▶ カール ツァイス マイクロスコーピー ゲーエムベーハーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-12-05
(45)【発行日】2022-12-13
(54)【発明の名称】粒子ビームを生成するための粒子源及び粒子光学装置
(51)【国際特許分類】
H01J 37/147 20060101AFI20221206BHJP
H01J 37/09 20060101ALI20221206BHJP
H01L 21/027 20060101ALI20221206BHJP
【ＦＩ】
H01J37/147 B
H01J37/147 D
H01J37/09 A
H01L21/30 541B
【請求項の数】
17
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2018092098
(22)【出願日】2018-05-11
(65)【公開番号】P2018190731
(43)【公開日】2018-11-29
【審査請求日】2021-03-24
(31)【優先権主張番号】10 2017 208 005.1
(32)【優先日】2017-05-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(73)【特許権者】
【識別番号】512158505
【氏名又は名称】カール ツァイス マイクロスコーピー ゲーエムベーハー
【氏名又は名称原語表記】Ｃａｒｌ Ｚｅｉｓｓ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ＧｍｂＨ
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】230118913
【弁護士】
【氏名又は名称】杉村 光嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100147692
【弁理士】
【氏名又は名称】下地 健一
(72)【発明者】
【氏名】フォルカー ドレクセル
(72)【発明者】
【氏名】ベルンド ハフナー
【審査官】中尾 太郎
(56)【参考文献】
【文献】特開昭５４－０６９０７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５８－００３２２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－１８６１５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－０４７７６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－２８９７４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００３／０１６８６０６（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｊ ３７／１４７
Ｈ０１Ｊ ３７／０９
Ｈ０１Ｌ ２１／０２７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
粒子ビーム（５１）を生成するための粒子源と、前記粒子源によって生成される前記粒子ビームを物体上の焦点に集束させるように構成される粒子光学レンズとを含む粒子光学装置において、前記粒子源は、コントローラ（１１ａ）と、
粒子エミッタ（１７ａ）と、
第一のプレート（３１）と、
第一の偏向器（５３）と、
第二のプレート（４３）と
を含み、
前記粒子エミッタ（１７ａ）は、荷電粒子の発散ビームを生成するように構成され、
前記粒子エミッタ（１７ａ）、前記第一のプレート（３１）、前記第一の偏向器（５３）、及び前記第二のプレート（４３）は、前記電荷粒子のビーム経路に沿ってこの順序で配置され、
前記第一のプレート（３１）は、前記発散ビーム（２９）のビーム経路内に配置される少なくとも１つの第一の絞り（３３）及び少なくとも１つの第二の絞り（３７）であって、それを通じて前記発散ビーム（２９）の荷電粒子が前記第一のプレート（３１）を通過できる、少なくとも１つの第一の絞り（３３）及び少なくとも１つの第二の絞り（３７）を有し、前記少なくとも１つの第一の絞り（３３）は、第一の断面積を有し、及び前記少なくとも１つの第二の絞り（３７）は、前記第一の断面積より大きい第二の断面積を有し、前記少なくとも１つの第一の絞り及び前記少なくとも１つの第二の絞りを通過する前記発散ビームの前記粒子は、前記第一のプレートの下流で第一及び第二のビーム（３９、４１）を形成し、
前記第二のプレート（４３）は、第三の絞り（４５）であって、それを通じて前記第一及び前記第二のビーム（３９、４１）が前記第二のプレートを通過できる、第三の絞り（４５）を有し、
前記第一の偏向器（５３）は、前記第一のビーム（３９）及び前記第二のビーム（４１）を偏向させるように構成され、
前記コントローラ（１１ａ）は、第一の動作モードにおいて、前記第一の偏向器（５３）を、前記第一のビームの粒子が前記第二のプレート（４３）の前記第三の絞り（４５）を通過し、且つ前記粒子源（３ａ）によって生成される前記粒子ビーム（５１）を形成し、その一方で、前記第二のビーム（４１）の粒子が前記第二のプレート（４３）を通過しないように設定し、且つ第二の動作モードにおいて、前記第一の偏向器（５３）を、前記第二のビーム（４１）の粒子が前記第二のプレート（４３）の前記第三の絞り（４５）を通過し、且つ前記粒子源（３ａ）によって生成される前記粒子ビーム（５１）を形成し、その一方で、前記第一のビーム（３９）の前記粒子が前記第二のプレート（４３）を通過しないように設定するように構成される、粒子光学装置。
【請求項2】
前記第一の偏向器（５３）は、前記第一のビーム（３９）と前記第二のビーム（４１）とをまとめて第一の偏向角度（α）にわたり偏向させるために電気及び／又は磁気双極子場を提供する、請求項１に記載の粒子光学装置。
