JP6989658B2 - 複数の荷電粒子ビームの装置 - Google Patents

Description

優先権の主張
[0001] この出願は、「複数の荷電粒子ビームの装置（Apparatus of Plural Charged-Particle Beams）」と称する２０１６年１月２７日に出願されたRenらが権利を有する米国仮特許出願第６２／２８７，６２６号の優先権の利益を主張し、その全開示は、参照により本明細書に組み込まれる。

関連出願の相互参照
[0002] この出願は、「複数の荷電粒子ビームの装置」と称する２０１６年３月９日に出願されたRenらが権利を有する米国特許出願第１５／０６５，３４２号に関し、その全開示は、参照により本明細書に組み込まれる。

[0003] この出願は、「複数の荷電粒子ビームの装置」と称する２０１６年３月２３日に出願されたRenらが権利を有する米国特許出願第１５／０７８，３６９号に関し、その全開示は、参照により本明細書に組み込まれる。

[0004] この出願は、「複数の荷電粒子ビームの装置」と称する２０１６年５月１０日に出願されたLiuらが権利を有する米国特許出願第１５／１５０，８５８号に関し、その全開示は、参照により本明細書に組み込まれる。

[0005] この出願は、「複数の荷電粒子ビームの装置」と称する２０１６年７月１９日に出願されたLiらが権利を有する米国特許出願第１５／２１３，７８１号に関し、その全開示は、参照により本明細書に組み込まれる。

[0006] この出願は、「複数の荷電粒子ビームの装置」と称する２０１６年７月２１日に出願されたRenらが権利を有する米国特許出願第１５／２１６，２５８号に関し、その全開示は、参照により本明細書に組み込まれる。

[0007] この出願は、「複数の荷電粒子ビームの装置」と称する２０１６年１１月３０日に出願されたRenらが権利を有する米国特許出願第１５／３６５，１４５号に関し、その全開示は、参照により本明細書に組み込まれる。

[0008] 本発明は、複数の荷電粒子ビームを有する装置に関する。より具体的には、本発明は、サンプル表面上の観察エリア内の複数の走査領域の画像を同時に取得するために複数の荷電粒子ビームを採用する装置に関する。従って、装置は、半導体製造業において高分解能および高いスループットでウェーハ／マスク上の欠陥を検査および／または再調査するために使用することができる。

[0009] 以下の説明および例は、この背景項目に含まれるというだけでは、先行技術としては認められない。

[0010] 半導体ＩＣチップの製造に対し、パターン欠陥および／または招かれざる粒子（残留物）は必然的に製作プロセスの間にウェーハ／マスクの表面上に現れ、それにより、イールドが大幅に低減される。それに従って、欠陥および粒子を検査および／または再調査するために、イールドマネジメントツールが使用される。ますます高度化するＩＣチップの性能に対する要件を満たすため、ますます小さくなった特徴限界寸法を有するパターンが導入されてきている。結果的に、回折効果に起因して、光ビームを有する従来のイールドマネジメントツールが次第に役に立たなくなり、電子ビームを有するイールドマネジメントツールがますます採用されている。光子ビームと比べると、電子ビームは、より短い波長を有し、それにより、優れた空間分解能を提供する可能性がある。現在、電子ビームを有するイールドマネジメントツールは、単一の電子ビームを有する走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の原理を採用しており、周知の通り、それらのスループットは、大量生産の場合には役に立たない。ビーム電流の増加によりスループットを向上することができるが、優れた空間分解能は、ビーム電流によって増大するクーロン効果によって根本的に悪化する。

[0011] スループットの制限を緩和するため、期待できる解決法は、大電流を有する単一の電子ビームを使用する代わりに、各々が小電流を有する複数の電子ビームを使用することである。複数の電子ビームは、サンプルの検査または観察が行われている表面上に複数のプローブスポットまたは単にプローブスポットアレイと呼ばれるものを形成する。複数のプローブスポットは、サンプル表面上の大きな観察エリア内の複数の小さな走査領域をそれぞれおよび同時に走査することができる。各プローブスポットの電子は、それらが着地するサンプル表面から二次電子を生成する。二次電子は、低速二次電子（エネルギー≦５０ｅＶ）および後方散乱電子（電子の着地エネルギーに近いエネルギー）を含む。複数の小さな走査領域からの二次電子は、複数の電子検出器によってそれぞれおよび同時に収集することができる。結果的に、小さな走査領域のすべてを含む大きな観察エリアの画像は、単一のビームで大きな観察エリアを走査するよりはるかに速く得ることができる。

[0012] 複数の電子ビームは、複数の電子源のそれぞれからまたは単一の電子源からのいずれかのものであり得る。前者の場合は、複数の電子ビームは、通常、集束され、複数のコラムによって複数の小さな走査領域をそれぞれ走査し、各走査領域からの二次電子は、対応するコラム内の１つの電子検出器によって検出される。従って、装置は、一般に、マルチコラム装置と呼ばれる。サンプル表面上では、ビーム間隔またはピッチは、数ミリメートル〜数十ミリメートル程度である。

[0013] 後者の場合は、供給源変換ユニットは、事実上、単一の電子源を複数のサブ供給源に変更する。供給源変換ユニットは、複数のビーム制限開口を有する１つのビームレット制限（またはビームレット形成）手段と、複数の電子光学要素を有する１つの画像形成手段とを含む。複数のビーム制限開口は、単一の電子源によって生成された一次電子ビームを複数のサブビームまたはビームレットにそれぞれ分割し、複数の電子光学要素は、単一の電子源の複数の第１の並列画像（虚像または実像）をそれぞれ形成するために、複数のビームレットに影響を及ぼす。第１の画像の各々は、１つのビームレットのクロスオーバーであり、対応するビームレットを放出する１つのサブ供給源として取り入れることができる。より多くのビームレットを利用可能にするため、ビームレット間隔は、マイクロメートルレベルである。当然ながら、１つの単一のコラム内の１つの一次投影結像系および１つの偏向走査ユニットは、複数の第１の並列画像を小さな走査領域に投影するためおよび複数の小さな走査領域を走査するためにそれぞれ使用される。そこからの複数の二次電子ビームは、１つのビームセパレータによって１つの二次投影結像系の方に方向付けられ、次いで、単一のコラム内の１つの電子検出デバイスの複数の検出要素によってそれぞれ検出されるように、二次投影結像系によって集束される。複数の検出要素は、並置された複数の電子検出器または１つの電子検出器の複数の画素であり得る。従って、装置は、一般に、マルチビーム装置と呼ばれる。

[0014] ビームレット制限手段は、通常、スルーホールを有する導電性プレートであり、その中の複数のスルーホールは、複数のビーム制限開口としてそれぞれ機能する。画像形成手段の場合、各電子光学要素は、１つの実像を形成するために１つのビームレットを集束するか（米国特許第７，２４４，９４９号および相互参照の４番目の関連出願など）または１つの虚像を形成するために１つのビームレットを偏向する（米国特許第６，９４３，３４９号および相互参照の他の関連出願など）。図１Ａおよび図１Ｂは、５番目の関連出願の２つの例を示す。明確にするため、３つのビームレットのみが示されており、偏向走査ユニット、ビームセパレータ、二次投影結像系および電子検出デバイスは示されていない。

[0015] 図１Ａでは、電子源１０１によって生成された一次電子ビーム１０２は、供給源変換ユニット１２０に入射するように集光レンズ１１０によって集束される。供給源変換ユニット１２０は、３つの屈曲前マイクロ偏向器１２３＿１、１２３＿２および１２３＿３を有する１つのビームレット屈曲前手段１２３と、３つのビーム制限開口１２１＿１、１２１＿２および１２１＿３を有する１つのビームレット制限手段１２１と、３つの電子光学要素１２２＿１、１２２＿２および１２２＿３を有する１つの画像形成手段１２２とを含む。３つの屈曲前マイクロ偏向器１２３＿１〜１２３＿３は、３つのビーム制限開口１２１＿１〜１２１＿３に垂直に入射するように３つのビームレット１０２＿１〜１０２＿３をそれぞれ偏向し、ビーム制限開口１２１＿１〜１２１＿３の各々は、対応するビームレットの電流を制限するためにビーム制限アパーチャとして機能する。３つの電子光学要素１２２＿１〜１２２＿３は、３つのビームレット１０２＿１〜１０２＿３を一次光軸１００＿１に向けて偏向し、電子源１０１の３つの第１の虚像を形成する（すなわち、各ビームレットは仮想クロスオーバーを有する）。対物レンズは、３つの偏向ビームレット１０２＿１〜１０２＿３をサンプル８の表面７に集束する（すなわち、３つの第１の虚像をその上に投影する）一次投影結像系を構成する。従って、３つのビームレット１０２＿１〜１０２＿３は、表面７上に３つのプローブスポット１０２＿１ｓ、１０２＿２ｓおよび１０２＿３ｓを形成する。プローブスポット１０２＿１ｓ〜１０２＿３ｓの電流は、集光レンズ１１０の集束力を調整することによって変動させることができる。図１Ｂでは、可動集光レンズ２１０は、供給源変換ユニット２２０のビームレット制限手段１２１に垂直に入射するように一次電子ビーム１０２を集束し、従って、図１Ａのビームレット屈曲前手段１２３は不要である。それに従って、プローブスポット１０２＿１ｓ〜１０２＿３ｓの電流は、可動集光レンズ２１０の集束力および位置を調整することによって変動させることができる。図１Ａおよび図１Ｂでは、サンプル表面７へのビームレット１０２＿１〜１０２＿３の着地エネルギーは、電子源１０１の電位およびサンプル表面７の電位の一方または両方を調整することによって変動させることができる。

