(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体平面に置くことができる物体（３）を結像するための検査系であって、
前記物体（３）の画定されたフィールドに電子を照明するための電子源を備え、荷電粒子が該照明されたフィールドの位置から出射されるようにした照明デバイス（３１、９１）と、
前記物体の平面内の前記照明されたフィールドを変位させ、かつ、前記物体（３）の選択可能な領域（７）の位置から出て、固定された所定のビーム断面（２７）を通過する荷電粒子を案内するための可変偏向場を提供する第１の偏向器（２３、２４）と、
前記荷電粒子が、第１の偏向器（２３、２４）を通過した後、そこに衝突するように、ビーム経路中に配置された位置感度のある検出器（５）であって、前記領域（７）の異なる位置から出射される荷電粒子が、出射位置に定置された位置感度のある検出器（５）の異なる位置上に結像される、検出器（５）と、
前記照明されたフィールドに向けて前記電子源から出た前記電子のビーム経路、および、前記物体の選択可能な領域の位置から出射される前記荷電粒子のビーム経路が通過するビーム結合器であって、前記第１の偏向器が該ビーム結合器と前記物体の平面との間に設置された、ビーム結合器（３７）と、
照明されたフィールドの変位を変えるために前記照明デバイス（３１、９１）をコントロールし、かつ、前記検出器上に結像される、物体上の領域（７）を物体平面内の前記照明されたフィールドと一緒に変位させるように第１の偏向器（２３、２４）をコントロールするためのコントローラ（２５）と、
前記検出器上に結像される、物体上の領域（７）の位置から出射される荷電粒子のビームを集束させる、前記物体（３）と前記固定されたビーム断面（２７）との間に配置された第１の集束レンズデバイス（１５）とを含み、
前記第１の集束レンズデバイス（１５）は、荷電粒子のビームに集束効果を及ぼす粒子集束デバイスであり、電気的に絶縁され、かつ、前記ビームの方向（ｚ）に互いに間隔をあけて設けられた少なくとも３つの開口を含んでおり、前記開口のそれぞれは、ビームが自由に通り抜けるための連続的な開口部を備えた領域を含み、
前記開口部のそれぞれは、第１の方向を横切り、ビーム方向を横切る方向に延びる第２の方向（ｙ）に開口部が拡がる幅よりも大きな長さにわたってビーム方向を横切る第１の方向（ｘ）に延び、
ビーム方向に互いに間隔をあけて置かれた２つの開口の間に配置された少なくとも１つの開口が、第１の方向（ｘ）から見て、開口部のそれぞれの側部に、電気的に絶縁され、かつ、互いに間隔をあけて設けられた複数の電極を含む櫛形開口として設けられている、検査系。
【請求項２】
前記照明されたフィールドが、前記検出器上に結像される、物体上の領域（７）と一致する、請求項１に記載の検査系。
に記載の検査系。
【請求項３】
前記第１の偏向器（２３、２４）によって提供される偏向場は可変であり、前記第１の集束レンズデバイス（１５）は集束レンズを具え、前記コントローラはさらに、前記集束レンズの光軸（５９）がその軸方向を横切る方向に変位可能となるように前記第１の集束レンズデバイス（１５）をコントロールする、請求項１に記載の検査系。
【請求項４】
前記コントローラ（２５）はさらに、前記検出器上に結像される、物体上の領域（７）の変位とは無関係に、その光軸（５９）が前記検出器上に結像される、物体上の領域（７）と、略中心で交わるように前記第１の集束レンズデバイス（１５）をコントロールする、請求項３に記載の検査系。
【請求項５】
前記櫛形開口とは異なる第1の開口が設けられ、前記第1の開口は、ビーム方向の開口部の領域内を、この領域の開口部の幅の０．２５倍より長い距離にわたって延びる、少なくとも１つの電極領域を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の検査系。
【請求項６】
それぞれが櫛形開口とは異なっており、ビーム方向に互いに間隔をあけて配置され、互いに隣接した第２の開口および第３の開口が設けられ、前記第２および第３の開口のそれぞれは少なくとも１つの電極領域を開口部の領域内に含み、前記電極領域は、この領域の開口部の幅の０．５倍より長い距離だけ互いにビーム方向に間隔をあけて配置されている、請求項１〜５のいずれかに記載の検査系。
【請求項７】
前記粒子集束デバイスはさらに、前記櫛形開口の複数の電極が四重極場を生成するように、それらの複数の電極に電位をかけるための偏向場コントローラを含み、前記四重極場の対称軸は開口部内の略ビーム方向に延びている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の検査系。
【請求項８】
前記対称軸が第１の方向に互いにオフセットした複数の選択可能な位置に位置付けられ得るように電位をかける前記偏向場コントローラが備えられた、請求項７に記載の検査系。
【請求項９】
前記対称軸が、第１の方向（ｘ）において、実質的に連続的に変位可能である請求項８に記載の検査系。
【請求項１０】
少なくとも２つの開口の平均電位を調節するために前記偏向場コントローラが設けられた、請求項７〜９のいずれかに記載の検査系。
【請求項１１】
櫛形開口の電極のビーム方向の寸法が電極の領域の開口部の幅の０．５倍〜１．５倍である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の検査系。
【請求項１２】
１、２、又は３個の開口が櫛形開口として設けられ、選択可能な電位を、前記、櫛形開口として設けられた開口の電極に対して前記偏向場コントローラによって供給することが可能である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の検査系。
【請求項１３】
前記検出器上に結像される、物体上の領域（７）の位置から出射される荷電粒子が、二次電子または／および後方散乱電子を含む、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の検査系。
【請求項１４】
前記照明デバイスが、前記フィールドを照明するための電子よりなる照明ビーム（２９）を形成するための、または／および前記照明の開口数を調整するための、少なくとも１つの開口（３５）を含む、請求項１３に記載の検査系。
【請求項１５】
前記第１の偏向器（２３、２４）を通過するとき、物体（３）に向かって照射される電子が物体（３）から出射されて検出器（５）に向かう電子よりも高い運動エネルギーを有しており、前記第１の偏向器（２３、２４）が設けられ、それが生成する偏向場が物体（３）に向かって照射される電子および物体（３）から出射されて検出器（５）に向かう電子に対して略等しい偏向（Ｍ）を提供する、請求項１３に記載の検査系。
【請求項１６】
前記第１の偏向器は、コントローラ（２５）によって変えることのできる偏向電場およびコントローラ（２５）によって変えることのできる偏向磁場（４０）をもつ少なくとも１つの領域（３６）を含み、前記偏向電場の方向、前記偏向磁場の方向、および、電子の進行方向のうちの２方向よりなる各対において、対をなすそれぞれの方向が互いに直交した状態が保持されている、請求項１５に記載の検査系。
【請求項１７】
前記コントローラ（２５）は、少なくとも１つの領域（３６）において、下記関係式が満たされるように前記第１の偏向器（２３，２４）を制御し、
［数１］
Ｂ＝ｋ・Ｅ
式中、Ｂは、領域（３６）における磁場の強度を表し、Ｅは、領域（３６）における電場の強度を表し、そして、ｋは、定数である、請求項１６に記載の検査系。
【請求項１８】
