されないというビーム誘導エラーになる。
【００３７】
　本発明は、比較的小さな直径を有する１次電子ビームを、結像光学系の大部分を「縫う」ように通過させ、１次電子ビームを物体平面の比較的すぐ手前で「ビーム拡大」させるという発想に基づいている。
【００３８】
　このために、１次電子ビームの拡大は、ある粒子光学構成要素によって行われるが、この構成要素は、２次電子ビームの断面が減少し、２次電子ビームの結像特性に支障をきたすような、対応する効果を該構成要素を反対方向に通過する２次電子ビームに与えてはならない。
【００３９】
　このために、１次電子ビームおよび２次電子ビームが、この構成要素を反対方向に通過するという状況を利用する粒子光学構成要素を提供する。このような粒子光学構成要素は、磁場および電場が互いに直交して重なり、磁場および電場が、二重極対称以外の多重極対称を有するようなフィールド領域を提供する。したがって、多重極は、四重極、六重極、八重極などを含むことができる。この点において、粒子光学構成要素が、２次電子ビームに実質的に効果を与えず、その荷電粒子が実質的に偏向しないように、磁場および電場のフィールド強度を互いに調整することができる。このような粒子光学構成要素では、１次電子ビームに所望の影響を与え、特に、２次電子ビームの光学システムの結像特性には実質的に影響を与えることなく、これを物体平面のすぐ手前で拡大することができる。
【００４０】
　本発明はまた、１次電子ビームが、第１の平面に集束され、第１の平面に直交して延びている第２の平面にデフォーカスされ、第１の平面での集束が、特に非点収差クロスオーバー、特にラインフォーカスが物体平面の正面で生成されるほど強くなるように物体平面の比較的すぐ手前で非点収差的に変形されることを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
　本発明の上記および他の利点となる特徴は、以下の図面を参照した本発明の好ましい実施形態についての詳細な説明からより明らかになる。
【００４２】
　図４に斜視図として模式的に示す本発明の一実施形態による電子顕微鏡システム１は、位置敏感型検出器７に物体平面３を結像するために用いられる。このために、物体平面３の物体フィールド１３が、ある時点で検出器７に結像される。結像された物体フィールド１３は、顕微鏡システム１の主光軸１７に対して調整量Ｍだけ変位可能である。物体フィールド１３から発散する２次電子は整形されて２次電子ビーム１４を形成し、顕微鏡光学系１１を抜けて検出器７に供給される。
【００４３】
　中間像平面６１に物体平面３を結像するために、顕微鏡光学系１１は、第１のビーム整形器１９(以下、対物レンズという)と、対物レンズ１９から２次電子ビームの方向の下流に配置された第２のビーム整形器６３とを含む。以下にこれらの構成要素について詳細に説明する。
【００４４】
　２次電子ビーム１４は、その断面の固定位置を光軸１７上においてビーム整形器６３を通過する。
【００４５】
　しかし、２次ビーム１４は、主光軸１７に平行に延び、主軸より量Ｍだけ変位したビーム軸６５に沿って対物レンズ１９を通過する。このような変位を生成するために、２つのビーム偏向器が、対物レンズ１９と第２のビーム整形器６３との間に配置されている。明確にするために第２のビーム整形器６３により近く配置されたビーム偏向器６７のみを図４に示し、対物レンズ１９により近く配置されたビーム偏向器は図４に示されていない。この図４に図示されていない第２のビーム偏向器は、２次電子ビーム１４を、図４に参照番号６９で示されるビームの位置で角度−(で偏向させる。ビーム偏向器６７は、２次電子ビームが２つの偏向器６７、６９によって量Ｍだけ平行に変位するように調整される偏向角βで２次電子ビームを偏向させる。
【００４６】
　対物レンズ１９と偏向器６９との間において、２次電子ビームはさらにクロスオーバー７０がある。
【００４７】
　電子顕微鏡光学系１１は、２次電子ビームによってさらなる中間像平面７１に中間像平面６１を結像し、主軸１７を中心にした２つの丸レンズ７３および７５のトランスファーレンズ二重レンズ系が中間像平面６１と７１との間に配置されている。さらに、同様に主軸１７を中心にしたさらなる丸レンズ７７が中間像６１近傍に設けられている。
【００４８】
　中間像平面７１と検出器７との間には、調整可能な所定の運動エネルギーを有する２次電子ビーム１４を検出器７まで通す像保存エネルギーフィルター７２が配置され、そこには、ビームに含まれている位置情報が、中間平面７１の像およびしたがって物体フィールド１３の像が検出器７に生成されるように保存されている。
【００４９】
　このような像保存エネルギーフィルター７２は公知であり、特に、米国特許４，７４０，７０４号から知られており、２次電子ビーム１４が順次横切る４つの区分磁石７５、７６、７７および７８を含む。各区分磁石７５から７８は、約９０度の角度でビームを偏向し、ビームクロスオーバーが区分磁石７６および７７間の平面に形成されるようなレンズとして作用する。この平面には、エネルギー選択を行う開口絞り７９が配置されている。所定のエネルギー範囲内の運動エネルギーを有する電子のみが開口絞り７９を通過することができる。
【００５０】
　　電子源（図４に図示せず）によって生成および平行化される１次電子ビーム８１は、２次電子ビーム１４に対して約１３５度の角度で区分磁石７５に向かって進み、１次電子ビーム８１は、区分磁石７５で偏向された後、２次電子ビーム１４のビーム路に重なり、物体平面３に向かって主軸１７を進むように、約４５度で区分磁石７５によって偏向される。したがって、エネルギーフィルター７２の区分磁石７５は、１次電子ビーム８１と２次電子ビーム１４のビーム路が互いに重なったり分離するためのビームスプリッタとして作用する。