【請求項3】
前記ビーム経路に沿って前記第一の偏向器の下流に配置され、且つ前記第一及び前記第二の粒子ビーム（３９、４１）の前記粒子を調節可能な第二の偏向角度（β）だけ偏向させるように構成される第二の偏向器（５７）をさらに含む、請求項２に記載の粒子光学装置。
【請求項4】
前記コントローラ（１１ａ）は、前記第二の偏向器の前記第二の偏向角度（β）を、前記第一の動作モードにおいて、前記生成された粒子ビーム（５１）が所定の方向（３５）に向けられるように設定するように構成され、且つ前記第二の偏向器（５７）の前記第二の偏向角度（β）を、前記第二の動作モードにおいて、前記生成された粒子ビーム（５１）が同じ前記所定の方向（３５）に向けられるように設定するように構成される、請求項３に記載の粒子光学装置。
【請求項5】
前記コントローラは、前記第一及び前記第二の偏向角度（α、β）を、前記第一の動作モードの前記第二の偏向角度と前記第二の動作モードの前記第二の偏向角度との差が、前記第一の動作モードの前記第一の偏向角度と前記第二の動作モードの前記第一の偏向角度との差と等しくなるように設定するように構成される、請求項３又は４に記載の粒子光学装置。
【請求項6】
前記第一の偏向器（５３ｄ、２７ｄ）は、前記第一のビーム（３９）と前記第二のビーム（４１）とをまとめて集束するために集束レンズ電場及び／又は磁場を提供する、請求項１～５の何れか一項に記載の粒子光学装置。
【請求項7】
前記第二の偏向器（５７）の主平面（５９）は、前記ビーム経路の方向に見たときに、前記粒子エミッタ（１７ａ）に面する前記第二のプレート（４３）の表面から５ｍｍ未満の距離に配置される、請求項１～６の何れか一項に記載の粒子光学装置。
【請求項8】
前記ビーム経路内の前記第一のプレート（３１）の下流に配置される、主平面（７１）を有する粒子光学レンズ（２７ａ）をさらに含む、請求項１～７の何れか一項に記載の粒子光学装置。
【請求項9】
前記粒子光学レンズ（２７）の前記主平面（７１）は、前記ビーム経路内の前記第二のプレート（４３）の下流に配置される、請求項８に記載の粒子光学装置。
【請求項10】
前記粒子光学レンズ（２７ｂ）の前記主平面（７１ｂ）は、前記ビーム経路内の前記第一のプレート（３１ｂ）と前記第二のプレート（４３ｂ）との間に配置される、請求項８に記載の粒子光学装置。
【請求項11】
第三のプレート（４７）をさらに含み、前記第三のプレート（４７）は、前記ビーム経路内の前記第二のプレート（４３）の下流に且つ前記粒子光学レンズ（２７ａ）の前記主平面（７１）の下流に配置され、及び第四の絞り（４９）であって、それを通じて前記生成された粒子ビーム（５１）の粒子が前記第三のプレートを通過できる、第四の絞り（４９）を有する、請求項１～１０の何れか一項に記載の粒子光学装置。
【請求項12】
前記粒子光学レンズ（２７ａ）の屈折力は、前記コントローラ（１１ａ）によって調節可能であり、前記コントローラ（１１ａ）は、前記粒子光学レンズ（２７）の前記屈折力を、前記生成された粒子ビーム（５１）が、前記ビーム経路の前記方向に見たときに、前記粒子エミッタに面する前記第三のプレートの表面から５ｍｍ未満の距離を有する位置にビーム焦点を有するように設定するようにさらに構成される、請求項１１に記載の粒子光学装置。
【請求項13】
前記第二のプレート（４３）の前記第三の絞り（４５）の断面積は、前記第一のプレート（３１）の前記第一の絞り（３３）の前記断面積より大きい、請求項１～１２の何れか一項に記載の粒子光学装置。
【請求項14】
前記第一の動作モードにおいて、前記第一のビーム（３９）のすべての粒子が前記第二のプレート（４３）の前記第三の絞り（４５）を通過するように構成される、請求項１～１３の何れか一項に記載の粒子光学装置。
【請求項15】
前記第二の動作モードにおいて、前記第二のビーム（４１）の前記粒子の一部が前記第二のプレート（４３）に入射し、且つ前記第二のプレート（４３）の前記第三の絞り（４５）を通過しないように構成される、請求項１～１４の何れか一項に記載の粒子光学装置。
【請求項16】
粒子ビームの粒子を調節可能な偏向角度だけ偏向させるように構成され、且つ前記ビーム経路に沿って見たときに前記粒子エミッタと前記第一のプレートとの間に配置される偏向器を有さない、請求項１～１５の何れか一項に記載の粒子光学装置。
【請求項17】
粒子ビームを集束させる磁場を提供する粒子光学レンズを有さず、前記レンズの前記主平面は、前記ビーム経路に沿って見たときに前記粒子エミッタと前記第一のプレートとの間に配置される、請求項１～１６の何れか一項に記載の粒子光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、粒子ビームを生成するための粒子源及び粒子光学装置に関する。特に、本発明は、例えば電子顕微鏡、イオン顕微鏡、又はリソグラフィ装置等の粒子光学装置の動作のために荷電粒子のビームを生成するための粒子源に関する。本発明は、かかる粒子源を含む粒子光学装置にさらに関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、電子ビームを生成する粒子源は走査型電子顕微鏡で使用され、前記電子ビームは検査対象の物体の表面に集束され、焦点の位置、すなわち電子が物体上に入射する位置は、電子ビームを偏向させることによって物体の表面全体にわたり段階的に走査される。焦点が各位置にとどまる時間は、物体への電子の入射によりトリガされる所望の数のイベントを検出するのに十分な長さである。例えば、イベントは、二次電子、Ｘ線放射、又は物体への電子の入射によりトリガされる他の種類のイベントであり得る。物体の様々な位置に割り当てられる検出イベントは、物体の電子顕微鏡画像を表す。所望のコントラストで画像を記録できるようにするために、十分な数のイベントを検出する必要があり、その目的のために物体上の各位置に最小の数の電子が入射しなければならない。この最小の数は、物体の特性、検出されるイベントの種類、検出器及び他の構成要素のノイズ、並びに他の要素に依存する。
