JP7804648B2

JP7804648B2 - 荷電粒子評価ツール、検査方法

Info

Publication number: JP7804648B2
Application number: JP2023512275A
Authority: JP
Inventors: ウィーラント，マルコ，ジャン－ジャコ
Original assignee: ASML Netherlands BV
Current assignee: ASML Netherlands BV
Priority date: 2020-09-17
Filing date: 2021-09-10
Publication date: 2026-01-22
Anticipated expiration: 2041-09-10
Also published as: TWI867248B; US12537158B2; US20230230795A1; WO2022058253A2; JP2023541365A; CN116210069A; KR20230067620A; WO2022058253A3; EP4214736A2; IL300807A; TW202217905A; US20260100324A1

Description

関連出願の相互参照
[0001] 本出願は、２０２０年９月１７日に出願された欧州出願公開第２０１９６７１６．３号、及び２０２１年３月３１日に出願された欧州出願公開第２１１６６２０５．１号、及び２０２１年８月１７日に出願された欧州出願公開第２１１９１７２５．７号の優先権を主張するものであり、これらの出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

[0002] 本明細書で提供される実施形態は、概して、荷電粒子評価ツール及び検査方法に関し、詳細には、複数の荷電粒子サブビームを使用する荷電粒子評価ツール及び検査方法に関する。

[0003] 半導体集積回路（ＩＣ）チップを製造する際、例えば光学効果及び偶発的粒子の結果として、望ましくないパターン欠陥が製作プロセス中に基板（即ちウェーハ）又はマスク上で不可避的に生じ、それにより歩留まりが低下する。従って、望ましくないパターン欠陥の程度をモニタリングすることは、ＩＣチップの製造において重要なプロセスである。より一般的には、基板又は他の物体／材料の表面の検査及び／又は測定は、その製造中及び／又は製造後において重要なプロセスである。

[0004] 荷電粒子ビームを用いたパターン検査ツールは、物体を検査するため、例えばパターン欠陥を検出するために使用されてきた。これらのツールは、一般的に、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）などの電子顕微鏡法技術を使用する。ＳＥＭでは、比較的高いエネルギーの電子の一次電子ビームが、比較的低い着地エネルギーでサンプル上に着地するために、最終減速ステップでターゲットにされる。電子ビームは、サンプル上にプロービングスポットとして集束される。プロービングスポットにおける材料構造と、電子ビームからの着地電子と、の相互作用により、二次電子、後方散乱電子又はオージェ電子などの電子が表面から放出される。発生した二次電子は、サンプルの材料構造から放出され得る。サンプル表面にわたり、プロービングスポットとして一次電子ビームを走査することにより、サンプルの表面にわたって二次電子を放出させることができる。サンプル表面からのこれらの放出二次電子を収集することにより、パターン検査ツールは、サンプルの表面の材料構造の特徴を表す画像を取得し得る。

[0005] 荷電粒子評価ツールのスループット及び他の特性を改善することが一般に求められている。特に、サンプルに入射する電子の着地エネルギーを簡便に制御できることが望ましい。

[0006] 本開示の目的は、荷電粒子評価ツールのスループット又は他の特性の改善を支援する実施形態を提供することである。

[0007] 本発明の第１の態様によれば、荷電粒子評価ツールのためのマルチビーム電子光学システムであって、
それぞれのサブビームのパラメータを制御するようにそれぞれ構成された複数の制御レンズと、
複数の荷電粒子ビームの１つをサンプル上に投射するようにそれぞれ構成された複数の対物レンズと、
荷電粒子が所望の着地エネルギー、縮小倍率及び／又はビーム開角でサンプル上に入射するように、制御レンズ及び対物レンズを制御するように構成されたコントローラと、
を含むマルチビーム電子光学システムが提供される。

[0008] 本発明の第２の態様によれば、荷電粒子評価ツールのためのマルチビーム電子光学システムであって、
複数の制御電極を含み、及びそれぞれのサブビームのパラメータを制御するように構成された制御レンズアレイと、
複数の対物電極を含み、及び複数の荷電粒子ビームをサンプル上に導くように構成された対物レンズアレイと、
荷電粒子が所望の着地エネルギー、縮小倍率及び／又はビーム開角でサンプル上に入射するように、制御電極及び対物電極に相対電位を印加するように構成された電位源システムと、
を含むマルチビーム電子光学システムが提供される。

[0009] 本発明の第３の態様によれば、荷電粒子評価ツールのためのマルチビーム電子光学システムであって、
それぞれのサブビームをサンプル表面上に集束させるように構成された対物レンズを含む対物レンズアレイと、
サンプル表面上でのそれぞれのサブビームの着地エネルギーを制御し、及び／又は対物レンズアレイの動作前にそれぞれのサブビームの開角及び／又は倍率を最適化するように構成された制御レンズを含む制御レンズアレイと、
を含むマルチビーム電子光学システムが提供される。

[0010] 本発明の第４の態様によれば、検査ツールのためのマルチビーム電子光学システムであって、
複数のコリメートされたサブビームをサンプル上に集束させるように構成された対物レンズアレイと、
対物レンズアレイのアップビームにある制御レンズアレイであって、各サブビームのビームエネルギーを制御するように構成される制御レンズアレイと、を含み、
サンプル上でのサブビームの着地エネルギーを調節するように構成されるマルチビーム電子光学システムが提供される。

[0011] 本発明の第５の態様によれば、荷電粒子評価ツールのためのマルチビーム電子光学システムであって、複数のアパーチャアレイを含む対物レンズアレイアセンブリを含み、対物レンズアレイアセンブリは、
ａ）サンプル上に複数のサブビームを集束させることと、
ｂ）サブビームの別のパラメータであって、サンプル表面上でのサブビームの着地エネルギー、それぞれのサブビームの開角及び／又はそれぞれのサブビームの倍率の少なくとも１つである、サブビームの別のパラメータを制御することと、
を行うように構成される、マルチビーム電子光学システムが提供される。

[0012] 本発明の第４の態様によれば、
荷電粒子の複数のサブビームのそれぞれの１つのサブビームのパラメータを制御する複数の制御レンズを使用することと、
複数の荷電粒子ビームをサンプル上に投射する複数の対物レンズを使用することと、
荷電粒子が所望の着地エネルギー、縮小倍率及び／又はビーム開角でサンプル上に入射するように、制御レンズ及び対物レンズを制御することと、
を含む検査方法が提供される。

[0013] 本発明の第４の態様によれば、荷電粒子検査ツールの電子光学コラムにおいて交換可能であるように構成された交換可能モジュールであって、マルチビームの縮小倍率及び／又は着地エネルギーを制御するように構成された複数の制御レンズを含む対物レンズアレイを含む交換可能モジュールが提供される。

[0014] 本開示の上記及び他の態様は、添付の図面と併せた例示的実施形態の説明からより明白になるであろう。

[0015]例示的な荷電粒子ビーム検査装置を示す概略図である。 [0016]図１の例示的な荷電粒子ビーム検査装置の一部である例示的なマルチビーム装置を示す概略図である。 [0017]一実施形態による例示的なマルチビーム装置の概略図である。 [0018]例示的な構成の着地エネルギー対分解能のグラフである。 [0019]本発明の一実施形態の対物レンズの拡大図である。 [0020]一実施形態による検査装置の対物レンズの概略断面図である。 [0021]図８の対物レンズの底面図である。 [0022]図６の対物レンズの修正形態の底面図である。 [0023]図６の対物レンズに組み込まれた検出器の拡大概略断面図である。 [0024]マクロコリメータとマクロスキャン偏向器とを含む例示的な電子光学システムの概略図である。 [0025]コリメータ素子アレイとスキャン偏向器アレイとを含む例示的な電子光学システムの概略図である。 [0026]最終的なビーム制限アパーチャアレイを有する対物レンズを形成する電極の部分の概略側断面図である。 [0027]最終的なビーム制限アパーチャアレイにおけるアパーチャを示す、図１２の平面Ａ－Ａにおける概略拡大上断面図である。

[0028] ここで、例示的な実施形態を詳細に参照し、その例を添付の図面に示す。以下の説明は、添付の図面を参照し、別段の表示がない限り、異なる図面における同一の番号は、同一又は類似の要素を表す。例示的な実施形態の以下の説明に記載される実装形態は、本発明と一致する全ての実装形態を表すわけではない。代わりに、それらの実装形態は、添付の請求項において記述されるように、本発明に関連する態様と一致する装置及び方法の単なる例である。

[0029] デバイスの物理的サイズを減少させる、電子デバイスの計算能力の向上は、ＩＣチップ上のトランジスタ、キャパシタ、ダイオードなどの回路コンポーネントの実装密度を大幅に増加させることによって達成することができる。これは、更に小さい構造の作製を可能にする分解能の向上によって可能にされてきた。例えば、親指の爪の大きさであり、２０１９年以前に利用可能なスマートフォンのＩＣチップは、２０億を超えるトランジスタを含むことができ、各トランジスタのサイズは、人間の毛髪の１／１０００未満である。従って、半導体ＩＣ製造が、数百の個々のステップを有する、複雑で時間のかかるプロセスであることは、驚くべきことではない。１つのステップのエラーであっても、最終製品の機能に劇的に影響を与える可能性がある。１つのみの「致命的欠陥」がデバイスの故障を生じさせ得る。製造プロセスの目標は、プロセスの全体的な歩留まりを向上させることである。例えば、５０のステップを有するプロセス（ここで、ステップは、ウェーハ上に形成される層の数を示し得る）に関して７５％の歩留まりを得るために、個々のステップは、９９．４％を超える歩留まりを有しなければならない。個々のそれぞれのステップが９５％の歩留まりを有した場合、全体的なプロセス歩留まりは、７％と低い。

[0030] ＩＣチップ製造設備において、高いプロセス歩留まりが望ましい一方、１時間当たりに処理される基板の数と定義される高い基板（即ちウェーハ）スループットを維持することも必須である。高いプロセス歩留まり及び高い基板スループットは、欠陥の存在による影響を受け得る。これは、欠陥を調査するためにオペレータの介入が必要な場合に特に当てはまる。従って、検査ツール（走査電子顕微鏡（「ＳＥＭ」）など）によるマイクロスケール及びナノスケール欠陥の高スループット検出及び識別は、高い歩留まり及び低いコストを維持するために必須である。

[0031] ＳＥＭは、走査デバイス及び検出器装置を含む。走査デバイスは、一次電子を発生させるための電子源を含む照明装置と、一次電子の１つ又は複数の集束ビームで基板などのサンプルを走査するための投射装置と、を含む。共に、少なくとも照明装置又は照明システム及び投射装置又は投射システムは、合わせて電子光学システム又は装置と呼ばれ得る。一次電子は、サンプルと相互作用し、二次電子を発生させる。検出装置は、ＳＥＭがサンプルの走査エリアの画像を生成できるように、サンプルが走査されるとき、サンプルからの二次電子を捕捉する。高スループットの検査のために、検査装置の一部は、一次電子の複数の集束ビーム、即ちマルチビームを使用する。マルチビームの成分ビームは、サブビーム又はビームレットと呼ばれ得る。マルチビームは、サンプルの異なる部分を同時に走査することができる。従って、マルチビーム検査装置は、単一ビーム検査装置よりもはるかに高速でサンプルを検査することができる。

[0032] 既知のマルチビーム検査装置の実装形態を以下に説明する。

[0033] 図は、概略図である。従って、図面では、コンポーネントの相対寸法は、明瞭にするために拡大される。以下の図面の説明では、同じ又は同様の参照番号は、同じ又は同様のコンポーネント又はエンティティを指し、個々の実施形態に対する違いのみを説明する。説明及び図面は、電子光学装置を対象とするが、実施形態は、本開示を特定の荷電粒子に限定するために使用されないことが理解される。従って、本明細書全体を通して、電子への言及は、より一般的に荷電粒子への言及であるとみなすことができ、荷電粒子は、必ずしも電子ではない。

[0034] ここで、図１を参照すると、図１は、例示的な荷電粒子ビーム検査装置１００を示す概略図である。図１の荷電粒子ビーム検査装置１００は、メインチャンバ１０、装填ロックチャンバ２０、電子ビームツール４０、機器フロントエンドモジュール（ＥＦＥＭ）３０及びコントローラ５０を含む。電子ビームツール４０は、メインチャンバ１０内に位置する。

[0035] ＥＦＥＭ３０は、第１の装填ポート３０ａ及び第２の装填ポート３０ｂを含む。ＥＦＥＭ３０は、追加の１つ又は複数の装填ポートを含み得る。第１の装填ポート３０ａ及び第２の装填ポート３０ｂは、例えば、基板（例えば、半導体基板若しくは他の材料でできている基板）又は検査対象のサンプル（以降では、基板、ウェーハ及びサンプルは、まとめて「サンプル」と呼ばれる）を収容する基板前面開口式一体型ポッド（ＦＯＵＰ）を受け取り得る。ＥＦＥＭ３０内の１つ又は複数のロボットアーム（図示せず）は、サンプルを装填ロックチャンバ２０に運ぶ。

[0036] 装填ロックチャンバ２０は、サンプルの周囲の気体を取り除くために使用される。これは、周囲環境の圧力より低い局所気体圧力である真空を生じさせる。装填ロックチャンバ２０は、装填ロック真空ポンプシステム（図示せず）に接続され得、装填ロック真空ポンプシステムは、装填ロックチャンバ２０内の気体粒子を取り除く。装填ロック真空ポンプシステムの動作により、装填ロックチャンバが、大気圧を下回る第１の圧力に達することが可能になる。第１の圧力に達した後、１つ又は複数のロボットアーム（図示せず）が装填ロックチャンバ２０からメインチャンバ１０にサンプルを運ぶ。メインチャンバ１０は、メインチャンバ真空ポンプシステム（図示せず）に接続される。メインチャンバ真空ポンプシステムは、サンプルの周囲の圧力が、第１の圧力を下回る第２の圧力に達するように、メインチャンバ１０内の気体粒子を取り除く。第２の圧力に達した後、サンプルは、電子ビームツールに運ばれ、サンプルは、電子ビームツールによって検査され得る。電子ビームツール４０は、マルチビーム電子光学装置を含み得る。