【００５１】
　顕微鏡光学系１１は、ビームスプリッタまたは区分磁石７５と物体フィールド１３との間の１次電子ビーム８１および２次電子ビーム１４の共通のビーム路を提供する。すなわち、１次電子ビーム８１および２次電子ビーム１４の電子は、異なる運動エネルギーを有するかもしれないが、１次電子ビーム８１と２次電子ビーム１４の断面が少なくとも部分的に互いに重なっているか、または少なくとも横に少しずれている。例えば、１次電子ビーム８１の電子の運動エネルギーは約２２ｋｅＶであり、２次電子ビーム１４の運動エネルギーは、約２０ｋｅＶである。
【００５２】
　ビーム偏向器６７および６９は、１次電子ビーム８１および２次電子ビーム１４のいずれに対しても、それぞれ等しい角度−βおよびβを与える。このために、偏向器６７は、偏向器６９に対して図６および７に示すように構成されている。偏向器６９は図１２を参照して以下に説明するように構成されている。
【００５３】
　偏向器６７は、主軸１７に沿って同心状に配置された高透磁率のフェライト材料の複数の環８３およびフェライトの環８３の間およびこのように形成された積層環８３、８５の端部に配置された低透磁率のセラミック材料の複数の環８５を含む。積層の端部に配置されたセラミックの環８５は、フェライト環８３の周囲に係合する複数の導電巻線８７が貫通している。主軸１７のまわりの周囲方向に導電巻線８７が分配されているのが図７から明らかである。ここに存在する角(1から(7は以下のような値である。(1＝２１．６度、(2＝４１．６度、(3＝４７．６度、(4＝６２．４度、(5＝６８．４度、(6＝７８．５度、および(7＝８４．５度。これらの角度は、導電巻線８７によって生成される磁場が、ｙ方向に向く実質的に均質な磁場であるように選択される。
【００５４】
　８つの電極８９が環８３、８５の半径方向の内側に配置され、周囲方向に均一に分配されている。ｘ方向に向く実質的に均質な電場が主軸１７のまわりの領域に備わるように、電極に電圧を印加することができる。
【００５５】
　１次電子ビームおよび２次電子ビームの電子のぞれぞれの偏向角度βおよび−βは、電場力と磁場力が以下の関係をおよそ満たすとき等しい。
【００５６】
【数１】
2004134389.tif 000003
式中、Ｖz1は、１次電子ビームの速度であり、Ｖz2は、２次電子ビームの速度である。
【００５７】
　電場力および磁場力を選択するとき、この式が満たされると、１次電子ビームおよび２次電子ビームが、その軌跡が一致するように反対の同じ角で偏向器６９によって偏向することが可能である。
【００５８】
　対物レンズ１９は、ｙｚ面方向の断面として図５に示されるような構成を有する。対物レンズは、２つのスリットレンズ４３および４７と、それらの間に配置された２列の指電極５３を有する櫛形レンズ５１を含む。電極４３、４７および５３の空間構造は、図２の斜視図に示す構造に対応している。
【００５９】
　スリットレンズ４７は、５ｍｍのｙ方向の内径ａ1を有するスリット開口部４９を有する。同様に、スリットレンズ４３は、５ｍｍの同じ内径ａ1を有するスリット開口部４５を有する。同様に互いに対向して配置される指電極５３はａ1＝５ｍｍの距離で互いから離間している。ｚ方向から見ると、スリットレンズ４３は、厚さａ9＝１ｍｍを有する。スリットレンズ４３と指電極５３の縁部との距離ａ10は１ｍｍである。ｚ方向の指電極５３の大きさａ11は６ｍｍであり、指電極５３とスリットレンズ４７との距離ａ12は、１ｍｍであり、スリットレンズ４７の厚さａ13は同様に１ｍｍである。
【００６０】
　スリットレンズ４３と物体平面３との間に、ｙ方向の内径ａ2が５．５ｍｍのスリット開口部９６を有するさらなるスリットレンズ９５が配置されている。スリットレンズ９５は、スリットレンズ４３から５．４７５ｍｍの距離ａ8離間しており、それ自体の厚さａ7は６．７５ｍｍである。スリットレンズ９５と物体平面３との間には、内径ａ3が４．５ｍｍのスリット開口部９８を有するさらなるスリットレンズ９７が設けられている。スリットレンズ９７は、スリットレンズ９５から６．５２５ｍｍの距離ａ6、物体平面３から１．７５ｍｍの距離ａ4離間しており、それ自体の厚さａ5は２．５ｍｍである。
【００６１】
　物体３が、対地電位であるとき、スリットレンズ９７には４．１ｋＶの電圧、スリットレンズ９５には４７．２ｋＶの電圧、スリットレンズ４３には１４．８ｋＶの電圧、スリットレンズ４７には１４．８ｋＶの電圧が印加される。指電極５３は、偏向ビーム軸６５に位置する四重極場を提供するよう制御される。
【００６２】
　対物レンズ１９の電極４７、５３、４３、９５および９７は、協働して、対物レンズ１９を通過する１次および２次電子ビーム８１、１４に作用する。これらの電極の２次電子への機能的な効果が分離可能である限り、以下の機能はこれらの電極にあり得、これにより対物レンズの機能がよりよく理解できる。電極９７は、２次電子を加速し、物体に衝突する前に１次電子を減速させる、電極９７と物体平面３に位置する物体との間に電場を提供するための引出し電極として作用する。電極９５は、集束機能を有する。指電極５３は、ｘ方向に集束する四重極場を提供し、電極４３および４７は、ｚ方向の四重極場を遮断する。
【００６３】
　図８は、対物レンズ１９を通過する２次電子の軌跡またはビーム線を模式的に示している。
【００６４】
　この図において、一点鎖線１０１は、ｘ方向にある角度をもって軸６５の物体平面３から始まる２次電子のｘ方向での偏向を表す。点線１０２は、ｙ方向にある角度をもって物体平面３から軸６５で始まる電子のｙ方向での偏向を表す。実線１０３は、軸６５から離間し、それと平行な物体平面３から始まる電子のｘ方向での偏向を表す。鎖線１０４は、軸６５から離間し、それと平行な物体平面３から始まる電子のｙ方向での偏向を表す。
