(57)【要約】【課題】本発明による荷電粒子マルチビーム（荷電粒子線又は電子線）光学系は、解像度の改良と収差の最小化とを可能とする。【解決手段】その光学系は、構成要素として一つの静電レンズ（１８，１９）と一つの磁気レンズ（１５，１６，１７）との両者を組み合わせて備えており、その各構成要素は少なくとも二つのサブレンズを有し、各サブレンズでは、光学系を通過する複数の荷電粒子ビーム（１２）それぞれに対して別々の開口部（１４）を有し、この開口部それぞれで複数の荷電粒子ビームそれぞれを集束（焦点合せ）している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子マルチビーム系用光学系（１０，２０）において、
光学系は、少なくとも二つの静電サブレンズを含む、複数荷電粒子ビーム（１２）用の一つの静電レンズ構成要素と、一つの共通励磁コイルを共有する少なくとも二つの磁気サブレンズを含む、複数荷電粒子ビーム用の一つの磁気レンズ構成要素とを有し、
前記静電レンズ構成要素と磁気レンズ構成要素とは、荷電粒子ビーム用で少なくとも二つのサブレンズを含むマルチレンズを形成し、
各サブレンズは、荷電粒子のための開口部（１４）を含み、かつ
各サブレンズは、荷電粒子ビームを焦点合わせするべく適応する
ことを特徴とするマルチビーム系のための光学系。
【請求項２】
請求項１において、少なくとも二つの静電サブレンズそれぞれは、少なくとも一つの電極（１８）を含み、その少なくとも二つの静電サブレンズの電極が同一電位であることを特徴とする光学系。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、少なくとも二つの静電サブレンズそれぞれは、少なくとも第１の電極（１８）と第２の電極（１９）とを含むことを特徴とする光学系。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのうちの一つにおいて、少なくとも二つの静電サブレンズにおける第１の電極は一つの共通電位であり、少なくとも二つの静電サブレンズにおける第２の電極は一つの共通電位であることを特徴とする光学系。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのうちの一つにおいて、複数の荷電粒子ビーム用の静電レンズ構成要素は複数荷電粒子ビーム用のイマージョンレンズ構成要素であることを特徴とする光学系。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのうちの一つにおいて、複数の荷電粒子ビームのための静電レンズ構成要素は複数の荷電粒子ビームのための減速レンズ構成要素であることを特徴とする光学系。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのうちの一つの光学系（１０，２０）において、磁気サブレンズは放射状ギャップレンズであることを特徴とする光学系。
【請求項８】
請求項１から請求項６までのうちの一つにおいて、磁気サブレンズは軸上ギャップレンズであることを特徴とする光学系。
【請求項９】
請求項１から請求項６までのうちの一つにおいて、磁気サブレンズは放射状・軸上ギャップレンズであることを特徴とする光学系。
【請求項１０】
請求項１から請求項９までのうちの一つにおいて、静電サブレンズのレンズフィールド領域は、それぞれの磁気サブレンズのレンズフィールド領域下側にあることを特徴とする光学系。
【請求項１１】
請求項１から請求項９までのうちの一つにおいて、静電サブレンズのレンズフィールド領域は、それぞれの磁気サブレンズのレンズフィールド領域上側にあることを特徴とする光学系。
【請求項１２】
請求項１から請求項９までのうちの一つにおいて、静電サブレンズのレンズフィールド領域は、それぞれの磁気サブレンズのレンズフィールド領域と重なり合っていることを特徴とする光学系。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２までのうちの一つにおいて、少なくとも二つの静電サブレンズそれぞれにおける一つの電極（１８，１９）は一つのビームブースト電位であることを特徴とする光学系。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３までのうちの一つの光学系（１０，２０）において、微細な焦点合わせ用の手段（１０２，１１２）を含むことを特徴とする光学系。
【請求項１５】
請求項１から請求項１４までのうちの一つにおいて、少なくとも二つの荷電粒子ビームそれぞれに対して一つの抽出電極（１２２）を有する抽出電極構成要素を含むことを特徴とする光学系。
【請求項１６】
請求項１から請求項１５までのうちの一つにおいて、一つの走査偏向ユニット（１４４，１４６，１５２）を含むことを特徴とする光学系。
【請求項１７】
請求項１から請求項１６までのうちの一つにおいて、少なくとも二つの荷電粒子ビームそれぞれに対する個別の走査偏向ユニットを含むことを特徴とする光学系。
【請求項１８】
請求項１６又は請求項１７において、その走査偏向ユニットはレンズ内走査偏向ユニット（１５２）であることを特徴とする光学系。
【請求項１９】
請求項１から請求項１８までのうちの一つにおいて、検出ユニット（１６２，１７４）を含むことを特徴とする光学系。
【請求項２０】
請求項１９において、検出ユニットは分光計を含むことを特徴とする光学系。
【請求項２１】
少なくとも二つの荷電粒子マルチビームを試料上に集束する方法であって、
一つの光学系、その光学系は複数荷電粒子ビーム用に少なくとも二つの静電サブレンズを含む一つの静電レンズ構成要素と複数荷電粒子ビームのために少なくとも二つの磁気サブレンズを含む一つの磁気レンズ構成要素と光学系を通過する少なくとも二つの荷電粒子ビーム用の少なくとも二つの分離開口部とを有する光学系を用意するステップと、
少なくとも二つの電子ビームの焦点を合わせるように、磁気レンズ構成要素の励磁コイルに対する電流を制御するステップと、
少なくとも二つの電子ビームの焦点を合わせるように、静電レンズ構成要素の少なくとも二つの電位を制御するステップとを
含むことを特徴とするマルチビームの集束方法。
【請求項２２】
請求項２１において、静電サブレンズそれぞれに少なくとも第１電極と第２電極とを用意することを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２１又は請求項２２において、少なくとも二つの静電サブレンズそれぞれに対して第１の電極又は第２の電極を別々に制御するステップを有することを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２１から請求項２３までのうちの一つにおいて、更に、集束特性の補正手段を制御するステップを有することを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２１から請求項２４までのうちの一つにおいて、更に、少なくとも二つの電子ビームを試料範囲全体で走査するステップを有することを特徴とする方法。
【請求項２６】
多重荷電粒子ビームデバイスにおいて、
荷電粒子ビーム発生源（１０２）と、
２次粒子（１６２）を検出する検出器と、
ビーム成形手段（Ａ）と、
荷電粒子ビームコラム用のものであって、真空にすることが可能な筐体（１９１）と、
上記請求項１から請求項２０までのうちの一つによる少なくとも一つの光学系（２０、１８０）と、かつ
前記少なくとも一つの光学系に対する少なくとも一つのコントロールユニット（コントローラ７，８，９）とを
含むことを特徴とする多重荷電粒子ビームデバイス。
【請求項２７】
請求項２６において、更に、荷電粒子ビームを光軸（１１）から引き離しかつ引き込むための偏向ユニット（偏向器１７２ａ，１７２ｂ）を含むことを特徴とする多重荷電粒子ビームデバイス。
【請求項２８】