荷電粒子のための結像エネルギーフィルター（６７）を、前記固定されたビーム断面（２７）と前記検出器（５）との間のビーム経路に備えた、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の検査系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、物体の構造を、電子等の荷電粒子によって、カメラ等のレシーバ上に二次元的に結像するための検査系に関する。特に、検査される構造体は、通常、物体から出射される後方散乱電子、二次電子、透過電子または光電子を観察する電子顕微鏡によって検査される構造体であってもよい。本発明は、これらの種類の電子に限定されることを意図していない。特に、物体から出射されるイオンの観察も意図している。
【０００２】
さらに、本発明は、荷電粒子のビームのための偏向器に関する。特に、前記偏向器は、物体を検査するための検査系に好適に使用される。しかしながら、本願は、前記偏向器の使用に限定されることを意図するものではない。さらに、本発明は、前記偏向器の操作方法に関する。
【０００３】
前記検査系の適用が可能な分野としては、小型装置の製造方法、ここで特に、小型装置およびリソグラフィーマスク等、この目的のために用いられるマスクの製造中に装置の欠陥の位置を突き止める方法がある。
【０００４】
米国特許第５、５７８、８２１号は、この目的のために、電子ビームを検査すべき物体の１点（画素）に集束させる検査系を開示している。物体から出射される後方散乱電子、二次電子および透過電子は、適切な検出器によって記録される。この系においては、集束ビームが物体に衝突する位置を変位させるために偏向器が使用される。それぞれの検出器は、位置の変位とは無関係に、後方散乱電子、二次電子、および透過電子を全てまとめて受け取る。そのような検出器は位置感度のある検出器ではないが、ビームが物体に衝突する場所において、検出器によって記録された強度が偏向器によって決定される点に割り当てられるならば、物体の構造の位置解像された（position-resolved）像を得ることが可能である。偏向器を操作することによって、ビームが物体の異なる位置（画素）に連続的に偏向され、異なる位置に割り当てられた測定強度が記録され、二次元的な像が連続的に記録された強度で構成される。この方法は非常に時間がかかる。
【０００５】
米国特許第６、０９７、６５９号は、物体上の二次元的に広がりのあるフィールドに一次電子を照射し、物体から出射される二次電子を位置感度のある検出器上に結像する検査系を開示している。米国特許第５，５７８，８２１号に開示されている系とは対照的に、この検査系によれば、偏向器による画素の連続走査は必要でない。より適切に言えば、画素の多重度を同時に検出することができる。しかしながら、高倍率の像が望ましい場合、検出器上に結像されるフィールドが小さすぎるため、大きな二次元的な広がりを瞬時に結像することができない。したがって、照明されたフィールドから変位する物体のためにメカニカルシフトテーブル（mechanical shift table）を設け、それによって、検出器は時間的に連続して、物体の複数の像をピックアップすることができる。ここでは複数の像を組み合わせることによって、最終的に物体全体の像を得るために、後からの像を段階的にずらしている。この方法もまた非常に時間がかかり、さらに、この方法では、その機械的精度が像の所望の解像度にほぼ対応するシフトテーブルが必要である。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、二次元的に広がりのある物体を比較的すばやく結像する検査系を提供することである。
【０００７】
さらに本発明の目的は、検査系に対する物体の機械的変位に求められる要件が少ない検査系を提供することである。
【０００８】
第１の態様においては、本発明は、物体平面に置くことができる物体を結像するための検査系であって、二次元的に広がりのあるフィールド内の物体から出射される荷電粒子が結像される位置感度のある検出器を含む検査系を提供する。
【０００９】
さらに、さまざまな偏向場を生成し、荷電粒子によって、検出器上に結像される領域を物体平面内で変位させる、第１の偏向器を設ける。第１の偏向器は、異なる方向から第１の偏向器に入る荷電粒子を物体平面内の前記領域での変位に依存して、ほぼ固定された所定のビーム断面に案内する役割を果たす。
【００１０】
ここで、粒子ビームは、物体平面内の結像された領域の位置とは無関係の検出器の検出エリアの同じセクターに常に誘導される。検出器上に結像された領域が変位したとき、検出エリア上の結像された領域の投影の位置は変位しない。特に、粒子ビームは、常に略同一の方向、例えば、光軸に平行な方向に、前記領域の位置とは無関係の固定されたビーム断面を通り抜ける。
【００１１】
物体平面内の結像された領域の変位とは無関係のこのビーム断面を通過後、結像倍率を増加させ、最終的に位置感度のある検出器に衝突させるために、荷電粒子は光学系を通過してもよい。検出器上に結像される物体平面の領域が変位可能であることから、比較的大きな物体の構造を、その物体を検査系に対して機械的に動かさなくても、二次元的に結像させることができる。
【００１２】
前記検査系はさらに、物体にエネルギーを供給する、荷電粒子が物体の位置から出射されるようにした照明系を含む。前記物体の位置から出射される粒子は順次検出器に供給され、物体の像が得られる。前記エネルギーは、荷電粒子、特に電子の形状、または電磁線（光）の形状で、物体に供給され得る。したがって、該照明系はさらに、レーザまたは粒子源、特に電子源等の光源を含む。エネルギーが供給された結果として物体から出射される粒子は、光電子または後方散乱電子、二次電子、または透過電子であることが好ましい。
【００１３】
前記検査系はさらに、検出器上に結像される物体の領域が変化するように、第１の偏向器をコントロールするためのコントローラを含む。該コントローラはさらに、エネルギーが検出器上に結像される物体の平面内の領域と一緒に物体に供給される、限定されたフィールドを変位させるために、照明系をコントロールする。照明されたフィールドは検出器上の結像された領域と略一致することが好ましい。
【００１４】
したがって、エネルギーが供給されるのは物体の全面ではない。むしろ、物体がうける熱応力を最低限に抑えるために、物体の一部だけにエネルギーが供給される。その結果、粒子の流れを減少させることができ、さらにその結果、例えば、空間帯電効果(space charge effect)が減少する。照明されたフィールドと結像された領域が一致すれば、物体が受ける熱応力は、物体の像形成に絶対に必要な熱応力以下となる。
【００１５】
物体と、荷電粒子が検出器の方向へ固定されたビーム断面を横切って延びるビーム経路内の位置との間に、物体から出射される粒子に集束レンズの効果を及ぼす第１の集束レンズが設けられることが好ましい。像の十分な倍率を得るために、前記集束レンズデバイスは、物体の比較的近くに位置付けられる。なお、従来の回転対称型磁気レンズを用いる場合、その孔径は、収差を避けるために比較的小さく選択しなければならない。そのため、孔径の小さな円レンズを物体の近くに位置付けたとき、検出器上に結像される領域は、物体平面内で、大面積の物体を検査系に対して機械的に動かすことなく結像するのに望ましいように広範囲に変位させることはできない。したがって、ここではレンズデバイスを、検査系の他のコンポーネント、例えば、検出器の前の更なる光磁気系等に用いることができる円型の磁気レンズとは異なる、第１の集束レンズデバイスとして用いることが好ましい。
【００１６】
