荷電粒子ビーム系用の単段式荷電粒子ビームエネルギー幅低減系
本発明は、荷電粒子ビーム装置を提供する。この装置は、クロスオーバを生成する第１のレンズ（１０１、５１０）と、このクロスオーバの後に位置決めされた第２のレンズ（１０２、５１２）と、中心がクロスオーバと本質的に同じｚ位置にあり、ｘ−ｚ面内で集束的かつ分散的に作用する要素とを備える。さらに、ｘ−ｚ面内およびｙ−ｚ面内で作用する多極子要素が設けられる。第１の荷電粒子選択要素および第２の荷電粒子選択要素を使用して、荷電粒子の一部を選択する。それによって、例えば、荷電粒子ビームのエネルギー幅を狭めることができる。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、検査システム、試験システム、リソグラフィシステムなどに応用する荷電粒子ビーム装置に関する。本発明は、荷電粒子ビーム装置を動作させる方法にも関する。本発明はさらに、荷電粒子選択系に関する。詳細には、本発明は、荷電粒子ビーム装置および荷電粒子ビームエネルギー幅低減系を使用する方法に関する。
【発明の背景】
【０００２】
荷電粒子ビーム機器は、いくつかの産業分野で用いられる多くの機能を有する。これらの産業分野には、製造中の半導体デバイスの検査、リソグラフィ用の露光システム、検出装置、および試験システムが含まれるが、これらに限定されるものではない。そのため、マイクロメートルおよびナノメートルの尺度で試料を構築し検査することが強く求められている。
【０００３】
マイクロメートルおよびナノメートルの尺度のプロセス制御、検査、または構築はしばしば、電子ビームなどの荷電粒子ビームによって行われる。これらの荷電粒子ビームは、電子顕微鏡または電子ビームパターン生成器などの荷電粒子ビーム装置内で生成され集束される。荷電粒子ビームでは、それらの波長が短いために、例えば光子ビームよりも優れた空間分解能が得られる。
【０００４】
しかし、最新の低電圧電子顕微鏡では、収差により、実現可能な分解能が、１ｋｅＶの電子エネルギーでは約３ｎｍに制限される。したがって、特に低エネルギーの応用例では、色収差を低減することが望ましい。対物レンズのガウス像面内での色収差の収差ディスクの直径は、荷電粒子ビームの相対エネルギー幅ΔＥ／Ｅに比例する。
【０００５】
電子ビームコラム内の電子は、放出プロセスおよびベルシュ（Ｂｏｅｒｓｃｈ）効果、すなわち、確率的なクーロン相互作用によるエネルギー分布の広がりのために単色ではなく、そのため、相対エネルギー幅が広がる。上記を考慮すると、エネルギー幅ΔＥは、ビーム電流に応じて約０．５〜１ｅＶになる。
【０００６】
例えば対物レンズの集束特性に基づいて色収差を最小限に抑える度合いをさらに高めることは難しい。この理由から、分解能をさらに向上させるために、モノクロメータを使用することが既に知られている。それによって、後で下流の電子−光学結像系によって処理する電子ビームのエネルギー幅ΔＥを狭めることができる。
【０００７】
荷電粒子用のモノクロメータとして、静電気双極子場と磁気双極子場を互いに直交させて重ね合わせるウィーンフィルタが知られている。
【０００８】
例として、（Ｆｒｏｓｉｅｎ他の）米国特許公開第６４８９６２１号は、粒子のエネルギーに応じて粒子ビームを分散させる第１および第２のウィーンフィルタによって粒子ビームのエネルギー幅を狭める装置と、エネルギー幅がある範囲に狭められた粒子を選択する開口とを示している。
【０００９】
しかし、依然として、荷電粒子ビームエネルギー幅低減系の分散を大きくするのに適した系が求められている。
【発明の概要】
【００１０】
本発明は、改良型荷電粒子系を提供する。それによって、系の分解能を改善することを意図している。本発明の態様によれば、独立請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置、および独立請求項２９に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系を使用する方法が提供される。
【００１１】
本発明のさらなる利点、特徴、態様、および細部は、従属請求項、説明、および添付の図面から明らかになる。
【００１２】
本発明の一態様によれば、荷電粒子ビーム装置が提供される。この荷電粒子ビーム装置は、クロスオーバを生成する第１のレンズと、このクロスオーバの後に位置決めされた第２のレンズと、ｘ−ｚ面内で集束的かつ分散的に作用するウィーンフィルタ要素とを備える。このウィーンフィルタ要素は、クロスオーバが本質的にウィーンフィルタ要素の中央面内に配置されるように、ｚ位置に関して位置決めされる。さらに、この荷電粒子ビーム装置は、ｘ−ｚ面およびｙ−ｚ面内で作用する多極子要素を備える。この多極子要素は、クロスオーバが本質的に多極子要素の中央面内に配置されるように、ｚ位置に関して位置決めされる。この荷電粒子ビーム装置はさらに、ビーム方向にウィーンフィルタ要素の前で位置決めされた第１の電子選択要素と、ビーム方向にウィーンフィルタ要素の後で位置決めされた第２の電子選択要素とを備える。
【００１３】
そのため、静電気の場と磁気の場を組み合わせた集束効果は互いに相殺され、この静電気の場および磁気の場の励磁を強めることができる。そのため、荷電粒子の偏向角も、励磁の増加とともに大きくなる。この系の分散は、原理的に制限されない。
【００１４】
本願では、用語は、好ましくは、ｚ方向に多極子要素の長さの±５％の公差を含むと理解されたい。
【００１５】
本願では、ウィーンフィルタ要素の代わりに、１つの面内で集束的かつ分散的に作用する他の要素も使用し得る。
【００１６】
本願では、ここで開示するエネルギー幅低減要素をモノクロメータとしても示す。本願におけるモノクロメータという用語は、荷電粒子の単一のエネルギーを選択するものと理解すべきではなく、荷電粒子ビームをフィルタリングして、所望のエネルギー幅を得るものと理解すべきである。
【００１７】
上記の態様によれば、異なるエネルギーを有する荷電粒子は、導入される分散のために分離する。しかし、より細部に立ち入ると、荷電粒子の速度に基づいて選択が行われることがわかる。この速度は、式（１）で与えられる。
（１）ｖ＝ｓｑｒｔ（２Ｅ／ｍ）
【００１８】
ただし、ｖは（絶対）速度であり、ｓｑｒｔは平方根を示し、Ｅは荷電粒子のエネルギーであり、ｍは荷電粒子の質量である。あるいは、式（１）は、次のように記述し得る。
（２）ｖ＝ｓｑｒｔ（２ｑＵ／ｍ）
【００１９】
ただし、ｑは粒子の電荷であり、Ｕは加速電位である。ここで述べた態様は、例えば電子などの一定質量の粒子についてのエネルギー依存性選択に関係するものである。
【００２０】
そうではあるが、本発明の一態様による機器は、荷電粒子の質量分析に使用することもできる。速度ｖが変化すると、異なる質量の異なる元素または１つの元素の異なる同位体が分離する。この変化は、例えば１ｋｅＶのエネルギーでの、例えば１ｅＶのエネルギー変化（これは、１ｅ−３の相対エネルギー幅に相当する）を無視するのに十分に大きいものとする。
【００２１】
上記を考慮すると、ここで説明するエネルギー幅の低減は一般に、速度分布幅の低減に適用し得る。式１によれば、速度分布幅の低減は、エネルギー幅の低減または質量分布幅の低減のいずれかである。質量分布は一般に離散値を有するので、質量分布幅の低減を質量の選択とみなすこともできる。
【００２２】
質量の選択に関して、本発明の別の利点を説明することができる。例えばウィーンフィルタを利用する現況技術の質量分析計には、ウィーンフィルタの集束効果に基づいて、質量選択の後でビームが楕円形状になるという問題がある。本発明では、このビームフィルタの集束効果は完全に補償されるか、またはほぼ補償される。そのため、質量選択の後に楕円ビームになるという欠点を回避し得る。
【００２３】
上記で説明したように、速度分布幅の低減は、エネルギー幅の低減または質量の選択のいずれかとし得る。その結果、本発明の態様に関して、速度分布幅低減系は、エネルギー幅低減系または質量選択系のいずれかとし得る。さらに、速度依存性選択要素は、エネルギー依存性選択要素または質量依存性選択要素のいずれかとし得る。
【００２４】
ある態様によれば、各荷電粒子が同じ質量を有する系を提供し得る。この荷電粒子ビーム速度分布幅低減系は、荷電粒子ビームエネルギー幅低減系として使用される。別の態様によれば、各荷電粒子が異なる質量を有する系を提供し得る。この荷電粒子ビーム速度分布幅低減系は、荷電粒子ビーム質量選択系として使用される。
【００２５】
以下では、説明をより簡単にするために、エネルギー幅の低減に言及する。ただし、ここで説明する態様、細部、および実施形態は、荷電粒子の質量の選択に利用することもできる。そのため、ここで説明する態様、細部、および実施形態は一般に、速度分布幅の低減に利用することができる。
【００２６】
別の態様によれば、第１の荷電粒子選択要素は、荷電粒子角度依存性選択要素であり、第２の荷電粒子選択要素は、荷電粒子エネルギー依存性選択要素である。そのため、第１の荷電粒子によりビーム形状が生成される。この整形されたビームが、荷電粒子のエネルギーに応じて偏向された後で、第２の荷電粒子選択要素は、公称エネルギーからずれた荷電粒子または公称エネルギーからのずれが許容範囲外である荷電粒子を遮蔽する。
【００２７】
別の態様によれば、第１の荷電粒子選択要素および第２の荷電粒子選択要素の形状は、それぞれ対応している。すなわち、第２の荷電粒子選択要素の形状は、第１の荷電粒子ビーム選択要素によって生成される荷電粒子ビームの形状に適合される。
【００２８】
第２の荷電粒子選択要素はクロスオーバのところに位置決めされていないので、これを、荷電粒子のエネルギーに依存し、かつ角度に依存する選択要素とみなすこともできる。
【００２９】
別の態様によれば、ウィーンフィルタ要素の場の領域の長さと多極子要素の場の領域の長さは本質的に同等である。そのため、すべてのｚ位置で、ウィーンフィルタ要素の集束特性を補償することができる。
【００３０】
本願では、ビームの方向はｚ軸に相当する。特にことわらない限り、「場（領域）の長さ」または「構成要素の長さ」という用語は、ｚ方向の寸法を指す。
【００３１】
別の態様によれば、荷電粒子ビームエネルギー幅低減系およびそれを動作させる方法が提供される。そのため、５よりも大きい励磁ｇｌを実現し得る。集束効果に基づく制限なしに系の分散が連続的に増加するので、励磁の増加を分散の増加に利用することができ、それによって系が改善される。
【００３２】
別の態様によれば、エネルギー幅低減系の構成要素は、この系の正規化した分散ｘｋ／ｌと励磁ｇｌの関係が厳密に、典型的には線形に増加するように配置かつ／または動作される。別の態様によれば、この厳密な増加は、離散値によって実現される。
【００３３】
別の態様によれば、第１のレンズは拡大レンズであり、第２のレンズは縮小レンズである。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。さらに、別の態様によれば、第１および第２のレンズは液浸レンズである。第１レンズを使用して、荷電粒子ビームを減速してウィーンフィルタ要素を通過させ、第２レンズは、その後で荷電粒子ビームを加速する。それによって、一方では、荷電粒子が選択され、荷電粒子ビームは拡大される。他方では、分散型ウィーンフィルタによる偏向が増加する。両方の態様を利用して、荷電粒子ビームエネルギー幅の低減を簡略化することができる。
【００３４】
別の態様によれば、多極子要素およびウィーンフィルタ要素は、単一の多極子コンポーネントによって提供され、好ましくは、この多極子コンポーネントを使用して、例えばビーム位置合わせ、収差補正などのための別の場を生成することができる。それによって、相互に調整しなければならないコンポーネントの数が少なくなる。
【００３５】
別の態様によれば、この多極子要素は、磁気４極子要素および／または静電気４極子要素を備える。
【００３６】
別の態様によれば、荷電粒子ビームエネルギー幅低減系を使用する方法が提供される。この方法は、ウィーンフィルタ要素、４極子要素、第１の荷電粒子選択要素、および第２の荷電粒子選択要素を提供するステップを含む。この方法はさらに、第１の荷電粒子選択要素によって荷電粒子を選択するステップと、ウィーンフィルタ要素および４極子要素を励磁するステップと、ｘ−ｚ面内で集束効果がなく、ｙ−ｚ面内で実質的に集束効果がないようにウィーンフィルタ要素および４極子要素の場の強さを調整するステップと、第２の荷電粒子選択要素によって荷電粒子を選択するステップとを含む。
【００３７】
ｘ−ｚ面内で集束効果が補償されるので、ウィーンフィルタ要素の励磁を強くすることができる。それによって、荷電粒子ビームのエネルギー幅を狭めることができる。
【００３８】
別の態様によれば、ウィーンフィルタ要素および４極子要素の場の強さを、複数の離散値から選択される値に調整する。それによって、ｙ−ｚ面内で実質的に集束効果がない結像が実現される。
【００３９】
実質的に集束効果がないという用語は、粒子光学系の後で、粒子ビームが、ウィーンフィルタ要素のｘ−ｙ中央面から発するように見えることを意味する。
【００４０】
別の態様によれば、ウィーンフィルタ要素および４極子要素は、ウィーンフィルタ要素および４極子要素の場の領域のそれぞれのｘ−ｙ中央面のｚ位置と本質的に同等のｚ位置を伴うクロスオーバが生成されるように照明される。
【００４１】
別の態様によれば、荷電粒子ビームは、荷電粒子ビームエネルギー幅低減系内で位置合わせされる。それによって、選択すべき荷電粒子エネルギーを選択することができる。
【００４２】
本発明は、ここで説明する各方法ステップを実施する機器部分を含めて、ここで開示する方法を実施する機器も対象とする。これらの方法ステップは、ハードウエアコンポーネント、適切なソフトウエアによってプログラムされたコンピュータ、これら２つの任意の組合せ、または他の任意のやり方によって実施し得る。さらに、本発明は、ここで説明する機器を動作または製作する方法も対象とする。この方法は、この機器のあらゆる機能を実施する方法ステップを含む。
【００４３】
以下の説明では、本発明の上記で示した態様および他のより詳細な態様の一部を説明し、図を参照して部分的に例示する。
【図面の詳細な説明】
【００４４】