[0037] コントローラ５０は、電子ビームツール４０に電子的に接続される。コントローラ５０は、荷電粒子ビーム検査装置１００を制御するように構成されたプロセッサ（コンピュータなど）であり得る。コントローラ５０は、様々な信号及び画像処理機能を実行するように構成された処理回路も含み得る。図１では、コントローラ５０は、メインチャンバ１０、装填ロックチャンバ２０及びＥＦＥＭ３０を含む構造の外部のものとして示されているが、コントローラ５０は、構造の一部であり得ることが理解される。コントローラ５０は、荷電粒子ビーム検査装置のコンポーネント要素の１つの内部に位置し得るか、又はコントローラ５０は、コンポーネント要素の少なくとも２つに分散され得る。本開示は、電子ビーム検査ツールを収納するメインチャンバ１０の例を提供するが、本開示の態様は、広い意味において、電子ビーム検査ツールを収納するチャンバに限定されないことに留意すべきである。むしろ、前述の原理は、第２の圧力下で動作する装置の他のツール及び他の配置にも適用できることが理解される。

[0038] ここで、図２を参照すると、図２は、図１の例示的な荷電粒子ビーム検査装置１００の一部であるマルチビーム検査ツールを含む例示的な電子ビームツール４０を示す概略図である。マルチビーム電子ビームツール４０（本明細書では装置４０とも呼ばれる）は、電子源２０１、投射装置２３０、電動ステージ２０９及びサンプルホルダ２０７を含む。電子源２０１及び投射装置２３０は、まとめて照明装置と呼ばれ得る。サンプルホルダ２０７は、検査のためにサンプル２０８（例えば、基板又はマスク）を保持するように電動ステージ２０９によって支持される。マルチビーム電子ビームツール４０は、電子検出デバイス２４０を更に含む。

[0039] 電子源２０１は、カソード（図示せず）及び抽出器又はアノード（図示せず）を含み得る。動作中、電子源２０１は、一次電子として電子をカソードから放出するように構成される。一次電子は、抽出器及び／又はアノードによって抽出又は加速されて、一次電子ビーム２０２を形成する。

[0040] 投射装置２３０は、一次電子ビーム２０２を複数のサブビーム２１１、２１２、２１３に変換し、及び各サブビームをサンプル２０８上に誘導するように構成される。簡潔にするために３つのサブビームが示されているが、何十、何百又は何千ものサブビームが存在し得る。サブビームは、ビームレットと呼ばれ得る。

[0041] コントローラ５０は、電子源２０１、電子検出デバイス２４０、投射装置２３０及び電動ステージ２０９など、図１の荷電粒子ビーム検査装置１００の様々な部分に接続され得る。コントローラ５０は、様々な画像及び信号処理機能を行い得る。コントローラ５０は、荷電粒子マルチビーム装置を含む荷電粒子ビーム検査装置の動作を制御するための様々な制御信号を生成することもできる。

[0042] 投射装置２３０は、検査のためにサブビーム２１１、２１２及び２１３をサンプル２０８上に集束させるように構成され得、サンプル２０８の表面に３つのプローブスポット２２１、２２２及び２２３を形成し得る。投射装置２３０は、サンプル２０８の表面の一セクション内の個々の走査エリアにわたってプローブスポット２２１、２２２及び２２３を走査するために、一次サブビーム２１１、２１２及び２１３を偏向させるように構成され得る。サンプル２０８上のプローブスポット２２１、２２２及び２２３への一次サブビーム２１１、２１２及び２１３の入射に応答して、二次電子及び後方散乱電子を含む電子がサンプル２０８から発生する。二次電子は、一般的に、５０ｅＶ以下の電子エネルギーを有し、後方散乱電子は、一般的に、５０ｅＶと一次サブビーム２１１、２１２及び２１３の着地エネルギーとの間の電子エネルギーを有する。

[0043] 電子検出デバイス２４０は、二次電子及び／又は後方散乱電子を検出し、対応する信号を生成するように構成され、これらの信号は、例えば、サンプル２０８の対応する走査エリアの画像を構築するために、コントローラ５０又は信号処理システム（図示せず）に送られる。電子検出デバイスは、投射装置に組み込まれるか又は投射装置から分離され得、二次光学コラムは、二次電子及び／又は後方散乱電子を電子検出デバイスに向けるように設けられる。

[0044] コントローラ５０は、画像取得器（図示せず）及びストレージデバイス（図示せず）を含む画像処理システムを含み得る。例えば、コントローラは、プロセッサ、コンピュータ、サーバ、メインフレームホスト、端末、パーソナルコンピュータ、任意の種類のモバイルコンピューティングデバイスなど、又はそれらの組み合わせを含み得る。画像取得器は、コントローラの処理機能の少なくとも一部を含み得る。従って、画像取得器は、少なくとも１つ又は複数のプロセッサを含み得る。画像取得器は、数ある中でも特に、導電体、光ファイバケーブル、ポータブル記憶媒体、ＩＲ、Bluetooth、インターネット、ワイヤレスネットワーク、ワイヤレス無線機又はこれらの組み合わせなど、信号通信を可能にする装置４０の電子検出デバイス２４０に通信可能に結合され得る。画像取得器は、電子検出デバイス２４０から信号を受信し、信号に含まれるデータを処理し、そこから画像を構築することができる。従って、画像取得器は、サンプル２０８の画像を取得することができる。画像取得器は、輪郭の生成及び取得画像へのインジケータの重畳などの様々な後処理機能を行うこともできる。画像取得器は、取得画像の明度及びコントラストなどの調整を行うように構成され得る。ストレージは、ハードディスク、フラッシュドライブ、クラウドストレージ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、他のタイプのコンピュータ可読メモリなどの記憶媒体であり得る。ストレージは、画像取得器と結合され得、走査された生の画像データをオリジナルの画像として保存するか、又は後処理された画像を保存するために使用され得る。

[0045] 画像取得器は、電子検出デバイス２４０から受信された撮像信号に基づいてサンプルの１つ又は複数の画像を取得することができる。撮像信号は、荷電粒子撮像を実施するための走査動作に対応し得る。取得画像は、複数の撮像エリアを含む単一の画像であり得る。単一の画像は、ストレージに保存することができる。単一の画像は、複数の領域に分割され得るオリジナルの画像であり得る。各領域は、サンプル２０８の特徴を含む１つの撮像エリアを含み得る。取得画像は、ある期間にわたって複数回サンプリングされたサンプル２０８の単一の撮像エリアの複数の画像を含み得る。複数の画像は、ストレージに保存することができる。コントローラ５０は、サンプル２０８の同じ場所の複数の画像を用いて画像処理ステップを行うように構成され得る。

[0046] コントローラ５０は、検出された二次電子の分布を得るために、測定回路（例えば、アナログ－デジタル変換器）を含み得る。検出時間窓の間に収集された電子分布データは、サンプル表面に入射した一次サブビーム２１１、２１２及び２１３の各々の対応する走査パスデータと組み合わせて、検査中のサンプル構造の画像を再構築するために使用することができる。再構築された画像は、サンプル２０８の内部又は外部の構造の様々なフィーチャを明らかにするために使用することができる。従って、再構築された画像は、サンプルに存在し得るいかなる欠陥も明らかにするために使用することができる。

[0047] コントローラ５０は、サンプル２０８の検査中にサンプル２０８を移動させるように電動ステージ２０９を制御することができる。コントローラ５０は、電動ステージ２０９が、少なくともサンプルの検査中、好ましくは継続的に例えば一定の速度である方向にサンプル２０８を移動させることを可能にし得る。コントローラ５０は、電動ステージ２０９が、様々なパラメータに依存するサンプル２０８の移動の速度を変えるように、電動ステージ２０９の移動を制御することができる。例えば、コントローラは、走査プロセスの検査ステップの特性に応じて、ステージ速度（その方向を含む）を制御することができる。

[0048] 図３は、評価ツール、例えば評価ツールの電子光学コラム４０の概略図である。電子光学コラム４０は、放射源２０１を含み得る。電子光学コラム４０は、上部ビームリミッター２５２、コリメータ素子アレイ２７１、制御レンズアレイ２５０、スキャン偏向器アレイ２６０、対物レンズアレイ２４１、ビーム成形リミッター２４２及び検出器アレイ２４０などの機構を含み得る電子光学アーキテクチャの一例であり、これらの素子の存在する１つ又は複数の素子は、セラミックスペーサなどの絶縁素子によってもう１つの複数の隣接する素子に接続され得る。検出器アレイは、マルチビームのそれぞれのサブビームに関連付けられた検出器素子を含み得る。

[0049] 電子源２０１は、投射システム２３０の一部を形成するコンデンサレンズのアレイ２３１に電極を向ける。電子源は、輝度と総放出電流との間の良好な妥協点を有する高輝度熱電界放射型放出器が望ましい。コンデンサレンズ２３１は、何十、何百又は何千も存在し得る。アレイ２３１のコンデンサレンズは、多電極レンズを含み得、また欧州特許出願公開第１６０２１２１Ａ１号に基づく構造を有し得、この欧州特許出願は、特に電子ビームを複数のサブビームに分割するレンズアレイであって、サブビームごとにレンズを提供するレンズアレイの開示を参照することにより本明細書に組み込まれる。集光レンズアレイは、電極として機能する少なくとも２つのプレートの形態を取ることができ、各プレートのアパーチャが互いに位置合わせされ、サブビームの位置に対応する。これらのプレートの少なくとも２つは、所望のレンズ効果を達成するために動作中に異なる電位に維持される。

[0050] ある構成では、集光レンズアレイは、荷電粒子が各レンズに入るときと出るときとで同じエネルギーを有する３つのプレートのアレイから形成され、この構成は、アインツェルレンズと呼ばれ得る。従って、分散は、アインツェルレンズ自体の内部（レンズの入口電極と出口電極との間）でのみ発生し、それによりオフアクシス色収差が制限される。集光レンズの厚さが薄い場合、例えば数ｍｍである場合、そのような収差の影響は、小さいか又は無視できる。

[0051] 集光レンズアレイ２３１は、２つ以上のプレート電極を有し得、各プレート電極は、整列された複数のアパーチャのアレイを含む。各プレート電極アレイは、セラミック又はガラスを含み得るスペーサーなどの分離素子により、隣接するプレート電極アレイに機械的に接続され、及び電気的に分離される。集光レンズアレイは、本明細書の他の箇所で記載したようなスペーサーなどの分離素子により、隣接する電子光学素子、好ましくは静電電子光学素子に接続され、及び／又は離され得る。

[0052] 集光レンズは、（以下で考察されるような対物レンズアレイアセンブリなどの）対物レンズを含むモジュールから分離される。集光レンズの底面に印加される電位が、対物レンズを含むモジュールの上面に印加される電位と異なる場合、分離スペーサーを使用して、集光レンズと、対物レンズを含むモジュールとの間隔をあける。電位が等しい場合、導電素子を使用して、集光レンズと、対物レンズを含むモジュールと、の間隔をあけることができる。

[0053] アレイ中の各集光レンズは、電子を、それぞれの中間焦点２３３で集束するそれぞれのサブビーム２１１、２１２、２１３に向ける。中間焦点２３３には、偏向器２３５が設けられる。偏向器２３５は、主光線（ビーム軸とも呼ばれる）がサンプル２０８に実質的に垂直に（即ちサンプルの公称表面に対して実質的に９０°で）入射することを保証するのに効果的な量だけそれぞれのビームレット２１１、２１２、２１３を曲げるように構成される。偏向器２３５は、コリメータとも呼ばれ得る。

[0054] 偏向器２３５の下には（即ちダウンビームに又は放射源２０１から離れて）、サブビーム２１１、２１２、２１３ごとに制御レンズ２５１を含む制御レンズアレイ２５０が存在する。制御レンズアレイ２５０は、それぞれの電位源に接続された２つ以上、例えば３つのプレート状の電極アレイを含み得る。各プレート状電極アレイは、セラミック又はガラスを含み得るスペーサーなどの絶縁素子により、隣接するプレート状電極アレイと機械的に接続され及び電気的に分離される。制御レンズアレイ２５０の機能は、ビームの縮小倍率に関してビーム開角を最適化すること、及び／又は、対物レンズ２３４に送達されるビームエネルギーを制御することであり、対物レンズのそれぞれは、それぞれのサブビーム２１１、２１２、２１３をサンプル２０８上に導く。

[0055] 任意選択的に、スキャン偏向器のアレイ２６０は、制御レンズアレイ２５０と対物レンズ２３４のアレイとの間に設けられる。スキャン偏向器のアレイ２６０は、サブビーム２１１、２１２、２１３ごとにスキャン偏向器２６１を含む。各スキャン偏向器は、サブビームで１方向又は２方向にサンプル２０８をスキャンするように、それぞれのサブビーム２１１、２１２、２１３を１方向又は２方向に偏向させるように構成される。

[0056] 電子検出デバイス２４０が対物レンズ２３４とサンプル２０８との間に設けられて、サンプル２０８から放出された二次電子及び／又は後方散乱電子を検出する。以下では、電子検出システムの例示的な構造を説明する。検出器及び対物レンズは、同じ構造の一部であり得る。検出器は、絶縁素子によってレンズに接続されるか又は対物レンズの電極に直接接続され得る。

[0057] 図３のシステムは、制御レンズ及び対物レンズの電極に印加する電位を変化させることにより、サンプル上での電子の着地エネルギーを制御するように構成される。制御レンズ及び対物レンズは、協働し、対物レンズアセンブリと呼ばれることもある。着地エネルギーは、評価されるサンプルの性質に応じて、二次電子の放出及び検出を増やすように選択され得る。コントローラは、所定の範囲内にある任意の所望の値又は複数の所定の値の所望の１つの値に着地エネルギーを制御するように構成され得る。一実施形態では、着地エネルギーは、所定の範囲であり、例えば１０００ｅＶ～５０００ｅＶの所望の値に制御され得る。図４は、ビーム開角／縮小倍率が着地エネルギーの変化に応じて再最適化されると仮定して、着地エネルギーの関数として分解能を示すグラフである。グラフから分かるように、最小値ＬＥ＿ｍｉｎまでの着地エネルギーの変化では、評価ツールの分解能を実質的に一定に保つことができる。分解能は、ＬＥ＿ｍｉｎ未満では悪化し、これは、対物レンズ及び／又は検出器とサンプルとの間の最小間隔を維持するために、対物レンズのレンズ強度及び対物レンズ内の電界を低減する必要があるためである。また、後に詳述するように、交換可能モジュールが着地エネルギーを変化又は制御するために採用され得る。

