JP2022117446A - 像面傾斜を考慮して焦点設定を改良した多粒子ビーム顕微鏡及び関連の方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＨＶ構造を有する半導体ウェーハを検査する改良型の多粒子ビームシステム及びそれを操作する関連の方法を提供する。【解決手段】多粒子ビーム顕微鏡と、ある光学分解能で最適な焦点面を設定し且つ複数の一次ビームでテレセントリック照射を設定する関連の方法とに関する。物体表面を置く最適設定面を決定する方法が提案される。さらに、多数の一次ビームについて分解能の向上及びテレセントリック照射を容易にする手段が提案される。この手段は、個別一次ビームを目標通りに選択して目標通りに個別に影響を及ぼすこと及び／又は複数の一次ビームに一括して影響を及ぼす手段を含む。【選択図】図５

Description

本発明は、ＨＶ構造を有する半導体ウェーハを検査する多粒子ビーム顕微鏡に関する。

半導体コンポーネント等のより一層小さくより一層複雑な微細構造の継続的な開発に伴い、微細構造の小さな寸法を製造及び検査するためのプレーナ製造技術及び検査システムの開発及び最適化が必要とされる。例として、半導体コンポーネントの開発及び製造には、ウェーハの設計の監視が必要であり、プレーナ製造技術には、高スループットの確実な製造のためにプロセス監視及びプロセス最適化が必要である。さらに、リバースエンジニアリング及び半導体コンポーネントの顧客固有の個別構成のための半導体ウェーハの分析が近年要求されている。したがって、ウェーハの微細構造を高精度で検査するために高スループットで用いることができる検査手段が必要である。

半導体コンポーネントの製造に用いられる通常のシリコンウェーハは、直径３００ｍｍ以下である。各ウェーハは、８００ｍｍ^２以下のサイズを有する３０個～６０個の繰返し領域（「ダイ」）に細分される。半導体装置は、プレーナ集積技術によりウェーハの表面上に層状に製造された複数の半導体構造を含む。半導体ウェーハは、通常はその製造法ゆえに平面を有する。この場合の集積半導体構造の構造サイズは、数μｍ～限界寸法（ＣＤ）５ｎｍに及び、構造寸法は近い将来にはさらに小さくなるであろう。将来、構造サイズ又は限界寸法（ＣＤ）は、３ｎｍ未満に、例えば２ｎｍに、又はさらに１ｎｍより小さくなると予想される。小さな構造サイズの場合、限界寸法のサイズの欠陥を非常に大きな面積で素早く識別しなければならない。いくつかの用途では、検査デバイスによる測定の精度に対する仕様要件はさらになお高く、例えば２倍又は１桁高い。例として、半導体フィーチャの幅を１ｎｍ未満の、例えば０．３ｎｍの又はさらに小さな精度で測定しなければならず、半導体構造の相対位置を１ｎｍ未満の、例えば０．３ｎｍの又はさらに小さな重ね合わせ又はオーバーレイ精度で求めなければならない。

したがって、本発明の包括的な目的は、４ｎｍ未満、３ｎｍ未満、又はさらに２ｎｍ未満の分解能での半導体フィーチャの高精度測定を容易にする、荷電粒子を用いて動作する多粒子ビームシステム及び高スループットでこれを操作する関連の方法を提供することである。

マルチビーム走査電子顕微鏡は、荷電粒子システム（荷電粒子顕微鏡、ＣＰＭ）の分野で比較的新しい開発である。例として、マルチビーム走査電子顕微鏡は、特許文献１及び特許文献２に開示されている。マルチビーム電子顕微鏡又はＭＳＥＭの場合、フィールド又は格子状に配置された複数の個別粒子ビームを同時に試料に照射する。例として、４個～１０，０００個の個別電子ビームを一次放射線として供給することができ、各個別電子ビームは、１マイクロメートル～２００マイクロメートルのピッチで隣接する個別粒子ビームから分離される。例として、ＭＳＥＭは、例えば六角形格子又はラスタ状に配置された約Ｊ＝１００個の別個の個別電子ビーム（「ビームレット」）を有し、個別電子ビームは約１０μｍのピッチで分離される。複数Ｊ個の荷電個別粒子ビーム（一次ビーム）は、共通の対物レンズにより検査対象試料の表面に集束される。例として、試料は、可動ステージに組み付けられたウェーハホルダに固定された半導体ウェーハであり得る。一次個別粒子ビームでのウェーハ表面の照明中に、相互作用生成物、例えば二次電子又は後方散乱電子がウェーハの表面から生じる。それらの出発点は、複数Ｊ個の個別粒子ビームがそれぞれ集束した試料上の場所に対応する。相互作用生成物の量及びエネルギーは、材料組成及びウェーハ表面のトポグラフィに応じて変わる。相互作用生成物は、複数の二次個別粒子ビーム（二次ビーム）を形成し、これらは共通の対物レンズにより集光され、マルチビーム検査システムの投影結像系の結果として検出平面に配置された検出器へ指向される。検出器は、それぞれが複数の検出画素を含む複数の検出領域を含み、検出器は、Ｊ個の二次個別粒子ビームそれぞれの強度分布を測定する。その過程で、例えば１００μｍ×１００μｍの像視野のデジタル画像が得られる。

従来技術のマルチビーム電子顕微鏡は、一連の静電素子及び磁気素子を備える。静電素子及び磁気素子の少なくともいくつかは、複数の荷電個別粒子ビームの焦点位置及び非点収差補正に適合するために調整可能である。従来技術の荷電粒子を用いるマルチビームシステムはさらに、一次又は二次荷電個別粒子ビームの少なくとも１つのクロスオーバ面を備える。さらに、従来技術のシステムは、設定をより容易にするための検出系を備える。従来技術のマルチビーム粒子顕微鏡は、複数の一次個別粒子ビームにより試料表面の一領域を一括走査するための少なくとも１つのビーム偏向器（「偏向走査器」）を備える。複数の一次ビームは、試料表面の像視野にわたって平行に完全に掃引される。さらに、従来技術からのシステムは、一次ビームの束が一次ビームの束の発生デバイスから対物レンズへ誘導されて二次ビームの束が対物レンズから検出系へ誘導されるように構成されたビーム分割装置を備える。

さらに、特許文献３は、複数の粒子光学コンポーネントの設定パラメータの複雑な相互依存により、マルチビーム電子顕微鏡の１つの粒子光学特性のみの変化を得ることができることを開示している。特にマルチビーム電子顕微鏡の結像スケールが比較的大きく変わる場合、例えば、結像スケールの変化と同時に像面の相対位置、像回転、及び個々のビームレットのテレセントリシティ又は収束等の他の特性を一定に保つために、複数の粒子光学コンポーネントの設定パラメータ（例えば電流）を変える必要がある。この目的で、マルチビーム電子顕微鏡の粒子光学特性に対する設定パラメータの変化の効果を表す行列Ａが求められる。例として、感度行列とも称するこの行列Ａは、測定により求めることができる。この目的で、特許文献３は複数の適当なテストパターンを記載している。

マルチビーム電子顕微鏡及びこれを操作する方法に関するさらなる詳細は、特許文献４に記載されており、その開示を参照により本特許出願に完全に援用する。

ウェーハ検査用の走査型電子顕微鏡の場合、結像を高い信頼性で再現性よく実行できるように結像条件の安定を保つことが望ましい。スループットは、複数のパラメータ、例えばステージの速度及び新たな測定部位での再アライメントの速度、並びに単位取込み時間当たりの測定面積に応じて変わる。後者は、特に画素滞在時間、画素サイズ、及び個別粒子ビームの数により決まる。さらに、時間のかかる画像後処理がマルチビーム電子顕微鏡には必要な場合があり、例として、複数の画像サブ視野又はサブ視野からの像視野をまとめる（「スティッチング」）前に、マルチビームシステムの検出系による荷電粒子から発生した信号をデジタル補正しなければならない。

荷電個別粒子ビームシステムの従来のシステムは、分解能及びスループットに対する需要の高まりによりその限界に達している。例として、複数の一次ビームの最良焦点面を求めて設定する従来技術による方法は、スループットに悪影響を及ぼす。例として、特許文献５は、第１の設定パラメータを用いた第１の測定で物体特性を求め、第２の測定での物体の測定のために第２の設定パラメータをそこから導出することを記載している。例えば焦点位置及び非点収差補正等のビーム特性が、物体特性から求められる。しかしながら、この方法は、第１の測定をより高い分解能の第２の改善された測定より前に行わなければならないので、スループットを低下させる。これに対して、特許文献６は、付加的な非点収差一次ビームによる理想焦点面の設定を提案している。このプロセスも、特に比較的多数の一次ビームの場合には最良焦点面の理想的な設定を確保できなくなるが、それは、付加的なビームが配置される像視野の縁におけるビーム光学系の収差が、最良の相対焦点位置の精密な測定を妨げるからである。

複数の一次ビームの最良焦点面を求めて設定する以前の方法は、達成可能な分解能に悪影響を及ぼし、特に複数の一次ビームの像視野にわたる分解能の不利な分布につながる。この場合、最適焦点面は、ステージにより物体が運ばれる第１の平面を意味する。例として、上記特許文献５は、単純な湾曲像面を前提とする。近年の研究によれば、湾曲像面を考慮するだけでは、５ｎｍ未満の、例えば４ｎｍ又はさらに３ｎｍ未満の分解能要件を有する比較的高い要件を確実に満たすのに十分とはならない。特により高いスループットを得るための比較的多数の一次ビームの場合に、湾曲像面誤差に加えて、例えば像面傾斜が得られる分解能を制限する。像面傾斜に加えて、テレセントリシティ誤差又は物体面に対する垂線からの複数の一次ビームの角度偏差の結果としての誤差を考慮する必要がある。

したがって、上記のような背景の中で、またスループット／速度及び小型化が進む構造の精密な測定に対する需要が高まる中で、既存のシステムの改良が必要である。これは特に、ＨＶ構造を有する研磨されたウェーハ表面の検査に当てはまる。よって、システムドリフト等がないという全く非現実的な前提の下でも、従来技術からの方法を用いて関連の作動距離を有する既定の作動点で多電子顕微鏡を設定するだけでは十分ではない。その代わりに、複数の一次ビームの最適焦点面をより精密に設定しなければならず、それは、約１００μｍという大きな像視野を有するマルチビーム顕微鏡における最適焦点面のごく僅かな変化が分解能の低下につながるからである。

米国特許第７，２４４，９４９号明細書 米国特許出願公開第２０１９／０３５５５４４号明細書 独国特許出願公開第１０ ２０１４ ００８ ３８３号明細書 国際公開第２０２１／２３９３８０号 米国特許第１０，３８８，４８７号明細書 米国特許第９，０９９，２８２号明細書

したがって、本発明の目的は、ＨＶ構造を有する半導体ウェーハを検査する改良型の多粒子ビームシステム及びそれを操作する関連の方法を提供することである。後者の操作は、大きな像視野にわたって迅速且つ非常に精密であるべきである。半導体ウェーハの検査用の多粒子ビームシステムは、半導体ウェーハの検査部位の検査のために複数の荷電粒子ビームを並行して利用する荷電粒子ビームシステムである。

本発明のさらに別の目的は、焦点面の設定の改善、ひいては分解能の向上を容易にする、ＨＶ構造を有する半導体ウェーハを検査する多粒子ビームシステム及びそれを操作する関連の方法を提供することである。この場合、倍率、テレセントリシティ、及び回転等の他の粒子光学パラメータを非常に精密に一定に保つべきである。したがって、本発明の目的は、大きな像視野、５ｎｍ未満、好ましくは４ｎｍ未満、特に好ましくは３ｎｍ未満より良好な分解能、及び高スループットの非常に精密な高分解能画像記録を容易にする、多粒子ビームシステムを提供することである。

したがって、本発明のさらに別の目的は、焦点面のより精密な設定を容易にする、多粒子ビーム顕微鏡の改良型の制御系を利用可能にすることである。本発明のさらに別の目的は、５ｎｍ未満又はさらに３ｎｍ未満の分解能での平面状試料の測定の一定の分解能の向上を容易にする、多粒子ビーム顕微鏡の改良型のビーム光学系を提供することにある。

焦点面の設定時に生じるさらに別の目的は、できる限り均一な５ｎｍ未満、４ｎｍ未満、又はさらに３ｎｍ未満の高分解能のためのさらなる条件及び仕様に従うことである。試料に対する個別粒子ビームのランディング角は、例えば試料に対して事実上垂直でなければならない。さらに、半導体ウェーハは体系的な繰返し構造を有し、その測定結果は常に同じ品質で得られるべきなので、試料表面上の一次ビームの格子配置の向きを精密に保たなければならない。最後に、二次荷電粒子を結像する二次経路の光学ユニットも、優れた結像を得るために考慮しなければならない。

本発明のさらに別の目的は、製造公差により生じるマルチビーム顕微鏡の複数の一次ビームのビーム方向のずれを求める手段及び方法を提供することである。本発明のさらに別の目的は、機械的公差に関するマルチビーム顕微鏡の複数の一次ビームの平均ビーム方向を求める手段及び方法を提供することである。本発明のさらに別の目的は、マルチビーム顕微鏡の複数の一次ビームの平均ビーム方向に対して、試料又はウェーハを受ける変位ステージを位置合わせする手段及び方法を提供することである。

この目的は、独立特許請求項により達成される。本発明の有利な実施形態は、従属特許請求項から明らかである。

精度及び分解能の向上は、焦点面をさらに精密に設定する改良型の方法及び改良型の手段により達成されるので、５ｎｍ未満、４ｎｍ未満、又はさらに３ｎｍ未満の分解能での平面状試料のできる限り均一な測定の分解能が、１００μｍを超える大きな像視野内で容易になる。

第１の実施形態によれば、本発明は、複数Ｊ個の一次ビームを用いるマルチビーム粒子顕微鏡の最良焦点面を設定する方法であって、複数Ｊ個の一次ビームは格子配置で配置され、各一次ビームを走査偏向器により像視野の関連のサブ視野にわたってそれぞれ偏向させることができる方法において、変位ステージ又は位置決めデバイスを用いて第１のｚ位置ｚ（ｉ）＝ｚ１を有する第１の設定面に物体の表面を位置決めするステップＡを含む方法に関する。

本方法はさらに、フォーカスシリーズに適したパラメータを求めるステップＢを含み、ステップＢは、以下の要素：
－Ｊ個のサブ視野それぞれの中で適当な画像部分を決定すること、
－Ｊ個のサブ視野の画像部分からＬ個の選択画像部分を選択することであり、ここでＬ≦Ｊが選ばれ、選択一次ビームがＬ個の選択画像部分それぞれに割り当てられること、
－デジタル画像データの取得用及び選択画像部分内に配置されている物体の表面の部分のコントラスト測度の測定用のパラメータを規定すること、及びさらに
－ｉ＝２～Ｐ、ｄｚ（ｉ）＝ｄｚ（２）～ｄｚ（Ｐ）で一連のＰ個の増分ｄｚ（ｉ）を規定すること
を含むことができる。

ステップＢにより、最適設定面の決定を、例えばウェーハ等の物体の表面状態又は表面上の構造に確実に適合させることができる。例えばウェーハ検査作業の場合、ウェーハの表面上の構造は、ＣＡＤ情報若しくは設計情報又は以前の測定の結果として知られている場合があり、最適設定面の決定用のフォーカスシリーズのパラメータは、既知の情報に適合させることができる。

本方法はさらに、ｉ＝１～Ｐ個のｚ位置それぞれでＬ個のコントラスト測度Ｋ１（ｉ）～ＫＬ（ｉ）を測定するステップＣを含む。この場合、ステップＣは、以下の要素：
－ステップＢで規定されたパラメータに従って、Ｊ個のサブ視野それぞれの中のＪ個の画像部分のＪ個のデジタル画像データを取得すること、
－ステップＢで選択されたパラメータに従って、Ｌ個の選択画像部分を評価して、ｌ＝１個～Ｌ個のコントラスト測度Ｋ１（ｉ）、…、ＫＬ（ｉ）を求めること、
－Ｌ個のコントラスト測度Ｋ１（ｉ）～ＫＬ（ｉ）を制御ユニットに送信して、Ｌ個のコントラスト測度Ｋ１（ｉ）～ＫＬ（ｉ）を記憶すること
を含む。

この場合、Ｌ個のコントラスト測度の取込みは、比較的小さな画像部分で短期間に且つ選択画像部分のみで実施することができ、したがって例えばウェーハ検査作業のスループットを高めることができる。

本方法はさらに、第１の設定面を第２の又はさらなるｚ位置ｚ（ｉ＋１）＝ｚ（ｉ）＋ｄｚ（ｉ）の第２の又はさらなる設定面に変更するステップＤを含む。一例では、２つのｚ位置間の増分ｄｚ（ｉ）は同じ又は同一だが、２つのｚ位置間の増分ｄｚ（ｉ）を異なるように選択することもできる。

本方法はさらに、増分のフォーカスシリーズの最小数に達し且つ少なくともＰ個のコントラスト値Ｋｌ（１）、…Ｋｌ（Ｐ）がＬ個の選択画像部分それぞれで求められるまで、ステップＣ及びＤを繰り返すステップＥを含む。全体として、Ｐ個の異なるｚ位置におけるＬ個の選択画像部分に対して総計Ｌ×Ｐ個のコントラスト測度が求められる。

ここで、ステップＥにおいて、コントラスト測度が十分であり後続のステップによる最適焦点面の決定を可能にするか否か、又はさらに別のｚ位置でコントラストが量をさらに求めなければならないか否かのチェックを実行することができる。この場合、ｚ位置のシリーズは、少なくとも１～Ｐ１＝Ｐ＋１だけ増加させることができる。

本方法はさらに、選択画像部分の１つに割り当てられたＬ個の一次ビームそれぞれの最良焦点位置を求めて、Ｌ個の最良焦点位置から湾曲像面誤差及び像面傾斜を求めるステップＦを含む。