ビーム方向を横切る方向の比較的大きな面積にわたって集束偏向場を提供する第１の集束レンズの好ましい可能な実施形態が、ドイツ特許第１９６ ３４ ４５６出願公開明細書に開示されている。前記文献の開示全体を本願中に参考文献として編入した。前記集束レンズデバイスは、円柱レンズと円柱レンズに対して固定されて配置される四重極レンズとを含む。円柱レンズの軸は、ビーム方向を横切る方向に延び、円柱レンズの軸方向を横切る方向にビームを集束させる。四重極レンズの主軸は、円柱レンズの軸に略一致しており、円柱レンズのフィールドと四重極レンズのフィールドは連携して、レンズ配列を通り抜ける荷電粒子に集束効果を及ぼす。
【００１７】
第１の集束レンズデバイスのさらに別の実施の形態がドイツ特許第１９９ ４４ ８５７出願公開明細書に開示されている。前記文献の開示全体を本願中に参考文献として編入した。そこに開示されている前記集束レンズデバイスも同様に円柱レンズを含み、その軸はビーム方向を横切る方向に延びている。円柱レンズによって提供される偏向場は同様に、四重極場に重ね合わされるが、しかしそれは、円柱軸の方向に固定されておらず、ずれている。この目的のために、前記レンズ配列は、円柱軸に沿った、対向して配列された対として配置された複数の電極を含む。円柱軸に沿った選択可能な位置において、電場に四重極対称性を付与するように、電極に対して選択的に電圧をかけることができる。そのような第１の集束レンズデバイスを用いる場合、さらにコントローラは、物体平面内で対応して偏向されるとき、現在生成されている四重極場の位置を、検出器上に結像された領域から出射される荷電粒子の束の中心に位置付ける。
【００１８】
さらに、可変軸レンズとして第１の集束レンズデバイスを設けることが好ましい。そのようなレンズについては、記事“ＭＯＬ”（"Moving Objective Lens"）（Optic 48 (1977)、255頁以下参照。E. Gotoら）、または、米国特許第４,３７６,２４９号に記載がある。
【００１９】
磁気可変軸レンズとしての第１の集束レンズデバイスのさらに別の態様が出願人の同時継続出願のドイツ特許第１００４４１９９.８号および同時継続出願の米国特許第０９/９４９、１９３号、日本特許出願第２００１−２７２３６３号、台湾特許出願第９０１２２０６０号および韓国特許出願第１０−２００１-００５４７９０号に記載されている。これらは同様に参照文献として本願に編入されている。この集束レンズデバイスは、静的な回転対称型偏向磁場を生成する磁気レンズと、さらに、回転対称型磁場内に配置され、そこに調整可能な大きさの二重極場を生成するコイル配列とを含む。その回転対称型磁場と二重極場との重ね合わせ、磁気レンズの対称軸を横切る方向に向けられたそれらの磁場方向、およびビーム方向が同様に回転対称型集束フィールドとなるが、その対称軸は、二重極場の強度に依存する静的レンズの対称軸に対して変位される。二重極場の強度、したがって、集束レンズデバイスの効果的な光軸の変位は、同様にコントローラによって、軸の変位と、照明されたフィールドおよび検出器上に結像される物体平面内の物体の領域の変位とが一緒に行われるように調整されることが好ましい。
【００２０】
第１の集束レンズデバイスによって提供される集束レンズフィールドの光軸が、検出器上、特に中心で結像される領域と交差するように前記コントロールが行われることが好ましい。
【００２１】
検査系は、物体から出射される後方散乱電子または/および二次電子または/および透過電子または/および光電子が、対応する検出器上に結像されるように構成されていることが好ましい。
【００２２】
光電子を検出器上に結像するために、前記照明系はさらに物体平面内のフィールドを照明するためのフォトン源を含む。フォトン源から出射されるフォトンは、フォトンを物体に反射させる移動可能な偏向器に向けられることが好ましい。偏向器の動きは、コントローラによってコントロールされ、偏向器の向きを変えることによって物体平面内の照明されたフィールドの偏向が達成される。
【００２３】
検出器上に透過電子を結像するために、前記検査系は、電子源と該電子源から放出される電子を、物体平面内のフィールドを照明するビームに形成するための開口とを含む。さらに、電子ビームをそのビーム方向を横切る方向に偏向させ、それによって、物体平面内の照明されたフィールドの変位を達成する第２の偏向器を設ける。この場合、第１の偏向器および検出器は、物体を横切る方向の透過電子を検出するために、物体平面に対して電子源とは反対の物体の側に配置される。
【００２４】
後方散乱電子および二次電子をそれぞれ検出するために、電子源および検出器が物体平面に対して物体と同一の側に配置される。そして第１の偏向器は、物体から出射される電子によって検出器上に結像される物体平面内の領域を変位させるために使用されるだけでなく、光源から放出される電子によって照明される物体平面内のフィールドを変位させる機能をも果たすことが好ましい。第１の偏向器は、光源から物体に向かって延びる電子ビームが１つの方向に通り抜け、物体から検出器に向かって延びる電子ビームが別の方向に通り抜ける。通常、光源から物体に向かって進む電子の運動エネルギーは、物体から検出器に向かって進む電子の運動エネルギーよりも高い。偏向器は、両方向に進む電子に対して略同一の偏向角を提供するために備えられていることが好ましい。
【００２５】
そのような偏向器は、本発明の第２の態様をなす。
【００２６】
このために、本発明は、偏向電場および偏向磁場を生成する偏向器を３次元ボリューム(volume)内に提供する。電子の動く方向および電場および磁場の方向は、対をなしてそれぞれ互いにほぼ直交している。
【００２７】
例えば、偏向電場は電極配列によって付与することができる。また、偏向磁場は、電流コンダクタ巻線配列によって付与することができる。この場合、本発明によれば、電流コンダクタ巻線配列を流れる電流および電極配列に供給される電圧を、電子源から物体へ移動する電子および物体から検出器に移動する電子が略同一または類似の軌道を移動するように調整するためのコントローラが設けられる。
【００２８】
本発明のさらに別の態様によれば、偏向器を通って反対方向に移動する電子の正確な偏向を達成するために、前記偏向器は、軸方向に間隔をあけて設けられた磁気透過性の高い材料からなる複数のリングを含み、電流コンダクタ巻線配列のそれぞれが少なくとも１つのリングと係合するように、設けられている。磁気透過性の高い材料とは、その透過性が真空状態のそれよりもかなり高いものをいう。
【００２９】
渦電流を避けるために、この材料は、電気的に非導電性または電気絶縁体であることが好ましい。そのような材料の例としてはフェライトが挙げられる。
【００３０】
前記電極配列の電極はリング内に放射上に配置され、前記電流コンダクタ巻線がその上に巻かれていることが好ましい。荷電粒子が真空中で案内されるとき、好ましい実施形態によれば、前記電流コンダクタ巻線配列は、対応する真空シェルの外側に設けられ、電極配列は真空シェルの内側に放射上に配列される。
【００３１】
偏向器により、電子に対して提供された偏向角度を変化させるために、前記コントローラは、偏向ボリューム内の電場および磁場の双方の強度を変化させる。電磁場の強度の変化は、磁場強度と電場強度の比率が偏向角とは無関係に一定であることが好ましい。この比率は、これら２つの速度の積によって分割された偏向器をそれらが通り抜けるとき、電子源から物体へ移動する電子の速度と物体から検出器へ移動する電子の速度の差に略等しいことが好ましい。
【００３２】
以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照しながら説明する。