【００６５】
　図８の軌跡１０１〜１０４から、対物レンズ１９は、全体として対物レンズ１９の非点収差の影響と考えられるｘｚ平面およびｙｚ平面において２次電子に異なる影響を与えることが明らかである。このような非点収差の影響は、原則的に、電子顕微鏡光学系にとって好ましくない。しかし、対物レンズ１９は、ｘ方向の指電極５３の励起を変化させることによって、この非点収差の影響をｘ方向に実質的に任意に変位させることができるという特性を有する（すなわち、上記の実施形態において±１５ｍｍ）。
【００６６】
　対物レンズ１９において許容される非点収差の影響、すなわち、丸レンズとは異なる影響は、図９から明らかなように、ビーム整形器６３によって２次電子ビーム１４の次のビーム路で補正される。この図の下部に、ｚ＝０ｍｍでの物体平面３とｚ＝５８０ｍｍでの第２の中間像平面７１との間の顕微鏡光学系１１のビーム路を示す。図８に大きさを拡大して示された軌跡１０１、１０２、１０３および１０４は、図９に続く。軌跡１０１から１０４の図の上には、光学系１１の電子光学構成要素が、模式的に描かれている。これらは、すでに詳細に上述した対物レンズ１９である。巻線８５および電極８９を有する２つのビーム偏向器６９および６７であり、ビーム偏向器６９の中央平面１０９は、ｚ＝５０ｍｍに配置され、ビーム偏向器６７の中間平面は、ｚ＝１５０ｍｍに配置される。
【００６７】
　ビーム整形器６３は、ｚ＝２１０ｍｍでの中央平面１１３に対して対称的に構成され、ｚ＝１９０ｍｍに中央平面１１７を有する四重極レンズ１１５およびｚ＝２３０ｍｍに中央平面１２１を有するさらなる四重極レンズ１１９を含む。２つの四重極レンズ１１５と１１９との間には、２つの開口電極１２３および１２４ならびにその間に配置された集束電極１２５を含む静電丸レンズ１１１が配置されている。
【００６８】
　ビーム整形器６３の目的は、対物レンズ１９を通過したあと分離した２次電子ビーム１４の軌跡１０１／１０２および１０３／１０４を組み合わせることであり、これにより、十分な質の第１の中間像６１が得られる。中間像６１は、図９を参照して記載した実施形態においてｚ＝３８５に生成される。
【００６９】
　それぞれ軌跡１０１／１０２および１０３／１０４の組み合わせは、ｚ方向で互いに離間した２つの四重極レンズ１１５および１１９ならびに丸レンズ１１１によって、ビーム１０１および１０２のいずれもが中間像平面６１の軸１７と交差し、これにより物体平面３の実質的に鮮明な像が中間像６１の平面に得られるように行われる。さらに、軌跡１０１および１０２のいずれもの軸１７に対する傾きは、物体平面３から中間像平面６１への結像がｘ方向およびｙ方向において実質的に同じ倍率で行われるように、中間像平面６１において実質的に同一である。
【００７０】
　さらに、物体平面３から中間像平面６１への結像は、図９から直接的に明らかではないさらなる特徴によって特徴付けられている。すなわち、軸に対して同じ角度で軸６５の物体平面３から始まり、異なる運動エネルギーを有する２つの軌跡は、中間平面６１にある共通の位置で再び軸１７と交差しているので、像は、実質的に空間分散されていない。空間分散は、それぞれ、双極子力と軸６５および１７に沿った角光線ｘの路高さとの積の積分から生じる。しかし、結像におけるいくつかの角分散は図示した実施形態において許容されている。
【００７１】
　軸６５が、主軸１７からＭ＝０．０ｍｍ変位すると、２次電子は、不変位物体フィールド１３から中間像平面６１の５８０ｍｍの距離を進まなければならない。この距離は、変位Ｍが増加するにつれて増加する。なぜなら、２次電子は、２つの偏向器６９および６７の間の領域において主軸１７に向かう角度で進むからである。さらに、ビームは光軸に正確に沿って偏向器６９および６７を通過するのではないので、結果として、非点収差エラーが生じる。したがって、ｚ＝３８５ｍｍに固定される中間像６１の特性は、ｘ方向での物体フィールド１３の変位Ｍにつれて同様にわずかに変化することが明らかである。しかし、これらの変化は、動的に補正可能である。このために、５つの自由度が必要である。
−角軌跡１０１および１０２（ｘおよびｙ）の軸１７との交点を同じ位置に維持するための２つの自由度（１）および（２）。
−軸１７に対する角軌跡１０１および１０２（ｘおよびｙ）の傾きを同じ値に維持するための２つの自由度（３）および（４）。
−空間分散を実質的に０に維持するための１つの自由度（５）。
【００７２】
　したがって、これらの自由度を変位Ｍに応じて調整するために、５つの自由に調整可能な光学系１１のパラメータが必要であり、以下によって与えられる。
（ｉ）対物レンズのｙ方向に集束するレンズ９５、および適用可能であれば、対物レンズの他のレンズに印加される電圧の変化。
（ｉｉ）指電極５３に印加される電圧パターンを変化させることによって、ｘ方向に集束する櫛型絞り５１の四重極場の強度。
（ｉｉｉ）集束開口１２５に印加する電圧を変化させることによる、静電丸レンズ１１１の集束効果の強度。
（ｉｖ）四重極レンズ１１５の強度を変化させること。
（ｖ）四重極レンズ１１９の強度を変化させること。
【００７３】
　このために、顕微鏡光学系１１は、所望の変位Ｍを調整するために偏向器６９および６７の励起を調整するためのコントローラ１２９を含む。集束開口９５、櫛型レンズ５１と、四重極レンズ１１５と、丸レンズ１１１と、さらなる四重極レンズ１１９とにより、コントローラ１２９は、光学系の上記の５つの自由度（１）から（５）により、中間像６１が変位Ｍとは独立して実質的に安定するように上記の５つのパラメータ（ｉ）から（ｖ）を制御する。しかし、ビーム路の中間像６１の下流には、変位Ｍに依然として依存する２つのさらなる特性がある。すなわち、