本方法はさらに、複数Ｊ個の一次ビームの最大限の数で所定の分解能基準が満たされるように最適焦点面を決定するステップＧを含む。

本方法はさらに、物体の表面がマルチビーム顕微鏡の新たな第１の設定面で再停止するように最適焦点面を新たな第１の設定面として変更し記憶するステップＨを含む。

第１の実施形態の一例はさらに、Ｌ個の選択一次ビームの上限及び下限の許容焦点ずれを求めることを含み、上限及び下限の許容焦点ずれは、一次ビームの収差が異なれば異なり得る。結果として確実なのは、最適焦点面の計算のための所定の分解能基準が最大限の数の一次ビームで最大限に満たされることである。

第１の実施形態の一例では、コントラスト測度を測定するためのパラメータは、コントラスト測度を求める方法の選択を含む。コントラスト測度を求める方法は、以下の方法の１つであり得る：スペクトル法、画像コントラスト、ヒストグラム法、エッジフィルタ、相対分布の方法、又は勾配法。場合によっては、異なる方法を相互に組み合わせることもできる。例として、選択画像部分に位置付けられた物体又はウェーハの構造に関する先験的情報に基づき、選択を実施することができる。

選択画像部分の数Ｌは、４個以上だが、一例ではＪ／２個以下である。一例では、選択部分の数Ｌは、４個～７個の選択部分及び４個～７個の割当て一次ビームを含む。これにより、例えば偏心球面を４個～７個の割当て一次ビームの４個～７個の理想焦点位置に近付けることにより、湾曲像面誤差及び像面傾斜を確実に求めることができる。一例では、コントラスト値の数Ｐは、Ｐ＝３～Ｐ＝７又は２＜Ｐ＜８の範囲である。これにより、ｚ位置にわたる分解能の放物線又は双曲線プロファイルを検出することができ、且つ例えば放物線近似により一次ビーム毎に最適焦点位置を決定できることが確実となる。

一連のＰ個の増分ｚｄ（ｉ）は、異なる又は同一の増分ｄｚ（ｉ）を含むことができ、事前情報を用いて選択することができる。例として、最良焦点面が基板表面の現在のｚ位置から短距離しか離れていないと考えられる場合、より小さな一定の増分ｄｚ（ｉ）＝ｄｚの、例えばＰ＝３～５の比較的短いシリーズを選択することが可能である。最良焦点面のｚ位置が未知である場合、より大きなシリーズ、例えばＰ≧５を選択することが可能であり、より大きな異なる増分を選んでもよく、例えばＰ＝７の場合は中間増分ｄｚ（４）を外側増分ｄｚ（１）又はｄｚ（７）より短くなるように選ぶことができる。

一例では、選択画像部分の数Ｌは、マルチビーム顕微鏡のデータ取得デバイスの利用可能な計算能力に従って制限される。例として、並列コンピュータアーキテクチャを用いて、例えば並列接続されたＲ個の画像デジタイザを用いて、複数Ｊ個の二次ビームのデータが取得され、画像デジタイザのそれぞれが複数の割当て二次ビームのデータを取得する。一例では、Ｊ＝１００及びＲ＝１０であり、選択画像部分の数Ｌは、Ｒ＝１０以下のＬ≦１０であるように選ばれる。他の例では、数Ｒは、一次ビームの数Ｊに対して特定の分割比、例えばＲ＞Ｊ／Ｕであり、ここでＵは、画像デジタイザの１つで取り込むことができ且つ１つの画像デジタイザに割り当てられる二次ビームの最大数に対応する。好ましくは、Ｕ＝１０以下、例えば８又は６である。

一例では、ステップＤにおける第１の設定面は、対物レンズの作動を変更することにより変更される。一例では、第１の設定面は、アクチュエータにより動かされる変位ステージにより物体の表面のｚ位置を変えることにより、ステップＤにおいて変更される。一例では、ステップＤにおける第１の設定面は、対物レンズの作動を変更すること及び変位ステージにより物体の表面の位置を変えることにより変更される。

一例では、対物レンズの作動の変更は、第１及び第２の電流の二乗和が一定であり且つ第１及び第２の電流の二乗差が変わるように２つの作動信号を変えることにある。したがって、対物レンズの一定の出熱が確保され、最適焦点面の特に精密な設定が容易になる。

一例では、像面傾斜用の補償器に対する作動信号が、ステップＦで求められた像面傾斜から求められ、像面傾斜用の補償器に供給される。一例では、湾曲像面誤差用の補償器に対する作動信号が、ステップＦで求められた湾曲像面誤差から求められ、湾曲像面誤差用の補償器に供給される。

一例では、ステップＧにおいて変位ベクトルが求められ、変位ベクトルは、既定の分解能基準を満たす一次ビームの数を増やすために一次ビームの格子配置に必要なオフセットを表す。一例では、一次ビームの数は複数Ｊ＞９０に対応し、Ｊ＞９０個の一次ビーム全てが、例えば４ｎｍ未満、好ましくは３ｎｍ未満の既定の分解能基準を満たす。

第２の実施形態は、第１の動作モードでマルチビーム粒子顕微鏡の像視野に配置された物体表面の部分のデジタル画像を確認するよう構成され、第２の動作モードで最良焦点面の設定のために第１の実施形態に記載の方法の１つを実行するよう構成された、マルチビーム粒子顕微鏡を開示する。マルチビーム粒子顕微鏡は、第１の動作モードから第２の動作モードに切替え可能に構成されたデータ取得デバイス及び走査偏向器を備える。第１の動作モードから第２の動作モードへのデータ取得デバイス及び走査偏向器の並行切替えにより、マルチビーム粒子顕微鏡は、第１の動作モードで画像記録を実行するか又は第２の動作モードで最適設定面を決定するよう構成される。最適設定面を決定するための測定系は、検出器及びデータ取得デバイスからなる画像記録系に対応する。マルチビーム粒子顕微鏡はさらに、変位ステージ及び対物レンズを少なくとも含む作動系を備える。一例では、マルチビーム顕微鏡はさらに、像面傾斜用の補償器又は湾曲像面誤差用の補償器を少なくとも備える。一例では、マルチビーム粒子顕微鏡はさらに、一次ビームの傾斜又はテレセントリシティ誤差用の補償器、又は変位ステージ用の傾斜デバイスを少なくとも備える。

第３の実施形態において、マルチビーム生成デバイスと、ビーム分割器と、対物レンズの対称軸を有する対物レンズとを備えたマルチビーム粒子顕微鏡が提供され、マルチビーム生成デバイスは、格子配置の複数Ｊ個の一次ビームを生成し、第１の設定面における複数Ｊ個の一次ビームの格子配置の交点は、対称軸に関して変位ベクトル分だけオフセットされる。第３の実施形態の一例では、マルチビーム生成デバイスは、複数Ｊ個の一次ビームを生成するための複数の開口を有する少なくとも１つの多孔プレートを有し、少なくとも１つの多孔プレートは、第１の設定面における複数J個の一次ビームの格子配置の交点が対称軸に関して変位ベクトル分だけオフセットされるように横方向にオフセットして配置される。一例では、マルチビーム粒子顕微鏡は、動作時に第１の設定面で複数Ｊ個の一次ビームを変位ベクトル分だけ一括して横方向にオフセットさせるよう構成された少なくとも１つの第１の偏向器を備える。複数の一次ビームの分解能に対する像面傾斜の効果は、一次ビームの格子配置の変位により低減する。

第４の実施形態において、マルチビーム生成デバイスと、ビーム分割器と、対物レンズの対称軸を有する対物レンズと、物体を位置決めする位置決めデバイスとを備えたマルチビーム粒子顕微鏡が提供され、位置決めデバイスは、可変傾斜デバイスを含み、マルチビーム粒子顕微鏡はさらに、複数Ｊ個の一次ビームの中間像面付近に第２の偏向器を備え、当該第２の偏向器は、動作時に位置決めデバイス上に位置する物体の表面に対する複数Ｊ個の一次ビームの入射角を変えて、傾斜デバイスによる位置決めデバイスの傾斜時に試料表面に対する位置ビームの入射角を事実上垂直にするように構成される。これにより、変位ステージの傾斜による変わりやすい像面傾斜の可変補償の場合でも、複数の一次ビームによる物体表面のテレセントリック又は垂直照明を確実に維持することができる。

第５の実施形態によれば、本発明は、ｘｙ平面に格子構成の複数Ｊ個の開口を含む像面傾斜用の可変補償器であって、上記開口は、動作時に格子構成で複数Ｊ個の一次ビームに影響を及ぼすよう構成され、複数Ｊ個の開口のそれぞれに、動作時にz方向に開口を通過する一次ビームの焦点位置を変えるよう構成された少なくとも１つの電極が設けられた可変補償器が提供される。複数の電極は、一次ビーム毎に各一次ビームの例えばｙ位置の一次関数としての焦点面の変化があるように設計及び相互接続され、焦点面の変化は、それを横断するｘ方向に一定である。したがって、１つの作動信号だけで単純且つ効果的に、一次ビームの生成デバイスにおいて像面の傾斜を可能にしておくことができ、例えば、像面傾斜の使用中の変化に適合させることができる。

したがって、第５の実施形態によるマルチビーム粒子顕微鏡は、マルチビーム生成デバイスと、ビーム分割器と、対物レンズとを備え、マルチビーム生成デバイスはさらに、ｘｙ平面に格子構成の複数Ｊ個の開口を有する像面傾斜用の補償器を含み、上記開口は、動作時に格子構成で複数Ｊ個の一次ビームに影響を及ぼすよう構成され、複数Ｊ個の一次ビームのそれぞれに、動作時にｚ方向に開口を通過する一次ビームの焦点面を変えるよう構成された少なくとも１つの電極が設けられ、複数の電極は、一次ビーム毎に各一次ビームの第１の横断方向に一次関数としての焦点面の変化があるように設計され、第１の横断方向に対して垂直に延びる第２の横断方向の焦点面の変化は一定である。この場合、像面傾斜用の補償器のｘｙ平面の向きは、動作時の対物レンズ１０２により一次ビームの格子構成の所定の回転を可能にするよう設計される。一例では、像面傾斜は、複数の一次ビームがビーム分割器を通過する際の電圧又は運動エネルギーの関数として補償器により設定される。本方法では、ビーム分割器により引き起こされ且つ複数の一次ビームの運動エネルギーに応じて変わる像面傾斜が補償される。

第６の実施形態によるマルチビーム粒子顕微鏡１は、受動的冷却で複数Ｊ個の一次ビームを精密に集束させる対物レンズを備え、対物レンズは、第１の抵抗Ｒ１を有する第１のコイル及び第２の抵抗Ｒ２を有する第２のコイルを含み、対物レンズは、動作時に第１の電流Ｉ１及び第２の電流Ｉ２で動作するよう構成され、出熱Ｑ＝Ｉ１^２×Ｒ１＋Ｉ２^２×Ｒ２は一定である。焦点面の変化は、２つの電流Ｉ１及びＩ２の差と、それによりコイルに生じる磁束とにより設定される。この場合、第２のコイルの磁束は、第１のコイルの磁束の方向とは逆である。一例では、第２のコイルは第１のコイルとは逆に延びる。一例では、対物レンズはさらに、冷却手段又は冷媒に対する接点の形態のヒートシンクを含む。この方法により確実になるのは、対物レンズの集束効果が精密に設定されることができ、特に、熱的変化又は変動を受けないことである。

第７の実施形態によれば、本発明は、複数Ｊ個の一次ビームを用いるマルチビーム粒子顕微鏡を較正する較正法に関する。第７の実施形態では、テレセントリック特性からのずれ及び平均ビーム角を求める較正法であって、変位ステージ又は位置決めデバイスを用いて第１のｚ位置ｚ（ｉ）＝ｚ１を有する第１の設定面に物体の表面を位置決めするステップＡを含む方法が提供される。一例では、物体は、例えば変位ステージに配置された較正物体である。別の例では、物体は、検査対象試料、例えばウェーハである。

一例では、較正法は、第１の実施形態のステップと同様のステップＢ～Ｈの要素をさらに含み、第１の実施形態の説明を参照されたい。

較正法はさらに、フォーカスシリーズに適したパラメータを求めるステップＢを含み、ステップＢは、以下の要素：
－Ｊ個のサブ視野それぞれの中で適当な画像部分を決定すること、
－Ｊ個のサブ視野それぞれの画像部分からＬ個の選択画像部分を選択することであり、ここでＬ≦Ｊが選ばれ、選択一次ビームがＬ個の選択画像部分それぞれに割り当てられること、
－デジタル画像データの取得用のパラメータを規定すること、及びさらに
－ｉ＝１～Ｐ、ｄｚ（ｉ）＝ｄｚ（１）～ｄｚ（Ｐ）で一連のＰ個の増分ｄｚ（ｉ）を規定すること
を含む。

ステップＢは、テレセントリシティ誤差を求めることができることを確実にする。例えばウェーハ検査作業の場合、ウェーハの表面上の構造は、ＣＡＤ情報若しくは設計情報又は以前の測定から既知である場合があり、テレセントリシティ誤差を求めるためのフォーカスシリーズのパラメータを既知の情報に適合させることができる。例として、較正物体に基づく較正の場合、較正物体のＣＡＤ情報又は設計情報が既知であり、それに従って画像部分を選ぶことができる。

本方法はさらに、ステップＣにおいて、ｉ＝１～Ｐ個のｚ位置それぞれでＬ個のデジタル画像データを取得することを含む。この場合、ステップＣは、以下の要素：
－ステップＢで規定されたパラメータに従って、Ｊ個のサブ視野それぞれの中のＪ個の画像部分のＪ個のデジタル画像データを取得すること、
－デジタル画像データをメモリユニットに記憶すること
を含む。

較正法はさらにステップＴを含み、これは、少なくとも２つの異なる焦点位置又はｚ位置でｌ番目の選択画像部分の記憶された画像データから相対横方向オフセットを求めること、及び相対横方向オフセット及びｚ位置間の距離から、ｌ番目の選択画像部分に割り当てられたｌ番目の一次ビームのｌ番目のビーム角を求めることを含む。一例では、相対横方向オフセットは、選択画像部分の２つのデジタル画像データ間の相関により求められる。

較正法はさらにステップＹを含み、これは、複数の一次ビームのビーム角を評価すること及びマルチビーム粒子顕微鏡のテレセントリシティ誤差を求めることを含む。テレセントリシティ誤差を求めるための特に精密且つ高速な方法は、第７の実施形態による較正法で得られる。しかしながら、さらに他のビーム収差を求めることも可能である。

一例では、一次ビームの平均ビーム角が求められ、平均ビーム角からの少なくとも選択一次ビームのビーム角の相対偏差が求められる。

一例では、求められたテレセントリシティ誤差から情報が導出され、マルチビーム顕微鏡の制御ユニットに供給される。一例では、情報は、テレセントリシティ誤差の少なくとも部分的な補償のための制御変数を含む。一例では、制御変数は、対物レンズ、ビーム分割器、偏向器、又は変位ステージに対する少なくとも１つの制御信号を含む。

一例では、較正法はさらにステップＷを含み、これは、例えばテレセントリシティ誤差の原因を突き止めるための試料表面又は設定面の相対位置の少なくとも１つの変更を含む。例として、テレセントリシティ誤差には以下の原因があり得る：対物レンズの光軸の傾斜、対物レンズのコンポーネントの傾斜、マルチビーム粒子顕微鏡の電磁素子を通る荷電粒子ビームレットの軸外ビーム経路、試料又はウェーハのくさび角、変位ステージ又は変位ステージのｚ軸の傾斜。

一例では、ステップＷは、マルチビーム顕微鏡の光学コンポーネントを較正するためのさらなる変更を含む。例えば、静電偏向器の作動信号が変更される。例えば、静電偏向器の効果をそれにより較正することができる。

一例では、第７の実施形態による第１の較正法が較正物体で実行された後に、第７の実施形態による第２の較正法が試料又はウェーハで実行される。このように、例えば試料のくさび角を取り込み考慮することが可能である。

一例では、較正法はさらに、選択一次ビームのｚプロファイルを求めることを含み、これは、選択一次ビームの最適焦点位置、選択一次ビームの焦点領域のｚ範囲、最小スポット範囲、又は選択一次ビームの焦点領域の上ｚ位置又は焦点領域の下ｚ位置から選択された変数を求めることを少なくとも含む。本方法は、求められた変数をマルチビーム顕微鏡の制御ユニットに記憶することを含む。一例では、較正法は、湾曲像面誤差及び像面傾斜を求めることを含む。このように、選択一次ビームの焦点領域を取り込み、第１の実施形態の方法による最良設定面のその後のモデルベースの計算にそれらを用いることが例えば可能である。

実施形態のいずれか１つによる複数Ｊ個の一次ビームを用いるマルチビーム粒子顕微鏡は、第１又は第２の動作モードでマルチビーム粒子顕微鏡を操作するよう構成されたコントローラ又はコンピュータシステムを収容する。この場合、マルチビーム粒子顕微鏡は、並列接続された第２の複数Ｒ個の画像デジタイザに結合された第１の複数Ｊ個の検出器からなるデータ取得デバイスと、電磁偏向素子及び走査エレクトロニクスからなる一括ビーム偏向器とを備える。第１の動作モードにおいて、コントローラは、データ取得デバイス及び一括走査偏向器での画像データ取得を制御して、基板表面の連続部分のデジタル画像を取り込ませる。第２の動作モードにおいて、コントローラは、データ取得デバイス及び一括ビーム偏向器からなる測定部材を制御する。さらに、コントローラは、第１の設定面を位置決めするための位置決め制御素子を制御する。コントローラのコンピュータシステムは、最適焦点面を決定するアルゴリズムの実行に適したプロセッサ及びメモリを含む。第１又は第７の実施形態の例による第２の動作モードの実行に適したソフトウェアコードが、コントローラのメモリに記憶される。具体例では、最終制御素子が対物レンズにより提供される。付加的な最終制御素子、例えば第１の静電偏向器、第２の静電偏向器、又は像面傾斜用の補償器も同様に設けることができる。

