JP7324062B2

JP7324062B2 - マルチビーム荷電粒子撮像装置

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Publication number: JP7324062B2
Application number: JP2019109216A
Authority: JP
Inventors: セダボフスラフ; モホンマディ－ゲイダーリアリ; ウンコフスキマレク
Original assignee: FEI Co
Current assignee: FEI Co
Priority date: 2018-06-25
Filing date: 2019-06-12
Publication date: 2023-08-09
Anticipated expiration: 2039-06-12
Also published as: US10790113B2; EP3588531B1; CN110634722A; US20190393013A1; JP2020004711A; CN110634722B; EP3588531A1

Description

本発明は、荷電粒子撮像装置において、
－試料を保持するための試料ホルダと、
－粒子光学コラムであって、
・前駆荷電粒子ビームを、前記前駆体ビームの到達範囲内に対応する複数の開口を有する開口プレート上に向けることによって、複数の荷電粒子ビームを生成し、
・前記ビームを前記試料に向けるための粒子光学コラムと、を備える、荷電粒子撮像装置に関する。

本発明はまた、そのような装置を使用する方法に関する。

荷電粒子撮像装置の例は、荷電粒子顕微鏡（ＣＰＭ）と、（フォトレジストでコーティングされた半導体基板上に集積回路パターンを書き込むためにとりわけ使用される）荷電粒子リソグラフィ撮像システムとを含む。荷電粒子顕微鏡法は、周知であり、特に電子顕微鏡の形態で顕微鏡対象物を撮像するためのますます重要な技術である。歴史的に、電子顕微鏡の基本的な種数は、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、および走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）などの多くの周知の装置種に、ならびに、例えば、イオンビームミリングまたはイオンビーム誘起蒸着（ＩＢＩＤ）などの支援活動を可能にする、「機械加工」集束イオンビーム（ＦＩＢ）をさらに使用するいわゆる「二重ビーム」装置（例えば、ＦＩＢ－ＳＥＭ）などの様々な副種に進化している。より具体的には、以下のとおりである：
－ＳＥＭにおいては、走査電子ビームによる試料の照射は、例えば、二次電子、後方散乱電子、Ｘ線およびカソード発光（赤外線、可視および／または紫外線光子）の形態で試料からの「補助」放射線の放出を引き起こし、次に、この放出された放射線の１つ以上の成分は、検出されて画像を蓄積するために使用される。
－ＴＥＭにおいては、試料に照射するために使用される電子ビームは、（この目的のために、一般的に、ＳＥＭ試料の場合よりも薄くなる）試料に貫通するために十分高いエネルギーとなるように選択され、次に、試料から放出された透過電子を使用して画像を生成することができる。このようなＴＥＭを走査モードで動作させる（したがってＳＴＥＭになる）と、照射電子ビームの走査動作中に当該画像が蓄積される。
－ＳＥＭはまた、例えば、比較的薄いサンプルと比較的高い入射ビームエネルギーを使用する場合など、「透過モード」で使用されることもできる。そのようなツールは、しばしば「ＴＳＥＭ」（透過型ＳＥＭ）と呼ばれ、それは、通常、試料と試料後検出器との間に配置された比較的初歩的な撮像システム（例えば、単一レンズおよび偏向器）を有する。

照射ビームとして電子を使用する代わりに、荷電粒子顕微鏡法は、荷電粒子の他の種を使用して実行することもできる。この点において、「荷電粒子」という語句は、例えば、電子、正イオン（例えば、ＧａまたはＨｅイオン）、負イオン（酸素など）、陽子および陽電子を含むものとして広く解釈されるべきである。電子顕微鏡法以外の荷電粒子顕微鏡法に関しては、いくつかの別の情報を、例えば、以下などの参考文献から収集することができる。
ｈｔｔｐｓ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｆｏｃｕｓｅｄ＿ｉｏｎ＿ｂｅａｍ
ｈｔｔｐ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｓｃａｎｎｉｎｇ＿Ｈｅｌｉｕｍ＿Ｉｏｎ＿Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ
－Ｗ．Ｈ．Ｅｓｃｏｖｉｔｚ，Ｔ．Ｒ．ＦｏｘａｎｄＲ．Ｌｅｖｉ－Ｓｅｔｔｉ，ＳｃａｎｎｉｎｇＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＩｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅｗｉｔｈａＦｉｅｌｄＩｏｎＳｏｕｒｃｅ，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ７２（５），ｐｐ１８２６－１８２８（１９７５）。
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｃｂｉ．ｎｌｍ．ｎｉｈ．ｇｏｖ／ｐｕｂｍｅｄ／２２４７２４４４
撮像および（局所的な）表面改質（例えば、ミリング、エッチング、蒸着など）の実施に加え、ＣＰＭはまた、ディフラクトグラムの検査、分光法の実施、イオンチャネリング／イオン後方散乱（ラザフォード後方散乱分光分析）の研究などの他の機能を有することができることに留意すべきである。

リソグラフィ撮像システム（例えば、ウェハステッパ／ウェハスキャナ）において、放射線の化学線ビームは、基板（例えば、半導体ウェハ）の表面上に提供された（例えば、スピンコートされた）材料（フォトレジスト）のエネルギー感応性層をパターン化するために使用される。従来、化学線ビームは、マスク／レチクルを通過してその後に感光性パターン上にそのパターンを付与する（例えば、水銀灯またはレーザからの）広い光子ビームを含んでいた。しかしながら、他の種類のリソグラフィ撮像システムは、所望のパターンにしたがって感光層上にわたって１つ以上の電子ビームをトレースする、いわゆる「直接書き込み」電子ビームツールなどの荷電粒子を利用する。さらに他のリソグラフィ撮像システムの概念は、イオンビームを利用する。