[0016] マルチビーム装置では、各ビームレットは、サンプル表面上の１つのサブＦＯＶ（視界）を走査し、全ＦＯＶは、複数のビームレットのサブＦＯＶの総和である。サブＦＯＶの各々は、サンプル表面上のビームレットピッチ（図１ＡのＰｓ）に等しいかまたはそれより小さい。スループットをさらに向上するため、サブＦＯＶの各々は、結像分解能の観点から選択可能である方がよく、複数のビームレットのピッチは、サブＦＯＶのスティッチアップを維持するために相応に変動する。高画像解像度の一事例では、小さな画素サイズが使用され、大きな画素数を回避するために小さなサブＦＯＶが望ましい。低画像解像度の別の事例では、大きな画素サイズが使用され、高スループットのために大きなサブＦＯＶが望ましい。図２Ａは、後者の場合の例を示す。破線で示されるように、図１Ａのプローブスポット１０２＿２ｓおよび１０２＿３ｓを意図的に左右にそれぞれ移動することができる（すなわち、ピッチＰｓをＰ_１からＰ_２に変更することができる）場合は、全ＦＯＶは、３×Ｐ_１から３×Ｐ_２に増加し、それに従って、スループットが増加する。従って、ビームレットピッチＰｓを選択可能にすることが１つの好ましい機能である。

[0017] 連続走査モード（サンプルが一次電子ビームの走査方向に垂直な方向に連続して移動する）は、従来の単一ビーム装置において高スループットを得るための従来の方法である。マルチビーム装置でこの方法を使用する場合は、全ＦＯＶまたはプローブスポットアレイの配向をステージ移動方向と整合させる方がよい。周知の通り、一次投影結像系に１つの磁気レンズが存在する場合は、その磁界により、複数のビームレットが回転し、その結果、全ＦＯＶが回転する。磁界は観察条件（複数のビームレットの着地エネルギーおよび電流など）に関して変動するため、全ＦＯＶの回転角度は、相応に変動する。図２Ｂは、図１Ａの対物レンズ１３１が磁気または電磁複合レンズである場合の例を示す。例えば、ビームレット１０２＿１〜１０２＿３の着地エネルギーが１ｋｅＶから２ｋｅＶに変化した際は、プローブスポット１０２＿２ｓおよび１０２＿３ｓは、破線で示されるように、光軸１００＿１の周りを角度β回転する（すなわち、全ＦＯＶの配向は、角度β回転する）。全ＦＯＶの配向変動は、連続走査モードの性能に影響を与える。プローブスポットアレイの配向を同じ状態に維持するかまたは選択可能にすることは、スループットを向上するためのさらなる柔軟性を提供することができ、それに従って、別の好ましい機能である。

[0018] いくつかのサンプルに対し、サンプル上のパターンの配向とプローブスポットアレイの配向との特定の整合が必要とされ得る。プローブスポットアレイの配向を選択可能にすることにより、限られたロード正確度による不整合を補償することができ、従って、多大な時間を要するリロードを回避することによってスループットを増加することができる。それに加えて、サンプルのいくつかのパターンを効果的に観察するため、複数のビームレットは、特定の入射角度でサンプル表面に着地する必要があり得る。入射角度を選択可能にすることは、より多くのサンプルまたはパターンの観察を可能にし、もう１つの好ましい機能である。

[0019] 本発明は、特に、相互参照で提案されるものに対する、半導体製造業においてイールドマネジメントツールとして使用されるマルチビーム装置における前述の機能を実現する方法を提供する。

[0020] この発明の目的は、高分解能および高スループットでならびに柔軟に変動する観察条件でサンプルを観察するための新しいマルチビーム装置を提供することである。相互参照における従来のマルチビーム装置に基づいて、この発明は、可変全ＦＯＶを有する新しいマルチビーム装置を構成するためのいくつかの方法を提案する。新しい装置では、全ＦＯＶは、サイズ、配向および入射角度において変動させることができる。従って、新しい装置は、サンプル観察を加速し、より多くの種類のサンプルを観察可能にするためのさらなる柔軟性を提供する。より具体的には、ウェーハ／マスク上の欠陥を検査および／または再調査するために半導体製造業においてイールドマネジメントツールとして使用される場合は、新しい装置は、高スループットを達成し、より多くの種類の欠陥を検出するさらなる可能性を提供することができる。

[0021] それに従って、本発明は、従って、サンプルの表面を観察するためのマルチビーム装置であって、電子源と、電子源の下側の集光レンズと、集光レンズの下側の供給源変換ユニットと、供給源変換ユニットの下側の対物レンズと、供給源変換ユニットの下側の偏向走査ユニットと、対物レンズの下側のサンプルステージと、供給源変換ユニットの下側のビームセパレータと、二次投影結像系と、複数の検出要素を有する電子検出デバイスとを含む、装置を提供する。電子源、集光レンズおよび対物レンズは、装置の一次光軸と位置合わせされ、サンプルステージは、表面が対物レンズに対向するように、サンプルを維持する。供給源変換ユニットは、複数のビーム制限開口を有するビームレット制限手段と、複数の電子光学要素を有し、一次光軸に沿って移動可能な画像形成手段とを含む。電子源は、一次光軸に沿って一次電子ビームを生成し、集光レンズは、一次電子ビームを集束する。一次電子ビームの複数のビームレットは、複数のビーム制限開口をそれぞれ通過し、電子源の複数の虚像をそれぞれ形成するために複数の電子光学要素によって一次光軸に向けて偏向される。複数のビームレットは、対物レンズによって表面に集束され、従って、複数のプローブスポットをその上にそれぞれ形成し、偏向走査ユニットは、表面上の観察エリア内の複数の走査領域にわたって複数のプローブスポットをそれぞれ走査するために複数のビームレットを偏向する。複数の二次電子ビームは、複数の走査領域から複数のプローブスポットによってそれぞれ生成され、ビームセパレータによって二次投影結像系の方に方向付けられ、二次投影結像系は、複数の検出要素によってそれぞれ検出されるように、複数の二次電子ビームを集束および維持し、各検出要素は、従って、１つの対応する走査領域の画像信号を提供する。

[0022] 複数の電子光学要素による複数のビームレットの偏向角度はそれぞれ、複数のプローブスポットの軸外収差を低減するように設定される。複数のプローブスポットのピッチは、一次光軸に沿って画像形成手段を移動することによって一緒に変動する。対物レンズは、磁気レンズおよび静電レンズを含む。複数のプローブスポットの配向は、磁気レンズと静電レンズの集束力の比率を変動させることによって選択可能である。

[0023] 偏向角度は、複数のビームレットが表面に垂直にまたは実質的に垂直に着地することを保証することができる。偏向角度は、複数のビームレットが同じまたは実質的に同じ着地角度で表面に斜めに着地することを保証することができる。偏向走査ユニットは、対物レンズの前焦点面の上側にある。偏向走査ユニットは、同じまたは実質的に同じ着地角度で表面に斜めに着地するように複数のビームレットを傾斜する。装置は、供給源変換ユニットと対物レンズの前焦点面との間にビームレット傾斜偏向器をさらに含み得る。ビームレット傾斜偏向器は、同じまたは実質的に同じ着地角度で表面に斜めに着地するように複数のビームレットを傾斜する。

[0024] また、本発明は、サンプルの表面を観察するためのマルチビーム装置であって、電子源と、電子源の下側の集光レンズと、集光レンズの下側の供給源変換ユニットと、供給源変換ユニットの下側の対物レンズと、供給源変換ユニットの下側の偏向走査ユニットと、対物レンズの下側のサンプルステージと、供給源変換ユニットの下側のビームセパレータと、二次投影結像系と、複数の検出要素を有する電子検出デバイスとを含む、装置も提供する。電子源、集光レンズおよび対物レンズは、装置の一次光軸と位置合わせされ、サンプルステージは、表面が対物レンズに対向するように、サンプルを維持する。供給源変換ユニットは、複数のビーム制限開口を有するビームレット制限手段と、複数の第１の電子光学要素を有する第１の画像形成手段と、複数の第２の電子光学要素を有する第２の画像形成手段とを含み、第２の画像形成手段は、第１の画像形成手段の下側にあり、半径方向に移動可能であり、第１の画像形成手段および第２の画像形成手段のうちの１つは、アクティブ画像形成手段として使用される。電子源は、一次光軸に沿って一次電子ビームを生成し、集光レンズは、一次電子ビームを集束する。一次電子ビームの複数のビームレットは、複数のビーム制限開口をそれぞれ通過し、電子源の複数の虚像をそれぞれ形成するためにアクティブ画像形成手段によって一次光軸に向けて偏向される。複数のビームレットは、対物レンズによって表面に集束され、従って、複数のプローブスポットをその上にそれぞれ形成し、偏向走査ユニットは、表面上の観察エリア内の複数の走査領域にわたって複数のプローブスポットをそれぞれ走査するために複数のビームレットを偏向する。複数の二次電子ビームは、複数の走査領域から複数のプローブスポットによってそれぞれ生成され、ビームセパレータによって二次投影結像系の方に方向付けられ、二次投影結像系は、複数の検出要素によってそれぞれ検出されるように、複数の二次電子ビームを集束および維持し、各検出要素は、従って、１つの対応する走査領域の画像信号を提供する。

