JP5689259B2 - 絞りユニットを有する粒子ビーム装置および粒子ビーム装置のビーム電流を調整する方法 - Google Patents

Description

本発明は、絞りユニットを有する粒子ビーム装置に関する。また、本発明は、粒子ビーム装置のための絞りユニットに関する。さらに本発明は、粒子ビーム装置におけるビーム電流を設定する方法に関する。本明細書において粒子ビーム装置とは、走査型電子顕微鏡（以下、「ＳＥＭ」とも呼ぶ）や透過型電子顕微鏡（以下、「ＴＥＭ」とも呼ぶ）等の電子ビーム装置、ならびにイオンビーム装置を意味する。すなわち、本発明は電子ビーム装置に限定されるものではなく、あらゆる粒子ビーム装置にも適用可能である。

電子ビーム装置、特にＳＥＭは、物体（試料）の表面を検査するために使用する。このために、ＳＥＭでは、ビーム発生器により電子ビーム（以下、「一次電子ビーム」とも呼ぶ）を生成し、対物レンズによって検査すべき物体に集束させる。偏向装置によって、一次電子ビームは、検査すべき物体の表面にわたってラスタ状に案内される。この場合に一次電子ビームの電子は物体と相互作用する。この相互作用の結果として、相互作用粒子および／または相互作用ビームが生じ、これらを検出する。このようにして得た検出信号を評価する。

相互作用粒子として、物体表面から特に電子を検出する（いわゆる二次電子）か、または一次電子ビームの電子を後方散乱させる（いわゆる後方散乱電子）。電子ビーム装置の少なくとも１つの検出器によって、この二次電子および後方散乱電子を検出する。これにより発生した検出信号を画像生成に使用する。

一般に、高解像度の画像生成が重要である。このために、電子ビーム装置いわゆる高解像度モードで作動する。電子ビーム装置では、ビーム発生器は、約１μＡ〜１００μＡの範囲、例えば２０μＡの規定可能なビーム電流を有する一次電子ビームを生成する。実質的に電子ビーム装置の光軸に沿って検査すべき試料の方向に一次電子ビームを案内する。電子ビーム装置には第１絞りを配置する。この第１絞りは、一次電子ビームのビーム電流を約１ｎＡ〜１００ｎＡ、例えば２０ｎＡに低減する。試料の方向に第１絞りの後方に配置した第２絞りもまた、数ｐＡ〜約５００ｐＡの範囲の値にビーム電流を低減する。このようにビーム電流を低減することにより、一次電子ビームに残された電子の相互作用が、相互に無視できる程度に小さくなり、このような相互作用に基づく一次電子ビームの拡大を防止する。

上記のような高解像度の画像生成の他に、検査物体を検査することのできる、電子ビーム装置で使用可能な他の検査方法がある。これには、特にいわゆるＥＢＳＤ法（“Electron Backscattered Diffraction：電子ビーム後方散乱回折法”）が挙げられる。一次電子が検査すべき物体に入射した後に物体で散乱する電子の回折パターンを決定する。別の方法は、一次電子ビームが検査すべき物体に入射した場合に物体から放出するカソード・ルミネッセセンスの検出に基づいている。別の検査方法は、例えばエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）による検査、および波長分散型Ｘ線分光法（ＷＤＸ）による検査である。しかしながら、上記検査方法では、電子ビーム装置を光電流モードで作動することが望ましい。すなわち、一次電子ビームは、数ｎＡ、例えば１００ｎＡ〜５００ｎＡの範囲のビーム電流で、検査すべき物体に入射する。これにより、上記検査方法においてより良好な計数率が得られ、この方法の評価に有利となる。

したがって、粒子ビーム、特に電子ビームのビーム電流を変化させ、粒子ビーム装置の所望の作動形式（高解像度モードまたは高電流モード）のためにそれぞれ適したビーム電流を設定することができるようにする必要性が生じる。この場合、高解像度モードでは像生成時に、一次電子ビームのエネルギーに応じて、例えば、０．５ｎｍ〜３．０ｎｍの範囲の良好な解像度を得ることができるようにすべきである。

従来技術により、電子ビーム装置に１つ以上の圧力段階を設けることが既知である。これらの圧力段階は、電子ビーム装置においてそれぞれ異なる圧力の真空を有する領域を分離する。したがって、例えば圧力段階は、一般に超高真空（１０^−６〜１０^−１０Ｐａ）を有し、ビーム発生器を配置した第１領域を、高真空（１０^−１〜１０^−５Ｐａ）を有する第２領域から分離する。第２領域は、例えば、試料を配置した電子ビーム装置の試料チャンバ、または試料チャンバに通じる中間圧力領域であってよい。これらの圧力段階により、第２領域からの汚染物質によって、例えば試料の領域へのガスの導入によって、第１領域の超高真空が劣化することを阻止する。

従来技術により、所望の作動形式のためにビーム電流の設定を可能にする電子ビーム装置が既知である。この既知の電子ビーム装置は、電子ビーム生成器と、検査すべき物体に一次電子ビームを集束させるための対物レンズとを備える。さらに、この既知の電子ビーム装置は、第１コンデンサレンズと第２コンデンサレンズとを備え、電子ビーム発生器を起点として対物レンズの方向にまず第１コンデンサレンズ、次いで第２コンデンサレンズを配置する。さらに、電子ビーム発生器と第１コンデンサレンズとの間に第１絞りユニットを配置する。さらに第１コンデンサレンズと第２コンデンサレンズとの間に第２絞りユニットを配置する。第１絞りユニットは複数の異なる絞り開口を備える。光軸に垂直な平面で第１絞りユニットを移動し、所望の絞り開口を一次電子ビーム下に案内することによりビーム電流を調整する。既知の電子ビーム装置は、圧力段階絞りとして構成した第２絞りユニットの汚染を防止することも可能にする。この汚染は、圧力段階絞りに入射する一次電子ビームによって生じる。

しかしながら、従来技術は、第１コンデンサレンズの所定の励起時に一次電子ビームが第２絞りユニットを通過しないことが欠点である。一次電子ビームのビーム経路はモードとは無関係である（モードは、選択した一次エネルギーおよび選択したビーム電流を表す）。この場合には、一次電子ビームの「漂遊」にも関する。したがって、一次電子ビームのできるだけモードとは無関係なビーム経路を得ることが望ましい。

さらに、第１絞り素子と第２絞り素子とを有する絞りユニットを備える粒子ビーム装置が従来技術により既知である。第１絞り素子および第２絞り素子は双方ともＶ字形部分を有し、これらの部分は絞り開口を形成するために協働する。第１絞り素子と第２絞り素子とは相互にオーバラップし、相互に反対方向に移動させることができる。このようにして、絞り開口の大きさ、ひいては粒子ビーム装置の粒子ビームのビーム電流も調整する。

上記従来技術に関しては、米国特許７，５５０，７２４号明細書ならびに米国特許出願公開第２００７／０１３８４０３号明細書を参照されたい。

従来技術により既知の調整可能な２つの絞りユニットは欠点を有する。これらの絞りユニットは、マニピュレータによって手動の偏向レバーを用いて機械的に、または絞り開口を調整するための調節モータによって移動する。マニピュレータの機械的構成の不可避的に不正確であることにより、粒子ビームの光路に所定の絞り開口を移動するために個々の絞りユニットについて調整しなければならない位置は、一般に再現することができない。したがって、所望のビーム電流を得るためには、絞りユニットを後から調節しなければならない。この調節は、一般にマニピュレータによる絞りユニットの移動およびビーム電流の観察によって行う。

マニピュレータを圧電素子によって作動したとしても、絞りユニットの位置は、所定のビーム電流を得るためには十分に良好に調整可能ではない。圧電素子による調整でも、例えばヒステリシスによって生じる場合のあるエラーを免れない。このような理由から、マニピュレータを操作するために圧電素子を使用する場合、絞りユニットの所望の絞り開口を粒子ビーム下に正確に位置決めすることができるように、マニピュレータが辿った距離を決定するための手間のかかる測定システムを使用しなければならない。

米国特許７，５５０，７２４号 米国特許出願公開第２００７／０１３８４０３号

本発明の課題は、粒子ビームのビーム電流の正確な調整をわずかな手間で十分に良好に行うことができ、粒子ビームのモジュールとはできるだけ無関係のビーム経路を達成する絞りユニットおよび絞りユニットを有する粒子ビーム装置を提案することである。

本発明によれば、この課題は、請求項１に記載の特徴を有する粒子ビーム装置によって解決される。粒子ビーム装置における粒子ビームのビーム電流を変化させる方法が請求項２０に記載されている。本発明の実施例および代替的な実施形態の関するさらなる特徴および／または代替的な特徴が、以下の説明、添付の請求項および／または添付の図面により明らかである。