一例では、並列接続された第２の複数Ｒ個の画像デジタイザを有するデータ取得デバイスが、第１の動作モードから第２の動作モードに切替え可能に構成される。第１の動作モードでは、並列接続された第２の複数Ｒ個の画像デジタイザを有するデータ取得デバイスは、基板表面の連続部分のデジタル画像を取り込むための複数の画像データ点を取得して記憶し、デジタル画像は、相互に隣接して相互に少なくとも部分的に重なり合うＪ個のサブ視野からなり、Ｊ個のサブ視野それぞれがＪ個の一次ビームの１つに割り当てられる。第２の動作モードでは、並列接続された第２の複数Ｒ個の画像デジタイザを有するデータ取得デバイスは、Ｌ個の選択部分の画像データ点を取得してＬ個の選択部分の画像データ点からコントラスト測度を計算するよう構成される。

本発明による実施形態は、測定部材の追加の必要がないという点で有利である。コントローラ、データ取得デバイス、及び一括走査偏向器の切替え可能な構成により、データ取得デバイス及び一括走査偏向器は、基板表面の一部のデジタル画像を取り込む素子及び測定部材の素子の両方となり得る。測定部材は、理想又は最適焦点面を決定するための測定データを生成するよう構成される。しかしながら、従来技術に比べて、非点収差補助ビームが焦点の設定に用いられない。したがって、焦点面の最適設定を、例えば５ｎｍ未満の、好ましくは４ｎｍ未満又はさらに低い必要分解能での結像に設定することができる。

さらに、湾曲像面誤差に加えて、ビーム分割器を有するマルチビーム粒子顕微鏡の像面傾斜は、マルチビーム粒子顕微鏡の動作条件の関数として測定される。この場合、動作条件は、一次ビームの運動エネルギー、マルチビーム粒子顕微鏡の結像スケール又は開口数の設定、又は粒子流を含み得る。

評価の仕方に応じて、オートフォーカスアルゴリズムは、測定データから最適焦点面を計算し、例えば対物レンズ又は変位ステージを駆動するために最適焦点面に基づき焦点補正素子制御信号を生成するよう構成される。結果として、変位ステージでウェーハの表面が位置決めされる第１の設定面の相対位置が変更される。対物レンズの作動は、一定の発熱で対物レンズにおいて焦点の変化が得られるように実施することができる。変位ステージの位置決めは、変位ステージの傾斜を含み得る。これらの設定が一次経路について実施されると、二次経路が任意に更新される。

本発明の各実施形態及び例では、複数の一次ビームの場合に、５ｎｍ未満、好ましくは４ｎｍ未満、好ましくは３ｎｍ未満の既定の分解能が多数のＪ＞９０個の一次ビームで達成されるように、像面又は第１の設定面が最適に求められ設定されること確実となる。実施形態、特に第１の実施形態と第５の実施形態とを組み合わせることにより、特にＪ＞９０で複数の一次ビームを増加させることが可能であると同時に、４ｎｍ未満又はさらに３ｎｍ未満の均一な分解能がＪ＞９０個の一次ビーム全てにより達成される。

本発明の上記実施形態は、結果として技術的矛盾が生じなければ、相互に完全に又は部分的に組み合わせることができる。

添付図面を参照すれば、本発明の理解がさらに深まるであろう。

マルチビーム粒子顕微鏡の概略図である。 マルチビーム粒子顕微鏡の概略図である。 マルチビーム粒子顕微鏡のウェーハ上の検査部位とサブ視野を有する複数の像視野とを示す。 焦点面を通した一次粒子ビームの焦点プロファイルを示す。 最良又は最適焦点面を設定する方法を示す。 像視野の選択画像部分を示す。 第１の例による最適焦点面の決定及び設定の結果を示す。 複数の一次ビームを横方向にオフセットさせた、第２の例による最適焦点面の設定の結果を示す。 像面を傾斜させた、第３の例による最適焦点面の設定の結果を示す。 マルチビーム粒子顕微鏡の一実施形態の概略図を示す。 像面傾斜を利用可能にするための補償器の断面を示す。 出熱が不変の可変フォーカルパワーを有する対物レンズを示す。 テレセントリシティ誤差を求めるための較正法を示す。

以下では、本文中に明記されなくても同じ参照符号は同じ特徴を示す。

図１は、複数の粒子ビームを用いるマルチビーム粒子顕微鏡１の形態の粒子ビームシステム１の概略図である。粒子ビームシステム１は、検査対象の物体７から生じてその後に検出される相互作用生成物、例えば二次電子を生成するために、その物体７に入射する複数Ｊ個の粒子ビーム３を生成する。粒子ビームシステム１は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）タイプであり、複数の場所で物体７の表面に入射して相互に空間的に離れた複数の電子ビーム点又はスポット５をそこで生成する複数の一次粒子ビーム３を用いる。検査対象の物体７は、任意の所望のタイプ、例えば半導体ウェーハ、特にＨＶ構造を有する（すなわち、水平及び／又は垂直構造を有する）半導体ウェーハ、又は生体試料とすることができ、小型化素子等の配置を含むことができる。物体７の表面は、対物レンズ系１００の対物レンズ１０２の第１の平面１０１（物体面）に配置される。

図１の拡大詳細図Ｉ_１は、入射場所５の正矩形視野又は格子配置１０３が形成された第１の平面又は物体面１０１の平面図を示す。図１において、入射場所の数は２５個であり、５×５視野１０３を形成する。入射場所の数Ｊ＝２５は、説明の単純化の理由から選択された数である。実際には、ビームの数Ｊ、したがって入射場所の数は、大幅に多く、例えばＪ＝１０×１０、Ｊ＝２０×３０、又はＪ＝１００×１００等になるよう選ぶことができる。

図示の実施形態において、入射場所又は焦点５の視野１０３は、隣接する入射場所間が一定のピッチＰ_１である実質的に正矩形の視野である。ピッチＰ_１の例示的な値は、１マイクロメートル、１０マイクロメートル、又は４０マイクロメートルである。しかしながら、格子配置１０３が他の対称性、例えば六方対称性又は放射状配置の個別ビームの配置を有することも可能である。

第１の平面１０１で整形された最小ビームスポット又は焦点５の直径は小さくなり得る。上記直径の例示的な値は、４ナノメートル未満、例えば３ｎｍ以下である。ビームスポット５を整形するための一次粒子ビーム３の集束は、例えば対物レンズ系１００により実行される。この場合、対物レンズ系１００は、例えば磁界界浸型レンズ１０２を含むことができる。集束手段のさらなる例は、独国特許第１０２０２０１２５５３４号及び２０２１年９月２２日に出願されたＰＣＴ／ＥＰ２０２１／０２５３５９号に記載されており、その全内容を本開示に援用する。

物体７に入射した一次粒子３は、相互作用生成物、例えば、二次電子、後方散乱電子、又は他の理由で運動の逆転を起こした一次粒子を生成し、これらが物体７の表面から生じる。物体７の表面から生じる相互作用生成物は、対物レンズ１０２により整形されて二次粒子ビーム９を形成する。粒子ビームシステム１は、複数の二次粒子ビーム９を検出器系２００へ誘導する粒子ビーム経路１１を提供する。検出器系２００は、二次粒子ビーム９を粒子マルチ検出器２０９へ指向させる少なくとも１つの投影レンズ２０５を有する粒子光学ユニットを含む。

図１の詳細図Ｉ_２は、二次粒子ビーム９が場所２１３で入射する粒子マルチ検出器２０９の個々の検出領域が位置付けられた平面２１１の平面図を示す。入射場所２１３は、相互に対して規則的なピッチＰ_２で視野２１７に置かれる。ピッチＰ_２の例示的な値は、１０マイクロメートル、１００マイクロメートル、又は２００マイクロメートルである。

一次粒子ビーム３は、少なくとも１つの粒子源３０１（例えば、電子源）、少なくとも１つのコリメーションレンズ３０３、多孔装置３０５、及び視野レンズ３０７、又は複数の視野レンズからなる視野レンズ系を備えたビーム生成装置３００で生成される。粒子源３０１は、少なくとも１つの発散粒子ビーム３０９を生成し、これは、多孔装置３０５を照明するビーム３１１を整形するために少なくとも１つのコリメーションレンズ３０３によりコリメート又は少なくとも実質的にコリメートされる。

図１の詳細図Ｉ_３は、多孔装置３０５の平面図を示す。多孔装置３０５は、格子配置３１９の複数の開口又は開孔３１５が形成された少なくとも１つの多孔プレート３１３を含む。開口３１５の中心点３１７は、物体面１０１の焦点５により形成された視野１０３に結像される格子配置３１９に配置される。開孔３１５の中心点３１７間のピッチＰ_３の例示的な値は、５マイクロメートル、１００マイクロメートル、又は２００マイクロメートルであり得る。開孔３１５の直径Ｄは、開孔の中心点間のピッチＰ_３より小さい。直径Ｄの例示的な値は、０．２×Ｐ_３、０．４×Ｐ_３、又は０．８×Ｐ_３である。

照明粒子ビーム３１１の粒子は、開孔３１５を通過して複数Ｊ個の粒子ビーム３を形成する。プレート３１３に入射した照明ビーム３１１の粒子は、プレート３１３に吸収されて一次ビーム３の形成に寄与しない。

印加される静電界により、多孔装置３０５は、ビーム焦点３２３が中間像面３２５に形成されるように一次ビーム３のそれぞれを集束させる。代替として、ビーム焦点３２３は仮想的であり得る。ビーム焦点３２３の直径は、例えば１０ナノメートル、１００ナノメートル、及び１マイクロメートルであり得る。

視野レンズ３０７及び対物レンズ１０２は、ビーム焦点３２３が形成される平面３２５を第１の平面１０１に結像して入射場所又は焦点５の視野１０３がそこに生じるようにするための第１の結像粒子光学ユニットを提供する。物体７の表面１５が第１の平面１０１に配置されている場合、焦点５も対応して物体表面１５に形成される（図３も参照）。

対物レンズ１０２及び投影レンズ装置２０５は、第１の平面１０１を検出平面２１１に結像するための第２の結像粒子光学ユニットを提供する。よって、対物レンズ１０２は第１及び第２の粒子光学ユニット両方の一部であるレンズ又はレンズ系だが、視野レンズ３０７は第１の粒子光学ユニットのみに属し、投影レンズ２０５は第２の粒子光学ユニットのみに属する。

ビーム分割器４００が、視野レンズ３０７と対物レンズ系１００との間の第１の粒子光学ユニットのビーム経路に配置される。ビーム分割器４００は、対物レンズ系１００と検出器系２００との間のビーム経路の第２の光学ユニットの一部でもある。

こうしたマルチビーム粒子ビームシステム及びそこで用いられるコンポーネント、例えば粒子源、多孔プレート、及びレンズ等に関するさらなる情報は、国際特許出願である特許文献１、国際公開第２００７／０２８５９５号、国際公開第２００７／０２８５９６号、国際公開第２０１１／１２４３５２号、及び国際公開第２００７／０６００１７号、並びに独国特許出願第１０ ２０１３ ０２６ １１３号、特許文献３、及び独国特許出願第１０ ２０１３ ０１４ ９７６号から得ることができ、上記出願の開示の全範囲を参照により本願に援用する。

多粒子ビームシステムは、多粒子ビームシステムの個々の粒子光学コンポーネントを制御するよう構成され且つマルチ検出器２０９により得られた信号を評価及び解析するよう構成されたコンピュータシステム又は制御システム１０をさらに備える。この場合、制御又はコントローラシステム１０は、複数の個別コンピュータ又はコンポーネントから構成され得る。

図２は、マルチビーム粒子顕微鏡１の断面を用いてマルチビーム粒子顕微鏡１のさらなる態様、特にビーム分割器４００及びビーム偏向器５００の態様を概略的に示す。一次ビームの粒子光学ビーム経路を図２に参照符号３の破線で概略的に示す。粒子ビームは、磁気光学コンデンサレンズ系３０３を有するビーム生成装置を通過した後に、多孔装置３０５に入射する。多孔装置３０５から生じた複数の一次ビーム３は、続いて磁気光学視野レンズ系３０７を通過した後に、磁気光学ビーム分割器４００に入る。このビーム分割器４００は、図示の例ではＹ字形の実施形態及び３つの肢４６１、４６２、及び４６３を有するビーム管装置４６０を含む。ここで、磁気セクタ４１０、４２０を保持するための２つの平坦な相互接続構造に加えて、ビーム分割器４００は、上記構造に収容又は固定された第１及び第２の磁気セクタ４１０及び４２０を含む。ビーム分割器４００を通過後に、第１の粒子ビームは走査検出器５００を通過してから粒子光学対物レンズ１０２を通過した後に、上記一次粒子ビーム３は、物体７、この場合はＨＶ構造を有する半導体ウェーハの表面１５に入射する。この場合、ＨＶ構造は、半導体構造の主に水平又は垂直のプロファイルを示す。この場合、半導体ウェーハ７は、対物レンズの下方の変位ステージ６００により位置決めされる。変位ステージは、物体面又は第１の平面１０１に試料７の表面１５を６自由度で位置決めすることができる６軸変位ステージであり得る。この場合、ｚ方向の位置精度は５０ｎｍ未満、例えば３０ｎｍよりも良好である。

一次ビーム３のこの入射の結果として、二次粒子、例えば二次電子が物体７から放出される。これらの二次粒子は、第２の粒子ビーム９を形成し、これに第２の粒子光学ビーム経路９が割り当てられる。物体７から出た後に、第２の粒子ビーム９は、最初に粒子光学対物レンズ１０２を通過し、続いて走査偏向器５００を通過した後に、上記第２の粒子ビームはビーム分割器４００に入る。続いて、第２の粒子ビーム９は、ビーム分割器４００から出て投影レンズ系２０５（非常に簡単に示す）を通過し、静電素子２６０を通過してから粒子光学検出ユニット２０９に入射する。この場合、静電素子２６０はいわゆるアンチスキャンを表し、検出ユニット２０９への入射時の二次ビーム９の走査運動の発生を補償する。

検出ユニット２０９は、データ取得デバイス２８０に接続される。複数Ｊ個の二次ビームに関するデータの取得は、例えば並列コンピュータアーキテクチャにより実施される。データ取得デバイス２８０は、並列接続されたＲ個の画像デジタイザ２８５．１～２８５．Ｒを含み、これらは例えば並列接続されたＲ個のＡＳＩＣとして設計することができる。各画像デジタイザ２８５．１～２８５．Ｒは、検出ユニット２０９により検出された複数の割当て二次ビームのアナログ画像データを取得し、これらをデジタル画像データに変換する。一例では、Ｊ＝１００及びＲ＝１０であり、１０個の二次ビームの信号が各画像デジタイザ２８５に割り当てられる。

図２に示すマルチビーム粒子ビームシステム１において、試料７は、最初に一次粒子を減速させ、次に試料からの二次粒子を加速させる電位にある。試料電位６０５を設定するために、試料又はウェーハ７の収納ステージは、制御ユニット１０に接続される。

図３を参照して、ウェーハ検査の方法を説明する。ウェーハの上側１５が、マルチビーム顕微鏡１の第１の平面又は物体面１０１に配置される。本発明によれば、ウェーハは、この場合は複数の一次ビーム３の最適焦点面に配置される。この例では、複数の一次ビーム３は矩形のビーム格子を有する。複数の一次ビーム３で走査される第１の像視野１７．１の中心２１．１は、この場合は対物レンズ１０２の対称軸と略一致する。像視野１７．１～１７．ｋは、ウェーハ検査作業の異なる検査部位に対応する。例として、既定の第１の検査部位３３及び第２の検査部位３５が、制御ファイルから読み取られる。この例の第１の検査部位３３は、第１の中心位置２１．１及び第２の中心位置２１．２を有する複数の像視野１７．１及び１７．２に分割される。続いて、第１の像視野１７．１の第１の中心位置２１．１が、最初に対物レンズ１０２の軸下に位置合わせされる。この場合、ウェーハの座標系を検出する方法及びウェーハを位置合わせする方法は、従来技術から既知である。

複数Ｊ個の一次ビーム３は、続いてそれぞれ小さなサブ視野３１．１１～３１．ＭＮにわたって走査偏向器５００によりまとめて偏向され、本方法では、各ビームが異なるサブ視野、例えばサブ視野３１．ｍｎ又はサブ視野３１．ｍ（ｎ＋１）を走査する。例示的な走査パターン２７．１１及び２７．ＭＮを、第１のサブ視野３１．１１及び最後のサブ視野３１．ＭＮに概略的に示す。さらに、例示的に、異なる一次ビームそれぞれの焦点５．１１、…、５．ＭＮを、割り当てられたサブ視野の左上角にそれぞれ示す。さらに、サブ視野３１はそれぞれが中心を有し、サブ視野３１．ｍｎの中心２９．ｍｎには、例示的に十字を記す。

ここで、複数のサブ視野３１．１１、…、３１．ＭＮは、焦点５．１１～５．ＭＮを有する複数Ｊ個の一次ビームによりそれぞれ並行して走査され、Ｊ個のサブ視野３１．１１～３１．ＭＮのそれぞれでデジタル画像データ記録が取得され、各画像データ記録は、例えば８，０００×８，０００画素を含むことができる。この場合、画素サイズは、規定のもので例えば２ｎｍ×２ｎｍとすることができる。しかしながら、４，０００×４，０００画素及び１０，０００×１０，０００画素を超える異なる画素数も可能であり、例えば３ｎｍ、１ｎｍ以下の他の画素サイズを設定することができる。第１の像視野１７．１のデジタル画像データが取得されると、第１の像視野１７．１の個々のサブ視野３１．１～３１．ＭＮの画像データを合成して画像データ記録が形成される。続いて、第２の像視野１７．２が対物レンズ１０２の軸下に位置決めされ、第２の像視野１７．２のデジタル画像データが取得される。この手順は、例えば像視野１７．ｋを有する検査部位３５で続けられる。当然ながら、一次ビームの格子配置は矩形の格子配置に限定されない。他の格子配置として、例えば、六角格子、又は同心リング若しくは単一リング上の一次ビームの配置が挙げられる。この場合、デジタル画像データの横分解能は、物体表面１５上の一次ビーム３の焦点５の直径により実質的に決まる。