（６）２つの中間像６１と７１との間のクロスオーバー１３１の位置、すなわち、ビーム１０３および１０４の軸１７との交差点が、軸１７に沿って変位することがあり、その結果、クロスオーバー１３１の第２の像平面１７からの距離が変化する。しかし、この距離は、次のさらに下流の光学系にとって重要なパラメータである。このパラメータは、エネルギーフィルタ７２のいわゆるヘルムホルツの長さである。その結果、クロスオーバー１３１の位置が変化すると、エネルギーフィルタ７２の機能も変化するが、これは望ましいことではない。これはまた、フィールド軌跡１０３および１０４の傾きの変化に相当する。
【００７４】
　自由度（６）を動的に調整するために、中間像平面６１に配置された静電集束レンズ７７は、コントローラ１２９によって制御される。集束レンズ７７は、２つの遮断開口１３４および１３６を含み、集束電極１３７がその間に配置されている。集束電極１３７の電位は、コントローラ１２９によって変化させる。集束レンズ７７は、中間像平面の近傍に配置されているので、その電力変化が主にフィールド軌跡１０３、１０４を影響する。その結果、自由度（６）が効果的に補正される。
【００７５】
　第２の中間像の光学倍率を増加して、システムのヘルムホルツの長さをエネルギーフィルタのものに調整するために、クロスオーバー１３１の位置をｚ＝５００ｍｍに安定して配置するようにコントローラ１２９によって制御された２つの磁気集束レンズ７３および７５が設けられている。そして、エネルギーフィルタ７２のためにヘルムホルツの長さは常に６０ｍｍとされている。
【００７６】
　１次電子ビーム８１の光学系１１内の経路について以下に説明する。
【００７７】
　他の光学部材に加えて、図１０に模式的に示すように、四重極レンズ１３５の効果が偏向器６７の平面１１０の１次電子ビーム８１に与えられる。図１０ａは、軸６５に沿ったｙｚ平面の断面を示し、図１０ｂは、軸６５に沿ったｘｚ平面の断面を示す。四重極レンズ１３５は、物体平面３から離れて配置され、ライン焦点１３７が四重極レンズ１３５と物体平面３との間に生成されるような程度の集束効果をｙｚ平面の１次電子ビーム８１に対して有する。ライン焦点１３７を通過した後、１次電子ビーム８１は物体平面３に衝突する（図４）。したがって、四重極レンズ１３５は、物体平面３の照射フィールドをｙ方向に大幅に拡大させる。
【００７８】
　ｘｚ平面において、四重極レンズ１３５は、デフォーカス効果を有し、ｘ方向でも、照射された物体フィールド１３が、同様に四重極レンズ１３５によって大きく拡大される。
【００７９】
　図１０を参照して説明した原則によると、比較的大きな物体フィールド１３を比較的小さな直径の１次電子ビーム８１で照射することが可能である。四重極レンズ１３５は、偏向器６７の平面１１０の１次電子ビーム８１のために設けられている。四重極レンズ１３５は、２次電子ビーム１４には実質的に影響しない。特に、四重極レンズは、２次電子ビームを完全に伝達する。すなわち、四重極レンズ自体、２次電子を吸収しない。さらに、かつそれとは独立して、２次電子が、次のビーム路から離れる程度まで四重極場効果によってそれらのビーム路から偏向するという程度にまで、四重極レンズ１３５によって伝達された電子に対する四重極レンズ１３５の影響もない。四重極レンズ１３５を通過する実質的にすべての２次電子が、検出器７に衝突する。しかし、さらなる補助検出器をシステムの他の位置に設けることもできる。しかし、この場合、四重極レンズによって伝達された全２次電子の５０％以上、特に８０％以上、さらに好ましくは、９０％以上が、主検出器である検出器７に衝突する。
【００８０】
　このために、四重極レンズ１３５は、図１２を参照してさらに詳細に説明するような構成を有している。この図の四重極レンズ１３５は、ビーム軸まわりの円周に分配された４つの電場源部材、すなわち、電極１６１、１６２、１６３、および１６４を含む。ビーム軸に関して互いに対向して配置される２つの電極１６１および１６３は、負の電位を有し、それに交差する向きの同様に互いに対向して配置される２つの電極１６２および１６４は、正の電位を有する。電極１６１から１６４によって生じる四重極場のフィールド線を図１２に鎖線で示す。４つの磁場源部材または磁極１６５、１６６、１６７および１６８が、磁極１６５から１６８がそれぞれ、２つの電極１６１から１６４の間に円周方向に配置されるようにビーム軸のまわりの円周方向に分配されている。磁極は、円周方向に交流磁北極および磁南極を提供する。磁極１６５から１６８の間に生成した磁場を図１２に実線として示す。
【００８１】
　電極および磁極の図示した形状のために、磁場および電場線は、ビーム軸近傍領域の各位置で互いに実質的に垂直に延びている。
【００８２】
　四重極磁場および四重極電場の強度は、２次電子ビームが四重極レンズ１３５を通過するとき、実質的に四重極の影響を受けないように、互いに調整される。このために、レンズの四重極構成要素のフィールドが以下の式を満足する。
【００８３】
【数２】
2004134389.tif 000004
式中、
【００８４】
【数３】
2004134389.tif 000005
は、電場であり、
【００８５】
【数４】
2004134389.tif 000006
は、磁場であり、
【００８６】
【数５】
2004134389.tif 000007
は、フィールドの四重極構成要素の影響を受けない電子の速度である。
【００８７】