[0025] アクティブ画像形成手段による複数のビームレットの偏向角度はそれぞれ、複数のプローブスポットの軸外収差を低減するように設定される。複数のプローブスポットのピッチは、第１の画像形成手段と第２の画像形成手段との間でアクティブ画像形成手段を変更することによって一緒に変動し、第１の画像形成手段を選択する際は、第２の画像形成手段は、複数のビームレットを阻止しないように外側に移動される。対物レンズは、磁気レンズおよび静電レンズを含む。複数のプローブスポットの配向は、磁気レンズと静電レンズの集束力の比率を変動させることによって選択可能である。

[0026] 偏向角度は、複数のビームレットが表面に垂直にまたは実質的に垂直に着地することを保証することができる。偏向角度は、複数のビームレットが同じまたは実質的に同じ着地角度で表面に斜めに着地することを保証することができる。偏向走査ユニットは、対物レンズの前焦点面の上側にある。偏向走査ユニットは、同じまたは実質的に同じ着地角度で表面に斜めに着地するように複数のビームレットを傾斜する。装置は、供給源変換ユニットと対物レンズの前焦点面との間にビームレット傾斜偏向器をさらに含み得る。ビームレット傾斜偏向器は、同じまたは実質的に同じ着地角度で表面に斜めに着地するように複数のビームレットを傾斜する。

[0027] また、本発明は、サンプルの表面を観察するためのマルチビーム装置であって、電子源と、電子源の下側の集光レンズと、集光レンズの下側の供給源変換ユニットと、供給源変換ユニットの下側の対物レンズと、供給源変換ユニットの下側の偏向走査ユニットと、対物レンズの下側のサンプルステージと、供給源変換ユニットの下側のビームセパレータと、二次投影結像系と、複数の検出要素を有する電子検出デバイスとを含む、装置も提供する。電子源、集光レンズおよび対物レンズは、装置の一次光軸と位置合わせされ、対物レンズの第１の主平面は、一次光軸に沿って移動可能であり、サンプルステージは、表面が対物レンズに対向するように、サンプルを維持する。供給源変換ユニットは、複数のビーム制限開口を有するビームレット制限手段と、複数の電子光学要素を有する画像形成手段とを含む。電子源は、一次光軸に沿って一次電子ビームを生成し、集光レンズは、一次電子ビームを集束する。一次電子ビームの複数のビームレットは、複数のビーム制限開口をそれぞれ通過し、電子源の複数の虚像をそれぞれ形成するために複数の電子光学要素によって一次光軸に向けて偏向される。複数のビームレットは、対物レンズによって表面に集束され、従って、複数のプローブスポットをその上にそれぞれ形成し、偏向走査ユニットは、表面上の観察エリア内の複数の走査領域にわたって複数のプローブスポットをそれぞれ走査するために複数のビームレットを偏向する。複数の二次電子ビームは、複数の走査領域から複数のプローブスポットによってそれぞれ生成され、ビームセパレータによって二次投影結像系の方に方向付けられ、二次投影結像系は、複数の検出要素によってそれぞれ検出されるように、複数の二次電子ビームを集束および維持し、各検出要素は、従って、１つの対応する走査領域の画像信号を提供する。

[0028] 複数の電子光学要素による複数のビームレットの偏向角度はそれぞれ、複数のプローブスポットの軸外収差を低減するように設定される。複数のプローブスポットのピッチは、一次光軸に沿って第１の主平面を移動することによって一緒に変動する。

[0029] 偏向角度は、複数のビームレットが表面に垂直にまたは実質的に垂直に着地することを保証することができる。偏向角度は、複数のビームレットが同じまたは実質的に同じ着地角度で表面に斜めに着地することを保証することができる。偏向走査ユニットは、対物レンズの前焦点面の上側にある。偏向走査ユニットは、同じまたは実質的に同じ着地角度で表面に斜めに着地するように複数のビームレットを傾斜する。装置は、供給源変換ユニットと対物レンズの前焦点面との間にビームレット傾斜偏向器をさらに含み得る。ビームレット傾斜偏向器は、同じまたは実質的に同じ着地角度で表面に斜めに着地するように複数のビームレットを傾斜する。対物レンズは、下部磁気レンズおよび静電レンズを含む。静電レンズは、フィールド制御電極およびフィールド移動電極を含み、静電界を生成する。フィールド制御電極の電位は、サンプルの絶縁破壊が起こらないように表面上の静電界を制御するように設定される。フィールド移動電極の電位は、第１の主平面を移動するために静電界を移動するように設定される。複数のプローブスポットの配向は、フィールド制御電極の電位およびフィールド移動電極の電位の一方または両方を変動させることによって選択可能である。装置は、下部磁気レンズの上側の上部磁気レンズをさらに含み得る。第１の主平面は、下部磁気レンズと上部磁気レンズの集束力の比率を変動させることによって移動される。複数のプローブスポットの配向は、上部および下部磁気レンズの磁界の極性を同じ極性または反対の極性に設定することによって選択可能である。

[0030] また、本発明は、サンプルの表面を観察するためのマルチビーム装置であって、電子源と、電子源の下側の集光レンズと、集光レンズの下側の供給源変換ユニットと、供給源変換ユニットの下側の転送レンズと、転送レンズの下側のフィールドレンズと、フィールドレンズの下側の対物レンズと、供給源変換ユニットの下側の偏向走査ユニットと、対物レンズの下側のサンプルステージと、供給源変換ユニットの下側のビームセパレータと、二次投影結像系と、複数の検出要素を有する電子検出デバイスとを含む、装置も提供する。電子源、集光レンズ、転送レンズ、フィールドレンズおよび対物レンズは、装置の一次光軸と位置合わせされ、サンプルステージは、表面が対物レンズに対向するように、サンプルを維持する。供給源変換ユニットは、複数のビーム制限開口を有するビームレット制限手段と、複数の電子光学要素を有する画像形成手段とを含む。電子源は、一次光軸に沿って一次電子ビームを生成し、集光レンズは、一次電子ビームを集束する。一次電子ビームの複数のビームレットは、複数のビーム制限開口をそれぞれ通過し、電子源の複数の第１の虚像をそれぞれ形成するために複数の電子光学要素によって一次光軸に向けて偏向される。転送レンズは、複数の第１の虚像を中間画像平面に結像し、従って、複数の第２の実像をその上にそれぞれ形成し、フィールドレンズは、中間画像平面上に配置され、複数のビームレットを屈曲し、対物レンズは、複数の第２の実像を表面に結像し、従って、複数のプローブスポットをその上にそれぞれ形成し、偏向走査ユニットは、表面上の観察エリア内の複数の走査領域にわたって複数のプローブスポットをそれぞれ走査するために複数のビームレットを偏向する。複数の二次電子ビームは、複数の走査領域から複数のプローブスポットによってそれぞれ生成され、ビームセパレータによって二次投影結像系の方に方向付けられ、二次投影結像系は、複数の検出要素によってそれぞれ検出されるように、複数の二次電子ビームを集束および維持し、各検出要素は、従って、１つの対応する走査領域の画像信号を提供する。

[0031] フィールドレンズによる複数のビームレットの曲げ角度は、複数のプローブスポットの軸外収差を低減するように設定される。複数の電子光学要素による複数のビームレットの偏向角度はそれぞれ、複数のプローブスポットのピッチを変更するように調整される。対物レンズは、第１の磁気レンズおよび第１の静電レンズを含む。複数のプローブスポットの配向は、第１の磁気レンズと第１の静電レンズの集束力の比率を変動させることによって選択可能である。転送レンズは、第２の磁気レンズおよび第２の静電レンズを含む。複数のプローブスポットの配向は、第２の磁気レンズと第２の静電レンズの集束力の比率を変動させることによって選択可能である。フィールドレンズは、第３の磁気レンズおよび第３の静電レンズを含む。複数のプローブスポットの配向は、第３の磁気レンズと第３の静電レンズの集束力の比率を変動させることによって選択可能である。複数の電子光学要素による複数のビームレットの曲げ角度および偏向角度は、複数のビームレットが表面に垂直にまたは実質的に垂直に着地することを保証することができる。複数の電子光学要素による複数のビームレットの曲げ角度および偏向角度は、複数のビームレットが同じまたは実質的に同じ着地角度で表面に斜めに着地することを保証することができる。偏向走査ユニットは、対物レンズの前焦点面の上側にある。偏向走査ユニットは、同じまたは実質的に同じ着地角度で表面に斜めに着地するように複数のビームレットを傾斜する。装置は、供給源変換ユニットと対物レンズの前焦点面との間にビームレット傾斜偏向器をさらに含み得る。ビームレット傾斜偏向器は、同じまたは実質的に同じ着地角度で表面に斜めに着地するように複数のビームレットを傾斜する。