全ての場合において、荷電粒子撮像装置は、少なくとも以下の構成要素を備える：
以下などの荷電粒子源：
・例えば、電子の場合には、電界放出銃（ＦＥＧ；ショットキーまたはコールドＦＥＧ）またはＬａＢ_６熱源；
・例えば、イオンの場合には、液体金属イオン源（ＬＭＩＳ）、ナノ開口イオン源（ＮＡＩＳ）またはＲＦ生成イオンプラズマ源。
－前記源からの「生」粒子ビームを操作し、フォーカシング、収差緩和、（ダイヤフラムによる）トリミング、フィルタリングなどの所定の動作を該粒子ビームに対して実行するように機能する粒子光学コラム（照明器）。それは、一般的に１つ以上の（荷電粒子）レンズを備え、他の種類の（粒子）光学構成要素も備えることができる。所望に応じて、照明器には、調査中の試料にわたってその出射ビームに走査運動を実行させることができる偏向システムを設けることができる。
－調査中の試料がその上に保持されて位置決め（例えば、傾斜、回転）されることができる試料ホルダ。所望に応じて、このホルダは、ビームに対して試料の走査運動を行うように移動されることができる。一般に、このような試料ホルダは、位置決めシステムに接続される。極低温試料を保持するように設計される場合、試料ホルダは、例えば適切に接続される極低温槽を使用して、前記試料を極低温に維持するための手段を備えることができる。

（Ｓ）ＴＥＭもしくはＴＳＥＭなどの透過型ＣＰＭ、またはマスクベースのリソグラフィ撮像システムは、さらに以下を備える：
－試料（面）［またはリソグラフィにおいて、マスク面］内を透過する荷電粒子を本質的に捕え、検出／撮像装置、分光装置、レジストコーティングされたウェハなどのターゲット上にそれらを向ける（集束させる）撮像システム。上述した照明器の場合と同様に、撮像システムはまた、収差緩和、トリミング、フィルタリングなどの他の機能を実行することもでき、それは、一般的に、１つ以上の荷電粒子レンズおよび／または他の種類の粒子光学部品を備える。

従来は、荷電粒子撮像装置は、単一撮像ビームを使用してきた。しかしながら、近年では、マルチビーム装置設計が出現し始めている。マルチビーム電子顕微鏡は、例えば、本発明者のうちの１人の博士論文：ＡｌｉＭｏｈａｍｍａｄｉ－Ｇｈｅｉｄａｒｉによる「１９６ＢｅａｍｓｉｎａＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ」（ＴＵＤｅｌｆｔ、オランダ、２０１３年１１月）に記載されている。
ｈｔｔｐｓ：／／ｒｅｐｏｓｉｔｏｒｙ．ｔｕｄｅｌｆｔ．ｎｌ／ｉｓｌａｎｄｏｒａ／ｏｂｊｅｃｔ／ｕｕｉｄ：９８８６９１７３－１２ｄｂ－４９ｃｆ－９４６６－０３４１ｃｆ６ａｄ８４５？ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ＝ｒｅｓｅａｒｃｈ

さらに、マルチ電子ビームリソグラフィ撮像システムは、例えば、オランダのデルフトにあるＭａｐｐｅｒＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙＢ．Ｖ．社によって開発されて販売されている。－単一のビームとは対照的に－複数の一次ビームを同時に使用することの背後にある基本的な考え方は、ビームのアレイの使用が「パラレル撮像」を可能にするため、スループットの大幅な向上を約束することである。しかしながら、複数の撮像ビーム（ビームレット；サブビーム；成分ビーム）の同時使用もまた、満足に対処される必要がある様々な技術的問題および課題を提示する。そのような問題が生じる分野の例は、マルチビーム生成／調整および収差制御を含む。

本発明の目的は、改良されたマルチビーム荷電粒子撮像装置を提供することである。より具体的には、本発明の目的は、そのような装置が従来技術の顕微鏡よりも柔軟なマルチビーム生成／調整を可能にすべきであることである。特に、本発明の目的は、そのような装置においてビーム電流／ビームモダリティを調整する革新的な方法を提供することである。

これらのおよび他の目的は、上記冒頭の段落に記載された装置において達成され、その装置は、以下を特徴としている：
－前記開口プレートは、前記前駆ビーム到達範囲内に配置された、互いに異なる開口パターンを含む複数の異なるゾーンを含み、
－粒子光学コラムは、前記開口プレートの下流に配置され、前記ゾーンのうちの選択された１つから試料上に向けられるべきビームアレイを選択するための選択装置を備える。