[0058] 着地エネルギーは、主に制御レンズから出る電子のエネルギーを制御することによって変化させることが望ましい。対物レンズ内の電位差は、対物レンズ内の電界を可能な限り高く維持するために、この変化中、一定に保つことが好ましい。対象レンズ内のこのような高い電界は、予め定められた電界と呼ばれ、この予め定められた電界に設定され得る。加えて、制御レンズに印加される電位は、ビーム開角及び縮小倍率を最適化するために使用され得る。制御レンズは、着地エネルギーの変化を考慮して縮小倍率を変化させるように機能し得る。各制御レンズは、後に詳述するように２つの独立した制御変数を提供するために、３つの電極を含むことが望ましい。例えば、電極の１つが倍率を制御するために使用され得、別の電極が着地エネルギーを独立に制御するために使用され得る。代わりに、各制御レンズが２つの電極のみを有し得る。２つの電極のみある場合、対照的に、電極の一方が倍率と着地エネルギーとの両方を制御する必要があり得る。

[0059] 図５は、対物レンズのアレイの１つの対物レンズ３００及び制御レンズアレイ２５０の１つの制御レンズ６００の拡大概略図である。対物レンズ３００は、１０超の倍率、望ましくは５０～１００以上の範囲の倍率で電子ビームを縮小するように構成され得る。対物レンズは、中央の、即ち第１の電極３０１、下側の、即ち第２の電極３０２及び上側の、即ち第３の電極３０３を含む。電圧源Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は、電位をそれぞれ第１、第２及び第３の電極に印加するように構成される。更なる電圧源Ｖ４がサンプルに接続されて、グランドであり得る第４の電位を印加する。電位は、サンプル２０８を基準にして定義され得る。第１、第２及び第３の電極は、それぞれアパーチャを設けられ、そのアパーチャを通してそれぞれのサブビームが伝播する。第２の電位は、サンプルの電位に近い電位、例えばサンプルよりも５０Ｖ～２００Ｖだけ正である範囲内の電位であり得る。代わりに、第２の電位は、サンプルに対して約＋５００Ｖ～約＋１，５００Ｖだけ正である範囲内にあり得る。検出器２４０が最下部の電極よりも光学コラム内でより高くにある場合、より高い電位が有用である。第１及び／又は第２の電位は、焦点補正を行うために、アパーチャ毎又はアパーチャのグループ毎に変えることができる。

[0060] 一実施形態では、第３の電極が省略されることが望ましい。２つの電極のみを有する対物レンズでは、より多くの電極を有する対物レンズより収差が小さくてもよい。３電極対物レンズでは、電極間の電位差をより大きくすることができるため、より強力なレンズが可能になる。追加の電極（即ち３つ以上の電極）により、例えば入射ビームに加えて二次電子も集束させるために、電子の軌道を制御する際の更なる自由度がもたらされる。

[0061] 上述したように、制御レンズを使用して着地エネルギーを決定することが望ましい。しかしながら、更に対物レンズ３００を使用して着地エネルギーを制御することが可能である。そのような場合、異なる着地エネルギーが選択されると、対物レンズにわたる電位差が変化する。対物レンズにわたる電位差を変化させることにより、着地エネルギーを部分的に変化させることが望ましい状況の一例は、サブビームの焦点が対物レンズに近くなりすぎることを防止することである。そのような状況では、対物レンズの電極を、製造できないほど薄くしなければならなくなる危険性がある。この場所での検出器（例えば、検出器アレイとして）についても、同じことが言える。この状況は、例えば、着地エネルギーが低減された場合に発生する可能性がある。これは、対物レンズの焦点距離が、概ね、選択される着地エネルギーにと共に拡縮するからである。対物レンズにわたる電位差を低減し、それにより対物レンズ内部の電場を低減することにより、対物レンズの焦点距離は、再び長くなり、焦点位置が対物レンズの更に下方になる。なお、対物レンズのみを使用すると、拡大率の制御が制限される。そのような構成では、縮小率及び／又は開き角を制御することができない。更に、対物レンズを使用して着地エネルギーを制御することは、対物レンズが、最適な電場強度から離れて動作することを意味し得る。これは、例えば、対物レンズを交換することなどにより、（電極間の間隔などの）対物レンズの機械的なパラメータを調節できない限り該当する。

[0062] 図示した構成では、制御レンズ６００は、電位源Ｖ５～Ｖ７に接続された３つの電極６０１～６０３を含む。電極６０１～６０３は、数ミリメートル（例えば、３ｍｍ）間隔をあけられ得る。制御レンズと対物レンズとの間の間隔（即ち下側電極６０２と対物レンズの上側電極との間のギャップ）は、例えば、２ｍｍ～２００ｍｍ以上などの広い範囲から選択することができる。離隔距離が小さいと位置合わせが容易になる一方、離隔距離をより大きくすると、より弱いレンズを使用することができ、収差が低減される。制御レンズ６００の最上部電極６０３の電位Ｖ５は、制御レンズのアップビームにある次の電子光学素子（例えば、偏向器２３５）の電位と同じに維持されることが望ましい。下側電極６０２に印加される電位Ｖ７は、ビームエネルギーを決定するために変動させることができる。中間電極６０１に印加される電位Ｖ６は、制御レンズ６００のレンズ強度を決定し、従ってビームの開き角及び縮小率を制御するために変動させることができる。制御レンズの下側電極６０２と、対物レンズの最上部電極と、サンプルとは、実質的に同じ電位を有することが望ましい。１つの設計では、対物レンズの上部電極Ｖ３が省略される。この場合、制御レンズの下側電極６０２及び対物レンズの電極３０１が実質的に同じ電位であることが望ましい。なお、着地エネルギーを変化させる必要がないか又は他の手段によって変化させる場合でも、制御レンズを使用してビーム開き角を制御することができる。サブビームの焦点の位置は、それぞれの制御レンズとそれぞれの対物レンズの作用の組み合わせによって決まる。

[0063] 一例では、１．５ｋＶ～２．５ｋＶの範囲内の着地エネルギーを得るために、電位Ｖ１、Ｖ２、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６及びＶ７は、以下の表１に示すように設定され得る。この表における電位は、ｋｅＶ単位でのビームエネルギーの値として与えられ、これは、ビーム源２０１のカソードを基準にした電極電位に等しい。電子光学システムの設計において、電子光学システム内の何れの地点をグランド電位に設定するかについては、かなりの設計の自由度があり、電子光学システムの動作は、絶対電位ではなく、電位差によって決まることを理解されたい。

[0064] Ｖ１、Ｖ３及びＶ７におけるビームエネルギーは、同じであることが分かる。実施形態では、これらの地点でのビームエネルギーは、１０ｋｅＶ～５０ｋｅＶであり得る。より低い電位が選択された場合、電場の低下を制限するために、特に対物レンズにおいて電極の間隔が短縮され得る。なお、対物レンズアレイの隣接する電極に印加される電位差は、対物レンズ構成内の隣接する電極に印加される電位差のうちで最大である。対物レンズ内の電場の低下を回避する場合、対物レンズ内の電場が予め決められ得る。対物レンズ内の電場は、例えば、対物レンズアレイアセンブリ内の任意の電極のビーム経路に沿って隣接する電極間に最大の電位差を提供するように、対物レンズの所望の性能に向けて最適化され得る。そのような大きい電位差付近の変動は、エラー及び収差の原因となり得る。対物レンズアレイの電極間の電位差を実質的に維持すること及び対物レンズアレイ構成内の他の電極の電位を変動させることは、例えば、短く安定した焦点距離のために大きい電場を有する場合、対物レンズの動作が維持されることを確実にするのに役立つ。対物レンズ構成の機能の変動は、構成の他の電極に印加される電位差の変動を通じて達成され、これは、大きい収差を誘発する危険性を低減する。

[0065] 電子ビームの開き角／拡大率の補正のために、例えば、図３の実施形態の集光レンズではなく、制御レンズが使用される場合、コリメータは、中間焦点にとどまるため、コリメータの非点収差を補正する必要はない（なお、そのような構成では、拡大率を調節すると、結果的に開き角が同様に調節され、なぜなら、ビーム電流は、ビーム経路に沿って一定のままであるからである）。更に、対物レンズ内に最適な電場強度を維持しながら、着地エネルギーを広範囲のエネルギーにわたって変動させることができる。そのような最適な電場強度は、所定の電場強度と呼ばれ得る。動作中、電場強度は、最適な電場強度として予め決められ得る。これにより、対物レンズの収差を最小にすることができる。集光レンズ（使用される場合）の強度は、一定に維持され、コリメータが中間焦点面にないこと又は集光レンズを通る電子の経路が変化することに起因して、更なる収差が持ち込まれることが回避される。更に、（集光レンズがない）図１０及び図１１に示したような、ビーム成形リミッターを特徴として有する実施形態の制御レンズが使用される場合、更に開き角／拡大率が着地エネルギーに加えて制御され得る。

[0066] 一部の実施形態では、荷電粒子評価ツールは、サブビーム中の１つ又は複数の収差を低減する１つ又は複数の収差補正器を更に含む。一実施形態では、収差補正器の少なくともサブセットのそれぞれは、中間焦点のそれぞれ１つに配置されるか、又はそれと直接的に隣接する（例えば、中間像面に配置されるか、又はそれと隣接する）。サブビームは、中間平面などの焦点面又はその近傍で最小の断面積を有する。これは、他の場所、即ち中間平面のアップビーム又はダウンビームで利用可能なスペース（又は中間像面を有しない代替の配置で利用可能となるスペース）よりも多くのスペースを収差補正器に提供する。

[0067] 一実施形態では、中間焦点（若しくは中間像面）に又はそれらに直接隣接して配置された収差補正器は、異なるビームにとって異なる位置にあるように見える放射源２０１を補正するための偏向器を含む。補正器は、各サブビームと対応する対物レンズとの間の良好なアライメントを阻む、放射源に起因した巨視的収差を補正するために使用され得る。

[0068] 収差補正器は、適切なコラムアライメントを阻む収差を補正することができる。そのような収差は、サブビームと補正器との間のミスアライメントにつながり得る。この理由のため、加えて又は代わりに、収差補正器を集光レンズアレイ２３１の集光レンズ又はその近くに配置することが望ましい場合がある（例えば、そのような収差補正器のそれぞれは、集光レンズ２３１の１つ又は複数と一体化されるか、又はそれらと直接隣接する）。これは、コンデンサレンズアレイ２３１のコンデンサレンズ又はその付近では、コンデンサレンズがビームアパーチャと垂直方向に近いか又は一致しているため、収差が、対応するサブビームのシフトをもたらすには至っていないことから望ましい。しかしながら、コンデンサレンズ又はその付近に補正光学システムを配置する場合の課題は、サブビームが、この場所では、更に下流にある場所と比べて比較的大きい断面積をそれぞれ有し、比較的小さいピッチを有することである。収差補正光学システムは、欧州特許出願公開第２７０２５９５Ａ１号に開示されているようなＣＭＯＳベースの個々のプログラマブル偏向器又は欧州特許出願公開第２７１５７６８Ａ２号に開示されているような多極偏向器のアレイであり得、このうち、両方の文献におけるビームレットマニピュレータの記載は、参照により本明細書に組み込まれる。コンデンサレンズ及び補正光学システムは、同じ構造の一部であり得る。例えば、コンデンサレンズ及び補正光学システムは、絶縁素子などを使用して互いに接続され得る。

[0069] いくつかの実施形態では、収差補正光学システムの少なくともサブセットのそれぞれは、対物レンズ２３４の１つ又は複数に一体化されるか又は直接隣接する。一実施形態では、これらの収差補正光学システムは、フィールド曲率、集束エラー及び非点収差の１つ又は複数を低減する。追加的又は代替的に、１つ又は複数のスキャン偏向器（図示せず）は、サブビーム２１１、２１２、２１４でサンプル２０８上をスキャンするための対物レンズ２３４の１つ又は複数に一体化されるか又は直接隣接し得る。一実施形態では、米国特許出願公開第２０１０／０２７６６０６号に記載明されている走査型偏向器が使用され得、この米国特許出願公開は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

[0070] 一実施形態では、上述の実施形態で言及した対物レンズは、アレイ対物レンズである。アレイにおける各素子は、マルチビームにおける異なるビーム又はビーム群を操作するマイクロレンズである。静電アレイ対物レンズは、それぞれが複数の孔又はアパーチャを有する少なくとも２つのプレートを有する。プレートにおける各孔の位置は、他のプレートにおける対応する孔の位置に対応する。対応する孔は、使用時、マルチビームにおける同じビーム又はビーム群を操作する。アレイにおける各素子のためのレンズのタイプの適切な例は、２電極減速レンズである。

[0071] いくつかの実施形態では、対物レンズアレイアセンブリの検出器２４０は、対物レンズアレイ２４１の少なくとも１つの電極のダウンビームにある検出器アレイを含む。検出器アレイは、複数の検出器素子であり得る。従って、検出器は、対物レンズアレイアセンブリ内にあり得る。一実施形態では、検出器（例えば、検出器モジュール）の少なくとも一部は、対物レンズアレイ２４０に隣接し、及び／又はそれと一体化される。例えば、検出器アレイは、ＣＭＯＳチップ検出器を対物レンズアレイの底部電極に組み込むことにより実装され得る。対物レンズアレイに検出器アレイを組み込むと、二次コラムが置き換えられる。ＣＭＯＳチップは、ウェーハと向き合うように向けられることが好ましい（サンプルと電子光学システムの底部との間の距離が短い（例えば、１００μｍ）ため）。対物レンズアレイ内の何れの位置に検出器があっても、検出器とサンプルとの間に短い距離がある。そのような距離では、サンプルは、検出器の検出範囲内にあり得る。サンプルと検出器との間のそのような短い距離又は最適な距離は、例えば、検出器素子間のクロストークを回避するために望ましい場合があるか、又は距離が長すぎる場合に検出器信号が弱くなりすぎることがある。検出器のこの最適な距離又は範囲により、検出器とサンプルとの間に最小の間隔が維持される（これは、対物レンズアレイとサンプルとの間の間隔と関係するか、又はその間隔とほぼ同等であり得る）。しかしながら、この短い距離は、サンプル、サンプルの支持体又は検出器などの対物レンズアレイアセンブリの構成要素に損傷を与える危険性を防止できないほど短いわけではない。一実施形態では、二次電子信号を捕捉する電極は、ＣＭＯＳデバイスの上部金属層（例えば、サンプルと向き合う検出器の表面）内に形成される。電極を他の層内に形成することができる。ＣＭＯＳの電力及び制御信号は、シリコン貫通ビアによってＣＭＯＳに接続され得る。堅固にするために、底部電極は、２つの要素、即ちＣＭＯＳチップ及び穴のある受動Ｓｉプレートからなることが好ましい。プレートは、高電場からＣＭＯＳを遮蔽する。