【0003】
従って、電子顕微鏡画像を取得する際のスループットを増大させることにおいて、物体に向けられる粒子ビームができるだけ高いビーム電流を有することが望ましい。しかしながら、ある走査型電子顕微鏡内のビーム電流を増大させると、ビーム内の荷電粒子が相互に作用し合うため、その走査型電子顕微鏡によって物体の表面で生成可能なビーム焦点の直径が大きくなる。走査型電子顕微鏡の解像度は、ビーム焦点の直径により制約される。その結果、解像度を高めることにおいて、他方ではビーム電流を減少させることが望ましい。
【0004】
その結果、ある走査型電子顕微鏡の場合、スループットを高めると解像度が落ちる可能性があり、又は解像度を上げるとスループットが下がる可能性がある。
【0005】
典型的な走査型電子顕微鏡において、ビーム電流の最大の大きさは、ビームを画定する陽極板の絞りの断面積の大きさによって決まる。絞りの断面積を大きくすると、可能な最大限のビーム電流が増大する。従って、典型的な走査型電子顕微鏡の場合、大きさの異なる絞りを有する陽極板が取得可能であり、陽極板を交換することによって最大ビーム電流を変化させることができる。しかしながら、走査型電子顕微鏡の動作中に真空下に配置される陽極板を交換することは、多くの時間を要する複雑な工程である。従って、研究室では、同じ設計でさえあり得る２台の走査型電子顕微鏡が多くの場合に使用され、前記走査型電子顕微鏡は、生成されるビーム電流の点で異なり、それにより、高ビーム電流において高スループットで、及び低ビーム電流において高解像度で交互に試料を検査することができる。２種類のビーム電流で検査を実行できるようにするためにのみ２台の走査型電子顕微鏡を調達することが不満足とみなされることは明白である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明の目的は、可能な最大のビーム電流を比較的簡単な方法で変化させやすくする粒子ビーム系及び粒子源を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明のある実施形態によれば、粒子ビームを生成するための粒子源は、コントローラと、粒子エミッタと、少なくとも２つの絞りを有する第一のプレートと、第一の偏向器と、１つの絞りを有する第二のプレートとを含む。粒子エミッタは、荷電粒子の発散ビームを生成するように構成される。荷電粒子は、例えば電子又はイオンとすることができる。粒子エミッタによって生成される荷電粒子の発散ビームは、第一のプレート及び第一のプレートの少なくとも２つの絞りに入射する。少なくとも２つの絞りは、その断面積の点で異なる。第一のプレートの少なくとも２つの絞りのうちの第一の絞りは、第一のプレートの少なくとも２つの絞りのうちの第二の絞りより小さい断面積を有する。絞りは円形であってもよいが、これは必須ではない。例えば、絞りの１つ又は複数は、円形リングの一部に対応する形状を有していてもよい。かかる複数の絞りは、合同で円形リングの断面積に近似する断面積を提供できる。第二の絞りの断面積は、第一の絞りの断面積の例えば１．２倍を超えて大きい、１．５倍を超えと大きい、２倍を超えて大きい、５倍を超えて大きい、１０倍を超えて大きいことができる。発散ビームの粒子は、第一のプレートの絞りを通じて第一のプレートを通過できる。絞りは相互から離して配置され、それによって相互から分離された複数の粒子ビームが粒子のビーム経路内の第一のプレートの下流で形成され、各絞りの断面積はまた、この絞りによって形成される粒子ビームの断面も決定する。第一のプレートに入射する発散ビームの粒子の密度が絞りの領域内で実質的に一定であると仮定すると、例えば、断面積が２倍異なる２つの絞りによって形成されるビームのビーム電流も同様に２倍の量だけ異なる。
【0008】
第一のプレートの絞りによって形成される粒子ビームは、第二のプレートに入射する。絞りであって、それを通じて粒子が第二のプレートを通過できる、絞りが第二のプレートに提供される。第一の偏向器は、ビーム経路内の第一のプレートと第二のプレートとの間に配置される。第一の偏向器は、粒子を偏向させる場を提供する。例えば、この場は電気又は磁気双極子場とすることができる。この偏向場は、ビームの方向に延長された範囲にわたり、偏向器を通過する粒子ビームの粒子に作用する。偏向場の範囲は、偏向器の構成上の境界条件、例えば磁気双極子場の生成に必要なコイルの配置によって決まる。ビームの方向に見たときに、偏向場はある位置において最大値を有し、この位置は偏向器の主平面として定義できる。その結果、第一の偏向器の主平面は、第一のプレートと第二のプレートとの間に配置される。
【0009】
第一の偏向器は、偏向器を通過する粒子ビームの粒子を偏向させる。コントローラは、例えば、偏向磁場を生成するために偏向器のコイルに供給される電流を設定することにより、この偏向の程度を設定するように構成される。
【0010】
コントローラは、第一及び第二の動作モードを有する。第一の動作モードでは、コントローラは、第一のビームの粒子が第二のプレートの絞りを通過し、及び第二のビームの粒子が第二のプレートに入射し、それを通過しないように偏向を設定する。第二のプレートの絞りの断面積の大きさ及び位置に応じて、第一の動作モードにおいて、第一のビームの粒子の全部又はこれらの粒子の一部が第二のプレートを通過し、且つ粒子源によって生成される粒子ビームを形成する。
【0011】