本願の保護範囲を限定することなく、以下では、荷電粒子ビーム装置またはその構成要素を、例えば、電子ビーム装置またはその構成要素と称する。この場合、電子ビームは、特に検査またはリソグラフィに利用することができる。本発明は依然として、荷電粒子、および／または他の２次および／または後方散乱による荷電粒子の他の放出源を使用して試料の像を取得する機器および構成要素に適用し得る。
【００４５】
例えばｘ−ｚ面またはｙ−ｚ面に関係する本明細書でのすべての考察では、これらの面は本質的に互いに直交すると理解されることも当業者には理解されよう。本願での理論的な考察では数学的な意味での座標について言及するが、それぞれの構成要素は、ｘ−ｚ面およびｙ−ｚ面が、約８０°〜１００°、好ましくは８７°〜９３°、より好ましくは約８９°〜９１°の角度をなすように実際に相互に位置決めすることができる。
【００４６】
さらに、本願の保護範囲を限定することなく、以下では、荷電粒子ビームは、１次荷電粒子ビームと称する。本発明は依然として、２次荷電粒子および／または後方散乱荷電粒子に用いることができる。それによって、例えば、結像光学系内で荷電粒子のエネルギー分布を制御することができる。
【００４７】
以下の図面の説明では、同じ参照数字は、同じ構成要素を指す。概ね、個々の実施形態に関する差異のみを説明する。
【００４８】
次に図１２および図１３を参照して、ウィーンフィルタのいくつかの原理を説明する。図１２ａに、ウィーンフィルタ要素１２２と、このウィーンフィルタ要素が荷電粒子１２１に及ぼす影響とを示す。この双極子ウィーンフィルタは、静電界Ｅおよび磁界Ｂを含む。これらの電磁界は互いに直交している。矢印１２１で示す荷電粒子のエネルギーは公称値からずれている。公称エネルギーを有する荷電粒子だけが、ウィーンフィルタを真っ直ぐに通過することができる。そのため、非ウィーン公称エネルギーの荷電粒子１２１は、光軸から偏向し、その結果、荷電粒子ビーム２０になる。
【００４９】
図１２ａに示すものに類似の図は多くの教科書で見ることができる。実際に適切には、ウィーンフィルタの励磁をさらに強くする。図１２ａおよび図１２ｂに、そのための例を示す。励磁を強くし始めると、それによって、荷電粒子ビーム２１で示すように偏向角が大きくなる。しかし、ウィーンフィルタ１２２の励磁をさらに強くすると、荷電粒子ビームは、制限偏向角に達する。励磁をさらに強くすると、偏向角は小さくなり（図１２ｂ参照）、荷電粒子は光軸に向かって偏向される。このように、励磁をさらに強くしても、偏向角はある種の制限よりも大きくならない。この偏向角は、エネルギー依存性荷電粒子選択に必要なものである。
【００５０】
このことは、図１３ａを参照するとよりよく理解されよう。図１３ａには、光軸（ｚ軸）に沿った長さがＬ１のウィーンフィルタ１３２を示す。入射荷電粒子１３１は、静電界および磁界のために結像される。ウィーンフィルタは、その分散特性に加えて、結像特性を有する。下の図に、偏向角とｚ位置の関係を示す。位置ｚｉおよび位置ｚｉｉでは、角度はほぼ同じである。このように、全励磁を用いなくても、異なるエネルギーの荷電粒子間の分離を大きくすることができるはずである。
【００５１】
励磁という用語は、図１３ａと図１３ｂを比較するとよりよく理解されよう。図１３ｂのウィーンフィルタの長さＬ２はより短い。しかし、ビーム経路３２は、ビーム経路３０に類似している。これは、ウィーンフィルタ１３４内の場の強さをより大きくすることによって実現される。このことを、場の記号をより大きくすることによって示す。この励磁は、ウィーンフィルタの長さと場の強さの積とみなし得る。
【００５２】
図１に、ウィーンフィルタ１１０のｘ−ｚ面での図を示す。荷電粒子、例えば電子は、ウィーンフィルタ１１０にある角度で入射し、ビーム経路１０をたどる。図２に、同じ系を示す。光軸に平行に、かつ光軸に対してあるオフセットでウィーンフィルタ１１０に入射する別の電子は、例えばビーム経路１１をたどる。上記のビーム経路１０および１１はともに、ウィーンフィルタ１１０のｘ−ｚ面での集束作用のために生じる。上記で説明したように、ｘ−ｚ面内でのこの集束作用により、励磁を増加させる場合の偏向角の上限が生じる。
【００５３】
図３に、このウィーンフィルタの場と４極子要素３１０の場を重ねた系を示す。この４極子要素は、ｘ−ｚ面で非集束効果を示すように配置される。４極子要素３１０の励磁は、その非集束効果とウィーンフィルタ１１０の集束効果とが互いに相殺されるように選択する。こうすると、光学系１１０／３１０に入射する電子は、ｘ−ｚ面で集束作用を受けない。図３に示すように、粒子は、ビーム経路１３ａおよび１３ｂで示すようにこの系を真っ直ぐに通過する。
【００５４】
図４を参照して、ウィーンフィルタ−４極子要素の組合せ光学系のｙ−ｚ面での効果を説明する。ウィーンフィルタ１１０ａは点線で描いてある。この点線は、この双極子ウィーンフィルタがｙ−ｚ面では電子に何の影響も及ぼさないことを示している。そのため、ｙ−ｚ面では、電子は４極子要素の影響しか受けない。ｘ−ｚ面で非集束効果を示す４極子要素３１０は、ｙ−ｚ面では集束作用を示す。図４では、ビーム経路の例１３ａおよび１３ｂを見ることができる。
【００５５】
上記で説明したように、ウィーンフィルタ１１０と４極子３１０の組合せは、組合せの結果、ｘ−ｚ面で集束効果がなくなるように配置し得る。そのため、例えば図１３ａに示すような結像様式が生じることなく、励磁をさらに強めることができる。そうではあるが、公称エネルギーからずれた電子については、ウィーンフィルタ要素１１０により分散が導入される。そのため、ウィーンフィルタの集束効果によってもたらされる制限を越えて励磁を強めることができる（図１２ａ〜図１３ｂ参照）。
【００５６】
次に、図５ａおよび図５ｂを参照して、上記で説明した効果を利用する実施形態を説明する。図５ａに、単段式電子エネルギー幅低減系をｘ−ｚ面で示し、図５ｂに、同じ系をｙ−ｚ面で示す。この系は、電子ビーム１５を集束させる第１のレンズ５１０を備える。この第１レンズは縮小レンズとし得る。ただし、これに限定されることなく、第１レンズとして拡大レンズを用いることがより一般的である。電子選択手段５１４は、電子ビームの一部を遮蔽する。こうすると、規定の形状の電子ビームが生成される。このビーム整形開口手段５１４は、電子ビームの角度の広がりが制限されるので、電子角度依存性選択要素とみなし得る。
【００５７】
整形された電子ビームは、ウィーンフィルタ−４極子要素合成系５００に入射する。結像上の理由から、系５００は、この系の中心５０１が、本質的に電子ビーム１５のクロスオーバのところに位置するように位置決めされる。ウィーンフィルタ−４極子要素の系５００は、ｘ方向には電子に結像効果をもたらさない。したがって、公称エネルギーＥｎを有する電子は、偏向されずにこの系を通過する。しかし、公称エネルギーＥｎからずれたエネルギーを有する電子は、ウィーンフィルタによって導入される分散の影響を受ける。これらの電子のエネルギーが公称エネルギーＥｎよりも小さいか、または大きいかに応じて、これらの電子は、ビーム１５ａまたは１５ｂに従って偏向される。光学系５００の下には、第２の電子選択手段５１６がある。この選択手段の開口は、公称エネルギーを有する電子またはエネルギーのずれが許容範囲である電子が、この電子選択手段によって遮蔽されず、それを通過することができるように形成される。公称エネルギーＥｎからずれたエネルギーを有する電子の一部（１５ａおよび１５ｂ参照）は、この電子選択手段によって遮蔽される。光学系５００の後に配置された開口手段５１６は、Ｅｎからずれたエネルギーの電子を遮蔽することができるので、電子エネルギー依存性選択手段とみなし得る。電子エネルギー依存性選択手段５１６の開口を通過する電子は、レンズ５１２によって結像される。
【００５８】
次に、ｙ−ｚ面内で光学系５００を通過するビーム経路を説明する。第１のレンズ５１０、第１の電子選択要素５１４、ウィーンフィルタ−４極子要素合成系５００、第２の電子選択要素５１６、および第２のレンズ５１２は、図５ａに関して既に説明した。図５ａと異なり、ｙ−ｚ面内の図（図５ｂ参照）では、電子ビーム１５は、４極子要素のｙ方向の集束作用のために結像される。ただし、実質的に集束効果がないようにｙ−ｚ面で電子ビーム１５を結像させる複数の規定励磁レベルが存在する。
【００５９】
この電子ビームは、系５００のｘ−ｙ中央面から発するように見える。この電子ビームの仮想起点は、系５００内に場が存在しない場合にレンズ５１０によって生成されるクロスオーバである。
【００６０】
図６ｂに、このような離散励磁レベルについての別の例を示す。４極子要素を、ｙ−ｚ面内で３つのクロスオーバが存在するように励磁する。図５ｂと図６ｂを比較すると、４極子要素を励磁する方法の原理を理解することができる。ｙ−ｚ面内で結像全体が影響を受けないように見えるように離散励磁レベルを定義する。これらの離散値により、４極子要素の可能な励磁が規定される。ｘ−ｚ面内ではウィーンフィルタ要素および４極子要素の集束効果が互いに相殺されるように選択すべきであり、かつ、４極子要素の励磁はこれらの離散値の１つになるように選択しなければならないので、ウィーンフィルタの励磁は４極子要素の励磁に適合させなければならない。図６ａに、図６ｂに対応するｘ−ｚ面内での図を示す。図５ｂよりも図６ｂの４極子の励磁を強くするには、ウィーンフィルタの励磁も強くすることを必要とする。公称エネルギーＥｎを有する電子は、ビーム経路１６をたどり、ｘ方向には偏向されない。しかし、図６ａでは、ウィーンフィルタの励磁を強めるために、公称エネルギーからずれたエネルギーを有する電子は、図５ａよりも大きく偏向する。このことは、ビーム経路１６ａ、１６ｂと、ビーム経路１５ａ、１５ｂとをそれぞれ比較することによって理解することができる。
【００６１】
本発明は、図１４ａおよび図１４ｂに関して理解することもできる。図１４ａには、先行技術の系および本発明についての正規化した分散ｘｋ／ｌを示す。正規化係数ｌは、分散領域の長さである。ここで検討した先行技術の系は、一般の双極子ウィーンフィルタである。曲線１４２からわかるように、先行技術の系の正規化した分散の値は、０．３６よりも大きくなることができない。一般に、双極子ウィーンフィルタを備えたすべての先行技術の系について、正規化した分散ｘｋ／ｌの原理的な最大値は約０．４であると計算することができる。
【００６２】
本発明のエネルギー幅低減系はｘ方向には集束的に作用しないので、励磁ｇｌがさらに増加するとともに、正規化した分散はさらに増加する（曲線１４１参照）。この励磁は、双極子電位と、励磁領域の長さを２で割ったものと、荷電粒子電位との積で与えられる。
【００６３】
概ね妥当な正規化した分散から、特別な例を計算することができる。図１４ｂに一例を示す。ここでは、長さが１００ｍｍでビームエネルギーが１ｋｅＶの双極子ウィーンフィルタである先行技術の系の最大分散値は、励磁ｇｌが約２．３のときに生じ、約３６μｍ／ｅＶである（曲線１４４参照）。同じ長さ、同じ双極子電位、および同じ電子エネルギーを用いて、本発明で得られる分散は、約１．６倍、すなわち５８μｍ／ｅＶになる。励磁ｇｌがより大きいと、本発明の可能な改善はさらに大きくなる（曲線１４３参照）。
【００６４】
図７ａおよび図７ｂに、電子選択要素５１４／５１６の実施形態についての異なる例を示す。ここでは、第１の電子選択要素と第２の電子選択要素を同じものとして示す。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。好ましくは、電子角度依存性選択要素と電子エネルギー依存性選択要素の間では、少なくとも開口７０６、７０５、または７０４のサイズを異なるものとする。
【００６５】
本発明を限定することなく、典型的な実施形態によれば、第１の電子選択要素および第２の電子選択要素は円形の開口を有する。
【００６６】
本発明を限定することなく、第１の電子選択要素が円形開口を有し、第２の電子選択要素がスリット開口を有することがさらに可能である。あるいは、第１の電子選択要素は円形開口を有し、第２の電子選択要素は、図７ｄまたは図７ｅによる選択用エッジ、すなわちナイフエッジを備える。
【００６７】
さらに、例えば、電子ビームが拡大する可能性を考慮に入れることができる。収差などのために電子ビームの形状が変形する場合、第２の電子選択要素の開口の形状をこの変形に適合させることがさらに可能である。
【００６８】
図７ａに、円形開口７０６を有する円板要素７０３を示す。円板要素７０２に当たるビームの部分を遮蔽することによってビームが整形される。第２の電子選択要素に関して、ｘ方向にエネルギーに依存して偏向される電子は、第２のエネルギー依存性選択要素の円板要素７０２によって部分的に遮蔽される。それによって、電子ビームのエネルギー幅を狭めることができる。
【００６９】
図７ｂに、スリット開口７０４を有する円形円板要素７０２を示す。モノクロメータ内では、このスリットはｙ方向に延びることになる。そのため、公称エネルギーを有する電子は、光軸からのｙ方向変位と無関係に、このスリットの中心を通過することができる。公称エネルギーからずれた電子は、ｘ方向に偏向され、そのため、円板要素７０２によって遮蔽されることになる。
【００７０】
このスリット開口を使用して、例えば、スリットの汚染された領域を避けることができる。スリットのある領域が汚染されている場合、この電子選択要素をｙ方向にずらすことができる。それによって、スリット開口７０４の汚染されていない異なる領域を使用し得る。
【００７１】
図７ｃに、円板要素７０２および短いスリット７０５を備えた電子選択要素５１４／５１６を示す。スリット７０５のｙ方向の長さはより短い。したがって、このスリットを通過する電子は、光軸からｙ方向にそれほどずれないはずである。上記を考慮すると、図７ｃの電子選択要素５１４／５１６は、電子エネルギー依存性かつ角度依存性の選択要素とみなし得る。開口手段５１４／５１６は、ｘ方向にはエネルギーに依存して、ｙ方向には角度に依存して電子を選択する。
【００７２】