従来の粒子光学コラムの設計は、１つ以上のビームクロスオーバーを含む傾向があり、ビームエンベロープは、再び発散する前に（最小幅の）「ウエスト」を介して収束（集束）される。そのようなクロスオーバーは、調整可能開口を配置する／その近くに配置するのに便利な位置とすることができ、その幅は、ウエスト幅、ひいては総ビーム電流を縮小／再拡大するように変化することができる。そのような電流調整機構は、原則として、単一ビームおよびマルチビーム粒子光学設計の両方において利用可能である。しかしながら、累積ビーム電流が単一ビーム設計よりもはるかに高くなる傾向があるマルチビーム設計では、そのようなクロスオーバー（および特にそれらに収束する／それらから発散するビーム経路）は、様々なビーム中の荷電粒子間のクーロン相互作用の程度が、付随する効果として著しいボケおよび画像の明るさの損失を伴って、許容できないものになる可能性がある位置を表す。このため、可能であれば、マルチビーム設計ではビームクロスオーバーを回避することが望ましくあり得る。しかしながら、クロスオーバーが回避されると、上述した便利なビーム電流調整機構は機能しなくなる。

本発明の装置の設計は、他の問題を解決し且つ他の機能を提供することに加えて、この問題に対する解決策を提供する。より具体的には、本発明の実施形態では、開口プレート内の前記ゾーンのうちの少なくとも２つは、本質的に同一の開口分布を有するが、その分布における開口の直径に関しては異なる。換言すれば、各開口の中心点が参照「節点」を定義する場合、（少なくとも）２つのゾーンＺ_ＡおよびＺ_Ｂの節点は、同じ分布（アレイ／行列配置）を有するが、各節点を中心とした開口のサイズは、Ｚ_ＡとＺ_Ｂとの間で異なる。－同一の／共通の開口分布について－このように異なる開口サイズを有することは、マルチビームアレイ内の全ての成分ビームに対するビーム電流値の調整を可能にする。例えば、Ｚ_ＡおよびＺ_Ｂのそれぞれは、規則正しい直交または六角形の開口アレイを含むことができるが、例えば、それぞれ５μｍおよび２０μｍの開口幅を有する。

本発明の別の実施形態では、前記ゾーンの一方は、それを細分化することなく前記前駆（先駆、初期）ビームの一部の通過を可能にするための単一の貫通孔を含む（上記使用される用語を参照して、単一貫通孔を有するゾーンから発するビーム「アレイ」は、ここではただ１つの部材ビームを含むことになることが理解されるであろう）。そのような貫通孔の存在は、所望に応じて、装置がマルチビームモードではなく単一ビームモードで使用されることを有利に可能にする。これは、例えば、必要に応じて単一ビームモードに戻すことができるようにすることが望ましくあり得る場合に、単一ビームアーキテクチャのマルチビームの実装が特定の準最適な態様を被る場合に有用であり得る。例えば、マルチビームＳＥＭは、試料傾斜を可能にするのに容易に適しているわけではなく、単一ビーム（「従来の」）ＳＥＭよりも複雑な検出器アーキテクチャ（例えば、微分後方散乱電子検出用）を必要とする可能性もある；この点に関して、そのような機能性／マルチモダリティは、「両方の長所」の利点を提供し、本発明の装置が使用可能な用途数を増加させるため、必要に応じて／所望に応じて単一ビームモードに容易に戻ることができるという魅力を容易に保持することができる。所望に応じて、開口プレートは、異なるビーム電流を有する単一ビームを実現するために－様々な直径の－そのような異なる「単一ビーム」貫通孔を有する複数の異なるゾーンを含むことができる。あるいは、（比較的大きい）貫通孔が与えられた単一のゾーンを単に使用することができ、開口プレートの下流側（例えば、選択装置内）の調整可能開口を使用して、より低い単一ビーム電流が必要とされるときにビーム径を縮小／削減することができる（例えば、図３を参照）。さらに別の可能なシナリオでは、－開口プレートと選択装置との間に配置された－調整可能レンズアセンブリが使用され、最終的に試料に衝突する単一ビームスポットのサイズを制御することができる。これらの様々なアプローチの様々な組み合わせ／ハイブリッドももちろん可能である。

本発明の開口プレートにおける複数の選択可能なゾーン｛Ｚ_ｉ｝はまた、他の効果／利点を達成することを可能にする。例えば、以下のとおりである：
－２つの異なるゾーンＺ_１、Ｚ_２は、同一の開口サイズと基本開口分布の幾何学的形状（例えば、直交する）を有することができるが、それらの開口の数／間隔に関して異なる可能性がある－例えば、Ｚ_１は、ｎ×ｎ個の開口アレイを有することができるのに対して、Ｚ_２は、ｎ≠ｍであるｍ×ｍ個のアレイを有することができる。
－２つの異なるゾーンＺ_Ｈ、Ｚ_Ｋは、異なる基本開口分布の幾何学的形状を有することができる－例えば、Ｚ_Ｈは、直交開口分布を有することができるのに対して、Ｚ_Ｋは、六角形（「ハニカム」）開口分布を有することができる。
これは、例えば、密／非密ラインの非等方性、ラインの方向などに関して、撮像される特定の集積回路レイアウトにビーム形状（開口分布の幾何学的形状）を調整することができることが望ましい場合があるリソグラフィ撮像用途に望ましくあり得る。さらに、それは、例えば、特定の試料の結晶学的配向／寸法にビーム形状を合わせることを可能にする。