第二の動作モードでは、コントローラは、第二のビームの粒子が第二のプレートの絞りを通過し、及び第一のビームの粒子が第二のプレートに入射し、それを通過しないように偏向を設定する。その結果、第二の動作モードにおいて、第二のビームの粒子の一部又はすべての粒子が第二のプレートの絞りを通過し、且つ粒子源によって生成される粒子ビームを形成する。第一及び第二のビームはそのビーム電流の点で異なるため、粒子源は、その結果、第一の動作モードでは第一のビーム電流の粒子ビーム、第二の動作モードでは第一のビーム電流より大きい第二のビーム電流の粒子ビームを生成する。第一の動作モードと第二の動作モードとの切換えは、第一の偏向器によって生成される第一の偏向角度を変えることによって行われる。その結果、この粒子源を使用する粒子光学装置において、ビーム電流は、純粋にコントローラを利用して動作モードを切り換えることによって変化させることができ、陽極板を交換する必要がない。
【0012】
例示的実施形態によれば、第一の偏向器は、第一のビームと第二のビームとをまとめて第一の偏向角度（α）にわたり偏向させるために電気及び／又は磁気双極子場を提供する。
【0013】
例示的実施形態によれば、粒子源は、ビーム経路内の第一の偏向器の下流に配置され、且つ第一及び第二のビームの粒子を調節可能な第二の偏向角度だけ偏向させるように構成される第二の偏向器を含む。再び、第二の偏向器は、第二の偏向器の主平面がビーム経路内の第一の偏向器の主平面の下流に配置されるという意味で、第二の偏向器の下流に配置される。本明細書の例示的実施形態によれば、コントローラは、さらに、第二の偏向器の第二の偏向角度を、第一の動作モードにおいて、生成された粒子ビームが所定の方向に向けられるように設定するように構成され、且つ第二の偏向器の第二の偏向角度を、第二の動作モードにおいて、生成された粒子ビームが同じ所定の方向に向けられるように設定するように構成される。例示的実施形態によれば、コントローラは、第一及び第二の偏向角度を、第一の動作モードの第二の偏向角度と第二の動作モードの第二の偏向角度との差が、第一の動作モードの第一の偏向角度と第二の動作モードの第一の偏向角度との差と等しくなるように設定するようにさらに構成される。
【0014】
例示的実施形態によれば、第一の偏向器は、第一のビームと第二のビームとをまとめて集束するために集束レンズ電場及び／又は磁場を提供する。
【0015】
例示的実施形態によれば、第二の偏向器は、ビーム経路の方向に見たときに、第二のプレートから短い距離の位置に配置される。例えば、第二の偏向器の主平面と、粒子エミッタに面する第二のプレートの表面との間の距離は５ｍｍ未満である。ここで、ビーム経路の方向に見たときに、第二の偏向器の主平面は、粒子エミッタに面する第二のプレートの表面の上流又は下流に置くことができる。
【0016】
例示的実施形態によれば、粒子源は、ビーム経路内の第一のプレートの下流に配置される、主平面を有する粒子光学レンズをさらに含む。例えば、粒子光学レンズは、磁場によって生成でき、磁場自体は電流がその中を流れる１つ又は複数のコイルによって生成される。コイルの配置は、ビーム経路に沿って生成される集束磁場のプロファイルを決定する。粒子光学レンズの主平面は、光学系のレンズに関する従来の定義に従って決定できる。粒子光学レンズの主平面は、ビーム経路内の第一のプレートの下流に置かれ、それは、特に第一のプレートと第二のプレートとの間に又はビーム経路内の第二のプレートの下流に置くことができる。
【0017】
例示的実施形態によれば、粒子源は、第三のプレートをさらに含み、第三のプレートは、ビーム経路内の第二のプレートの下流に且つ粒子光学レンズの主平面の下流に配置され、及び第四の絞りであって、それを通じて生成された粒子ビームの粒子が第三のプレートを通過する、第四の絞りを有する。第三のプレートはまた、その直径の点で異なる複数の第四の絞りを有することもできる。ビームは、複数の第四の絞りのうちの１つへと交互に向けることにより、ビーム経路内の第三のプレートの下流で直径の異なるビームを生成できる。このために、第三のプレートは、例えばアクチュエータによって粒子源の残りの構成要素に関して移動させることができ、又はビームは、それが複数の第四の絞りのうちの選択された１つに入射するように偏向器により偏向させることができる。
【0018】
コントローラは、粒子光学レンズの屈折力を、生成された粒子ビームが、ビーム経路の方向に見たときに、粒子エミッタに面する第三のプレートの表面から５ｍｍ未満の距離を有する位置にビーム焦点を有するように設定するようにさらに構成できる。ここで、ビーム焦点は、ビーム経路内の第三のプレートの上流又は下流に置くことができる。
【0019】
粒子源が粒子光学系内で使用される場合、第三のプレートの少なくとも１つの絞りをその系の絞り面として使用できる。さらに、粒子光学レンズは、粒子源が粒子光学系中で使用される場合、コンデンサレンズとして使用できる。
【0020】
例示的実施形態によれば、第二のプレートの第三の絞りの断面積は、第一のプレートの第一の絞りの断面積より大きい。ここで、第一の動作モードにおいて、第一の発散ビームのすべての粒子が第二のプレートの絞りを通過することが可能である。
【0021】
例示的実施形態によれば、粒子源は、第二の動作モードにおいて、第二の発散ビームのすべての粒子が第二のプレートの第三の絞りを通過するように構成される。
【0022】
例示的実施形態によれば、粒子源は、ビーム経路に沿って、その主平面が粒子エミッタと第一のプレートとの間に配置される偏向器を有さない。同様に、例示的実施形態によれば、粒子源は、粒子ビームを集束させる磁場を提供する粒子光学レンズであって、その主平面がビーム経路に沿って見たときに粒子エミッタと第一のプレートとの間に配置される、粒子光学レンズを有さない。
【0023】
本発明の実施形態は、上で説明した実施形態の１つによる粒子源と、粒子源によって生成された粒子ビームを物体上に集束させるように構成された粒子光学レンズとを含む粒子光学装置をさらに提供する。例えば、粒子光学装置は、電子顕微鏡、イオン顕微鏡、物体を、例えばイオンビームエッチングで改変させるためのイオンビーム装置、電子又はイオンで動作するリソグラフィ装置、又は他とすることができる。