本発明の第１の実施形態によれば、本発明は、マルチビーム粒子顕微鏡１の最良焦点面を設定する方法を提供する。マルチビーム粒子顕微鏡１では、格子配置の各個別一次ビームが、個別一次ビームの各ビームウエストと結像対象の試料表面１５との間で光軸に沿った空間的な差を有し得る。第１の実施形態によれば、オートフォーカス法で、生成される画像が最適となるようにこの距離を制御する。最適な画像生成は、例えば分解能に関して所定の基準が満たされることを意味すると理解される。しかしながら、他の用途関連画像パラメータ、例えば画像忠実度又は最小歪みも考えられる。図４は、簡単な例を用いてこれらの状況を示す。複数Ｊ個の一次ビームの個別一次ビーム３．ｊが、正のｚ方向又はz軸とは逆に伝播する。さらに、一次ビーム３．ｊは、ｚ軸に対してビーム角７８だけ傾斜し得る。この場合、ビーム角７８は、重心光線８０とｚ軸との間の角度により決まる。

対物レンズ１０２は、Ｊ番目の一次ビーム３．ｊの最良焦点面６８にビームを集束させる。通常、マルチビーム粒子顕微鏡の電子ビームは、８ｍｒａｄ～１４ｍｒａｄの半開口角６４、例えば１０ｍｒａｄの平均半開口角を有する。したがって、遠視野において、個別ビームはz軸の方向に最良焦点面から１００ｎｍの距離につき約２ｎｍ広がる。しかしながら、光線束は正確な円錐挙動を有するのではなく、略双曲線状の包絡線６２を有し、さらに最良焦点面６８に対して非対称であり得る。したがって、例えば最小ビーム径７４が３ｎｍである最良焦点面６８から出発して、焦点径が例えば４ｎｍ又は５ｎｍの指定の閾値７６未満となる焦点領域７３が得られる。最小ビーム径７４は、ビームウエストとも称する。図４の例では、焦点領域は、最良焦点面６８からの距離７２．１を有する平面７０．１から最良焦点面６８からの距離７２．２を有する上平面７０．２まで延びる。下平面７０．１及び上平面７０．２それぞれにおけるビームレット７６．１及び７６．２の断面は、例えば４ｎｍ又は５ｎｍの指定の閾値に対応する直径を有する。本発明によれば、複数の一次ビームに関する焦点領域７３内でのウェーハ７の表面１５が配置される物体面１０１の設定を容易にすると共に、結果として複数のビームの分解能要件を満たす分解能を容易に達成するオートフォーカスシステムが提供される。

マルチビーム粒子顕微鏡１は、通常は収差を有する。例として、図１に示すマルチビーム粒子顕微鏡１は、通常は湾曲像面を有する。さらに、図２に示すマルチビーム粒子顕微鏡１は、像面傾斜又は焦点面傾斜をさらに有する。収差に従って、各一次ビーム３．１～３．Jのビームウエスト７４は異なるｚ位置にある。この場合、第５の実施形態の本発明によるオートフォーカス法は、複数Ｊ個の一次ビーム３に関するウェーハの最適な第１の設定面を選ぶ方法を含む。

第１の実施係形態によれば、マルチビーム粒子顕微鏡１の最適焦点面を設定する方法が提供される。この場合、マルチビーム粒子顕微鏡１は、マルチビーム生成デバイス３０５と、粒子マルチ検出器２０９及びデータ取得デバイス２８０を有する検出器系２００とを特徴とし、マルチビーム生成デバイス３０５は、格子配置の第１の複数Ｊ個の一次ビーム３を生成するよう構成され、各一次ビームは、走査偏向器５００により像視野１７の割当てサブ視野３１にわたってそれぞれ偏向され得る。第１の実施形態による方法は、
Ａ．変位ステージ又は位置決めデバイス６００を用いて第１のｚ位置ｚ１を有する第１の設定面１０１に物体７の表面１５を位置決めするステップと、
Ｂ．ｉ＝１～Ｐのｚ位置ｚｉを有するフォーカスシリーズに適したパラメータを求めるステップと、
Ｃ．Ｌ≦Ｊ個の選択一次ビーム３のＬ個のコントラスト測度Ｋ１（ｉ＝１）～ＫＬ（ｉ＝１）を測定するステップと、
Ｄ．第１の設定面１０１を第２の又はさらなるｚ位置ｚ２～ｚＰの第２の又はさらなる設定面に変位させるステップと、
Ｅ．ｉ＝１～Ｐのコントラスト測度Ｋ１（ｉ）～ＫＬ（ｉ）がｚ位置ｚ１～ｚＰのそれぞれで測定されるまでステップＣ及びＤを繰り返すステップと、
Ｆ．Ｌ個の選択一次ビーム３それぞれの最良焦点位置６８を求めるステップと、
Ｇ．Ｌ個の最良焦点位置６８から湾曲像面誤差及び像面傾斜を求めて、第２の複数Ｊ２個の一次ビームで既定の分解能基準が満たされるようにマルチビーム粒子顕微鏡１の最適焦点面を決定するステップと、
Ｈ．最適焦点面をマルチビーム粒子顕微鏡１の新たな第１の設定面１０１として記憶するステップとを含む。

第１の実施形態による複数Ｊ個の一次ビームを用いるマルチビーム粒子顕微鏡１の最良焦点面を設定する方法を、図５に示す。上述のように、この場合の一次ビームの数Ｊは、例えばＪ＝６０、Ｊ＝９０、又はそれ以上のビームを含むことができる。前の較正時に、Ｊ個の一次ビーム３は、試料に略垂直に入射するように第１の平面１０１に対して設定される。ビームの入射角は、通常は１０ｍｒａｄ未満である。同時に、第１の平面１０１は、理想的には所定の最良焦点面に対応するように決定される。マルチビーム粒子顕微鏡１のための方法により、複数の一次ビームについて最良焦点面を求めることができる。これは、いくつかの選択ビームからのデータの取得を含む。一例では、選択ビームは、像面湾曲及び像面傾斜が考慮されるように選ばれる。一例では、既定の分解能を達成できる第２の複数Ｊ２個の一次ビームは、できる限り多くの一次ビーム、例えば第１の複数J個の９０％以上、又はＪ２≧０．９×Ｊを含む。第２の複数Ｊ２が第１の複数Ｊに等しい（Ｊ２＝Ｊ）ような全ての一次ビームで既定の分解能を達成できる方法が好ましい。

本方法の第１のステップＡにおいて、ウェーハ７の表面が変位ステージ６００により第１の平面１０１に運ばれ、一次ビームに対して垂直に位置合わせされる。

第２のステップＢにおいて、本方法を実行するための複数のパラメータが求められ又は選択される。

ステップＢ１において、各一次ビームのシャープネスを求めるために画像部分３７が選択される。これを、図６に像視野１７．Ｋに基づき示す。ここで、各画像部分３７は、サブ視野３１より実質的に小さくなるように選ぶことができる。例として、画像部分３７は、例えば画素サイズ１．５ｎｍでそれぞれ僅か２５６×３５６画素であり得る。より大きな画像部分、例えば最大５１２×５１２画素も考えられる。これにより、焦点面を求めるためのデジタルデータをできる限り素早く記録できることが確実となる。よって、図６に示すように、同じ画像部分３７．１１～３７．ＭＮが各サブ視野３１．１１～３１．ＭＮにおいて規定される（すべてのサブ視野及び画像部分に符号が付いているわけではない）。さらに、所定数のＬ個の選択画像部分３９が、複数Ｊ個の画像部分から選択される。選択画像部分の数Ｌは、この場合は少なくとも３個、５個、９個、又は１２個であり得る。図６は、選択画像部分３９．１～３９．４を有するＬ＝４の例を示す。特別な場合には、より多数のＬ個の選択画像部分を選ぶこともでき、例えばＬ＝Ｊを選ぶことができる。しかしながら、Ｌ＝１により、画像部分を１つだけ選ぶことも可能である。

図６の例では、選択画像部分は、最小限の数の選択画像部分で像面湾曲及び像面傾斜が考慮されるように選択される。第１の選択画像部分３９．１は、像視野１７．ｋの中心付近にある。第２の選択画像部分３９．２は、像視野１７．ｋの最大位置にある。第３の選択画像部分３９．３は、像視野１７．ｋ内で第２の画像部分３９．２の反対側に位置付けられる。第４の選択画像部分３９．４は、第２の画像部分３９．２及び第３の画像部分３９．３に対向する像視野のセクタで、中心と最大位置との間の移行区域に位置付けられる。説明のために、３つの不図示のセクタを通る３つの軸４１を図６に示す。選択画像部分は、３つの軸４１上に略位置付けられ、軸は、この例では相互に対してそれぞれ約６０°の角度を有する。代替として、３つの軸４１の代わりに、相互に対して垂直な２つの軸のみを選ぶことも可能である。概して言えるのは、選択画像部分が像視野を通る少なくとも２つの軸上に位置付けられ、少なくとも１つの第１の選択画像部分３９．１が少なくとも２つの軸の交点に位置付けられ、少なくとも１つの第２の選択画像部分３９．２が第１の軸の方向で像視野の最大限に位置付けられ、少なくとも１つの第３の選択画像部分３９．４が第２軸の方向で第１の選択画像部分３９．１と像視野の最大限位置との間の経路の半分～２／３に位置付けられ、第１及び第２の軸が相互に対して７０°～１５０°の角度を有するということである。この選択により、湾曲像面及び像面傾斜の測定が確実となる。

一例では、個別一次ビームの下での評価を容易にする構造がない。その場合、割当て画像部分は選択されないか、又は画像部分が変更される。全ての選択画像部分３９で評価可能な画像部分は、前の測定により決定することができるか、又は例えば測定対象のウェーハの設計情報若しくはＣＡＤデータ等の先験的情報を用いて決定することができる。一例では、画像部分３７は、物体７の表面１５の表面状態又は構造に基づきＪ個のサブ視野３１それぞれの中で決定される。

選択画像部分及び関連の一次ビームの選択は、
－Ｊ個のサブ視野全てのＪ個の画像部分全て、
－例えば碁盤目パターンで配置された１つ置きの画像部分、
－中心２１．ｋから例えば５又は７半径間隔のそれぞれで生じる、例えば六角格子配置の選択画像部分、
－円形格子配置のリング毎、
－湾曲像面を測定するために少なくとも３つのビーム（中心、移行区域、縁）、
－湾曲像面及び傾斜を測定するために少なくとも４つのビーム（中心、１×移行区域、２×縁、それぞれ相互に７０°～１５０°オフセット）
－Ｌ≦Ｒとして、複数Ｒ個の並列画像デジタイザに従うもの
を含むことができる。

選択画像部分の数Ｌは、一例では４つ以上（Ｌ≧４）である。一例では、データ取得デバイス２８０は、並列に配置された複数Ｒ個の画像デジタイザ２８５．１～２８５．Ｒを有し、選択部分の数Ｌは、Ｒ以下になるように選ばれる。

ステップＢ２において、焦点を求めるための画像部分の画素数Ｓ及び画像部分内の画素ピッチｄｓが規定される。例として、画素サイズ又は画素ピッチｄｓは、ユーザがユーザインタフェースを用いて設定することができる。別の例では、画素サイズは、選択画像部分内の構造サイズから、例えば測定対象のウェーハの設計情報又はＣＡＤデータ等の先験的情報から求められる。例として、画素サイズｄｓは、構造サイズの値の半分以下だが構造サイズの１／４未満ではないように求めることができる。さらに、雑音を低減するために滞在時間を設定することができる。例として、試料コントラストが非常に低い試料の場合は長い滞在時間を設定することができる。例として、滞在時間は自動的に設定することができ、又は制御システムがステップＫにおいて前の測定から又は予想試料コントラストに関する先験的情報から滞在時間を求めることができる。

ステップＣ２において以下で説明するコントラスト測度を求めるにあたり、ＦＦＴ法を用いた評価を容易にするために、１つの画像部分の画素数として１次元で２のＮ乗、例えば２の８乗の画素（２５６画素又は画像素子）を有することが好ましい。しかしながら、例えばより小さな２００×２００画素の画像部分も考えられる。この場合、コントラスト測度を求めるためにゼロを追加すること（ゼロパディング）により、画像部分を例えば２５６×２５６まで増やすことができる。

ステップＢ３において、フォーカスシリーズのＰ個の増分ｄｚ１、ｄｚ２、…ｄｚＰが規定され、求めるべきコントラスト測度の最小数が規定される。Ｐ＝３のｚ位置がこの目的で特に適していることが分かった。しかしながら、例えば、コントラスト測度が選択画像部分毎に５個の異なるｚ位置で求められるようにＰ＝５以上の異なるｚ平面を選択することも可能である。

第１の例では、理想焦点面からごく僅かなずれが予想され、それに従ってより密な距離又は増分ｄｚ１、…、ｄｚＰが選ばれる。比較的大きな焦点ずれの場合、比較的大きな測定領域が選択され、フォーカスシリーズのｚ位置の数Ｐが例えば５又は７又はそれ以上に増える。

一例では、フォーカスシリーズは２μｍ以下のｚ範囲にわたって延びるが、より小さなｚ範囲及びより小さな増分が選ばれることが好ましい。一例では、フォーカスシリーズは、同じ増分ｄｚ＝１２５ｎｍでＰ＝５ステップを有する。この例では、追加されたｚ範囲は合計６２５ｎｍに及ぶ。しかしながら、以下でさらに説明するコントラスト測度の確実な評価のために、増分ｄｚ又は走査されるｚ範囲はあまり小さく選ぶことができない。したがって、ｚ範囲は２００ｎｍ以上に延びるべきであるか、又はフォーカスシリーズの測定点がＰ＝３しかない場合の増分ｄｚは例えば２００ｎｍ未満になるべきではない。一例では、フォーカスシリーズは、増分ｄｚ＝２５０ｎｍで３ステップ以上を有し、７５０ｎｍの総ｚ範囲に延びる。精度を高めるために、より小さな増分ｄｚ１、ｄｚ２、…ｄｚＰを選択し、より多くのｚ位置の数Ｐ、例えばＰ＞６を選ぶことが可能であり、ステップＢ４において以下で説明するコントラスト測度を求める際に雑音を低減するために同時に滞在時間を増加させる。一例では、ｚ位置の数Ｐは、Ｐ＝３～Ｐ＝７の範囲で規定される。

したがって、第１の実施形態による方法では、ステップＢは、以下の要素：
－Ｊ個のサブ視野３１それぞれの中で適当な画像部分３７を決定すること、
－Ｊ個のサブ視野３１それぞれの画像部分３７からＬ個の選択画像部分３９．１～３９．Ｌを選択することであり、ここでＬ≦Ｊが選ばれ、選択一次ビーム３がＬ個の選択画像部分３９それぞれに割り当てられること、
－画像部分３９内に配置されている物体７の表面１５の部分のデジタル画像データの取得用のパラメータを規定すること、
－２つの連続するｚ位置ｚ１～ＺＰ間に（Ｐ－１）個の増分ｄｚ（２）～ｄｚ（Ｐ）がある一連のＰ個のｚ位置ｚ１～ｚＰを規定すること
を含む。

好ましいコントラスト測度又は好ましい一連のコントラスト測度は、ステップＢ４において規定される。構造毎に異なるコントラスト測度が特に適していることが分かった。したがって、コントラスト測度の選択は、先験的情報、例えば測定対象のウェーハのＣＡＤデータから例えば自動的に実施することができる。さらに、複数のフィルタ演算をコントラスト測度として選択することができる。

第１の例では、信号スペクトル（ＦＦＴ）を用いるスペクトルプロセスがコントラスト測度として用いられる。この場合、フーリエ空間又は空間周波数空間におけるスペクトルの広がりが評価される。例として、スペクトルはエッジのスペクトルと比較される。エッジのスペクトルは、エッジに対して直交する空間周波数空間（周波数ｆを有する）における１／ｆラインである。一例では、エッジの相対位置は既知であり、コントラスト測度がエッジに対して垂直な１次元フーリエ変換により求められる。一例では、高空間周波数成分に対する正規化和が形成される。結果が高いほどコントラスト測度が大きい。

画像コントラスト自体は、第２の例で求められる。この目的で、画像部分からの２Ｄ画像情報は、例えば最初にローパスフィルタをかけるか又は平滑化される。続いて、物体の構造サイズに適合したそれぞれ既定の間隔の２つの画素強度値の比が形成される。比の正規化最大値は、コントラスト測度を供給する。一連のハイパス及びローパスフィルタリングを用いて同様の方法でコントラスト測度が求められる。２つの画像方向では、画像部分からの２Ｄ画像情報は、一方の方向でローパスフィルタがかけられ、その後に同じ方向でハイパスフィルタがかけられる。両方のフィルタをかけた画像の最大値は、和をとり正規化される。結果が高いほどコントラスト測度が大きい。

第３の例では、グレースケール値分布を用いたヒストグラム法がコントラスト測度として用いられる。この目的で、選択画像部分それぞれのグレースケール値分布からヒストグラムが作成される。理想設定面では、鮮明なエッジにおけるヒストグラムは、２つの異なるグレースケール値の２つの離間した集積点からなる。例として、集積点におけるヒストグラム値の和とヒストグラム値の総和との比が設定され正規化される。結果が高いほどコントラスト測度が大きい。

第４の例では、エッジフィルタがコントラスト測度として用いられる。これは、例えば隣接する画素の画素値を比較するモルフォロジ処理により実施することができる。一例では、２つの隣接する画素値の各対の差が閾値と比較される。隣接する画素値に対する差が閾値未満である限り、画素値はゼロに設定される。求められた画素値の全てに対する正規化和が求められ、結果はコントラスト測度に対応する。