本発明の選択装置に関して、これは、開口プレートの下流側（すなわち、後段に）に有利に位置決めされる。これは、－一般に非常に高い（超高）真空および高電圧レベルを特徴とする環境である荷電粒子源の近くから選択装置が配置されることができることを意味する。これらの態様は、源の近くに重要でないサブシステムを配置／操作することを困難／非実用的にする。例えば、源近傍の非常に高い真空レベル（例えば、ショットキーＦＥＧについては通常約１０^－９ミリバールおよびＣＦＥＧについては１０^－１０－１０^－１１ミリバール）は、例えば、材料の適合性（脱ガス／ベークアウト耐久性に関して）および真空フィードスルーに著しい制限を課し、モータ／アクチュエータタイプおよび配線に関する選択を制限する。同時に、源近傍の高電圧レベル（例えば、ＳＴＥＭの場合には最大で～３００ｋＶ）は、例えば（正しく設計／実装されていない場合にアークオーバーを生じる可能性がある）金属電極および／または作動ロッドなどの使用される構造の種類／位置に制限を課す。そのような考慮は、開口プレートの上流側に実用的で満足のいくように動作する選択装置を構成することを困難にするであろう。しかしながら、開口プレートの下流では、以下の理由により、条件がはるかに変わりやすくなる：
－この領域には、高電圧源がない；
－ここでの真空度は、一般的にそれほど高くはなく、試料近傍では通常１０^－７ミリバール、ビームチューブでは１０^－５ミリバール程度である。これらの値では、脱ガスは、一般的には重要な問題ではなく、ベークアウトは、一般的に必要とされず、したがって、材料／構造に関してはるかに広い選択肢がある。
したがって、これからより詳細に説明するように、この領域で電気的／磁気的／機械的システムを十分に実行することを実現することははるかに容易である。

本発明の装置における前駆ビームは、開口プレートの複数のゾーンを一度に通過するため、選択装置の主なタスクは、同時に他のゾーンがそうすることを防止しながら試料を照射することが可能にされる特定のゾーンを選択することである；これに関連して、選択装置は、したがってゾーン選択機構として機能する。換言すれば、開口プレートから発するビーム収集／エンベロープが基準断面を有すると見なされる場合、選択装置は、試料へのさらなるアドミタンスのためにこの断面の特定の（選択可能な）部分のみを画定するように機能する。本発明の実施形態では、選択装置は、選択されたゾーンから選択されたビームアレイ（ビームセグメント）のみを試料に通過させるように位置決めされることができる制限開口を有するマスキングプレートを備える。便利なことに、そのようなマスキングプレートは、所望に応じて、マスキングプレート／制限開口をビームの基準断面／コラムの粒子光軸に対して制御可能に位置決めするためにモータ（または他のアクチュエータ）に接続されることができる。制限開口は、（コラム倍率を考慮して）開口プレート内の様々なゾーンの形状／サイズと一致する／補完する形状／サイズとされてもよい。さらに、所望に応じて、必要に応じて／所望に応じて特定のものが選択される複数の制限開口が存在してもよい。例えば、図３を参照されたい。本明細書に記載されるようなマスキングプレートは、開口プレートの様々なゾーン（からのビーム）が互いに比較的よく分離されている平面に便利には配置され、これは、とりわけそのようなマスキングプレートの寸法／製造を単純化する。

前の段落の実施形態の改良では、選択装置は、さらに、前記制限開口を介して前記選択されたゾーンからの前記選択されたビームアレイのみを向けるようにマスキングプレートに対してビームエンベロープを偏向させるために前述したマスキングプレートの前段（任意位置）に位置する偏向アセンブリを備える。そのような偏向アセンブリは、例えば、マスキングプレート／制限開口に対してビーム断面を制御可能に位置決めするために１組以上の静電および／または磁気偏向器を備えることができる。この基本的なアプローチの改良では、マスキングプレートの前段に（第１の偏向器セットによって）導入された所与の偏向がマスキングプレートの後段に（第２の偏向器セットによって）補償／無効化されるように、偏向器は対にされ、それによって残留（角度）偏向がない試料にビームが当たるのを確実にする。

本発明は、有利には、試料とビームアレイの相対走査運動を生成するための走査アセンブリを備える走査システムに適用される。選択に応じて、そのような走査は、試料に対してビームアレイを移動させること、またはビームアレイに対して試料を移動させること、または両方の組み合わせを必然的に伴うことができる。従来のＳＥＭ／ＳＴＥＭでは、例えば、走査運動は、通常、試料変位によってではなく単にビーム偏向によって行われる。一方、従来のリソグラフィ撮像システムでは、走査ステージを使用して試料を移動させることがより一般的である。ビーム走査が使用される場合、使用される走査偏向器は、本発明の選択装置の下流に便利には配置されることができる（例えば、図１を参照）。使用される正確なセットアップに応じて、例えば、前述した同時係属出願である欧州特許出願第１８１７６５９６．７号に記載された（主に）ビーム走査とは対照的に、（主に）試料走査を選択する方が有利であり得る特定の理由がある。

本発明で使用されるビームアレイにおける入射ビームの数に関して、これは任意であることが強調されるべきである。一方では、ビーム数が多いほど、達成できるスループットの向上が大きくなり、他方では、ビーム数が多いと、システム全体の複雑さが増す。当業者は、これらの競合する効果間の妥協点を見出し、所与のシナリオ／使用事例に適切な数を選択することができるであろう。例えば、１４×１４アレイの１９６本のビームを使用して満足のいくシステムを構築することができる－多くの他のビームの複数性／構成も可能である。