請求項２６又は請求項２７において、偏向ユニットが少なくとも二つの磁気偏向器（１７２ａ，１７２ｂ）を含むことを特徴とする多重荷電粒子ビームデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【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へ適用されるようなマルチビーム（多重線）荷電粒子を利用する光学系に関する。また更に、複数の荷電粒子ビーム（荷電粒子線）を用いた荷電粒子ビームデバイスおよびその稼動方法にも関する。特に、本発明は、複数の荷電粒子ビームを用いた複合光学系、更に特に、マルチビームを利用した静電磁気複合レンズに関する。特に、荷電粒子マルチビーム系を用いた光学系、例えば少なくとも二つの荷電粒子ビームの集束方法、および荷電粒子ビームデバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子ビーム装置は複数の産業分野で使用されている。製造工程での半導体デバイス試験、リソグラフィのための露光システム、探知デバイス、および検査システムは、これらの分野のほんの一部である。
【０００３】
一般に、マイクロメーター規模以内またはナノメーター規模以内の構造および検査の試料を対象として高い需要がある。このような微細規模では、工程制御、検査、または構築化が、しばしば荷電粒子ビーム、例えば電子ビームにより実施されている。荷電粒子ビームは、電子マイクロスコープまたは電子ビームパターン発生器のような荷電粒子ビームデバイスで発生し、集束されている。荷電粒子ビームは、短波長のため、例えば光量子ビームと比較されるような優れた空間解像度を提供している。
【０００４】
しかしながら、与えられたビーム直径のため、荷電粒子ビーム電流は、荷電粒子ビーム系のスループットを制限する。例えば構造で想到されように更なる小型化が必要なので、その荷電粒子ビーム直径は減少されねばならない。その結果として、各個別ビームのビーム電流、ひいては、スループットが減少せざるを得ない。
【０００５】
一方、複数の荷電粒子ビーム電流を使用することによって、トータル荷電粒子ビーム電流、ひいてはスループットを増加させることができる。複数の荷電粒子ビームを適用する系に対する一つの見解は、いくつかの単独ビームコラム（縦列柱）を相互に結合することである。しかしながら、いくつかの構成要素、特に磁気レンズでは十分に小型化することはできない。すなわち、複数ビームコラムは、複数電子ビームが有する１００ｍｍから２００ｍｍまでの間隔を空間として有することが必要なためである。
【０００６】
米国特許第3,715,580号（特許文献１）は、新タイプの磁気電子レンズを有する多重電子ビームレコーダを開示している。このデバイスにより、一つの共通励磁コイルが一つの環状ポールピース内で緊密な複数のスルーホールを励磁する。その共通励磁コイルのため、二つの電子ビームは、二つの分離されたビーム列の最小間隔と比較して一層近接した焦点を結ぶことができる。
【０００７】
更に、米国特許出願第2001/0028038A1号（特許文献２）に、マルチビームデバイスが開示されている。そこでは、複数電子ビームのための磁気レンズが示されている。一つのポールピース内の複数レンズ開口部は一つの励磁コイルを共有している。
【０００８】
しかしながら、このような系は、各レンズ開口部により供給される個別レンズという面で、集束特性の均一性に欠ける可能性がある。この特許文献２はこの均一性の欠如をレンズ強度ビーム調整器により解決するものであった。
【０００９】
従来のこのような複数電子ビームの集束に対する光学構造を図２０に示す。磁気レンズ２００は、複数の電子ビームの集束に用いられる。レンズの光学軸は参照符号２０１で示される。上部ポールピース２０２と下部ポールピース２０３とは、開口部２０４に磁界を誘導する。各開口部２０４内部で、一つの電子ビームが集束される。開口部２０４は環状ポールピース内部で例えばマトリクスに配列されている。コイル２０５は、励磁されて磁界を供給する。磁気レンズ２００の構成により、個別の電子ビームに影響を与える磁界は一つの開口部から他の開口部へと変化する。従来技術によるレンズは、これら不均質な集束特性を補償するものである。そして更に、そのレンズは、製造工程での許容誤差による不均質な集束特性をも補償するものである。レンズ強度調整器２０６がそれを達成するべく実行している。レンズ強度調整器２０６は、レンズ強度調整器の領域内部それぞれで各電子ビームを加速又は減速する。これにより、個別開口部２０４について磁気レンズ２００の不均質なフィールド強度が補償される。
【００１０】
本発明の目的は、このような系における解像度の改良と収差の最小化とに対する強い要求に応じて、従来のデバイスを更に改良することである。
【００１１】
【特許文献１】米国特許第３７１５５８０号公報
【特許文献２】米国特許出願第２００１−００２８０３８Ａ１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
解決しようとする課題は、従来デバイスではなお、解像度の改良と収差の最小化との問題を解決できないことである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、解像度の改良と収差の最小化とを実現するために改良された荷電粒子マルチビーム光学系を提供するものである。その一つの目的は、複数荷電粒子それぞれにおける集束特性均一化の改良である。本発明によれば、独立請求項１による光学系が提供される。更に、独立請求項２１による少なくとも二つの荷電粒子ビームの試料上での集束方法と、独立請求項２６による荷電粒子ビームデバイスとが提供されている。
【００１４】
更なる本発明の利点、特徴、態様、および詳細は、従属請求項、明細書、および添付図面が明らかにする。
【００１５】
本発明による一つの態様では、構成要素として一つの静電レンズと一つの磁気レンズとを有する一つの荷電粒子コラム（縦列柱）に対する光学系が提供されている。各構成要素は、少なくとも二つのサブレンズを有し、各サブレンズで荷電粒子ビームが集束される。
【００１６】
本発明による更に一つの態様では、複数の荷電粒子ビームに対する光学系が提供されている。その荷電粒子光学系は、少なくとも二つの別個の磁気レンズフィールドエリアと少なくとも二つの別個の静電レンズフィールドエリアとを有する。そこで、少なくとも二つの別個の磁気レンズフィールドエリアは一つの共通励磁コイルによって駆動される。少なくとも二つの荷電粒子ビームは、光学系を通過して進み、その各ビームは光学系内で離れ離れにある一つの開口部を通過する。少なくとも二つの開口部を通過する少なくとも二つの荷電粒子ビームは、少なくとも二つの磁気レンズフィールドエリアのうちの一つ、および少なくとも二つの静電レンズフィールドエリアのうちの一つ、それぞれの内部で焦点を合わすかまたは像を結ぶ。
【００１７】
それによって、光学系における開口部は、光学系の構成要素における開口部又は通過孔それぞれとして理解されるはずである。構成要素におけるこれらの通過孔はお互いに荷電粒子ビームがこれらの通過孔を通過して運ばれるように位置している。それにより、構成要素における通過孔が線上内に厳密にあることを意味してはいない。なぜなら、荷電粒子ビームの方向は例えば偏向手段を用いて修正可能であるからである。
【００１８】
本発明による上記態様は、個別の荷電粒子ビームに関して、集束特性の均一性を増加させることができる。均一性は、個別の荷電粒子ビームに対して類似または均質な結像または集束の特性を有することから理解されるはずである。磁気レンズフィールドとそれによる個別フィールド間における集束特性の絶対差異とは変化する。なぜならば、絶対差異は磁界の減少のため、減少するからである。補足すれば、個別ビームにおける収差は減少させることが可能である。
【００１９】
好ましい一つの態様によれば、少なくとも二つの静電レンズフィールドエリアは一つの静電レンズ構成要素により形成され、そして少なくとも二つの磁気レンズフィールドエリアは一つの磁気レンズ構成要素により形成される。更に好ましくは、磁気レンズ構成要素は一つの単励磁コイルと一つの上下ポールピースとを含む。それによりその光学系内で、少なくとも二つの開口部が上記上下ポールピースと上記静電レンズ構成要素とを貫通する。
【００２０】
別の一つの好ましい態様によれば、静電レンズ構成要素は少なくとも二つの静電サブレンズを備える。それにより、各サブレンズは少なくとも上下電極を有する。特に、複数のサブレンズの上下電極が他のサブレンズそれぞれの電極と共通の電位であることが好ましい。それにより、幾つかの開口部を有する一つの単構成要素が共通電位の電極を供給できる。この場合、一つの荷電粒子ビーム用の開口部領域は各ビームのためにサブレンズの電極を形成する。
【００２１】