[0032] また、本発明は、サンプルの表面を観察するためのマルチビーム装置を構成するための方法であって、その一次光軸に沿って移動可能な供給源変換ユニットの画像形成手段を構成するステップと、画像形成手段を使用して、電子源の複数の虚像をそれぞれ形成するステップと、対物レンズを使用して、複数の虚像を表面に結像し、複数のプローブスポットをその上に形成するステップと、複数のプローブスポットのピッチを変動させるために画像形成手段を移動するステップとを含む、方法も提供する。

[0033] また、本発明は、サンプルの表面を観察するためのマルチビーム装置を構成するための方法であって、第１の画像形成手段および第２の画像形成手段を有する供給源変換ユニットを構成するステップであって、第２の画像形成手段が、第１の画像形成手段よりも電子源から遠く離れており、装置の半径方向に移動可能である、ステップと、第１の画像形成手段および第２の画像形成手段のうちの１つをアクティブ画像形成手段として使用するステップであって、第１の画像形成手段が使用される際は、第２の画像形成手段が遠ざけられる、ステップと、アクティブ画像形成手段を使用して、電子源の複数の虚像をそれぞれ形成するステップと、対物レンズを使用して、複数の虚像を表面に結像し、複数のプローブスポットをその上に形成するステップと、複数のプローブスポットのピッチを変動させるために、第１の画像形成手段と第２の画像形成手段との間でアクティブ画像形成手段を変更するステップとを含む、方法も提供する。

[0034] また、本発明は、サンプルの表面を観察するためのマルチビーム装置を構成するための方法であって、装置の一次光軸に沿って移動可能な第１の主平面を有する対物レンズを構成するステップと、供給源変換ユニットの画像形成手段を使用して、電子源の複数の虚像をそれぞれ形成するステップと、対物レンズを使用して、複数の虚像を表面に結像し、複数のプローブスポットをその上に形成するステップと、複数のプローブスポットのピッチを変動させるために第１の主平面を移動するステップとを含む、方法も提供する。

[0035] また、本発明は、サンプルの表面を観察するためのマルチビーム装置を構成するための方法であって、装置において下部磁気レンズおよび静電レンズを有する対物レンズを構成するステップと、供給源変換ユニットの画像形成手段を使用して、電子源の複数の虚像をそれぞれ形成するステップと、対物レンズを使用して、複数の虚像を表面に結像し、複数のプローブスポットをその上に形成するステップと、複数のプローブスポットの配向を選択するために、磁気レンズと静電レンズの集束力の比率を変更するステップとを含む、方法も提供する。

[0036] 方法は、下部磁気レンズよりも表面から遠く離れている上部磁気レンズを有する対物レンズを構成するステップをさらに含み得る。方法は、配向を選択するために、上部および下部磁気レンズの磁界の極性を変更するステップをさらに含み得る。

[0037] また、本発明は、サンプルの表面を観察するためのマルチビーム装置を構成するための方法であって、供給源変換ユニットの画像形成手段を使用して、電子源からの複数のビームレットを偏向し、その複数の第１の虚像をそれぞれ形成するステップと、対物レンズを使用して、複数の虚像を表面に結像し、複数のプローブスポットをその上に形成するステップと、複数のビームレットが同じまたは実質的に同じ着地角度で表面に着地するように、画像形成手段による複数のビームレットの偏向角度を設定するステップとを含む、方法も提供する。

[0038] 方法は、着地角度を等しく変動させるために偏向角度を変更するステップをさらに含み得る。方法は、偏向走査ユニットを使用して、着地角度を等しく変動させるために複数のビームレットを傾斜するステップをさらに含み得る。方法は、ビームレット傾斜偏向器を使用して、着地角度を等しく変動させるために複数のビームレットを傾斜するステップをさらに含み得る。

[0039] また、本発明は、サンプルの表面を観察するためのマルチビーム装置を構成するための方法であって、供給源変換ユニットの画像形成手段を使用して、電子源からの複数のビームレットを偏向し、その複数の第１の虚像をそれぞれ形成するステップと、転送レンズを使用して、複数の第１の虚像を中間画像平面に結像し、複数の第２の実像をそれぞれ形成するステップと、フィールドレンズを中間画像平面上に配置して、複数のビームレットを屈曲するステップと、対物レンズを使用して、複数の第２の実像を表面に結像し、複数のプローブスポットをその上に形成するステップとを含む、方法も提供する。

[0040] 方法は、複数のプローブスポットのピッチを変動させるために、画像形成手段による複数のビームレットの偏向角度を変更するステップをさらに含み得る。方法は、複数のビームレットが同じまたは実質的に同じ着地角度で表面に着地するように、画像形成手段による複数のビームレットの偏向角度およびフィールドレンズによる複数のビームレットの曲げ角度を設定するステップをさらに含み得る。方法は、着地角度を等しく変更するために偏向角度を変動させるステップをさらに含み得る。方法は、偏向走査ユニットを使用して、着地角度を等しく変更するために複数のビームレットを傾斜するステップをさらに含み得る。方法は、ビームレット傾斜偏向器を使用して、着地角度を等しく変更するために複数のビームレットを傾斜するステップをさらに含み得る。方法は、第１の磁気レンズおよび第１の静電レンズを有する対物レンズを構成するステップをさらに含み得る。方法は、複数のプローブスポットの配向を選択するために、第１の磁気レンズと第１の静電レンズの集束力の比率を変更するステップをさらに含み得る。方法は、第２の磁気レンズおよび第２の静電レンズを有する転送レンズを構成するステップをさらに含み得る。方法は、複数のプローブスポットの配向を選択するために、第２の磁気レンズと第２の静電レンズの集束力の比率を変更するステップをさらに含み得る。方法は、第３の磁気レンズおよび第３の静電レンズを有するフィールドレンズを構成するステップをさらに含み得る。方法は、複数のプローブスポットの配向を選択するために、第３の磁気レンズと第３の静電レンズの集束力の比率を変更するステップをさらに含み得る。

[0041] また、本発明は、一次荷電粒子ビームを提供するための供給源と、一次荷電粒子ビームを複数の荷電粒子ビームレットに分割し、それを使用して供給源の複数の画像をそれぞれ形成するための供給源変換ユニットと、複数の画像をサンプル表面に投影するための供給源変換ユニットの下側の対物レンズとを含む装置も提供する。サンプル表面上の複数の荷電粒子ビームレットのピッチは、対物レンズに入る前に複数の荷電粒子ビームレットの偏向角度を変更することによって調整可能である。

[0042] また、本発明は、一次荷電粒子ビームを提供するための供給源と、供給源の複数の画像を形成するために一次荷電粒子ビームの複数のビームレットを使用するための手段と、複数のプローブスポットを形成するために複数の画像をサンプル表面に投影するための対物レンズと、サンプル表面上の複数のプローブスポットのピッチを調整するための手段とを含む装置も提供する。

[0043] また、本発明は、サンプル表面を観察するための方法であって、複数のクロスオーバーを有する複数の荷電粒子ビームをそれぞれ提供するステップと、複数のプローブスポットをその上に形成するために、複数のクロスオーバーをサンプル表面に投影するステップと、サンプル表面上の複数のプローブスポットを走査するステップと、複数のスポットのピッチを調整できるように、複数の荷電粒子ビームの偏向角度を変更するステップとを含む、方法も提供する。

[0044] 本発明の他の利点は、添付の図面と併せて取り入れられる以下の説明から明らかになるであろう。添付の図面では、例示および例として、本発明のある特定の実施形態を記載する。

[0045] 本発明は、添付の図面と併せて、以下の詳細な説明によって容易に理解されよう。添付の図面では、同様の参照番号は、同様の構造要素を指定する。

[0046]
相互参照の５番目の出願で開示される従来のマルチビーム装置の構成の概略図である。 [0046] 相互参照の５番目の出願で開示される従来のマルチビーム装置の構成の概略図である。 [0047] 従来の電磁複合対物レンズの１つの構成の概略図である。 [0048] 全ＦＯＶのサイズの変動の概略図である。 [0048] 全ＦＯＶの配向の変動の概略図である。 [0049] 本発明の一実施形態による新しいマルチビーム装置の１つの構成の概略図である。 [0050] 図３Ａの実施形態による全ＦＯＶのサイズの変動の概略図である。 [0050] 図３Ａの実施形態による全ＦＯＶのサイズの変動の概略図である。 [0051] 本発明の別の実施形態による新しいマルチビーム装置の別の構成の概略図である。 [0052] 図４Ａの実施形態による全ＦＯＶのサイズの変動の概略図である。 [0052] 図４Ａの実施形態による全ＦＯＶのサイズの変動の概略図である。 [0053] 本発明の別の実施形態による新しいマルチビーム装置の別の構成の概略図である。 [0054] 図５Ａの実施形態による全ＦＯＶのサイズの変動の概略図である。 [0054] 図５Ａの実施形態による全ＦＯＶのサイズの変動の概略図である。 [0055] 本発明の別の実施形態による新しいマルチビーム装置の別の構成の概略図である。 [0056] 図６Ａの実施形態による全ＦＯＶのサイズの変動の概略図である。 [0056] 図６Ａの実施形態による全ＦＯＶのサイズの変動の概略図である。 [0057] 本発明の別の実施形態による図６Ａの可動対物レンズの構成の図である。 [0057] 本発明の別の実施形態による図６Ａの可動対物レンズの構成の図である。 [0057] 本発明の別の実施形態による図６Ａの可動対物レンズの構成の図である。 [0058] 本発明の別の実施形態による新しいマルチビーム装置の別の構成の概略図である。 [0058] 本発明の別の実施形態による新しいマルチビーム装置の別の構成の概略図である。 [0059] 本発明の別の実施形態による図１Ｂの従来のマルチビーム装置における複数のビームレットの傾斜の概略図である。 [0060] 本発明の別の実施形態による図５Ａの新しいマルチビーム装置における複数のビームレットの傾斜の概略図である。 [0061] 本発明の別の実施形態による新しいマルチビーム装置の別の構成の概略図である。