【００３３】
図１は、本発明の検査系１の第１の実施形態を模式的に示す図である。該検査系１は、例えば、半導体ウェハー３等の物体３の構造、またはリソグラフィーマスク等の他の小型構造体、または生物学的標本等を結像する機能を果たす。前記物体３の構造は、物体３から出射される二次電子を位置感度のある検出器５上に結像して検査する。検出器５は、二次元的に位置感度があり、二次元マトリックスに配列された複数の画像ポイントまたは画素を含んでいる。各画素は、読み出し可能な情報を収集し、露光時間間隔の間に、画素上に衝突する電子強度を表す。
【００３４】
前記検出器は、二次元的に解像されるように検出領域に衝突する荷電粒子の強度のばらつきを、時間に関連付けて統合することが可能なデバイスであることが好ましい。このようにして検出された情報は、更なる処理のために、外部処理ユニットに供給されてもよく、そのユニットは、例えば、系全体をコントロールするコントロールユニットの一部をなすものであってもよい。特に、前記検出器は、１以上のＣＣＤチップから構成されていてもよい。
【００３５】
物体３と検出器５の間には、物体３の平面内に二次元的に限定された長方形のフィールド７を検出器上に結像するための電子光学的コンポーネントが設けられる。前記結像は、フィールド７の異なる位置から出射される二次電子が検出器５の異なる画素に衝突するように行われる。したがって、出射される２次電子の強度に関して、互いに異なる物体３の構造をグラフに表すことができる。
【００３６】
図１に、フィールド７の位置から異なる角度で出射される２つの二次電子の軌道９、１０が抽象的に示されている。物体３から出射される、０eV〜約５eVの運動エネルギーを持つ二次電子を、まず約２０keVまで加速する。その加速は、物体３と該物体の前に配置された電極１３の間に提供される電場よって行われる。加速された後、電子は物体の近くに配置された、集束レンズ１５とさらに別の集束レンズ１７からなる集束レンズダブレットを通過する。電極１３は、物体の近くに配置された集束レンズ１５と連携し、ともに該ダブレットの第１の集束ユニットを画定する。第２の集束ユニットはさらに別の集束レンズ１７によって画定される。第１および第２の集束ユニットは連携して二次電子に影響を及ぼす。それは、テレスコープダブレットの効果に対応するものである。
【００３７】
電子はダブレットを通過した後、検出器５に衝突する前に、１以上の粒子光レンズとその他のコンポーネントとを含む模式的に示されたさらに別の光学的拡大系１９によって、結像倍率が拡大される。
【００３８】
集束レンズ１５、１７、さらに別の光学的拡大系１９および検出器５は、検査系の主軸２１を中心として設けられている。しかしながら、検出器５上に電子光学的に結像されるフィールド７は、主軸２１を横切るｘ軸方向の主軸２１に対して変位させることができる。この目的のために、２つの偏向器２３および２４が、２つの集束レンズ１５および１７の間に配置される。図１は、検出器５上に結像されるフィールド７の中心がｘ軸方向に主軸２１から、距離Ｍだけ変位した状況を示している。集束レンズ１５の近くに配置された集束レンズ１５を通り抜けた後、電子の軌道はｚ軸または主軸２１に平行に延びる。物体のより近くに配置された偏向器２４は、電子が主軸２１の方へ延びるように前記軌道をβの角度で偏向させる。続いて、物体３から遠くに配置された偏向器２３は、電子が再度ｚ軸に平行に延びるように、電子を−βの角度で偏向させる。フィールド７の主軸２１からの偏向Ｍは、２つの偏向器２３、２４が互いに離間距離および偏向器２３および２４によってそれぞれ設けられる偏向角度βによって決定される。
【００３９】
さらにコントローラ２５は、偏向器２３および２４を、偏向角度β、したがってフィールド７の主軸２１からの偏向Ｍが調整されるようにコントロールする。角度βは、二次電子が物体３から遠くに配置された偏向器２３を通り抜けた後、偏向Ｍとは無関係の検査系に固定されて位置付けられているビーム断面を通過するように調整される。偏向Ｍとは無関係のこのビーム断面は、図１では、符号２７で示されており、主軸２１を中心として設けられている。符号２７で示された、偏向とは無関係のビーム断面を通過後、電子は、同様に偏向Ｍとは無関係の、ビーム経路上を移動する。図１に示される実施形態においては、検出器に向かって延びる、このさらに別のビーム経路は、同様に主軸を中心に位置づけられている。しかしながら、ここでも、ビーム偏向器および、偏向とは無関係の断面２７と主軸２１から離れた検出器５との間にビームを案内するエネルギーフィルタといった、その他のコンポーネントを設けることができる。
【００４０】
検出器５上に結像された物体３のフィールド７からの二次電子を抽出するために、前記フィールド７を一次電子によって照明する。一次電子ビーム２９は、電子銃３１、磁気レンズ３３およびビーム成形用（beam-shaping）開口３５によって形成される。ビーム２９の一次電子の運動エネルギーは約２２keVである。
【００４１】
一次電子ビーム２９は、ビーム結合器３７によって、検出器５に向かって延びる二次電子に重ね合わされる。該ビーム結合器３７は、集束レンズ１７とさらに別の光学的拡大系１９の間のビーム経路中に置かれ、そこを二次電子がまっすぐに通り抜ける。主軸２１に対して傾斜した前記ビーム結合器３７に入る一次電子は、ビーム結合器３７を通り抜けた後、主軸２１に沿って物体３の方へ進むようにビーム結合器３７によって偏向される。
【００４２】
前記ビーム結合器３７を通過した後、一次電子は、集束レンズ１７と、偏向Ｍとは無関係のビーム断面２７とを通過し、その後、βの角度で主軸２１から離れるように一次電子を偏向させる偏向器２３を通過する。その後、一次電子は、偏向器２４によって−βの角度で主軸２１の方へ偏向され、最終的に、それらは再び主軸に平行に延びるが、一次電極ビームは、偏向器２３、２４によって、距離Ｍだけ、同様に主軸２１から離れるように変位されていた。一次電子は、集束レンズ１５を通過し、電極１３によって生成される電場によって約２keVの運動エネルギーにまで減速され、その後フィールド７内の物体３に衝突し、そこに二次電子を抽出する。
【００４３】
ここに示す二次電子を生成させるための運動エネルギーの約２keVとは、数値の一例である。一次電子もまた、他のエネルギー、例えば、１００ eV〜５ keVの範囲のエネルギーに減速してもよい。
【００４４】
偏向器２３、２４はともに、一次電子および二次電子の両方に対して、ｚ軸または主軸２１を横切る方向の同一の変位Ｍを提供する。この目的のために、前記偏向器２３、２４の構造および機能は、互いに対称的である。それらを図２〜４に示す。
【００４５】
図２において、一次電子２９は左から偏向器２３に入り、二次電子９、１０は右から偏向器に入る。ボリューム３６において、偏向器２３は、電極３８によって生成された電場ならびに符号４０で示された磁場とを生成する。電場と磁場の方向は、互いに対して、およびｚ軸方向に対して直交する方向である。
【００４６】
偏向器２３を通過した後、電子が移動する方向は、偏向器に入る前の動きの方向に対してβの角度をなす。ここで、角度βが与えられれば、非相対的計算によって下記式により求められる。
【００４７】
【数４】
0004476538.tif 000002
【００４８】
式中、eは、電気素量を表し、mは、電子の質量を表し、lは、フィールドボリューム（field volume）３６のｚ軸方向の長さを表し、Exは、電場の強度を表し、Byは、磁場の強度を表し、そして、Vzは、ｚ軸方向の電子の速度を表す。
【００４９】