本発明は、ここで、例示的な実施形態および添付の概略図面に基づいてより詳細に説明される。

図１は、本発明が実装される－電子顕微鏡の場合における－荷電粒子撮像装置の実施形態の縦断面正面図を描写している。図２は、電子ビームアレイが単一の前駆ビームから生成されることができる方法を示している。図３は、本発明にかかる荷電粒子装置の実施形態において粒子光軸に沿って配置された様々な構成要素の正面図および平面図を示している。図４Ａは、本発明の実施形態で使用されることができる可能性のある開口プレートの代替実施形態を示している。図４Ｂは、本発明の実施形態で使用されることができる可能性のある開口プレートの代替実施形態を示している。

図面において、適切な場合、対応する部分は、対応する参照符号を使用して示される。

実施形態１
図１（縮尺どおりではない）は、本発明が利用される荷電粒子撮像装置の実施形態の非常に概略的な図である；より具体的には、それは、ＳＥＭの実施形態を示している－しかしながら、本発明の文脈では、それはまた、例えば、ＳＴＥＭまたはリソグラフィ撮像システムとすることができる。顕微鏡Ｍは、粒子光軸Ｂ’に沿って伝播する電子ビーム（荷電粒子ビーム）を生成する粒子光学コラム／照明器１を備える。粒子光学コラム１は、試料Ｓを保持／位置決めするための試料ホルダ１７および関連するステージ／アクチュエータ１９を備える真空チャンバ３に取り付けられている。真空チャンバ３は、真空ポンプ（図示せず）を使用して排気される。電圧源２１を用いて、試料ホルダ１７、または少なくとも試料Ｓは、必要に応じて、グラウンドに対して所定電位にバイアス（浮遊）されることができる。

粒子光学コラム１は、電子源（荷電粒子源）５（例えば、ショットキーエミッタ、コールドＦＥＧまたはＬａＢ_６フィラメントなど）、電子ビームを試料Ｓ上に集束させるためのレンズ１１、１３、およびビームの偏向／走査を実行するための偏向ユニット１５を備える。試料Ｓ上に電子ビームを走査することによって、－例えば、Ｘ線、赤外／可視／紫外光、二次電子および／または後方散乱電子のフラックスを含む－出射放射線が試料Ｓから発せられる。検出器２３、２７は、そのような出射放射線の異なる種類／モダリティを検査するために使用されることができる様々な可能な検出器の種類から選択されることができる。ここに描かれた装置では、以下の検出器の選択がなされた：
－検出器２３は、セグメント化電子検出器であり、（光軸Ｂ’を包含する）中央開口２５の周りに配置された複数の独立した検出セグメント（例えば、四分円）を含む。そのような検出器は、例えば、試料Ｓから発せられる電子のフラックスの角度依存性を調査するために使用されることができる。
－検出器２７は、例えば、試料Ｓから発せられるＸ線を記録し、したがって、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）を実行するために使用されることができるＸ線検出器である。それは、代替的に例えば陰極線ルミネセンス検出器とすることができる。

代替的に／補足的に、例えば前述した同時係属特許出願である欧州特許出願第１８１７６５９６．７号に記載されているような後方散乱電子検出器を使用することができる。検出された出射放射線は、（前記走査運動のために）位置依存的であるため、検出器２３、２７から得られた情報もまた、位置依存的であり、したがって、試料Ｓ上の走査経路位置の関数としての基本的に検出器出力のマップである画像を組み立てるために使用されることができる。検出器２３、２７からの信号は、制御線（バス）２９’’を通り、制御装置２９によって処理され、表示ユニット３１に表示される。そのような処理は、結合、積分、減算、偽色付け、エッジ強調、および当業者に知られている他の処理などの操作を含むことができる。さらに、自動認識プロセス（例えば、粒子分析に使用されるような）は、そのような処理に含まれてもよい。

そのような「基本的な」設定の様々な改良および代替は、それらに限定されるものではないが、以下を含んで当業者に知られている：
－デュアル一次ビーム種の使用－例えば試料Ｓの撮像のための電子ビームおよび機械加工（または、場合によっては撮像）のためのイオンビーム。
－試料Ｓにおける制御された環境の使用－例えば、数ミリバールの圧力を維持すること（いわゆる環境ＳＥＭにおいて使用されるように）、またはエッチングもしくは前駆ガスなどのガスを入れることによって。

本発明にとって重要なことは、単一の一次電子ビームが－従来のＳＥＭにおいて使用されるように－ここではマルチビームアレイによって置き換えられているという事実である。図２は、図１に対する比較的小さな修正を用いて、そのようなマルチビームアレイがどのように生成されることができるかを示している。前駆電子ビームＢ_ｏは、電子源５を出て、一連の（抽出／加速）電極７を横断し、複数の開口９’’を含む開口プレート９に衝突し、このような構造９はまた、－開口９’’がレンズ効果を有するため－開口レンズアレイ（ＡＬＡ）とも呼ばれることができ、例えば、薄膜（ＭＥＭＳ）技術を使用してシリコンシートに小孔のアレイをエッチングすることによって製造されることができる（前述した博士論文を参照）。ＡＬＡ９に衝突する結果として、前駆ビームＢ_ｏは、それらを生成するために使用された複数の孔９’’と同じ幾何学的構成で、複数のＢ個のサブビーム／ビームレット／成分ビームＢ’’に変換される。次に、このビームアレイＢは、それを試料Ｓ上に向ける照明器１を通って軸Ｂ’に沿ってその進路をたどる（図１を参照）。