第５の例において、勾配法がコントラスト測度として求められる。局所勾配のスカラ値が全画素で求められる。例として、２つの隣接する画素の差が２方向で形成され、スカラ局所勾配がベクトル加算によりそこから求められる。コントラスト測度は、全スカラ勾配の正規化和又は局所勾配の正規化最大値から形成され得る。

第６の例では、いわゆる相対分布の方法が用いられる。この場合、選択画像部分からのデジタル画像データの一次微分Ｄ１が第１のステップにおいて形成される。続いて、選択画像部分のデジタル画像データは、点広がり関数で畳み込まれ、畳み込まれたデジタル画像データの二次微分Ｄ２が計算される。２つの微分の比Ｄ１／Ｄ２から、選択画像部分のｚ位置が最適設定面からどれだけ離れているかを確認することが可能である。比Ｄ１／Ｄ２が小さいほど、コントラスト差が小さく最適焦点面から遠い画像記録が得られている。

したがって、第１の実施形態による方法では、ステップＢはさらに、以下の方法のうち少なくとも１つを含むコントラスト測度を求める方法を規定することを含む：スペクトルプロセス、画像コントラスト、ヒストグラムプロセス、エッジフィルタ、相対分布の方法、又は勾配プロセス。しかしながら、上記コントラスト測度に加えて、さらなるコントラスト測度及び上記コントラスト測度の変動も可能である。より高い精度を得るために、複数のコントラスト測度を用いることも可能である。これは特に、雑音指数が特定の閾値を上回るか又は大きな焦点ずれがある場合に必要である。

ステップＢ１～Ｂ４におけるパラメータの選択時には、速度及び精度という２つの態様が考慮される。僅かな一次ビーム又は僅かな画像部分しか選択されない、例えばＲが並列に配置されたデータ取得デバイス２８０の撮像デバイスの数であるとしてＲ未満である場合、最良焦点面を求める方法は速度が最大限となる。

そうでなければ、選択画像部分の選択時に像面湾曲、特に像面傾斜も考慮される場合、最良焦点面を求める方法は精度が最大限となる。制御ユニット１０は、ステップＢ１～Ｂ４でのパラメータの選択に影響を及ぼすマルチビーム粒子顕微鏡１の状態に応じて、ステップＫにおいて制御変数を規定することができる。例えばＣＡＤ情報等の先験的情報を制御ユニットが提供することもできる。他の情報、例えばｚ高さセンサからの情報を制御ユニットにより記録し考慮することもできる。ステップＫにおけるマルチビーム粒子顕微鏡１の種々の状態観察から、制御ユニットは予想される焦点変化を予測することができる。小さな変化が予測される場合、最良焦点面を求める高速の方法を、例えば１つの選択画像部分のみを用いて実施することができる。大きな変化が予測される場合、最良焦点面を求める正確な方法を、例えば５個の選択画像部分及び３個の隣接ｚ位置を用いて実施することができる。未確定の変化が予想される場合、ｚ方向で最初に非常に大きな増分を用いた反復法と共に、最良焦点を求める正確な方法があり得る。

ステップＢ１～Ｂ４は、特定の順序で実施される必要はなく、任意の順序で又は並行して実施することができる。ステップは相互に応じても変わるいる。例として、ステップＢ２において選ばれる画素サイズが大きすぎる場合、例えばグレースケール値の分布が平均され、スペクトル又はヒストグラムがより狭帯域になり、コントラスト測度の決定がより不正確になる。選ばれる画素サイズが小さすぎる場合、例えば非常に低い周波数しかないか又は信号スペクトルに高い雑音成分がある。したがって、ステップＢ２における画素サイズの決定は、複数のパラメータ、例えば選択画像部分における構造サイズ、試料コントラスト、及びステップＢ４におけるコントラスト測度を求める既定の方法に応じて変わり得る。一例では、画素サイズ又は画素部分の範囲を適応的に選ぶことができ、すなわち、ｚ位置毎に異なる画素サイズを選ぶことができる。例として、理想焦点面と思われるものからのz距離が減るにつれて画素サイズを減らすことができる。

ステップＣにおいて、ｚ位置におけるコントラスト測度がＬ個の選択画像部分で求められる。したがって、第１の実施形態による方法では、ステップＣは以下の要素を含む。
－ステップＢにおいて規定されたパラメータに従って、検出器系２００を用いてＬ個の選択サブ視野３１内のＬ個の選択画像部分３７のＬ個のデジタル画像データを取得すること、
－データ取得デバイス２８０で、Ｌ個の画像部分３９．１～３９．Ｌを評価してＬ個のコントラスト測度Ｋ１（ｉ）、…、ＫＬ（ｉ）を求めること、
－Ｌ個のコントラスト測度Ｋ１（ｉ）～ＫＬ（ｉ）を制御ユニット１０に送信して、Ｌ個のコントラスト測度Ｋ１（ｉ）～ＫＬ（ｉ）を記憶すること。

ステップＣ１において、複数Ｌ個の選択画像部分のＬ個のデジタル画像データが記録される。この目的で、制御信号がビーム検出系５００の制御ユニットに供給され、上記制御信号は、画像部分を表すパラメータ、例えば画像部分の開始位置、画素サイズ、及び終了位置を含む。Ｊ個の一次ビーム３のそれぞれが、割当てサブ視野３１それぞれで関連の画像部分を横切り、複数Ｌ個の選択画像部分のみでデジタルデータが取得される。最良設定面を求めるために、像視野内の撮像が、例えば僅か２５６×２５６画素の小さな画像部分に変換される。

ステップＣ２において、Ｌ個の選択画像部分の画像データが評価され、ｌ＝１～Ｌである第１のコントラスト測度Ｋｌ（ｚ１）がｌ番目の画像部分毎に求められる。コントラスト測度は、制御ユニット１０に送信されてそこに一時的に記憶される。

一例では、コントラスト決定の精度を高める種々のコントラスト測度を求めることができる。結果として、本方法は、誤差又は雑音に対して特にロバストになる。

ステップＥにおいて、既定の最小数のコントラスト測度が既に測定されたか否かについてのチェックを実行する。否である場合、例えば選択画像部分毎に測定されたコントラスト測度が３個未満である場合、方法はステップＤに続く。

ステップＤにおいて、第１の平面１０１の位置がｚ方向に変更され、位置ｚ１を有する第１の平面１０１に対してｚ位置ｚ２に変位される。この場合、第１のステップにおいて第１の距離変化ｄｚ１だけ変更が実施される。

ステップＣ１及びＣ２が続いて繰り返され、第２の又はさらなるコントラスト測度Ｋｌ（ｚ２）が求められる。続いて、例えば第２の又はさらなる距離変化ｄｚ２を用いてステップＤがさらに繰り返され、ステップＣ１及びＣ２の繰返しで第３の又はさらなるコントラスト測度Ｋｌ（ｚ３）が求められる。この場合、繰返しステップＤにおけるｚ位置の各変化は、ステップＢ３において規定されたフォーカスシリーズの増分ｄｚ１、ｄｚ２、…、ｄｚＰに対応する。

ステップＥにおいて、コントラスト測度がチェックされ、選択画像部分毎に十分な数のコントラスト測度が十分な数Ｐの異なるｚ位置で求められるまで、ステップＤ、Ｃ１、及びＣ２は繰り返される。一例では、チェック中に、ｚ位置の数に加えてコントラスト測度自体もチェックされる。例として、コントラスト測度は、ここでは閾値に対してチェックされる。第１の例では、全てのコントラスト測度が低すぎる。この場合、コントラスト測度から新たなフォーカスシリーズの新たなｚ位置が求められてステップＤにより設定され、フォーカスシリーズは、ステップＣから始めて繰り返される。第２の例では、選択画像部分の少なくとも１つのコントラスト測度が小さすぎる。この例では、繰り返しステップＢにおいて新たな画像部分が選ばれ、測定が繰り返される。

一例では、コントラスト測度は相互に比較される。コントラスト値の差が小さすぎる、例えば１０％未満である場合、又はコントラスト値の差が大きすぎる、例えば７０％を超える場合、方法はステップＤに続く。一例では、ステップＢにおいて事前規定された設定面への変更がここで利用される。代替として、ステップＥにおいて、さらに別のコントラスト測度をさらに求めるのに必要な、さらに別の設定面についてのピッチ変化ｄｚも求めることができる。例として、コントラスト値の差が小さすぎ、例えば１０％未満である場合、z方向でより大きな増分ｄｚを求めることが可能である。例として、コントラスト値の差が大きすぎ、例えば７０％を超える場合、２つの既に測定されたコントラスト測度の２つのｚ位置間のさらなるコントラスト測定のためのさらなるｚ位置を求めることができる。

一例では、コントラスト測度の雑音指数は、閾値又はコントラスト測度間の必要な最大又は最小差について考慮される。ここで、コントラスト測度の決定の雑音指数は、画素上の各一次ビームの滞在時間、画素サイズ、及び試料コントラストに応じて変わる。この場合、試料コントラストは、異なる試料構造における二次電子の収量の比により規定される。比較的大きな雑音指数の場合、例えばステップＢから始めて測定が繰り返され、ステップＢにおいて、より多数のｚ位置におけるより長い滞在時間又はより多数のコントラスト測度が規定される。

したがって、第１の実施形態による方法において、ステップＥはさらに、求められたコントラスト測度のそれぞれが基準を満たすか否かについてチェックすることを含み、基準が満たされない場合、少なくとも１つのさらなるｚ位置ｚ（Ｐ＋１）が求められた後に、そのさらなるｚ位置ｚ（Ｐ＋１）に第１の設定面１０１を変位させてステップＤが繰り返され、さらなるコントラスト測度Ｋ１～ＫＬ（Ｐ＋１）を求めるためにそのさらなるｚ位置ｚ（Ｐ＋１）においてステップＣが繰り返される。

ステップＦにおいて、コントラスト測度が選択画像部分毎に評価される。焦点の関数としての選択画像部分のコントラスト測度は、それぞれが頂点を有する放物線又は双曲線をもたらし、ｚ位置での異なる選択画像部分のコントラスト測度の放物曲線又は双曲線が、異なるｚ位置における３個以上のコントラスト測度から近似され、放物曲線又は双曲線の最大ｚ位置が求められる。選択されたｌ番目の一次ビーム毎に、一次ビームの最小ビームウエスト７４を有する最良焦点位置ｚｌが得られる（図４参照）。

例として、ｚ座標にわたるコントラスト測度の二乗依存性又は放物曲線が、ｌ番目の一次ビーム又はｌ番目の選択画像部分のコントラスト測度Ｋｌ（ｉ＝１）、…、Ｋｌ（ｉ＝５）について求められる。したがって、最大コントラスト測度を求めることにより、ｌ番目の一次ビーム毎に理想焦点位置ｚｌを求めることが可能である。各一次ビームについて、理想焦点位置ｚｌはそれぞれ、図４の最小ビーム断面７４に対応する平面６８に対応する。このように、各最良焦点位置ｚ１、ｚ２、…、ｚＬがＬ個の選択一次ビームについて求められる。

選択一次ビーム毎の理想焦点位置ｚｌの計算は、プロセスの終了及び再開につながり得る。例として、理想焦点位置が第１の平面１０１から遠くにありすぎる場合があるので、近似的にコントラスト測度の線形曲線が放物線の代わりに求められる。続いて、新たな第１の設定面１０１が線形プロファイルから計算され、方法はこの新たな第１の設定面１０１からステップＣで始めて再開する。

さらに別の例では、選択一次ビームのコントラスト測度の放物曲線は、相互に大きく異なりすぎる場合がある。 これは、非点収差等の収差を示し得るものであり、自動非点収差補正が開始され、その範囲内でマルチビーム粒子顕微鏡１は従来の方法に従って再較正される。収差を求める方法は、例えば第１の実施形態による修正法、例えば本発明の第７の実施形態による方法であり得る。さらに他の自動非点収差補正の方法は、当業者には既知である。例えば非点収差又は球面収差等の収差の較正及び補正後に、最適設定面を決定する方法がステップＣで再開される。

一例では、ステップＦはステップＥと並行する。ステップＤにおける新たな焦点面の設定及びステップＣにおけるコントラスト測度の決定それぞれの後に、利用可能なコントラスト測度から焦点モデルが作成される。焦点モデルの決定時に、各選択画像部分の最適焦点位置、及びさらに焦点計算の品質測度が、例えば放物線フィットによりコントラスト測度の以前の測定から求められる。例として、品質測度は、雑音指数により求めることができ、選択画像部分毎の最適焦点位置の決定の精度を原理上は表すことができる。十分な品質測度に達するまで、ステップＣ及びＤからなるループが繰り返される。品質測度が既定値よりも良好になるとすぐに、ステップＣ及びＤからなるループを終了することができ、後続のステップＧにおいて最適焦点面を計算することができる。

ステップＧにおいて、最良又は最適焦点面が決定される。複数の一次ビームに関する最適焦点面は、関連する選択一次ビームの選択画像部分３９の最良設定位置から決定される。ｙ軸に沿った５個の一次ビームの焦点プロファイルを、図７ａで簡単な例を用いて示す。この場合、５個の一次ビームプロファイル６２．１～６２．５の焦点位置７４．１～７４．５は、半径Ｒを有する球上に略位置付けられ、球の中心４３は像面傾斜４５に従ってｚ軸から離間している。ｙ軸４１は、軸方向一次ビーム６２．３の焦点位置７４．３の僅かに上方の最良焦点面の位置に対応する。焦点位置７４．１～７４．５は、最大ｚ位置又は上焦点面４７と最小ｚ位置又は下焦点面４９との間に位置付けられる。最適設定面を決定する本発明による方法によれば、ステップＧにおいて最適設定面を決定するために異なる方法が可能である。ちなみに、この点で、ウェーハを平面４５と平行に傾斜配置した場合は一次ビームがウェーハに垂直に入射しなくなるので、単純にこうすることはできない。例として、一次ビームの入射角は、ウェーハ表面の垂線から１０ｍｒａｄよりも大きく逸れることはない。

第１の例では、最適設定面は、選択画像部分に割り当てられた一次ビームにより決定される。ステップＢにおいて説明した選択画像部分及び割当て一次ビームの選択により、湾曲像面及び像面傾斜を確認することが可能である。図７ａに示すように、最適設定面４１の決定時に、湾曲像面誤差及び像面傾斜の両方を考慮することができ、複数の一次ビームの焦点位置が半径Ｒを有する湾曲像面上で止まり、湾曲像面の中心４３は、z軸から絶対値ｄｙだけオフセットする。像面傾斜はこのオフセットにより考慮される。

第２の例では、Ｌ個の選択画像部分に割り当てられた一次ビームの焦点位置ｚ１、ｚ２、…、ｚＬから、任意のステップＧ２におけるモデルに従ってさらに他の一次ビーム又は全ての一次ビームの焦点位置が計算される。この場合、モデルは、湾曲像面及び像面傾斜の両方を考慮しており、例えば１つの一次ビームについて図４に示したようにＪ個の一次ビームそれぞれの既定の焦点プロファイルにより形成され、複数Ｊ個の一次ビームの焦点位置は、半径Ｒを有する湾曲像面上で止まり、湾曲像面の中心４３はｚ軸から絶対値ｄｙだけオフセットする。像面傾斜はこのオフセットにより考慮される。

モデルは、さらなるモデルパラメータに基づくことができる。例として、分解能要件から一次ビーム毎に上限及び下限の許容焦点ずれを計算することができ、モデルにおいて考慮することができる。上限及び下限の許容焦点ずれは、一次ビームの収差が異なれば異なる場合もある。

続いて、選択一次ビームの求められた焦点位置ｚ１、ｚ２、…、ｚＬから、又はステップＧ１で求められた全ての一次ビームの全ての焦点位置から、ステップＧ２において最適設定面４１が計算される。種々の方法がこの目的で可能である。
－上焦点面４７と下焦点面４９との間の間隔５１を半減する。
－全てのｚ位置の平均値を形成する。
－一次ビームの最悪の分解能が最小になる値を選ぶ（「最小錯乱円」）。
－最大限の数の一次ビームについて分解能目標が達成されるように、最大限の数の一次ビームの上限及び下限の許容焦点ずれ間に位置付けられた設定面を求める（図７ｂ参照）。

全ての方法で、個別一次ビームが分解能目標を満たさない場合があってもよい。既定の分解能目標を満たさない一次ビームは、任意のステップＧ３において求められ、制御ステップＫにより制御センター１０に送信される。送信された一次ビームは、場合によってはウェーハ検査作業から除外されてもよく、又はこれらの一次ビームにより取得された割当てサブ視野のデジタル画像データにラベルを付け、例えばより悪い品質測度を与えることができる。

第１の実施形態による方法では、ステップＧはさらに、Ｌ個の選択一次ビーム３の上限又は下限の許容焦点ずれを求めることを含む（図４参照）。

最後に、ステップＨにおいて、ウェーハの上側をステップＧで決定された最適焦点面４１に変位させる。第１の平面１０１からの最良焦点面のずれが小さい場合、対物レンズ系１００により調整を実施することができる。比較的大きなずれの場合、調整は変位ステージ６００により実施することができる。さらに、複数の一次ビーム３の焦点面を変更するために、試料電位６０５を変えることができる。続いて、ステップＧに従って決定された最適焦点面に対応するように最良焦点位置４１が新たな第１平面１０１として記憶される。

より高い精度を得るために、ステップＢ～Ｈを有する方法を連続して複数回実行することができ、フォーカスシリーズのパラメータはステップＢにおいて変更又は改変可能である。