　四重極レンズ１３５は、同時に、電極１６１から１６４および磁極１６５から１６８が、双極子場が四重極場に重なり、ビーム偏向が生じるように制御することによってビーム偏向器として作用する。このために必要な双極子場の制御および寸法は、図６および図７による偏向器を参照してすでに説明した。
【００８８】
　図１１ａおよび図１１ｂは、光学系１１を通過する１次電子ビーム８１のビーム路を示す。図１１ｂは、物体平面３からビームスプリッタ７５の近傍領域までのビーム路を示しており、図１１ａは、それに続くビーム路、すなわち、ビームスプリッタ７５の近傍領域から電子源１７１までのビーム路を示している。図１１ａおよび図１１ｂにおいて、下図はそれぞれ、ビーム路を示し、上図は対応する電子光学構成要素を模式的に表す。下方の図において、一点鎖線１４１は、ｘ方向に角度を持って軸１７の電子源１７１から出る軌跡を表しており、点線１４２は、ｙ方向に角度を持って軸１７の電子源１７１から出る軌跡を表しており、実線１４３は、軸１７からｘ方向に離れ、それに平行な電子源１７１から出る軌跡を表しており、鎖線１４４は、軸１７からｙ方向に離れ、かつそれに平行な電子源１７１から出る軌跡を表している。
【００８９】
　図１１ａを参照すると、電子源１７１は、物体平面３からｚ＝１１５０ｍｍの距離に配置されている。電子源１７１は、従来のＬａＢ６エミッタ−である。電子源１７１から放出される発散ビームは、ｚ＝９５０ｍｍで第１のコリメータレンズ１７３によって、ｚ＝６２５ｍｍで第２のコリメータレンズ１７５によって平行化される。フィールド開口部１７７によるクロスオーバーが、ｚ＝８１０ｍｍに配置される。その結果、ケラー照明システムが設けられる。なぜなら、フィールド開口部１７７が物体平面３上にさらに結像され、物体平面３に照射されるフィールドは開口絞り１７７によって決定されるからである。
【００９０】
　図１１ｂの軌跡１４１、１４２、１４３、１４４のさらなる路から、四重極レンズ１１９および１１５の１次電子ビームへの影響は、比較的小さく、その結果、軌跡１４１、１４２および１４３、１４４それぞれの分割は、比較的小さいということが明らかである。しかし、平面１１０において、四重極レンズ１３５は、１次電子ビーム８１にかなりの影響を与えている。軌跡１４１は、ｘ方向へのデフォーカス効果を明らかに示しており、軌跡１４２は、ｙ方向へのデフォーカス効果およびｚ＝５０ｍｍでのライン焦点１３７の形成を明らかに示している。
【００９１】
　図１３ａは、図４には簡潔さのために図示されていないが、1次および２次電子のビーム路のｚ＝５０ｍｍに配置される拡散絞り１８１をさらに示している。拡散絞り１８１は、１次電子ビーム８１および２次電子ビーム１４が通過するｘ方向に延びているスリット１８３を有する。ｘ方向のスリット１８３の大きさは３０ｍｍであり、これにより、２つのビーム１４および８１の偏向が可能になり、ビーム偏向器６７および６９によって調整される。ｙ方向において、スリット１８３は、幅２００μｍであり、これにより、拡散が高すぎる２次電子ビーム１４の電子を阻止する。
【００９２】
　図１３ｂは、図１３ａに示された拡散絞り１８１の変形例を示している。図１３ｂに示された拡散絞り１８１’のスリット１８３’は、正確にｘ方向ではなく、ｘｙ平面において斜め方向に配置されている。被検物が、走査動作中顕微鏡光学系に対してｙ方向に常時移動するとき、この拡散絞り１８１’が用いられる。このとき、１次電子ビームおよび２次電子ビームがそれぞれ、ｙ方向の物体の移動を「追跡する」ことが可能である。ｘ方向における走査動作が終了すると、次にビームは新しい走査動作を開始するためにｘ方向において戻る。
【００９３】
　ｙ方向に偏向した結果、次に１次電子ビームおよび２次電子ビームは、その中央軸に正確に沿うのではなく、わずかにそれらからずれて対物レンズ１９のレンズを通過する。ある列の電極を全体として他方の列よりわずかに高い電位にすることによって、指電極によって生成されたフィールドをこの変位に調整することができる。その結果、指電極の２つの列の間に形成されたフィールド分配の中央軸もまた、対物レンズ１９の幾何的中央軸に対してわずかに移動する。ｙ方向におけるビームの変位が小さい場合、対物レンズ１９の収束効果は、ｙ方向におけるフィールド分配を調整する必要なく依然として十分である。
【００９４】
　図１３ｃは、走査動作の終了時にｘ方向でのフライバックを必要としないさらなる変形例の拡散絞り１８１’’を示している。このために、２つの交差したスリット１８３’’が絞り１８１’’に形成されている。ｘ方向での走査動作が終了すると、ビームは、ｙ方向に移動し、それぞれのもう一方のスリット１８３’’に入り、それから、新たな走査動作を逆ｘ方向で開始し、物体はｙ方向で移動を続ける。
【００９５】
　図１４は、櫛型レンズ５１の指電極５３を制御するための駆動構成体１９１を示している。櫛型レンズ５１の電極は、四重極状フィールドがビーム軸６５の周辺領域に備わるように駆動構成体１９１によって駆動される。上記のように、ビーム軸６５は、ｘ方向で変位可能であり、したがって電極５３に印加された電圧パターンも同様にｘ方向に変位されなければならない。
【００９６】
　駆動構成体１９１は単に、９つの駆動装置および「−４」、「−３」、「−２」、「−１」、「０」、「+１」、「+２」、「+３」、「+４」によってそれぞれ指定されている電圧源を含むのみである。電圧源は、別々に制御可能である。各電圧源は、複数の電極５３に接続されている。しかし、各電極５３は、１つの電圧源に接続されているだけである。このために、９つの接続線１９３が列の方向、すなわち、ｘ方向に延びている。各接続線１９３は、１つの電圧源に接続されている。このとき、電極５３は、順次かつ周期的に接続線１９３のそれぞれ他の１つと電気接続されている。