電場強度と磁場強度が下記関係をほぼ満たすとき、一次電子および二次電子に対する偏向角度βおよび−βは、互いに等しい。
【００５０】
【数５】
0004476538.tif 000003
【００５１】
式中、Vz1は、一次電子の速度を表し、およびVz2は、二次電子の速度を表す。
【００５２】
電場強度と磁場強度の間の上記関係は、近似で適用される。相対的条件およびより高い次元の条件を考慮に入れれば、例えば、フリンジ電界または浮遊磁界を考慮に入れれば、上記からのずれが生じるかもしれない。
【００５３】
そのように選択された電場強度と磁場強度の関係は、一次電子と二次電子を、偏向器２３によって、大きさが等しく、向きが反対の角度に偏向させることができ、したがって、それらの軌道は一致する。
【００５４】
偏向器２３、２４のそれぞれは、直径の等しい１以上のフェライトリング４３およびセラミックリング４５とを含む。それらは、主軸２１を中心にして互いに積み重ねられており、ｚ軸方向の積み重ねの端部は、それぞれセラミックリングによって形成されている。該積み重ねの端部に配置された各セラミックリングは、電流コンダクタ巻線４７を挿入するための複数の孔が周辺部に分布している。各電流コンダクタ巻線４７は、主軸に平行に延び、複数のフェライトリング４３と係合している。前記電流コンダクタ巻線４７がリング４３、４５の外周方向に分布していることは図４から明らかである。この場合の角度θ1〜θ7は下記の値となる：
θ1 = 21.6°, θ2 = 41.6°, θ3= 47.6°, θ4 = 62.4°, θ5 = 68.4°, θ6=78.5°およびθ7 = 84,5°
これらの角度は、電流コンダクタ巻線４７によって生成される磁場が略ｙ軸方向に向いた均質な磁場となるように選択される。
【００５５】
８つの部分に分かれた円柱状電極３８は、リング４３、４５および巻線４７の内部で周縁部の周りに放射状に均一に分布しており、そこにはボリューム内に、略均質で、かつ、ｘ軸方向を向いた電場を付与するように電極電圧を印加することができる。
【００５６】
前記ビームは、ｙ軸方向にも偏向され、下記に示すように物体上の照明されたフィールドをわずかにｙ軸方向に偏向することも可能である。
【００５７】
コントローラ２５は、電極３８に印加される電圧および巻線４７を流れる電流を、ボリューム３６において生成される電場およびその中で生成される磁場が上記関係を満たすように、調整する。
【００５８】
物体の近くに配置された集束レンズ１５を図５に斜視的かつ模式的に示す。集束レンズ１５は、ｚ軸方向に直交し、ｚ軸方向に互いに間隔をあけて設けられた、２つの平面開口電極５１、５３を含む。開口電極５１、５３のそれぞれには、一次電子および二次電子が通過するように、ｘ軸方向に延びるスリット５５が形成されている。電極５１、５３に電圧を印加すれば、各電極は電場を生成する。その電束のラインを図６（ａ）に模式的に示す。このような電場は、円柱レンズのような電極５１、５３を通過する電子に作用する。
【００５９】
ｚ軸方向において、２つの電極５１、５３の間には、間隔をあけて設けられた２つの平行な指電極５７の列が配置されており、その列はｘ軸方向に延びている。一次電子および二次電子はその２つの列を通過する。指電極５７は全体として、以下において櫛形電極５８と称される電極配列を形成している。別々に調整可能な電圧をそれぞれの指電極５７に印加することができ、それはコントローラ２５によってコントロールすることができる。その後、図６（ｂ）に示すように、指電極５７によって生成される電場が略四重極対称となるように、電圧パターンが指電極５７に印加される。指電極５７を適切にコントロールすることによって、四重極場の主軸５９をコントローラ２５によって、ｘ軸方向に変位させることができる。
【００６０】
その結果、図６（ａ）の円柱レンズと図６（ｂ）の四重極場との重ね合わせが、集束レンズ１５を通り抜ける電子に作用する。この電子の重ね合わせは、図６（ｃ）に模式的に示すように、対称軸５９をもつ円レンズに対応している。
【００６１】
これは、集束円レンズのような、レンズ１５がそれを通り抜ける電子に作用することを意味する。しかしながら、円レンズフィールドの対称軸５９は、コントローラ２５によってｘ軸方向に変位可能である。
【００６２】
操作において、コントローラ２５は、円レンズフィールドの対称軸５９が、検出器５上に結像された物体３のフィールド７を中心として、主軸２１から同じ量Ｍだけ変位するような電圧パターンを指電極５７に印加する。その結果、集束レンズ１５が、フィールド７から出射される二次電子に及ぼす効果は、照明されたフィールド７の偏向Ｍとは略無関係となる。その結果、円レンズフィールドの対称軸から離れて延びるビーム経路に対して、従来の円レンズフィールドによって生成される収差はほぼ取り除かれる。
【００６３】
図５および図６を参照して説明したレンズ１５は、電子顕微鏡の用途とは別の用途にも適用することができる。これらには、集束または/および偏向効果が、特にイオンをはじめとした、荷電粒子のビーム上に及ぼされる、いかなる用途も含まれる。前記集束効果の軸中心は、前記ビーム方向を横切る方向に変位させることができる。そのような用途としては、例えば、マスクの構造体を荷電粒子によって放射感度のある層に転送するリソグラフィープロセスがある。さらに意図される用途としては、スリット方向に十分な距離を以って、互いに間隔をあけて設けられた複数の位置において、集束効果が複数の位置に生成され得るように櫛形開口によって四重極場が生成される用途がある。これによって、レンズが間隔をあけて設けられた複数の荷電粒子のビームを同時に集束させることが可能である。
【００６４】
この場合、特に、レンズを通過する前後で荷電粒子のｚ軸方向における運動エネルギーが同じになるように、等しい電位を開口電極５１および５３にかけることができる。しかしながら、レンズ１５を通過する粒子がレンズによって加速もしくは減速されるように、２つの開口電極５１および５３を異なる電位とすることもできる。いずれの場合も、４つの電極は、平均して１つの電位とする、すなわちそれらが提供する四重極電位を除き、開口電極５１または/および開口電極５３の電位に等しい電位とすることができる。または、指電極５７が、開口電極５１および５３の電位とは異なり、全体として、特に、２つの開口電極の高い方よりも高い電位を提供することができ、２つの開口電極５１および５３の低い方よりも低い平均電位を提供することもできる。
【００６５】
図１を参照して説明した用途においては、開口電極と指電極を備えたレンズ１５が物体３のすぐ前に配置される。ここでは、レンズ１５は、電極の集束機能の他に、物体３から出射される二次電子を加速し、それに対応して一次電子を減速させる機能を有するものとすることが望ましい。そのような場合、レンズ１５は、浸漬レンズとして機能し、その開口電極５１および５３は、異なる電位でなければならない。さらに、この点については、物体３と物体３に対向する開口電極５３との間に特定の電位差が既に存在し、それによって、部分的に低い運動エネルギーをもつ物体３から出射される二次電子がレンズ１５（二次電子を吸引する）へ移動する途中で既に減速されていることが望ましい。しかしながら、ここでは、最初はゆっくりと移動する二次電子を加速する電場は、物体に対向する開口電極５３によって提供される。ｙ軸方向において集束させる開口電極５３の円柱レンズフィールドが、最初はゆっくり移動する電子に及ぼす効果は、引き続いて指電極５７の四重極場がその後存在する高速の電子に及ぼす効果よりも強い。したがって、図５に浸漬レンズとして示されたレンズ１５を操作することによって、円柱レンズフィールドと四重極場の組み合わせ効果、即ち、これら２つのフィールドが全体として、円レンズのようなレンズを通り抜ける粒子によって感知されること、が妨げられる。