図７ｂは、第１の実施形態による方法の結果を説明する図である。この例では、複数の一次ビーム３は六角格子配置を有する。ｘ軸とｙ軸との交点は、光軸又はｚ軸６０に対応する。円はそれぞれ、上述の方法により求められた最適焦点面４１を通る各一次ビームのビーム断面５を表す。参照符号５５は、焦点ｚが下焦点面４９を決定する一次ビームを示す。最適設定面は下焦点面４９の上方に位置するので、参照符号５５を有する一次ビームのビーム断面は最小ではない。参照符号５５を有する一次ビームの周りに、一次ビームが仮想同心リング５３状に配置されるが、そのうちのいくつかのみ、例えばリング５３．３及びリング５３．６のセグメントを説明のために図示する。仮想同心リング５３．３上で最小ビーム断面を有する一次ビームは、最適設定点４１に最も近い。仮想同心リング５３．６のセグメント上で最小ビーム断面を有する一次ビームは、最適設定面から最も離れており、最適設定面４１におけるビーム断面は最大径を有する。この例では、最適設定面４１は、できる限り多くの一次ビームで分解能目標が達成されるように形成される。しかしながら、ビーム断面は、ビーム５５から最大距離にある３個の一次ビーム５７．１、５７．２、５７．３で分解能限界を超える。これらのビームは、ステップＦ３において印がつけられ、制御ユニット１０による評価で別個に考慮される。例として、第１の複数Ｊ１個の一次ビームから、より小さな第２の複数Ｊ２個の一次ビームのみが続いてこの例では検査作業に用いられ、ここでＪ２≦Ｊ１である。

一例では、ステップＤにおける第１の設定面１０１は、少なくとも１つの静電素子、例えば対物レンズ系１０２の励起の変更により変更される。磁気駆動型の対物レンズ１０２のヒステリシスにより、フォーカスシリーズの距離の変更は、理想的には１つのｚ方向のみでしか実行されない。この目的で、フォーカスシリーズの第１のｚ位置が予想される理想焦点面の上方で始まり、この場合はｚ軸（図２参照）に続けば有利である。さらに別の例では、試料電圧又は試料電位６０５（図２参照）の変更により変更が実施される。試料電圧６０５の変更は、複数の一次ビーム３の焦点面の変化をもたらす。例として、試料電圧６０５を増加させた場合、一次電子の減速がより顕著になり、一次ビーム３の焦点面６８は対物レンズ系１０２の方向に（図２の正のｚ方向に）変わる。

代替として、ステップＤにおける第１の設定面１０１の変更は、変位ステージ６００を用いて物体７の表面１５の位置を変えることにより実施される。しかしながら、ステップＤにおける第１の設定面１０１の変更を、対物レンズ１０２の作動の変更、変位ステージ６００を用いた物体７の表面１５の位置の変更、又は試料電圧６０５の変更により実施することも可能である。

第６の実施形態で説明したように、対物レンズ１０２の作動の変更は、第１及び第２の電流の和が一定であり第１及び第２の電流の差が変わるように２つの作動信号を変えることにあり得る。このように、最適焦点面４１又は第１の設定面１０１は、特に正確に設定することができ、且つ対物レンズ１０２により安定させておくことができる。

したがって、第１の実施形態による方法において、ステップＤはさらに、対物レンズ１０２の作動の変更又は変位ステージ６００による物体７の表面１５のｚ位置の変更又は試料電圧６０５の変更又は上記変更の少なくとも２つの組合わせによる、第１の平面１０１の変位を含む。一例では、対物レンズ１０２の作動の変更は、第１及び第２の電流の二乗和が一定であり第１及び第２の電流の二乗差が変わるように２つの作動信号を変えることにある。

第５の実施形態で説明したように、像面傾斜用の補償器に対する作動信号が、一例ではステップＦにおいて求められ、像面傾斜用の補償器に供給される。第５の実施形態による像面傾斜用の補償器は、マルチビーム生成デバイス３０５に配置される。

一例では、湾曲像面誤差用の補償器に対する作動信号が、ステップＦにおいて求められた湾曲像面誤差から求められ、湾曲像面誤差用の補償器に供給される。以下でより詳細に説明するように、ビーム分割器４００を有するマルチビーム粒子顕微鏡１の像面は、例えば図７ａのｘ軸のような例えば傾斜軸周りに像面傾斜４５を起こし、これは対物レンズ１０２によりｚ軸周りに捩れ得る。傾斜軸周りの傾斜角の絶対値により像面傾斜４５を求めるのに加えて、対物レンズの像回転から生じる傾斜の向きが、ステップＦにおいてさらに求められる。一例では、対物レンズ１０２は、対物レンズ１０２の像回転を事前に求めることができ且つシステム設計で考慮できるように、事実上一定のパラメータで操作される。

第３の実施形態において説明したように、一例では、ステップＧにおいて変位ベクトルが求められ、変位ベクトルは、分解能基準を満たす複数Ｊ個の一次ビーム３の数を増やすために一次ビームの格子配置に必要なオフセットを表す。例として、変位ベクトルは、参照符号５５を有する一次ビームから求めることができ、この一次ビームに対して他の一次ビームの局所プロファイルは事実上同心状に配置される。第１の偏向器に対する制御信号は、変位ベクトルから求めることができ、第１の偏向器は、動作時に一次ビーム３の格子配置を変位ベクトル分だけオフセットさせるよう設計される。これにより、分解能に関する要件を満たしつつ画像生成を達成できるようにする一次ビームの数Ｊ１を増やすことができる。最も有利な場合では、Ｊ個の一次ビームの全てで例えば４ｎｍ未満又は３ｎｍ未満という焦点径に関する厳しい要件を満たすことが可能である。

本発明の第２の実施形態は、像視野にわたって複数J個の一次ビームでの最良の分解能のための理想焦点面を設定するよう構成された、マルチビーム粒子顕微鏡１に関する。図２は、マルチビーム粒子顕微鏡１の詳細を示す。マルチビーム粒子顕微鏡１は、データ取得デバイス２８０と通信するコントローラシステム１０を備える。データ取得デバイス２８０は、第１及び第２の動作モードで動作するよう設計される。データ取得デバイス２８０、第１の動作モードから第２の動作モードに切替え可能に構成される。コントローラシステム１０は、変位ステージ６００、対物レンズ１０２、及び変位ステージ６００の試料ホルダとさらに通信する。変位ステージ６００は、アクチュエータ及びセンサを含み、ウェーハ７の表面１５を第１の設定面１０１に位置決めするよう構成される。マルチビーム粒子顕微鏡１のコントローラシステム１０は、複数の一次ビーム３の包括的偏向のための走査偏向器５００にさらに接続される。

第２の実施形態のマルチビーム粒子顕微鏡１は、マルチビーム粒子顕微鏡１が物体表面１５のデジタル画像データを取得するよう構成される第１の動作モードを含む。第１の動作モードでは、ビーム偏向器５００は、複数のそれぞれ割当てられたＪ個のサブ視野３１にわたって複数Ｊ個の一次粒子ビーム３を走査し、且つ粒子マルチ偏向器２０９及びデータ取得デバイス２８０を用いて像視野１７の画像データを取得するよう構成される。データ取得デバイス２８０は、動作時に第１の動作モードで画像データをメモリ２９０に書き込むよう構成される。制御ユニット１０は、動作時に第１の動作モードで画像データをメモリ２９０から読み出すよう構成される。

コントローラシステム１０は、マルチビーム粒子顕微鏡１の動作中に第１の動作モードから第２の動作モードに切り替えるよう構成される。第２の動作モード中に、走査偏向器５００は、複数のサブ視野３１内の複数の画像部分３７にわたって複数の一次ビーム３を走査するよう構成される（図６参照）。データ取得デバイス２８０は、第２の動作モードに切り替えられるよう構成される。粒子マルチ検出器２０９は、第２の動作モード中に二次電子９からの画像信号を受け取ってそれらをデータ取得デバイス２８０に送信するよう構成される。第２の動作モード中に、データ取得デバイス２８０は、Ｌ≦Ｊ個の選択画像部分３９（図６参照）から複数Ｌ個のコントラスト測度を計算し、且つＬ個のコントラスト測度をコントローラユニット１０に送信するよう構成される。

第２の動作モード中に、コントローラユニット１０は、Ｌ個以上のコントラスト測度からウェーハ７の表面１５の最適設定面を確認するよう構成される。コントローラユニット１０は、対物レンズ１０２にさらに接続され、動作時に制御信号で対物レンズ１０２を駆動するよう構成される。第２の動作モードでは、コントローラユニット１０は、制御信号の変化を求め、且つ第１の平面の位置を変えるために変化した制御信号で対物レンズ１０２を駆動するよう構成される。コントローラシステム１０は、変位ステージ６００にさらに接続され、変位ステージ６００のアクチュエータによりウェーハ７の表面１５の位置を変更するよう構成される。コントローラシステム１０は、変位ステージ６００の試料受け器にさらに接続され、試料電圧を変更するよう構成される。

第１の動作モードから第２の動作－モードへのデータ取得デバイス２８０及び走査偏向器５００の並行切替えにより、マルチビーム粒子顕微鏡１は、第１の動作モードで画像記録を実行するか又は第２の動作モードで最適設定面を決定するよう構成される。よって、最適設定面を決定するための測定系は、検出器２０９及びデータ取得デバイス２８０からなる画像記録系に対応する。検出器２９０は、Ｊ個の一次ビームそれぞれに対して少なくとも１つの検出器を含む。

例えばデータ取得デバイス２８０は、並列に配置された複数のプロセッサ、例えばＦＰＧＡを含み、これらは第１の動作モードから第２の動作モードへ切り替えられることができる。データ取得デバイスに関するさらなる詳細は、２０２１年２月１日に出願された国際公開第２０２１／１５６１９８号及び２０２０年１月１４日に出願された国際公開第２０２０／１５１９０４号に含まれており、それらの全体を参照により本明細書に援用する。並列に配置された複数のプロセッサは、第２の動作モードで複数のコントラスト測度を並行して計算するよう構成されると共に、第１の動作モードで画像データのアドレスデータを計算してアドレスデータにおける画像データをメモリ２９０に書き込むよう構成される。

マルチビーム粒子顕微鏡１の作動系は、変位ステージ６００及び対物レンズ１０２を少なくとも含む。追加として、例えば２０２０年９月３０日に出願された独国特許第１０２０２０１２５５３４号に記載のようなさらに他の明るい追加のレンズを設けることができ、上記文献の全体を参照により本明細書に援用する。第１の設定面１０１のｚ位置精度に対する要件は、１２５ｎｍ未満、例えば１００ｎｍ未満又は５０ｎｍ未満である。好ましくは、５００ｎｍ未満の設定面１０１の僅かな変化が対物レンズ１０２により設定される。

ウェーハ７の表面１５は、位置決めデバイス６００によりマルチビーム粒子顕微鏡１の第１の設定面１０１に位置決めされ、第１の設定面１０１のｚ位置及び角度は、第１の実施形態による方法に従って第２の動作モードで求められる。第１の設定面１０１の位置及び角度は、コントローラユニット１０に記憶され、基板表面１５の位置は、例えば位置決めデバイス６００のセンサによりさらに監視される。基準面に対するウェーハ７の表面１５の位置を測定するさらに他のセンサ、例えば複数の部位で基板又はウェーハ７の表面１５と基準面との間の距離を測定する干渉センサ又は共焦点センサも配置することができる。基準面は、対物レンズ１０２に接続固定され得る。

例えば新たなウェーハ７が新たなウェーハ検査作業のために変位ステージ６００に載せられるか、又はマルチビーム粒子顕微鏡１の動作の比較的長い休止があったときは常に、第２の動作モードへの切替えがある。特に、第２の動作モードへの切替えは、物体又はウェーハ７の厚さの変化が予想される場合、又は物体７の表面１５が位置決めデバイス６００の物体収容域と完全に平行でないと予想される場合にも実施することができる。第２の動作モードへの切替えは、検査作業からのデータの評価が物体表面１５の第１の設定面１０１とのずれをもたらす場合にも実施することができる。

分解能のさらなる改善が、マルチビーム粒子顕微鏡１の第３の実施形態において最適設定面のさらにより精密な設定により達成される。上述のようにマルチビーム粒子顕微鏡１は、ビーム分割器４００を備える。例えば数十ｍｒａｄ以下、例えば５０ｍｒａｄ以下又はそれ以上の指定指定サイズの像面傾斜が、ビーム分割器４００により生じる。ここで、像面傾斜は、通常は複数の一次ビーム３の可変の運動エネルギーに応じて変わる。マルチビーム粒子顕微鏡１の第３の実施形態において、最適焦点面の設定及び複数の一次ビーム３で達成可能な分解能に対する像面傾斜の悪影響が低減される。一例として、分解能の向上は、複数の一次ビームの目標通りの選択により達成される。第３の実施形態の第１の例として、第２の複数Ｊ２個の一次ビームが第１の複数Ｊよりも少なく、Ｊ２＜Ｊであるような、分解能基準を満たすことができない特定の一次ビーム５７の上記拒否がある。この第１の例示的な実施形態は、既定の像視野が例えば５ｎｍ未満、４ｎｍ未満、又はさらに小さな分解能に関する要件に従って完全に検査できなくなるので不利である。これに対して、有利な第２の例を図８に示す。図７ｂに対して、第１の設定面１０１に焦点５がある複数の一次ビーム３の格子配置は、光軸又はz軸（ｘ軸とｙ軸との交点を通る垂直軸）に対して変位ベクトル５９だけオフセットして配置される。したがって、複数の一次ビーム３のうち中心ビーム又は中央ビームの焦点６１は、対物レンズ１０２の対称軸１０５（図１０参照）と一致するｚ軸に対してオフセットして位置付けられる。このオフセット５９により、像面傾斜が像面湾曲と共に補償される。例として、オフセット５９は、複数の一次ビーム３の生成のための生成デバイス３００又は多孔装置３０５のオフセットにより達成することができる。別の例では、マルチビーム粒子顕微鏡１は、生成デバイス３００とビーム分割器４００との間に配置され且つ複数の一次ビームの格子配置の横方向オフセットに用いることができる少なくとも１つの偏向器７０１を備える。この目的で、第１の偏向器７０１は、中間像面（図１０参照）から遠いことが好ましい。オフセット５９は、例えば多孔装置３０５の横方向変位用のアクチュエータ又は第１の偏向器７０１を用いた静電偏向により、一次ビーム３の運動エネルギーに基づいて設定又は変更することができる。この実施形態では、像視野１７の中心２１は、対物レンズの対称軸１０５と一致していない。このずれを、検査作業のためのウェーハ７の位置決め時に制御系１０で考慮することができる。

したがって、第３の実施形態は、マルチビーム粒子顕微鏡１であって、
ａ．格子配置の複数Ｊ個の一次ビーム３を生成するマルチビーム生成デバイス３００と、
ｂ．ビーム分割器４００と、
ｃ．対物レンズ１０２の対称軸１０５を有する対物レンズ１０２と
を備え、第１の設定面１０１における複数Ｊ個の一次ビーム３の格子配置の交点５が、対称軸１０５に対して変位ベクトル５９分だけオフセットされるマルチビーム粒子顕微鏡１により表される。

一例では、マルチビーム発生デバイス３００は、複数Ｊ個の一次ビーム３を生成するための複数の開口を有する少なくとも１つの多孔プレート３０６を含み、少なくとも１つの多孔プレート３０６は横方向にオフセットして配置される。

一例では、マルチビーム粒子顕微鏡１は、動作時に第１の設定面１０１で複数Ｊ個の一次ビーム３を変位ベクトル６９分だけ一括して横方向にオフセットさせるよう構成された少なくとも１つの第１の偏向器７０１を備える。

第４の実施形態において、像面傾斜を補償するために変位ステージ６００の傾斜が設定される。この実施形態において、変位ステージ６００は、変位ステージ６００用の傾斜デバイス６１０を含む。例として、湾曲像面誤差を補正する補償器が、生成デバイス３００に設けられて湾曲像面誤差に対応できる付加的な静電素子である。このとき、像面傾斜の主要部分は像面傾斜として残る。像面傾斜は、変位ステージ６００の傾斜により補償することができる。しかしながら、上述したように、変位ステージ６００の単なる傾斜では、複数の一次ビーム３がウェーハ７の表面１５に垂直に入射するのではなく斜めに入射することになる。したがって、複数の一次ビーム３の傾斜した入射角を補償するために、少なくとも１つの第２の静電偏向器７０３が、生成デバイス３００とビーム分割器４００との間でマルチビーム粒子顕微鏡１に配置され（図１０参照）、当該第２の静電偏向器７０３は、複数の一次ビーム３の偏向を引き起こし、ひいては試料表面１５上の複数の一次ビーム３の入射角を変える。第２の静電偏向器７０３は、一次ビーム３の中間像面３２５付近にあることが好ましい。図９は、図７ａと同様の参照符号を有する図７ａと同様の例を用いて第４の実施形態の結果を示す。図７ａに比べて、湾曲像面誤差が少なくとも部分的に補償され、より大きな半径Ｒ２で概略的に示す。理想的には、湾曲像面誤差が完全に補償され、Ｒ２が非常に大きく、例えば無限である。ウェーハ７の表面１５は、このとき傾斜像面４５に配置することができ、複数の一次ビーム８２．１～８２．５は、傾斜像面４５に垂直に入射するように第２の偏向器７０３によりｚ軸に対して傾斜させられる。第４の実施形態は、特に湾曲像面誤差が他の補償器により補償される場合に有利である。

第４の実施形態は、マルチビーム生成デバイス３０５と、ビーム分割器４００と、対物レンズ１０２の対称軸１０５を有する対物レンズ１０２と、物体７を位置決めする位置決めデバイス６００とを備えたマルチビーム粒子顕微鏡１であって、位置決めデバイス６００は傾斜デバイス６１０を含み、マルチビーム粒子顕微鏡１はさらに、複数Ｊ個の一次ビーム３の中間像面３２５付近に第２の偏向器７０３を備え、当該第２の偏向器は、動作時に、複数J個の一次ビーム３の入射角が傾斜デバイス６１０による位置決めデバイス６００の傾斜時に垂直又は９０°であるように位置決めデバイス６００上に位置する物体７の表面１５上の複数の一次ビーム３の入射角を変更するよう構成される、マルチビーム粒子顕微鏡１に対応する。