【0024】
以下に、図面に基づいて本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【発明を実施するための形態】
【0026】
図１は、ある例示的実施形態による粒子ビーム系を示す。粒子ビーム系１は、粒子ビーム５を生成する粒子源３を含む。粒子源３から発せられる粒子ビーム５は、試料ステージ８上に配置され、例えば物体７へと向けることができる。物体７に入射する粒子ビーム５の粒子は、検出器９により検出されるイベントをトリガし、前記検出器は、検出されたイベントに応じて検出信号をコントローラ１１に出力する。粒子ビーム５は、対物レンズ１３によって物体７の表面上に集束させることができる。偏向器１５は、コントローラ１１によって制御ライン６０を介して制御され、偏向器１５を通過する粒子ビーム５を調節可能な偏向角度にわたって偏向させ、それによって粒子ビーム５は、物体７の表面上の観察野内の何れの位置にも向けることができる。特に、コントローラは、その結果、物体７の表面全体を粒子ビーム５で走査し、検出信号を保存することができ、これらの信号は物体７の表面上の、粒子ビーム５が現在向けられている位置に割り振られる。これらの保存された信号は、物体７の表面の走査部分の電子顕微鏡画像を表す。コントローラ１１は、粒子ビーム系１の各種の構成要素の電位を制御する。以下において、様々な電位を説明するためのアース電位は、通常の基準電位であり、試料ステージ８は、コントローラ１１によってライン６２又は他の何れかの電気接続を介して基準電位に保持されることを前提とする。
【0027】
粒子源３は粒子エミッタ１７を含み、これは、例えば、電界型熱電子放出により電子を生成するショットキー電子源として具現化できる。粒子エミッタ１７は、コントローラ１１により制御ライン６３を介して制御され、ある電位に保たれ、これは、例えば－０．０２ｋＶ～－３０ｋＶとすることができる。粒子源３はサプレッサ電極１９をさらに含み、これはコントローラ１１によって制御ライン６４を介してある電位に保たれ、これは、例えば粒子エミッタ１７の電位で＋３００Ｖとすることができる。粒子源３は、粒子エミッタ１７から荷電粒子を引き出すために引出電極２１をさらに含み、前記荷電粒子は粒子ビーム５を形成する。引出電極２１は、コントローラ１１によって制御ライン６５を介してある電位に保たれ、これは、例えば、粒子エミッタ１７の電位より２～４ｋＶ高くすることができる。粒子源３は陽極２３をさらに含み、これは絞り２５を有し、コントローラ１１によって制御ライン６６を介してある電位に保たれ、これは、例えば＋８ｋＶとすることができる。粒子エミッタ１７と陽極２３との間の電位差は、陽極２３の絞り２５を通過するビーム５の粒子の運動エネルギーを決定する。陽極２３にビーム管７５を隣接させることができ、これは、試料ステージまで延び、ビーム５のためのフィールドフリーのドリフトパスを形成する。
【0028】
コンデンサレンズ２７は、粒子ビーム５をコリメートするためにビーム経路内の陽極２３の下流に配置される。
【0029】
図１の粒子ビーム系で使用可能な粒子源のある実施形態の詳細を図２～３に基づいて以下に説明する。図２は、粒子源３ａのビーム経路及び構成要素の概略図を示す。粒子源３ａは、コントローラ１１ａ及び粒子エミッタ１７ａを含む。粒子エミッタ１７ａはコントローラ１１ａによって動作され、すなわち、コントローラ１１ａは、例えば粒子エミッタ１７ａに電流を供給することによってこれを加熱し、また適当な電位、例えば高電圧電位を粒子エミッタ１７ａに供給する。粒子エミッタ１７ａから粒子を引き出すために、粒子源３ａはサプレッサ及び引出電極を有することができるが、これらは図２に示されていない。粒子エミッタ１７ａから引き出される粒子は、荷電粒子の発散ビーム２９を形成する。粒子エミッタ１７ａ及び電極、例えば引出及びサプレッサ電極等を適切に設計して、それに適切な電位を付与することにより、発散粒子ビーム２９を点状の仮想源２８から発せられているように見せることができる。
【0030】
発散ビーム２９は第一のプレート３１に入射し、これは図２において断面で示され、図４において平面図で示される。プレート３１は、第一の中央絞り３３を有し、その中心は粒子源３ａの光軸３５上に配置される。さらに、第一のプレート３１は第二の絞り３７を有し、その中心は光軸３５から距離ｒに配置される。
【0031】
発散ビーム２９の粒子の一部は、第一のプレート３１の粒子エミッタ１７ａに面する表面に入射し、一部は絞り３３及び３７を通じて第一のプレート３１を通過する。発散ビーム２９のうち、絞り３３及び３７を通る粒子は、ビーム経路内の第一のプレートの下流でそれぞれ第一のビーム３９と第二のビーム４１とを形成する。第一のプレート３１の第一の絞り３３を通る粒子からなるビーム３９は、第二の絞り３７を通る粒子から形成されるビーム４１より小さいビーム断面を有し、これは、絞り３３及び３７の断面積も異なるからである。例えば、第二の絞り３７の断面積は、第一の絞り３３の断面積より５倍大きいと仮定される。絞り３３及び３７を通る粒子の束がこれらの絞りの断面積に比例すると仮定すると、ビーム４１のビーム電流はビーム３９のビーム電流より５倍大きい。
【0032】
第二のプレート４３はビーム経路内の第一のプレート３１の下流に配置され、前記第二のプレートは、その中心が光軸３５上に配置される絞り４５を有する。絞り４５の断面積は絞り３３の断面積より実質的に大きく、従ってビーム３９のすべての粒子が絞り４５を通過する。
【0033】