[0072] 検出効率を最大にするために、（アパーチャを除く）対物レンズアレイの実質的に全てのエリアが電極によって占められるように、電極表面をできる限り大きくすることが望ましい。各電極は、アレイピッチに実質的に等しい直径を有する。ある実施形態では、電極の外形は、円形であるが、これは、検出エリアを最大にするために正方形にされ得る。基板スルーホールの直径を最小にすることもできる。電子ビームの一般的なサイズは、約５～１５ミクロンである。

[0073] 一実施形態では、単一の電極が各アパーチャを取り囲む。別の実施形態では、複数の電極素子が各アパーチャの周りに設けられる。１つのアパーチャを取り囲む電極素子によって捕捉される電子は、単一の信号に合成されるか、又は独立した信号を生成するために使用され得る。電極素子は、半径方向に分割されるか（即ち複数の同心の環を形成するか）、角度的に分割されるか（即ち複数の扇状の部分を形成するか）、半径方向及び角度的の両方で分割されるか、又は他の任意の便利な態様で分割され得る。

[0074] しかしながら、電極表面の拡大は、寄生容量の増大、従って帯域幅の低下をもたらす。このため、電極の外径を制限することが望ましい場合がある。特に、電極の拡大がわずかな検出効率の向上を与えるにすぎず、しかし、キャパシタンスの大幅な増加を与える場合である。円形（環状）電極は、収集効率と寄生容量との良い妥協点を提供し得る。

[0075] 電極の外径の増大は、クロストーク（隣接した孔の信号に対する感度）の増加ももたらし得る。これは、電極の外径をより小さくする理由にもなり得る。特に、電極の拡大がわずかな検出効率の向上を与えるにすぎず、しかし、クロストークの大幅な増加を与える場合である。

[0076] 電極によって収集された後方散乱電子及び／又は二次電子の電流は、トランスインピーダンスアンプによって増幅される。

[0077] 対物レンズアレイに組み込まれた検出器の例示的な実施形態を図６に示す。図６は、マルチビーム対物レンズアレイの一部分４０１の概略断面図を示す。この実施形態では、検出器は、複数の検出器素子４０５（例えば、捕捉用電極などのセンサ素子）を含む検出器モジュール４０２を含む。従って、検出器は、検出器アレイ又は検出器素子のアレイであり得る。この実施形態では、検出器アレイ４０２は、対物レンズアレイの出力側に設けられる。出力側とは、対物レンズ４０１の出力側である。図７は、検出器モジュール４０２の底面図であり、この検出器モジュール４０２は、基板４０４を含み、基板４０４上に複数の捕捉用電極４０５があり、捕捉用電極４０５のそれぞれは、ビームアパーチャ４０６を取り囲む。ビームアパーチャ４０６は、基板４０４をエッチングすることにより形成され得る。図７に示す構成では、ビームアパーチャ４０６は、矩形のアレイで示されている。ビームアパーチャ４０６は、これと異なり、例えば図８に示すような最密六角形アレイ状に配置することもできる。

[0078] 図９は、検出器モジュール４０２の一部の断面図をより大きい縮尺で示す。検出器素子、例えば捕捉用電極４０５は、検出器モジュール４０２の最下部表面、即ちサンプルに最も近い表面を形成する。捕捉用電極４０５とシリコン基板４０４のメインボディとの間には、ロジック層４０７が設けられる。ロジック層４０７は、増幅器、例えばトランスインピーダンスアンプ、アナログ／デジタル変換器及び読み出しロジックを含み得る。一実施形態では、捕捉用電極４０５毎に１つの増幅器及び１つのアナログ／デジタル変換器がある。ロジック層４０７及び捕捉用電極４０５は、ＣＭＯＳプロセスを使用して製造することができ、捕捉用電極４０５が最終の金属被覆層を形成する。

[0079] 配線層４０８は、基板４０４の背面又は内部に設けられ、シリコン貫通ビア４０９によってロジック層４０７に接続される。シリコン貫通ビア４０９の数は、ビームアパーチャ４０６の数と同じである必要はない。特に、電極信号がロジック層４０７内でデジタル化される場合、データバスを提供するために少数のシリコン貫通ビアのみが必要になり得る。配線層４０８には、制御線、データ線及び電力線が含まれ得る。なお、ビームアパーチャ４０６があるにも関わらず、全ての必要な接続のための十分なスペースがある。検出モジュール４０２は、バイポーラ又は他の製造技術を使用して製造することもできる。プリント回路基板及び／又は他の半導体チップは、検出器モジュール４０２の背面に設けられ得る。

[0080] 上述の一体化された検出器アレイは、着地エネルギーを調節可能であるツールで使用される場合、二次電子捕捉をある範囲の着地エネルギーに最適化できるため、特に有利である。最下部の電極アレイだけではなく、他の電極アレイに検出器アレイを一体化することもできる。対物レンズに一体化された検出器モジュールの更なる詳細及び代替構成は、欧州特許出願番号第２０１８４１６０．８号に記載されており、この文献は、参照により本明細書に組み込まれる。

[0081] 本開示の実施形態は、対物レンズアレイアセンブリを提供する。対物レンズアレイアセンブリは、荷電粒子評価ツールの電子光学システムに組み込まれ得る。荷電粒子評価ツールは、サンプル上にマルチビームを集束させるように構成され得る。

[0082] 図１０は、対物レンズアレイアセンブリを有する例示的な電子光学システムの概略図である。対物レンズアレイアセンブリは、対物レンズアレイ２４１を含む。対物レンズアレイ２４１は、複数の対物レンズを含む。各対物レンズは、それぞれの電位源に接続された少なくとも２つの電極（例えば、２つ又は３つの電極）を含む。対物レンズアレイ２４１は、それぞれの電位源に接続された２つ以上（例えば、３つ）のプレート状電極アレイを含み得る。プレート状電極アレイによって形成された各対物レンズは、マルチビームにおける異なるサブビーム又はサブビーム群を操作するマイクロレンズであり得る。各プレートは、複数のアパーチャ（孔とも呼ばれ得る）を画定する。プレートにおける各アパーチャの位置は、他のプレート（又は複数のプレート）における対応するアパーチャ（又は対応する孔）の位置に対応する。対応するアパーチャが対物レンズを画定し、従って、対応する孔の各セットは、使用時、マルチビームにおける同じサブビーム又はサブビーム群を操作する。各対物レンズは、マルチビームのそれぞれのサブビームをサンプル２０８上に投射する。

[0083] 本明細書では、説明しやすくするために、レンズアレイを楕円形状のアレイで概略的に描いている。各楕円形状は、レンズアレイにおけるレンズの１つを表す。楕円形状は、従来、光学レンズで採用されることが多い両凸形態に似せてレンズを表すために使用される。しかしながら、本明細書で論じるような荷電粒子構成に関連して、レンズアレイは、通常、静電的に動作するため、両凸形状を採用する物理的素子を必要としない場合もあることが理解されるであろう。上述のように、レンズアレイは、アパーチャを有する複数のプレートを代わりに含み得る。

[0084] 対物レンズアレイアセンブリは、制御レンズアレイ２５０を更に含む（従って、対物レンズアレイアセンブリは、制御レンズアレイ２５０と対物レンズアレイ２４１とを含み得る）。制御レンズアレイ２５０は、複数の制御レンズを含む。各制御レンズは、それぞれの電位源に接続された少なくとも２つの電極（例えば、２つ又は３つの電極）を含む。制御レンズアレイ２５０は、それぞれの電位源に接続された２つ以上（例えば、３つ）のプレート状電極アレイを含み得る。制御レンズアレイ２５０は、対物レンズアレイ２４１に関連付けられる（例えば、この２つのアレイは、互いに近くに配置され、及び／又は互いに機械的に接続され、及び／又は一体として一緒に制御される）。制御レンズアレイ２５０は、対物レンズアレイ２４１のアップビームに配置される。制御レンズは、サブビームをプリフォーカスさせる（例えば、サブビームが対物レンズアレイ２４１に到達する前にサブビームに集束作用を適用する）。従って、対物レンズアレイアセンブリのレンズが制御レンズアレイ２５０及び対物レンズアレイ２４１のみである場合、制御レンズと対物レンズとの複合集束がサンプル上であるように制御され得る。プリフォーカスにより、サブビームの発散度を下げ得るか又はサブビームの収束度を上げ得る。制御レンズアレイは、プリフォーカス距離を有する。制御レンズアレイは、対物レンズアレイと一緒に動作して、複合焦点距離を提供する。中間集束を用いない複合動作は、収差のリスクを減らすことができる。制御レンズは、例えば、サンプルと対物レンズアレイ及び／又はサンプルとの間に最小間隔を維持しながら、それぞれのサブビームをサンプル上に集束させるように制御され得る。従って、制御レンズ及びそれぞれの対物レンズの制御は、好ましくは、サンプル上で各サブビームの集束位置（例えば、各集束）を決定し得る。従って、それぞれの対物レンズに対する、またそれぞれの制御レンズの複合作用は、それぞれのサブビームのサンプル上での集束位置を決定する。即ち、それぞれの対物レンズ及びそれぞれの制御レンズによるそれぞれのサブビームに対する複合レンズ効果がサンプル上での集束をもたらす。これは、それぞれの対物レンズ及びそれぞれの制御レンズによるそれぞれのサブビームの複合レンズ効果がサンプル上での集束をもたらすとも表現できる。別の言い方をすれば、それぞれの対物レンズとそれぞれの制御レンズとは、一緒にそれぞれのサブビームをサンプル上で集束させる。代替的又は追加的に、コントローラは、それぞれのサブビームのプリフォーカスが対物レンズによるそれぞれのサブビームのサンプル上での集束前であるように、対物レンズを制御してそれぞれのサブビームをサンプル上に集束させ、制御レンズを制御してそれぞれのサブビームのプリフォーカスのパラメータを制御するように構成される。

[0085] 制御レンズアレイ２５０は、対物レンズアレイ２４１の電極に加えて電極を設けることとみなすことができる（なお、これは、図３及び図１１の実施形態と同様に、図１０の実施形態の制御レンズにも当てはまる）。制御レンズアレイ２５０の追加電極により、サブビームの電子光学パラメータを制御するための自由度を更に高めることが可能になる。一実施形態では、制御レンズアレイ２５０は、対物レンズアレイ２４１のそれぞれの対物レンズの追加機能を可能にする対物レンズアレイ２４１の追加電極であるとみなすことができる。１つの構成では、このような電極は、対物レンズアレイ２４１の対物レンズに追加機能を提供する対物レンズアレイの一部であるとみなすことができる。このような構成では、制御レンズが対物レンズの一部であるとのみ言及される程度まで、制御レンズは、対応する対物レンズの一部であるとみなされる。

[0086] 一実施形態では、対物レンズアレイアセンブリを含む電子光学システムは、制御レンズの焦点距離が制御レンズアレイ２５０と対物レンズアレイ２４１との間の間隔より大きくなるように、（例えば、制御レンズアレイ２５０の電極に印加される電位を制御することによって）対物レンズアセンブリを制御するように構成される。このようにして、制御レンズアレイ２５０及び対物レンズアレイ２４１は、制御レンズアレイ２５０と対物レンズアレイ２４１との間に中間集束を形成するには弱すぎる制御レンズアレイ２５０からの集束作用により、一緒に比較的近くに配置され得る。制御レンズアレイによるそれぞれのサブビームの集束位置は、対物レンズアレイのダウンビームであり得る。他の実施形態では、対物レンズアレイアセンブリは、制御レンズアレイ２５０と対物レンズアレイ２４１との間に中間集束を形成するように構成され得る。サブビームは、制御レンズアレイと対物レンズアレイとの間に中間集束を有し得る。

[0087] 一実施形態では、制御レンズアレイは、単独であるか、又は対物レンズアレイ及び／又は検出器アレイなどの他の素子との組み合わせるであるかの何れかである交換可能モジュールである。交換可能モジュールは、現場で交換可能なモジュールであり得、即ち、モジュールは、フィールドエンジニアによって新しいモジュールと入れ替えられ得る。一実施形態では、複数の交換可能モジュールがツール内に収容され、ツールを開くことなく動作可能位置と動作不能位置との間で入れ替えられ得る。

[0088] 一実施形態では、交換可能モジュールは、コンポーネントの位置決めのための作動を可能にするステージ上にある電子光学コンポーネントを含む。一実施形態では、交換可能モジュールは、ステージを含む。１つの構成では、ステージと交換可能モジュールとは、電子光学ツール４０の一体的な部分であり得る。１つの構成では、交換可能モジュールは、ステージ及びステージが支持する電子光学デバイスに制限される。１つの構成では、ステージは、取り外し可能である。代替的な設計では、ステージを含む交換可能モジュールは、取り外し可能である。電子光学ツール４０の交換可能モジュールに関する部分は、分離可能であり、即ち、電子光学ツール４０のこの部分は、交換可能モジュールのアップビームにあるバルブ及びダウンビームにあるバルブによって画定される。バルブは、バルブのアップビーム及びダウンビームにある真空からバルブ間にある環境を分離するように動作させることができ、交換可能モジュールに付随するコラムの一部のアップビーム及びダウンビームにおける真空を維持しながら、交換可能モジュールを電子光学ツール４０から取り外すことをそれぞれ可能にする。一実施形態では、交換可能モジュールは、ステージを含む。ステージは、ビーム経路に対して電子光学デバイスを支持するように構成される。一実施形態では、モジュールは、４０５の１つ又は複数のアクチュエータを含む。アクチュエータは、ステージに関連付けられる。アクチュエータは、ビーム経路に対して電子光学デバイスを移動させるように構成される。このような作動は、電子光学デバイスとビーム経路とを互いに整列させるために使用され得る。