図７ｄおよび図７ｅに関して別の実施形態を説明する。上記で説明した実施形態はすべて、少なくともｘの正負の方向に電子を選択するものであった。しかし、公称ビーム経路からｘの正または負の方向のいずれか一方にずれた電子のみを遮蔽する電子選択手段、すなわち選択用エッジを提供することも可能である。それによって、電子ビームを制限するエッジが１つだけ提供される。その２つの例が、要素５１４ａ／５１６ａおよび５１４ｂ／５１６ｂである。これらの要素はそれぞれ、中実部分７０８ａまたは７０８ｂを有する。中実部分７０８ａの右側を通過する電子はどれも遮蔽されず、中実部分７０８ｂの左側を通過する電子はどれも遮蔽されない。
【００７３】
図７ｄおよび図７ｅのコンポーネントは様々な実施形態で使用し得る。これらのコンポーネントは別々に使用することもできるし、組み合わせて使用することもできる。次に、図７ｄまたは図７ｅのコンポーネントの一方を利用する第１の実施形態を説明する。いずれの側の電子エネルギースペクトルを遮蔽すべきかに応じて、５１４／５１６ａまたは５１６ｂのいずれかの電子選択要素を使用し得る。電子選択用エッジは、電子エネルギースペクトルの低エネルギー部分または高エネルギー部分しか遮蔽し得ないが、以下で説明するように、これで十分なことがある。
【００７４】
現況技術に関して説明したように、例えば、１次電子ビームのエネルギー幅を狭めることが望ましい。この場合、このエネルギー幅は、主に放出器特性の影響を受ける。そのため、所望のエネルギー選択は、放出器特性によって決まる。ショットキ型放出器または冷電界型放出器などの一部の放出器の放出スペクトルは非対称である。すなわち、放出される電子のエネルギースペクトルは、放出ピークの一方の側が急峻に変化し、このピークの他方の側では、スペクトルの形状はテール状に延びている。放出スペクトルの一方の側のテール状の形状により、エネルギー幅ΔＥが左右される。そのため、このスペクトルのテール部を遮蔽すれば、エネルギー幅ΔＥを十分に狭めることができる。上記を考慮すると、電子を選択するのにエッジのみを使用することで十分なことがある。
【００７５】
次に、図７ｄおよび図７ｅの両方のコンポーネントを利用する第２の実施形態を説明する。これら２つの電子選択要素は、ｚ方向に互いに隣接するように位置決めされる。そのため、各要素を使用して、公称エネルギーからのずれに応じて電子が選択される。これら２つの要素を組み合わせることによって、スリット７０４と同等のスリットが形成される。しかし、維持するのがより簡単であり、汚染される傾向が小さいなどの理由から、２つの別々のコンポーネントを設けるほうを用いることになろう。
【００７６】
次に、図７ｄおよび図７ｅの両方のコンポーネントを利用する第３の実施形態を説明する。上記で説明した第２の実施形態を、以下のように発展させることができる。２つの別々の電子選択要素５１４／５１６ａおよび５１４／５１６ｂを使用する場合、各要素を互いに独立に調整することができる。
【００７７】
先に述べた電子エネルギー依存性選択要素の説明では、エネルギー幅ΔＥの調整には触れなかった。図５ａ〜図６ｂに関して説明した系では、電子選択要素４１６の幅をｘ方向に調整することによって、電子エネルギー幅ΔＥを調整する可能性が得られる。上記で説明した実施形態はすべて、開口幅変更手段を備えることができる。あるいは、それぞれ開口幅が固定の電子選択要素を、電子エネルギー幅を選択するために交換可能とし得る。
【００７８】
あるいは、またはそれに加えて、（図示しない）別の実施形態によれば、電子選択要素を移動可能とし得る。
【００７９】
図７ｄおよび図７ｅを参照して現在説明している実施形態では、電子選択要素のエッジをより容易に調整する可能性が得られる。さらに、互いに独立に選択要素を容易に調整する可能性が得られる。
【００８０】
図８ａに、それぞれの方法の流れ図を示す。方法ステップ８０１は、荷電粒子の生成を指す。荷電粒子が放出され、公称エネルギーＥｎに加速される。ここで、電子ビームのエネルギー幅はΔＥである。これらの電子は光学コラムを通過し、電子ビームエネルギー幅低減系の一部である多極子コンポーネントは、レンズによって照明される（ステップ８０２参照）。方法ステップ８０３によれば、これらの電子は、多極子コンポーネント内で偏向される。偏向角は、電子のエネルギーα（Ｅ）の関数である。このエネルギー依存性の偏向は、正のｘ方向に行われる。公称エネルギーＥｎを有する電子は、ｘ−ｚ面内では集束されず、ｙ−ｚ面では実質的に集束されない。それぞれのエネルギーに応じて偏向された電子は、電子エネルギー依存性選択コンポーネントによって選択される（ステップ８０４参照）。
【００８１】
図８ａの点線の矢印で示すように、上記で説明した方法をさらに拡張することができる。第１の測定モードに対応する第１の偏向α（Ｅ）および対応する荷電粒子選択の後で、偏向をαｉ（Ｅ）に改変することができる。この偏向の改変を利用して、荷電粒子ビームの電流またはエネルギー幅（それぞれの分解能）を制御することができる。このように、この装置を、第２の測定モード、または荷電粒子の偏向の改変によるさらに別の測定モードで動作させることができる。そのため、荷電粒子選択要素を機械的に調整する必要がない。
【００８２】
図８ｂで、この偏向を実現するために多極子を動作させる方法を説明する。方法ステップ８０３は、本質的に以下の２つのステップを含む。一方では、方法ステップ８０５によれば、ウィーンフィルタ要素を励磁する。他方では、方法ステップ８０６によれば、ｘ方向にウィーンフィルタ要素の集束効果が相殺され、ｙ方向に実質的に集束効果がないように４極子要素を励磁する。実質的に集束効果をなくすることは、複数の離散励磁値の１つを選択することによって実現し得る。
【００８３】
上記の方法を利用して、ガウス集束特性を有するウィーンフィルタ要素よりも励磁をさらに強め、それによって、分散をさらに強めることができる。
【００８４】
図９ａ〜図９ｃに、ウィーンフィルタ要素と４極子要素の組合せの異なる実施形態を示す。これらの図は、ｚ軸方向から見たものである。図９ａでは、静電極９０２および９０３がある。これらの極を使用してｘ方向に電界を生成する。一般にコイルによって励磁する磁極９１２および９１３を使用してｙ方向に磁界を生成する。これらの極９０２、９０３、９１２、および９１３により、双極子ウィーンフィルタ要素が形成される。
【００８５】
さらに、静電極９２２および９２３が設けられる。静電極９０２および９０３と合わせて、これらの静電極９２２および９２３により、ウィーンフィルタ要素のｘ方向の集束を補償するのに使用し得る静電気４極子が形成される。ウィーンフィルタ要素および４極子要素は極を共有する。そのため、これら２つの要素は、１つのコンポーネントとして提供される。それによって、構成および調整をさらに簡略化することができる。
【００８６】
（図示しない）代替実施形態では、ウィーンフィルタ要素の静電極と静電気４極子要素の静電極を分離することができる。ウィーンフィルタ要素の極と４極子要素の極を分離する可能なやり方は、図９ｂを参照してより容易に理解されよう。
【００８７】
図９ｂに、双極子ウィーンフィルタ要素（９０２、９０３、９１２、９１３）および磁気４極子９３２〜９３５を備えた実施形態を示す。磁気４極子要素によってｘ方向では集束せず、ｙ方向では集束するように、ウィーンフィルタ要素の極に対して磁気４極子の極を４５°回転させる。図９ｂの場合、ウィーンフィルタ要素および４極子要素を含む１つの多極子を設けるか、２つのコンポーネントを設けるかの２つの可能性があり得る。
【００８８】
図９ｃに、静電気−磁気組合せ型多極子の実施形態を示す。それによって、２つの静電極および２つの磁極により、双極子ウィーンフィルタが形成される。さらに、静電気および／または磁気による４極子場を生成し得る。さらに、荷電粒子ビームを試料に結像する際に導入される収差を補償するために、高次の多極子場を生成し得る。このビームを位置合わせするために追加の双極子場を生成することができる。
【００８９】
例えば、追加の双極子場を導入することによって荷電粒子ビームを位置合わせするために追加の多極子を使用することが可能である。図５ａおよび図６ａに関して説明したように、電子のｘ方向の位置により、電子選択要素５１６のところで電子が遮蔽されるか否かが決まる。そのため、電子ビームと追加の双極子要素の位置合わせを利用して、電子エネルギー幅低減系によって遮蔽されるエネルギーを選択することができる。
【００９０】
図１０ａ〜図１１ｂで、電子ビームエネルギー幅低減系を使用する電子ビームコラムの実施形態を説明する。これらの実施形態はすべて、電子ビームが放出器６から放出される電子ビームコラム１を示す。このコラムは、ハウジング２および試料チャンバ３を備え、これらはいずれも排気することができる。ほぼ光軸５に沿って進む電子ビームは試料４に当たる。
【００９１】
図１０ａでは、放出された電子は、陽極レンズ７によって加速され、この陽極レンズの下に第１のクロスオーバを形成する。照明レンズ１０１は、多極子コンポーネント１００を照明する。電子ビームの一部は、この多極子コンポーネントに入射する前に電子選択要素１０３によって遮蔽される。それによって、規定されたビーム形状が得られる。レンズ１０１は、生成されたクロスオーバが多極子コンポーネントの中央に位置するように多極子コンポーネント１００を照明する。多極子コンポーネント１００は、ｘ−ｚ面内では集束効果を示さず、ｙ−ｚ面では実質的に集束効果を示さない。したがって、励磁を強めて所望の分散を実現し得る。この分散のために偏向される電子は、電子エネルギー依存性選択要素１０４によって選択することができる。対物レンズ１０２を使用して、電子ビームを試料上に集束させる。特定の実施形態に無関係に、多極子コンポーネント１００は、双極ウィーンフィルタおよび静電４極子、双極ウィーンフィルタおよび磁気４極子、あるいは、少なくとも双極ウィーンフィルタの場および４極子の場を生成し得る他の任意の高次多極子コンポーネントを備える。さらに特定の実施形態に無関係に、ウィーンフィルタの場および４極子の場を生成する別々のコンポーネントを提供することもできるし、あるいは、ウィーンフィルタの場および４極子の場を生成する１つのコンポーネントを提供することもできる。
【００９２】
図１０ａの実施形態と異なり、図１０ｂの実施形態は、照明レンズ１０１の上に位置決めされた電子角度依存性選択要素１０３を備える。図１０ｂにはさらに、対物レンズ１０２の下に位置決めされた電子エネルギー依存性選択要素１０４を示す。
【００９３】
しかし、（図示しない）別の実施形態によれば、照明レンズ１０１の上に、開口のように働く電子選択要素１０３を備え、対物レンズ１０２の上に電子エネルギー依存性選択要素１０４を備えることも可能である。
【００９４】
図１１ａおよび図１１ｂに示す実施形態は、多極子要素１００の上に第１の拡大照明レンズ１０１を有し、第２の縮小レンズ１０２を有し、対物レンズ１０７を有する。
【００９５】
図１１ａに、多極子要素１００のすぐ隣にある電子選択要素１０３および１０４を示す。上に位置決めされた電子選択要素１０３は、電子角度依存性選択要素である。下に位置決めされた電子選択要素１０４は、電子エネルギー依存性選択要素である。
【００９６】
図１１ｂでは、第１の電子選択要素１０３は、第１のレンズ１０１の上に位置決めされ、第２の電子選択要素１０４は、第２のレンズ１０２の下に位置決めされる。この場合も、（図示しない）別の実施形態によれば、これらの電子選択要素はともに、それぞれのレンズの上に位置決めすることもできるし、それぞれのレンズの下に位置決めすることもできる。
【００９７】
図１０ａ、図１０ｂ、図１１ａ、および図１１ｂの実施形態では、第１および第２の電子選択要素を詳細に指定しなかった。図７ａ〜図７ｅに関して説明した実施形態および態様はすべて、エネルギーに依存性して、または角度に依存性して電子を選択するのに使用し得る。
【００９８】
図１０ａ〜図１１ｂを参照した上記の説明および本願で説明した他の実施形態からわかるように、エネルギー幅低減系は直線的な視覚系である。そのため、光軸とｚ軸は一致する。好ましくは、本願で開示する荷電粒子ビームエネルギー幅低減系は直線的な視覚系であるが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、この系に入射し、この系から出射するビームは、共通の真っ直ぐな光軸を共有する。そうではあるが、この系は、非直線的な視覚系とすることもできる。
【００９９】
このような系の例を以下に示す。例えば、イオン化分子の存在下では、これらのイオンは放出器の方向に加速され、放出器に衝突して放出器に損傷を与える恐れがある。非直線的な視覚系を使用すると、ビームの可能な曲がり方が、例えば電子とイオンで異なるので、これらのイオンが放出器に衝突しなくなる。例えば図１１ｃで、このような系を説明する。
【０１００】
図１１ｃは、概ね図１１ａに関連する。ただし、光軸５は真っ直ぐではない。集束的かつ分散的に作用する要素の場合、光軸を湾曲させることができる。放出器６から放出される電子は、多極子コンポーネント１００内でさらに偏向される。そのため、簡略化した考察によれば、光軸は、相互にわずかに傾いた２つの部分を有する。ウィーンフィルタ要素の場合、偏向角は、典型的には、０°よりも大きく、約３０°よりも小さくし得るはずである。電子ビームコラム内を放出器６に向かって加速されるイオン化された分子は、１次電子と同じビーム経路をたどらない。そのため、放出器の損傷を低減することができる。非直線的な視覚系を参照するこの態様は、上記で説明した実施形態のいずれかと組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】ウィーンフィルタおよびこのウィーンフィルタに入射する電子ビームのビーム経路の例をｘ−ｚ面内で示す概略側面図である。
【図２】ウィーンフィルタおよびこのウィーンフィルタに入射する電子ビームのビーム経路の別の例をｘ−ｚ面内で示す概略側面図である。
【図３】ウィーンフィルタ要素および４極子要素ならびにこの系に入射する電子ビームのビーム経路の２つの例をｘ−ｚ面内で示す概略側面図である。
【図４】図３に対応するｙ−ｚ面での概略側面図である。
【図５ａ】本発明による実施形態をｘ−ｚ面内で示す概略側面図である。
【図５ｂ】本発明による実施形態をｙ−ｚ面内で示す概略側面図である。
【図６ａ】ある実施形態をｘ−ｚ面内で示す概略側面図である。
【図６ｂ】ある実施形態をｙ−ｚ面内で示す概略側面図である。
【図７ａ】電子選択要素の実施形態の概略図である。
【図７ｂ】電子選択要素の実施形態の概略図である。