本発明による粒子ビーム装置は、粒子を生成する粒子ビーム発生器を備える。粒子は粒子ビームを形成する。さらに粒子ビームを試料に収束するための対物レンズが設けられている。さらに粒子ビーム装置は、第１コンデンサレンズおよび第２コンデンサレンズを備える。粒子ビーム発生器を起点として対物レンズの方向に見て、まず第１コンデンサレンズ、次いで第２コンデンサレンズを粒子ビーム装置に配置する。換言すれば、粒子ビーム装置の光軸に沿って以下の順序で上記構成部分を配置する：粒子ビーム発生器-第１コンデンサレンズ-第２コンデンサレンズ-対物レンズ。さらに本発明による粒子ビーム装置は、粒子ビーム発生器と第１コンデンサレンズとの間に配置した少なくとも１つの第１絞りユニットを備える。第１絞りユニットに加えて、第１コンデンサレンズと第２コンデンサレンズとの間に配置した少なくとも第２絞りユニットを設ける。

第１コンデンサレンズは、第１極片および第２極片を備え、粒子ビーム発生器を起点として対物レンズの方向に見て、まず第１極片、次いで第２極片を配置する。換言すれば、粒子ビーム装置の光軸に沿って以下の順序で上記構成部分を配置する：粒子ビーム発生器-第１絞りユニット-第１極片-第２極片-第２絞りユニット-第２コンデンサレンズ-対物レンズ。第１極片を上側極片と呼び、第２極片を下側極片と呼ぶことも多い。第１極片および第２極片は双方とも相互に無関係に第２絞りユニットに対して調整可能である。すなわち、第２絞りユニットに対する第１極片の位相対位置が調整可能である。同様のことが第２極片についてもいえる。さらに、第２絞りユニットは圧力段階絞りであり、この圧力段階絞りは、第１圧力を有する真空を形成した第１領域と、第２圧力を有する真空を形成した第２領域とを相互に分離する。

第２絞りユニットは、例えば孔状絞りとして構成し、粒子ビームが通過するための開口を備え、この開口は、例えば１０μｍ〜１００μｍの範囲、好ましくは２５μｍ〜５０μｍの範囲、例えば３５μｍの長さを有する。

上記粒子ビーム装置は２つの有利な特性を備える。一方では、粒子ビームのビーム電流は、広範囲、例えば１０ｐＡ〜３００ｐＡにわたって連続的に可変である。これは、第１コンデンサレンズの励起を変化させることによって達成する。他方では、第２絞りユニットを、例えば一般に超高真空（１０^−６〜１０^−１０Ｐａ）を有し、ビーム発生器を配置した第１領域を、高真空（１０^−１〜１０^−５Ｐａ）を有する第２領域から分離する圧力段階として構成する。第２領域は、例えば、試料を配置した電子ビーム装置の試料チャンバ、または試料チャンバに通じる中間圧力領域であってよい。第２絞りユニットにより、第２領域からの汚染物質によって、例えば試料の領域へのガスの導入によって、第１領域の超高真空が劣化することを阻止する。圧力段階として構成した第２絞りユニットの気密な構成により、第２絞りユニットの機械的調整が困難となる。一次電子ビームの経路が常にモジュールとは無関係となるように、第１コンデンサレンズの第１極片および第２極片を双方とも第２絞りユニットに対して相対的に調整する。この場合、調整は、第１極片および第２極片に関して相互に無関係に行う。第１コンデンサレンズの全体の調整（すなわち、第１極片および第２極片を常に相互に調整すること）は、モードとは無関係のビーム経路を保持するには不十分であることが考察の結果明らかとなった。むしろ、第１極片と第２極片とを相互に無関係に調節することが実際には重要である。

第１絞りユニットとして薄膜絞りを使用した場合、対応して集束した粒子ビームにより、第２絞りユニットを、場合によって生じた汚染物質を再び排除する強さで加熱することができる。この場合、上記および下記において薄膜絞りとは、絞り縁部の領域および少なくとも絞り開口の２倍の直径（例えば約１００μｍ）を有する領域の材料厚さが１０μｍ未満である絞りのことである。

ビーム電流の調整は、例えば使用すべき検査モードに関係して行う。検査すべき物体の表面の像を生成したい場合、例えば粒子ビーム装置の高解像度モードを設定する。このためには、例えば１０ｐＡ〜５００ｐＡの範囲のビーム電流を選択する。しかしながら、例えば上述の他の検査方法を使用するために高電流モードで作動させる場合には、例えば１０ｎＡ〜数１００ｎＡの範囲のビーム電流を選択する。

第２コンデンサレンズは、同様に本発明では特別な機能を備える。すなわち、第２コンデンサレンズにより、選択したビーム電流のために良好な側方解像度が得られるように、対物レンズにおける粒子束の直径を調整することが可能となる。

粒子ビームの特に良好な、モードとは無関係なビーム経路を得るためには、本発明の別の、または代替的な実施形態では、第２コンデンサレンズは、第３極片および第４極片を備え、粒子ビーム発生器を起点として対物レンズの方向に見て、まず第３極片、次いで第４極片を配置する。換言すれば、粒子ビーム装置の光軸に沿って以下の順序で粒子ビーム装置の上記構成部分を配置する：粒子ビーム発生器-第１絞りユニット-第１極片-第２極片-第２絞りユニット-第３極片-第４極片-対物レンズ。第３極片および第４極片は、共に、または相互に無関係に第２絞りユニットに対して調整可能である。

本発明の別の、または代替な実施形態では、第１コンデンサレンズと第２コンデンサレンズとの間に少なくとも１つの偏向手段を配置する。例えば、偏向手段を、第１偏向ユニットおよび第２偏向ユニットを備える偏向システムとして構成する。このような偏向システムは、二重偏向システムとも呼ぶ。例えば、第１偏向ユニットと第２偏向ユニットとの間に第２絞りユニットを配置する。偏向ユニット、例えば上記偏向システムにより、第２絞りユニットの通過後に粒子ビームを第２コンデンサレンズに対して偏向し、調整する。これにより、モードとは無関係の良好な粒子ビームのビーム経路が得られる。

本発明のさらに別の、または代替的な実施形態では、第１絞りユニットは、可変の開口サイズを有する絞り開口を備える。この実施形態は、特に高解像度モードに用いる。例えば、絞りユニットは、第１開口サイズおよび第２開口サイズを有する絞り開口を備え、第１開口サイズは第２開口サイズよりも大きい。第１開口サイズから第２開口サイズに絞り開口を変更することにより、粒子を早期に（すなわち第１絞りユニットで）粒子ビームから遮断する。さもなければ粒子は第２絞りユニットでいずれにせよ遮断されるであろう。このようにして、第１絞りユニットと第２絞りユニットとの間に生じる場合のある粒子ビームの粒子の相互作用を低減または防止する。このようにして、粒子ビームの伝搬に抗して、像生成時の解像度を改善する。この実施形態では、第１絞りユニットの最大絞り開口により粒子ビームの最大ビーム電流を決定する。

本発明の別の、または代替的な実施形態では、第１絞りユニットは第１絞り素子および第２絞り素子を備え、第１絞り素子と第２絞り素子とは、絞り開口を形成するために協働する。換言すれば、第１絞り開口と第２絞り開口とを相対配置して絞り開口を形成する。第１絞り素子と第２絞り素子とは、絞り開口を形成するために相対移動可能である。したがって、例えば、第１絞り素子または第２絞り素子を可動に構成することができる。これに対して代替的に、例えば第１絞り素子および第２絞り素子を双方とも可動に構成する。

本発明の別の、または代替的な実施形態では、さらに第１絞りユニットは、第１絞りストッパ素子および第２絞りストッパ素子を備える。第１絞り素子は、絞り開口を形成するために第１絞りストッパ素子に当接するように可動となっている。付加的または代替的には、第２絞り素子は、絞り開口を形成するために第２絞りストッパ素子に当接するように可動となっている。本発明さらに別の、または代替的な実施形態では、第１絞りユニットは、第１ストッパ素子および第２ストッパ素子を備え、第１絞りユニットは、第１開口サイズを有する絞り開口を形成するために第１ストッパ素子に当接するか、または第２開口サイズを有する絞り開口を形成するために第２ストッパ素子に当接する。第１開口サイズと第２開口サイズとは異なるように構成されている。例えば第２開口サイズは、第１開口サイズよりも大きい。第１ストッパ素子および第２ストッパ素子に基づき、第１絞り素子がとることのできる２つの位置を設ける。第１絞り素子が第１絞ストッパ素子に当接する第１位置では、第１絞り素子は第２絞り素子と協働し、第１開口サイズの絞り開口を準備する。第１絞り素子が第２ストッパ素子に当接する第２位置では、第１絞り素子は第２絞り素子と協働し、第２開口サイズの絞り開口を準備する。第１ストッパ素子および第２ストッパ素子は、例えば、第１絞りユニットを粒子ビーム装置に組み込む前にベースプレートに取付け可能であり、粒子ビームの稼働前に調整する。これにより、粒子ビームが通過することのできる絞り開口の特定の開口サイズを設けることが可能である。第１開口サイズおよび第２開口サイズは、例えば約１０μｍ〜５００μｍの範囲であり、例えば第２開口サイズを第１開口サイズよりも大きく（またはその反対に第１開口サイズを第２開口サイズよりも大きく）選択する。