[0089] 一実施形態では、交換可能モジュールは、ＭＥＭＳモジュールを含む。一実施形態では、交換可能モジュールは、電子光学ツール４０内で交換可能であるように構成される。一実施形態では、交換可能モジュールは、現場で交換可能であるように構成される。現場で交換可能とは、電子光学ツール４０が配置されている真空を維持しながら、モジュールが取り外されて同じ又は異なるモジュールと交換され得ることを意味するように意図される。コラムのモジュールに対応するセクションのみが通気され、そのセクションは、モジュールを取り外して戻すか又は交換するために通気される。コラム内のモジュールを交換する際、コラムだけでなく、装置又はツールからも完全に取り外して交換するために、コラムのセクションが通気され得る。別の実施形態では、セクションは、コラムの通気されたセクション内のモジュールが、ツール又は装置内の他の場所に格納されたモジュールと交換され得るように通気され得る。このような格納されたモジュールは、真空下に保たれる１つ又は複数のモジュールの区画に格納され得る。モジュールを格納するための区画の真空は、コラムよりも真空度が低い状態で格納され得る。別の実施形態では、区画は、コラムと同じ圧力下にされ得、その結果、モジュールが配置されるコラムのセクションの通気が必要でなくなる。

[0090] 制御レンズアレイは、対物レンズアレイ２４１と同じモジュールにあり得、即ち対物レンズアレイアセンブリ若しくは対物レンズ構成を形成し得るか又は別のモジュールに配置され得る。

[0091] 電源が設けられて、制御レンズアレイ２５０の制御レンズ及び対物レンズアレイ２４１の対物レンズの電極にそれぞれの電位を印加し得る。

[0092] 対物レンズアレイ２４１に加えて制御レンズアレイ２５０を設けることにより、サブビームの特性を制御する自由度が更に高まる。追加的な自由度は、制御レンズアレイ２５０と対物レンズアレイ２４１とが一緒に比較的近くに設けられている場合、例えば制御レンズアレイ２５０と対物レンズアレイ２４１との間に中間集束が形成されないような場合でも提供される。制御レンズアレイ２５０は、ビームの縮小倍率に関してビーム開角を最適化し、及び／又は対物レンズアレイ２４１に送達されるビームエネルギーを制御するために使用され得る。制御レンズは、２つ又は３つ以上の電極を含み得る。電極が２つである場合、縮小倍率及び着地エネルギーは、一緒に制御される。電極が３つ以上である場合、縮小倍率と着地エネルギーとは、独立に制御され得る。従って、制御レンズは、（例えば、電源を使用して、制御レンズ及び対物レンズの電極に適切なそれぞれの電位を印加することによって）それぞれのサブビームの縮小倍率及び／又はビーム開角を調節するように構成され得る。この最適化は、対物レンズの数に過度の悪影響を与え、対物レンズの収差を過度に悪化させることなく（例えば、対物レンズの強度を上げることなく）実現され得る。制御レンズアレイを使用することにより、対物レンズアレイは、その最適な電界強度で動作することができる。従って、制御レンズのこのような動作により、対物レンズアレイの電界強度を事前に決定することが可能になり得る。縮小倍率及び開角への言及は、同じパラメータのバリエーションを指すように意図されることに留意されたい。理想的な構成では、ある範囲の縮小倍率と、対応する開角との積は、一定である。しかしながら、開角は、アパーチャを使用することにより影響を受け得る。

[0093] 図１０の実施形態では、電子光学システムは、放射源２０１を含む。放射源２０１は、荷電粒子（例えば、電子）のビームを供給する。サンプル２０８上に集束されるマルチビームは、放射源２０１によって供給されたビームから得られる。例えば、ビーム制限アパーチャのアレイを画定するビームリミッターを使用して、ビームからサブビームを得ることができる。放射源２０１は、輝度と総放出電流との間の良好な妥協点を有する高輝度熱電界放射型放出器が望ましい。図示の例では、コリメータが対物レンズアレイアセンブリのアップビームに設けられる。コリメータは、マクロコリメータ２７０を含み得る。マクロコリメータ２７０は、ビームがマルチビームに分割される前に、放射源２０１からのビームに作用する。マクロコリメータ２７０は、ビームから得られたサブビームのそれぞれのビーム軸がサンプル２０８上に実質的に垂直に（即ちサンプル２０８の名目上の表面に対して実質的に９０°で）入射することを確保するのに有効な量だけビームのそれぞれの部分を曲げる。マクロコリメータ２７０は、ビームを巨視的にコリメートさせる。従って、マクロコリメータ２７０は、ビームの異なる個々の部分に作用するようにそれぞれ構成されたコリメータ素子のアレイを含むのではなく、ビームの全てに作用し得る。マクロコリメータ２７０は、複数の磁気レンズサブユニット（例えば、多極構成を形成する複数の電磁石）を含む磁気レンズ又は磁気レンズ構成を含み得る。代替的又は追加的に、マクロコリメータは、少なくとも部分的に静電的に実施され得る。マクロコリメータは、複数の静電レンズサブユニットを含む静電レンズ又は静電レンズ構成を含み得る。マクロコリメータ２７０は、磁気レンズと静電レンズとの組み合わせを使用し得る。

[0094] 図１０の実施形態では、マクロスキャン偏向器２６５は、サブビームでサンプル２０８をスキャンさせるために設けられる。マクロスキャン偏向器２６５は、ビームのそれぞれの部分を偏向させて、サブビームでサンプル２０８上をスキャンさせる。一実施形態では、マクロスキャン偏向器２５６は、例えば、８極以上の巨視的な多極偏向器を含む。この偏向は、１方向（例えば、Ｘ軸などの単一の軸に平行に）又は２方向（例えば、Ｘ軸及びＹ軸などの平行でない２つの軸に対して）において、ビームから得られたサブビームでサンプル２０８をスキャンさせるためのものである。マクロスキャン偏向器２６５は、ビームの異なる個々の部分に作用するようにそれぞれ構成された偏向器素子のアレイを含むのではなく、ビームの全てに巨視的に作用する。図示の実施形態では、マクロスキャン偏向器２６５は、マクロコリメータ２７０と制御レンズアレイ２５０との間に設けられる。

[0095] 本明細書で説明される対物レンズアレイアセンブリの何れかは、（例えば、検出器モジュール４０２を含む）検出器を更に含み得る。検出器は、例えば、検出器素子の検出器アレイを含み得る。検出器は、サンプル２０８から放出された荷電粒子を検出する。検出された荷電粒子は、サンプル２０８から放出された二次電子及び／又は後方散乱電子を含む、ＳＥＭによって検出された荷電粒子の何れかを含み得る。検出器モジュールの例示的な構造については、図６～図９に関連して上述している。検出器モジュールの検出器、即ち検出器アレイは、サンプルの指定された範囲内に例えばビーム経路に沿って配置され得る。検出器とサンプルとの間の距離は、検出器が対物レンズアレイ又は更に対物レンズアレイアセンブリにおいてどのような位置にあっても小さくなり得る。サンプルと検出器との間がこのように小さいことは、検出器の最適な距離又は範囲であり、例えば検出器素子間のクロストークを避けるために望ましい場合もあり、サンプルから検出器までの距離が大きすぎる場合に検出器信号が弱すぎる場合もある。検出器の最適な距離又は範囲は、検出器とサンプルとの間に最小間隔（これは、対物レンズアレイとサンプルとの間の最小間隔にも対応する）を維持する。しかしながら、この小さい距離は、サンプル、その支持体、即ちサンプルホルダ又は検出器などの対物レンズアレイアセンブリのコンポーネントに対する損傷を与えるリスクを回避とは言わないまでも、防ぐのに小さすぎることはない。

[0096] 図１１は、対物レンズアレイアセンブリがスキャン偏向器アレイ２６０を含む、図１０の実施形態に対する変更形態を示す。スキャン偏向器アレイ２６０は、複数のスキャン偏向器を含む。スキャン偏向器アレイ２６０は、ＭＥＭＳ製造技法を用いて形成され得る。各スキャン偏向器は、それぞれのサブビームでサンプル２０８上をスキャンする。従って、スキャン偏向器アレイ２６０は、サブビームごとにスキャン偏向器を含み得る。各スキャン偏向器は、１方向（例えば、Ｘ軸などの単一の軸に平行に）又は２方向（例えば、Ｘ軸及びＹ軸などの平行でない２つの軸に対して）において、サブビームにおける光線を偏向させ得る。この偏向は、１方向又は２方向（即ち１次元的又は２次元的）にサブビームでサンプル２０８上をスキャンさせるようなものである。一実施形態では、欧州特許第２４２５４４４号に記載されているスキャン偏向器は、スキャン偏向器アレイ２６０を実施するために使用され得、この文献は、その全体、特にスキャン偏向器に関連して全体として参照により本明細書に組み込まれる。スキャン偏向器アレイ２６０は、対物レンズアレイ２４１と制御レンズアレイ２５０との間に配置される。図示の実施形態では、スキャン偏向器アレイ２６０は、マクロスキャン偏向器２６５の代わりに設けられる。スキャン偏向器アレイ２６０（例えば、上述のＭＥＭＳ製造技法を用いて形成されたもの）は、マクロスキャン偏向器２６５よりも空間的にコンパクトであり得る。

[0097] 他の実施形態では、マクロスキャン偏向器２６５とスキャン偏向器アレイ２６０との両方が設けられる。このような構成では、サブビームでサンプル表面上をスキャンすることは、マクロスキャン偏向器２６５とスキャン偏向器アレイ２６０とを一緒に好ましくは同期して制御することによって実現され得る。

[0098] マクロスキャン偏向器２６５の代わりにスキャン偏向器アレイ２６０を設けることにより、制御レンズからの収差を減らすことができる。これは、なぜなら、マクロスキャン偏向器２６５のスキャン動作により、制御レンズの少なくとも１つの電極のダウンビームにビーム制限アパーチャのアレイを画定するビーム成形リミッター（下分ビームリミッターとも呼ばれる）上でビームが対応して移動し、これが制御レンズからの収差への寄与度を高めるためである。スキャン偏向器アレイ２６０が代わりに使用される場合、ビームは、ビーム成形リミッター上ではるかに小さい量だけ移動する。なぜなら、スキャン偏向器アレイ２６０からビーム成形リミッターまでの距離がはるかに短いためである。このため、対物レンズアレイ２４１に可能な限り近い位置に（例えば、図１１に示すように、スキャン偏向器アレイ２６０が対物レンズアレイ２４１に直接隣接するように）スキャン偏向器アレイ２６０を配置することが好ましい。ビーム成形リミッター上の移動が小さくなるほど、各制御レンズが使用される部分が小さくなる。従って、制御レンズは、収差への寄与度が小さくなる。制御レンズが寄与する収差を最小限に抑えるか又は少なくとも低減するために、ビーム成形リミッターが制御レンズの少なくとも１つの電極のダウンビームにあるビームを成形するために使用される。これは、ビーム成形リミッターがビーム経路における第１のマニピュレータアレイの一部であるか又はそれに関連付けられたアパーチャアレイとしてのみ提供され、放射源からの単一のビームからマルチビームを一般に発生させる従来のシステムとアーキテクチャにおいて異なる。

[0099] いくつかの実施形態では、図１０に例示するように、制御レンズアレイ２５０は、放射源２０１のダウンビームにあるビーム経路における第１の偏向又はレンズ効果を示す電子光学アレイ素子である。

[0100] 図１１の実施形態では、コリメータ素子アレイ２７１がマクロコリメータ２７０の代わりに設けられる。図示していないが、この変更形態を図３の実施形態に適用して、マクロスキャン偏向器とコリメータ素子アレイとを有する実施形態を提供することも可能である。各コリメータ素子は、それぞれのサブビームをコリメートする。コリメータ素子アレイ２７１（例えば、ＭＥＭＳ製造技法を用いて形成されたもの）は、マクロコリメータ２７０よりも空間的にコンパクトであり得る。従って、コリメータ素子アレイ２７１とスキャン偏向器アレイ２６０とを一緒に設けることにより、空間を節約することができる。この空間の節約は、対物レンズアレイアセンブリを含む複数の電子光学システムが電子光学システムアレイに設けられる場合に望ましい。このような実施形態では、マクロコンデンサレンズ又はコンデンサレンズアレイが存在しない場合もある。従って、このシナリオでは、制御レンズは、着地エネルギーの変化に対してビーム開角及び倍率を最適化する可能性を提供する。ビーム成形リミッターは、制御レンズアレイのダウンビームにあることに留意されたい。ビーム成形リミッターにあるアパーチャは、制御レンズによる倍率の制御が開角に対して異なって機能するように、ビーム経路に沿ってビーム流を調節する。即ち、ビーム成形リミッターにおけるアパーチャが倍率及び開角の変化間の直接的な対応関係を壊す。

[0101] いくつかの実施形態では、図１１に例示するように、コリメータ素子アレイ２７１は、放射源２０１のダウンビームにあるビーム経路における第１の偏向又は集束させる電子光学アレイ素子である。

[0102] 制御レンズアレイ２５０のアップビーム又はコリメータ素子アレイ２７１のアップビームにある偏向させるか又はレンズ効果を示す電子光学アレイ素子（例えば、レンズアレイ又は偏向器アレイ）を避けることにより、対物レンズのアップビームにある電子光学システム及びこのような光学システムの不完全性を補正する補正光学システムの要件が減る。例えば、いくつかの代替的な構成は、対物レンズアレイに加えてコンデンサレンズアレイを設けることにより、放射源流利用を最大化しようとする。このようにしてコンデンサレンズアレイ及び対物レンズアレイを設けることにより、放射源開角に対する仮想放射源位置の位置が均一であることを厳しく要求されるか、又は各サブビームが下流にあるその対応する対物レンズの中心を通過するためにサブビームごとに補正光学システムが必要とされる。図１０及び図１１のようなアーキテクチャにより、第１の偏向又はレンズ効果を示す電子光学アレイ素子からビーム成形リミッターまでのビーム経路を約１０ｍｍ未満、好ましくは約５ｍｍ未満、より好ましくは約２ｍｍ未満に低減できる。ビーム経路を短くすることにより、放射源開角に対する仮想放射源位置の厳しい要件を軽減らすか又は取り除くことができる。