【図７ｃ】電子選択要素の実施形態の概略図である。
【図７ｄ】電子選択要素の実施形態の概略図である。
【図７ｅ】電子選択要素の実施形態の概略図である。
【図８ａ】荷電粒子ビームエネルギー幅を低減する方法を示す図である。
【図８ｂ】荷電粒子ビームエネルギー幅低減系のコンポーネントを動作させて分散を生成する方法を示す図である。
【図９ａ】ウィーンフィルタ要素および４極子要素をｚ軸方向から見た概略図である。
【図９ｂ】ウィーンフィルタ要素および４極子要素をｚ軸方向から見た概略図である。
【図９ｃ】ウィーンフィルタ要素および４極子要素をｚ軸方向から見た概略図である。
【図１０ａ】本発明による荷電粒子ビームエネルギー低減系を備えた荷電粒子ビームコラムの実施形態の例の概略側面図である。
【図１０ｂ】本発明による荷電粒子ビームエネルギー低減系を備えた荷電粒子ビームコラムの実施形態の例の概略側面図である。
【図１１ａ】本発明による荷電粒子ビームエネルギー低減系を備えた荷電粒子ビームコラムの実施形態の例の概略側面図である。
【図１１ｂ】本発明による荷電粒子ビームエネルギー低減系を備えた荷電粒子ビームコラムの実施形態の例の概略側面図である。
【図１１ｃ】荷電粒子ビームエネルギー幅低減系を備えた荷電粒子ビームコラムの実施形態の別の例の概略側面図である。
【図１２ａ】ウィーンフィルタおよび励磁条件の概略側面図である。
【図１２ｂ】ウィーンフィルタおよび励磁条件の概略側面図である。
【図１３ａ】ウィーンフィルタおよび励磁条件の概略側面図である。
【図１３ｂ】ウィーンフィルタおよび励磁条件の概略側面図である。
【図１４ａ】分散の計算結果を先行技術の系と本発明を比較して示す図である。
【図１４ｂ】分散の計算結果を先行技術の系と本発明を比較して示す図である。
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、検査システム、試験システム、リソグラフィシステムなどに応用する荷電粒子ビーム装置に関する。本発明は、荷電粒子ビーム装置を動作させる方法にも関する。本発明はさらに、荷電粒子選択系に関する。詳細には、本発明は、荷電粒子ビーム装置および荷電粒子ビームエネルギー幅低減系を使用する方法に関する。
【発明の背景】
【０００２】
荷電粒子ビーム機器は、いくつかの産業分野で用いられる多くの機能を有する。これらの産業分野には、製造中の半導体デバイスの検査、リソグラフィ用の露光システム、検出装置、および試験システムが含まれるが、これらに限定されるものではない。そのため、マイクロメートルおよびナノメートルの尺度で試料を構築し検査することが強く求められている。
【０００３】
マイクロメートルおよびナノメートルの尺度のプロセス制御、検査、または構築はしばしば、電子ビームなどの荷電粒子ビームによって行われる。これらの荷電粒子ビームは、電子顕微鏡または電子ビームパターン生成器などの荷電粒子ビーム装置内で生成され集束される。荷電粒子ビームでは、それらの波長が短いために、例えば光子ビームよりも優れた空間分解能が得られる。
【０００４】
しかし、最新の低電圧電子顕微鏡では、収差により、実現可能な分解能が、１ｋｅＶの電子エネルギーでは約３ｎｍに制限される。したがって、特に低エネルギーの応用例では、色収差を低減することが望ましい。対物レンズのガウス像面内での色収差の収差ディスクの直径は、荷電粒子ビームの相対エネルギー幅ΔＥ／Ｅに比例する。
【０００５】
電子ビームコラム内の電子は、放出プロセスおよびベルシュ（Ｂｏｅｒｓｃｈ）効果、すなわち、確率的なクーロン相互作用によるエネルギー分布の広がりのために単色ではなく、そのため、相対エネルギー幅が広がる。上記を考慮すると、エネルギー幅ΔＥは、ビーム電流に応じて約０．５〜１ｅＶになる。
【０００６】
例えば対物レンズの集束特性に基づいて色収差を最小限に抑える度合いをさらに高めることは難しい。この理由から、分解能をさらに向上させるために、モノクロメータを使用することが既に知られている。それによって、後で下流の電子−光学結像系によって処理する電子ビームのエネルギー幅ΔＥを狭めることができる。
【０００７】
荷電粒子用のモノクロメータとして、静電気双極子場と磁気双極子場を互いに直交させて重ね合わせるウィーンフィルタが知られている。
【０００８】
例として、（Ｆｒｏｓｉｅｎ他の）米国特許公開第６４８９６２１号は、粒子のエネルギーに応じて粒子ビームを分散させる第１および第２のウィーンフィルタによって粒子ビームのエネルギー幅を狭める装置と、エネルギー幅がある範囲に狭められた粒子を選択する開口とを示している。
【０００９】
しかし、依然として、荷電粒子ビームエネルギー幅低減系の分散を大きくするのに適した系が求められている。
【発明の概要】
【００１０】
本発明は、改良型荷電粒子系を提供する。それによって、系の分解能を改善することを意図している。本発明の態様によれば、独立請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置、および独立請求項２９に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系を使用する方法が提供される。
【００１１】
本発明のさらなる利点、特徴、態様、および細部は、従属請求項、説明、および添付の図面から明らかになる。
【００１２】
本発明の一態様によれば、荷電粒子ビーム装置が提供される。この荷電粒子ビーム装置は、クロスオーバを生成する第１のレンズと、このクロスオーバの後に位置決めされた第２のレンズと、ｘ−ｚ面内で集束的かつ分散的に作用するウィーンフィルタ要素とを備える。このウィーンフィルタ要素は、クロスオーバが本質的にウィーンフィルタ要素の中央面内に配置されるように、ｚ位置に関して位置決めされる。さらに、この荷電粒子ビーム装置は、ｘ−ｚ面およびｙ−ｚ面内で作用する多極子要素を備える。この多極子要素は、クロスオーバが本質的に多極子要素の中央面内に配置されるように、ｚ位置に関して位置決めされる。この荷電粒子ビーム装置はさらに、ビーム方向にウィーンフィルタ要素の前で位置決めされた第１の電子選択要素と、ビーム方向にウィーンフィルタ要素の後で位置決めされた第２の電子選択要素とを備える。
【００１３】
そのため、静電気の場と磁気の場を組み合わせた集束効果は互いに相殺され、この静電気の場および磁気の場の励磁を強めることができる。そのため、荷電粒子の偏向角も、励磁の増加とともに大きくなる。この系の分散は、原理的に制限されない。
【００１４】
本願では、用語は、好ましくは、ｚ方向に多極子要素の長さの±５％の公差を含むと理解されたい。
【００１５】
本願では、ウィーンフィルタ要素の代わりに、１つの面内で集束的かつ分散的に作用する他の要素も使用し得る。
【００１６】
本願では、ここで開示するエネルギー幅低減要素をモノクロメータとしても示す。本願におけるモノクロメータという用語は、荷電粒子の単一のエネルギーを選択するものと理解すべきではなく、荷電粒子ビームをフィルタリングして、所望のエネルギー幅を得るものと理解すべきである。
【００１７】
上記の態様によれば、異なるエネルギーを有する荷電粒子は、導入される分散のために分離する。しかし、より細部に立ち入ると、荷電粒子の速度に基づいて選択が行われることがわかる。この速度は、式（１）で与えられる。
（１）ｖ＝ｓｑｒｔ（２Ｅ／ｍ）
【００１８】
ただし、ｖは（絶対）速度であり、ｓｑｒｔは平方根を示し、Ｅは荷電粒子のエネルギーであり、ｍは荷電粒子の質量である。あるいは、式（１）は、次のように記述し得る。
（２）ｖ＝ｓｑｒｔ（２ｑＵ／ｍ）
【００１９】
ただし、ｑは粒子の電荷であり、Ｕは加速電位である。ここで述べた態様は、例えば電子などの一定質量の粒子についてのエネルギー依存性選択に関係するものである。
【００２０】
そうではあるが、本発明の一態様による機器は、荷電粒子の質量分析に使用することもできる。速度ｖが変化すると、異なる質量の異なる元素または１つの元素の異なる同位体が分離する。この変化は、例えば１ｋｅＶのエネルギーでの、例えば１ｅＶのエネルギー変化（これは、１ｅ−３の相対エネルギー幅に相当する）を無視するのに十分に大きいものとする。
【００２１】
上記を考慮すると、ここで説明するエネルギー幅の低減は一般に、速度分布幅の低減に適用し得る。式１によれば、速度分布幅の低減は、エネルギー幅の低減または質量分布幅の低減のいずれかである。質量分布は一般に離散値を有するので、質量分布幅の低減を質量の選択とみなすこともできる。
【００２２】
質量の選択に関して、本発明の別の利点を説明することができる。例えばウィーンフィルタを利用する現況技術の質量分析計には、ウィーンフィルタの集束効果に基づいて、質量選択の後でビームが楕円形状になるという問題がある。本発明では、このビームフィルタの集束効果は完全に補償されるか、またはほぼ補償される。そのため、質量選択の後に楕円ビームになるという欠点を回避し得る。
【００２３】
上記で説明したように、速度分布幅の低減は、エネルギー幅の低減または質量の選択のいずれかとし得る。その結果、本発明の態様に関して、速度分布幅低減系は、エネルギー幅低減系または質量選択系のいずれかとし得る。さらに、速度依存性選択要素は、エネルギー依存性選択要素または質量依存性選択要素のいずれかとし得る。
【００２４】
ある態様によれば、各荷電粒子が同じ質量を有する系を提供し得る。この荷電粒子ビーム速度分布幅低減系は、荷電粒子ビームエネルギー幅低減系として使用される。別の態様によれば、各荷電粒子が異なる質量を有する系を提供し得る。この荷電粒子ビーム速度分布幅低減系は、荷電粒子ビーム質量選択系として使用される。
【００２５】
以下では、説明をより簡単にするために、エネルギー幅の低減に言及する。ただし、ここで説明する態様、細部、および実施形態は、荷電粒子の質量の選択に利用することもできる。そのため、ここで説明する態様、細部、および実施形態は一般に、速度分布幅の低減に利用することができる。
【００２６】
別の態様によれば、第１の荷電粒子選択要素は、荷電粒子角度依存性選択要素であり、第２の荷電粒子選択要素は、荷電粒子エネルギー依存性選択要素である。そのため、第１の荷電粒子によりビーム形状が生成される。この整形されたビームが、荷電粒子のエネルギーに応じて偏向された後で、第２の荷電粒子選択要素は、公称エネルギーからずれた荷電粒子または公称エネルギーからのずれが許容範囲外である荷電粒子を遮蔽する。
【００２７】
別の態様によれば、第１の荷電粒子選択要素および第２の荷電粒子選択要素の形状は、それぞれ対応している。すなわち、第２の荷電粒子選択要素の形状は、第１の荷電粒子ビーム選択要素によって生成される荷電粒子ビームの形状に適合される。
【００２８】
第２の荷電粒子選択要素はクロスオーバのところに位置決めされていないので、これを、荷電粒子のエネルギーに依存し、かつ角度に依存する選択要素とみなすこともできる。
【００２９】
別の態様によれば、ウィーンフィルタ要素の場の領域の長さと多極子要素の場の領域の長さは本質的に同等である。そのため、すべてのｚ位置で、ウィーンフィルタ要素の集束特性を補償することができる。
【００３０】
本願では、ビームの方向はｚ軸に相当する。特にことわらない限り、「場（領域）の長さ」または「構成要素の長さ」という用語は、ｚ方向の寸法を指す。
【００３１】
別の態様によれば、荷電粒子ビームエネルギー幅低減系およびそれを動作させる方法が提供される。そのため、５よりも大きい励磁ｇｌを実現し得る。集束効果に基づく制限なしに系の分散が連続的に増加するので、励磁の増加を分散の増加に利用することができ、それによって系が改善される。
【００３２】
別の態様によれば、エネルギー幅低減系の構成要素は、この系の正規化した分散ｘｋ／ｌと励磁ｇｌの関係が厳密に、典型的には線形に増加するように配置かつ／または動作される。別の態様によれば、この厳密な増加は、離散値によって実現される。
【００３３】
別の態様によれば、第１のレンズは拡大レンズであり、第２のレンズは縮小レンズである。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。さらに、別の態様によれば、第１および第２のレンズは液浸レンズである。第１レンズを使用して、荷電粒子ビームを減速してウィーンフィルタ要素を通過させ、第２レンズは、その後で荷電粒子ビームを加速する。それによって、一方では、荷電粒子が選択され、荷電粒子ビームは拡大される。他方では、分散型ウィーンフィルタによる偏向が増加する。両方の態様を利用して、荷電粒子ビームエネルギー幅の低減を簡略化することができる。
【００３４】
別の態様によれば、多極子要素およびウィーンフィルタ要素は、単一の多極子コンポーネントによって提供され、好ましくは、この多極子コンポーネントを使用して、例えばビーム位置合わせ、収差補正などのための別の場を生成することができる。それによって、相互に調整しなければならないコンポーネントの数が少なくなる。
【００３５】
別の態様によれば、この多極子要素は、磁気４極子要素および／または静電気４極子要素を備える。
【００３６】
別の態様によれば、荷電粒子ビームエネルギー幅低減系を使用する方法が提供される。この方法は、ウィーンフィルタ要素、４極子要素、第１の荷電粒子選択要素、および第２の荷電粒子選択要素を提供するステップを含む。この方法はさらに、第１の荷電粒子選択要素によって荷電粒子を選択するステップと、ウィーンフィルタ要素および４極子要素を励磁するステップと、ｘ−ｚ面内で集束効果がなく、ｙ−ｚ面内で実質的に集束効果がないようにウィーンフィルタ要素および４極子要素の場の強さを調整するステップと、第２の荷電粒子選択要素によって荷電粒子を選択するステップとを含む。
【００３７】
ｘ−ｚ面内で集束効果が補償されるので、ウィーンフィルタ要素の励磁を強くすることができる。それによって、荷電粒子ビームのエネルギー幅を狭めることができる。
【００３８】
別の態様によれば、ウィーンフィルタ要素および４極子要素の場の強さを、複数の離散値から選択される値に調整する。それによって、ｙ−ｚ面内で実質的に集束効果がない結像が実現される。
【００３９】
実質的に集束効果がないという用語は、粒子光学系の後で、粒子ビームが、ウィーンフィルタ要素のｘ−ｙ中央面から発するように見えることを意味する。
【００４０】