プレート３１に入射するビーム２９は発散するため、絞り３３によって形成されるビーム３９も発散する。これらのビームをコリメートするために、粒子光学レンズ２７ａがコンデンサレンズとして提供される。図２に基づいて説明する設定において、粒子光学レンズ２７ａは、ビーム３９がレンズ２７ａを通過した後に実質的に平行にコリメートされ、前記ビームが、その中心が同じく粒子源３ａの光軸３５上にある絞り４９を有する第三のプレート４７によって形成される絞りを通過するように励起される。さらに、レンズ２７の励起は、第三のプレート４７の平面内のビーム３９の断面が絞り４９の断面積よりわずかに大きく、それによってビーム３９のすべての粒子が絞り４９を通るとはかぎらないように設定され、絞り４９の断面積は、第三のプレート４７を通過する粒子ビーム５１の断面を画定し、前記粒子ビームは、粒子源３ａにより出力される粒子ビームである。
【0034】
その結果、図２に基づいて説明する粒子源３ａは、ビーム４１と比較してより小さいビーム電流を有するビーム３９から粒子ビーム５１を生成する。ビーム４１はプレート４３の表面に入射し、その絞り４５を通過しない。粒子源によって生成される粒子ビーム５１がより低いビーム電流のビーム３９によって形成される、図２に示される粒子源３ａの動作モードは、粒子源３ａの第一の動作モードである。以下に、粒子源３ａの第二の動作モードを図３に基づいて説明する。
【0035】
粒子源３ａは第一の偏向器５３を含み、その主平面５５はビーム経路内の第一のプレート３１と第二のプレート４３との間に配置される。ビーム３９及び４１は、第一の動作モードにおいて、偏向されずに偏向器５３を通過する（図２参照）が、第二の動作モードにおいて、偏向器５３がコントローラ１１ａにより制御ライン６７を介して、それが毎回偏向角度αだけビーム３９及び４１を偏向させるように励起される。このために、偏向器５３は、それが磁気双極子場、電気双極子場、又は磁気双極子場と電気双極子場との組合せを、ビーム３９及び４１が通過する空間領域に提供するように構成される。提供される双極子場の強度は、コントローラ１１ａによって制御され、２つのビーム３９及び４１が偏向器５３を通過する際に受ける偏向角度αを決定する。偏向角度αの絶対値及び光軸３５の周囲での円周方向におけるその向きは、ビーム３９が第二のプレート４３の表面に入射し、その絞り４５を通過せず、ビーム４１の粒子のすべて又は少なくとも大部分がプレート４３の絞り４５を通過するように選択される。
【0036】
粒子源３ａは、コントローラ１１ａによって制御ライン６８を介して制御される第二の偏向器５７をさらに含み、前記第二の偏向器の主平面５９は、ビーム方向において偏向器５３の主平面５５から離して配置される。第二の偏向器５７も同様に磁気及び／又は電気双極子場を提供し、コントローラ１１ａにより、それがビーム４１を第二の偏向角度βにわたり偏向させるように励起され、第二の偏向角度βは、ビーム４１が第二の偏向器５７により偏向された後、第一の動作モードでのビーム５１と同じ方向に、すなわち図２及び３に基づいて説明する例では光軸３５に沿って向けられるような寸法とされる。他の方向も可能である。
【0037】
第二の動作モードにおいて、レンズ２７ａは、コントローラ１１ａによって第一の動作モードの場合より強力に励起され、それによってビーム３９と比較してより大きいビーム断面を有するビーム４１の大部分は、第二のプレート４３をその絞り４５を通じて通過した後に第三のプレート４７の絞り４９を通過できる。ここでも、レンズ２７ａの励起は、ビーム４１の粒子の一部が第三のプレート４７の絞り４９を通過しないように設定され、そのため、この絞り４９の断面積が、第二の動作モードで粒子源３ａによって生成される粒子ビーム５１の断面を画定する。
【0038】
図２及び３に基づいて説明した実施形態において、第二の偏向器５７の主平面５９は、第二のプレート４３の平面と一致する。しかしながら、これは必須ではない。第二の偏向器５７の主平面５９は、ビーム経路内の第二のプレート４３の上流又は下流に配置できる。
【0039】
粒子源３ａは、主平面６３を有する第三の偏向器６１をさらに含み、前記第三の偏向器はコントローラ１１ａによって制御ライン６９を介して制御され、主平面７３を有する第四の偏向器６５をさらに含み、前記第四の偏向器はコントローラ１１ａによって制御ライン７０を介して制御される。それぞれ第三及び第四の偏向器６１、６５の主平面６３及び７３は、ビーム経路に沿って相互から離して配置される。偏向器６１及び６５は、それぞれ磁気及び／又は電気双極子場を提供することができ、コントローラ１１ａによって制御され、それを通るビームの粒子を、粒子源３ａによって生成された粒子ビーム５１が正確に光軸３５の方向に延び、また中心が正確にその上に置かれるように偏向させるために使用できる。
【0040】
図２及び３に基づいて説明した例において、それぞれ第三及び第四の偏向器６１、６５の主平面６３及び７３は、ビーム経路内で第三のプレート４７の上流に配置される。他の配置も可能である。主平面６３及び７３は何れもビーム経路内のプレート４７の下流に配置でき、プレート４７はまた、ビーム経路内の２つの主平面６３及び７３間に配置できる。
【0041】
レンズ２７の主平面７１は、図２及び３に基づいて説明した例では、ビーム経路内の第二のプレート４３の下流に配置される。必ずしもそうでなくてもよく、これについては、図５及び６に基づいて説明する実施形態において後述する。図５及び６に示される粒子源３ｂは、図２～４に基づいて説明した粒子源と非常に類似した構造を有する。従って、粒子源３ｂは粒子エミッタ１７ｂを含み、これは発散ビーム２７ｂを発し、それが、粒子源３ｂの光軸３５ｂ上に中心が配置される小さい絞り３３ｂを有する第一のプレート３１ｂに入射する。さらに、第一のプレート３１ｂは第二の絞り３７ｂを含み、その中心は光軸３５ｂから離して配置される。ビーム経路内の第一のプレート３１ｂの下流において、絞り３３ｂ及び３７ｂを通過する発散ビーム２７ｂの粒子は、ビーム３９ｂ及び４１ｂを生成する。
【0042】