本発明において、ＡＬＡ９は、（複数のゾーンがビームＢ_ｏによって同時に照明／横断されるように）それが前駆ビームＢ_ｏの（ＡＬＡ９によって）ビーム到達範囲内に配置された－互いに異なる開口パターンを有する－複数の異なるゾーン｛Ｚ_ｉ｝を含む点で、特殊な形態をとる。そのようなシナリオの例が図３に示される：
－図の左側は、電子経路に沿って配置された特定の構成要素の正面図を示している（図１および図２も参照）。
－図の右側は、－同じ縮尺ではない－２つの特定の構成要素、すなわち、ＡＬＡ９および選択装置３３（の一部）の別個の平面図を示している。
本発明のＡＬＡ９から始めて、現在の例では、これが５つの異なるゾーンを含むことがわかる。すなわち、以下のとおりである：
－４つの本質的に正方形の四分円ゾーンＺ_１、Ｚ_２、Ｚ_３、Ｚ_４。これらは、それぞれ、１４×１４個の直交するビーム開口の構成を有するが、それらは、これらの開口の直径／幅に関して互いに異なっている。より具体的には、ゾーンＺ_１は、最大の開口を有し、ゾーンＺ_４は、最小の開口を有し、ゾーンＺ_２およびＺ_３は、これら２つの極端な場合の間で進行を呈する。明確にするために、ゾーンＺ_１の周囲は、破線輪郭によって示されており、他の四分円ゾーンＺ_２、Ｚ_３、Ｚ_４は、同様に定義されるが、図が乱雑になるのを回避するために、それらの周囲は破線ではない。ここに示された構成では、ビーム開口は円形であるが、これは、必ずしもそうである必要はなく、他の形状（楕円形など）もまた可能である。
－（ゾーンＺ_１－Ｚ_４の交差部／共通の隅部に位置する）中央ゾーンＺ_５は、ここでは（比較的大きな）円形貫通孔の形態をとる。このゾーンＺ_５は、必要に応じて、以下により詳細に説明するように、図示された装置を単一ビームモードで使用することを可能にする。

ここで本発明の選択装置３３に移ると、これは、ＡＬＡ９の下流に配置され（図１も参照）、本例では、２つの副構成要素、すなわち、マスキングプレート３３１およびビーム偏向アセンブリ３３２を備えることがわかる。この特定の状況では、マスキングプレート３３１は、電気モータなどのアクチュエータ３３１’’によってビーム経路内に位置決め／移動されることができる可動ストリップ３３１’を備える。（例えば、（ＭＥＭＳ処理された）シリコンの薄いシートからなることができる）示されたストリップ３３１’は、（この特定の場合には）それぞれが対応する制限開口３７ａ、３７ｂ、・・・３７ｇを有する７つの異なる領域３５ａ、３５ｂ、・・・、３５ｇを有する。これらの開口（窓）３７ａ－３７ｇは、以下の形態を有する：
－４つの領域３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄの場合、対応する開口３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄは、開放四分円の形態をとるが、これらの開放四分円３７ａ－３７ｄの相対位置は、領域３５ａ－３５ｄの間で異なる。ＡＬＡ９のゾーンＺ_１－Ｚ_４と領域３５ａ－３５ｄを比較すると、開口３７ａ（右上）、３７ｂ（左上）、３７ｃ（左下）、３７ｄ（右下）は、それぞれ、ゾーンＺ_１、Ｚ_２、Ｚ_３およびＺ_４に位置的に対応していることがわかる。開口３７ａ－３７ｄのサイズは、選択装置３３が位置する平面でゾーンＺ_１－Ｚ_４のサイズに一致している。
－３つの領域３５ｅ、３５ｆ、３５ｇの場合、対応する開口３７ｅ、３７ｆ、３７ｇは、中央丸孔の形態をとるが、これらの丸孔３７ｅ－３７ｇのサイズは、領域３５ｅ－３５ｇの間で異なる。領域３５ｅ－３５ｇをＡＬＡ９と比較すると、全ての開口３７ｅ－３７ｇは、ゾーンＺ_５に位置的に対応していることがわかる。開口３７ｅ－３７ｇのサイズは、選択装置３３が位置する平面でゾーンＺ_５のサイズに一致しており、それにより、以下のとおりである：
・最大開口３７ｅは、この平面におけるＺ_５のサイズに正確に対応しているか、またはわずかに大きい。
・開口３７ｆ、３７ｇは、開口３７ｅよりも次第に小さくなっている。

ＡＬＡ９と協働するビームセレクタ３３の動作に関して、これは、本質的に２つの態様を含む。すなわち、以下のとおりである：
－制限開口３７ａ－３７ｇのうちの選択された１つを粒子光軸Ｂ’の近くに／その上に配置するようにマスキングプレート３３１を移動させる；
－問題の制限開口にゾーンＺ_１－Ｚ_５のうちの選択された１つ（から発せられるビームアレイ／ビーム断面部分）を位置決めするように－例えば、静電偏向電極のセットを備えることができる－ビーム偏向アセンブリ３３２を起動する。