別の態様によれば、ウィーンフィルタ要素および４極子要素は、ウィーンフィルタ要素および４極子要素の場の領域のそれぞれのｘ−ｙ中央面のｚ位置と本質的に同等のｚ位置を伴うクロスオーバが生成されるように照明される。
【００４１】
別の態様によれば、荷電粒子ビームは、荷電粒子ビームエネルギー幅低減系内で位置合わせされる。それによって、選択すべき荷電粒子エネルギーを選択することができる。
【００４２】
本発明は、ここで説明する各方法ステップを実施する機器部分を含めて、ここで開示する方法を実施する機器も対象とする。これらの方法ステップは、ハードウエアコンポーネント、適切なソフトウエアによってプログラムされたコンピュータ、これら２つの任意の組合せ、または他の任意のやり方によって実施し得る。さらに、本発明は、ここで説明する機器を動作または製作する方法も対象とする。この方法は、この機器のあらゆる機能を実施する方法ステップを含む。
【００４３】
以下の説明では、本発明の上記で示した態様および他のより詳細な態様の一部を説明し、図を参照して部分的に例示する。
【図面の詳細な説明】
【００４４】
本願の保護範囲を限定することなく、以下では、荷電粒子ビーム装置またはその構成要素を、例えば、電子ビーム装置またはその構成要素と称する。この場合、電子ビームは、特に検査またはリソグラフィに利用することができる。本発明は依然として、荷電粒子、および／または他の２次および／または後方散乱による荷電粒子の他の放出源を使用して試料の像を取得する機器および構成要素に適用し得る。
【００４５】
例えばｘ−ｚ面またはｙ−ｚ面に関係する本明細書でのすべての考察では、これらの面は本質的に互いに直交すると理解されることも当業者には理解されよう。本願での理論的な考察では数学的な意味での座標について言及するが、それぞれの構成要素は、ｘ−ｚ面およびｙ−ｚ面が、約８０°〜１００°、好ましくは８７°〜９３°、より好ましくは約８９°〜９１°の角度をなすように実際に相互に位置決めすることができる。
【００４６】
さらに、本願の保護範囲を限定することなく、以下では、荷電粒子ビームは、１次荷電粒子ビームと称する。本発明は依然として、２次荷電粒子および／または後方散乱荷電粒子に用いることができる。それによって、例えば、結像光学系内で荷電粒子のエネルギー分布を制御することができる。
【００４７】
以下の図面の説明では、同じ参照数字は、同じ構成要素を指す。概ね、個々の実施形態に関する差異のみを説明する。
【００４８】
次に図１２および図１３を参照して、ウィーンフィルタのいくつかの原理を説明する。図１２ａに、ウィーンフィルタ要素１２２と、このウィーンフィルタ要素が荷電粒子１２１に及ぼす影響とを示す。この双極子ウィーンフィルタは、静電界Ｅおよび磁界Ｂを含む。これらの電磁界は互いに直交している。矢印１２１で示す荷電粒子のエネルギーは公称値からずれている。公称エネルギーを有する荷電粒子だけが、ウィーンフィルタを真っ直ぐに通過することができる。そのため、非ウィーン公称エネルギーの荷電粒子１２１は、光軸から偏向し、その結果、荷電粒子ビーム２０になる。
【００４９】
図１２ａに示すものに類似の図は多くの教科書で見ることができる。実際に適切には、ウィーンフィルタの励磁をさらに強くする。図１２ａおよび図１２ｂに、そのための例を示す。励磁を強くし始めると、それによって、荷電粒子ビーム２１で示すように偏向角が大きくなる。しかし、ウィーンフィルタ１２２の励磁をさらに強くすると、荷電粒子ビームは、制限偏向角に達する。励磁をさらに強くすると、偏向角は小さくなり（図１２ｂ参照）、荷電粒子は光軸に向かって偏向される。このように、励磁をさらに強くしても、偏向角はある種の制限よりも大きくならない。この偏向角は、エネルギー依存性荷電粒子選択に必要なものである。
【００５０】
このことは、図１３ａを参照するとよりよく理解されよう。図１３ａには、光軸（ｚ軸）に沿った長さがＬ１のウィーンフィルタ１３２を示す。入射荷電粒子１３１は、静電界および磁界のために結像される。ウィーンフィルタは、その分散特性に加えて、結像特性を有する。下の図に、偏向角とｚ位置の関係を示す。位置ｚｉおよび位置ｚｉｉでは、角度はほぼ同じである。このように、全励磁を用いなくても、異なるエネルギーの荷電粒子間の分離を大きくすることができるはずである。
【００５１】
励磁という用語は、図１３ａと図１３ｂを比較するとよりよく理解されよう。図１３ｂのウィーンフィルタの長さＬ２はより短い。しかし、ビーム経路３２は、ビーム経路３０に類似している。これは、ウィーンフィルタ１３４内の場の強さをより大きくすることによって実現される。このことを、場の記号をより大きくすることによって示す。この励磁は、ウィーンフィルタの長さと場の強さの積とみなし得る。
【００５２】
図１に、ウィーンフィルタ１１０のｘ−ｚ面での図を示す。荷電粒子、例えば電子は、ウィーンフィルタ１１０にある角度で入射し、ビーム経路１０をたどる。図２に、同じ系を示す。光軸に平行に、かつ光軸に対してあるオフセットでウィーンフィルタ１１０に入射する別の電子は、例えばビーム経路１１をたどる。上記のビーム経路１０および１１はともに、ウィーンフィルタ１１０のｘ−ｚ面での集束作用のために生じる。上記で説明したように、ｘ−ｚ面内でのこの集束作用により、励磁を増加させる場合の偏向角の上限が生じる。
【００５３】
図３に、このウィーンフィルタの場と４極子要素３１０の場を重ねた系を示す。この４極子要素は、ｘ−ｚ面で非集束効果を示すように配置される。４極子要素３１０の励磁は、その非集束効果とウィーンフィルタ１１０の集束効果とが互いに相殺されるように選択する。こうすると、光学系１１０／３１０に入射する電子は、ｘ−ｚ面で集束作用を受けない。図３に示すように、粒子は、ビーム経路１３ａおよび１３ｂで示すようにこの系を真っ直ぐに通過する。
【００５４】
図４を参照して、ウィーンフィルタ−４極子要素の組合せ光学系のｙ−ｚ面での効果を説明する。ウィーンフィルタ１１０ａは点線で描いてある。この点線は、この双極子ウィーンフィルタがｙ−ｚ面では電子に何の影響も及ぼさないことを示している。そのため、ｙ−ｚ面では、電子は４極子要素の影響しか受けない。ｘ−ｚ面で非集束効果を示す４極子要素３１０は、ｙ−ｚ面では集束作用を示す。図４では、ビーム経路の例１３ａおよび１３ｂを見ることができる。
【００５５】
上記で説明したように、ウィーンフィルタ１１０と４極子３１０の組合せは、組合せの結果、ｘ−ｚ面で集束効果がなくなるように配置し得る。そのため、例えば図１３ａに示すような結像様式が生じることなく、励磁をさらに強めることができる。そうではあるが、公称エネルギーからずれた電子については、ウィーンフィルタ要素１１０により分散が導入される。そのため、ウィーンフィルタの集束効果によってもたらされる制限を越えて励磁を強めることができる（図１２ａ〜図１３ｂ参照）。
【００５６】
次に、図５ａおよび図５ｂを参照して、上記で説明した効果を利用する実施形態を説明する。図５ａに、単段式電子エネルギー幅低減系をｘ−ｚ面で示し、図５ｂに、同じ系をｙ−ｚ面で示す。この系は、電子ビーム１５を集束させる第１のレンズ５１０を備える。この第１レンズは縮小レンズとし得る。ただし、これに限定されることなく、第１レンズとして拡大レンズを用いることがより一般的である。電子選択手段５１４は、電子ビームの一部を遮蔽する。こうすると、規定の形状の電子ビームが生成される。このビーム整形開口手段５１４は、電子ビームの角度の広がりが制限されるので、電子角度依存性選択要素とみなし得る。
【００５７】
整形された電子ビームは、ウィーンフィルタ−４極子要素合成系５００に入射する。結像上の理由から、系５００は、この系の中心５０１が、本質的に電子ビーム１５のクロスオーバのところに位置するように位置決めされる。ウィーンフィルタ−４極子要素の系５００は、ｘ方向には電子に結像効果をもたらさない。したがって、公称エネルギーＥｎを有する電子は、偏向されずにこの系を通過する。しかし、公称エネルギーＥｎからずれたエネルギーを有する電子は、ウィーンフィルタによって導入される分散の影響を受ける。これらの電子のエネルギーが公称エネルギーＥｎよりも小さいか、または大きいかに応じて、これらの電子は、ビーム１５ａまたは１５ｂに従って偏向される。光学系５００の下には、第２の電子選択手段５１６がある。この選択手段の開口は、公称エネルギーを有する電子またはエネルギーのずれが許容範囲である電子が、この電子選択手段によって遮蔽されず、それを通過することができるように形成される。公称エネルギーＥｎからずれたエネルギーを有する電子の一部（１５ａおよび１５ｂ参照）は、この電子選択手段によって遮蔽される。光学系５００の後に配置された開口手段５１６は、Ｅｎからずれたエネルギーの電子を遮蔽することができるので、電子エネルギー依存性選択手段とみなし得る。電子エネルギー依存性選択手段５１６の開口を通過する電子は、レンズ５１２によって結像される。
【００５８】
次に、ｙ−ｚ面内で光学系５００を通過するビーム経路を説明する。第１のレンズ５１０、第１の電子選択要素５１４、ウィーンフィルタ−４極子要素合成系５００、第２の電子選択要素５１６、および第２のレンズ５１２は、図５ａに関して既に説明した。図５ａと異なり、ｙ−ｚ面内の図（図５ｂ参照）では、電子ビーム１５は、４極子要素のｙ方向の集束作用のために結像される。ただし、実質的に集束効果がないようにｙ−ｚ面で電子ビーム１５を結像させる複数の規定励磁レベルが存在する。
【００５９】
この電子ビームは、系５００のｘ−ｙ中央面から発するように見える。この電子ビームの仮想起点は、系５００内に場が存在しない場合にレンズ５１０によって生成されるクロスオーバである。
【００６０】
図６ｂに、このような離散励磁レベルについての別の例を示す。４極子要素を、ｙ−ｚ面内で３つのクロスオーバが存在するように励磁する。図５ｂと図６ｂを比較すると、４極子要素を励磁する方法の原理を理解することができる。ｙ−ｚ面内で結像全体が影響を受けないように見えるように離散励磁レベルを定義する。これらの離散値により、４極子要素の可能な励磁が規定される。ｘ−ｚ面内ではウィーンフィルタ要素および４極子要素の集束効果が互いに相殺されるように選択すべきであり、かつ、４極子要素の励磁はこれらの離散値の１つになるように選択しなければならないので、ウィーンフィルタの励磁は４極子要素の励磁に適合させなければならない。図６ａに、図６ｂに対応するｘ−ｚ面内での図を示す。図５ｂよりも図６ｂの４極子の励磁を強くするには、ウィーンフィルタの励磁も強くすることを必要とする。公称エネルギーＥｎを有する電子は、ビーム経路１６をたどり、ｘ方向には偏向されない。しかし、図６ａでは、ウィーンフィルタの励磁を強めるために、公称エネルギーからずれたエネルギーを有する電子は、図５ａよりも大きく偏向する。このことは、ビーム経路１６ａ、１６ｂと、ビーム経路１５ａ、１５ｂとをそれぞれ比較することによって理解することができる。
【００６１】
本発明は、図１４ａおよび図１４ｂに関して理解することもできる。図１４ａには、先行技術の系および本発明についての正規化した分散ｘｋ／ｌを示す。正規化係数ｌは、分散領域の長さである。ここで検討した先行技術の系は、一般の双極子ウィーンフィルタである。曲線１４２からわかるように、先行技術の系の正規化した分散の値は、０．３６よりも大きくなることができない。一般に、双極子ウィーンフィルタを備えたすべての先行技術の系について、正規化した分散ｘｋ／ｌの原理的な最大値は約０．４であると計算することができる。
【００６２】
本発明のエネルギー幅低減系はｘ方向には集束的に作用しないので、励磁ｇｌがさらに増加するとともに、正規化した分散はさらに増加する（曲線１４１参照）。この励磁は、双極子電位と、励磁領域の長さを２で割ったものと、荷電粒子電位との積で与えられる。
【００６３】
概ね妥当な正規化した分散から、特別な例を計算することができる。図１４ｂに一例を示す。ここでは、長さが１００ｍｍでビームエネルギーが１ｋｅＶの双極子ウィーンフィルタである先行技術の系の最大分散値は、励磁ｇｌが約２．３のときに生じ、約３６μｍ／ｅＶである（曲線１４４参照）。同じ長さ、同じ双極子電位、および同じ電子エネルギーを用いて、本発明で得られる分散は、約１．６倍、すなわち５８μｍ／ｅＶになる。励磁ｇｌがより大きいと、本発明の可能な改善はさらに大きくなる（曲線１４３参照）。
【００６４】
図７ａおよび図７ｂに、電子選択要素５１４／５１６の実施形態についての異なる例を示す。ここでは、第１の電子選択要素と第２の電子選択要素を同じものとして示す。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。好ましくは、電子角度依存性選択要素と電子エネルギー依存性選択要素の間では、少なくとも開口７０６、７０５、または７０４のサイズを異なるものとする。
【００６５】
本発明を限定することなく、典型的な実施形態によれば、第１の電子選択要素および第２の電子選択要素は円形の開口を有する。
【００６６】
本発明を限定することなく、第１の電子選択要素が円形開口を有し、第２の電子選択要素がスリット開口を有することがさらに可能である。あるいは、第１の電子選択要素は円形開口を有し、第２の電子選択要素は、図７ｄまたは図７ｅによる選択用エッジ、すなわちナイフエッジを備える。
【００６７】
さらに、例えば、電子ビームが拡大する可能性を考慮に入れることができる。収差などのために電子ビームの形状が変形する場合、第２の電子選択要素の開口の形状をこの変形に適合させることがさらに可能である。
【００６８】
図７ａに、円形開口７０６を有する円板要素７０３を示す。円板要素７０２に当たるビームの部分を遮蔽することによってビームが整形される。第２の電子選択要素に関して、ｘ方向にエネルギーに依存して偏向される電子は、第２のエネルギー依存性選択要素の円板要素７０２によって部分的に遮蔽される。それによって、電子ビームのエネルギー幅を狭めることができる。
【００６９】
図７ｂに、スリット開口７０４を有する円形円板要素７０２を示す。モノクロメータ内では、このスリットはｙ方向に延びることになる。そのため、公称エネルギーを有する電子は、光軸からのｙ方向変位と無関係に、このスリットの中心を通過することができる。公称エネルギーからずれた電子は、ｘ方向に偏向され、そのため、円板要素７０２によって遮蔽されることになる。