[0103] 一実施形態では、電子光学システムアレイが提供される。アレイは、本明細書で説明される複数の電子光学システムの何れかを含み得る。電子光学システムのそれぞれは、同じサンプルの異なる領域上にそれぞれのマルチビームを同時に集束させる。各電子光学システムは、異なるそれぞれの放射源２０１からの荷電粒子のビームからサブビームを形成し得る。それぞれの各放射源２０１は、複数の放射源２０１における１つの放射源であり得る。複数の放射源２０１の少なくともサブセットが放射源アレイとして提供され得る。放射源アレイは、共通の基板上に設けられた複数の放射源２０１を含み得る。複数のマルチビームを同時に同じサンプルの異なる領域上に集束させることにより、同時に処理（例えば、評価）されるサンプル２０８の領域を増やすことができる。アレイにおける電子光学システムは、それぞれのマルチビームをサンプル２０８の隣接する領域上に投射するように互いに隣接して配置され得る。任意の数の電子光学システムがアレイにおいて使用され得る。好ましくは、電子光学システムの数は、９～２００の範囲である。一実施形態では、電子光学システムは、矩形アレイ又は六角形アレイで構成される。他の実施形態では、電子光学システムは、不規則なアレイ又は矩形若しくは六角形以外のジオメトリを有する規則的なアレイで設けられる。アレイにおける各電子光学システムは、本明細書で説明される単一の電子光学システムを指す場合の仕方の何れかで構成され得る。上述のように、スキャン偏向器アレイ２６０とコリメータ素子アレイ２７１とは、空間的にコンパクトであり、その結果、電子光学システムを互いに近接して配置することが容易であるため、電子光学システムアレイに組み込むのに特に適する。

[0104] いくつかの実施形態では、図１２及び図１３に例示するように、対物レンズアレイアセンブリは、ビーム成形リミッター２４２を更に含む。ビーム成形リミッター２４２は、ビーム制限アパーチャ１２４のアレイを画定する。ビーム成形リミッター２４２は、ビーム成形制限アパーチャアレイ又は最終ビーム制限アパーチャアレイと呼ばれ得る。ビーム成形リミッター２４２は、複数のアパーチャを有するプレート（プレート状のボディであり得る）を含み得る。ビーム成形リミッター２４２は、制御レンズアレイ２５０の少なくとも１つの電極（任意選択的に全ての電極）からダウンビームにある。一部の実施形態では、ビーム成形リミッター２４２は、対物レンズアレイ２４１の少なくとも１つの電極（任意選択的に全ての電極）からダウンビームにある。ビームリミッター２４２のプレートは、セラミック又はガラスを含み得るスペーサーなどの分離素子により、対物レンズの隣接するプレート電極アレイに接続され得る。

[0105] １つの構成では、ビーム成形リミッター２４２は、対物レンズアレイ２４１の電極３０２と構造的に一体である。即ち、ビーム成形リミッター２４２のプレートは、対物レンズアレイ２４１の隣接するプレート電極アレイに直接的に接続される。ビーム成形リミッター２４２は、静電場強度が小さい領域又は静電場がない領域、例えば対物レンズアレイ２４２の他の全ての電極から離れる方向に面する隣接するプレート電極（例えば、その内部又は上）に関連付けられた領域に配置されることが望ましい。各ビーム制限アパーチャ１２４は、対物レンズアレイ２４１内の対応する対物レンズと位置合わせされる。この位置合わせとは、対応する対物レンズからのサブビームの一部分がビーム制限アパーチャ１２４を通過し、サンプル２０８に当たることができるようにするものである。各ビーム制限アパーチャ１２４には、ビーム制限効果があり、ビーム成形リミッター２４２に入射するサブビームの選択された部分のみがビーム制限アパーチャ１２４を通過できるようにする。選択された部分は、対物レンズアレイ内のそれぞれのアパーチャの中心部分を通過するそれぞれのサブビームの部分のみがサンプルに到達するようにするものであり得る。中心部分は、断面が円形であり得、及び／又はサブビームのビーム軸を中心とし得る。

[0106] 一部の実施形態では、電子光学システムは、上部ビームリミッター２５２を更に含む。上部ビームリミッター２５２は、ビーム制限アパーチャのアレイを画定する。上部ビームリミッター２５２は、上部ビーム制限アパーチャアレイ又はアップビームビーム制限アパーチャアレイと呼ばれ得る。上部ビームリミッター２５２は、複数のアパーチャを有するプレート（プレート状のボディであり得る）を含み得る。上部ビームリミッター２５２は、放射源２０１によって放出された荷電粒子のビームからサブビームを形成する。サブビームを形成することに寄与する部分以外のビーム部分は、ダウンビームのサブビームの邪魔にならないように、上部ビームリミッター２５２によって遮断（例えば、吸収）され得る。上部ビームリミッター２５２は、サブビーム画定アパーチャアレイと呼ばれ得る。

[0107] 図１０及び図１１に例示するような、集光レンズアレイを含まない実施形態では、上部ビームリミッター２５２は、対物レンズアレイアセンブリの一部を形成し得る。上部ビームリミッター２５２は、例えば、制御レンズアレイ２５０に隣接し、及び／又はそれと一体化され得る（例えば、図１３に示すように、放射源２０１の最も近くの制御レンズアレイ２５０の電極６０３に隣接し、及び／又はそれと一体化され得る）。上部ビームリミッター２５２は、制御レンズアレイ２５０の最アップビーム電極であり得る。一実施形態では、上部ビームリミッター２５２は、ビーム成形リミッター２４２内のビーム制限アパーチャ１２４よりも大きい（例えば、断面積がより大きい）ビーム制限アパーチャを画定する。従って、ビーム成形リミッター２４２のビーム制限アパーチャ１２４は、上部ビームリミッター２５２内、及び／又は対物レンズアレイ２４１内、及び／又は制御レンズアレイ２５０内に画定された対応するアパーチャよりも寸法が小さくてもよい（即ち面積がより小さく、及び／又は直径がより小さく、及び／又は他の特性の大きさがより小さくてもよい）。

[0108] 図３に例示するような、集光レンズアレイ２３１を有する実施形態では、上部ビームリミッター２５２は、集光レンズアレイ２３１に隣接して設けられ、及び／又はそれと一体化され得る（例えば、放射源２０１の最も近くの集光レンズアレイ２３１の電極に隣接し、及び／又はそれと一体化され得る）。一般的に、ビーム成形リミッター２４２のビーム制限アパーチャを、ビーム成形リミッター２４２からアップビームにあるビーム制限アパーチャを画定する他の全てのビームリミッターのビーム制限アパーチャよりも小さくなるように構成することが望ましい。即ち、サブビームは、例えば、ビーム制限アパーチャのアレイを画定するビームリミッターを使用して、ビーム（即ち放射源２０１からの荷電粒子のビーム）から導出され得る。上部ビームリミッター２５２は、集光レンズアレイ２３１に関連付けられるか又は集光レンズアレイ２３１の一部であり得るようなビーム制限アパーチャアレイである。

[0109] ビーム成形リミッター２４２は、ビーム制限効果を有するように（即ちビーム成形リミッター２４２に入射する各サブビームの一部分を除去するように）構成されることが望ましい。ビーム成形リミッター２４２は、例えば、対物レンズアレイ２４１の対物レンズを出る各サブビームがそれぞれの対物レンズの中心を通過したことを確実にするように構成され得る。代替の方式とは対照的に、この効果は、対物レンズに入射するサブビームが対物レンズと十分に位置合わせされることを確実にするための複雑な位置合わせ手順を必要とすることなく、ビーム成形リミッター２４２を使用して実現することができる。更に、ビーム成形リミッター２４２の効果は、コラム位置合わせ動作、放射源の不安定性又は機械的不安定性により阻害されない。更に、ビーム成形リミッター２４２により、サブビーム上で走査が動作する長さが低減される。この距離は、ビーム成形リミッター２４２からサンプル表面までのビーム経路の長さまで低減される。

[0110] 一部の実施形態では、ビーム成形リミッター２４２内の対応するビーム制限アパーチャ１２４の直径に対する上部ビームリミッター２５２内のビーム制限アパーチャの直径の比率は、３以上、任意選択的に５以上、任意選択的に７．５以上、任意選択的に１０以上である。１つの構成では、例えば、上部ビームリミッター２５２内のビーム制限アパーチャは、約５０ミクロンの直径を有し、ビーム成形リミッター２４２内の対応するビーム制限アパーチャ１２４は、約１０ミクロンの直径を有する。別の構成では、上部ビームリミッター２５２内のビーム制限アパーチャは、約１００ミクロンの直径を有し、ビーム成形リミッター２４２内の対応するビーム制限アパーチャ１２４は、約１０ミクロンの直径を有する。対物レンズの中心を通過したビームの一部分のみがビーム制限アパーチャ１２４によって選択されることが望ましい。図１３に示す例では、電極３０１と３０２との間の静電場によって各対物レンズが形成される。一部の実施形態では、各対物レンズは、２つの基本レンズ（それぞれ焦点距離＝４＊ビームエネルギー／電場である）、即ち電極３０１の底部にあるレンズ及び電極３０２の上部にあるレンズからなる。主要なレンズは、電極３０２の上部にあるレンズであり得る（なぜなら、ビームエネルギーは、この場所で小さい場合があり、例えば電極３０１の近くの３０ｋＶに比べて２．５ｋＶであり、これは、そのレンズを他方よりも約１２倍強力にするからである）。電極３０２の上部にあるアパーチャの中心を通過するビームの部分は、ビーム制限アパーチャ１２４を通過することが望ましい。電極３０２の上部とアパーチャ１２４との間のｚ方向の距離が非常小さい（通常、例えば１００～１５０ミクロン）ため、ビームの角度が比較的大きい場合でも、ビームの正しい部分が選択される。対物レンズアレイ内の電場強度は、所定のものであることが望ましい場合がある。

[0111] 図１２及び図１３の特定の例では、ビーム成形リミッター２４２は、対物レンズアレイ２４１の底部電極３０２とは別個に形成された素子として示されている。他の実施形態では、ビーム成形リミッター２４２は、（例えば、リソグラフィを行って、基板の対向する面上のレンズアパーチャ及びビーム遮断アパーチャとして機能するのに適した空洞をエッチング除去することにより）対物レンズアレイ２４１の底部電極と一体的に形成され得る。

[0112] 一実施形態では、ビーム成形リミッター２４２内のアパーチャ１２４は、対応する対物レンズアレイ２４１の底部電極内の対応するレンズアパーチャの少なくとも一部分からダウンビームにある距離、レンズアパーチャの直径以上、好ましくはレンズアパーチャの直径よりも少なくとも１．５倍大きい、好ましくはレンズアパーチャの直径よりも少なくとも２倍大きくてもよいダウンビームの距離に設けられ得る。

[0113] 一般的に、ビーム成形リミッター２４２を、最も強力なレンズ効果を有する各対物レンズの電極に隣接して配置することが望ましい。図１２及び図１３の例では、底部電極３０２は、最も強いレンズ効果を有し、ビーム成形リミッター２４２は、この電極に隣接して配置される。対物レンズアレイ２４１が、３つの電極を有するアインツェルレンズ構成などのように３つ以上の電極を含む場合、最も強力なレンズ効果を有する電極は、通常、中央の電極である。この場合、ビーム成形リミッター２４２を中央の電極に隣接して配置することが望ましい。従って、対物レンズアレイ２４１の電極の少なくとも１つは、ビーム成形リミッター２４２のダウンビームに配置され得る。電子光学システムは、ビーム成形リミッター２４２が、対物レンズアレイ２４１の電極のうち、最も強力なレンズ効果を有する対物レンズアレイ２４１の電極に隣接するか又はそれと一体化されるように、（例えば、対物レンズアレイの電極に印加される電位を制御することにより）対物レンズアセンブリを制御するようにも構成され得る。

[0114] 一般的に、ビーム成形リミッター２４２を、電場が小さい領域、好ましくは実質的に電場がない領域に配置することも望ましい。これにより、ビーム成形リミッター２４２が存在することによる所望のレンズ効果の乱れが回避又は最小化される。

[0115] 図１２及び図１３に例示されるように、検出器（例えば、検出器アレイ４０２）のアップビームにビーム成形リミッター２４２を設けることが望ましい。検出器のアップビームにビーム成形リミッター２４２を設けると、ビーム成形リミッター２４２が、サンプル２０８から放出された荷電粒子を妨げて、荷電粒子が検出器に到達することを邪魔しないことが確実になる。従って、検出器が対物レンズアレイ２４１の全ての電極のアップビームに設けられる実施形態では、ビーム成形リミッター２４２を対物レンズアレイ２４１の全ての電極のアップビームに設けるか、又は更に制御レンズアレイ２５０の電極の１つ又は複数の電極のアップビームに設けることも望ましい。このシナリオでは、ビーム成形リミッター２４２を、対物レンズアレイ２４１のできる限り近くでありながら、依然として検出器のアップビームに配置することが望ましい場合がある。従って、ビーム成形リミッター２４２は、アップビーム方向に検出器に直接的に隣接して設けられ得る。

[0116] 制御レンズアレイ２５０の少なくとも１つの電極及び／又は対物レンズアレイ２４１の少なくとも１つの電極からダウンビームにビーム成形リミッター２４２を有する上述の対物レンズアレイアセンブリは、対物レンズ構成のクラスの例である。このクラスの実施形態は、マルチビームをサンプル２０８上に集束させるための電子光学システムのための対物レンズ構成を含む。対物レンズ構成は、アップビームのレンズ効果アパーチャアレイ（例えば、図１２に示すような放射源２０１の最も近くの対物レンズアレイ２４１の電極３０２又は１２１）を含む。対物レンズ構成は、ダウンビームのレンズ効果アパーチャアレイ（例えば、図１２に示すような放射源２０１から最も遠くの対物レンズアレイ２４１の電極１２２）を更に含む。ダウンビームのレンズ効果アパーチャアレイ（例えば、電極３０２）及びアップビームのレンズ効果アパーチャアレイ（例えば、電極３０１）は、一緒に機能してマルチビームのサブビームにレンズ効果を与える。ビーム制限アパーチャアレイ（例えば、図１２に示すビーム成形リミッター２４２）が設けられ、このアレイでは、アパーチャ（例えば、図１２のビーム制限アパーチャ１２４）は、アップビームのレンズ効果アパーチャアレイ及びダウンビームのレンズ効果アパーチャアレイ内のアパーチャよりも寸法が小さい（即ち面積がより小さく、及び／又は直径がより小さく、及び／又は他の特性の大きさがより小さい）。ビーム制限アパーチャアレイのアパーチャは、各サブビームを、アップビームのレンズ効果アパーチャアレイ及びダウンビームのレンズ効果アパーチャアレイ内のそれぞれのアパーチャの中央部分を通過したサブビームの部分に制限するように構成される。従って、上述のように、ビーム制限アパーチャアレイは、対物レンズ構成の対物レンズを出る各サブビームがそれぞれのレンズの中心を通過したことを確実にすることができる。