（例えば、ルックアップテーブル内の位置エントリにしたがって）このようにマスキングプレート３３１および偏向アセンブリ３３２を使用すると、ゾーンＺ_１－Ｚ_５のうちの選択された１つからのビームアレイの進入（および試料Ｓに向かって前方への通過）をもたらすことが明らかである。より具体的には、以下のとおりである：
－ゾーンＺ_１－Ｚ_４の場合、これらの各ゾーンは、異なる幅の開口を含むため、それらは、それぞれ、関係する直交１４×１４個のマルチビームアレイを構成する様々なビームに対して異なるビーム電流値をもたらす。
－ゾーンＺ_５の場合、この単一ビームモードのビーム電流は、開口３７ｅではなく開口３７ｆまたは３７ｇを選択することによって低減されることができる。

当業者であれば、上記の特定の一対一対応は、厳密に固守される必要がないことを理解するであろう。例えば、マスキングプレート３３１の上流に配置された磁気レンズ（アセンブリ）は、その上に衝突するビームアレイを回転させるために使用されることができ、したがって、一度に１つずつ所定の制限開口を介して様々な異なる（四分円状）ゾーンが向けられることを（選択された回転の程度に応じて）潜在的に可能にする。

構成要素９および３３１、ならびにその中の開口の特定の寸法は、特定の荷電粒子コラムの設計、所望のビーム電流値などの様々な要因に依存し、当業者であれば、所定の状況のニーズに適した値を選択することが十分できる。しかしながら、いくつかの一般的なガイダンスを提供することによって、以下の拘束力のない例が考慮されてもよい：
－ゾーンＺ_１－Ｚ_４の個々の開口の典型的な直径：約１－５０μｍ。
－ゾーンＺ_５の貫通孔の典型的な直径：約５０－３００μｍ。
・制限開口３７ａ－３７ｄの典型的な直径：約０．１－１．５ｍｍ。
－制限開口３７ｅ－３７ｇの典型的な直径：約４－２００μｍ。
－前駆ビームＢｏによって衝突したＡＬＡ９の典型的な面積：最大で約１．５×１．５ｍｍ^２。

ＡＬＡ９および選択装置３３に関して、ここで図示され且つ説明された例は、拘束力がなく、例えば、ＡＬＡ９におけるゾーン｛Ｚ_ｉ｝の数および相対的な位置／配置、そのようなゾーンが互いに異なる方法、ストリップ３３１’の開口の数／形状などに関して、多くの代替案が可能であることに明示的に留意すべきである。これに関して、例えば、次の実施形態を参照されたい。

実施形態２
図４Ａおよび図４Ｂは、本発明の実施形態で使用されることができる可能性のある開口プレートの代替実施形態を示している。より具体的には、以下のとおりである：
－図４Ａは、それが単一ビーム貫通孔の周りに入れ子にされた直交マルチビーム構成を有する４つの四分円状ゾーンを含むという点で、図３のＡＬＡ９と同様の開口プレート／ＡＬＡを示している。しかしながら、四分円状ゾーンの間の相互の間隔は、ここではより大きく、中央においてより大きな貫通孔を可能にする。そのような配置は、図３のＡＬＡ９に対する「より広い」代替案である。
－図４Ｂは、単一ビーム貫通孔が中央位置から移動され、代わりにそれ自体の四分円に配置されている状況を示している。ＡＬＡの全てのゾーンは、ここで（可動）正方形または円形の制限開口によって「サービスされる」ことができるため、そのような配置は、必要に応じて、付随するマスキングプレートの単純化を可能にする。

１照明器、粒子光学コラム
３真空チャンバ
５電子源
７電極
９開口プレート
９’’ 孔、開口
１１レンズ
１３レンズ
１５偏向ユニット
１７試料ホルダ
１９アクチュエータ
２１電圧源
２３検出器
２５中央開口
２７検出器
２９制御装置
３１表示ユニット
３３ビームセレクタ、選択装置
３５ａ領域
３５ｂ領域
３５ｃ領域
３５ｄ領域
３５ｅ領域
３５ｆ領域
３５ｇ領域
３７ａ制限開口、開口
３７ｂ制限開口、開口
３７ｃ制限開口、開口
３７ｄ制限開口、開口
３７ｅ制限開口、開口、丸孔
３７ｆ制限開口、開口、丸孔
３７ｇ制限開口、開口、丸孔
３３１マスキングプレート
３３１’ ストリップ、可動ストリップ
３３１’’ アクチュエータ
３３２ビーム偏向アセンブリ、偏向アセンブリ
Ｂビームアレイ
Ｂ’ 軸、光軸、粒子光軸
Ｂ’’ 成分ビーム
Ｂ_ｏ前駆ビーム、前駆電子ビーム、ビーム
Ｍ顕微鏡
Ｓ試料
Ｚ_１ゾーン
Ｚ_２ゾーン
Ｚ_３ゾーン
Ｚ_４ゾーン
Ｚ_５中央ゾーン、ゾーン
Ｚ_Ａゾーン
Ｚ_Ｂゾーン
Ｚ_Ｈゾーン
Ｚ_Ｋゾーン