【００７０】
このスリット開口を使用して、例えば、スリットの汚染された領域を避けることができる。スリットのある領域が汚染されている場合、この電子選択要素をｙ方向にずらすことができる。それによって、スリット開口７０４の汚染されていない異なる領域を使用し得る。
【００７１】
図７ｃに、円板要素７０２および短いスリット７０５を備えた電子選択要素５１４／５１６を示す。スリット７０５のｙ方向の長さはより短い。したがって、このスリットを通過する電子は、光軸からｙ方向にそれほどずれないはずである。上記を考慮すると、図７ｃの電子選択要素５１４／５１６は、電子エネルギー依存性かつ角度依存性の選択要素とみなし得る。開口手段５１４／５１６は、ｘ方向にはエネルギーに依存して、ｙ方向には角度に依存して電子を選択する。
【００７２】
図７ｄおよび図７ｅに関して別の実施形態を説明する。上記で説明した実施形態はすべて、少なくともｘの正負の方向に電子を選択するものであった。しかし、公称ビーム経路からｘの正または負の方向のいずれか一方にずれた電子のみを遮蔽する電子選択手段、すなわち選択用エッジを提供することも可能である。それによって、電子ビームを制限するエッジが１つだけ提供される。その２つの例が、要素５１４ａ／５１６ａおよび５１４ｂ／５１６ｂである。これらの要素はそれぞれ、中実部分７０８ａまたは７０８ｂを有する。中実部分７０８ａの右側を通過する電子はどれも遮蔽されず、中実部分７０８ｂの左側を通過する電子はどれも遮蔽されない。
【００７３】
図７ｄおよび図７ｅのコンポーネントは様々な実施形態で使用し得る。これらのコンポーネントは別々に使用することもできるし、組み合わせて使用することもできる。次に、図７ｄまたは図７ｅのコンポーネントの一方を利用する第１の実施形態を説明する。いずれの側の電子エネルギースペクトルを遮蔽すべきかに応じて、５１４／５１６ａまたは５１６ｂのいずれかの電子選択要素を使用し得る。電子選択用エッジは、電子エネルギースペクトルの低エネルギー部分または高エネルギー部分しか遮蔽し得ないが、以下で説明するように、これで十分なことがある。
【００７４】
現況技術に関して説明したように、例えば、１次電子ビームのエネルギー幅を狭めることが望ましい。この場合、このエネルギー幅は、主に放出器特性の影響を受ける。そのため、所望のエネルギー選択は、放出器特性によって決まる。ショットキ型放出器または冷電界型放出器などの一部の放出器の放出スペクトルは非対称である。すなわち、放出される電子のエネルギースペクトルは、放出ピークの一方の側が急峻に変化し、このピークの他方の側では、スペクトルの形状はテール状に延びている。放出スペクトルの一方の側のテール状の形状により、エネルギー幅ΔＥが左右される。そのため、このスペクトルのテール部を遮蔽すれば、エネルギー幅ΔＥを十分に狭めることができる。上記を考慮すると、電子を選択するのにエッジのみを使用することで十分なことがある。
【００７５】
次に、図７ｄおよび図７ｅの両方のコンポーネントを利用する第２の実施形態を説明する。これら２つの電子選択要素は、ｚ方向に互いに隣接するように位置決めされる。そのため、各要素を使用して、公称エネルギーからのずれに応じて電子が選択される。これら２つの要素を組み合わせることによって、スリット７０４と同等のスリットが形成される。しかし、維持するのがより簡単であり、汚染される傾向が小さいなどの理由から、２つの別々のコンポーネントを設けるほうを用いることになろう。
【００７６】
次に、図７ｄおよび図７ｅの両方のコンポーネントを利用する第３の実施形態を説明する。上記で説明した第２の実施形態を、以下のように発展させることができる。２つの別々の電子選択要素５１４／５１６ａおよび５１４／５１６ｂを使用する場合、各要素を互いに独立に調整することができる。
【００７７】
先に述べた電子エネルギー依存性選択要素の説明では、エネルギー幅ΔＥの調整には触れなかった。図５ａ〜図６ｂに関して説明した系では、電子選択要素４１６の幅をｘ方向に調整することによって、電子エネルギー幅ΔＥを調整する可能性が得られる。上記で説明した実施形態はすべて、開口幅変更手段を備えることができる。あるいは、それぞれ開口幅が固定の電子選択要素を、電子エネルギー幅を選択するために交換可能とし得る。
【００７８】
あるいは、またはそれに加えて、（図示しない）別の実施形態によれば、電子選択要素を移動可能とし得る。
【００７９】
図７ｄおよび図７ｅを参照して現在説明している実施形態では、電子選択要素のエッジをより容易に調整する可能性が得られる。さらに、互いに独立に選択要素を容易に調整する可能性が得られる。
【００８０】
図８ａに、それぞれの方法の流れ図を示す。方法ステップ８０１は、荷電粒子の生成を指す。荷電粒子が放出され、公称エネルギーＥｎに加速される。ここで、電子ビームのエネルギー幅はΔＥである。これらの電子は光学コラムを通過し、電子ビームエネルギー幅低減系の一部である多極子コンポーネントは、レンズによって照明される（ステップ８０２参照）。方法ステップ８０３によれば、これらの電子は、多極子コンポーネント内で偏向される。偏向角は、電子のエネルギーα（Ｅ）の関数である。このエネルギー依存性の偏向は、正のｘ方向に行われる。公称エネルギーＥｎを有する電子は、ｘ−ｚ面内では集束されず、ｙ−ｚ面では実質的に集束されない。それぞれのエネルギーに応じて偏向された電子は、電子エネルギー依存性選択コンポーネントによって選択される（ステップ８０４参照）。
【００８１】
図８ａの点線の矢印で示すように、上記で説明した方法をさらに拡張することができる。第１の測定モードに対応する第１の偏向α（Ｅ）および対応する荷電粒子選択の後で、偏向をαｉ（Ｅ）に改変することができる。この偏向の改変を利用して、荷電粒子ビームの電流またはエネルギー幅（それぞれの分解能）を制御することができる。このように、この装置を、第２の測定モード、または荷電粒子の偏向の改変によるさらに別の測定モードで動作させることができる。そのため、荷電粒子選択要素を機械的に調整する必要がない。
【００８２】
図８ｂで、この偏向を実現するために多極子を動作させる方法を説明する。方法ステップ８０３は、本質的に以下の２つのステップを含む。一方では、方法ステップ８０５によれば、ウィーンフィルタ要素を励磁する。他方では、方法ステップ８０６によれば、ｘ方向にウィーンフィルタ要素の集束効果が相殺され、ｙ方向に実質的に集束効果がないように４極子要素を励磁する。実質的に集束効果をなくすることは、複数の離散励磁値の１つを選択することによって実現し得る。
【００８３】
上記の方法を利用して、ガウス集束特性を有するウィーンフィルタ要素よりも励磁をさらに強め、それによって、分散をさらに強めることができる。
【００８４】
図９ａ〜図９ｃに、ウィーンフィルタ要素と４極子要素の組合せの異なる実施形態を示す。これらの図は、ｚ軸方向から見たものである。図９ａでは、静電極９０２および９０３がある。これらの極を使用してｘ方向に電界を生成する。一般にコイルによって励磁する磁極９１２および９１３を使用してｙ方向に磁界を生成する。これらの極９０２、９０３、９１２、および９１３により、双極子ウィーンフィルタ要素が形成される。
【００８５】
さらに、静電極９２２および９２３が設けられる。静電極９０２および９０３と合わせて、これらの静電極９２２および９２３により、ウィーンフィルタ要素のｘ方向の集束を補償するのに使用し得る静電気４極子が形成される。ウィーンフィルタ要素および４極子要素は極を共有する。そのため、これら２つの要素は、１つのコンポーネントとして提供される。それによって、構成および調整をさらに簡略化することができる。
【００８６】
（図示しない）代替実施形態では、ウィーンフィルタ要素の静電極と静電気４極子要素の静電極を分離することができる。ウィーンフィルタ要素の極と４極子要素の極を分離する可能なやり方は、図９ｂを参照してより容易に理解されよう。
【００８７】
図９ｂに、双極子ウィーンフィルタ要素（９０２、９０３、９１２、９１３）および磁気４極子９３２〜９３５を備えた実施形態を示す。磁気４極子要素によってｘ方向では集束せず、ｙ方向では集束するように、ウィーンフィルタ要素の極に対して磁気４極子の極を４５°回転させる。図９ｂの場合、ウィーンフィルタ要素および４極子要素を含む１つの多極子を設けるか、２つのコンポーネントを設けるかの２つの可能性があり得る。
【００８８】
図９ｃに、静電気−磁気組合せ型多極子の実施形態を示す。それによって、２つの静電極および２つの磁極により、双極子ウィーンフィルタが形成される。さらに、静電気および／または磁気による４極子場を生成し得る。さらに、荷電粒子ビームを試料に結像する際に導入される収差を補償するために、高次の多極子場を生成し得る。このビームを位置合わせするために追加の双極子場を生成することができる。
【００８９】
例えば、追加の双極子場を導入することによって荷電粒子ビームを位置合わせするために追加の多極子を使用することが可能である。図５ａおよび図６ａに関して説明したように、電子のｘ方向の位置により、電子選択要素５１６のところで電子が遮蔽されるか否かが決まる。そのため、電子ビームと追加の双極子要素の位置合わせを利用して、電子エネルギー幅低減系によって遮蔽されるエネルギーを選択することができる。
【００９０】
図１０ａ〜図１１ｂで、電子ビームエネルギー幅低減系を使用する電子ビームコラムの実施形態を説明する。これらの実施形態はすべて、電子ビームが放出器６から放出される電子ビームコラム１を示す。このコラムは、ハウジング２および試料チャンバ３を備え、これらはいずれも排気することができる。ほぼ光軸５に沿って進む電子ビームは試料４に当たる。
【００９１】
図１０ａでは、放出された電子は、陽極レンズ７によって加速され、この陽極レンズの下に第１のクロスオーバを形成する。照明レンズ１０１は、多極子コンポーネント１００を照明する。電子ビームの一部は、この多極子コンポーネントに入射する前に電子選択要素１０３によって遮蔽される。それによって、規定されたビーム形状が得られる。レンズ１０１は、生成されたクロスオーバが多極子コンポーネントの中央に位置するように多極子コンポーネント１００を照明する。多極子コンポーネント１００は、ｘ−ｚ面内では集束効果を示さず、ｙ−ｚ面では実質的に集束効果を示さない。したがって、励磁を強めて所望の分散を実現し得る。この分散のために偏向される電子は、電子エネルギー依存性選択要素１０４によって選択することができる。対物レンズ１０２を使用して、電子ビームを試料上に集束させる。特定の実施形態に無関係に、多極子コンポーネント１００は、双極ウィーンフィルタおよび静電４極子、双極ウィーンフィルタおよび磁気４極子、あるいは、少なくとも双極ウィーンフィルタの場および４極子の場を生成し得る他の任意の高次多極子コンポーネントを備える。さらに特定の実施形態に無関係に、ウィーンフィルタの場および４極子の場を生成する別々のコンポーネントを提供することもできるし、あるいは、ウィーンフィルタの場および４極子の場を生成する１つのコンポーネントを提供することもできる。
【００９２】
図１０ａの実施形態と異なり、図１０ｂの実施形態は、照明レンズ１０１の上に位置決めされた電子角度依存性選択要素１０３を備える。図１０ｂにはさらに、対物レンズ１０２の下に位置決めされた電子エネルギー依存性選択要素１０４を示す。
【００９３】
しかし、（図示しない）別の実施形態によれば、照明レンズ１０１の上に、開口のように働く電子選択要素１０３を備え、対物レンズ１０２の上に電子エネルギー依存性選択要素１０４を備えることも可能である。
【００９４】
図１１ａおよび図１１ｂに示す実施形態は、多極子要素１００の上に第１の拡大照明レンズ１０１を有し、第２の縮小レンズ１０２を有し、対物レンズ１０７を有する。
【００９５】
図１１ａに、多極子要素１００のすぐ隣にある電子選択要素１０３および１０４を示す。上に位置決めされた電子選択要素１０３は、電子角度依存性選択要素である。下に位置決めされた電子選択要素１０４は、電子エネルギー依存性選択要素である。
【００９６】
図１１ｂでは、第１の電子選択要素１０３は、第１のレンズ１０１の上に位置決めされ、第２の電子選択要素１０４は、第２のレンズ１０２の下に位置決めされる。この場合も、（図示しない）別の実施形態によれば、これらの電子選択要素はともに、それぞれのレンズの上に位置決めすることもできるし、それぞれのレンズの下に位置決めすることもできる。
【００９７】
図１０ａ、図１０ｂ、図１１ａ、および図１１ｂの実施形態では、第１および第２の電子選択要素を詳細に指定しなかった。図７ａ〜図７ｅに関して説明した実施形態および態様はすべて、エネルギーに依存性して、または角度に依存性して電子を選択するのに使用し得る。
【００９８】
図１０ａ〜図１１ｂを参照した上記の説明および本願で説明した他の実施形態からわかるように、エネルギー幅低減系は直線的な視覚系である。そのため、光軸とｚ軸は一致する。好ましくは、本願で開示する荷電粒子ビームエネルギー幅低減系は直線的な視覚系であるが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、この系に入射し、この系から出射するビームは、共通の真っ直ぐな光軸を共有する。そうではあるが、この系は、非直線的な視覚系とすることもできる。
【００９９】
このような系の例を以下に示す。例えば、イオン化分子の存在下では、これらのイオンは放出器の方向に加速され、放出器に衝突して放出器に損傷を与える恐れがある。非直線的な視覚系を使用すると、ビームの可能な曲がり方が、例えば電子とイオンで異なるので、これらのイオンが放出器に衝突しなくなる。例えば図１１ｃで、このような系を説明する。
【０１００】
図１１ｃは、概ね図１１ａに関連する。ただし、光軸５は真っ直ぐではない。集束的かつ分散的に作用する要素の場合、光軸を湾曲させることができる。放出器６から放出される電子は、多極子コンポーネント１００内でさらに偏向される。そのため、簡略化した考察によれば、光軸は、相互にわずかに傾いた２つの部分を有する。ウィーンフィルタ要素の場合、偏向角は、典型的には、０°よりも大きく、約３０°よりも小さくし得るはずである。電子ビームコラム内を放出器６に向かって加速されるイオン化された分子は、１次電子と同じビーム経路をたどらない。そのため、放出器の損傷を低減することができる。非直線的な視覚系を参照するこの態様は、上記で説明した実施形態のいずれかと組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】ウィーンフィルタおよびこのウィーンフィルタに入射する電子ビームのビーム経路の例をｘ−ｚ面内で示す概略側面図である。