【００６６】
この問題を考慮にいれた、即ち、より正確な円レンズ効果を達成することを考慮に入れた、図５に示された集束デバイスの変形例を図７および８に断面図で示している。機能および構造において図５のコンポーネントに対応する集束デバイスのコンポーネントについては、図５と同じ符号で示すが、区別するために文字を追加している。
【００６７】
図７に示された集束レンズ１５ｆは、ｚ軸方向に互いに間隔をあけて設けられた２つの開口電極５１ｆと５３ｆ、ならびに図７には図示していないが、複数の指電極を含む櫛形レンズ５８ｆを含む。物体３ｆの近くに配置された開口電極５３ｆと物体との間には、さらに別の開口電極１０１が設けられている。電極５１ｆ、５８ｆ、５３ｆおよび１０１は全て、一次電子および二次電子がそれぞれ通過するための長く延びた開口またはスリット５５ｆを中心にして形成されている。ｙ軸方向、即ち、スリット５５ｆを横切る方向のスリットの幅y1は、例えば、４ ｍｍである。ｘ軸方向、即ちスリットの延伸方向の長さは、例えば、５０ ｍｍである。そのような寸法の一実施形態においては、物体の近くに設けられた開口電極１０１は、開口に近い領域において、物体３ｆから２ｍｍの距離z1だけ間隔をあけて配置されている。また、物体３ｆの電位は１ kVである。ｚ軸方向において、開口電極１０１に続く開口電極５３ｆは、４ｍｍの距離z2だけ開口に近い領域に、互いに間隔をあけて配置されており、電位は１５ｋＶである。櫛形レンズ５８ｆは開口電極５３ｆから、５ｍｍの明確な距離z3をあけて設けられており、電位は２０kVである。その指電極は、３ｍｍの長さz4にわたってｚ軸方向に延びている。物体３ｆから遠くに配置されている開口電極５１ｆは、櫛形電極５８ｆから４ｍｍの明確な距離z5をあけて設けられており、電位は１５kVである。開口電極５１ｆ、５３ｆおよび１０１はそれぞれ厚さ０．５mmの金属シートによって形成されている。
【００６８】
図９において、曲線１０３は、任意の座標において、レンズ１５ｆが、物体から開始して、ｚ軸に沿って生成する電位のコースを示す。さらに図９では、電位曲線１０３に関する第１の導関数を曲線１０５で示し、その同じ位置に関する第２の導関数を曲線１０７で示している。領域１０９では、まず、電位が直線状に増加し、その結果、出射される二次電子が均一に加速される。集束円柱レンズフィールドは、レンズ１５ｆの中心の領域１１１において効率的である。それは、電位曲線の第１の導関数１０５が上に凸であることから明らかである。しかしながら、領域１０９と１１１との間で、領域１１３が電極によって与えられ、そこでは、電位曲線１０３は強い増加を示さず、プラトーとなっている。この領域１１３においては、電位曲線の第１の導関数１０５は下に凸となり、その結果、焦点はずれした円柱フィールドがそこで電子に作用する。この焦点はずれした円柱レンズフィールドは、櫛形開口５８ｆによって提供され得る四重極場に対する円柱レンズ効果全体を減少させる機能を果たす。その結果、円柱レンズ効果全体と四重極レンズ効果との間の効果の重要性（weighing）が、レンズ１５ｆが浸漬レンズとして操作される場合でさえ、円レンズの効果のそれに近くなっている。図７のｚ軸方向に示されるレンズ１５ｆにおいて、この好ましいフィールド曲線は電極５３ｆおよび１０１の間の間隔に依存する。
【００６９】
図８に示された集束レンズ１５ｇの構造は、図７に示されたレンズの構造と類似している。しかしながら、それと比較すると、物体の近くに付加的な開口電極は追加されていない。もっと適切に言えば、ｚ軸方向に沿って物体３ｇに向かって櫛形レンズ５８ｇに近い開口電極５３ｇは、薄い金属シートで形成されておらず、図８の断面図からわかるように、開口部５５ｇの両側に向かうにつれて厚さが増す台形状に形成されている。レンズ１５ｇの実施形態の可能な構成においては、寸法 z1、z2、z3、z4、z5およびy1は対応する図７の寸法に等しい。ここで、物体３ｇに近い開口電極５３ｇは、電位が１ｋＶであり、櫛形レンズ５８ｇは、中程度の電位の２０ｋＶである。物体３ｇから離れた開口電極５１ｇは、１５ｋＶの電位である。
【００７０】
厚みが増した、物体の近くに配置されている開口電極５３ｇによれば、類似の焦点はずれ円柱レンズフィールドを、図７に示された実施形態の２つの電極１０１および５３ｆにより提供することができる。
【００７１】
図１０は、図７の実施形態に用いられる櫛形開口５８ｆの詳細図である。指電極５７ｆがｘ軸方向に並置される同一のプレートとして、隣接した指電極５７ｆがセラミック絶縁材１０５の板１０５によって分離された状態で、設けられている。電極板５７ｆの厚みx1 は１ mmであり、一方、絶縁板１０５の各厚みx2 は０．５ mmである。指電極プレート５７ｆならびに絶縁プレート１０５は、ｚ軸方向に４ mmの高さz4で延びている。開口部５５ｆに向かって広がる方向において電極プレート５７ｆは、絶縁プレート１０５に対して、開口部５５ｆに向かって２．５ｍｍの距離y2だけ突出している。
【００７２】
図１１は、櫛形開口が四重極場を生成するために、図７および８に示された実施形態の指電極に、異なる電位が付加され得る様子を示している。
【００７３】
図１１の実施形態において、別個のドライバ１０９が各指電極５７ｆに割り当てられ、望ましい電圧をそれぞれの指電極５７ｆに印加している。個別のドライバ１０９は、さらには、より高ランキングの集束レンズコントローラ２５ｆによってコントロールされ、レンズ１５ｆの操作において、円レンズ効果を変位させようとするとき、ドライバ１０９によって生成される電圧パターンをｘ軸方向に変位させる。特に、指電極に印加される電圧を一定に変化させることによって、四重極場のｘ軸方向へのこの変位も同様に一定とすることができる。さらに、例えば、指電極に印加される不変電圧パターンを一指電極群から更に別の電極群に切り替える方法で段階ごとに変位を行うこともできる。
【００７４】
図５〜１１を参照して説明した集束レンズ１５の別の例として、既に上記したように、E. Gotoにより発案された不変軸レンズを用いることもできる。
【００７５】
一次電子と二次電子は運動エネルギーまたは速度が異なるため、両種の電子について、等しい偏向角度β、または主軸からの偏向Ｍが偏向器２３、２４によって提供され得る。しかしながら、集束レンズ１５および集束レンズ１７は、電子の運動エネルギーが異なるため、両種の電子について、異なる集束効果および異なる焦点距離をそれぞれ示す。ここでは、集束レンズ１５および１７が、検出器５上のフィールド７の光学像の最大解像度を得るために、二次電子の焦点効果を最適化するように、適用される。したがって集束レンズ１５および１７のこの適用は、フィールド７の照明には最適ではない。しかしながら、単にフィールド７を照明するためには、例えば、物体３の平面内において開口３５を正確に結像する必要がないため、許容される。
【００７６】
検査系１によれば、物体３の構造の二次元像は以下のようにして得ることができる。スリット５５のｘ軸方向の長さおよび偏向器によって得ることができる最大ビーム変位によって、主軸２１からのフィールドの最大偏向Ｍを制限することができる。まず、偏向器２３、２４および集束レンズ１５を、（−ｘ）軸方向に最大限偏向させるフィールド７が検出器５に結像されるように、コントローラによって調整する。保存されている十分なコントラストの画像を読み出すことができるまで、検出器５は二次電子によって照明される。続いて、フィールド７のｘ軸方向への広がりに対応する値によって偏向Ｍは減少する。そして、二次電子の新たな像を同様に保存されている検出器によって得る。この処理を、フィールド７が（+ｘ）軸方向に最大限偏向するまで段階ごとに繰り返す。その後、物体３を、ドライブ（図示せず）を用いて、検査系に対してｙ軸方向に、すなわちｙ軸方向のフィールド７の延伸部分に対応する距離だけ、機械的にずらす。続いて、それぞれ異なる偏向Ｍで、像をカメラ５によって再びピックアップする。物体の全表面をこのように走査すれば、画像を組み合わせることによって、構造の二次元画像が得られる。