本発明の別の、または代替的な実施形態では、第２絞り素子を可動に構成する。さらに第１絞りユニットは第３ストッパ素子および第４ストッパ素子を備える。第２絞りユニットは、絞り開口を形成するために第３絞りストッパ素子または第４絞りストッパ素子に当接するように可動に構成する。この実施例により、第１絞り素子を移動し、第１ストッパ素子または第２ストッパ素子に当接させることによっても、第２絞り素子を移動し、第３ストッパ素子または第４ストッパ素子に当接させることによっても、絞り開口を調節可能とすることができる。これに対して代替的には、第１絞り素子のみまたは第２絞り素子のみを移動し、当接させて絞り開口を調節することも可能である。第１絞り素子および第２絞り素子の双方の移動により、特に簡単に、絞り開口の第１開口サイズを適度に小さく（例えば１０μｍ〜１００μｍの範囲で）選択し、絞り開口の第２開口サイズを適度に大きく（例えば５０μｍ〜５００μｍの範囲で）選択することが可能となる。

本発明の別の、または代替的な実施形態では、上記第１絞りストッパ素子を第２ストッパ素子として構成し、上記第２絞りストッパ素子を第３ストッパ素子として構成している。

例えば第１絞りユニットは、第１絞り素子を移動させるための第１駆動ユニットと、第２絞り素子を移動させるための第２駆動ユニットとを備える。これに対して代替的には、１つの駆動ユニットが第１絞り素子および第２絞り素子の双方を移動させる。例えば、駆動ユニットは圧電素子、電磁式移動素子、および／またはバイメタル素子を備える。バイメタル素子としては、必要な動きを提供し、特に非電磁性であり、超真空で使用可能であり、超真空に著しい影響を及ぼすことのない金属のあらゆる組み合わせが適している。列挙した上記駆動ユニットは包括的ではない。むしろ本発明に適したあらゆる駆動ユニットを使用することができる。

駆動ユニット、例えば上記圧電素子または上記電磁式の移動素子の供給または制御のためには、例えば駆動ユニットを制御する電圧を駆動ユニットに供給する供給ユニットを設ける。駆動ユニットをバイメタル素子として構成した場合、駆動ユニットに熱を供給し、駆動ユニットから熱を放出する供給ユニットを設ける。供給ユニットは、例えば粒子ビーム装置の高圧供給ユニットに配置する。高圧供給ラインによって、供給ユニットの制御信号を駆動ユニットに伝達する。さらに、例えば光学信号によって制御可能な駆動ユニットを設計する。このために、駆動ユニットは光学センサを備え、この光学センサを切り換えるために光線によって光学センサを照射することができる。光学センサは駆動ユニットを制御する。駆動ユニットに光学センサを設けることが不都合な場合、本発明の別の、または代替的な実施形態では、例えば駆動ユニットとして構成したバイメタル素子を、粒子ビーム装置に光線（例えばレーザ光線）を投光することによって照射および加熱し、駆動のために不可欠な撓みを得る。上記実施形態では、粒子ビーム発生器と第１コンデンサレンズとの間の構成スペースが一般に小さく、このようにして、制御ラインのための付加的な構成スペースを準備することなしに駆動ユニットの制御が可能となることが有利である。

本発明の別の、または代替的な実施例では、第１絞りユニットの第１絞り素子と第２絞り素子とを弾性的な結合素子によって結合する。例えば、弾性的な結合素子をバイメタル素子として構成する。この実施例では、駆動ユニットは、第１絞り素子を第１ストッパ素子から第２ストッパ素子に移動させるため、または第２絞り素子を第３ストッパ素子から第４ストッパ素子に移動させるために不可欠であるよりも大きい移動距離を有していてもよい。弾性的な結合素子により、不要な移動距離を補償する。さらに、調節距離の設定時には、特に機械的な不正確さにより、絞り開口の所望の開口サイズとは異なる他の開口サイズがもたらされることはない。本発明の実施形態では、第１ストッパ素子と第２ストッパ素子との間、あるいは第３ストッパ素子と第４ストッパ素子との間で第１絞り素子または第２絞り素子が辿る必要のある距離よりも大きい調節距離を常に選択する。第１絞り素子および第２絞り素子を第１ストッパ素子もしくは第２ストッパ素子または第３ストッパ素子もしくは第４ストッパ素子に当接させた後、駆動ユニットがまだ提供している不要な調節距離を弾性的な結合素子によって補償する。

本発明の別の、または代替的な実施例では、第１絞り素子および／または第２絞り素子を少なくとも部分的に弾性的に構成している。これにより、弾性的な結合素子に関して上述のものと同様な効果および利点が得られる。この実施例では、第１絞り素子は第１ジョイントによって相互に結合した第１ジョイント部分および第２ジョイント部分を備える。これに対して代替的または付加的に、第２絞り素子は、第２ジョイントによって相互に結合した第３ジョイント部分および第４ジョイント部分を備える。例えば、第１ジョイントおよび／または第２ジョイントは弾性的に構成している。第１ジョイントおよび／または第２ジョイントは、それぞれ固体ジョイントとして構成してもよい。固体ジョイントは、曲げ剛性を低減した箇所を備えることにより優れている。この箇所は、第１ジョイントと第２ジョイントとを材料接続的に相互に結合することを保証する。同様のことが第３ジョイントおよび第４ジョイントについていえる。曲げ剛性の低減は、一般に局所的な横断面低減によって得られる。この場合、横断面低減部は異なる幾何学形状を有していてよい。固体ジョイントは、さらなるメンテナンスおよび摩擦なしに移動を行うことができるという特性を備える。

本発明の別の、または代替的な実施例では、第１絞りストッパ素子、第２絞りストッパ素子、第１ストッパ素子、第２ストッパ素子、第３ストッパ素子および／または第４ストッパ素子を偏心的に構成している。このようにして、絞り開口の所望の開口サイズが得られるように上記ストッパ素子を正確に位置決めすることが可能となる。偏心の設定は、例えば第１絞り素子を粒子ビーム装置に組み付ける前に行う。

粒子ビーム装置の別の、または代替的な実施例では、例えば５ｋＶ〜１５ｋＶ、特に８ｋＶの地電位に対して第１絞りユニットは１ｋＶ〜２０ｋＶの範囲の電位に位置している。地電位は、例えば試料チャンバのハウジングの電位である。この場合、第１絞りユニットは、粒子ビーム発生器と同じ電位に位置する。このようにして、粒子ビーム発生器によって生成した粒子は問題なしにアノード電位に加速される。上記にも下記にも説明しない遅延手段によって、物体のさらなる検査に必要な所望の電位に制動することが可能となる。

請求項２０に記載の特徴を有する本発明による絞りユニットが得られる。この絞りユニットは、調整可能な絞り開口を備え、粒子ビーム装置に配置するためのものである。さらに、絞りユニットは、絞り開口を形成するために協働する第１絞り素子および第２絞り素子を備える。絞りユニットはさらに第１ストッパ素子を備え、第１絞り素子は、絞り開口を形成するために第１ストッパ素子に当接するように可動となっている。絞りユニットは、上述のような特性および利点を備える。これに関してここで明示的に述べておく。以下に、絞りユニットの幾つかの特徴のみを挙げるが、絞りユニットは、いずれの場合にも上記または下記の特徴を個別に、または特徴を組み合わせて備えていてよい。

絞りユニットの一実施例によれば、絞りユニットは第２ストッパ素子を備える。さらに第１絞り素子は、第１開口サイズを有する絞り開口を形成するために第１ストッパ素子に当接するように可動であるか、または第２開口サイズを有する絞り開口を形成するために第２ストッパ素子に当接するように可動である。別の、または代替的な実施形態では、第２絞り素子を可動に構成する。絞りユニットは第３ストッパ素子を備え、第２絞り素子は、絞り開口を形成するために第３ストッパ素子に当接するように可動である。さらに別の、または代替的な実施形態では、絞りユニットは第４絞り素子を備える。第２絞り素子は、絞り開口を形成するために第３ストッパ素子または第４ストッパ素子に当接するように可動である。