[0117] 特定の方法で荷電粒子ビームを操作するために制御可能な構成要素又は構成要素若しくは要素のシステムへの言及は、コントローラ又は制御システム若しくは制御ユニットを構成して、上述した方法で荷電粒子ビームを操作し、任意選択的に他のコントローラ又はデバイス（例えば、電圧供給源及び／又は電流供給源）を使用して構成要素を制御し、その方法で荷電粒子ビームを操作することを含む。例えば、電圧源は、コントローラ又は制御システム若しくは制御ユニットの制御下において、限定はしないが、制御レンズアレイ２５０、対物レンズアレイ２４１、集光レンズ２３１、補正器、コリメータ素子アレイ２７１及び走査偏向器アレイ２６０などの構成要素に電位を印加するために、１つ又は複数の構成要素に電気的に接続され得る。ステージなどの作動可能な構成要素は、構成要素の作動を制御するために１つ又は複数のコントローラ、制御システム又は制御ユニットを使用して作動し、従ってビーム経路などの別の構成要素に対して移動するように制御可能であり得る。

[0118] 本明細書に記載する実施形態は、１つのビーム又はマルチビームの経路に沿ってアレイ状に配置された一連のアパーチャアレイ又は電子光学素子の形態を取り得る。そのような電子光学素子は、静電的であり得、例えば対物レンズアレイ及び制御レンズアレイなどであり得る。以下の要素、即ちコントローラ又は制御システム若しくは制御ユニットの制御下の集光レンズ２３１、補正器、コリメータ素子アレイ２７１及び走査偏向器アレイ２６０の１つ以上は、静電的であり得る。一実施形態では、例えば、サンプルより前のサブビーム経路内のビーム制限アパーチャアレイから最後の電子光学素子までの全ての電子光学素子は、静電的であり得、及び／又はアパーチャアレイ若しくはプレートアレイの形態であり得る。一部の構成では、電子光学素子の１つ又は複数は、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）として（即ちＭＥＭＳ製造技術を使用して）製造される。

[0119] 上側及び下側、アップ及びダウン、上方及び下方への言及は、サンプル２０８に当たる電子ビーム又はマルチビームの（通常、常にではないが、垂直な）アップビーム方向及びダウンビーム方向に平行な方向を指すものと理解されるべきである。従って、アップビーム及びダウンビームへの言及は、何らかの重力場とは無関係にビーム経路に関する方向を指すことが意図される。

[0120] 本発明の一実施形態による評価ツールは、サンプルの定性的評価（例えば、合格／不合格）を行うツール、又はサンプルの定量的測定（例えば、フィーチャのサイズ）を行うツール、又はサンプルのマップの画像を生成するツールであり得る。評価ツールの例は、（例えば、欠陥を特定するための）検査ツール、（例えば、欠陥を分類するための）レビューツール及び計測ツール又は検査ツール、レビューツール若しくは計測ツールに関連した評価機能の任意の組み合わせを実施することができるツール（例えば、計測検査ツール）である。電子光学コラム４０は、検査ツール若しくは計測検査ツール又は電子ビームリソグラフィツールの一部など、評価ツールの構成要素であり得る。本明細書でのツールへの言及は、デバイス、装置又はシステムを包含することを意図し、ツールは、様々な構成要素であって、同じ場所に置かれることも又は置かれないこともあり、特に例えばデータ処理部品について別々の部屋に配置されることさえあり得る様々な構成要素を含む。

[0121] 「サブビーム」及び「ビームレット」という用語は、本明細書では互換的に使用され、両方とも、親の放射ビームを分割又は分離することにより親の放射ビームから導出された任意の放射ビームを包含するものと理解される。「マニピュレータ」という用語は、レンズ又は偏向器など、サブビーム又はビームレットの経路に影響を与える任意の素子を包含するように使用される。素子がビーム経路又はサブビーム経路に沿って整列されると言う場合、それぞれの素子がビーム経路又はサブビーム経路に沿って配置されることを意味すると理解されたい。光学システムと言う場合、電子光学システムを意味すると理解されたい。

[0122] 本発明の実施形態は、以下の番号付与された条項に記載される。

[0123] 条項１：荷電粒子評価ツールのためのマルチビーム電子光学システムであって、それぞれのサブビームのパラメータを制御するようにそれぞれ構成された複数の制御レンズと、複数の荷電粒子ビームの１つをサンプル上に投射するようにそれぞれ構成された複数の対物レンズと、荷電粒子が所望の着地エネルギー、縮小倍率及び／又はビーム開角でサンプル上に入射するように、制御レンズ及び対物レンズを制御するように構成されたコントローラと、を含む、マルチビーム電子光学システム。

[0124] 条項２：コントローラは、対物レンズにおいて所定のＥフィールド、即ち電界を維持するように構成される、条項１に記載のシステム。

[0125] 条項３：制御レンズは、それぞれのサブビームの縮小倍率及び／又はビーム開角を調節し、及び／又は、サンプル表面上へのそれぞれのサブビームの着地エネルギーを制御する、ように構成される、条項１又は２に記載のシステム。

[0126] 条項４：制御レンズは、対物レンズの上流にあり、及び対物レンズに関連付けられる、条項１～３の何れか一項に記載のシステム。

[0127] 条項５：コントローラは、それぞれの対物レンズに対する、またそれぞれの制御レンズの複合作用がそれぞれのサブビームのサンプル上での集束位置を決定することと、それぞれの対物レンズ及びそれぞれの制御レンズによるそれぞれのサブビームに対する複合レンズ効果がサンプル上での集束をもたらすことと、それぞれの対物レンズ及びそれぞれの制御レンズによるそれぞれのサブビームの複合レンズ効果がサンプル上での集束をもたらすことと、それぞれの対物レンズ及びそれぞれの制御レンズが一緒にそれぞれのサブビームをサンプル上で集束させることと、の１つ又は複数であるように、制御レンズを制御してそれぞれのサブビームのプリフォーカスのパラメータを制御するように構成され、代替的又は追加的に、コントローラは、それぞれのサブビームのプリフォーカスが対物レンズによるそれぞれのサブビームのサンプル上での集束前であるように、対物レンズを制御してそれぞれのサブビームをサンプル上に集束させ、制御レンズを制御してそれぞれのサブビームのプリフォーカスのパラメータを制御するように構成され、好ましくは、複合焦点距離における（好ましくはそれぞれのサブビームの経路に沿った）サンプルの位置がサンプルと対物レンズアレイとの間に間隔、好ましくは最小間隔を維持し、及び／又は、検出器とサンプルとの間の距離に対応して、好ましくは検出器とサンプルとの間に最小間隔などの間隔を維持する、条項１～４の何れか一項に記載のシステム。

[0128] 条項６：制御レンズ及びそれぞれの対物レンズの制御は、各サブビームの集束の集束位置を決定し、好ましくは、制御レンズアレイによるそれぞれのサブビームの集束位置は、対物レンズアレイのダウンビームであり得、好ましくは、制御レンズは、焦点距離を有するように構成され、好ましくは、その結果、制御レンズ及び対応する対物レンズの複合焦点距離の焦点距離は、コントローラによって制御される、条項１～５の何れか一項に記載のシステム。

[0129] 条項７：コントローラは、対物レンズアレイ又は対物レンズ構成であって、制御レンズのアレイと対物レンズのアレイとを含み、好ましくは、制御レンズは、対物レンズのアップビームにある、対物レンズ構成の隣接する電極に、荷電粒子ビームのそれぞれの経路に沿った対物レンズ及び制御レンズの隣接する２つの電極間の最大電位差である電位差を印加するように構成される、条項１～６の何れか一項に記載のシステム。

[0130] 条項８：複数の制御レンズ及び／又は複数の対物レンズは、交換可能、好ましくは現場で交換可能であるように構成される、条項１～７の何れか一項に記載のシステム。

[0131] 条項９：複数の制御レンズ及び／又は複数の対物レンズが交換可能モジュールの交換時に交換可能、好ましくは現場で交換可能であるように、複数の制御レンズ及び／又は複数の対物レンズを含む交換可能モジュールを含む、条項８に記載のシステム。

[0132] 条項１０：荷電粒子評価ツールのためのマルチビーム電子光学システムであって、複数の制御電極を含み、及びそれぞれのサブビームのパラメータを制御するように構成された制御レンズアレイと、複数の対物電極を含み、及び複数の荷電粒子ビームをサンプル上に導くように構成された対物レンズアレイと、荷電粒子が所望の着地エネルギー、縮小倍率及び／又はビーム開角でサンプル上に入射するように、制御レンズ及び対物レンズに相対電位を印加するように構成された電位源システムと、を含む、マルチビーム電子光学システム。

[0133] 条項１１：荷電粒子評価ツールのためのマルチビーム電子光学システムであって、それぞれのサブビームをサンプル表面上に集束させるように構成された対物レンズを含む対物レンズアレイと、サンプル表面上でのそれぞれのサブビームの着地エネルギーを制御し、及び／又は対物レンズアレイの動作前にそれぞれのサブビームの開角及び／又は倍率を最適化するように構成された制御レンズを含む制御レンズアレイと、を含む、マルチビーム電子光学システム。

[0134] 条項１２：制御レンズは、ビーム経路に沿って少なくとも２つの電極を含む、条項１１に記載のシステム。

[0135] 条項１３：電極の少なくとも１つは、それぞれのサブビームのビームエネルギーを設定するように構成され、好ましくは、電極は、ビーム経路において第１の電極からダウンビームにある、条項１２に記載のシステム。

[0136] 条項１４：電極の少なくとも１つは、それぞれのサブビームの開角及び／又は倍率を制御するように構成され、好ましくは、電極は、ビーム経路において第１の電極からダウンビームにあり、好ましくはビームエネルギーを制御するように構成された電極のアップビームにある、条項１２又は１３に記載のシステム。

[0137] 条項１５：検査ツールのためのマルチビーム電子光学システムであって、複数のコリメートされたサブビームをサンプル上に集束させるように構成された対物レンズアレイと、対物レンズアレイのアップビームにある制御レンズアレイであって、各サブビームのビームエネルギーを制御するように構成される制御レンズアレイと、を含み、サンプル上でのサブビームの着地エネルギーを調節するように構成される、マルチビーム電子光学システム。

[0138] 条項１６：マルチビーム電子光学システムは、対物レンズにおける静電界を事前に選択された強さに保ちながら、対物レンズアレイに印加される電位を変化させることによって着地エネルギーを調節するように構成される、条項１５に記載のシステム。

[0139] 条項１７：制御レンズアレイによって対物レンズアレイに送達されるビームエネルギーを変化させるように制御レンズアレイを制御することによって着地エネルギーを調節するように構成される、条項１５又は１６に記載のシステム。

[0140] 条項１８：制御レンズを制御することは、開角及び縮小倍率を再最適化することを含む、条項１５～１７の何れか一項に記載のシステム。

[0141] 条項１９：各対物レンズは、２つの電極を含む、条項１～１８の何れか一項に記載のシステム。

[0142] 条項２０：荷電粒子評価ツールのためのマルチビーム電子光学システムであって、複数のアパーチャアレイを含む対物レンズアレイアセンブリを含み、対物レンズアレイアセンブリは、ａ）サンプル上に複数のサブビームを集束させることと、ｂ）サブビームの別のパラメータであって、サンプル表面上でのサブビームの着地エネルギー、それぞれのサブビームの開角及び／又はそれぞれのサブビームの倍率の少なくとも１つである、サブビームの別のパラメータを制御することと、を行うように構成される、マルチビーム電子光学システム。

[0143] 条項２１：サンプルに近接するアパーチャアレイは、複数のビームをサンプル上に集束させるように構成される、条項２０に記載のシステム。

[0144] 条項２２：少なくとも２つのアパーチャアレイは、サンプルに近接する、条項２１に記載のシステム。

[0145] 条項２３：他のパラメータを制御するように確認されたアパーチャアレイは、サブビームの集束を制御するように構成されたアパーチャアレイの上流にある、条項２０～２２の何れか一項に記載のシステム。

[0146] 条項２４：少なくとも２つのアパーチャアレイは、他のパラメータを制御するように構成される、条項２３に記載のシステム。

[0147] 条項２５：他のパラメータを制御するように構成されたアパーチャアレイは、着地エネルギーを制御するように構成されたアパーチャを含む、条項２４に記載のシステム。

[0148] 条項２６：他のパラメータを制御するように構成されたアパーチャアレイは、それぞれのサブビームの開角及び／又はそれぞれのサブビームの倍率を最適化するように構成されたアパーチャアレイを含み、好ましくは、アパーチャアレイは、着地エネルギーを制御するように構成されたアパーチャと同じである、条項２４又は２５に記載のシステム。

[0149] 条項２７：サンプルから放出された荷電粒子を検出するように構成された検出器であって、好ましくは複数の検出器素子を含み、好ましくは、複数の検出器素子は、それぞれのサブビームに関連付けられ、検出器は、サンプルからある距離だけ間隔を空けて配置され、好ましくは、サンプルからの距離は、検出器の最適距離又は範囲である、検出器を更に含む、条項１～２６の何れか一項に記載のシステム。

[0150] 条項２８：検出器は、望ましくは複数の対物レンズとサンプルとの間において対物レンズアレイに関連付けられる、条項２７に記載のシステム。

[0151] 条項２９：少なくとも対物レンズ（又は対物レンズアレイ）及び制御レンズ（又は制御レンズアレイ）は、静電的であり、好ましくは、マルチビーム電子光学システムの全ての荷電粒子光学素子は、静電的である、条項１～２８の何れか一項に記載のシステム。

[0152] 条項３０：荷電粒子は、電子であり、好ましくは、マルチビーム電子光学システムは、子を放出するための放出用電子源を含む、条項１～２９の何れか一項に記載のシステム。

[0153] 条項３１：条項１～３０の何れか一項に記載のマルチビーム電子光学システムを含む荷電粒子評価ツールであって、荷電粒子評価ツールは、好ましくは、コンデンサレンズを含み、コンデンサレンズは、対物レンズアレイ及び制御レンズアレイのアップビームにあり、コンデンサレンズは、好ましくは、コンデンサレンズアレイであるか、又は代替的に好ましくは磁気的なものであるであるマクロコンデンサレンズである、荷電粒子評価ツール。