【００９７】
　図１４には、一列の指電極５３の駆動構成体１９１が示されているだけであるが、接続線を含む対応する駆動構成体は、他方の列の指電極５３のためにも設けられている。
【００９８】
　指電極５３の数に比べて電圧源の数が比較的少ないことと、記載された配線のために、周期的なフィールドパターンが２つの列の指電極５３の間に生成さているが、対応する四重極場は、ビーム軸６５の周辺領域の１つに与えられていればよい。しかし、図示された回路では、電極５３の数に比べて駆動装置および電圧源のそれぞれの数が特に少ないことが必要である。個々の電極源によって生成される電圧を変化させることによって、四重極場は、ｘ方向のビーム軸６５の変位に従うことが可能である。
【００９９】
　図１５は、上記の集束レンズ６３の変形例である。図１５による集束レンズ２０１は、ｚ方向に順次配置される４つの開口電極を含み、それぞれ、円形開口部で形成されている。電極には、コントローラ１２９によって制御される調整可能な電位を与えることができる。それぞれｚ方向の上流および下流に外側に向かって配置される２つの開口電極は、スクリーニング開口１３５および１３６として作用する。これらの間には、２つの集束電極１３７ａおよび１３７ｂが互いに離間して配置されている。集束電極１３７ａおよび１３７ｂの制御を異ならせることによって、ｚ方向のレンズ２０１の主面Ｈ１およびＨ２を移動させることができる。図１５ａは、集束電極１３７ａの電位が、例えば、５０ｋＶであり、他の電極１３５、１３７ｂおよび１３６のビーム電位が１５ｋＶであるような第１の制御モードを示している。ｚ軸の電位、すなわち、レンズ２０１を通過するビームによって知覚された電位が、絞り開口部の間のそれぞれの曲線によって図１５に模式的に示されている。したがって、この制御モードで与えられる電子光学レンズ効果の主面Ｈ１およびＨ２は、それぞれ、電極１３５と１３７ａおよび１３７ａと１３７ｂとの間に位置している。
【０１００】
　図１５ｂにおいて、制御モードは、各集束電極１３５、１３７ａおよび１３６の電位が、１５ｋＶであり、集束電極１３７ｂの電位が５０ｋＶである。したがって、主面Ｈ１およびＨ２は、それぞれ、電極１３７ａと１３７ｂおよび１３７ｂと１３６との間に位置している。したがって、図１５ａと比較すると、主面Ｈ１およびＨ２は、これらの間の相対的な距離は維持されているが、ｚ方向で変位されている。図１５ｃに示すさらなる制御モードにおいて、２つの遮断電極１３５および１３６のビーム電位が１５ｋＶであり、集束電極１３７ａおよび１３７ｂのいずれもが５０ｋＶである。この結果、ｚ方向のレンズ効果が拡大され、２つの主面Ｈ１およびＨ２はそれぞれ、電極１３５と１３７ａおよび１３７ｂと１３６との間に位置している。
【０１０１】
　特に図１および図９を参照すると、レンズ２０１の主面Ｈ１、Ｈ２の変位可能性は、図示されたシステムの２次電子ビームに影響を与える自由度を提供する。集束レンズ２０１を図９の集束レンズ６３の代わりに用いると、制御の自由度がさらに加わり、静電レンズ７７を省くことができる。レンズ７７は、必要に応じてフィールド開口と置換することもできる。
【０１０２】
　上記の図１０を参照しての説明では、四重極レンズは、単に１次電子ビームだけに影響を与え、２次電子ビームに何ら影響を与えないと記載した。電場および磁場の向きが交差した四重極レンズを用いると、反対方向に進むビームを有する粒子光学システムに対しさらなる自由度が提供される。この点についてのさらなる例を図１６および図１７を参照して以下に示す。
【０１０３】
　図１６は、電場および磁場の向きが交差した図１２に示す四重極レンズ１３５の構造と類似した構造を有し得る５つの四重極レンズＱ１からＱ５の構成を示している。ビーム軸に沿った、またはｚ方向のこれらの５つの四重極レンズの焦点幅および位置を以下の表に示す。
【０１０４】
【表１】
2004134389.tif 000008
【０１０５】
　図１６は、ｚ＝０に配置された物体平面から発散する第１のビームについての、図９と同様に表したフィールドおよび角軌跡を示す。物体平面の像は、ｚ＝８２ｍｍでの像平面に生成されることは明らかである。したがって、５つの四重極レンズの構成が第１のビームに与える効果は、焦点幅ｆ＝２２または倍率が１．３の厚い丸レンズの効果である。
【０１０６】
　図１７は、図１１と同様に表したビーム路、すなわち、第１のビームと反対の第２の方向に５つの四重極レンズを通過するビームのビーム路を示す。図１７は、ｚ＝８２ｍｍの像平面を起点とする第２のビームの軸およびフィールド軌跡を示している。５つの四重極の構成が第２のビームに与える効果は、焦点幅が２２ｍｍまたは倍率１／１．３の丸レンズの効果であることが明らかである。
【０１０７】
　５つの四重極レンズの構成は、両ビームに同じ効果、すなわち、Ｈ＝３８ｍｍ、Ｈ’＝３２ｍｍに主面を有し、Ｆ＝１７およびＦ’＝５３ｍｍに焦点を有する厚い丸レンズの効果を与えることは図１６および図１７から明らかである。これは、約２２ｍｍの焦点になる。
【０１０８】
　図１８および図１９は、図１６に示す四重極構成の変形例を示す。ｚ方向の四重極の位置は同じであるが、焦点幅が、以下の表から明らかなように、レンズの励起を変更したために変更されている。
【０１０９】
【表２】
2004134389.tif 000009
【０１１０】
　したがって、主面Ｈ’＝３２ｍｍ、Ｈ＝３８ｍｍ、倍率Ｍ＝１．８およびＭ’＝１／１．８、ならびに２４ｍｍの全焦点距離が得られる。
【０１１１】
　図１６から図１８に示す５つの四重極の構成は、一次歪みがなく一次無収差であり、両ビーム方向に対して選択的に調整可能な焦点を有する丸レンズの機能の提供を可能にする。