絞りユニットの別の、または代替的な実施例では、絞りユニッは第１絞り素子および／または第２絞り素子を移動させるための少なくとも１つの駆動ユニットを備える。特に駆動ユニットは圧電素子、電磁式の移動素子および／またはバイメタル素子を備える。さらに、駆動ユニットには、駆動ユニットに電圧を供給する供給ユニットを特に設けている。代替的または付加的に、駆動ユニットは供給ユニットを備える。駆動ユニットに熱を供給し、駆動ユニットから熱を放出する供給ユニットを備える。別の実施例では、駆動ユニットを光学信号によって制御可能に設計している。

絞りユニットの別の、または代替的な実施例では、第１絞り素子および第２絞り素子を代替的な結合素子によって結合している。特に、弾性的な結合子素子をバイメタル素子として構成している。特に第１絞り素子は、第１ジョイントによって相互に結合した第１ジョイント部分および第２ジョイント部分を備える。これに対して代替的または付加的に、第２絞り素子は、第２ジョイントによって相互に結合した第３ジョイント部分および第４ジョイント部分を備える。特に、第１ジョイントおよび／または第２ジョイントは弾性的に構成している。第１ジョイントおよび／または第２ジョイントは、それぞれ固体ジョイントとして構成してもよい。

絞りユニットの別の、または代替的な実施例では、第１絞りストッパ素子、第２絞りストッパ素子、第１ストッパ素子、第２ストッパ素子、第３ストッパ素子および／または第４ストッパ素子を偏心的に構成している。

像生成時に良好な解像度を得ることができる方法を請求項３４の特徴部に記載している。この方法は、粒子ビームを生成するための粒子ビーム発生器と、試料に粒子ビームを集束するための対物レンズと、第１コンデンサレンズと第２コンデンサレンズとを備え、電子ビーム発生器を起点として対物レンズの方向にまず第１コンデンサレンズ、次いで第２コンデンサレンズを配置した粒子ビーム装置における粒子ビームのビーム電流を変化させるための役割を果たす。さらに、粒子ビーム装置は、電子ビーム発生器と第１コンデンサレンズとの間に配置した第１絞りユニットと、第１コンデンサレンズと第２コンデンサレンズとの間に配置した第２絞りユニットとを備える。第１絞りユニットは、可変の開口サイズを有する絞り開口を備え、少なくとも第１開口サイズと第２開口サイズとの間の開口サイズが可変であり、第１開口サイズは第２開口サイズよりも大きい。この方法は、第１コンデンサレンズの励起を変化させるステップを含み、第１ビーム電流（例えば、１０ｎＡ〜数１００ｎＡ）で、第２絞りユニットの領域で粒子ビームのクロスオーバーを生成し（例えば、第２絞りユニットに隣接して）、第２ビーム電流（例えば１０ｎＡ〜１ｎＡ）で、粒子ビームのクロスオーバーを第２絞りユニットから所定の間隔をおいて生成し、第１ビーム電流は第２ビーム電流よりも大きい。第１コンデンサレンズの主平面から第２絞りユニットまでの間隔をＤと定義し、クロスオーバーから第１コンデンサレンズの主平面までの間隔をＬと定義した場合、次の関係が成り立つ。
Ｌ＜０．４５×Ｄ [関係式１]
の場合、粒子ビーム装置は高解像度モードで作動する（ビーム電流は、例えば約１０ｐＡ〜５００ｐＡの範囲）。
０．７５×Ｄ＜Ｌ＜１．２５×Ｄ [関係式２]
の場合、粒子ビーム装置は高電流モードで作動する（ビーム電流は、例えば１０ｎＡ〜３００ｎＡの範囲）。
０．４５×Ｄ＜Ｌ＜０．７５×Ｄ [関係式３]
の場合、粒子ビーム装置は移行領域で作動し、ビーム電流を制限することが不都合な場合には適宜な場所で大きい絞り開口を有する第１絞りユニットを選択することが望ましい。

この方法は、第２ビーム電流の場合にエネルギー幅および仮想光源サイズの拡大を低減するために第１絞りを第２開口サイズに設定するステップをさらに含む。第１開口サイズから第２開口サイズに絞り開口を変更することにより、粒子を早期に（すなわち、第１絞りユニットで）粒子ビームから遮断することが達成される。さもなければ粒子は第２絞りユニットでいずれにせよ遮断されるであろう。このようにして、第１絞りユニットと第２絞りユニットとの間に生じる場合のある粒子ビームの粒子の相互作用を低減または防止する。これにより、像生成時の解像度を改善する。

Ｌが増加するつれてビーム電流は上昇し、解像度は低下する。高解像度モードでは、解像度は緩やかに（例えばビーム電流が１０ｐＡ〜５００ｐＡに上昇した場合に１．４ｎｍから２ｎｍに）低下する。高電流モードでは、解像度はもはやそれほど良好ではない。例えば解像度は５ｎｍである。しかしながら、解像度はさらに低下する場合もある。

この方法の別の実施例では、第１ビーム電流よりも小さく、第２ビーム電流よりも大きい第３ビーム電流で、粒子ビーム発生器と対物レンズとの間に粒子ビームのクロスオーバーが生じないように第１コンデンサレンズおよび第２コンデンサレンズを作動する。この設定をクロスオーバーなしのモードと呼ぶ。このクロスオーバーなしのモードは、
０．３×Ｄ＜Ｌ＜０．４５×Ｄ [関係式４]
が成り立つ場合、上位のビーム電流範囲（２００ｐＡ〜５００ｐＡ）で高解像度モードとオーバーラップする。

このオーバーラップでは、クロスオーバーなしのモードは、クロスオーバーがないので高解像度モードよりも幾分良好な解像度を示す（同じビーム電流を有する両モードを比較した場合）。２００ｐＡ未満のビーム電流では、
Ｌ＜０．３×Ｄ ［関係式５］
が成り立ち、高解像度モードにおける作動のみが可能である。このモードでは粒子ビーム装置の最適な解像度が得られる。

本発明による絞りユニットおよび絞りユニットを有する粒子ビーム装置により、粒子ビームのビーム電流の正確な調整をわずかな手間で十分に良好に行うことができ、粒子ビームのモジュールとはできるだけ無関係のビーム経路を達成することができる。

調整可能な絞り開口を有する絞りユニットを備えるＳＥＭの概略図である。 調整可能な絞り開口を有する絞りユニットの第１実施例を示す概略図である。 図２に示す絞りユニットの別の概略図である。 図２に示す絞りユニットの別の概略図である。 ストッパ素子の概略図である。 調整可能な絞り開口を有する絞りユニットの第２実施例を示す概略図である。 図１のＳＥＭを高解像度モードで示す別の概略図である。 図１のＳＥＭを高電流モードで示す別の概略図である。 クロスオーバーのない光路を選択した場合の図１のＳＥＭの別の概略図である。 調整可能な絞り開口を有する別の絞りユニットを備えるＳＥＭの概略図である。

ＳＥＭの形態の粒子ビーム装置を用いて本発明をさらに詳細に説明する。しかしながら、本発明がＳＥＭに制限されないことを明確に指摘しておく。むしろ本発明はあらゆる粒子ビーム装置、特にイオンビーム装置で実施することができる。

図１は、ＳＥＭ１の概略図である。ＳＥＭ１は電子源２（カソード）、引出し電極３、およびＳＥＭ１のビーム案内管５の端部に載置したアノード４の形態のビーム発生器を有している。電子源２は、例えば熱電界放出器として構成している。本発明は、もちろんこのような熱電界放出器に制限されない。むしろあらゆる電子源が使用可能である。

電子源２から放出する電子は、一次電子ビームを形成する。電子は、電子源２とアノード４との間の電位差に基づきアノード電位に加速される。アノード電位はここの示す実施例１では試料チャンバ（図示しない）のハウジングの地電位に対して１ｋＶ〜２０ｋＶであり、例えば５ｋＶ〜１５ｋＶ、特に８ｋＶである。しかしながら、代替的には地電位に位置してもよい。

ビーム案内管５には２つのコンデンサレンズ、すなわち、第１コンデンサレンズ６および第２コンデンサレンズ７を配置する。この場合、電子源２を起点として対物レンズ１０の方向にまず第１コンデンサレンズ６、次いで第２コンデンサレンズ７を配置する。

第１コンデンサレンズ６は第１極片６ａおよび第２極片６ｂを備え、電子源１を起点として対物レンズ１０の方向に見て、まず第１極片６ａ、次いで第２極片６ｂを配置する。第２コンデンサレンズ７は同様の構成を有し、第３極片７ａおよび第４極片７ｂを備える。電子源２を起点として対物レンズ１０の方向に見て、まず第３極片６ａ、次いで第４極片７ｂを配置する。第１極片６ａ（または第３極片７ａ）を上側極片と呼び、第２極片６ｂ（または第４極片７ｂ）を下側極片と呼ぶことも多い。