本願において、用語の電極は、好ましくは、均質な伝導性、ひいては均質な荷電分布を有する電界を生じる構成要素として、解釈される。特に、一つの好ましい態様によれば、このことは、導体による電極、添加されたシリコンのような被添加半導体、又は同様な導電性を有する他の材料により達成できる。
【００２２】
上述した好ましい態様は、複数の荷電粒子ビーム用光学系を供給するため、単独で、又は、一つ若しくは幾つかの態様の組合せで、利用することができる。それにより、各荷電粒子ビーム用の修正手段を個別に制御するため、これまで以上の努力をしなくても、各ビームに対する均一性を向上させることができる。しかしながら、更なる個別修正手段がオプションで適用可能である。更に、個別荷電粒子ビームの結像収差の減少が可能とされ、従って、隣接荷電粒子ビーム間の距離が、結合する離れ離れの荷電粒子ビームコラムと比較して、より小さい範囲内に限定される。別の一つの好ましい態様によれば、荷電粒子として、電子が使用される。
【００２３】
別の一つの好ましい態様によれば、光学系内での開口部は、単列形、平行列形、星状形、または回転対称形に配列されている。光学系の荷電粒子ビームに対する開口部のこれら配列形状は、一般にアレイと呼称されている。
【００２４】
別の一つの好ましい態様によれば、少なくとも二つのサブレンズの上部電極と下部電極とは少なくとも二つのイマージョン（界浸）サブレンズ、更に好ましくは、少なくとも二つの減速サブレンズを形成する。それ故、試料上に衝突する荷電粒子のエネルギーは、一つの荷電粒子ビームを集束し結像する間のエネルギーと比較して低減される。その結果、試料損傷の低減および結像品質のような問題を、独立して改良することができる。
【００２５】
別の一つの好ましい態様によれば、上面で荷電粒子ビームを集束しなければならない資料を、バイアスすることができる。それ故、バイアスされた試料によりその光学系に外部から導入された電界は、静電サブレンズの静電レンズフィールドを変化させている。
【００２６】
別の一つの好ましい態様によれば、少なくとも二つのレンズフィールドエリアの各磁気レンズフィールドエリアは、少なくとも二つの静電レンズフィールドエリアのそれぞれにおける静電レンズフィールドエリアと重複している。別の一つの好ましい態様によれば、その光学系は、少なくとも二つのビームブーストポテンシャルチューブを有する。少なくとも一つの静電サブレンズそれぞれの更に好ましい一つの電極は、ビームブーストポテンシャルチューブとして用いられる。これら好ましい態様は、収差を減少させ、従って、荷電粒子系の解像度を改良する。
【００２７】
別の一つの好ましい態様によれば、少なくとも二つの荷電粒子ビームにおける集束性能を個別に微細調整する手段が供給されている。
【００２８】
別の一つの好ましい態様によれば、その光学系は、走査偏向手段を備える。その走査偏向手段は、レンズ内（in-lens）偏向ユニットとして形成されることが更に好ましい。別の一つの好ましい態様によれば、その光学系が検出手段を備えることである。幾つかの構成要素の統合は、荷電粒子ビームコラム長の短縮という利点をもたらす。結像品質は、荷電粒子の相互作用によって、ある程度影響されるはずなので、ビームコラム長の短縮は電子間の相互作用も低減する。従って、結像品質は、荷電粒子ビームコラム長を短縮することにより、改良することができる。
【００２９】
本発明による一つの更なる態様は一つの方法を提供することである。その方法には、静電レンズ構成要素と磁気レンズ構成要素とを有する光学系を準備するステップが含まれる。それにより、一つの離れ離れの開口部は、光学系を通過する少なくとも二つの荷電粒子ビームそれぞれに対して備えられる。更に、共通励磁コイル電流を制御することにより磁気レンズ構成要素における少なくとも二つの荷電粒子ビームを集束し、かつ、静電レンズ構成要素の電位を制御することにより静電レンズ構成要素における少なくとも二つの荷電粒子ビームを集束する。これに関連して、電極電位の制御は、電気的浮遊電極（an electrically floating electrode）を持たないと、理解されるべきである。
【００３０】
一つの好ましい態様によれば、それぞれが少なくとも二つの電極を有する少なくとも二つの静電イマージョンサブレンズを供給している。それにより、より好ましくは、少なくとも二つの静電サブレンズのそれぞれにおける少なくとも二つの電極のうちの一つが、一つの更なるサブレンズのそれぞれの電極において共通電位にあるように制御されている。しかしながら、少なくとも二つの静電サブレンズのそれぞれにおける少なくとも二つの電極のうちの一方の電位が、個別に制御されることもまた好ましい。従って、一方のタイプの電極は、好ましくは上部電極であり、共通電位とすることができる。また、他方のタイプの電極は、好ましくは下部電極であり、その電位は個別に制御される。
【００３１】
本発明の更なる一つの態様によれば、荷電粒子ビームデバイスが複数の荷電粒子ビームのために備えられる。そのデバイスは、荷電粒子ビーム発生源、ビーム成形手段、真空排気可能な容器、および上述の一つの態様に示される少なくとも一つの光学系を備える。
【００３２】
本発明は、記述される方法ステップのそれぞれを実施するための装置部品を含み、開示された方法を実行するための装置もまた含んでいる。これら方法ステップは、ハードウェア構成要素、適切なソフトウェアによってプログラムされたコンピュータ、その二つまたは何か他の方法とのコンビネーションを手段として遂行できる。更には、本発明は、上述の装置を稼動させ又は製造する方法もまた含んでいる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明による荷電粒子マルチビーム光学系は、複数荷電粒子ビーム用の光学系構成要素として一つの静電レンズと一つの磁気レンズとの両者を組み合わせ、一つの荷電粒子コラム（縦列柱）として備えており、上記各構成要素は、少なくとも二つのサブレンズを有し、各サブレンズで少なくとも二つの荷電粒子ビームを集束する。かつその各荷電粒子ビームは離れ離れの開口部を用いて光学系を通過する。その結果、各構成要素における調整が可能なため、解像度の改良と収差の最小化とを実現できるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下に、荷電粒子マルチビームデバイスを、電子マルチビームデバイスとして実施の一形態に引用するが、本願の保護範囲を限定するするものではない。従って、複数の電子ビームを有する電子ビームデバイスは、特に、電子ビーム検査システムであるとする。本発明は、なお、荷電粒子の他の発生源および／または見本像を得るための別の第２の荷電粒子を使用する装置に適用できるものである。当業者もまた、ここでの電圧および電位に関するすべての論議が相対的なものであり、絶対的なものではないことを十分に理解して欲しい。例えば、カソードをグランドに接続してサンプルに３ｋＶを与えることによってビームを加速することは、カソードに負の３ｋＶを与えて試料をグランドに接続すると同等である。それ故、便宜上、論議で特定電圧値を挙げたとしても、それは引用が相対的電位であると解釈すべきである。
【００３５】
本発明は、不均質な磁界を補償するための更に洗練された一つの方法および装置を提供するものである。そこでは、集束磁界は縮小する。それ故、同様に、個別の磁気レンズフィールドに基づく焦点距離も縮小する。
【００３６】
拡大する焦点距離は一つの静電エマージョンレンズによって補償される。一つのエマージョンレンズは、そのエマージョンレンズの通過以前と通過以後とで相違する電子エネルギーを有することによって特徴付けられる。磁気集束フィールドの縮小とこの縮小への静電集束フィールドによる補償とが、個別の電子ビームに影響するフィールド強度の不均質を部分的に低減する。この改良にとって、制御手段の何か、または個別の電子ビームに影響を与える何ものかを加える必要はない。
【００３７】
本発明における特定な実施形態と態様とについて、以下に、図１から図１９までを参照して説明する。光学系１０は、磁気レンズ構成要素を含む。磁気レンズ構成要素は、励磁コイル１５を含む。このコイルの直径は、ほぼ１００ｍｍから１０００ｍｍである。好ましくは、それは１００ｍｍから４００ｍｍまでの間がよい。そこで、コイルの直径は、通常、光学系によって焦点合わせされる電子ビーム１２の数に依存する。しかしながら、そのコイルの直径は、また、他の態様からも決まる。すなわち、他の態様とは、電子ビーム間隔、開口部１４の配置とコイル１５との間のポールピース領域サイズ、などである。その提示される大きさとパラメータとは単に参考であり提示されるものに限定されるものではない。