【０１１２】
　したがって、複数の自由度が生成される。特に、２つのビームのうちの１つに実質的に影響しないように四重極レンズを励磁することができる。さらに、レンズ効果が両ビームに与えられるようにレンズを励起することができる。レンズ効果は、２つのレンズが異なるエネルギーを有していても両ビームに同じ焦点距離を与えることもある。
【０１１３】
　さらに、この構成では四重極レンズの数を減らすことができるが、これは、結像性能の低下につながる。それでもなお、この構成は、一方または他方のビームあるいは両方のビームに特定のレンズ効果を選択的に与えるという利点を提供する。例えば、ただ２つの四重極で結像特性を提供することが可能である。このような結像は、一次で無収差である。このとき、もはや変位可能な焦点を与えず、そして無歪みでもない。
【０１１４】
　上記の例において、反対方向に進む各ビームに対し、四重極レンズ効果を与えるように四重極電場および磁場の強度を調整する。
【０１１５】
　しかし、２つのビームのうちの一方が四重極レンズ効果を受けないように電場および磁場強度を調整することもできる。この場合、各四重極レンズの電場および磁場が、以下の式を満たすように調整される。
【０１１６】
【数６】
2004134389.tif 000010
式中、
【０１１７】
【数７】
2004134389.tif 000011
は影響を受けないビームの電極の速度である。
【０１１８】
　電場および磁場の特定の構成はまた、両ビームが実質的に等しい四重極レンズ効果を受けるときにも与えられる。このために、各レンズの電場および磁場の四重極構成要素は、以下の関係を満たすように調整されなければならない。
【０１１９】
【数８】
2004134389.tif 000012
式中、ＶZ1は、１次電子の速度であり、Ｖz2は、２次電子の速度である。
【０１２０】
　しかし、上記の特定の設定、すなわち、２つのビームのうちの一方に実質的に影響がない設定、または両ビームに実質的に同じ影響を与える設定とは別に、十分定義され調整可能な方法で互いに異なる四重極効果を両ビームに与えることも可能である。
【０１２１】
　さらに、上記の四重極レンズの代わりに、例えば、六重極対称のようなより高い対称を有するレンズを用いることもでき、同様に、一方または他方あるいは両方のビームを選択的に影響することもできる。
【０１２２】
　図４を参照して上で述べたエネルギーフィルタは、Ω型の従来のエネルギーフィルタである。あるいは、従来のα型のエネルギーフィルタを用いることも可能である。
【０１２３】
　上記の櫛型レンズは、源部材として、電場源としての電極を含む。それに代わるものとして、磁場源部材にこの概念を応用することもできる。このとき、磁場源部材は、例えば、調整可能な電力源である駆動装置を有する、複数のコイルによって励磁される磁極片である。
【０１２４】
　上記の実施形態は、電子顕微鏡システムに関する。しかし、本発明の概念を、図２０に参照して以下に示すように、リソグラフィシステムに応用することもできる。
【０１２５】
　図２０は、図４に示された顕微鏡システムを改変した構造を有する電子リソグラフィシステム１８１を模式的に示している。リソグラフィーシステム１８１は、ｘ方向に変位可能な四重極状のフィールドを与えるための櫛型レンズ５１を有し、かつ図１９に図示されていない追加のスリットレンズを有する第１のビーム整形器１９を含む。リソグラフィシステム１８１は、さらにｚ方向に離間して配置される２つのビーム偏向器６７および６９、ならびに図４による顕微鏡システムで上記したのと同様の方法で、第１のビーム整形器１９の残留する四重極効果を補正するように働く第２のビーム整形器６３を含む。１次電子ビーム８１は、レンズシステム１８３によって与えられたパターンを、電子光学系の物体平面に配置された製造すべき半導体ウェハ１８７の感光層１８５（レジスト）に投影する。
【０１２６】
　レンズ構成体１８３は、互いに独立して制御可能なフィールドに配置された複数の分離した別個のレンズ１８９を含み、レンズ領域において１次電子ビームを選択的にオン／オフの切換ができる。１次電子ビームは、電子源１９１によって生成され、コリメータレンズ１９３によって平行化される。このタイプのレンズ構成は、例えば、米国特許６、３２３、４９９Ｂ１（参照により本明細書に援用する）から公知である。したがって、レンズ構成体１８３については、簡潔さのため本明細書では十分記載しない。
【０１２７】
　リソグラフィシステム１８１は、１次電子ビーム８１で感光層１８５に露光パターンを書き込むことが可能であり、この層１８５に書き込まれたパターンは、個々のレンズ１８９のオンとオフを切り換えることによって、かつビーム偏向器６７および６９を用いて層１８５を１次電子ビーム８１が走査することによって自由に構成され得る。切換可能なレンズシステム１８３のために、リソグラフィシステムは、いわゆる「マスクなし」リソグラフィシステムである。しかし、ウェハ上に結像すべきパターンを形成するために、切換可能なレンズシステム１８３の代わりに、拡散マスクおよびステンシルマスクのような既製のマスクを用いることもできる。
【０１２８】
　図２０は、リソグラフィシステム１８１の光学特性を示している。光学系１１は、書き込みビーム８１によって感光層１８５から放出された２次電子ビームが光学系１１によって戻されるように構成されている。次いで、これは、ビームスプリッタ７５において１次電子ビーム８１のビーム路から分離され、図２０に模式的に示されるように、さらなるレンズ構成体１９７によって検出器７に結像される。検出器は、位置敏感型検出器であり、位置依存信号であってもよい２次電子強度信号の検出を可能にする。書き込み手順は、これに従いモニターしてもよい。特に、レンズ構成体１８１の個々のレンズ１８９が良好に作動しているかどうかを判断してもよい。