アノード４と第１コンデンサレンズ６との間には、第１絞りユニット８を配置する。第１絞りユニット８は、アノード４およびビーム案内管５と共に高圧電位、すなわち、アノード４の電位または接地に位置する。第１コンデンサレンズ６と第２コンデンサレンズ７との間には定置の第２絞りユニット９を配置する。第１コンデンサレンズ６、第２コンデンサレンズ７、第１絞りユニット８および第２絞りユニット９の機能をさらに以下に詳細に説明する。

第１コンデンサレンズ６の第１極片６ａおよび第２極片６ｂは双方とも第１調整機構２３によって相互に無関係に第２絞りユニット９に対して調整可能である。すなわち、第２絞りユニット９に対する第１極片６ａの位相対位置が調整可能である。同様のことが第２極片６ｂについてもいえる。第２コンデンサレンズ７の第３極片７ａおよび第４極片７ｂも第２調整ユニット２４によって共に、または相互に無関係に第２絞りユニット９に対して調整可能である。

第１コンデンサレンズ６には第１コイル６ｃが配置されており、第２コンデンサレンズ７には第１コイル７ｃが配置されている。第１コイル６ｃおよび第２コイル７ｃによって、第１極片６ａおよび第２極片６ｃ、または第３極片７ａおよび第４極片７ｂの不可欠な励磁を得ることができる。

対物レンズ１０は、孔を構成した対物レンズ極片１１を有している。この孔を通ってビーム案内管５を案内する。極片１１に第２コイル１２をさらに配置する。ビーム案内管５の後方には静電的な遅延手段を配置する。この遅延手段は個々の電極１５およびチューブ電極１４を備え、ビーム案内管５における試料１６に向いた端部にチューブ電極１４を構成する。したがって、チューブ電極１４は、ビーム案内管５と共にアノード４の電位に位置し、個々の電極１５および試料１６はアノード４の電極に対してより低い電位に位置する。本実施例では、これは試料チャンバ（図示しない）のハウジングの地電位である。このように、一次電子ビームの電子を試料１６の検査のために必要な所望のエネルギーに制動することができる。

ＳＥＭ１はさらに操作手段１３を備え、この走査手段１３によって一次電子ビームを偏向し、試料１６によって走査することができる。この場合、一次電子ビームの電子は、試料１６の相互作用している。相互作用の結果、相互作用粒子および／または相互作用ビームが生じ、これらは検出される。このようにして得られた検出信号を評価する。

相互作用粒子として、特に試料１６の表面からの電子（いわゆる「二次電子」）または一次電子ビームの電子を後方散乱させる（いわゆる「後方散乱電子」）。二次電子ビームおよび／または後方散乱電子を検出するために、第１検出器１７および第２検出器１８を有する検出装置をビーム案内管５に配置する。この場合、光軸Ａに沿って電子源側に第１検出器１７を配置し、光軸に沿って試料側にビーム案内管５の内部に第２検出器１８を配置する。さらに、ＳＥＭ１の光軸Ａの方向に互いにずらして第１検出器１７および第２検出器１８を配置する。第１検出器１７および第２検出器１８は双方とも、一次電子ビームが進入できるそれぞれ１つの貫通開口を有し、ほぼアノード４およびビーム案内管５の電位に位置する。ＳＥＭ１の光軸Ａは、それぞれの貫通開口を通って延在している。

第２検出器１８は、比較的大きい空間角度で試料１６から放出する電子を検出する役割を果たす。この場合、まず二次電子が問題となる。これに対して試料１６で後方散乱し、試料１６からの放出時に二次電子に比べて比較的高い動的エネルギーを有する電子（後方散乱電子）は、第２検出器１８によって極めて僅かな部分だけ検出される。なぜなら、後方散乱電子は、対物レンズ１０の光軸Ａに対して比較的近傍に集束され、ひいては二次検出器１８の貫通開口を通過することができるからである。したがって、第１検出器１７は、後方散乱電子を検出する役割を果たす。第１検出器１７および第２検出器１８によって生成された検出信号を使用し、試料１６の表面の１つまたは複数の画像を生成する。

第１絞りユニット８および第２絞りユニット９の絞り開口ならびに第１検出器１７および第２検出器１８の貫通開口は誇張して示していることを明確に指摘しておく。第１検出器１７および第２検出器１８の貫通開口は、１ｍｍ〜５ｍｍの範囲の最大長さを有する。例えばこれらの貫通開口は円形に構成されており、１ｍｍ〜３ｍｍの範囲の直径を有する。第１絞りユニット８および第２絞りユニット９の絞り開口の大きさについては以下にさらに詳細に説明する。

第２絞りユニット９は、ここに示す実施例では、孔状絞りとして構成されており、一次電子ビームを通過させるための開口を備え、この開口は、２５μｍ〜５０μｍの範囲、例えば３５μｍの口径を有する。第２絞りユニット９は圧力段階絞り（）として構成している。第２絞りユニット９は、電子源２が配置されており、超高真空（１０^−６〜１０^−１０Ｐａ）を有する第１領域を、高真空（１０^−１〜１０^−５Ｐａ）を有する第２領域から分離している。第２領域は、試料チャンバ（図示しない）に通じるビーム案内管５の中間圧力領域である。これについても以下にさらに詳細に説明する。

画像生成の他に、ＳＥＭ１では、試料１６を検査するために使用することができる検査方法がある。これには、散乱電子の回折パターンを検出するいわゆるＥＢＳＤ法（“Electron Backscattered Diffraction：電子後方散乱回折”）が挙げられる。別の検査方法は、一次電子ビームが試料１６に入射した場合に試料１６から放出するカソードルミネッセンスの検出に基づく。他の検査方法は、例えばエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）による検査および波長分散型Ｘ線分光法（ＷＤＸ）である。これら他の検査方法では、ビーム案内管５と試料１６との間の領域に配置した少なくとも１つの第３検出器１９を設ける。さらなる第３検出器１９を設けてもよい（図示しない）。

上述のように、試料１６の表面における画像の十分に良好な解像度を得るためには、ＳＥＭ１を高解像度モードで作動することが望ましい。これに対して、他の検査方法では、高い計数率が必要とされ、したがって、ＳＥＭ１を高電流モードで作動することが望ましい。

２つのモード（高解像度モードおよび高電流モード）の間で切り換えることができるように、まず第１コンデンサレンズ６を対応して励磁する。これにより、ビーム電流を、例えば１０ｐＡ〜３００ｎＡの範囲で連続的に変化させる。高解像度モードでは、第１絞り開口８の別の絞り開口を選択し、これにより、一次電子ビームから電子を早期に遮断することが可能である。さもなければ電子はいずれにせよ第２絞りユニット９で遮断される。図２〜図４は、図１に示すＳＥＭ１の場合と同様に装備し、使用する第１絞りユニット８の実施態様を概略的に示す。第１絞りユニット８は第１絞り素子８５を有し、第１絞り素子８５は第１ジョイント部分８６と第２ジョイント部分８７を備える。第１ジョイント部８７と第２ジョイント部８７とは、第１ジョイント８８で相互に結合している。付加的に、第１絞りユニット８には第２絞り素子８９が設けられており、第２絞り素子は、第３ジョイント部分９０と第４ジョイント部分９１とを備える。第３ジョイント部分９０と第４ジョイント部分９１とは第２ジョイント９２で相互に結合している。

第１ジョイント８８および第２ジョイント９２は、弾性的に、それぞれ固体ジョイントとして構成する。固体ジョイントは、相互に曲げ剛性を有する箇所を備えていることにより優れている。第１ジョイント８８および第２ジョイント９２は、それぞれ実質的にＳＥＭ１の光軸Ａに対して平行な運動軸線を有する。光軸Ａは、図２〜図４の図平面で垂直方向に位置する。

第１絞り素子８５の第２ジョイント８７と第２絞り素子８９の第４ジョイント９１との間には圧電素子９５を配置しる。圧電素子９５は、第１固定素子９３と第２固定素子９４とによって保持する。圧電素子９５は、弾性圧電素子（弾性アクチュエータ）として構成する。しかしながら、本発明は、弾性圧電素子に限定されないことを明確に指摘しておく。むしろあらゆる適宜な駆動ユニット、例えば圧電−慣性駆動部、ブロック-圧電素子および／または圧電式-尺取り虫寸動機構が使用可能である。ピエゾ素子９５は、図１にも示した制御・供給手段２０に結合している。制御・供給手段２０は、第１絞りユニット８のアノード電圧に制御・供給信号を重畳するように配置し、切り換える。

第１絞りユニット８の第１ジョイント部分８６には、第１制限素子９６を配置する。同様のことが第２絞り素子８９の第３ジョイント部分９０についてもいえる。ここには第２制限素子９７を配置する。第１制限素子９６および第２制限素子９７は、それぞれＶ字形部分を有し、これらの部分は、絞り開口を形成するために協働する。第１制限素子９６と第２制限素子９７とは相互に重なり、相互に反対方向に移動させることができる。このようにして、以下にさらに詳細に説明するように、絞り開口９８の大きさを調整する。