実施形態の例の詳細な説明
[0062] ここでは、本発明のいくつかの実施形態の例が示されている添付の図面を参照して、本発明の様々な実施形態の例をより完全に説明する。本発明の保護の範囲を制限することなく、実施形態の説明および図面はすべて例示的に電子ビームに関連する。しかし、実施形態は、本発明を特定の荷電粒子に限定するためには使用されない。

[0063] 図面では、各コンポーネントのおよびすべてのコンポーネント間の相対寸法は、明確にするために拡大され得る。以下の図面の説明内では、同じまたは同様の参照番号は、同じまたは同様のコンポーネントまたはエンティティを指し、個々の実施形態に関する違いのみを説明する。

[0064] それに従って、本発明の実施形態の例は様々な変更形態および代替の形態が可能であるが、その実施形態は、図面では例として示され、本明細書で詳細に説明する。しかし、本発明の実施形態の例を開示される特定の形態に限定するという意図は全くなく、それどころか、本発明の実施形態の例は、本発明の範囲内に収まるすべての変更形態、均等形態および代替の形態を包含することを理解すべきである。

[0065] この発明では、「軸方向の」は、「電子光学要素（丸いレンズまたは多極レンズなど）または結像系もしくは装置の光軸方向の」を意味し、「半径方向の」は、「光軸に垂直な方向の」を意味し、「軸方向上の」は、「光軸上のまたは光軸と位置合わせされた」を意味し、「軸外」は、「光軸上ではないまたは光軸と位置合わせされていない」を意味する。

[0066] この発明では、「結像系は光軸と位置合わせされる」は、「電子光学要素（丸いレンズまたは多極レンズなど）はすべて光軸と位置合わせされる」を意味する。

[0067] この発明では、Ｘ、ＹおよびＺ軸は、デカルト座標を形成する。一次投影結像系の光軸は、Ｚ軸上にあり、一次電子ビームは、Ｚ軸に沿って移動する。

[0068] この発明では、「一次電子」は、電子源から放出され、サンプルの観察または検査されている表面に入射する電子を意味し、「二次電子」は、「一次電子によって表面から生成された電子」を意味する。

[0069] この発明では、「ピッチ」は、平面上の２つの隣接するビームレットまたはビーム間の間隔を意味する。

[0070] この発明では、「偏向器の有効偏向平面」は、「偏向器の全偏向機能が起こるに等しい平面」を意味する。

[0071] 相互参照で提案されるいくつかの従来のマルチビーム装置に基づいて、この発明は、可変全ＦＯＶを有する新しいマルチビーム装置を構成するためのいくつかの方法を提案する。新しい装置では、全ＦＯＶは、サイズ、配向および照明角度において変動することができる。方法を明確に表現するため、図１Ｂのマルチビーム装置を例として取り入れる。説明を簡略化するため、新しい装置では、３つのビームレットしか示されていないが、ビームレットの数はいくつでもよい。それに加えて、３つのビームレットのうちの１つは軸上にあるが、それらはすべて軸外でもよい。それに加えて、偏向走査ユニットおよびビームセパレータなどの方法に関連しない要素は、図および実施形態の説明では示すこともましてや言及することもしない。

[0072] それらの従来のマルチビーム装置の各々では、複数のビームレットは、画像形成手段によって、光軸に向けて偏向される。複数のビームレットの偏向角度は、対物レンズによる複数のプローブスポットの軸外収差を最小化するように設定される。それに従って、複数の偏向ビームレットは、典型的には、対物レンズの前焦点を通過するかまたは対物レンズの前焦点に近づく（すなわち、対物レンズの前焦点面上または対物レンズの前焦点面近くに軸上クロスオーバーを形成する）。従って、複数のプローブスポットのピッチは、複数のビームレットの偏向角度および対物レンズの第１の（または物体）焦点距離に依存する。従って、ピッチは、偏向角度および／または対物レンズの第１の焦点距離を変更することによって変動させることができる。例えば、図１Ａまたは図１Ｂでは、２つの軸外ビームレット１０２＿２および１０２＿３の偏向角度α_２およびα_３は、対物レンズ１３１によるプローブスポット１０２＿２ｓおよび１０２＿３ｓの軸外収差を最小化するように設定される。それに従って、ビームレット１０２＿２および１０２＿３は、典型的には、対物レンズ１３１の前焦点を通過するかまたは対物レンズ１３１の前焦点に近づく（すなわち、光軸上および対物レンズ１３１の前焦点面上または対物レンズ１３１の前焦点面近くにクロスオーバーＣＶを形成する）。プローブスポット１０２＿１ｓおよび１０２＿２ｓ間のピッチＰｓは、偏向角度α_２および対物レンズ１３１の第１の焦点距離ｆによって決定され、単に、Ｐｓ≒α_２・ｆとして表現することができる。同様に、プローブスポット１０２＿１ｓおよび１０２＿３ｓ間のピッチＰｓは、単に、Ｐｓ≒α_３・ｆとして表現することができる。

[0073] 図３Ａ、図４Ａおよび図５Ａは、偏向角度を変動させることによってピッチを変更する新しい装置の３つの実施形態３００Ａ、４００Ａおよび５００Ａを示し、図６Ａは、第１の焦点距離を変動させることによってピッチを変更する一実施形態６００Ａを示す。実施形態３００Ａでは、供給源変換ユニット３２０は、３つのビーム制限開口１２１＿１、１２１＿２および１２１＿３を有する１つのビームレット制限手段１２１と、３つの電子光学要素３２２＿１、３２２＿２および３２２＿３を有する１つの可動画像形成手段３２２とを含む。可動画像形成手段３２２の有効偏向平面３２２＿０は、変動範囲３２２＿０ｒ内で光軸３００＿１に沿って移動することができる。有効偏向平面３２２＿０が対物１３１近くに移動するにつれて、複数のプローブスポットのピッチは大きくなり、その逆も同様である。

[0074] 図３Ｂは、有効偏向平面３２２＿０が位置Ｄ１にある際の３つのビームレット１０２＿１、１０２＿２および１０２＿３の経路を示す。可動集光レンズ２１０は、供給源変換ユニット３２０に垂直に入射するように一次電子ビーム１０２を平行にする。ビーム制限開口１２１＿１〜１２１＿３は、一次電子ビーム１０２を１つの軸上ビームレット１０２＿１および２つの軸外ビームレット１０２＿２および１０２＿３に分割する。２つの軸外電子光学要素３２２＿２および３２２＿３は、ビームレット１０２＿２および１０２＿３をそれぞれ光軸３００＿１に向けて偏向する。３つのビームレット１０２＿１〜１０２＿３は、対物レンズ１３１によってサンプル表面７に集束され、従って、３つのプローブスポット１０２＿１ｓ、１０２＿２ｓおよび１０２＿３ｓをそれぞれ形成する。ビームレット１０２＿２および１０２＿３の偏向角度α_２およびα_３は、プローブスポット１０２＿２ｓおよび１０２＿３ｓの軸外収差を最小化するように設定される。それに従って、ビームレット１０２＿２および１０２＿３は、対物レンズ１３１の前焦点を通過するかまたは対物レンズ１３１の前焦点に近づく（すなわち、光軸３００＿１上およびその前焦点面上またはその前焦点面近くにクロスオーバーを形成する）。プローブスポット１０２＿１ｓ〜１０２＿３ｓによって形成される２つのピッチはそれぞれ、α_２・ｆおよびα_３・ｆにほぼ等しい。ｆは、対物レンズ１３１の第１の焦点距離である。図３Ｃの有効偏向平面３２２＿０は、位置Ｄ１よりも対物１３１に近い位置Ｄ２にある。それに従って、偏向角度α_２およびα_３は増加し、２つのピッチは大きくなる。プローブスポット１０２＿２ｓおよび１０２＿３ｓは、図３Ｂの以前の位置（破線）から外側に移動される。