【図２】ウィーンフィルタおよびこのウィーンフィルタに入射する電子ビームのビーム経路の別の例をｘ−ｚ面内で示す概略側面図である。
【図３】ウィーンフィルタ要素および４極子要素ならびにこの系に入射する電子ビームのビーム経路の２つの例をｘ−ｚ面内で示す概略側面図である。
【図４】図３に対応するｙ−ｚ面での概略側面図である。
【図５ａ】本発明による実施形態をｘ−ｚ面内で示す概略側面図である。
【図５ｂ】本発明による実施形態をｙ−ｚ面内で示す概略側面図である。
【図６ａ】ある実施形態をｘ−ｚ面内で示す概略側面図である。
【図６ｂ】ある実施形態をｙ−ｚ面内で示す概略側面図である。
【図７ａ】電子選択要素の実施形態の概略図である。
【図７ｂ】電子選択要素の実施形態の概略図である。
【図７ｃ】電子選択要素の実施形態の概略図である。
【図７ｄ】電子選択要素の実施形態の概略図である。
【図７ｅ】電子選択要素の実施形態の概略図である。
【図８ａ】荷電粒子ビームエネルギー幅を低減する方法を示す図である。
【図８ｂ】荷電粒子ビームエネルギー幅低減系のコンポーネントを動作させて分散を生成する方法を示す図である。
【図９ａ】ウィーンフィルタ要素および４極子要素をｚ軸方向から見た概略図である。
【図９ｂ】ウィーンフィルタ要素および４極子要素をｚ軸方向から見た概略図である。
【図９ｃ】ウィーンフィルタ要素および４極子要素をｚ軸方向から見た概略図である。
【図１０ａ】本発明による荷電粒子ビームエネルギー低減系を備えた荷電粒子ビームコラムの実施形態の例の概略側面図である。
【図１０ｂ】本発明による荷電粒子ビームエネルギー低減系を備えた荷電粒子ビームコラムの実施形態の例の概略側面図である。
【図１１ａ】本発明による荷電粒子ビームエネルギー低減系を備えた荷電粒子ビームコラムの実施形態の例の概略側面図である。
【図１１ｂ】本発明による荷電粒子ビームエネルギー低減系を備えた荷電粒子ビームコラムの実施形態の例の概略側面図である。
【図１１ｃ】荷電粒子ビームエネルギー幅低減系を備えた荷電粒子ビームコラムの実施形態の別の例の概略側面図である。
【図１２ａ】ウィーンフィルタおよび励磁条件の概略側面図である。
【図１２ｂ】ウィーンフィルタおよび励磁条件の概略側面図である。
【図１３ａ】ウィーンフィルタおよび励磁条件の概略側面図である。
【図１３ｂ】ウィーンフィルタおよび励磁条件の概略側面図である。
【図１４ａ】分散の計算結果を先行技術の系と本発明を比較して示す図である。
【図１４ｂ】分散の計算結果を先行技術の系と本発明を比較して示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸に沿ったｚ軸を伴う荷電粒子ビーム装置であって、
ｚ位置がｚｃであるクロスオーバを生成する第１のレンズ（１０１、５１０）と、
前記クロスオーバの後に位置決めされた第２のレンズ（１０２、５１２）と、
第１の面内で集束的かつ分散的に作用する要素（１１０、１００、５００）であり、その中心が本質的にｚ位置ｚｃにある、前記集束的かつ分散的に作用する要素と、
前記第１の面および第２の面内で作用する多極子要素（３１０、１００、５００）であり、その中心がｚ位置ｚｃにある、前記多極子要素と、
ビーム方向に前記集束的かつ分散的に作用する要素の前で位置決めされた第１の荷電粒子選択要素（１０３、５１４）と、
ビーム方向に前記集束的かつ分散的に作用する要素の後で位置決めされた第２の荷電粒子選択要素（１０４、５１６）と
を備える、荷電粒子ビーム装置。
【請求項２】
前記集束的かつ分散的に作用する要素はウィーンフィルタ要素である、請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項３】
前記第１の面はｘ−ｚ面である、請求項１または２に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項４】
前記第２の面はｙ−ｚ面である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項５】
前記第２の面は前記第１の面にほぼ直交する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項６】
前記第１の荷電粒子選択要素は、荷電粒子角度依存性選択要素であり、前記第２の荷電粒子選択要素は、速度依存性選択要素である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項７】
前記速度依存性選択要素は、エネルギー依存性選択要素として使用される、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記速度依存性選択要素は、質量依存性選択要素として使用される、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記第１の荷電粒子選択要素は、荷電粒子角度依存性選択要素であり、前記第２の荷電粒子選択要素は、速度および角度に依存する選択要素である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１０】
前記速度および角度に依存する選択要素は、エネルギーおよび角度に依存する選択要素として使用される、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記速度および角度に依存する選択要素は、質量および角度に依存する選択要素として使用される、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記集束的かつ分散的に作用する要素の場の領域の長さと前記多極子要素の場の領域の長さは本質的に同等である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１３】
前記集束的かつ分散的に作用する要素（１１０、１００、５００）および前記多極子要素（３１０、１００、５００）は、前記第１の面内で、励磁ｇｌの関数として厳密に増加する正規化された分散をもたらすのに適している、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１４】
前記集束的かつ分散的に作用する要素および前記多極子要素は、前記第１の面内で、少なくとも０．５である正規化された分散ｘｋ／ｌをもたらすのに適している、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１５】
前記第１のレンズ（１０１、５１０）は拡大レンズであり、前記第２のレンズ（１０２、５１２）は縮小レンズである、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１６】
前記第１および第２のレンズは液浸レンズであり、前記第１のレンズは、前記荷電粒子ビームを減速して前記集束的かつ分散的に作用する要素を通過させ、前記第２のレンズは、その後で前記荷電粒子ビームを加速する、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１７】
前記多極子要素および前記集束的かつ分散的に作用する要素は、１つの多極子コンポーネント（１００、５００）を構成する、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１８】
前記多極子要素は、磁気４極子要素（９３２、９３３、９３４、９３５）を備える、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１９】
前記磁気４極子要素の極は、前記集束的かつ分散的に作用する要素の極に関して４５°回転している、請求項１８に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項２０】
前記多極子要素は、静電気４極子要素（９０２、９０３、９２２、９２３）を備える、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項２１】
前記静電気４極子要素の極は、前記集束的かつ分散的に作用する要素の極に関して０°回転している、請求項２０に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項２２】
前記多極子コンポーネント内で、偏向または収差補正用の追加の要素が重ねられる、請求項１７〜２１のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項２３】
前記第１の荷電粒子選択要素は円形開口を有し、前記第２の荷電粒子選択要素はスリット開口を有する、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項２４】
前記第１の荷電粒子選択要素および前記第２の荷電粒子選択要素は円形開口を有する、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項２５】
前記第１のレンズ、前記第２のレンズ、前記集束的かつ分散的に作用する要素、および前記多極子要素は、直線的な視覚系または非直線的な視覚系を形成する、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項２６】
前記第１のレンズ、前記第２のレンズ、前記集束的かつ分散的に作用する要素、および前記多極子要素は、１次荷電粒子ビームの速度分布幅を低減するのに適している、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項２７】
前記第１のレンズ、前記第２のレンズ、前記集束的かつ分散的に作用する要素、および前記多極子要素は、１次荷電粒子ビームのエネルギー幅を低減するのに適している、請求項２６に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項２８】
前記第１のレンズ、前記第２のレンズ、前記集束的かつ分散的に作用する要素、および前記多極子要素は、荷電粒子をそれらの質量に応じて選択するのに適している、請求項２６に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項２９】
光軸に沿ったｚ軸、集束的かつ分散的に作用する要素、４極子要素、第１の荷電粒子選択要素、および第２の荷電粒子選択要素を備える荷電粒子ビーム速度分布幅低減系を使用する方法であって、
前記第１の荷電粒子選択要素によって荷電粒子を選択するステップと、
前記集束的かつ分散的に作用する要素および前記４極子要素を励磁するステップと、
第１の面内で集束効果がなく、第２の面内で実質的に集束効果がないように前記集束的かつ分散的に作用する要素および前記４極子要素の場の強さを調整するステップと、
前記第２の荷電粒子選択要素によって荷電粒子を選択するステップとを含む、方法。
【請求項３０】
前記荷電粒子ビーム速度分布幅低減系は、荷電粒子ビームエネルギー幅低減系として使用される、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記荷電粒子ビーム速度分布幅低減系は、荷電粒子ビーム質量選択系として使用される、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記集束的かつ分散的に作用する要素はウィーンフィルタ要素である、請求項２９〜３１のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系を動作させる方法。
【請求項３３】
前記第１の面はｘ−ｚ面である、請求項２９〜３２のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系を使用する方法。
【請求項３４】
前記第２の面はｙ−ｚ面である、請求項２９〜３３のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系を使用する方法。
【請求項３５】
前記第２の面は前記第１の面にほぼ直交する、請求項２９〜３４のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系を使用する方法。
【請求項３６】
前記調整ステップで、前記４極子要素の集束全体が前記荷電粒子ビームに実質的に影響を及ぼさないように、前記集束的かつ分散的に作用する要素の前記第１の面内での集束効果を補償し、前記４極子要素の前記第２の面内での集束効果を調整する、請求項２９〜３５のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系を使用する方法。
【請求項３７】
前記集束的かつ分散的に作用する要素および前記４極子要素の前記場の強さを、複数の離散値から選択される値に調整する、請求項２９〜３６のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系を使用する方法。
【請求項３８】
前記場の強さを強めて、少なくとも０．５の正規化された分散ｘｋ／ｌを実現するステップをさらに含む、請求項２９〜３７のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系を使用する方法。
【請求項３９】
前記集束的かつ分散的に作用する要素の場の領域の中心および前記４極子要素の場合の領域の中心のｚ位置に本質的に同等であるｚ位置を伴うクロスオーバが生成されるように、前記集束的かつ分散的に作用する要素および前記４極子要素を照明するステップをさらに含む、請求項２９〜３８のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系を使用する方法。
【請求項４０】
選択すべき前記荷電粒子の速度を選択し得るように、前記荷電粒子ビーム速度分布幅低減系内で前記荷電粒子ビームを位置合わせするステップをさらに含む、請求項２９〜３９のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系を使用する方法。