Claims

荷電粒子撮像装置であって、
試料を保持するための試料ホルダと、
粒子光学コラムであって、
前駆荷電粒子ビームを、前駆ビームの到達範囲内に対応する複数の開口を有する開口プレート上に向けることによって、複数の荷電粒子ビームを生成し、
前記荷電粒子ビームを前記試料に向けるための粒子光学コラムと、を備え、
前記開口プレートは、前記前駆ビームの到達範囲内に配置された、互いに異なる開口パターンを含む複数の異なるゾーンを含み、
前記粒子光学コラムが、前記開口プレートの下流に配置され、前記ゾーンのうちの選択された１つから前記試料上に向けられるべきビームアレイを選択するための選択装置を備え、
前記ゾーンのうちの１つが、それを細分化することなく前記前駆ビームの一部の通過を可能にするために、単一貫通孔を含み、
前記選択装置内の可変開口、及び前記開口プレートと前記選択装置との間に配置された調整可能レンズアセンブリ、のうちの少なくともいずれかが、前記開口プレートの前記単一貫通孔を通過するビームのビーム電流値を減らすために使用される、
ことを特徴とする、荷電粒子撮像装置。
荷電粒子撮像装置であって、
試料を保持するための試料ホルダと、
粒子光学コラムであって、
前駆荷電粒子ビームを、前駆ビームの到達範囲内に対応する複数の開口を有する開口プレート上に向けることによって、複数の荷電粒子ビームを生成し、
前記荷電粒子ビームを前記試料に向けるための粒子光学コラムと、を備え、
前記開口プレートは、前記前駆ビームの到達範囲内に配置された、互いに異なる開口パターンを含む複数の異なるゾーンを含み、
前記粒子光学コラムが、前記開口プレートの下流に配置され、前記ゾーンのうちの選択された１つから前記試料上に向けられるべきビームアレイを選択するための選択装置を備え、
前記選択装置が、前記選択されたゾーンから前記選択されたビームアレイのみを前記試料に通過させるように位置決めされることができる制限開口を有するマスキングプレートを備え、
前記選択装置が、前記制限開口を介して前記選択されたゾーンからの前記選択されたビームアレイのみを向けるように、前記マスキングプレートに対して前記複数のビームを偏向させるための前記マスキングプレートの前段に位置する偏向アセンブリをさらに備える、
ことを特徴とする、荷電粒子撮像装置。
荷電粒子撮像装置であって、
試料を保持するための試料ホルダと、
粒子光学コラムであって、
前駆荷電粒子ビームを、前駆ビームの到達範囲内に対応する複数の開口を有する開口プレート上に向けることによって、複数の荷電粒子ビームを生成し、
前記荷電粒子ビームを前記試料に向けるための粒子光学コラムと、を備え、
前記開口プレートは、前記前駆ビームの到達範囲内に配置された、互いに異なる開口パターンを含む複数の異なるゾーンを含み、
前記粒子光学コラムが、前記ゾーンのうちの選択された１つから前記試料上に向けられるべきビームアレイを選択するための、前記開口プレートの下流に配置された選択装置を備え、
前記開口プレートは、前記粒子光学コラムの最初のレンズより前段に配置され、前記選択装置は前記最初のレンズの後段に配置されている、
ことを特徴とする、荷電粒子撮像装置。
前記ゾーンのうちの少なくとも２つが、本質的に同一の開口分布を有するが、その分布における前記開口の直径に関して異なる、請求項１～３いずれか１項に記載の装置。
前記ゾーンのうちの１つが、それを細分化することなく前記前駆ビームの一部の通過を可能にするために、単一貫通孔を含む、請求項１～４いずれか１項に記載の装置。
前記選択装置が、前記選択されたゾーンから前記選択されたビームアレイのみを前記試料に通過させるように位置決めされることができる制限開口を有するマスキングプレートを備える、請求項１～５のうちいずれか一項に記載の装置。
前記試料とビームアレイの相対走査運動を生成するための走査アセンブリを備える、請求項１～６のうちいずれか一項に記載の装置。
荷電粒子顕微鏡および荷電粒子リソグラフィ撮像システムを備える群から選択される、請求項１～７のうちいずれか一項に記載の装置。
請求項１乃至３いずれか１項記載の荷電粒子撮像装置を使用する方法であって、前記荷電粒子撮像装置が、
試料を保持するための試料ホルダと、
粒子光学コラムであって、
前駆荷電粒子ビームを、前記前駆ビームの到達範囲内に対応する複数の開口を有する開口プレート上に向けることによって、複数の荷電粒子ビームを生成し、
前記荷電粒子ビームを前記試料に向けるための粒子光学コラムと、を備え、
前記前駆ビームの到達範囲内に配置された、互いに異なる開口パターンを含む複数の異なるゾーンを含むように前記開口プレートを構成し、
前記開口プレートの下流に配置された選択装置を使用して、前記ゾーンのうちの選択された１つからのビームアレイを選択して前記試料上に向ける、ことを特徴とする、方法。
第１の使用セッションでは、前記ゾーンのうちの第１のゾーンが、各ビームが第１のビーム電流値を有するビームアレイによって前記試料を照射するように選択され、
第２の使用セッションでは、前記ゾーンのうちの第２のゾーンが、各ビームが第２の異なるビーム電流値を有するビームアレイによって前記試料を照射するように選択され、
それによって、前記第１および第２のゾーンが、本質的に同一の開口分布を有するが、その分布における前記開口の直径に関して異なる、請求項９に記載の方法。
前記開口プレートが、それを細分化することなく前記前駆ビームの一部の通過を可能にするために、単一の貫通孔を有するゾーンを含むように構成され、
前記前駆ビームが、前記荷電粒子撮像装置の単一ビーム動作モードを生成するように前記貫通孔上に向けられる、請求項９に記載の方法。