【００３８】
更に、上部ポールピース１６と下部ポールピース１７とがある。これらのポールピースは、パーマロイまたはマイクロメタルのような磁性導体材料であることが好ましい。磁気レンズ構成要素に更に加えられるものに、静電レンズ構成要素がある。レンズ系は、電子ビーム１２のそれぞれに対する複数のサブレンズとして説明できる。図１の実施形態において、静電レンズ構成要素である静電イマージョンサブレンズのそれぞれは、上部電極１８と下部電極１９とを備える。これらの電極は、非磁性導体材料でなければならない。静電構成要素と磁気構成要素とに備えられる開口部１４は、一般に、各電子ビーム１２が一つの異なる開口部を用いて光学系を通過可能なように、重なり合っている。好ましくは、その開口部は、電子ビームの光軸１１に位置して、集束フィールドが対称様態で電子ビームに影響を及ぼすようにすることがよい。光学系１０の集束を制御するため、上部電極１８用のコントローラ７、下部電極１９用のコントローラ８、および励磁コイル１５用のコントローラ９が備えられる。コントローラ７，８はサブレンズ用として共通な一つの上部または下部の電極それぞれに接続されている。従って、上部電極はコントローラ７と、下部電極はコントローラ８と、それぞれ相互に接続している。すなわち、上部電極と下部電極とのそれぞれはコントローラ７，８との単一接続のみを必要としている。
【００３９】
次に、図１に示される光学系１０の機能について説明する。幾つかの電子ビーム１２は、光軸１１を有し、例えば試料１３上に焦点を合せる。励磁コイル１５は、ポールピースに磁気集束フィールドを誘発する。コントローラ９は、励磁コイル１５を駆動する。励磁コイルに近接して、冷却ユニット（図示されない）を配置できる。ポールピースは、電子ビーム用の開口部１４に磁気集束フィールドを誘導する。これら開口部は、上部ポールピース１６と下部ポールピース１７とに供給される。電子ビームは、開口部１４の内側の集束フィールドにより焦点合わせされる。電子ビーム１２を静電レンズにより更に焦点合わせするべく、第１電極１８と第２電極１９とが備えられる。相違する電位が、コントローラ７，８によって電極１８，１９それぞれに加えられる。
【００４０】
本発明を一般的用語で説明すれば、上記実施形態は次のように言い換えることができる。本発明の一つの態様によれば、複数の荷電粒子ビーム用の光学系である。それは、静電レンズと磁気レンズとを備え、少なくとも二つの荷電粒子ビームを有し、そのビームを焦点合わせする。その各荷電粒子ビームは離れ離れの開口部を用いて光学系を通過する。
【００４１】
好ましくは、磁気レンズ構成要素は励磁コイルと少なくとも上部・下部のポールピースとを含むとよい。それ故、少なくとも二つの荷電粒子ビームそれぞれのため、離れ離れの開口部は、静電レンズと上記磁気レンズの上部および下部のポールピースとを貫通する。
【００４２】
別の好ましい態様によれば、一般に、すなわち図１とは無関係に、コントローラ７，８はサブレンズ用の共通な上部電極／下部電極に接続することができる。または、少なくとも複数の電極若しくは電極の個別セットを制御することができる。
【００４３】
図１から理解できるように、光学系１０は、電子ビーム１２を試料１３上で焦点合わせする。光学系１０を対物レンズとして用いるならば、電極１８，１９それぞれに電位を持たせることが好ましい。その結果、荷電粒子は試料上で衝突する前に減速させられる。それ故、電子と負に荷電の粒子とに対して、上部電極１８は、下部電極１９より正側の電位でなければならない。正に荷電された粒子に対しては、上部電極が下部電極より負側の電位でなければならない。
【００４４】
その結果として、光学系１０の上側と下側とでの荷電粒子ビームのエネルギーは、好ましくは明確に変化する。（このような静電レンズはイマージョンレンズであり、または界浸レンズと呼ばれる。）そのイマージョン比「Ｒ」は、減速では「１」より小さく、加速では「１」より大きい下記数１で表される。
【００４５】
【数１】
2006510184.tif 000003
【００４６】
一般に、イマージョン比「Ｒ」は、減速で「１／４」より小さく、加速で「４」より大きいことが好ましい。ここで「ＶFINAL」はレンズの下側での１次電子ビームのビーム電圧（ビームエネルギー）であり、「ＶINTERMEDIATE」はレンズの上側でのビーム電圧である。
【００４７】
対物レンズにおける１次電子ビームの減速には、二つの異なる作用がある。第１は、試料上にエネルギーの低減された電子が衝突する。第２は、より高いビームエネルギーを持つ電子が光学系を通過する。
【００４８】
遅延フィールドにより、試料上に衝突する電子の電子エネルギーを低減することができる。これは、結像と検査目的とに関係がある。結像される試料、例えば集積回路は、電子ビームにより帯電されないほうが好ましい。それ故、しかしながら、光学系では、放出された２次電子と受け入れる１次電子との間のバランスを得るためビームエネルギーを低減する必要がある。
【００４９】
更に、その光学系の上側と部分的な内側とで高めのビームエネルギーは好都合である。高めのビームエネルギーは収差といわゆるベルシュ効果の影響とを低減する。例えば、色収差は「ΔＥ／Ｅ」に依存する。ここで「ΔＥ」は電子ビームの「エネルギーの拡がり」である。この「エネルギーの拡がり」または「エネルギーのばらつき」は電子銃によって、または加速電圧のばらつきによって、生じる。「ΔＥ／Ｅ」値を最小化するため、平均電子ビームエネルギー「Ｅ」を増加させることができる。それにより、色収差は減少する。それ故、集束以前および集束の間で、１ｋeＶ（１キロ電子ボルト）から数ｋeＶを越える高ビームエネルギーが好都合である。
【００５０】
他方、電子は例えば１ｋeＶ以下のエネルギーで試料上に衝突するので、検討対象として、イマージョンレンズを都合よく応用することができる。
【００５１】
上記では、図１における電子ビームの減速を、例えば対物レンズ又はイマージョンレンズにより説明した。上述するように、電子コラムで電子ビームが結像する間、そして電子ビームが電子コラムを通過する間では、高めのビームエネルギーが好ましい。それ故、図２で例示されるようなコンデンサレンズが、できれば、それぞれの電子ビームを加速する。
【００５２】
図２において、光学系の次の実施形態が示される。ここでは、図１で説明された構成要素または態様を再び取り上げて説明することはない。コンデンサ２０内部では、電子ビームの電子が加速される。それ故、上部電極２４は下部電極２５より多少「正電位」である。電子ビーム１２はコンデンサレンズ２０の上側で交差する。本発明の通常の態様によれば、光学系２０は、磁気レンズ構成要素のコイル１５およびポールピース、並びに静電イマージョンレンズ構成要素の電極２４，２５を含む。
【００５３】
加速対物レンズに関して取り上げられる類似の議論によれば、コンデンサレンズはコンデンサレンズ２０の下側で少なくとも３ｋeＶの電子ビームエネルギーを有する。それ故、電子ビームは、例えば少なくとも３ｋeＶのブースト電位で高エネルギーを有する電子ビームコラムを通過する。それにより、収差と例えばベルシュ効果の悪影響とを低減することができる。
【００５４】
次に、図３ａから図３ｄまでの概略上面図を参照して、光学系の実施形態を説明する。上部ポールピース領域１６ａは円形で例示される。下部ポールピースはこの図面で上部ポールピースの下側に位置する。そのポールピースは励磁コイル１５ａによって囲まれている。励磁コイルは磁界を生起する。ポールピースは磁界を開口部１４に誘導する。更に、電極１８ａが図示されている。光学系を通過する開口部は電極内にあり、ポールピースにおける開口部と重なり合う。
【００５５】
一つの開口部１４を通過する電子ビームの焦点合わせは、備えられている静電レンズフィールドと磁気レンズフィールドとによって行われる。それには、レンズとしての磁気レンズ構成要素と静電レンズ構成要素とが対称集束フィールドを有効にするように配置されていることが好ましい。
【００５６】