【００７７】
フィールド７をx軸方向の他に、ｙ軸方向にも偏向させることができるように偏向器２３、２４を構成することもできる。ここでは、ｙ軸方向の最大偏向はｘ軸方向の最大偏向よりも小さい。すなわち、ｙ軸方向への比較的小さな偏向によって、十分な質の照明されたフィールド７の画像が検出器上に得られる。さらに、物体３を、検査系に対してｙ軸方向に連続的に機械的に変位させ、物体３の検査系に対する機械的な変位に対応してｙ軸方向に動かされた物体と「ともに」照明されたフィールドを「運ぶ」ことが可能となる。
【００７８】
一次電子の流れを３．２μAとし、物体の平面内のフィールド７の寸法を１００μm×１００μmとすると、約２．６μAの二次電子の流れが生成される。もし前記カメラが１０００×１０００画素の解像度を有していれば、検査系の解像度は１００ nmとなる。約２０００の電子がカメラのそれぞれの画素に衝突するとすれば、検査系は、物体表面を０．２cm2/sec、即ち、７２０cm2/hで走査することができる。
【００７９】
以下において、本発明の変形例を説明する。機能および構造において、図１〜１１に図示された実施形態におけるコンポーネントに対応するコンポーネントについては、同じ符号番号をつけるが、区別するためにさらに文字を付加している。
【００８０】
図１２に模式的に示された検査系１ａは、フィールド７ａにおいて物体３ａから出射された、検査対象となる後方散乱電子を、位置感度のある検出器上に結像する機能を果たす。上記実施形態で説明したように、検出器５ａ上に結像されたフィールド７ａは、主軸２１ａから偏向させることもできる（偏向Ｍ）。
【００８１】
後方散乱電子は、二次電子よりも運動エネルギーがかなり高いので、後方散乱電子を加速するための別個の電極（図１中の電極１３参照）は必ずしも必要ではない。しかしながら、必要であれば、後方散乱電子の運動エネルギーを増加させるために、対応する電極を設けることもできる。
【００８２】
物体３ａの表面から出射された後、後方散乱電子はまず、物体の近くに配置された集束レンズ１５ａを通過し、続いて、２つの偏向器２４ａ、２３ａを通過する。その偏向角は、フィールド７ａから出射される後方散乱電子がフィールド７ａの偏向Ｍとは無関係の固定されたビーム断面２７ａを通過するように設定される。固定されたビーム断面２７ａを通過後、後方散乱電子は、さらに別の集束レンズ１７ａおよびビーム分割器または後方散乱電子のビームを電子銃31ａによって形成される一次電子２９ａのビームに重ねる役割を果たすビーム結合器３７ａ、集束レンズ３３ａおよび開口３５ａを通過する。一次電子の流れは、例えば１０ μAである、運動エネルギーは、例えば１０keVである。
【００８３】
ビーム結合器３７ａを通過後、一次電子は、集束レンズ１７ａ、２つの偏向器２３ａ、２４ａおよび集束レンズ１５ａを順次通過する。ここでも偏向器２３ａ、２４ａは、それらが一次電子に対する偏向Ｍを提供するように設定される。その結果、一次電子によって照明された、物体３ａ上の領域は、検出器５ａ上に結像されたフィールド７ａと略一致する。
【００８４】
後方散乱電子は、比較的広範囲のエネルギー分布を有しているので、ビーム結合器３７ａとさらに別の光学的拡大系１９ａの間に、像保存エネルギーフィルタ６７を、前記光学系１９ａによって拡大され、検出器５ａの上に結像される小エネルギースペクトルの後方散乱電子を選択するために設ける。該エネルギーフィルタ６７は、複数のセクタ磁石６９を含み、検出器５ａ上のフィールド７ａの幾何学的な像がエネルギーフィルタ６７によって妨害されないように構成されている。そのようなエネルギーフィルタ６７の例が、出願人の欧州特許第０ ２１８９２０号特許明細書に記載されている。前記文献の開示全体を本願中に参考文献として編入した。
【００８５】
物体３ａの近くに配置された集束レンズ１５ａは、上記図５〜１１を参照して説明した実施形態と同一とすることができる。しかしながら、この目的のために、E. Gotoによって発案された可変軸レンズを用いることもできる。
【００８６】
図１３に模式的に示された検査系１ｂは、図１２に示された検査系の構造と略似ている。それは同様に後方散乱電子を検出器5ｂ上に結像する役割を果たす。前記後方散乱電子は、物体３ｂの平面内において変位可能なフィールド７ｂから出射される。しかしながら、図１２に示された実施形態とは対照的に、ここでは、結像されるフィールド７ｂの可変偏向Ｍを生じさせる２つの別個の偏向器は存在しない。むしろ、１つだけの偏向器２３ｂが設けられ、第２の偏向器の機能は物体３ｂの近くに配置された集束レンズ１５ｂを前提としている。この目的のための集束レンズ１５ｂの構造は、ドイツ特許第１９６ ３４ ４５６号特許出願公開明細書に記載されており、それは、固定された四重極電磁場に重ね合わされた電気または磁気円柱レンズフィールドを含む。
【００８７】
図１４に模式的に示された検査系１ｃは、検出器5ｃ上の透過電子を観察する役割を果たす。該透過電子は、物体３ｃの平面内のフィールドから出射される。物体３ｃは、リソグラフィープロセスにおいてウェハー上の構造体７５を結像するためのリソグラフィーマスクである。検出器５ｃ上に透過電子によって結像されたフィールドは、物体平面内で変位可能である（偏向Ｍ）。
【００８８】
前記フィールドを照明し、物体平面の検出器5ｃ上に結像させる機能を果たす一次電子２９ｃのビームを形成するために、電子銃３１ｃ、開口３５ｃおよび集束レンズ３３ｃを設ける。集束レンズ３３ｃを通過後、一次電子ビームは、互いに間隔をあけて配置され、角度βと大きさが等しく向きが反対の角度で偏向させる偏向器２３ｃおよび２４ｃを通過し、偏向Ｍを生じさせる。その後、一次電子ビーム２９ｃを集束レンズ１５ｃによって物体３ｃ上に集束させ、そこで結像すべきフィールドを照明する。前記集束レンズ１５ｃは、E. Gotoにより発案された可変光軸を持つレンズである。この目的のために、それは主軸２１ｃおよびダイポール磁場を生成するためのコイル７８、７９に対称に回転する集束磁場を提供するための円レンズ７７を含む。前記ダイポールコイル７８、７９を流れる電流は、コントローラによって、固定円レンズフィールドおよびダイポール場が円レンズフィールドの効果を生み出すように調整でき、その対称軸５９ｃは同様にＭだけ、主軸２１ｃからずれる。 図１４において、８１は、コントローラ２５ｃによって同様にコントロールされ、集束レンズ１５ｃの効果を異なる偏向Ｍで最適化する動的集束コイルを表す。
【００８９】
物体３ｃを通り抜ける透過電子を主軸または図１４中２７ｃで示された固定ビーム断面に戻すために、フィールドを偏向させるとき、偏向Ｍとは無関係の前記ビーム断面には、一次電子を偏向させるためのビーム案内コンポーネントと対称の構造を有するコンポーネントを含む透過電子のためのビーム案内が設けられる。一次電子のビームを案内するためのコンポーネントに対応する透過電子のビーム案内用のコンポーネントは同じ符号で示しているが、さらに'（アポストロフィー）を付けている。前記ビーム案内はしたがって、物体の近くに配置された可変軸集束レンズ１５ｃ'および２つの偏向器２４ｃ'および２３ｃ'を含む。
【００９０】