第１ジョイント部分８６の第１端部１００の領域には、第１ストッパ素子８１および第２ストッパ素子８２を配置する。さらに、第３ジョイント部分９０の第２端部１０１の領域には、第３ストッパ素子８３および第４ストッパ素子を配置する。図５は、第１ストッパ素子８１を概略的に示す。他のストッパ素子は構成が同じである。第１ストッパ素子８１は偏心素子として構成し、制限部分８１ａと案内素子８１ｂとを備える。案内素子８１ｂは、図２〜図４に概略的に示すベースプレート１０２に取り付ける。このベースプレート１０２には、上記ストッパ素子８１〜８４、第１固定素子９３および第２固定素子９４を配置する。

図２〜図４に示すように、２つの設定を設け、一方では第１ジョイント部分８６が第２ストッパ素子８２に当接し、第３ジョイント部分９０が第３ストッパ素子８３に当接する（図２）し、他方では、第１ジョイント部分８６が第１ストッパ素子８１に当接し、第３ジョイント部分９０が第４ストッパ素子８４に当接する（図４）。これら２つの設定は、絞り開口９８の第１開口サイズ（図２）および第２開口サイズ（図４）を提供する。この場合、以上および以下においても開口サイズとは一次元的なサイズ（長さ）であり、絞り開口の直径または第１制限素子９６の縁部と第２制限素子９７の縁部との間の最大間隔を意味する。第１ストッパ素子８１、第２ストッパ素子８２、第３ストッパ素子８３および第４ストッパ素子８４を偏心素子として構成することにより、上記ストッパ素子を正確に位置決めし、絞り開口９８の所望の開口サイズ（第１開口サイズまたは第２開口サイズ）を得ることが可能であり、第１開口サイズおよび第２開口サイズは、それぞれ所定方向の絞り開口９８の最大長さによって付与される。上記ストッパ素子の設定は、例えば第２絞りユニット８をＳＥＭ１に組み込む前に得られる。第１開口サイズおよび第２開口サイズは、例えば約１０μｍ〜５００μｍの範囲である。さらに第２開口サイズは第１開口サイズよりも大きく選択する。例えば、第１開口サイズは５０μｍであり、第２開口サイズは２００μｍである。

ＳＥＭ１では、圧電素子９５の制御によって、第１絞り素子８５および第２絞り素子８９を移動させ、第１開口サイズと第２開口サイズとの間で切り換えることが可能である。図２は、圧電素子５が励起されていない状態を示す。この状態では、第１ジョイント８８および第２ジョイント９２は予荷重をかけられており、第１ジョイント部分８６は第２ストッパ素子８２に当接し、第３ジョイント部分９６は第３ストッパ素子８３に当接している。第１制限素子９６と第２制限素子９７とは相互に重なり、絞り開口９８が第１開口サイズをとるように協働する。図３は移行状態を示す。この状態では、圧電素子９５は、軽く撓むように励起される。これにより、第１ジョイント部分８６は、第１ストッパ素子８１と第２ストッパ素子８２との間に位置するように移動する。さらに第３ジョイント部分９０は、第３ストッパ素子８３と第４ストッパ素子８４との間に位置するように移動する。第１ジョイント８８および第２ジョイント９２は弛緩している。図４は、第１ジョイント部分８６が第１ストッパ素子８１に当接し、第３ジョイント部分９０が第４ストッパ素子８４に当接するように圧電素子９５を励起し、曲げた状態を示す。第１ジョイント８８および第２ジョイント９２は再び緊張している。第１制限素子９６および第２制限素子９７は相互に重なり、絞り開口９８が第２開口サイズをとるように協働する。

上述のように、第１ジョイント８８および第２ジョイント９２は、弾性的に構成されている。さらに、提供される調節経路が、それぞれのストッパ素子間における第１ジョイント部分８６および第２ジョイント部分９０の移動に実際に必要とされる経路よりも大きくなるように、圧電素子９５を励起する。第１ジョイント部分８６を第１ストッパ素子８１または第２ストッパ素子８２に当接させ、第３ジョイント部分９０を第３ストッパ素子８３または第４ストッパ素子８４に当接させた後、圧電素子９５が撓みによってまだ提供している不要な移動距離を弾性的な構成によって補償する。絞り開口における第１開口サイズまたは第２開口サイズとは異なる開口サイズをもたらす機械的な不正確さによる誤差をこのようにして防止する。

上述のように、一次電子ビームのビームを規定可能な範囲にわたって、例えば１０ｎＡ〜３００ｎＡの範囲で連続的に調整可能である。第１コンデンサレンズ６の励起を変化させることによってこれを達成する。

上述のように、第２絞りユニット９は圧力段階絞りとして構成されている。第２絞りユニット９により、第１領域の超高真空が、第２領域からの汚染物質によって、例えば試料の領域におけるガスの導入により劣化することを防止する。

一次電子ビームの経路が常にモードとは無関係となるように、第１コンデンサレンズ６の第１極片６ａおよび第２極片６ｂは第１調整機構２３によって第２絞りユニット９に対して調整可能となっている。この調整は、第１極片６ａおよび第２極片６ｂについて相互に無関係に行う。第１コンデンサレンズ６の全体の調整（すなわち、第１極片６ａおよび第２極片６ｂを常に相互に調整すること）は、モードとは無関係のビーム経路を保持するには不十分であることが考察の結果明らかとなった。むしろ、第１極片６ａと第２極片６ｂとを相互に無関係に調節することが実際には重要である。

モードとは無関係の特に良好な一次電子ビームのビーム経路を保持するために、本実施例では、第２調整機構２４によって、第２コンデンサレンズ７の第３極片７ａと第４極片７ｂとを共に、または相互に無関係に第２絞りユニット９に対して調整可能となっている。これに対して代替的に、第１偏向ユニット２５、第２偏向ユニット２６および第３偏向ユニット２７からなる偏向システムによって、絞りユニット９と試料１６との間の領域における一次電子ビームを偏向し、これによりモードとは無関係なビーム経路を得ることができる。しかしながら、本発明は、上記数の偏向ユニットに制限されないことを明確に指摘しておく。むしろ、１つのみの偏向ユニット、２つの偏向ユニット、または４つ以上の偏向ユニットを設けることもできる。

図７は図１に示したＳＥＭ１を、一次電子ビームの光路の一部と共に示す。粒子束の直径は、図７および以下の図面において誇張した大きさで示している。ＳＥＭ１は、図７では高解像モードになっている。第１コンデンサレンズ６は、一次電子ビームのクロスオーバーが電子源３の比較的近傍に配置されるように励起する。第１コンデンサレンズ６の主平面と第２絞りユニット９との間隔をＤとし、クロスオーバーと第１コンデンサレンズ６の主平面との間隔をＬと定義した場合、高解像度モードでは、
Ｌ＜０．４５×Ｄ [関係式１]
が成り立ち、ビーム電流は、例えば約１０ｐＡ〜５００ｐＡである。同時に、第１絞りユニット８では小さい絞り開口を選択する。このようにして、既に第１絞りユニット８で一次電子ビームの大部分を遮断する。一次電子ビームはさもなければ、いずれにせよ第２絞りユニット９で遮断される。これにより、一次電子ビームに残された電子の相互作用が、相互に無視できる程度に小さくなり、このような相互作用に基づく一次電子ビームの拡大を防止する。したがって、像生成時に良好な解像度を得ることができる。

図８は、図１のＳＥＭ１を、再び高電流モードにおける一次電子ビームの光路の一部と共に示す。一次電子ビームのクロスオーバーが第２絞りユニット９の近傍で得られるように一次コンデンサレンズ６を励起する。この場合、クロスオーバーは第１コンデンサレンズ６と第１絞りユニット９との間に位置する。しかしながら、これに対して代替的に、クロスオーバーを第２絞りユニット９と第２コンデンサレンズ７との間に配置することも可能である。このようにして、一次電子ビームの大部分を第２絞りユニット９を通過させることが可能である。高電流モードでは、
０．７５×Ｄ＜Ｌ＜１．２５×Ｄ [関係式２]
が成り立ち、ビーム電流は、例えば１０ｎＡ〜３００ｎＡの範囲である。

図９は、図１のＳＥＭ１を、一次電子ビームの光路の一部と共に示し、ここでは高い電流と低い電流との間のビーム電流を選択する。これは、高電流モードと高解像度モードとのあいだの移行領域である。この実施例では、電子源２と対物レンズ１９との間に一次電子ビームのクロスオーバーが生じるように第１コンデンサレンズ６および第２コンデンサレンズ７を作動する。図９に示すクロスオーバーなしのモードでは、このモードは、例えば、
０．３×Ｄ＜Ｌ＜０．４５×Ｄ [関係式４]
が成り立つ場合、上位のビーム電流領域（２００ｐＡ〜５００ｐＡ）で高解像度モードと重なる。