図３ａにおいて、開口部１４は一列に備えられる。そのため、各開口部１４の少なくとも２方向（図３ａでは上側と下側）には、隣接する開口部はない。それ故、磁界はその開口部に直接誘導される。これら二つの側における他の構成要素又は開口部に影響を及ぼすことはない。もしも、結像装置でこの光学系が図１のような配置の場合、開口部列によって与えられる方向に実質的に平行な方向に、各電子ビームが走査されることになり、好都合である。もしも、試料が試料ステージにより実質的に直角方向に移動するならば、幾つかの電子ビームを使用することによって、幅の増大した試料を走査することができる。更に、ビームの増加数はビーム電流制限を減少させる。例えば、各個別の電子ビームのビーム電流を、固定のビーム直径に対して自由に増加させることはできない。しかしながら、複数のビームを使用すれば、全てのビームの合計電流を増加させることができる。それは、同時に試料に当てはめることができる。
【００５７】
図３ｂは更に別の実施形態を示す。そこには、二列の開口部が備えられている。一般に、数列の開口部は一つの「ｍ×ｎ」マトリックスを形成する。上部列は下部列の存在によって影響を受ける。また、その逆も同様である。それ故、付加開口部３２を加えることが好ましい。これらの付加開口部３２は、電子ビームの侵入および集束には使用されない。しかしながら、開口部１４へ誘導する磁界の均一性を増進することができる。それは、各開口部が類似の影響を及ぼす隣接領域を有するからである。付加開口部３２は、ダミー開口部であり、図３ａから図３ｄまでの全てに示される実施形態に対して使用可能である。
【００５８】
図３ｂの付加開口部３２は、開口部１４より小さい。これは一つの例である。更に、付加開口部３２の構成位置は図面上で頂上列と底辺列とに例示されている。他の位置および大きさに対しても、十分に権利保護範囲内である。付加開口部３２は個別開口部１４で相違を有する磁界をさらに均質化するために用いられる。付加開口部３２の異なった大きさ、分布、および位置は、開口部１４間の磁界の不均質を更に減少させるために役立つであろう。
【００５９】
図３ｃおよび図３ｄは光学系の更に別の実施形態を示している。図３ｃの開口部１４は、４つの折り目（対称軸）を有するダイヤモンド状模様を形成して備えられている。これもまた、高度の対称性を実現することができる。図３ｄは、回転対称形に配列されている開口部１４ａ，１４ｂ，１４ｃを示す。すなわち、開口部１４ａを中心に複数の開口部１４ｂ，１４ｃのそれぞれが円形状に配列されている。
【００６０】
外側には、付加開口部３２が追加して備えられる。更に、開口部１４ａ，１４ｂ，１４ｃそれぞれが異なる直径を有するように図示されている。このような配列を使用することにより、レンズフィールドを均質化することができる。
【００６１】
本出願では、図３ａから図３ｄまでに示される実施形態における開口部１４の配列およびこれらに類似の配列の全てが、開口部の配列として参照される。
【００６２】
本発明の更なる好ましい態様を、図４および図５に示される実施形態から知ることができる。図４は、軸上ギャップ（axial gap）レンズを形成するポールピースを有する磁気レンズ構成要素を示す図１の一つの代案である。図４では、放射状ギャップ（radial gap）レンズを形成して別形状のポールピースとした一つの実施形態を示している。そこでは、上部ポールピース４２と下部ポールピース４４とが下部ポールピースの下側の領域で磁界を誘導している。
【００６３】
一般に、放射状ギャップレンズは、よりよい結像性能を産み出す。例えば、放射状ギャップレンズを使用して、収差を低減することができる。しかしながら、放射状ギャップレンズは、より多くの空間と励磁パワーの増大とを必要とする。放射状ギャップレンズについて、本発明では、更なる利点がある。それは、複数の小型磁気レンズに対して備えられる幾つかの励磁コイルの小型化を必要とせず、代わりに一つの共通励磁コイルとするので、その励磁コイルの大きさと励磁パワーとを増強することができる。更に、付加的な空間は、ポールピースのために利用可能である。その結果、本発明において、放射状ギャップレンズを、より容易に適用することができる。
【００６４】
本発明の一つの実施形態によれば、図５に示されるように、図１に見られる軸上ギャップレンズと、図４に見られる放射状ギャップレンズとの組合せもまた使用することができる。上部ポールピース５２と下部ポールピース５４とは、図４および図５で組合せられるポールピース間に隙間を有するように形成される、いわゆる、放射状・軸上ギャップ（radial-axial gap）レンズが形成されている。すなわち、上述するように利点と不利点とを妥協させることができる。
【００６５】
更に、図６および図７に示される実施形態によれば、静電レンズ構成要素の特長を変化または変更させることができる。図１と類似の二つの実施形態は、上部ポールピース１６と下部ポールピース１７とを持つ励磁コイル１５を有する。そのポールピースは磁界を開口部１４に誘導する。そこで、電子ビーム１２は焦点を合わせる。
【００６６】
図６において、静電イマージョンサブレンズである上部電極１８ａは筒状に形成される。対物レンズとして上述したように、負の荷電粒子を結像する際、上部電極１８ａの筒は３ｋＶ以上の正の電位であることが好ましい。そこで、ビームブースト電位が供給される。図６の実施形態には下部電極６２が示されている。下部電極６２は、第２の筒形状により基本的に下部ポールピース１７の下に備えられる。既に上述したように、正の荷電粒子に対して、上部電極は下部電極より更に負の電位でなければならない。それ故、正の荷電粒子に対して、ビームブースト電位は、例えばマイナス３ｋＶ以下である。
【００６７】
更に、図７の実施形態では、下部電極７２が平面電極である。この好ましいこととしては、光学系の焦点距離を低減させねばならない場合に好都合なことである。一般に、焦点距離を短縮することにより、球面収差を低減できる。それ故、短めの焦点距離は小電子ビームスポットが必要な場合に有効である。短焦点距離の利点を得るため、例えば試料とレンズ系との間の距離を短縮しなければならない。そこに、構造面での制約要素がある。それ故、薄型平面レンズによる電極が好ましい。
【００６８】
更に二つの実施形態について、図８および図９を参照して説明する。例えば、光学系と試料との間の距離を更に低減するなら、静電イマージョンレンズ構成要素の下部電極８２として下部ポールピース１７を用いることができる。その上、上部電極１８に電位をかつ励磁コイル１５に電流をそれぞれ供給して、更なる電位を下部ポールピース１７に供給している。そこで、上部電極コントローラ７と励磁コイルコントローラ９とに加えて、下部電極コントローラ８ｂが用いられる。この好ましい実施形態のため、少なくとも下部ポールピースは、パーマロイまたはマイクロメタルのような電気的かつ磁気的な導体材料であることがよい。
【００６９】
上述の利点に加えて、図８の実施形態は、光学系の一つの構成要素を省くことができるので、組立て作業を低減する。その利点は、各構成要素に必要とされる高度な精度を検討する際に明白になる。
【００７０】
更なる影響を有する効果を次に説明する。その実施形態によれば、静電レンズフィールドの上側に、磁気レンズフィールドを備えることができる。更に、静電レンズフィールドと磁気レンズフィールドとを基本的に広範囲にまたは部分的に重なり合わせて備えることもできる。この実施形態がこの効果を達成することは明白である。
【００７１】
一例を挙げて、上記可能性の一つをここで説明する。特に、試料上で１次電子ビームの焦点合せをする対物レンズでは、収差を最小化する必要性がある。上述したように、例えば色収差は、高ビームエネルギーにより低減される。そのため、減速イマージョンレンズ構成要素は磁気レンズ構成要素の下側に備えられることが好ましい。それにより、電子は高電子エネルギーで磁気レンズ構成要素に侵入する。従って、磁気レンズ構成要素での色収差を低減することができる。この理由により、この実施例では静電レンズフィールドを磁気レンズフィールドの下側に備えることが好ましい。上述するように、静電レンズフィールドは磁気レンズフィールドに対して意図的に配置されるべきである。このことは、構成要素の配置により達成でき、構成要素の形状により達成でき、または、多機能性を有する一つの構成要素の使用（図８参照）により達成できる。
【００７２】