[0075] 図４Ａの実施形態４００Ａでは、図１Ｂと比べると、供給源変換ユニット４２０は、もう１つの画像形成手段１２４を含む。３つの電子光学要素１２４＿１、１２４＿２および１２４＿３を有する画像形成手段１２４は、画像形成手段１２２の下側にあり、半径方向に移動することができる。それに従って、供給源変換ユニット４２０は、２つのモードで作動する。図４Ｂに示される第１のモードでは、画像形成手段１２２は、単一の電子源１０１の３つの第１の虚像を形成するために使用され、画像形成手段１２４は、ビームレット１０２＿１〜１０２＿３の経路の外側に移動される。図４Ｃに示される第２のモードでは、画像形成手段１２２は、オフに切り替えられ、画像形成手段１２４は、単一の電子源１０１の３つの第１の虚像を形成するために元の位置に戻される。ビームレット１０２＿２および１０２＿３の偏向角度α_２およびα_３は、第２のモードよりも第１のモードの方が小さく、それに従って、２つのピッチは、第２のモードの方が大きい。図４Ｃでは、プローブスポット１０２＿２ｓおよび１０２＿３ｓは、図４Ｂの以前の位置（破線）から外側に移動される。

[0076] 図５Ａの実施形態５００Ａは、図１Ｂと比べると、供給源変換ユニット２２０と対物レンズ１３１との間に１つの転送レンズ５３３および１つのフィールドレンズ５３４を採用する。それに従って、転送レンズ５３３、フィールドレンズ５３４および対物レンズ１３１は、一次投影結像系を構成する。図５Ｂは、３つのビームレット１０２＿１〜１０２＿３の経路を示す。可動集光レンズ２１０は、供給源変換ユニット２２０に垂直に入射するように一次電子ビーム１０２を平行にする。ビーム制限開口１２１＿１〜１２１＿３は、一次電子ビーム１０２を１つの軸上ビームレット１０２＿１および２つの軸外ビームレット１０２＿２および１０２＿３に分割する。２つの軸外電子光学要素１２２＿２および１２２＿３は、ビームレット１０２＿２および１０２＿３をそれぞれ光軸５００＿１に向けて偏向する。結果的に、単一の電子源１０１の３つの第１の虚像が形成される。次いで、転送レンズ５３３は、３つのビームレット１０２＿１〜１０２＿３を中間画像平面ＰＰ１に集束する（すなわち、３つの第１の虚像をその上に投影する）。それに従って、単一の電子源１０１の３つの第２の実像１０２＿１ｍ、１０２＿２ｍおよび１０２＿３ｍが形成される。フィールドレンズ５３４は、中間画像平面ＰＰ１に位置し、その集束状況に影響を及ぼすことなく、軸外ビームレット１０２＿２および１０２＿３を光軸５００＿１に向けて屈曲する。その後、対物レンズ１３１は、３つのビームレット１０２＿１〜１０２＿３をサンプル表面７に集束する（すなわち、３つの第２の実像１０２＿１ｍ〜１０２＿３ｍをその上に投影する）。結果的に、サンプル表面７では、３つのビームレット１０２＿１〜１０２＿３は、３つのプローブスポット１０２＿１ｓ、１０２＿２ｓおよび１０２＿３ｓをそれぞれ形成する。

[0077] 図５Ｂでは、フィールドレンズ５３４によるビームレット１０２＿２および１０２＿３の曲げ角度γ_２およびγ_３は、プローブスポット１０２＿２ｓおよび１０２＿３ｓの軸外収差を最小化するように設定され、ビームレット１０２＿２および１０２＿３は、それに従って、対物レンズ１３１の前焦点を通過するかまたは対物レンズ１３１の前焦点に近づく（すなわち、光軸５００＿１上およびその前焦点面上またはその前焦点面近くにクロスオーバーＣＶを形成する）。プローブスポット１０２＿１ｓおよび１０２＿２ｓ間のピッチＰｓは、曲げ角度γ_２および対物レンズ１３１の第１の焦点距離ｆによって決定され、単に、Ｐｓ≒γ_２・ｆとして表現することができる。同様に、プローブスポット１０２＿１ｓおよび１０２＿３ｓ間のピッチＰｓは、単に、Ｐｓ≒γ_３・ｆとして表現することができる。曲げ角度γ_２およびγ_３は、第２の実像１０２＿２ｍおよび１０２＿３ｍの半径方向シフトと共に変化し、半径方向シフトは、電子光学要素１２２＿２および１２２＿３によるビームレット１０２＿２および１０２＿３の偏向角度α_２およびα_３と共に変化する。従って、２つのピッチは、偏向角度α_２およびα_３を調整することによって変動させることができる。図５Ｃでは、偏向角度α_２およびα_３は、図５Ｂより大きい。結果的に、２つの軸外プローブスポット１０２＿２ｓおよび１０２＿３ｓは、図５Ｂの以前の位置（破線で示される）から現在の位置の方に遠ざけられ、ピッチは大きくなる。

[0078] 図６Ａの実施形態６００Ａでは、対物レンズ６３１の第１の主平面６３１＿２は、変動範囲６３１＿２ｒ内で光軸６００＿１に沿ってシフトすることができる。軸方向シフトは、対物レンズ６３１の位置を機械的に移動することによってあるいは対物レンズフィールドの形状および／または位置を電気的に変更することによって行うことができる。第１の主平面がサンプル表面７に近づくにつれて、第１の焦点距離ｆは小さくなり、第１の焦点面は表面７に向けて移動する。それに加えて、第１の焦点面が下方に移動するにつれて、複数のビームレットの偏向角度は減少する。それに従って、複数のプローブスポットのピッチは減少する。

[0079] 図６Ｂおよび６Ｃは、第１の主平面６３１＿２がそれぞれ位置Ｄ３および位置Ｄ４にある際の３つのビームレットの経路を示す。位置Ｄ３は、位置Ｄ４よりもサンプル表面７に近い。それに従って、図６Ｂの第１の焦点距離ｆおよびビームレット１０２＿２および１０２＿３の偏向角度α_２およびα_３は、図６Ｃより小さい。図６Ｃでは、プローブスポット１０２＿２ｓおよび１０２＿３ｓは、図６Ｂの以前の位置（破線）から外側に移動され、２つのピッチは、図６Ｂより大きくなる。

[0080] １つの従来のマルチビーム装置の対物レンズは、図１Ｃに示される一実施形態１３１−１のような電磁複合レンズである。対物レンズは、１つの磁気レンズおよび１つの静電レンズを含み、サンプル上の低幾何学的収差および低放射障害に起因して減速モード（retarding mode）で作動する（電子の着地エネルギーは、対物レンズを通過する電子のエネルギーより低い）。磁気レンズは、コイル１３１＿ｃ１と、ポールピース１３１＿ｍｐ１および１３１＿ｍｐ２を有するヨーク１３１＿ｙ１とによって構成され、静電レンズは、ポールピース１３１＿ｍｐ１、フィールド制御電極１３１＿ｅ１およびサンプル８によって形成される。内部ポールピース１３１＿ｍｐ１の電位は、サンプル８より高い。フィールド制御電極１３１＿ｅ１の電位は、サンプル表面上の電界を制御するように設定される。電界は、絶縁破壊が起こらないサンプルの保証、複数のプローブスポットの幾何学的収差の低減、二次電子の一部を反射し返すことによるサンプル表面７上のチャージアップの制御または二次電子ビームの収集の強化が可能である。図１Ｃでは、磁界の形状は変動可能ではなく、静電界の形状は限られた範囲内でのみ変更することができる。従って、従来の対物レンズは、ほとんど電気的に（電極の電位および／またはコイルの励磁電流を変更する）移動可能ではない。

[0081] 次に、図１Ｃの従来の対物レンズ１３１−１の観点から、可動対物レンズ６３１を構成するための３つの解決法を提案し、図７Ａ、７Ｂおよび７Ｃにそれぞれ示す。図７Ａでは、図１Ｃと比べると、実施形態６３１−１は、内部ポールピース１３１＿ｍｐ１とフィールド制御電極１３１＿ｅ１との間にもう１つの電極６３１−１＿ｅ２を含む。それに従って、静電レンズは、内部ポールピース１３１＿ｍｐ１、電極６３１−１＿ｅ２、フィールド制御電極１３１＿ｅ１およびサンプル８によって形成される。静電レンズの静電界形状は、電極１３１＿ｅ１の電位および電極６３１−１＿ｅ２の電位も調整することによって変動させることができる。電極６３１−１＿ｅ２の電位は内部ポールピース１３１＿ｍｐ１の電位に近づくように調整されるため、静電界はサンプルに向けて押し進められ、それは、対物レンズ６３１−１をサンプル８に向けて移動することに等しい。それに従って、電極６３１−１＿ｅ２は、フィールド移動電極と呼ぶことができる。

[0082] 図７Ｂでは、図１Ｃと比べると、実施形態６３１−２は、ヨーク１３１＿ｙ１のボアの内側およびフィールド制御電極１３１＿ｅ１の上側にもう２つの電極６３１−２＿ｅ２および６３１−２＿ｅ３を含む。それに従って、静電レンズは、電極６３１−２＿ｅ３および６３１−２＿ｅ２、フィールド制御電極１３１＿ｅ１およびサンプル８によって形成される。電極６３１−２＿ｅ３の電位は、サンプルより高く、内部ポールピース１３１＿ｍｐ１に等しいものであり得る。静電レンズの静電界形状は、電極１３１＿ｅ１の電位および電極６３１−２＿ｅ２の電位も調整することによって変動させることができる。図７Ａと同様に、電極６３１−２＿ｅ２の電位は電極６３１−１＿ｅ３の電位に近づくように調整されるため、静電界はサンプル８に向けて押し進められ、それは、対物レンズ６３１−２をサンプル８に向けて移動することに等しい。それに従って、電極６３１−２＿ｅ２は、フィールド移動電極と呼ぶことができる。図７Ａの実施形態６３１−１と比べると、磁気レンズは、サンプル８により近く配置することができ、それにより、より低い収差を生成するためのサンプルへのより深い磁気浸漬が提供される。