この重なりでは、クロスオーバーなしのモードはクロスオーバーがないために、（両モードを同じビーム電流で比較した場合）高解像度モードよりも幾分良好な解像度を示す。２００ｐＡ未満のビーム電流の場合には、
Ｌ＜０．３×Ｄ [関係式５]
が成り立ち、高解像度モードにおける作動のみが可能である。

一次電子ビームのビーム電流の設定は、使用すべき検査モードとは無関係に行う。試料１６の表面の像を生成したい場合、ＳＥＭ１の高解像度モードを設定することができる。このために、例えば１０ｐＡ〜１ｎＡの範囲のビーム電流を選択する。しかしながら、例えばさらに上記の他の検査方法を使用するために高電流モードで作動したい場合には、例えば１０ｎＡ〜１００ｎＡの範囲のビーム電流を選択する。

第２コンデンサレンズ７は、ＳＥＭ１において、選択したビーム電流で良好な側方解像度が得られるように対物レンズ１０の一次電子束の直径を調整する機能を有する。

図６は、第１絞りユニット８の別の実施例を示す。絞りユニット８は、図２〜図４に示した実施例に類似している。同じ構成部分には同じ符号を付す。図２〜図４に示した実施例とは異なり、第１絞り素子８５および第２絞り素子８９はジョイント部分を有していない。むしろ第１絞り素子８５および第２絞り素子８９は、バイメタル素子９９を介して相互に接続されている。バイメタル素子９９は、制御・供給手段２０に接続している。制御・供給手段２０は、光学センサ２１および加熱・冷却素子２２を有している。光学センサ２１への光の入射により、加熱・冷却素子２２を切り換えることができ、加熱・冷却素子２２はバイメタル素子９９を制御する。高温および低温の供給とは無関係に、第１絞り素子８５および第２絞り素子８９をストッパ素子の位置へ移動させ、第１開口サイズまたは第２開口サイズが得られるようにバイメタル素子９９を撓ませることができる。したがって、電子源２と第１コンデンサレンズ６との間の構成スペースがわずかなので光学センサ２１の使用は有利であり、このようにして、制御ラインのために付加的な構成スペースを設けることなしにバイメタル素子９９を制御することが可能である。図６に示したバイメタル素子９９は弾性的に構成されており、第１ジョイント８８および第２ジョイント９２の弾性的な構成に関して述べたのと同じ作用および同じ利点を提供する。制御・供給ユニット２０をベースプレート１０２に配置してこの領域の真空を劣化させたくない場合、別の実施形態で、光線（例えばレーザビーム）をＳＥＭ１に入射することにより、バイメタル素子９９を照射し、加熱し、これにより、駆動に不可欠な撓みを得る。

図１０は、ＳＥＭ１の別の実施例を示す。図１０のＳＥＭ１は図１のＳＥＭ１に対応している。同じ構成部分には同じ符号を付す。図１に示した実施例とは異なり、第１絞りユニット８は、アノード４と第１絞りユニット８との間に配置した孔状ユニット８ａを備える。孔状ユニット８ａは、第１開口サイズを有する絞り開口を提供し、第１絞りユニット８は、第２開口サイズおよび第３開口サイズを有する絞り開口を提供する。第１開口サイズは、第３開口サイズより著しく大きい。第１開口サイズは、第２開口サイズよりも小さい。この実施形態では、第１絞りユニット８は図２〜図４に示した実施形態に対応し、第１絞りユニット８は第１絞り素子８５のためには第１絞りストッパ素子１８２のみを備え、第２絞り素子８９のためには第２絞りストッパ素子１８３のみを備える。これは、第１開口サイズ（これは実際に得られる効果的開口）または第３開口サイズが得られるように第１絞り素子８５および第２絞り素子８９を移動するためには十分である。上記実施形態は、第１制限素子９６および第２制限素子９７の領域で散乱電子がほぼ完全に防止されるという利点を有する。代替的に、第１開口サイズを第２開口サイズよりも幾分大きくするか、またはほぼ同じ大きさにしてもよい。この実施形態では、第１絞りストッパ素子１８２および第２絞りストッパ素子１８３の代わりに、再び第１ストッパ素子８１、第２ストッパ素子８２、第３ストッパ素子８３および第４ストッパ素子８４を必要とする。第１絞り素子８５および第２絞り素子８９の移動により、第２開口サイズまたは第３開口サイズを得ることができる。この実施形態では、第１制限素子９６および第２制限素子９７の領域の散乱電子を少なくとも広範囲に防止する。

１ ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）
２ 電子源
３ 引出し電極
４ アノード
５ ビーム案内管
６ 第１コンデンサレンズ
６ａ 第１極片
６ｂ 第２極片
６ｃ 第１コイル
７ 第２コンデンサレンズ
７ａ 第３極片
７ｂ 第４極片
７ｃ 第２コイル
８ 第１絞りユニット
９ 第２絞りユニット
１０ 対物レンズ
１１ 対物レンズ-極片
１２ 第３コイル
１３ 走査手段
１４ チューブ電極
１５ 電極
１６ 試料
１７ 第１検出器
１８ 第２検出器
１９ 第３検出器
２０ 制御・供給ユニット
２１ 光学センサ
２２ 加熱・冷却素子
２３ 第１調整機構
２４ 第２調整機構
２５ 第１偏向ユニット
２６ 第２偏向ユニット
２７ 第３偏向ユニット
Ａ 光軸
８１ 第１ストッパ素子
８１ａ 制限部分
８１ｂ 案内素子
８２ 第２ストッパ素子
８３ 第３ストッパ素子
８４ 第４ストッパ素子
８５ 第１絞り素子
８６ 第１ジョイント部分
８７ 第２ジョイント部分
８８ 第１ジョイント
８９ 第２絞り素子
９０ 第３ジョイント部分
９１ 第４ジョイント部分
９２ 第２ジョイント
９３ 第１固定素子
９４ 第２固定素子
９５ 圧電素子
９６ 第１制限素子
９７ 第２制限素子
９８ 絞り開口
９９ バイメタル素子
１００ 第１端部
１０１ 第２端部
１０２ ベースプレート
１８２ 第１絞りストッパ素子
１８３ 第２絞りストッパ素子

Claims (20)