図９に示される実施形態によれば、図１に示される下部電極１９を取り除くことができる。この特殊ケースでの光学系の静電イマージョンサブレンズは、上部電極１８とバイアスをかけられた試料９２とを含む。それ故、上部電極１８と試料９２との間の電圧差がイマージョンレンズの構成に役立つ。しかしながら、この出願の記述からでは、静電サブレンズまたは静電レンズ構成要素についての用語「電極」が試料であることには、納得されないであろう。換言すれば、本願の専門用語内では、試料は、静電サブレンズ構成要素または静電レンズ構成要素としての電極ではない。図９では、試料にバイアスをかけるためのコントローラ８ｃが備えられている。それにより、固定電圧が試料９２に供給されている。この電位は試料ステージを経由するか、または資料に直接接触するかのいずれかにより供給される。一般に、本発明のこの態様、すなわち、試料にバイアスをかけることは、多様な実施形態に示される他の態様と組み合わせることが可能である。
【００７３】
本発明の一般態様について既に説明したように、一つの目的は、個別ビームの集束特性において集束特性の均一性を向上させる一つの光学系を提供することである。本発明の一態様によれば、このことは、磁気集束フィールドのフィールド強度を低減することで実現される。図３ａから図３ｄまでを参照して説明したように、更なる改良は、開口部１４の意図的な形状、その配置の仕方、または図３ｂ，図３ｄに示されるような追加ダミー開口部３２の使用により、実現することができる。
【００７４】
しかしながら、個別の開口部１４の集束特性に関する更なる別の態様がいまだに存在する。一つの原因は製作公差である。それには、各電子ビームそれぞれの結像特性を個別に修正する手段を付加的に備えることが好ましい。
【００７５】
図１０では、小型磁気コイル１０２が、各開口部１４に備えられる。一つのコントローラ１０４は、個別のコイルに対して相互に独立して集束特性を調整するように用いられる。個別の電子ビームのために小型修正フィールドのみが適用されるので、磁気集束修正手段は小型化することができる。
【００７６】
図１１では、下部電極１１２が、各電子ビーム１２を集束する電位を個別に調整できるように、備えられる。それによる一つの解決策は、下部電極１１２の全てのサブ領域に一つの共通電位を供給することである。加えるに、コントローラ１１４がサブ領域に修正電位を供給する。この実施形態の実現に際しては、個別のサブ電極１１２間に十分な抵抗値を有することが要求される。この条件下で、個別の修正電位が供給される。代案として、完全に独立した電極１１２を備えることもできる。この場合、下部電極コントローラ８は不要である。電気的に隔離されたサブ電極を用いることにより、コントローラ１１４は各サブ電極に対して個別の電位を供給する。このようにして、コントローラ１１４は、修正目的のコントローラとして用いられ、そして、各サブ電極に個別電位を供給するコントローラとして用いられる。
【００７７】
光学系の結像特性を個別に制御する手段のための更なる実施形態は、個別電子ビームのビームエネルギーを変化させることによって実現する。上述したように、ビームエネルギーは、一定のレンズエネルギーの集束特性を変化させることができる。これは下記により理解できる。一つの一定の不変静電レンズフィールドは電子に一定の力を与える。１次電子ビームのエネルギーが少なければ少ないほど、１次電子の動きは遅くなる。それ故、電子に一定の力が働く領域を低エネルギー電子が通過するには多くの時間が必要である。したがって、遅めの電子は、長時間にわたり一定の力が働くので、強く偏向する。
【００７８】
それ故、電子ビームエネルギーを制御する手段は、例えば、アノード電位用、カソード電位用、または他の、加速電極用若しくは減速電極用のコントローラとして設けられ、電子ビームエネルギーを変化させることができる。それにより、各電子ビームの集束特性は個別に制御が可能である。
【００７９】
上述した殆どの実施形態では静電レンズ構成要素の一部として下部電極１９が使用されている。１次電子ビームの影響に加えて、試料上側の電極は試料から放射される２次粒子または後方散乱粒子を抽出する。この試料上側の電極による抽出特性を、粒子を抽出する検出器において、２次粒子または後方散乱粒子の結像制御に利用できる。すなわち、例えば検査工程の間に検出された粒子数は、一つの電極に加えられる抽出電圧によって変化する。
【００８０】
次に、レンズの集束特性を個別に制御する手段として、別の実施形態を説明する。図１１で示されるように、下部電極のサブ電極１１２は、コントローラ１１４により制御される。同様に、上部電極１８のサブ電極電位を個別に制御することができる。上記観点から、これを長所として考えることができる。
【００８１】
上述するように、電極下方の各サブ電極１１２での電位変化は、２次粒子の検出を促すことができる。それ故、もしも、オペレータが下部サブ電極の電位を変化させて集束特性を変化させるならば、その検出も同様に変化するであろう。しかしながら、この二つの効果の結合は、一般に望ましくない。このため、図１２に示される実施形態によれば、付加抽出電極１２２が備えられる。この実施形態では、付加抽出電極１２２と共通下部電極１９とが備えられる。それ故、例え、静電レンズ構成要素の集束特性が全ての電子ビーム１２に対して共通電極で同時に変化したとしても、放射２次電子のための抽出フィールドを一定に保持することができる。
【００８２】
上述したように、磁気レンズ構成要素の上部ポールピースと下部ポールピースとは励磁コイルの磁界を開口部１４に誘導するように働く。図１３の実施形態では、付加非磁性層１３２が上部ポールピース１６と下部ポールピース１７との間に導入されている。このような非磁性層は別の理由で長所を有するであろう。一方では、機構的安定性を増加できる。それ故、一層小さな公差を一層容易に得ることができる。これは、真空ポンプ又は外部の影響で生じる振動を取り込むような産業システムに適合する。更に、層１３２が電気的導体であるならば、層１３２は開口部１４を電界妨害から遮蔽する。
【００８３】
図９で示されるように、試料９２は、静電イマージョンレンズに影響を与えるため、所定電位に設定することができる。試料に電位を与えることは、図１３の実施形態（荷電制御ユニットは示されていない）でも、また本発明による他の実施形態でも可能である。それ故、図１３の実施例では、電極１９と電極１８とが静電レンズを特徴づけることは可能である。そのため、バイアスをかけられた試料は静電レンズ特性を小変更する。
【００８４】
上述した実施形態において、光学系構成要素は、少なくとも二つの荷電粒子ビームを一つの共通励磁コイルで集束するための、磁気レンズ構成要素と静電レンズ構成要素とを含む。次に、図１４と図１５とに示される実施形態によれば、光学系内部に走査偏向手段を更に含むことが好ましい。走査偏向手段は、試料上で電子ビームを走査するのに使用される。一般に、全ての電子ビームを同期して偏向する偏向系を使用することは可能である。しかし、各個ビームを個別に制御可能な走査偏向手段を有することが、なお更に好ましい。一つの走査偏向手段は、記載される光学系が対物レンズの場合に、通常、使用される。
【００８５】
図１４は、二段の前方レンズ（pre-lens）偏向系を持った実施形態を示している。チューブ１４２は例えば高い正電位（ブースト電位）でビームを誘導する。第１群電極１４４が電子ビーム１２ａを光学軸１１から逸らすように偏向する。第２群電極１４６は光学軸方向に再度方向付けする。上部電極１４８と下部電極１９とは光学系の静電レンズ構成要素を構築する。第１群電極１４４と第２群電極１４６との相互作用により電子ビームは、試料を横断して走査できる。これは、図１４で電子ビームが光軸を外れて試料１３上で衝突していることにより示されている。
【００８６】
第１群電極１４４と第２群電極１４６との相互作用は次のように制御されることが好ましい。補償手段なしの一般の場合、レンズ系により取り込まれる収差は、ビームが光軸上でレンズを通過するなら、最小化できる。それ故、二群の偏向電極は電子ビーム１２ａが基本的に光軸上で磁気レンズ構成要素と電気レンズ構成要素との両方か又は何れか一方かを常に通過するようにして相互作用する。
【００８７】
図示されない更に一つの実施形態では、後方レンズ偏向系が用いられている。それでは、収差を低減するため、ビームが光軸上でレンズを通過している。このような系では、電子ビームの偏向は、静電レンズ構成要素と磁気レンズ構成要素との下側で発生する。しかしながら、試料と光学系との間の距離はこのような解決方法を用いても一般に最小限にはできない。この理由のため、焦点距離は十分に減少できない。このことは、また一方で、球面収差を最小にすることを妨害している。
【００８８】