偏向とは無関係のビーム断面２７ｃの下流において、透過電子が検出器５ｃに衝突する前に、２つの円レンズ８３、８４を備えたさらに別の光学的拡大系１９ｃが、ビーム経路中にさらに設けられる。
【００９１】
図１４に示された透過電子の経路から明らかなように、物体サイズ８５が、中間像８６、９７を介して、検出器５ｃ上の像８８にどのようにして結像されるかを示している。
【００９２】
それぞれ、物体３ａに近い位置に配置された可変光軸を備えた集束レンズ１５ｃおよび１５ｃ'に代わるものとして、これらのレンズの１または両方を、上記図５〜１３を参照して説明したレンズと置き換える。
【００９３】
図１５は、図１４で示された検査系と構造が類似する検査系１ｄを模式的に示している。それは、物体平面３ｄ内に配置されたフィールドを検出器５ｄ上に結像する機能を果たす。前記フィールドは主軸２１ｄに対して変位可能である。一次電子ビーム２９ｄを主軸２１ｄから偏向させるための、図１４によって示された実施形態において設けられている２つの別個の偏向器とは対照的に、ここでは、１つだけの個別の偏向器２３ｄが設けられており、第２の偏向器の機能は物体３ｄの近くに配置された集束レンズ１５ｄによって提供される。そのコンポーネントに関しては、透過電子を主軸２１ｄまたは偏向Ｍとは無関係のビーム断面２７ｄに戻すために設けられたビーム経路は、一次電子のビーム案内と対照的である。そして、この目的のために設けられたコンポーネント、即ち、集束レンズ１５ｄ'および偏向器２３ｄ'については対応する符号で示し、さらに’（アポストロフィ）を付けている。
【００９４】
図１６に模式的に示された検査系１ｅは、光電子を検出器５ｅ上に結像する役割を果たす。物体表面３ｅ上での二次元的に画定されたフィールド７ｅから出射される前記光電子が検査される。前記結像されるフィールド７eは、主軸２１ｅおよび固定化されたビーム断面２７ｅのそれぞれに対して偏向可能である。物体３ｅから出射され検出器５ｅに進む光電子を案内するための電子光学系は、図７に示される実施形態で説明した、検出器へ向かう後方散乱電子を案内するための系の構造と似ている。しかしながら、物体3ｅから出射された後、光電子を受けることができるように電極１３ｅが設けられている。
【００９５】
偏向Ｍは、主軸２１ａの方向において互いに間隔をあけて配置された２つの偏向器２３ｅおよび２４ｅによって生じる。物体の近くに配置された集束レンズ１５ｅは可変軸レンズとして設けられており、それはダイポールコイル７８ｅおよび７９ｅ、ならびに、追加的に偏向Ｍに依存してコントロールされる動的集束コイル７７ｅを含む。
【００９６】
さらに、像保存エネルギーフィルタ６７ｅが設けられ、さらに別の光学的拡大系１９ｅに供給される光電子のエネルギースペクトラムを画定している。エネルギーフィルタ６７ｅは、複数のセクタ磁石を含み、光電子は、それらが最初に入るエネルギーフィルタ６７ｅのセクタ磁石６９ｅによって主軸２１ａから偏向される。
【００９７】
光電子を生成するためのフォトンによって結像されるフィールド７ｅの照明は、主軸２１ｅ上に配置された偏向ミラー９５に誘導される光ビーム９３を生成する光源９１によって行われる。偏向ミラー９５は、光電子のビームが第１のセクタ磁石６９ｅによって既に中間軸（mean axis）２１ａから離れる方向に偏向された主軸上の位置に、配置されている。
【００９８】
偏向ミラー９５は、コントローラ２５ｅによってコントロールされるドライブ９７によって軸回転する。コントローラ２５ｅは、検出器５ｅ上に結像されたフィールド７ｅの偏向Ｍに依存した偏向ミラーの動きを、結像されたフィールド７ｅが常に光源９１のフォトンによって照明されるようにコントロールする。フォトンによって照明された物体３ｅの平面内の領域は、寸法形状に関しては、電子光学的に検出器５ｅ上に結像されたフィールド７ｅに略対応する。
【００９９】
物体３ｅの近くに可変軸レンズとして配置された集束レンズ１５ｅの別の構成としては、図５〜１１を参照にして説明した集束レンズ１５ｅと同様のレンズを用いることもできる。
【０１００】
さらに、偏向を生じさせるために、連続して配置された２つの別個の偏向器２３ｅおよび２４ｅではなく、１つだけの別個の偏向器を設け、図８を用いて説明した実施形態によって明らかにされているように、集束レンズ１５ｅによって第２の偏向器の機能を果たすこともできる。
【０１０１】
二次電子および後方散乱電子が検出器上に結像される上記実施形態においては、一次電子だけでなく、二次電子または後方散乱電子も偏向器を通り抜ける。これは、偏向器にとって非常に過酷である。なぜなら、略同一の偏向を一次電子ならびに二次電子または後方散乱電子にかけなければならないからである。しかしながら、透過電子および光電子が検出器上に結像される実施形態においては、偏向器デバイス対する要求はそれほど高くない。なぜなら、物体から検出器に進む電子だけが決まった方法で偏向されることになるからである。この場合、単に可変電場または可変磁場のいずれかを提供するだけの偏向器を用いてもよい。
【０１０２】
光電子を用いて走査する上記実施形態においては、物体平面内のフォトンによって照明されたフィールドを変位させるために軸回転ミラーが用いられた。これに代えて、他の手段を用いてフォトンを可変的に変位させることもできる。
【０１０３】
図５〜１１を参照して、櫛形開口を備えた粒子光集束デバイスとして操作する第１の集束レンズの実施形態を説明した。上記検査系において、この集束レンズを使用することとは無関係に、それらの変形例も意図される。例えば、単純なスリット開口として上で説明された、物体の最も近くに配置された開口を、集束デバイスの電位曲線が櫛形開口を介して付加的に影響され、さらにこの影響がスリット方向に沿って変位可能に行われるように、櫛形電極として設ける。図２において櫛形開口５８に隣接した開口５１および５３のうちの１つ、さらには両方を櫛形開口として設けることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、二次電子が観察される本発明の検査系の一実施形態を示す模式図である。
【図２】図２は、図１の本発明の検査系にも用いることができる偏向器の一実施形態の機能を説明するための模式図である。
【図３】図３は、図２に示された偏向器の斜視図である。
【図４】図４は、図３に示された偏向器の電流コンダクタ巻線の配列を示す図である。
【図５】図５は、図１の検査系に用いることができる集束レンズの拡大図である。
【図６】図６は、図５の集束レンズを説明するための模式図である。
【図７】図７は、図５および６に示される集束レンズの変形例を示す。
【図８】図８は、図５および６に示される集束レンズのさらに別の変形例を示す。
【図９】図９は、図７の集束レンズにより提供される電位を示すグラフである。
【図１０】図１０は、図７の集束レンズの詳細図である。
【図１１】図１１は、図７の集束レンズのコントロールスキームを示す。
【図１２】図１２は、後方散乱電子が観察される本発明の検査系のさらに別の実施形態を示す模式図である。
【図１３】図１３は、図１２に示される実施形態の変形例の模式図である。
【図１４】図１４は、透過電子が観察される、本発明の検査系のさらに別の実施形態を示す模式図である。
【図１５】図１５は、図１４に示された検査系の変形例を示す模式図である。
【図１６】図１６は、光電子が観察される本発明の検査系のさらに別の実施形態の模式図である。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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