[0154] 条項３２：荷電粒子の複数のサブビームのそれぞれの１つのサブビームのパラメータを制御する複数の制御レンズを使用することと、複数の荷電粒子ビームをサンプル上に投射する複数の対物レンズを使用することと、荷電粒子が所望の着地エネルギー、縮小倍率及び／又はビーム開角でサンプル上に入射するように、制御レンズ及び対物レンズを制御することと、を含む、検査方法。

[0155] 条項３３：対物レンズアレイアセンブリを使用して複数のサブビームをサンプル表面上に投射する方法であって、ａ）サブビームをサンプルの表面上に投射することと、ｂ）サブビームの着地エネルギーを制御すること及び／又はサブビームの縮小倍率及び／又はビーム開角を最適化することと、を含む、方法。

[0156] 条項３４：対物レンズアレイアセンブリは、制御レンズのアレイであって、各制御レンズは、それぞれのサブビームのパラメータを制御するためのものである、制御レンズのアレイと、対物レンズのアレイであって、各対物レンズは、それぞれのサブビームをサンプル上に投射するためのものである、対物レンズのアレイと、制御レンズ及び対物レンズを制御するためのコントローラと、サンプルから放出された荷電粒子を検出するための検出器であって、それぞれのサブビームに関連付けられた複数の検出器素子を含み、サンプルからある距離だけ間隔を空けて配置される検出器と、を含み、投射することは、対物レンズアレイを使用し、制御することはサブビームが所望の着地エネルギーでサンプル上に入射するようにサブビームの着地エネルギーを制御することを含み、方法は、好ましくは、１）それぞれの対物レンズに対する、またそれぞれの制御レンズの複合作用がそれぞれのサブビームのサンプル上での集束位置を決定することと、２）それぞれの対物レンズ及びそれぞれの制御レンズによるそれぞれのサブビームに対する複合レンズ効果がサンプル上での集束をもたらすことと、３）それぞれの対物レンズ及びそれぞれの制御レンズによるそれぞれのサブビームの複合レンズ効果がサンプル上での集束をもたらすことと、４）それぞれの対物レンズ及びそれぞれの制御レンズが一緒にそれぞれのサブビームをサンプル上で集束させることとの１つ又は複数であるように、制御レンズを制御してそれぞれのサブビームのプリフォーカスを含むパラメータを制御すること（代替的又は追加的に、コントローラは、それぞれのサブビームのプリフォーカスが対物レンズによるそれぞれのサブビームのサンプル上での集束前であるように、対物レンズを制御してそれぞれのサブビームをサンプル上に集束させ、制御レンズを制御してそれぞれのサブビームのプリフォーカスのパラメータを制御するように構成される）と、サンプルから放出された荷電粒子を検出することであって、好ましくは、制御レンズ及び対物レンズを制御することは、コントローラによるものであり、及び好ましくは、検出することは、検出器によるものであることと、を更に含む、条項３３に記載の方法。

[0157] 条項３５：対物レンズアレイアセンブリは、荷電粒子のビームをサンプル上に投射するように構成された対物レンズアレイを含む、条項３３又は３４に記載の方法。

[0158] 条項３６：対物レンズアレイにおいて所定の静電界又はＥフィールドを維持することを含む、条項３３～３５の何れか一項に記載の方法。

[0159] 条項３７：それぞれのサブビームの縮小倍率及び／又はビーム開角を調節することを更に含む、条項３３～３６の何れか一項に記載の方法。

[0160] 条項３８：ｅ）サンプルでのそれぞれのサブビームの着地エネルギーを調節することを更に含む、条項３３～３７の何れか一項に記載の方法。

[0161] 条項３９：サンプルから放出された荷電粒子を検出することを更に含む、条項３３～３８の何れか一項に記載の方法。

[0162] 条項４０：検出することは、対物レンズアレイアセンブリに関連付けられた検出器を使用する、条項３９に記載の方法。

[0163] 条項４１：検出することは、複数の対物レンズとサンプルとの間におけるものである、条項４０に記載の方法。

[0164] 条項４２：それぞれのサブビームをサンプル上に集束させるように制御レンズをプリフォーカスすることにおいて、サンプルと対物レンズアレイ及び／又は検出器との間に最小間隔を維持する、条項３３～４１の何れか一項に記載の方法。

[0165] 条項４３：荷電粒子のビームをコリメートすることを更に含む、条項３３～４２の何れか一項に記載の方法。

[0166] 条項４４：コリメートすることは、対物レンズアレイアセンブリのアップビームにあるマクロコリメータを使用する、条項４３に記載の方法。

[0167] 条項４５：コリメートすることは、対物レンズアレイアセンブリ内にあるコリメータアレイを使用する、条項４３に記載の方法。

[0168] 条項４６：対物レンズアセンブリの少なくともレンズ素子を交換可能に取り外すことを更に含む、条項３３～４５の何れか一項に記載の方法。

[0169] 条項４７：コラムのセクションを通気することであって、セクションは、好ましくは、対物レンズアセンブリの少なくともレンズ素子を含むモジュールに対応することと、任意選択的に、モジュールを取り外すことと、モジュールをセクション内に戻すことと、モジュールを交換することと、の少なくとも１つを含み、方法は、セクションを減圧することを更に含む、条項４６に記載の方法。

[0170] 条項４８：少なくとも素子を含むモジュールを動作可能位置と動作不能位置との間で入れ替えることであって、動作可能位置では、モジュールは、コラムのセクションであることと、任意選択的に、モジュールが動作不能位置に移動され、好ましく他のモジュールが動作可能位置にあるようにセクションに移動されるように、モジュールを動作不能位置にある別のモジュールと入れ替えることと、を含む、条項４６又は４７に記載の方法。

[0171] 条項４９：荷電粒子検査ツールの電子光学コラムなどの荷電粒子コラムに交換可能であるように構成された交換可能モジュールであって、それぞれのサブビームのパラメータを制御するように構成された複数の制御レンズを含む対物レンズアレイアセンブリを含み、パラメータは、マルチビームの縮小倍率及び／又は着地エネルギーを含み、好ましくは、交換可能モジュールは、現場で交換可能である、交換可能モジュール。

[0172] 条項５０：対物レンズアレイアセンブリは、マルチビームのそれぞれの荷電ビームをサンプル上に投射するように構成された複数の対物レンズと、サンプルから放出された荷電粒子を検出するように構成された検出器であって、好ましくはそれぞれのサブビームに関連付けられた複数の検出器素子を含み、電子光学カラムにモジュールが配置されると、サンプルからある距離だけ間隔を空けて配置されるように構成される検出器と、を含み、好ましくは、制御レンズ及び対物レンズは、荷電粒子が所望の着地エネルギー及び／又は縮小倍率でサンプル上に入射するように制御されるように構成され、好ましくは、制御レンズは、電子光学コラムにモジュールが配置されると、１）それぞれの対物レンズに対する、またそれぞれの制御レンズの複合作用がそれぞれのサブビームのサンプル上での集束位置を決定することと、２）それぞれの対物レンズ及びそれぞれの制御レンズによるそれぞれのサブビームに対する複合レンズ効果がサンプル上での集束をもたらすことと、３）それぞれの対物レンズ及びそれぞれの制御レンズによるそれぞれのサブビームの複合レンズ効果がサンプル上での集束をもたらすことと、４）それぞれの対物レンズ及びそれぞれの制御レンズが一緒にそれぞれのサブビームをサンプル上で集束させることと、の１つ又は複数であるように、制御レンズを制御してそれぞれのサブビームのプリフォーカスのパラメータを制御するように好ましくは制御されるように構成される（代替的又は追加的に、コントローラは、それぞれのサブビームのプリフォーカスが対物レンズによるそれぞれのサブビームのサンプル上での集束前であるように、対物レンズを制御してそれぞれのサブビームをサンプル上に集束させ、制御レンズを制御してそれぞれのサブビームのプリフォーカスのパラメータを制御するように構成される）、条項４９に記載の交換可能モジュール。

[0173] 本発明について様々な実施形態と関連付けて説明してきたが、本明細書で開示される発明の明細及び実施を考慮することから、他の実施形態が当業者に明らかであろう。本明細書及び例は、単なる例とみなされることが意図され、本発明の真の範囲及び趣旨は、以下の特許請求の範囲によって示される。

Claims

荷電粒子評価ツールのためのマルチビーム電子光学システムであって、
複数の荷電粒子サブビームのそれぞれのサブビームのパラメータをそれぞれ制御する複数の制御レンズと、
前記それぞれのサブビームをサンプル上にそれぞれ投射する複数の対物レンズと、
前記サンプルから放出された荷電粒子を検出する検出器であって、前記それぞれのサブビームに関連付けられた複数の検出器素子を含み、前記サンプルからある距離だけ離間される、検出器と、
前記荷電粒子が所望の着地エネルギー及び／又は縮小倍率で前記サンプル上に入射するように、前記制御レンズ及び前記対物レンズを制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、前記それぞれの対物レンズ及び前記それぞれの制御レンズによる前記それぞれのサブビームに対する複合作用が前記サンプル上の前記それぞれのサブビームの集束位置を決定するように、前記制御レンズを制御して、前記それぞれのサブビームのプリフォーカスの前記パラメータを制御する、マルチビーム電子光学システム。
前記コントローラは、前記対物レンズにおいて所定の静電界を維持する、請求項１に記載のシステム。
前記コントローラは、前記それぞれのサブビームの経路に沿った前記対物レンズ及び制御レンズの何れか２つの隣接する電極間の最大電位差である電位差を、前記対物レンズの隣接する電極に印加する、請求項１又は２に記載のシステム。
前記制御レンズは、前記それぞれのサブビームの前記縮小倍率を調節し、及び／又は、前記サンプル表面上への前記それぞれのサブビームの着地エネルギーを制御する、請求項１～３の何れか一項に記載のシステム。
前記制御レンズは、前記対物レンズのアップビームにあり、前記対物レンズに関連付けられる、請求項１～４の何れか一項に記載のシステム。
前記複数の制御レンズ及び／又は前記複数の対物レンズは、交換可能である、請求項１～５の何れか一項に記載のシステム。
交換可能モジュールであって、前記複数の制御レンズ及び／又は前記複数の対物レンズを含み、それにより、前記複数の制御レンズ及び／又は前記複数の対物レンズは、前記モジュールの交換時に交換可能である、交換可能モジュールを含む、請求項６に記載のシステム。
前記複数の対物レンズは、各々複数のアパーチャを有する少なくとも２つのプレートを含む対物レンズアレイであり、あるプレートにおける各アパーチャの位置は他のプレートにおける対応するアパーチャの位置に対応する、請求項１～７の何れか一項に記載のシステム。
対物レンズアレイアセンブリを使用することによって複数のサブビームをサンプル表面上に投射する方法であって、
前記対物レンズアレイアセンブリは、
制御レンズのアレイであって、各制御レンズは、それぞれのサブビームのパラメータを制御するためのものである、制御レンズのアレイと、
対物レンズのアレイであって、各対物レンズは、前記それぞれのサブビームをサンプル上に投射するためのものである、対物レンズのアレイと、
前記制御レンズ及び前記対物レンズを制御するためのコントローラと、
前記サンプルから放出された荷電粒子を検出するための検出器であって、前記それぞれのサブビームに関連付けられた複数の検出器素子を含み、前記サンプルからある距離だけ離間される、検出器と、を備え、
前記方法は、
ａ）前記サブビームをサンプルの表面上に投射することであって、前記対物レンズを使用することと、
ｂ）前記サブビームが所望の着地エネルギーで前記サンプル上に入射するように、前記サブビームの前記着地エネルギーを制御し、及び／又は、前記サブビームの縮小倍率を最適化することと、
ｃ）前記対物レンズのアレイ及び前記制御レンズのアレイによる前記それぞれのサブビームに対する複合作用が前記サンプル上においてあるように、前記制御レンズのアレイを制御して前記パラメータを制御することであって、前記それぞれのサブビームをプリフォーカスすることを含むことと、
ｄ）前記サンプルから放出された荷電粒子を検出することと、を含み、
前記制御レンズのアレイ及び前記対物レンズのアレイを前記制御することは、前記コントローラによるものであり、
前記検出することは、前記検出器によるものである、方法。
前記それぞれのサブビームの前記縮小倍率を調節することを更に含む、請求項９に記載の方法。
前記サンプル表面上の前記それぞれのサブビームの前記着地エネルギーを調節することを更に含む、請求項９又は１０に記載の方法。
前記検出することは、前記対物レンズのアレイと前記サンプルとの間におけるものである、請求項９～１１の何れか一項に記載の方法。
前記それぞれのサブビームを前記サンプル上に集束させるために前記制御レンズのアレイをプリフォーカスすることにおいて、前記サンプルと前記対物レンズのアレイとの間の最小間隔を維持する、請求項９～１２の何れか一項に記載の方法。
荷電粒子の前記ビームをコリメートすることを更に含む、請求項９～１３の何れか一項に記載の方法。
荷電粒子検査ツールの荷電粒子光学カラムにおいて交換可能である交換可能モジュールであって、対物レンズアレイアセンブリを含み、
前記対物レンズアレイアセンブリは、
それぞれのサブビームのパラメータを制御する複数の制御レンズであって、前記パラメータは、マルチビームの前記サブビームの縮小倍率及び／又は着地エネルギーを含む、複数の制御レンズと、
前記それぞれのサブビームをサンプル上に投射する複数の対物レンズと、
前記サンプルから放出された荷電粒子を検出する検出器であって、前記それぞれのサブビームに関連付けられた複数の検出器素子を含み、前記モジュールが電子光学カラムに配置されると前記サンプルからある距離だけ離間される、検出器と、を備え、
前記制御レンズ及び前記対物レンズは、前記荷電粒子が所望の着地エネルギー及び／又は縮小倍率で前記サンプル上に入射するように制御され、
前記制御レンズは、前記モジュールが電子光学カラムに配置されると、前記複数の対物レンズのそれぞれ及び前記複数の制御レンズのそれぞれによる前記それぞれのサブビームに対する複合作用が前記サンプル上での前記それぞれのサブビームの集束位置を決定するように、前記それぞれのサブビームのプリフォーカスの前記パラメータを制御するように制御される、交換可能モジュール。