図５に示される第一の動作モードにおいて、ビーム３９ｂは第二のプレート４３ｂの絞り４５ｂを通過し、第一の動作モードで粒子源３ｂによって生成される粒子ビーム５１ｂを形成する。
【0043】
ビーム３９ｂをコリメートするための粒子光学レンズ２７ｂの主平面７１ｂは、第一のプレート３１ｂと第二のプレート４３ｂとの間にある。
【0044】
図６に示される第二の動作モードにおいて、磁気及び／又は電気双極子場を提供でき、その主平面５５ｂが第一のプレート３１ｂと第二のプレート４３ｂとの間に配置されるビーム偏向器５３ｂは、第一のビーム３９ｂの粒子が角度αにわたって偏向され、それによってこれらが第二のプレート４３ｂの表面に入射し、その絞り４５ｂを通過しないように励起される。同時に、第二のビーム４１ｂの粒子も同様にこの角度にわたり偏向され、それによってこれらは第二のプレート４３ｂの絞り４５ｂを通過し、その後、粒子源３ｂによって生成される粒子ビーム５１ｂを提供する。粒子源３ｂは第二の偏向器５７ｂをさらに含み、これは磁気及び／又は電気双極子場を提供でき、その主平面５９ｂは、第一のビーム経路内の第一の偏向器５３ｂの主平面５５ｂの下流に配置される。第二の偏向器５７ｂは、コントローラ１１ｂにより、第二のビーム４１ｂの粒子角度βにわたり偏向されるように励起され、角度βは、第二のビーム４１ｂが第二の偏向器５７ｂによる偏向後に光軸３５ｂと平行に延びるような寸法とされる。図５及び６の図において、第二の偏向器５７ｂの主平面５９ｂは、第二のプレート４３ｂのわずかに下流に配置される。しかしながら、主平面５９ｂがプレート４３ｂと一致すること、又は主平面５９ｂがビーム経路内のプレート４３ｂの上流に配置されることも可能である。
【0045】
図６に示される第二の動作モードにおいて、粒子源３ｂによって生成される粒子ビーム５１ｂは、ビーム４１ｂのうち、絞り４５ｂを通過する部分により提供される。十分に大きい絞り４５ｂの場合、ビーム４１ｂの実質的な部分が絞り４５ｂを通り、そのため、第二の動作モードで生成される粒子ビーム５１ｂは、第一の動作モードで生成され、ビーム３９ｂにより提供される粒子ビーム５１ｂより実質的に高いビーム電流を有する。
【0046】
さらに、粒子源３ｂは第三の偏向器６１ｂ及び第四の偏向器６５ｂを含むことができ、その各々は、磁気及び／又は電気双極子場を提供することにより、例えば生成された粒子ビーム５１ｂの中心を正確に光軸３５ｂ上に置くことができる。
【0047】
上で説明した実施形態において、２つのビーム３９及び４１が図４に示される第一のプレート３１によって生成される。ここで、より小さい絞り３３は粒子源の光軸に関して中央に置かれ、その一方で、より大きい絞り３７はこの光軸から離して配置される。これには次のような利点があり得る。すなわち、第一の動作モードで粒子源によって生成される小さいビーム電流が高解像度を実現するために使用される場合、小さい絞り３３を中央に配置することは、生成される粒子ビームを形成する粒子が常に光軸付近に延び、その結果、特に色収差がわずかな程度のみ生成されるために有益である。より大きい絞り３７を通過するビーム４１については、より大きい粒子の偏向が光軸から離れても発生するため、比較的大きく色収差が生じる。しかしながら、このビームは、できるだけ高い解像度を得るためには使用されない。
【0048】
図７は、図４に示されるプレート３１の変形形態を示す。図７に示される第一のプレート３１ｃも同様に、小さい絞り３３ｃと、絞り３３ｃと比較してより大きい絞り３７ｃを有する。絞り３３ｃ及び３７ｃの何れも光軸３５ｃから距離ｒに配置される。第一のプレート３１ｃは、上で説明した粒子源のすべての実施形態で使用できる。
【0049】
図４に示されるプレート３１を使用する場合、ビーム３９は、第一の動作モードでは第一の偏向器５３及び第二の偏向器５７により偏向されないが、図７に示される第一のプレート３１ｃを使用する場合、ビーム３９及び４１の両方の偏向が何れの動作モードでも必要であり、それにより、第一の動作モードでは、ビーム３９が第二のプレート４３の絞り４５を通過し、第二の動作モードでは、絞り３７ｃを通過するビームが第二のプレート４３の絞り４５を通過する。
【0050】
上で説明した例示的実施形態において、粒子エミッタによって生成される荷電粒子の発散ビームは、断面積の点で異なる少なくとも２つの絞りを有する第一のプレートに入射する。その結果、ビーム経路内の第一のプレートの下流で異なる断面を有する少なくとも２つのビームが形成される。ビーム経路内の第一のプレートの下流に配置される偏向器は、コントローラにより、第一の動作モードでは、第一のビーム断面を有する粒子ビームがビーム経路内の偏向器の下流に配置された第二のプレートの絞りを通過し、又は第二の動作モードでは、第二の断面のビームが第二のプレートの絞りを通過するように交互に作動される。上で説明した実施形態において、この偏向器は調節可能な磁気及び／又は電気双極子場を提供する。しかしながら、必ずしもそうでなくてもよい。他の実施形態によれば、この偏向器は、双極子場の対称性と異なる対称性を有する磁気又は電気偏向場を提供する。図８及び９に基づいて後述する例示的実施形態において、このビーム偏向器は、偏向場が軸対称の集束レンズ磁場及び／又は電場であるような構成を有する。
【0051】
図８及び９に基づいて説明する実施形態が上述の実施形態とさらに異なる点は、粒子エミッタによって生成される発散ビームが入射する第一のプレートが、その断面積の点で異なる１つの第一の絞り及び１つの第二の絞りだけでなく、複数の第一及び／又は第二の絞りを有することである。
【0052】
図８は、図９に概略的に示される粒子源３ｄの第一のプレート３１ｄ上の、図４及び７に対応する平面図を示す。第一のプレート３１ｄは、中央に配置された小さい断面積の第一の絞り３３ｄを有し、第一の絞り３３ｄと比較して各々が大きい断面積を有する４つの第二の絞り３７ｄを有する。４つの第二の絞り３７ｄは、それぞれ円形リングの一部に対応する設計をさらに有し、これらは、円形リングの４つの部分が合同で、円形リングのそれと近似する断面積を提供するように配置される。