ここで、マルチビーム装置の用法について述べる。実現可能な電子ビーム電流は高スループット粒子ビームデバイスおよびそれらの解決策を限定する。これは電子同士の相互作用のためである。電子同士の相互作用を低減しかつ解決策を改善するため、光学ビームの短い光線追跡が長所になり得る。それゆえ、電子ビームコラムは短いことが必要である。前方レンズ偏向手段と後方レンズ偏向手段とは、コラムに付加的な長さを必要とする。この観点から、走査偏向手段がレンズ内部に位置することが好ましい。
【００８９】
図１５にレンズ内（in-lens）偏向系の実施形態を示す。図示されるように、上部電極１８と下部電極７２とが静電レンズ構成要素として備えられる。これらの電極間、そして基本的には磁気レンズ構成要素の上部ポールピース１６と下部ポールピース１７との間に、電子ビーム１２ｂ偏向用の電極群１５２がある。この偏向は、試料面上で電子ビームを走査するために用いられる。
【００９０】
上述した走査偏向手段は静電偏向器として使用された。本発明によれば、磁気偏向器又は静電磁気偏向器はこれら単純偏向器を代用することが可能であるということがわかる。
【００９１】
更に、これら偏向器を代案として八極子又は高度多極素子に実現可能であることは本発明の権利範囲内であるべきである。もしもそうであれば、この、例えば八極子の走査偏向系は、付加して、非点収差（軸上）の修正に用いることができる。それゆえ、スティグメータ（非点収差（軸上）補正装置）に必要とされる空間を回避することができる。従って、コラム長を更に低減できる。しかしながら、単純さのためには、双極子又は四極子の偏向器が用いられる。
【００９２】
代案として、本発明による光学系には、更なる構成要素を加えることができる。付加的な検出手段の実施形態を図１６および図１７に示す。図１６に示す光学系１６０は、励磁コイル１５、上下のポールピース１６，１７、および静電レンズ構成要素として上下の電極１８，１９を備える。電子ビーム１２は試料１３に試料１３上で衝突し、それにより２次粒子および後方散乱粒子を放出する。以下の説明では２次電子を例に取り上げる。電極１９による遅延フィールドは、同時に、検出される荷電粒子にとって加速フィールドとして働く。２次電子シグナル１６５は、レンズ系を突き抜ける。このようにして、検出器１６２は、各１次電子ビーム１２から放出された２次電子を検出する。
【００９３】
代案として、検出器１６２は、レンズの下方か又は内部に配置されてもよい。更に、一つの光学系内で異なるタイプの検出器を持つことができる。好ましくは、各電子ビームに対して個別の検出器１６２を備えることがよい。
【００９４】
図１６の実施形態は軸上検出器を備える。本発明の保護範囲内には、同軸又は部分環状の検出器もまた用いることができることを含ませる。図１７に示される別の実施形態では、軸外検出器が用いられている。図１７では、ビーム分離機１７２が備えられる。ビーム分離機１７２は、ウイーンタイプ構成要素か、又は１次電子ビーム１２と２次電子シグナル１６５ａとを分離できるような偏向ユニットで可能となる。
【００９５】
この分離により、２次粒子は検出器１７４方向へ偏向される。図１７では、実施形態として二次元に描かれているが、検出器１７４は光軸１１の周囲で何れの方向にも配置することができる。
【００９６】
図１から図１７までに幾つかの実施形態を示している。そこでは、光学系の利用、開口部１４の配置、上下ポールピース、静電レンズ構成要素の下部電極、静電レンズ構成要素の構成、個別電子ビームに対する結像特性の個別調整手段、抽出電極、ポールピース領域の構造、偏向手段、および検出手段が論じられている。本発明で、上述した機能の全ては、相互に排他的でない限り、任意に組合せできることが分かる。
【００９７】
このような組合せの一例を、更なる実施形態として図１８に示す。
【００９８】
光学系１８０は、励磁コイル１５と上下ポールピース５２,５４それぞれとを有する。更に、各電子ビームに対する結像特性を個別に調整する手段が備えられる。この調整手段は小型電磁コイル１０２である。静電レンズ構成要素は上部電極１８と下部電極７２とを含む。更に、偏向手段は、レンズ内偏向器１５２を有している。そのため、電子ビーム１２ｂは試料１３上を走査することができる。２次粒子は１次電子ビームが使用すると同一の開口部１４を通過して光学系に侵入する。軸上偏向器１６２は、各個別２次粒子シグナル１６５用であり、検査期間でのサンプルなどを結像するために用いられる。
【００９９】
光学系１８０の実施形態は軸上磁気レンズと放射状ギャップ磁気レンズとの構成要素が組み合わされている。静電レンズ構成要素は上部電極１８と下部電極７２とを有する。レンズ構成要素は小型磁気コイル１０２により微細調整される。光学系上、光軸１１に沿った電子ビーム１２ｂはレンズ内偏向電極１５２のグループにより偏向される。更に、試料１３から放射された２次粒子シグナル１６５は軸上偏向器１６２により検出される。
【０１００】
光学系１８０は、荷電粒子ビームコラムに組み込むことができる。電子ビームコラム１９０の実施の一形態を図１９ａに示す。電子ビームコラムは筐体１９１を有する。筐体は、内部を真空状態にする少なくとも一つの抜き口１９２を有する。筐体１９１は試料室１９３に接続している。試料室１９３は内部を真空状態にする一つの抜き口１９４を有する。試料室１９３の内部では、試料１３が試料ステージ１９５上に置かれ、試料ステージ１９５は試料を光軸に対して移動することができる。
【０１０１】
電子ビームコラムは更に電子エミッタアレイを含み、複数の１次電子ビームが放射される。通常、各エミッタチップは、一つの電子ビームを放射する。複数ビームは、コンデンサレンズを形成する光学系２０によって形成される。光学系２０の静電レンズ構成要素における下部電極２５は、次の光学構成要素まで延長している。そのため、電子ビーム１２は高電位に維持され収差を低減させている。更なる光学系の一例では、ビーム成形絞りＡが光学系を形成するコンデンサレンズ２０と対物レンズ１８０との間に備えられる。更に、光学構成要素が必要とされるかも知れない。絞りＡの後、電子ビーム１２はチューブＴの中に誘導される。光学系１８０は、検出器１６２および走査偏向手段を含み、試料上の電子ビーム集束用、試料上での電子ビーム走査用、および、２次粒子検出用に使用される。
【０１０２】
図１９ａに示される構成要素は、それぞれのコントローラにより制御される。これらコントローラは、分離される必要はなく、一つの系又は筐体内に組み込まれることが可能である。エミッタ制御ユニット１９８は、電子エミッタアレイ１０２を制御する。そこで、それぞれの電極では、陽極のように、電子ビームの電流と電位とが制御される。好ましくは、エミッタ制御ユニット１９８により、各エミッタチップで個別に電子ビーム１２を制御できるとよい。コンデンサレンズ２０は、静電レンズと磁気レンズとの構成要素を含む。これら構成要素のそれぞれは、個別レンズコントローラ７’，８’，９’により制御される。検出器１６２は、結像ユニット１６２’に接続される。そのため、一例として、フレーム取込み器およびイメージ演算ユニットのような電子多重装置のための高電圧制御を各検出器１６２に与えてよいかもしれない。対物レンズ１８０の静電レンズおよび磁気レンズの構成要素は、コントローラ７”，８”，９” それぞれにより制御される。走査偏向手段のための、図示されない更なるコントローラが、残りの制御ユニットの一つに組み込まれないならば、それを備えることができる。試料ステージの移動はステージコントローラ１９６を介して制御され、試料１３を幾つかの方向に独立して移動させることができる。ワークステーションのような中央コンピュータ、および／若しくはＧＵＩ（graphical user interface）を持ったパーソナルコンピュータ、又は、図示されていない真空ポンプ、若しくは他の内外部構成要素に対する制御手段が、系コントローラ１９９として稼動する。
【０１０３】
絞りＡは、照射野限定絞りとして使用される。個別ビームのビーム電流を限定することにより、電子間相互の影響を低減できる。絞りＡが照射野限定絞りとして使用されるならば、絞りをエミッタアレイ１０２に近接して配置することが好ましい。その結果、低減されたビーム電流を有するビーム経路が増加して、電子間相互の影響を最小化できる。照射野限定絞りＡがコンデンサレンズ２０の下方で働く場合、コンデンサレンズの励磁を制御してビーム電流を調整することができる。
【０１０４】