第４の実施形態によれば、制御ユニット１０は、ステージ６００にさらに接続され、像面傾斜を補償するために、ステージ又は位置決めデバイス６００と共に傾斜装置６１０によりウェーハ表面１５の傾斜をもたらす。制御ユニット１０は、制御ユニット７００により第２の静電偏向器７０３にさらに接続され、第２の静電偏向器は、例えば中間像面３２１付近に配置される。第２の静電偏向器７０３は、動作時に複数の第１の一次ビーム３を傾斜したウェーハ面１５に対する一次ビーム３の垂直入射を確保する方向に一括して偏向させるよう構成される。

図１０は、実施形態によるマルチビーム粒子顕微鏡１のさらに他の態様を示す。マルチビーム粒子顕微鏡１は、粒子源３０１、例えば電子源を有するビーム生成装置３００を備える。発散粒子ビームが、一連のコンデンサレンズ３０３．１及び３０３．２によりコリメートされ、多孔装置３０５に入射する。多孔装置３０５は、複数の多孔プレート３０６及び視野レンズ３０８を含む。多孔装置３０５の次にさらなる視野レンズ３０７がある。多孔装置３０５及び視野レンズ３０７は、格子配置の一次ビームの複数の焦点３２３を表面３２５上で発生させるよう構成される。表面３２５は、平面である必要はなく、後続の粒子光学系の像面湾曲に対応するために球面曲面とすることができる。第１の静電偏向器７０１は、多孔装置３０５と視野レンズ３０７との間に配置され、上記第１の静電偏向器は、表面３２５上のビーム焦点３１１の格子配置をｙ方向に横変位させ、ひいては第１の設定面１０１における変位５９を引き起こすよう構成される。したがって、像面傾斜の効果は、第３の実施形態に従って少なくとも部分的に補償することができる。しかしながら、第３の実施形態による像面傾斜の補償は、湾曲像面誤差が完全に補償されていなく且つ像面傾斜を湾曲像面誤差と組み合わせて補償できる場合にのみ可能である。図１０に示すマルチビーム粒子顕微鏡１のマルチビーム生成デバイス３０５は、第５の実施形態による像面傾斜用の補償器３３０をさらに備え、これは以下でより詳細に説明する。

マルチビーム粒子顕微鏡１はさらに、電磁レンズ１０３及び対物レンズ１０２の系を備え、これらはビーム焦点３２３を縮小して中間像面３２５から第１の設定面１０１に結像する。これらの間に、一次ビームレット３がビーム分割器４００及び一括ビーム偏向系５００を通過し、一括ビーム偏向系５００により複数の一次ビーム３が動作時に偏向され、像視野１７が走査される。第１の平面１０１は、第１の実施形態により決定された最適焦点面である。ウェーハ７の表面１５は、変位ステージ６００により第１の平面１０１に配置される。複数の一次電子ビーム３による照射の結果として複数の二次ビーム９が焦点５で生じ、当該二次ビームは、対物レンズ１０２により取り込まれてビーム分割器４００により投影系２００に供給される。投影系は、第１及び第２のレンズ２１０及び２２０を有する結像系２０５と、第２の一括走査偏向器２２２と、多粒子検出器２０９とを含む。多粒子検出器２０９は、直接又はメモリ２９０を介して制御ユニット１０に接続されたデータ取得デバイス２８０に接続される。制御ユニット１０は、第１の静電偏向器７０１及び第２の静電偏向器７０３並びに像面傾斜用の補償器３３０を駆動するコントローラユニット７００にさらに接続される。

図１０に示すマルチビーム粒子顕微鏡１は、制御ユニット１０と、データ取得デバイス２８０と、画像データメモリ２９０と、走査検出器５００とを備え、制御ユニット１０及びデータ取得デバイス２８０は、第１の動作モード及び第２の動作モードで動作できるように構成される。第１の動作モードでは、制御ユニット１０、走査検出器５００、及びデータ取得デバイス２８０は、マルチビーム粒子顕微鏡１の像視野１７に配置された物体表面１５の連続デジタル画像を確認して当該画像を画像データメモリ２９０に記憶するよう構成される。第２の動作モードでは、制御ユニット１０、走査検出器５００、及びデータ取得デバイス２８０は、マルチビーム粒子顕微鏡１の像視野１７に配置された物体表面１５の選択されたデジタル画像データを取得し評価するよう構成される。一例では、制御ユニット１０、走査検出器５００、及びデータ取得デバイス２８０は、第２の動作モードで第１又は第７の実施形態による方法を実行するよう構成される。

図１０に示すマルチビーム粒子顕微鏡１はさらに、変位ステージ６００又は対物レンズ１０２を少なくとも含む作動系を備える。図１０に示すマルチビーム粒子顕微鏡１はさらに、像面傾斜用の補償器３３０を有するマルチビーム生成デバイス３０５を備える。図１０に示すマルチビーム粒子顕微鏡１はさらに、第４の実施形態による一次ビーム傾斜用の補償器７０３と変位ステージ６００用の傾斜デバイス６１０とを備える。図１０に示すマルチビーム粒子顕微鏡１において、データ取得デバイス２８０は、並列接続された複数Ｒ個の画像デジタイザ２８５．１～２８５．Ｒを含み、画像デジタイザ２８５．１～２８５．Ｒは、第１の動作モードでＪ個のサブ視野１７から画像データを取得して当該画像データをデジタル画像データメモリ２９０に記憶するよう構成されると共に、第２の動作モードでＬ＝Ｒ個の選択部分の画像データを取得し、Ｌ＝Ｒ個の選択部分の画像データからＬ＝Ｒ個のコントラスト測度を計算し、且つこれらのコントラスト測度を制御ユニットに送信するか又はこれらのコントラスト測度をデジタル画像データメモリ２９０に記憶するよう構成される。図１０に示すマルチビーム粒子顕微鏡１において、制御ユニット１０はさらに、記憶されたコントラスト測度からＬ＝Ｒ個の選択一次ビームのＬ＝Ｒ個の最良焦点面を計算して、そこから像面傾斜を計算するよう構成される。

第５の実施形態において、最適焦点面のさらに良好な設定を容易にし且つより多くの複数Ｊ個の一次ビーム３にわたって５ｎｍ未満、好ましくは４ｎｍ未満又は３ｎｍ未満というさらに良好な分解能を容易にする補償器３３０を、より詳細に説明する。第３及び第５の実施形態の両方で、複数の一次ビーム３の数Ｊは、一次ビームの非対称選択又は一次ビーム３の全体的傾斜により制限される。湾曲像面誤差の結果としての分解能の低下が、略二次関数的に低減するので、平面状のウェーハ表面１５での平面状の焦点面の焦点面設定が、例えば５ｎｍ未満、４ｎｍ未満、又は３ｎｍ未満の分解能を有する一次ビームの最大限の数Ｊ２を例えばＪ２＜９０のビームに制限する。焦点面設定の改善と、Ｊ２＞９０の多数のＪ２個の一次ビームでの４ｎｍ未満又は３ｎｍ未満の分解能の分解能の向上とが、本発明の第５の実施形態による容易になる。第５の実施形態では、像面傾斜を解決する手段が提供される。

従来技術は、湾曲像面用の複数の補償器に言及している。例として、多孔装置３０５の一体構成部分として形成され得る視野レンズ３０８により、例えば対物レンズ１０２等の後続の結像光学ユニットの湾曲像面誤差に対応する湾曲像面を利用可能にすることが可能である。さらに、従来技術は、複数のマクロレンズにより湾曲像面型の形態の焦点領域に対応する多孔プレート３０６を開示していた。第５の実施形態には、線形抵抗器カスケードにより駆動される電極を有する像面傾斜用の補償器３３０が含まれる。したがって、像面傾斜に従った線形局所プロファイルが生成され、これが下流のビーム分割器４００の像面傾斜を解決する。図１１は、像面傾斜用の補償器３３０の例の詳細を概略的に示す。この例では、像面傾斜用の補償器３３０は、リング型電極３３４でそれぞれが囲まれた複数の開口３３２を含む多孔プレートとして具現される。断面画像は、リング電極３３４それぞれの２つの断面を示す。ｙ方向では、リング型電極は抵抗器により相互接続され、抵抗は、ｙ方向のリング型電極３３４のピッチ又は位置に比例して選ばれる。したがって、外部電圧Ｖがｙ方向に複数の電極３３４にわたって線形に低下するので、ｙ位置に比例した電圧が各リング電極に印加され、各リング電極３３４は、動作時にｙ方向に線形に依存するフォーカルパワーを発生させる。したがって、動作中に開口３３２を通過する複数の粒子ビーム３３６．１～３３６．４は、斜面３３８に集束される。この場合、傾斜した中間像面３３８の傾きは、外部電圧により変えることができるので、ビーム分割器４００の得られる像面傾斜を一次ビーム粒子の運動エネルギーに応じて可変に補償又は考慮することができる。この場合、像面傾斜は、ビーム分割器４００の偏向角及びさらなる結像特性等の光学特性に応じて変わり得るものであり、特に一次粒子３の運動エネルギーと共に変わり得ると考えるべきである。さらに、注目すべきは、像面傾斜用の補償器の向きの決定時に磁気光学対物レンズ１０２による格子配置の回転が任意に考慮されなければならないような対物レンズ１０２における複数の一次ビームの格子配置の回転の結果として、傾斜像面３３８の向きが捩れ得ることである。一例では、対物レンズ１０２が略一定の結像性能で作動されるので、対物レンズ１０２による格子配置の回転は事実上一定のままであり既定のものであり得る。さらなる例では、像面傾斜用の補償器３３０は、ｙ方向の第１の抵抗器チェーンを有する上記形態の第１の傾斜補償器と、第１の傾斜補償器に対して例えば９０°回転させ且つｘ方向の第２の抵抗器チェーンを結果として有する上記形態の第２の傾斜補償器とを含む（図１１に示すｘｙ軸）。２つの異なる電圧信号をｙ方向の第１補償器及びｘ方向の第２の補償器に印加することにより、任意の向きの傾斜中間像面を設定することが可能であり、対物レンズ１０２による像面傾斜の変わりやすい回転を解決することができる。

像面傾斜用の補償器３３０は、最良焦点面のさらにより精密な設定を実行可能にするために、且つＪ＞９０である多数のＪ個の一次ビームにわたって５ｎｍ未満、好ましくは４ｎｍ未満、特に好ましくは３ｎｍ未満のさらに良好な分解能を達成するために、さらなる補償器と、例えば湾曲像面誤差を低減するための補償器又は第１及び第２の偏向器７０１及び７０３と組み合わせることができる。

第５の実施形態によるマルチビーム粒子顕微鏡１は、マルチビーム生成デバイス３０５と、ビーム分割器４００と、対物レンズ１０２の対称軸１０５を有する対物レンズ１０２と、物体７を位置決めする位置決めデバイス６００とを備え、マルチビーム生成デバイス３０５はさらに、一平面で格子構成の複数Ｊ個の開口３３２を含み且つ動作時に複数Ｊ個の一次ビーム３に影響を及ぼすよう構成された像面傾斜用の補償器３３０を含み、複数Ｊ個の開口３３２のそれぞれに、動作時に開口を通過する一次ビーム３３６の伝播方向に焦点面を変えるよう構成された少なくとも１つの電極３３４が設けられ、複数の電極３３４は、各一次ビーム３３６の伝播方向を横断する第１の方向での座標の一次関数としての焦点面変化があるように設計及び相互接続され、焦点面変化は、第１の方向を横断し且つ各一次ビーム３３６の伝播方向を横断する第２の方向で一定である。ここで、図１１において伝播方向はｚ軸に対応し、第１の方向はｙ軸に対応する。

先の実施形態のいずれか１つによる最適焦点面１１のより精密な設定を容易にする対物レンズが、第６の実施形態において特定される。第６の実施形態の対物レンズ１０２を図１２に示す。第６の実施形態の対物レンズ１０２は、第１のコイル１０９に加えて第２のコイル１１４を有する。両方のコイルは、制御ユニット１０により相互に逆の電流方向で作動される。対物レンズ１０２のフォーカルパワーＰの変化は、電流Iの二乗に比例し、Ｐ＝Ｉ^２×Ｒである（式中、Ｒは抵抗の値、^２は「二乗」を意味する）。しかしながら、コイルの抵抗Ｒに比例する温度又は出熱Ｑも、電流の二乗と共に増加する。対物レンズ１０２のパラメータは、変わりやすい出熱と共に変わり、例えばコイルの抵抗Ｒの変化がある。１つの解決手段は、冷却チャネル１１６に通される冷媒の冷却力の調整にある。しかしながら、この解決手段は非常に複雑である。第６の実施形態は、対物レンズのフォーカルパワーが変わる場合でも、一定の出熱が得られることにより一定の冷却力で済ませる解決手段を特定している。一例では、これは付加的なバイファイラ巻線又は第２のコイル１１４により達成される。２つのコイル電力の和は、Ｑ＝Ｒ１×Ｉ１^２＋Ｒ２×Ｉ２^２で第１のコイル１０９への第１の電流Ｉ１及び第２のコイル１１４への第２の電流Ｉ２の適切な供給により一定に保たれるのに対して、対物レンズ１０２の所望のフォーカルパワーＰは、Ｐ＝Ｒ１×Ｉ１^２－Ｒ２×Ｉ２^２により２つのコイル電力の差により非常に正確に設定することができ、。したがって、フォーカルパワーＰ又は焦点面又は第１の設定面１０１を正確に設定することができ、対物レンズ１０２を受動的又は一定冷却で作動させることができる。一定又は受動的冷却は、例えば、一定の供給温度で冷却チャネル１１６を通る水等の冷媒の一定の貫流の形態の一定のヒートシンクにより得られる。

したがって、第６の実施形態は、受動的冷却１１６を用いて最適焦点面１０１に複数Ｊ個の一次ビーム３を精密に集束させる対物レンズ１０２を備えたマルチビーム粒子顕微鏡１であって、対物レンズ１０２は、第１の抵抗Ｒ１を有する第１のコイル１０９及び第２の抵抗Ｒ２を有する第２のコイル１１４を含み、対物レンズは、動作時に第１の電流Ｉ１及び第２の電流Ｉ２で作動されるよう構成され、出熱Ｑ＝Ｒ１×Ｉ１^２＋Ｒ２×Ｉ２^２が一定であるマルチビーム粒子顕微鏡１により与えられる。一例では、第６の実施形態によるマルチビーム粒子顕微鏡１は、動作時に２つの電流Ｉ１及びＩ２の差及びそれによりコイルに生じる磁束により対物レンズ１０２のフォーカルパワーが調整可能であるように構成される。例として、対物レンズ１０２のフォーカルパワーＰは、Ｐ＝Ｒ１×Ｉ１^２－Ｒ２×Ｉ２^２により調整可能である。一例では、第６の実施形態によるマルチビーム粒子顕微鏡１は、動作時に第２のコイルの磁束が第１のコイルの磁束の方向とは逆に延びるように構成される。第６の実施形態によるマルチビーム粒子顕微鏡１の一例では、第２のコイルは第１のコイルに対向して配置される。一例では、マルチビーム粒子顕微鏡１の対物レンズ１０２の受動的冷却１１６は、冷却手段又は冷媒に対する接点の形態で実施される。

第７の実施形態において、較正法が利用可能となる。試料７の表面１５に対して垂直な一次ビーム３のビーム角７８は、第７の実施形態の較正法を用いて求められる。さらに、選択された数の一次ビームに対するさらなるビームパラメータ、例えば一次ビームのｚプロファイル、焦点領域７３のｚ範囲、最小スポット範囲、及び焦点領域７０．１の上ｚ位置又は焦点領域７０．２の下ｚ位置（図４参照）を、第７の実施形態の較正法により求めることができる。さらなるビームパラメータは、収差、例えば非点収差又は球面収差であり得る。

複数のビーム３が相互に対して平行に延びず、一次ビーム３のビーム角７８が異なる場合、テレセントリシティ誤差がある。さらに、全ての一次ビームの平均ビーム角がｚ軸に対して傾き得る。全ての一次ビームのビーム角が事実上同じである場合、これをテレセントリック束と称する。この場合も、全ての一次ビームの平均ビーム角は、ｚ軸に対して傾き得る（例えば図９参照）。しかしながら、該して、一次ビーム３の個々のビーム角７８がウェーハ７の表面１５に対して垂直でない場合、テレセントリシティ誤差と言える。

第７の実施形態において、テレセントリック束及び求められる平均ビーム角からのずれを可能にする較正法が利用可能となる。図１３は、本方法のステップを示す。本方法は、第１の実施形態のステップ（図５）と同様のステップＡ～Ｈを含み、第１の実施形態の説明を参照されたい。第１の実施形態に加えて、又は第１の実施形態から逸脱して、ステップＣにおいて、Ｌ個の選択画像部分のデジタル画像データが取得され記憶される。ステップＴにおいて、Ｌ個の選択画像部分それぞれについて、Ｐ個の焦点位置に対する各選択画像部分のデジタル画像データの相対横方向オフセットが求められる。例として、選択画像部分の２つのデジタル画像データ間の相対横方向オフセットを相関により求めることができる。ｌ番目の選択画像部分に割り当てられたｌ番目の一次ビーム３のｌ番目のビーム角を、ｚ位置毎の相対横方向オフセットから求めることができる。

ステップＹにおいて、複数の一次ビームビーム角７８が評価され、テレセントリシティ誤差が求められる。例として、一次ビームの平均ビーム角が求められ、平均ビーム角からの各一次ビームの相対偏差が求められる。第１の実施形態のように、ステップＴにおけるビーム角の決定は、選択一次ビームについて実施することができ、他の一次ビームのビーム角は、例えばモデル仮定によりそこから導出することができる。続いて、マルチビーム顕微鏡１の制御ユニット１０に供給される情報が、求められたテレセントリシティ誤差から導出される。この情報は、例えば第１又は第２の偏向器７０１又は７０３等の補償器又はマルチビーム顕微鏡１のさらなる能動素子に対する制御変数を含み得る。一例では、制御変数は、変位ステージ６００の傾斜又は試料７のくさび角を補償するために変位ステージ６００に対する制御信号を含む。一例では、制御変数は、対物レンズ１０２又はビーム分割器４００に対する制御信号を含む。