[0083] 図７Ｃでは、図１Ｃと比べると、実施形態６３１−３は、ヨーク１３１＿ｙ１のボアの内側および内部ポールピース１３１＿ｍｐ１の上側にもう１つのコイル６３１−３＿ｃ２およびもう１つのヨーク６３１−３＿ｙ２を含む。それに従って、１つの下部磁気レンズ、１つの上部磁気レンズおよび１つの静電レンズが形成される。下部磁気レンズは、コイル１３１＿ｃ１によって、下部磁気回路ギャップＧ１を通じて、ヨーク１３１＿ｙ１の内部ポールピース１３１＿ｍｐ１と外部ポールピース１３１＿ｍｐ２との間に１つの下部磁界を生成し、上部磁気レンズは、コイル６３１−３＿ｃ２によって、磁気回路ギャップＧ２を通じて、ヨーク６３１−３＿ｙ２の内部ポールピース１３１＿ｍｐ１と上部ポールピース６３１−３＿ｍｐ３との間に１つの上部磁界を形成する。静電レンズは、内部ポールピース１３１＿ｍｐ１、フィールド制御電極１３１＿ｅ１およびサンプル８によって形成される。対物レンズ６３１−３の全磁界の分布形状は、上部および下部磁界の組合せによって変化し、従って、上部および下部磁気レンズの励磁比あるいはコイル１３１＿ｃ１および６３１−３＿ｃ２の電流比を調整することによって変動させることができる。電流比はより高く調整されるため、対物レンズ６３１−３の全磁界は、サンプルに向けて押し進められ、それは、対物レンズ６３１−３をサンプル８に向けて移動することに等しい。２つの極端な例は、対物レンズ６３１−３の全磁界が、コイル１３１＿ｃ１を停止し、かつ、コイル６３１−３＿ｃ２を起動した際は最上位に位置し、コイル１３１＿ｃ１を起動し、かつ、コイル６３１−３＿ｃ２を停止した際は最下位に位置する。図７Ａおよび７Ｂの解決法の各々は、図７Ｃの解決法と組み合わせて、可動対物レンズ６３１のより多くの実施形態を構成することができる。

[0084] 次に、プローブスポットアレイを意図的に回転させるいくつかの方法を提案し、その方法は、観察条件の変化に対する全ＦＯＶの配向変動を排除するためおよび／またはサンプルパターンの配向とプローブスポットアレイの配向を正確に整合させるために使用することができる。上記で言及されるように、１つの従来のマルチビーム装置の対物レンズは、典型的には、図１Ｃに示される実施形態１３１−１などの電磁複合レンズである。従って、磁気レンズと静電レンズの集束力を適切に組み合わせることにより、プローブスポットアレイを光軸の周りである程度まで回転させることができる。例えば、図１Ａの対物レンズ１３１が図１Ｃの実施形態１３１−１と同様である場合は、フィールド制御電極１３１＿ｅ１は、プローブスポット１０２＿２および１０２＿３ｓの回転をある程度まで制御するためおよび表面７上の電界を制御するために使用することができる。試料の安全性のために表面７上の電界を許容値より弱く維持するため、フィールド制御電極１３１＿ｅ１の電位は、サンプル８に対してある特定の範囲（３ｋＶ〜５ｋＶなど）内で変動させることができる。静電レンズの集束力は、フィールド制御電極１３１＿ｅ１の電位と共に変化し、それに従って、複数のビームレットをサンプル表面７に集束させるために、磁気レンズの集束力を変化させる必要がある。磁気レンズの集束力変動は、プローブスポット１０２＿２ｓおよび１０２＿３ｓの回転角度を変化させる。従って、プローブスポット１０２＿２ｓおよび１０２＿３ｓの回転角度は、特定の範囲内でフィールド制御電極１３１＿ｅ１の電位を変動させることによって調整することができる。

[0085] 図３Ａ、４Ａおよび５Ａの新しい装置の前述の実施形態３００Ａ、４００Ａおよび５００Ａの各々の場合、対物レンズ１３１が実施形態１３１−１と同様の構成を有する場合は、プローブスポットアレイの配向は、この方法によって調整することができる。図６Ａの新しい装置の実施形態６００Ａの場合、可動対物レンズ６３１が図７Ａ〜７Ｃの実施形態６３１−１、６３１−２および６３１−３のうちの１つと同様の構成を有する場合は、フィールド制御電極１３１＿ｅ１および／または対応するフィールド移動電極は、プローブスポットアレイの回転を制御するために使用することができる。また、実施形態６３１−３の場合、配向は、上部磁気レンズおよび下部磁気レンズの磁界の極性を変動させることによって変更することができる。周知の通り、磁気レンズの場合、回転角度は、磁界の極性に関連するが、集束力はそうではない。上部磁気レンズおよび下部磁気レンズの磁界の極性が同じ場合は、上部磁気レンズおよび下部磁気レンズは、同じ方向にプローブスポットアレイを回転させる。極性が互いに逆の場合は、上部磁気レンズおよび下部磁気レンズは、反対方向にプローブスポットアレイを回転させる。従って、実施形態６３１−３は、必要な集束力および第１の主平面の対応する位置に対してプローブスポットアレイの２つの異なる配向を生成することができる。

[0086] 図５Ａの実施形態５００Ａの場合、転送レンズ５３３およびフィールドレンズ５３４は、プローブスポットアレイの回転を制御するさらなる可能性を提供する。一実施形態５１０Ａは、図８Ａに示されており、電磁複合転送レンズ５３３−１は、１つの静電転送レンズ５３３＿１１および１つの磁気転送レンズ５３３＿１２を含む。磁気転送レンズ５３３＿１２の磁界は、プローブスポットアレイの回転を変化させるように調整することができ、それに従って、静電転送レンズ５３３＿１１の静電界は、３つの第２の実像１０２＿１ｍ、１０２＿２ｍおよび１０２＿３ｍを中間画像平面ＰＰ１上に維持するように変動させることができる。別の実施形態５２０Ａは、図８Ｂに示されており、電磁複合フィールドレンズ５３４−１は、１つの静電界レンズ５３４＿１１および１つの磁界レンズ５３４＿１２を含む。磁界レンズ５３４＿１２の磁界は、プローブスポットアレイの回転を変化させるように調整することができ、それに従って、静電界レンズ５３４＿１１の静電界は、複数のビームレットの必要な曲げ角度を生成するように変動させることができる。

[0087] 前述の実施形態の各々では、複数のビームレットは、サンプル表面に垂直にまたは実質的に垂直に入射する（すなわち、複数のビームレットの入射角度または着地角度（サンプル表面の法線と成す角度）は、ほぼゼロに等しい）。サンプルのいくつかのパターンを効果的に観察するため、入射角度は、ゼロより少し大きい方がよい。この事例では、複数のビームレットが同様に機能することを保証するため、複数のビームレットは、同じ入射角度を有する必要がある。そうするため、複数のビームレットのクロスオーバーＣＶは、光軸から離れるようにシフトする必要がある。クロスオーバーＣＶのシフトは、画像形成手段または１つの追加のビームレット傾斜偏向器によって行うことができる。

[0088] 図９Ａは、従来のマルチビーム装置２００Ａの画像形成手段１２２によってどのように複数のビームレット１０２＿１〜１０２＿３を傾斜させるかを示す。図１Ｂと比べると、ビームレット１０２＿１〜１０２＿３のクロスオーバーＣＶが光軸１００＿１から離れるように、かつ、対物レンズ１３１の第１の焦点面上または対物レンズ１３１の第１の焦点面近くにシフトされるように、ビームレット１０２＿１〜１０２＿３の偏向角度α１（図１Ｂではゼロに等しい）、α２およびα３はそれぞれ、同じまたは実質的に同じ量だけ追加される。それに従って、ビームレット１０２＿１〜１０２＿３は、同じまたはほぼ同じ着地角度で表面７に斜めに着地する。実施形態３００Ａ、４００Ａ、５００Ａおよび６００Ａの各々の複数のビームレット１０２＿１〜１０２＿３は、対応する画像形成手段によって同じ方法で傾斜させることができる。実施形態３００Ａ、４００Ａおよび６００Ａの場合、複数のビームレット１０２＿１〜１０２＿３の経路は、図９Ａのものと同様である。実施形態５００Ａの場合、図９Ｂに示されるように、経路は異なる。図５Ｂと比べると、ビームレット１０２＿１〜１０２＿３の偏向角度α１（図５Ｂではゼロに等しい）、α２およびα３は、３つの第２の実像１０２＿１ｍ、１０２＿２ｍおよび１０２＿３ｍを同じまたは実質的に距離だけ中間画像平面ＰＰ１上でシフトする。それに従って、フィールド５３４によって屈曲した後のビームレット１０２＿１〜１０２＿３のクロスオーバーＣＶは、依然として、第１の焦点面上または第１の焦点面近くにあるが、光軸５００＿１から離れるようにシフトされる。