本発明の更なる態様によれば、複数ビームに対する静電レンズは、図１９ａのコンデンサレンズ２０に置き換えることができる。従って、アインツェルレンズ（単電位レンズ）を用いることができる。別の実施形態によれば、アインツェルレンズの電極を離れ離れにして、陽極と組み合わせるか、又はエミッタの抽出電極と組み合わせて形成することができる。更なる実施の形態は、図１９ｂに示されるように、コンデンサレンズとしてアインツェルレンズを含む。図１９ｂでは、コントローラ７ｂがアインツェルレンズ２０’に個別の電位を加えている。
【０１０５】
ここで、図１９ｂで例示される電子ビームコラム１９０’が図１９ａで示される電子ビームコラム１９０との間で有する相違について説明する。光軸１１ａと光軸１１ｂとは相互に置き換え可能である。従って、磁気偏向系に二つの磁気偏向器１７２ａ，１７２ｂが使用される。磁気偏向器を使用するため、１次ビームと試料により放射される２次ビームとは第２の偏向器１７２ｂを通過する際に分離される。それ故、検出器１７４は、（第２の）光軸１１ｂに近接して配置できる。全ての検出器１７４は、コントローラ１７４’に接続される。各電子ビームの各走査領域に対応するイメージは検出器から読取られて処理される。
【０１０６】
図１９ｂに示される二つの磁気偏向器を持った偏向系の代わりに、三つ以上の磁気偏向器を持った偏向系を用いることもできる。更に、磁気偏向器は電気的偏向器又は電磁気的偏向器により完全に又は部分的に代替えすることができる。従って、一つの相違するビームの分離、又は全くのビーム分離なしが発生する恐れがあることを配慮するべきである。更に、１次電子ビームは、一つの単光軸上で後方へ偏向するかもしれない。それ故、電子ビームは、ほぼ光軸上に位置する偏向器の周囲で偏向するかもしれない。
【０１０７】
ビームを軸外に偏向し又は二つの移動させられた光軸１１ａ，１１ｂにおける光軸を分離することの実現性は、応用の必要性に応じて結集可能である。
【０１０８】
本発明の更なる態様によれば、検出器１６２又は検出器１７４は、例えば、一つのグリッド（格子）、幾つかのグリッド、ウィーンフィルタ、などによる一つの分光計を更に含むことができる。従って、分光計・検出器による設備が形成される。分光計は検出された２次粒子又は後方散乱粒子のエネルギーを制御できる。試料で放出された粒子エネルギーの特性により、２次粒子又は後方散乱粒子の例えば分離は達成可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明による荷電粒子マルチビーム光学系は、複数の荷電粒子ビーム用の光学系で構成要素として一つの静電レンズと一つの磁気レンズとの両者を組み合わせし、一つの荷電粒子コラム（縦列柱）として備えており、上記各構成要素は、少なくとも二つのサブレンズを有し、各サブレンズで少なくとも二つの荷電粒子ビームを集束する。その各荷電粒子ビームは離れ離れの開口部を用いて光学系を通過する。このため、各構成要素における調整を可能とし、解像度の改良と収差の最小化とが不可欠なビーム光学系に対する用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明による光学系のイマージョンレンズ構成要素、磁気レンズ構成要素、およびそれぞれの制御部における実施の一形態を示す概略側面図である。
【図２】本発明による光学系におけるコンデンサレンズ形式の実施の一形態を示す概略側面図である。
【図３ａ】本発明による光学系における実施の一形態を示す概略上面図である。
【図３ｂ】図３ａと異なる実施の一形態を示す概略上面図である。
【図３ｃ】図３ａ、図３ｂと異なる実施の一形態を示す概略上面図である。
【図３ｄ】図３ａ〜図３ｃと異なる実施の一形態を示す概略上面図である。
【図４】本発明による光学系における放射状ギャップレンズが備わる実施の一形態を示す概略側面図である。
【図５】本発明による光学系における放射状・軸上ギャップレンズが備わる実施の一形態を示す概略側面図である。
【図６】本発明による光学系におけるイマージョン構成要素によるチューブ電極が備わる実施の一形態を示す概略側面図である。
【図７】本発明による光学系におけるイマージョン構成要素による平面電極が備わる実施の一形態を示す概略側面図である。
【図８】本発明による光学系における磁気レンズ構成要素の下部ポールピースを電極として用いる実施の一形態を示す概略側面図である。
【図９】本発明による光学系における試料または各試料ステージがバイアスされている場合の実施の一形態を示す概略側面図である。
【図１０】本発明による光学系における光学系の個別修正用の微細調整手段を備える実施の一形態を示す概略側面図である。
【図１１】図１０と異なる、本発明による光学系における光学系の個別修正用の微細調整手段を備える実施の一形態を示す概略側面図である。
【図１２】本発明による光学系における離れ離れの抽出電極を備える実施の一形態を示す概略側面図である。
【図１３】本発明による光学系におけるポールピース間に層を有する実施の一形態を示す概略側面図である。
【図１４】本発明による光学系において走査偏向手段を含む実施の一形態を示す概略側面図である。
【図１５】図１４と異なる、本発明による光学系において走査偏向手段を含む実施の一形態を示す概略側面図である。
【図１６】本発明による光学系において検出手段を含む実施の一形態を示す概略側面図である。
【図１７】図１６と異なる、本発明による光学系において検出手段を含む実施の一形態を示す概略側面図である。
【図１８】本発明による光学系において幾つかの態様を組み合せた実施の一形態を示す概略側面図である。
【図１９ａ】本発明による荷電粒子ビームコラムの実施の一形態を示す概略側面図である。
【図１９ｂ】図１９ａと異なる、本発明による荷電粒子ビームコラムの実施の一形態を示す概略側面図である。
【図２０】従来の光学系の一例を示す概略側面図である。
【符号の説明】
【０１１１】
７、７’、７”、８、８’、８”、８ｂ、８ｃ、９、９’、９”、１０４、１１４、１７４’    コントローラ（コントロールユニット）
１０、１６０    光学系
１１    光軸
１２、１２ａ、１２ｂ    電子ビーム
１３、９２    試料
１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ    開口部
１５、１５ａ    励磁コイル（コイル）
１６、４２、５２    上部ポールピース
１６ａ    上部ポールピース領域
１７、４４、５４    下部ポールピース
１８、１８ａ、２４、１４８    上部電極（第１電極、電極）
１９、２５、６２、７２、８２、１１２    下部電極（第２電極、電極）
２０    コンデンサレンズ（光学系、コンデンサ）
３２    付加開口部
１０２    小型磁気コイル（電子エミッタアレイ、エミッタアレイ、荷電粒子ビーム発生源）
１２２    抽出電極
１３２    非磁性層（層）
１４２    チューブ
１４４    第１群電極（走査偏向ユニット）
１４６    第２群電極（走査偏向ユニット）
１５２    レンズ内偏向器（偏向用電極群、レンズ内偏向電極、走査偏向ユニット）
１６２    軸上偏向器（検出器）
１６２’     結像ユニット（検出ユニット）
１６５、１６５ａ    ２次電子シグナル（２次粒子シグナル）
１７２    ビーム分離機
１７２ａ、１７２ｂ    磁気偏向器（偏向器、偏向ユニット）
１７４    検出器（検出ユニット）
１８０    対物レンズ（光学系）
１９０    電子ビームコラム（荷電粒子ビームデバイス）
１９１    筐体
１９２、１９４    抜き口
１９３    試料室
１９５    試料ステージ
１９６    ステージコントローラ
１９８    エミッタ制御ユニット
１９９    系コントローラ
【図１】
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【図２】
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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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【図１７】
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【図１８】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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