1. 粒子ビーム装置（１）であって、
   粒子ビームを形成する粒子を生成するための粒子ビーム発生器（２）と、
   試料（１６）に前記粒子ビームを集束するための対物レンズ（１０）と、
   前記粒子ビーム発生器（２）を起点として前記対物レンズ（１０）の方向に見て、まず第１コンデンサレンズ（６，６ａ，６ｂ，６ｃ）、次いで第２コンデンサレンズ（７，７ａ，７ｂ，７ｃ）の順序で配置した第１コンデンサレンズ（６，６ａ，６ｂ，６ｃ）および第２コンデンサレンズ（７，７ａ，７ｂ，７ｃ）と、
   前記粒子ビーム発生器（２）および前記第１コンデンサレンズ（６，６ａ，６ｂ，６ｃ）の間に配置した第１絞りユニット（８）と、
   前記第１コンデンサレンズ（６，６ａ，６ｂ，６ｃ）および前記第２コンデンサレンズ（７，７ａ，７ｂ，７ｃ）の間に配置した第２絞りユニット（９）とを備える粒子ビーム装置において、
   前記第１コンデンサレンズ（６）が、第１極片（６ａ）および第２極片（６ｂ）を備え、前記粒子ビーム発生器（２）を起点として前記対物レンズ（１０）の方向に見て、まず前記第１極片（６ａ）、次いで前記第２極片（６ｂ）が配置され、
   前記第１極片（６ａ）および前記第２極片（６ｂ）が、双方とも相互に無関係に前記第２絞りユニット（９）に対して調整可能であり、
   前記第２絞りユニット（９）が、薄膜絞り等で構成された圧力段階絞りであり、前記圧力段階絞りは、第１圧力を有する真空を形成した第１領域と、第２圧力を有する真空を形成した第２領域とが相互に分離されていることを特徴とする粒子ビーム装置。
2. 請求項１に記載の粒子ビーム装置（１）において、
   前記第２コンデンサレンズ（７）が、第３極片（７ａ）および第４極片（７ｂ）を備え、前記粒子ビーム発生器（２）を起点として前記対物レンズ（１０）の方向に見て、まず前記第３極片（７ａ）、次いで前記第４極片（７ｂ）が配置され、
   前記第３極片（７ａ）および前記第４極片（７ｂ）が、共に、または相互に無関係に前記第２絞りユニット（９）に対して調整可能であることを特徴とする粒子ビーム装置。
3. 請求項１または２に記載の粒子ビーム装置（１）において、
   前記第１絞りユニット（８）と前記第２コンデンサレンズ（７，７ａ，７ｂ，７ｃ）との間に少なくとも１つの偏向手段（２５，２６，２７）が配置されている粒子ビーム装置。
4. 請求項１から３までの何れか一項に記載の粒子ビーム装置（１）において、
   前記第１絞りユニット（８）が、変更可能な開口サイズを有する絞り開口（９８）を備える粒子ビーム装置。
5. 請求項４に記載の粒子ビーム装置（１）において、
   前記第１絞りユニット（８）が第１絞り素子（８５）および第２絞り素子（８９）を備え、
   前記第１絞り素子（８５）および前記第２絞り素子（８９）が、互いに協働して絞り開口（９８）を形成し、
   前記第１絞り素子（８５）および前記第２絞り素子（８９）が相対移動可能である粒子ビーム装置（１）。
6. 請求項５に記載の粒子ビーム装置（１）において、
   前記第１絞りユニット（８）が、第１絞りストッパ素子（１８２）および第２絞りストッパ素子（１８３）を備え、
   前記第１絞り素子（８５）が、前記絞り開口（９８）を形成するために前記第１絞りストッパ素子（１８２）に当接するように可動となっており、および／または
   前記第２絞り素子（８９）が、前記絞り開口（９８）を形成するために前記第２絞りストッパ素子（１８３）に当接するように可動である粒子ビーム装置。
7. 請求項５に記載の粒子ビーム装置（１）において、
   前記第１絞りユニット（８）が、第１ストッパ素子（８１）および第２ストッパ素子（８２）を備え、
   前記第１絞り素子（８５）が、第１開口サイズを有する前記絞り開口（９８）を形成するために前記第１ストッパ素子（８２）に当接するか、または第２開口サイズを有する前記絞り開口（９８）を形成するために前記第２ストッパ素子（８２）に当接する粒子ビーム装置。
8. 請求項５から７までの何れか一項に記載の粒子ビーム装置（１）において、
   前記第１絞りユニット（８）が、第３ストッパ素子（８３）および第４ストッパ素子（８４）を備え、
   前記第２絞り素子（８９）が、前記絞り開口（９８）を形成するために第３絞りストッパ素子（８３）または第４絞りストッパ素子（８４）に当接するように可動である粒子ビーム装置。
9. 請求項５から８までの何れか一項に記載の粒子ビーム装置（１）において、
   前記第１絞りユニット（８）が、前記第１絞り素子（８５）および／または前記第２絞り素子（８９）を移動させるための少なくとも１つの駆動ユニット（９５，９９）を備える粒子ビーム装置。
10. 請求項９に記載の粒子ビーム装置（１）において、
    前記第１絞りユニット（８）が次の特徴、すなわち：
    前記駆動ユニット（９５）が圧電素子を備えるか、
    前記駆動ユニットが電磁式移動素子を備えるか、または
    前記駆動ユニット（９９）がバイメタル素子を備える
    という特徴のうちの少なくとも１つを備える粒子ビーム装置。
11. 請求項９または１０に記載の粒子ビーム装置（１）において、
    前記第１絞りユニット（８）が次の特徴、すなわち：
    前記駆動ユニット（９５）が、該駆動ユニット（９５）に電圧を供給する供給ユニット（２０）を備えるか、または
    前記駆動ユニット（９９）が、該駆動ユニット（９９）に熱を供給し、該駆動ユニットから熱を放出する供給ユニット（２０）を備える
    という特徴のうちの少なくとも１つを備える粒子ビーム装置。
12. 請求項９から１１までの何れか一項に記載の粒子ビーム装置（１）において、
    前記駆動ユニット（９９）が光学信号によって制御可能に設計されている粒子ビーム装置。
13. 請求項５から１２までの何れか一項に記載の粒子ビーム装置（１）において、
    前記第１絞り素子（８５）と前記第２絞り素子（８９）とが弾性的な結合素子（９９）によって相互に結合されている粒子ビーム装置。
14. 請求項１３に記載の粒子ビーム装置（１）において、
    前記弾性的な結合素子（９９）がバイメタルとして構成されている粒子ビーム装置。
15. 請求項５から１２までの何れか一項に記載の粒子ビーム装置（１）において、
    前記第１絞りユニット（８）が次の特徴、すなわち：
    前記第１絞り素子（８５）を少なくとも部分的に弾性的構成しているか、または
    前記第２絞り素子（８９）を少なくとも部分的に弾性的に構成している
    という特徴のうちの少なくとも１つを備える粒子ビーム装置。
16. 請求項１５に記載の粒子ビーム装置（１）において、
    前記第１絞りユニット（８）が次の特徴、すなわち：
    前記第１絞り素子（８５）が、第１ジョイント（８８）によって相互に結合した第１ジョイント部分（８６）および第２ジョイント部分（８７）を備えるか、または
    前記第２絞り素子（８９）が、第２ジョイント（９２）よって相互に結合した第３ジョイント部分（９０）および第４ジョイント部分（９１）を備える
    という特徴のうちの少なくとも１つを備える粒子ビーム装置。
17. 請求項１６に記載の粒子ビーム装置（１）において、
    前記第１絞りユニット（８）が次の特徴、すなわち：
    前記第１ジョイント（８８）を弾性的に構成しているか、または
    前記第２ジョイント（９２）を弾性的に構成している
    という特徴のうちの少なくとも１つを備える粒子ビーム装置。
18. 請求項６から１７までの何れか一項に記載の粒子ビーム装置（１）において、
    前記第１絞りユニット（８）が次の特徴、すなわち：
    前記第１絞りストッパ素子（１８２）を偏心的に構成しているか、
    前記第２絞りストッパ素子（１８３）を偏心的に構成しているか、
    第１ストッパ素子（８１）を偏心的に構成しているか、
    第２ストッパ素子（８２）を偏心的に構成しているか、
    第３ストッパ素子（８３）を偏心的に構成しているか、または
    第４ストッパ素子（８４）を偏心的に構成している
    という特徴のうちの少なくとも１つを備える粒子ビーム装置。
19. 請求項１から１８までの何れか一項に記載の粒子ビーム装置（１）において、
    前記第１絞りユニット（８）が、１ｋＶ〜２０ｋＶの範囲の電位に位置する粒子ビーム装置。
20. 粒子ビーム装置（１）であって、
    粒子ビームを形成する粒子を生成するための粒子ビーム発生器（２）と、
    試料（１６）に粒子ビームを集束するための対物レンズ（１０）と、
    前記粒子ビーム発生器（２）を起点として前記対物レンズ（１０）の方向に見て、まず第１コンデンサレンズ（６，６ａ，６ｂ，６ｃ）、次いで第２コンデンサレンズ（７，７ａ，７ｂ，７ｃ）の順序で配置した第１コンデンサレンズ（６，６ａ，６ｂ，６ｃ）および第２コンデンサレンズ（７，７ａ，７ｂ，７ｃ）と、
    前記粒子ビーム発生器（２）と前記第１コンデンサレンズ（６，６ａ，６ｂ，６ｃ）との間に配置した第１絞りユニット（８）と、
    前記第１コンデンサレンズ（６，６ａ，６ｂ，６ｃ）と第２コンデンサレンズ（７，７ａ，７ｂ，７ｃ）との間に配置した第２絞りユニット（９）とを備え、
    前記第１絞りユニット（８）が、可変の開口サイズを有する絞り開口（９８）を備え、少なくとも第１開口サイズと第２開口サイズとの間の開口サイズが可変であり、前記第１開口サイズが前記第２開口サイズよりも大きい粒子ビーム装置（１）における粒子ビームのビーム電流を変化させる方法において、
    第１コンデンサレンズ（６，６ａ，６ｂ，６ｃ）の励起を変化させるステップであって、第１ビーム電流の場合に、第２絞りユニット（９）の領域で粒子ビームのクロスオーバーを生成し、第２ビーム電流の場合に、前記第２絞りユニット（９）から所定の間隔をおいて粒子ビームのクロスオーバーを生成し、前記第１ビーム電流を前記第２ビーム電流よりも大きくするステップと、
    前記第２ビーム電流の場合に、エネルギー幅および粒子ビームのビーム拡大を低減するために前記第１絞り（８）を第２開口サイズに設定するステップとを含み、
    前記第１ビーム電流よりも小さく、前記第２ビーム電流よりも大きい第３ビーム電流で、前記粒子ビーム発生器（２）と前記対物レンズ（１０）との間に粒子ビームのクロスオーバーが生じないようなクロスオーバーなしのモードで、前記第１コンデンサレンズ（６，６ａ，６ｂ，６ｃ）および前記第２コンデンサレンズ（７，７ａ，７ｂ，７ｃ）を作動することを特徴とする方法。

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