【0053】
粒子源３ｄは、第一のプレート３１ｄに入射する発散ビームを発する粒子エミッタ１７ｄを含む。プレート３１ｄの絞り３３ｄ及び３７ｄを通過する発散粒子ビームの粒子は、ビーム経路内の第一のプレート３１ｄの下流で発散粒子ビーム３９ｄ及び４１ｄを生成する。粒子ビーム３９ｄの断面は、プレート３１ｄの絞り３３ｄの断面積により画定され、第一のプレート３１ｄの４つの第二の絞り３７ｄは４つの粒子ビーム４１ｄを生成し、これらは合同で円形リングの断面に近似するビーム断面を有する。
【0054】
粒子源３ｄはコンデンサレンズ２７ｄをさらに有し、これはコントローラ１１ｄによって制御されて、後に説明するように粒子源３ｄを第一の動作モードから第二の動作モードに切り換え、従って、コンデンサレンズ２７ｄは同様に偏向器５３ｄの機能を有して、粒子源３ｄを第一の動作モードから第二の動作モードに切り換える。
【0055】
コンデンサレンズ２７ｄ又は偏向器５３ｄは、主軸３５ｄに関して対称である集束レンズ電場及び／又は磁場を提供できる。
【0056】
第一の動作モードにおいて、コンデンサレンズ２７ｄ又は偏向器５３ｄは、コントローラ１１ｄによって弱く励起され、それによってビーム４１ｄは比較的弱く偏向され、図９の実線４１ｄ’で示されるように、第二のプレート４３ｄに入射し、第二のプレート４３ｄの絞り４５ｄを通過しない。しかしながら、コンデンサレンズ２７ｄ又は偏向器５３ｄのこのような弱い励起中、粒子ビーム３９ｄは十分にコリメートされ、それによって粒子ビーム３９ｄの粒子の実質的な部分が第二のプレート４３ｄの絞り４５ｄを通過する。ビーム３９ｄのこれらの粒子は、第一の動作モードで粒子源３ｄから出て、小さいビーム電流を提供するビーム５１ｄを形成する。
【0057】
第二の動作モードにおいて、コンデンサレンズ２７ｄ又は偏向器５３ｄは、コントローラ１１ｄによってより強力に励起され、従って、ビーム４１ｄは非常に強力に偏向されるため、これらは、図９において破線４１ｄ’’で示されるように、第二のプレート４３ｄの付近に集束され、ほとんどの部分が第二のプレート４３ｄの絞り４５ｄを通過する。従って、絞り４５ｄを通過するビーム４１ｄ’’の粒子は、第二の動作モードで粒子源３ｄから出て、大きいビーム電流の粒子ビーム５１ｄ’を形成する。
【0058】
粒子源３ｄは、主平面８２を有する第一の偏向器８１をさらに含むことができ、これは、第一のプレート３１ｄと、コンデンサレンズ２７ｄ又は偏向器５３ｄの主平面７１ｄとの間に配置される。さらに、第二の偏向器８３を提供でき、その主平面８４は、第一の偏向器８１の主平面８２と、コンデンサレンズ２７ｄ又は偏向器５３ｄの主平面７１ｄとの間に配置される。２つの偏向器８１及び８３は、それぞれ双極子場を提供でき、コントローラ１１ｄによって動作され、ビーム３９ｄ及びビーム４１ｄを、これらがコンデンサレンズ２７ｄ又は偏向器５３ｄの主平面７１ｄを通過するように整列され、それにより、これらは主軸３５ｄに関して対称に整列され、それに関してコンデンサレンズ２７ｄ又は偏向器５３ｄにより提供される集束レンズの場も対称となる。
【0059】
粒子源３ｄは、コントローラ１１ｄにより制御される、主平面６３ｄを有する第三の偏向器６１ｄと、コントローラ１１ｄにより制御される、主平面７３ｄを有する第四の偏向器６５ｄとをさらに含むことができ、前記偏向器は、それぞれ磁気及び／又は電気双極子場を提供し、それを通過するビームの粒子を、粒子源３ｄによって生成される粒子ビーム５１ｄが正確に軸３５ｄの方向に延び、また正確にその上に中心が置かれるように偏向させるために使用できる。
【符号の説明】
【0060】
１ 粒子ビーム系
３ 粒子源
５ 粒子ビーム
７ 物体
８ 試料ステージ
９ 検出器
１１ コントローラ
１３ 対物レンズ
１５ 偏向器
１７ 粒子エミッタ
１９ サプレッサ電極
２１ 引出電極
２３ 陽極
２５ 絞り
２７ 粒子光学レンズ
２８ 仮想源
２９ 発散ビーム
３１ 第一のプレート
３３ 第一の絞り
３５ 光軸
３７ 第二の絞り
３９ 第一のビーム
４１ 第二のビーム
４３ 第二のプレート
４５ 第三の絞り
４７ 第三のプレート
４９ 絞り
５１ 粒子ビーム
５３ 第一の偏向器
５５ 主平面
５７ 第二の偏向器
５９ 主平面
６０ 制御ライン
６１ 第三の偏向器
６２ ライン
６３ 主平面
６４ 制御ライン
６５ 第四の偏向器
６６ 制御ライン
６７ 制御ライン
６８ 制御ライン
６９ 制御ライン
７０ 制御ライン
７１ 主平面
７３ 主平面
７５ ビーム管
８１ 第一の偏向器
８２ 主平面
８３ 第二の偏向器
８４ 主平面
α 第一の偏向角度
β 第二の偏向角度
３ 粒子源
５ 粒子ビーム
７ 物体
８ 試料ステージ
９ 検出器
１１ コントローラ
１３ 対物レンズ
１５ 偏向器
１７ 粒子エミッタ
１９ サプレッサ電極
２１ 引出電極
２３ 陽極
２５ 絞り
２７ 粒子光学レンズ
２８ 仮想源
２９ 発散ビーム
３１ 第一のプレート
３３ 第一の絞り
３５ 光軸
３７ 第二の絞り
３９ 第一のビーム
４１ 第二のビーム
４３ 第二のプレート
４５ 第三の絞り
４７ 第三のプレート
４９ 絞り
５１ 粒子ビーム
５３ 第一の偏向器
５５ 主平面
５７ 第二の偏向器
５９ 主平面
６０ 制御ライン
６１ 第三の偏向器
６２ ライン
６３ 主平面
６４ 制御ライン
６５ 第四の偏向器
６６ 制御ライン
６７ 制御ライン
６８ 制御ライン
６９ 制御ライン
７０ 制御ライン
７１ 主平面
７３ 主平面
７５ ビーム管
８１ 第一の偏向器
８２ 主平面
８３ 第二の偏向器
８４ 主平面
α 第一の偏向角度
β 第二の偏向角度
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