[0089] 図１０は、新しい装置の一実施形態７００Ａの１つのビームレット傾斜偏向器１３５によってどのように複数のビームレット１０２＿１〜１０２＿３を傾斜させるかを示す。図１Ｂと比べると、ビームレット傾斜偏向器１３５は、クロスオーバーＣＶが光軸７００＿１から離れるように、かつ、対物レンズ１３１の前焦点面上または対物レンズ１３１の前焦点面近くにシフトされるように、ビームレット１０２＿１〜１０２＿３を一緒に偏向する。同様に、１つのビームレット傾斜偏向器は、複数のビームを一緒に傾斜させるために、実施形態３００Ａ、４００Ａ、５００Ａおよび６００Ａに追加することもできる。ビームレット傾斜偏向器は、供給源変換ユニットと対物レンズの前焦点面との間に配置することができ、供給源変換ユニットに近い方が好ましい。それに加えて、前述の実施形態のうちの１つの偏向走査ユニットが対物レンズの前焦点面の上側にある場合は、偏向走査ユニットは、複数のビームレットのクロスオーバーをシフトすることができ、従って、追加のビームレット傾斜偏向器は不要である。

[0090] 新しい装置の前述の実施形態の各々は、サイズ、配向および入射角度において全ＦＯＶを変動させるための方法のうちの１つまたは２つのみを採用するが、方法は、多くの点で組み合わせることができる。例えば、新しい装置は、１つの可動画像形成手段および１つの可動対物レンズを一緒に使用することも、または、１つの可動対物レンズ、１つの転送レンズおよび１つのフィールドレンズを一緒に使用することもできる。方法は一例として図１Ｂの実施形態２００Ａを取り入れることによって示され、説明されているが、方法は、新しいマルチビーム装置のより多くの実施形態を構成するために、従来の装置の他の実施形態（図１Ａの実施形態１００Ａなど）に適用することができる。

[0091] 要約すれば、相互参照で提案される従来のマルチビーム装置に基づいて、この発明は、その全ＦＯＶがサイズ、配向および入射角度において変動する新しいマルチビーム装置を構成するためのいくつかの方法を提案する。従って、新しい装置は、サンプル観察を加速し、より多くの種類のサンプルを観察可能にするためのさらなる柔軟性を提供する。より具体的には、新しい装置は、高スループットを達成し、より多くの種類の欠陥を検出するさらなる可能性を提供するために、イールドマネジメントとして使用することができる。全ＦＯＶのサイズを変動させるためにサンプル表面上の複数のビームレットのピッチを変更するため、３つの方法、すなわち、供給源変換ユニットの可動画像形成手段を使用すること、可動対物レンズを使用すること、ならびに、供給源変換ユニットと対物レンズとの間で転送レンズおよびフィールドレンズを使用することが提案される。全ＦＯＶの配向を変動させるためにプローブスポットアレイを意図的に回転させるため、３つの方法、すなわち、電磁複合対物レンズを使用してその電界を変動させること、２つの磁気レンズを有する１つの対物レンズを使用してその磁界の極性を反対の極性に設定すること、ならびに、転送レンズおよびフィールドレンズの一方または両方において１つの磁気レンズを使用することが採用される。３つの方法は、サンプル表面への複数のビームレットの着地角度を等しく変動させるために複数のビームレットのクロスオーバーを光軸から離れるようにシフトするために提案される。シフトは、画像形成手段、または１つの追加のビームレット傾斜偏向器または偏向走査ユニットによって行うことができる。

[0092] 本発明は、その好ましい実施形態に関連して説明してきたが、以下で特許請求されるような本発明の精神および範囲から逸脱することなく、他の変更および変形を行うことができることを理解されたい。

Claims (21)

1. 供給源変換ユニットであって、
   複数のビームレットを通過させるように構成された複数のビーム制限開口を有するビームレット制限デバイスと、
   一次光軸に沿って移動可能であり、複数の電子光学要素を含む画像形成デバイスであって、前記複数の電子光学要素の少なくとも一部が、前記複数のビームレットの少なくとも一部を前記一次光軸に向けて偏向するように構成される、画像形成デバイスと
   を含む、供給源変換ユニット。
2. 前記複数のビームレットの前記少なくとも一部の前記一次光軸に向けた前記偏向が、電子源の複数の虚像を形成する、請求項１に記載の供給源変換ユニット。
3. 前記複数の電子光学要素の前記少なくとも一部が、複数のプローブスポットの軸外収差を低減する偏向角度で前記複数のビームレットの少なくとも一部を偏向するように構成される、請求項１または２に記載の供給源変換ユニット。
4. 前記複数のプローブスポットが、前記一次光軸に沿って前記画像形成デバイスを移動することによって一緒に変動するピッチを有する、請求項３に記載の供給源変換ユニット。
5. 前記複数のプローブスポットが、磁気レンズと静電レンズの集束力の比率を変動させることによって選択可能な配向を有する、請求項３および４のいずれか１項に記載の供給源変換ユニット。
6. 前記偏向角度が、前記複数のビームレットの前記少なくとも一部がサンプルの表面に垂直にまたは実質的に垂直に着地することを可能にする、請求項３に記載の供給源変換ユニット。
7. 前記偏向角度が、前記複数のビームレットの前記少なくとも一部が同じまたは実質的に同じ着地角度でサンプルの表面に斜めに着地することを可能にする、請求項３に記載の供給源変換ユニット。
8. マルチビーム装置であって、
   一次光軸に沿って荷電粒子ビームを生成するように構成された電子源と、
   供給源変換ユニットであって、
   前記荷電粒子ビームの複数のビームレットを通過させるように構成された複数のビーム制限開口を有するビームレット制限デバイスと、
   前記一次光軸に沿って移動可能であり、複数の電子光学要素を含む画像形成デバイスであって、前記複数の電子光学要素の少なくとも一部が、前記複数のビームレットの少なくとも一部を前記一次光軸に向けて偏向するように構成される、画像形成デバイスと
   を含む供給源変換ユニットと、
   前記複数のビームレットをサンプルの表面に集束させ、複数のプローブスポットを形成するように構成された対物レンズと
   を含む、マルチビーム装置。
9. 前記複数のビームレットの前記少なくとも一部の前記一次光軸に向けた前記偏向が、前記電子源の複数の虚像を形成する、請求項８に記載のマルチビーム装置。
10. 前記対物レンズが、磁気レンズおよび静電レンズを含む、請求項８および９のいずれか１項に記載のマルチビーム装置。
11. 前記磁気レンズと前記静電レンズが、前記磁気レンズと前記静電レンズの集束力の比率を変動させることによって前記複数のプローブスポットの配向の選択を可能にするように構成される、請求項１０に記載のマルチビーム装置。
12. 前記複数のプローブスポットが、前記一次光軸に沿って前記画像形成デバイスを移動することによって一緒に変動するピッチを有する、請求項８〜１１のいずれか１項に記載のマルチビーム装置。
13. 前記複数の電子光学要素の前記少なくとも一部が、前記複数のプローブスポットの軸外収差を低減する偏向角度で前記複数のビームレットの少なくとも一部を偏向するように構成される、請求項８〜１２のいずれか１項に記載のマルチビーム装置。
14. 前記偏向角度が、前記複数のビームレットの前記少なくとも一部がサンプルの表面に垂直にまたは実質的に垂直に着地することを可能にする、請求項１３に記載のマルチビーム装置。
15. 前記偏向角度が、前記複数のビームレットの前記少なくとも一部が同じまたは実質的に同じ着地角度でサンプルの表面に斜めに着地することを可能にする、請求項１３に記載のマルチビーム装置。
16. 前記対物レンズの前焦点面の上側に位置決めされた偏向走査ユニットをさらに含む、請求項８に記載のマルチビーム装置。
17. 前記偏向走査ユニットが、同じまたは実質的に同じ着地角度で前記表面に斜めに着地するように前記複数のビームレットを傾斜するように構成される、請求項１６に記載のマルチビーム装置。
18. 前記供給源変換ユニットと前記対物レンズの前焦点面との間に位置決めされたビームレット傾斜偏向器をさらに含む、請求項８に記載のマルチビーム装置。
19. 前記ビームレット傾斜偏向器が、同じまたは実質的に同じ着地角度で前記表面に斜めに着地するように前記複数のビームレットを傾斜するように構成される、請求項１８に記載のマルチビーム装置。
20. サンプルの表面を観察するためのマルチビーム装置を構成するための方法であって、
    画像形成デバイスを使用して電子源の複数の虚像を形成することであって、前記虚像が、複数のプローブスポットを前記表面上に形成するために使用されることと、
    一次光軸に沿って前記画像形成デバイスを移動して、前記複数のプローブスポットのピッチを変動させることと
    を含む、方法。
21. 対物レンズを使用して前記複数の虚像を前記表面に結像して、前記複数のプローブスポットを前記サンプル上に形成することをさらに含む、請求項２０に記載の方法。

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