【請求項１】
光軸に沿ったｚ軸を伴う荷電粒子ビーム装置であって、
ｚ位置がｚｃであるクロスオーバを生成する第１のレンズ（１０１、５１０）と、
前記クロスオーバの後に位置決めされた第２のレンズ（１０２、５１２）と、
第１の面内で集束的かつ分散的に作用する要素（１１０、１００、５００）であり、その中心が本質的にｚ位置ｚｃにある、前記集束的かつ分散的に作用する要素と、
前記第１の面および第２の面内で作用する多極子要素（３１０、１００、５００）であり、その中心がｚ位置ｚｃにある、前記多極子要素と、
ビーム方向に前記集束的かつ分散的に作用する要素の前で位置決めされた第１の荷電粒子選択要素（１０３、５１４）と、
ビーム方向に前記集束的かつ分散的に作用する要素の後で位置決めされた第２の荷電粒子選択要素（１０４、５１６）と
を備える、荷電粒子ビーム装置。
【請求項２】
前記集束的かつ分散的に作用する要素はウィーンフィルタ要素である、請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項３】
前記第１の面はｘ−ｚ面である、請求項１または２に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項４】
前記第２の面はｙ−ｚ面である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項５】
前記第２の面は前記第１の面にほぼ直交する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項６】
前記第１の荷電粒子選択要素は、荷電粒子角度依存性選択要素であり、前記第２の荷電粒子選択要素は、速度依存性選択要素である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項７】
前記速度依存性選択要素は、エネルギー依存性選択要素として使用される、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記速度依存性選択要素は、質量依存性選択要素として使用される、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記第１の荷電粒子選択要素は、荷電粒子角度依存性選択要素であり、前記第２の荷電粒子選択要素は、速度および角度に依存する選択要素である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１０】
前記速度および角度に依存する選択要素は、エネルギーおよび角度に依存する選択要素として使用される、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記速度および角度に依存する選択要素は、質量および角度に依存する選択要素として使用される、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記集束的かつ分散的に作用する要素の場の領域の長さと前記多極子要素の場の領域の長さは本質的に同等である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１３】
前記集束的かつ分散的に作用する要素（１１０、１００、５００）および前記多極子要素（３１０、１００、５００）は、前記第１の面内で、励磁ｇｌの関数として厳密に増加する正規化された分散をもたらすのに適している、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１４】
前記集束的かつ分散的に作用する要素および前記多極子要素は、前記第１の面内で、少なくとも０．５である正規化された分散ｘｋ／ｌをもたらすのに適している、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１５】
前記第１のレンズ（１０１、５１０）は拡大レンズであり、前記第２のレンズ（１０２、５１２）は縮小レンズである、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１６】
前記第１および第２のレンズは液浸レンズであり、前記第１のレンズは、前記荷電粒子ビームを減速して前記集束的かつ分散的に作用する要素を通過させ、前記第２のレンズは、その後で前記荷電粒子ビームを加速する、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１７】
前記多極子要素および前記集束的かつ分散的に作用する要素は、１つの多極子コンポーネント（１００、５００）を構成する、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１８】
前記多極子要素は、磁気４極子要素（９３２、９３３、９３４、９３５）を備える、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１９】
前記磁気４極子要素の極は、前記集束的かつ分散的に作用する要素の極に関して４５°回転している、請求項１８に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項２０】
前記多極子要素は、静電気４極子要素（９０２、９０３、９２２、９２３）を備える、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項２１】
前記静電気４極子要素の極は、前記集束的かつ分散的に作用する要素の極に関して０°回転している、請求項２０に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項２２】
前記多極子コンポーネント内で、偏向または収差補正用の追加の要素が重ねられる、請求項１７〜２１のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項２３】
前記第１の荷電粒子選択要素は円形開口を有し、前記第２の荷電粒子選択要素はスリット開口を有する、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項２４】
前記第１の荷電粒子選択要素および前記第２の荷電粒子選択要素は円形開口を有する、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項２５】
前記第１のレンズ、前記第２のレンズ、前記集束的かつ分散的に作用する要素、および前記多極子要素は、直線的な視覚系または非直線的な視覚系を形成する、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項２６】
前記第１のレンズ、前記第２のレンズ、前記集束的かつ分散的に作用する要素、および前記多極子要素は、１次荷電粒子ビームの速度分布幅を低減するのに適している、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項２７】
前記第１のレンズ、前記第２のレンズ、前記集束的かつ分散的に作用する要素、および前記多極子要素は、１次荷電粒子ビームのエネルギー幅を低減するのに適している、請求項２６に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項２８】
前記第１のレンズ、前記第２のレンズ、前記集束的かつ分散的に作用する要素、および前記多極子要素は、荷電粒子をそれらの質量に応じて選択するのに適している、請求項２６に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項２９】
光軸に沿ったｚ軸、集束的かつ分散的に作用する要素、４極子要素、第１の荷電粒子選択要素、および第２の荷電粒子選択要素を備える荷電粒子ビーム速度分布幅低減系を使用する方法であって、
前記第１の荷電粒子選択要素によって荷電粒子を選択するステップと、
前記集束的かつ分散的に作用する要素および前記４極子要素を励磁するステップと、
第１の面内で集束効果がなく、第２の面内で実質的に集束効果がないように前記集束的かつ分散的に作用する要素および前記４極子要素の場の強さを調整するステップと、
前記第２の荷電粒子選択要素によって荷電粒子を選択するステップとを含む、方法。
【請求項３０】
前記荷電粒子ビーム速度分布幅低減系は、荷電粒子ビームエネルギー幅低減系として使用される、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記荷電粒子ビーム速度分布幅低減系は、荷電粒子ビーム質量選択系として使用される、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記集束的かつ分散的に作用する要素はウィーンフィルタ要素である、請求項２９〜３１のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系を動作させる方法。
【請求項３３】
前記第１の面はｘ−ｚ面である、請求項２９〜３２のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系を使用する方法。
【請求項３４】
前記第２の面はｙ−ｚ面である、請求項２９〜３３のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系を使用する方法。
【請求項３５】
前記第２の面は前記第１の面にほぼ直交する、請求項２９〜３４のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系を使用する方法。
【請求項３６】
前記調整ステップで、前記４極子要素の集束全体が前記荷電粒子ビームに実質的に影響を及ぼさないように、前記集束的かつ分散的に作用する要素の前記第１の面内での集束効果を補償し、前記４極子要素の前記第２の面内での集束効果を調整する、請求項２９〜３５のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系を使用する方法。
【請求項３７】
前記集束的かつ分散的に作用する要素および前記４極子要素の前記場の強さを、複数の離散値から選択される値に調整する、請求項２９〜３６のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系を使用する方法。
【請求項３８】
前記場の強さを強めて、少なくとも０．５の正規化された分散ｘｋ／ｌを実現するステップをさらに含む、請求項２９〜３７のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系を使用する方法。
【請求項３９】
前記集束的かつ分散的に作用する要素の場の領域の中心および前記４極子要素の場合の領域の中心のｚ位置に本質的に同等であるｚ位置を伴うクロスオーバが生成されるように、前記集束的かつ分散的に作用する要素および前記４極子要素を照明するステップをさらに含む、請求項２９〜３８のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系を使用する方法。
【請求項４０】
選択すべき前記荷電粒子の速度を選択し得るように、前記荷電粒子ビーム速度分布幅低減系内で前記荷電粒子ビームを位置合わせするステップをさらに含む、請求項２９〜３９のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム速度分布幅低減系を使用する方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図７ｃ】
【図７ｄ】
【図７ｅ】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【図９ａ】
【図９ｂ】
【図９ｃ】
【図１０ａ】
【図１０ｂ】
【図１１ａ】
【図１１ｂ】
【図１１ｃ】
【図１２ａ】
【図１２ｂ】
【図１３ａ】
【図１３ｂ】
【図１４ａ】
【図１４ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図７ｃ】
【図７ｄ】
【図７ｅ】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【図９ａ】
【図９ｂ】
【図９ｃ】
【図１０ａ】
【図１０ｂ】
【図１１ａ】
【図１１ｂ】
【図１１ｃ】
【図１２ａ】
【図１２ｂ】
【図１３ａ】
【図１３ｂ】
【図１４ａ】
【図１４ｂ】
【公表番号】特表２００７−５０５４５２（Ｐ２００７−５０５４５２Ａ）
【公表日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５２５７０９（Ｐ２００６−５２５７０９）
【出願日】平成１６年９月２日（２００４．９．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００４／００９７９６
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０２４８８９
【国際公開日】平成１７年３月１７日（２００５．３．１７）
【出願人】（５０１４９３５８７）アイシーティー インテグレーテッド サーキット テスティング ゲゼルシャフト フィーア ハルプライタープリーフテヒニック エム ベー ハー (25)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月２日（２００４．９．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００４／００９７９６
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０２４８８９
【国際公開日】平成１７年３月１７日（２００５．３．１７）
【出願人】（５０１４９３５８７）アイシーティー インテグレーテッド サーキット テスティング ゲゼルシャフト フィーア ハルプライタープリーフテヒニック エム ベー ハー (25)
【Ｆターム（参考）】
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