【０１２９】
　要約すると、固定ビーム軸にｘ方向に変位可能なフィールドを結像する対物レンズを有する電子顕微鏡システムが提供される。対物レンズは、ビーム整形器によって補正される非点収差効果を固定軸に与える。
【０１３０】
　さらに、１次電子ビームまたは２次電子ビームに選択的に作用することができるレンズ構成が提案されている。
【０１３１】
　したがって、本発明は、本明細書において最も実用的で好適な実施形態であると考えられたもので示され、記載されているが、本発明の範囲内でこれらから離れることができることが理解され、したがって、本明細書中に開示された詳細に限定されるのではなく、請求項の全範囲は、いずれのおよびすべての均等な方法および装置を含む。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】従来の電子顕微鏡の構成を示す図である。
【図２】図１に示された電子顕微鏡の対物レンズの切欠き斜視図である。
【図３ａ】図２の対物レンズを示すフィールド線を示す図である。
【図３ｂ】図２の対物レンズを示すフィールド線を示す図である。
【図３ｃ】図２の対物レンズを示すフィールド線を示す図である。
【図４−１】本発明の実施形態による電子顕微鏡の斜視模式図である。
【図４−２】本発明の実施形態による電子顕微鏡の斜視模式図である。
【図５】図４−１、４−２による電子顕微鏡システムの対物レンズの断面を示す図である。
【図６】図４による顕微鏡システムに用いられるビーム偏向器の切欠き開放斜視図である。
【図７】図６によるビーム偏向器の一部の平面図である。
【図８】図５に示された対物レンズ内の軌跡を示す図である。
【図９】図３ａ、図３ｂおよび図３ｃに示された電子顕微鏡システムの結像ビーム路の軌跡を示す図である。
【図１０ａ】図３ａ、図３ｂおよび図３ｃに示された電子顕微鏡システムの照射ビーム路の構成要素の図である。
【図１０ｂ】図３ａ、図３ｂおよび図３ｃに示された電子顕微鏡システムの照射ビーム路の構成要素の図である。
【図１１ａ】図３ａ、図３ｂおよび図３ｃの顕微鏡システムの照射ビーム路における軌跡を示す図である。
【図１１ｂ】図３ａ、図３ｂおよび図３ｃの顕微鏡システムの照射ビーム路における軌跡を示す図である。
【図１２】図４による電子顕微鏡システムに用いられる四重極レンズの斜視図である。
【図１３ａ】図４−１および図４−２による顕微鏡システムに用いられ得る開口絞りを示す図である。
【図１３ｂ】図４−１および図４−２による顕微鏡システムに用いられ得る開口絞りを示す図である。
【図１３ｃ】図４−１および図４−２による顕微鏡システムに用いられ得る開口絞りを示す図である。
【図１４】櫛形レンズを供給するための電気回路の図である。
【図１５ａ】図４−１および図４−２による顕微鏡システムに用いられ得る静電レンズの変形例を示す図である。
【図１５ｂ】図４−１および図４−２による顕微鏡システムに用いられ得る静電レンズの変形例を示す図である。
【図１５ｃ】図４−１および図４−２による顕微鏡システムに用いられ得る静電レンズの変形例を示す図である。
【図１６】本発明のさらなる実施形態によるビーム誘導構成体の軌跡を示すグラフである。
【図１７】図１６に示されたビーム誘導構成体のさらなる軌跡を示すグラフである。
【図１８】図１６の変形例によるビーム誘導構成体の軌跡を示すグラフである。
【図１９】図１８に示されたビーム誘導構成体のさらなる軌跡を示すグラフである。
【図２０】本発明の一実施形態によるリソグラフィシステムの斜視模式図である。
【図１】
2004134389.tif 000013
【図２】
2004134389.tif 000014
【図３ａ】
2004134389.tif 000015
【図３ｂ】
2004134389.tif 000016
【図３ｃ】
2004134389.tif 000017
【図４−１】
2004134389.tif 000018
【図４−２】
2004134389.tif 000019
【図５】
2004134389.tif 000020
【図６】
2004134389.tif 000021
【図７】
2004134389.tif 000022
【図８】
2004134389.tif 000023
【図９】
2004134389.tif 000024
【図１０ａ】
2004134389.tif 000025
【図１０ｂ】
2004134389.tif 000026
【図１１ａ】
2004134389.tif 000027
【図１１ｂ】
2004134389.tif 000028
【図１２】
2004134389.tif 000029
【図１３ａ】
2004134389.tif 000030
【図１３ｂ】
2004134389.tif 000031
【図１３ｃ】
2004134389.tif 000032
【図１４】
2004134389.tif 000033
【図１５ａ】
2004134389.tif 000034
【図１５ｂ】
2004134389.tif 000035
【図１５ｃ】
2004134389.tif 000036
【図１６】
2004134389.tif 000037
【図１７】
2004134389.tif 000038
【図１８】
2004134389.tif 000039
【図１９】
2004134389.tif 000040
【図２０】
2004134389.tif 000041
【外国語明細書】
2004134389000001.pdf