湾曲像面誤差又は像面傾斜に関して、第１の実施形態による最適設定目の選択に対応するテレセントリシティ誤差は歪み収差につながる。この歪み収差は、単純な幾何学的計算を用いてステップＹにおいて求めることができ、制御ユニット１０に記憶することができる。デジタル画像データの後続の評価において、例えば個々のサブ視野からのデジタル画像データの合成時に、この歪み収差を考慮することができる。

ステップＹにおいてテレセントリシティ誤差を一意に求めるのを容易にするために、ステップＷにおいて、例えば変位ステージ６００によるウェーハの多重ｚ変位又は対物レンズ１０２の作動信号の多重変化により、ステップＤにおける焦点位置の変更に加えて、試料表面１５及び設定面１０１の相対位置のさらなる変更を実行することが有利であり得る。ステップＷにおける異なる素子の使用は、例えばテレセントリシティ誤差の種々の原因を突き止めるという利点がある。例として、テレセントリシティ誤差は、以下の原因を有し得る：対物レンズ１０２の光軸の傾斜、対物レンズのコンポーネント（例えば、磁極片に対するコイル１０９又は１１４、図１２参照）の傾斜、マルチビーム顕微鏡１の電磁素子を通る複数の荷電粒子ビームレットの軸外プロファイル、試料若しくはウェーハ７のくさび角、又はマルチビーム顕微鏡１の光軸１０５と平行ではない変位ステージ６００若しくは変位ステージ６００のz軸の傾斜。これらのコンポーネントのうち１つの励起又は設定を変えることにより、テレセントリシティ誤差を変化させることが可能であると共に、最小テレセントリシティ誤差のためのコンポーネントの最適設定を導出することが可能である。一次ビームのビーム角を求めることに加えて、ステップＹにおいて一次ビームのｚプロファイル、例えば最小スポット範囲、及び焦点領域７０．１の上ｚ位置又は焦点領域７０．２の下ｚ位置を確認することが可能である（図４参照）。焦点領域７０．１の上ｚ位置又は焦点領域７０．２の下ｚ位置の非対称性により、一次ビームの球面収差を求めることが可能である。例として、ＨＶ構造に対する分解能測定から、さらなるビーム収差、例えば非点収差又はコマ収差を求めることができる。

ステップＷにおいて、マルチビーム顕微鏡の光学コンポーネントを較正するために焦点位置の変更に加えてさらなる変更をなすことができる。一例では、例えば選択画像部分のデジタル画像データの横方向画像オフセットを較正するために、第１の静電偏向器７０１の作動信号が変更される。一例では、全ての一次ビームの平均ビーム角を変更するため及び第２の静電偏向器７０３を較正するために、第２の静電偏向器７０３の作動信号が変更される。一例では、像面傾斜用の補償器３３０を較正するために、像面傾斜用の補償器３３０の作動信号が変更される。

一例では、第７の実施形態による第１の較正法が、変位ステージに配置され得る較正物体で実施され、マルチビーム顕微鏡１は較正物体を用いて調整される。ステップＡにおいて、試料７の表面１５の位置決めの代わりに、第１の平面１０１での較正物体の表面１５の位置決めが続いて実施される。一例では、較正物体での第１の較正法に続いて、第７の実施形態による第２の較正法が試料又はウェーハ７で行われ、試料７の傾斜又はくさび角が求められる。例として、ウェーハ表面１５を較正物体の表面に対して傾斜させることができる。この場合、全ての一次ビームの一定のビーム傾斜７８が予想される。個別一次ビーム３のビーム傾斜が予想される一定のビーム傾斜から大幅にずれる場合、異なる収差があり、一次ビームの第１の較正又はビーム収差の補正が実行される。第７の実施形態の較正法による測定は、この場合はさらなるセンサ、例えば変位ステージ６００のセンサシステム又は試料表面１５と基準面との間の距離センサ等により補助することができる。

一例では、一次ビーム３のｚプロファイルが求められる。例として、選択一次ビーム毎に焦点領域７３のｚ範囲、最小スポット範囲、及び焦点領域７０．１の上ｚ位置又は焦点領域７０．２の下ｚ位置が求められる（図４参照）。求められた変数は、マルチビーム顕微鏡１の制御ユニット１０に記憶され、例えば第１の実施形態による方法で最適設定面を決定するのに用いられる。

複数J個の一次ビーム３でマルチビーム粒子顕微鏡１を補正するための第７の実施形態による方法は、
Ａ．変位ステージ６００を用いて第１のｚ位置ｚ１を有する第１の設定面１０１に物体７の表面１５を位置決めするステップと、
Ｂ．ｉ＝１～Ｐのｚ位置ｚｉを有するフォーカスシリーズに適したパラメータを求めるステップと、
Ｃ．複数Ｌ個の選択一次ビームについてｉ＝１～Ｐのｚ位置のうち第１のz位置及びさらなる各ｚ位置のデジタル画像データを取得して、デジタル画像データをメモリユニット２９０に記憶するステップと、
Ｄ．第１の設定面１０１を第２の又はさらなるｚ位置ｚ２～ｚＰの第２の又はさらなる設定面に変位させるステップと、
Ｅ．ｚ位置ｚ１～ｚＰのそれぞれでデジタル画像データが取得されるまでステップＣ及びＤを繰り返すステップと、
Ｔ．少なくとも２つの異なるｚ位置それぞれでのｌ番目の選択一次ビーム毎のデジタル画像データから相対横方向オフセットを求めて、２つの異なるｚ位置間の相対横方向オフセット及び距離からｌ番目の選択一次ビームの各ｌ番目のビーム角７８を求めるステップと、
Ｙ．複数Ｌ個の選択一次ビームのＬ個のビーム角７８を評価して、マルチビーム粒子顕微鏡１のテレセントリシティ誤差を求めるステップと
を含む。

第７の実施形態による方法では、ステップＹはさらに、平均ビーム角及び平均ビーム角からの選択一次ビームのビーム角の相対偏差を求めることを含む。

第７の実施形態による方法はさらに、テレセントリシティ誤差から制御信号を計算すること、及びマルチビーム顕微鏡１の制御ユニットに制御信号を供給することを含み、制御信号は、対物レンズ１０２、ビーム分割器４００、偏向器７０３、又は変位ステージ６００に対する少なくとも１つの制御信号を含む。

第７の実施形態による方法はさらに、少なくとも１つの選択一次ビーム３のｚプロファイルを求めることを含み、これは、選択一次ビームの最適焦点位置６８、選択一次ビームの焦点領域のｚ範囲７３、最小スポット範囲７４、又は焦点領域７０．１の上ｚ位置若しくは焦点領域７０．２の下ｚ位置から選択された変数を求めて記憶することを少なくとも含む。

第１及び第７の実施形態による方法のステップは、一部重複するか又は補い合う。したがって、第７の実施形態の方法は、ステップＢ及びＣの要素を組み合わせて、第１の実施形態の方法と並行して又は同時に実行することができる。図１３は、第７の実施形態によるステップＴ及びＹと並行した第１の実施形態による一連のステップＦ、Ｇ、及びＨによりこれを示す。

一例では、第１の実施形態による湾曲像面誤差及び像面傾斜が、各一次ビームの最良焦点面６８から求められ、平均湾曲像面及び像面傾斜からの個別一次ビームのずれが測定される。一例では、湾曲像面及び像面傾斜からの個別一次ビームの最良焦点面６８のずれ又は個別一次ビームの収差は、既定の閾値より大きい。ずれは、マルチビーム顕微鏡１の制御ユニット１０により測定される。例として、制御ユニット１０は、続いてマルチビーム顕微鏡１の洗浄又は保守を開始させることができる。

本発明はさらに、以下の節により表すことができる。
節１。マルチビーム粒子顕微鏡で試適焦点面を設定する方法であって、マルチビーム粒子顕微鏡は、第１の複数Ｊ個の一次ビーム３を生成するマルチビーム生成デバイス３０５であり、第１の複数Ｊ個の一次ビーム３は格子配置で配置され、各一次ビームを走査偏向器５００により像視野１７の関連のサブ視野３１にわたってそれぞれ偏向させることができるマルチビーム生成デバイス３０５と、粒子マルチ検出器２０９及びデータ取得デバイス２８０を有する検出器系２００とを備え、本方法は、
Ａ）変位ステージ６００を用いて第１のｚ位置ｚ１を有する第１の設定面１０１に物体７の表面１５を位置決めするステップと、
Ｂ）ｉ＝１～Ｐのｚ位置ｚｉを有するフォーカスシリーズに適したパラメータを求めるステップと、
Ｃ）Ｌ≦Ｊ個の選択一次ビーム３のＬ個のコントラスト測度Ｋ１（ｉ）～ＫＬ（ｉ）を測定するステップと、
Ｄ）第１の設定面１０１を第２の又はさらなるｚ位置ｚ２～ｚＰの第２の又はさらなる設定面に変位させるステップと、
Ｅ）ｉ＝１～Ｐのコントラスト測度Ｋ１（ｉ）～ＫＬ（ｉ）がｚ位置ｚ１～ｚＰのそれぞれで測定されるまでステップＣ及びＤを繰り返すステップと、
Ｆ）コントラスト測度Ｋｌ（ｉ）を用いてＬ個の選択一次ビーム３それぞれのＬ個の最良焦点位置６８を求めるステップと、
Ｇ）Ｌ個の最良焦点位置６８から湾曲像面誤差及び像面傾斜を求めて、Ｊ２≧０．９×Ｊの第２の複数Ｊ２個の一次ビームで既定の分解能基準が満たされるようにマルチビーム粒子顕微鏡１の最適焦点面を決定するステップと、
Ｈ）最適焦点面をマルチビーム粒子顕微鏡１の新たな第１の設定面１０１として記憶するステップと
を含む方法。
節２。節１に記載の方法において、ステップＢは以下の要素：
－Ｊ個のサブ視野３１それぞれの中で画像部分３７を決定すること、
－Ｊ個のサブ視野３１それぞれの画像部分３７からＬ個の選択画像部分３９．１～３９．Ｌを選択することであり、ここでＬ≦Ｊが選ばれ、選択一次ビーム３がＬ個の選択画像部分３９それぞれに割り当てられること、
－画像部分３９内に配置されている物体７の表面１５の部分のデジタル画像データの取得用のパラメータを規定すること、
－２つの連続したｚ位置ｚ（１）～ｚ（Ｐ）間それぞれで（Ｐ－１）個の増分ｄｚ（２）～ｚｄ（Ｐ）とした一連のＰ個のｚ位置ｚ１～ｚＰを規定すること
を含む方法。
節３。節２に記載の方法において、画像部分３７は、表面状態に基づき又は物体７の表面１５上の構造に基づきＪ個のサブ視野３１内で求められる方法。
節４。節２又は３に記載の方法において、選択画像部分の数Ｌは４個以上である方法。
節５。節４に記載の方法において、データ取得デバイス２８０は、並列に配置された複数Ｒ個の画像デジタイザ２８５．１～２８５．Ｒを有し、選択部分の数ＬはＲに等しく選択される方法。
節６。節１～５のいずれか１つに記載の方法において、ｚ位置の数Ｐは、Ｐ＝３～Ｐ＝７の範囲で規定される方法。
節７。節１～６のいずれか１つに記載の方法において、ステップＢは、コントラスト測度を求める方法を規定することを含み、当該方法は、以下の方法：スペクトルプロセス、画像コントラスト、ヒストグラムプロセス、エッジフィルタ、相対分布の方法、又は勾配プロセス、のうち少なくとも１つを含む方法。
節８。節１～７のいずれか１つに記載の方法において、ステップＣは、以下の要素：
－ステップＢで規定されたパラメータに従って、検出器系２００を用いてＪ個のサブ視野３１それぞれの中のＬ個の画像部分３９のＬ個のデジタル画像データを取得すること、
－データ取得デバイス２８０で、Ｌ個の選択画像部分３９．１～３９．Ｌを評価してＬ個のコントラスト測度Ｋ１（ｉ）、…、ＫＬ（ｉ）を求めること、
－Ｌ個のコントラスト測度Ｋ１（ｉ）～ＫＬ（ｉ）を制御ユニット１０に送信して、Ｌ個のコントラスト測度Ｋ１（ｉ）～ＫＬ（ｉ）を記憶すること
を含む方法。
節９。節１～８のいずれか１つに記載の方法において、ステップＥはさらに、求められたコントラスト測度のそれぞれが基準を満たすか否かについてチェックすることを含み、基準が満たされない場合、少なくとも１つのさらなるｚ位置ｚ（Ｐ＋１）が求められた後に、そのさらなるｚ位置ｚ（Ｐ＋１）に第１の設定面１０１を変位させてステップＤが繰り返され、そのさらなるｚ位置ｚ（Ｐ＋１）においてステップＣが繰り返される方法。
節１０。節１～９のいずれか１つに記載の方法において、ステップＧにおいて、Ｌ個の選択一次ビーム３の上限又は下限の許容焦点ずれがさらに求められる方法。
節１１。節１～１０のいずれか１つに記載の方法において、ステップＤにおける第１の設定面１０１の変位は、対物レンズ１０２の作動の変更又は変位ステージ６００による物体７の表面１５のｚ位置の変更又は試料電圧６０５の変更又は上記変更の少なくとも２つの組合わせにより実施される方法。
節１２。節１１に記載の方法において、対物レンズ１０２の作動の変更は、第１及び第２の電流の二乗和が一定であり且つ第１及び第２の電流の二乗差が変わるように２つの作動信号を変えることにある方法。
節１３。節１～１２のいずれか１つに記載の方法において、像面傾斜用の補償器に対する作動信号を求めること、及び像面傾斜用の補償器に作動信号を供給することをさらに含む方法。
節１４。節１３に記載の方法において、作動信号は、マルチビーム生成デバイス３００に配置された像面傾斜用の補償器３３０に対する集束信号を含む方法。
節１５。節１～１４のいずれか１つに記載の方法において、湾曲像面誤差用の補償器に対する作動信号を求めること、及び湾曲像面誤差用の補償器に作動信号を供給することをさらに含む方法。
節１６。節１～１５のいずれか１つに記載の方法において、変位ベクトル５９を求めることをさらに含み、複数J個の一次ビーム３の格子配置用の変位デバイスに供給される作動信号が、変位ベクトル５９から求められる方法。
節１７。マルチビーム粒子顕微鏡１であって、制御ユニット１０と、データ取得デバイス２８０と、画像データメモリ２９０と、ビーム偏向器５００とを備え、制御ユニット１０及びデータ取得デバイス２８０は、第１の動作モードから第２の動作モードに切替え可能であるように構成され、制御ユニット１０、走査偏向器５００、及びデータ取得デバイス２８０は、第１の動作モードでマルチビーム粒子顕微鏡１の像視野１７に配置された物体表面１５の連続デジタル画像を確認して、当該連続デジタル画像を画像データメモリ２９０に記憶するよう構成され、且つ第２の動作モードでマルチビーム粒子顕微鏡１の像視野１７に配置された物体表面１５の選択デジタル画像データを取得し評価するよう構成されるマルチビーム粒子顕微鏡。
節１８。節１７に記載のマルチビーム粒子顕微鏡１において、制御ユニット１０、走査偏向器５００、及びデータ取得デバイス２８０は、第２の動作モードで節１～１６のいずれか１つに記載の方法を実行するよう構成されるマルチビーム粒子顕微鏡。
節１９。節１７又は１８に記載のマルチビーム粒子顕微鏡１において、変位ステージ６００又は対物レンズ１０２を少なくとも含む作動系をさらに備えたマルチビーム粒子顕微鏡。
節２０。節１７～１９のいずれか１つに記載のマルチビーム粒子顕微鏡１において、像面傾斜用の補償器３３０を有する少なくとも１つのマルチビーム生成デバイス３０５をさらに備えたマルチビーム粒子顕微鏡。
節２１。節１７～２０のいずれか１つに記載のマルチビーム粒子顕微鏡１において、一次ビームの傾斜用の補償器７０３又は変位ステージ６００用の傾斜デバイス６１０をさらに備えたマルチビーム粒子顕微鏡。
節２２。節１７～２１のいずれか１つに記載のマルチビーム粒子顕微鏡１において、データ取得デバイス２８０は、並列接続された複数Ｒ個の画像デジタイザ２８５．１～２８５．Ｒを含み、画像デジタイザ２８５．１～２８５．Ｒは、第２の動作モードでＬ＝Ｒ個の選択部分の画像データを取得してＬ＝Ｒ個の選択部分の画像データからＬ＝Ｒ個のコントラスト測度を計算するよう構成されるマルチビーム粒子顕微鏡。
節２３。節２２に記載のマルチビーム粒子顕微鏡１において、制御ユニット１０はさらに、Ｒ個のコントラスト測度から像面傾斜を計算するよう構成されるマルチビーム粒子顕微鏡。
節２４。節２３に記載のマルチビーム粒子顕微鏡１において、マルチビーム生成デバイス３０５をさらに備え、マルチビーム生成デバイス３０５は、計算された像面傾斜用の補償器３３０を含み、補償器３３０は、一平面に格子構成の複数Ｊ個の開口３３２を含み、且つ動作時に格子構成の複数Ｊ個の一次ビーム３に影響を及ぼすよう構成され、複数Ｊ個の開口３３２のそれぞれに、動作時に開口を通過する一次ビーム３３６の伝播方向に焦点面を変えるよう構成された少なくとも１つの電極３３４が設けられ、複数の電極３３４は、各一次ビーム３３６について、各一次ビーム３３６の伝播方向を横断する第１の方向での座標の一次関数としての焦点面変化があるように設計及び相互接続され、各一次ビーム３３６の焦点面変化は、第１の方向を横断し且つ伝播方向を横断する第２の方向で一定であるマルチビーム粒子顕微鏡。
節２５。複数Ｊ個の一次ビーム３でマルチビーム粒子顕微鏡１を較正する方法であって、
Ａ）変位ステージ６００を用いて第１のｚ位置ｚ１を有する第１の設定面１０１に物体７の表面１５を位置決めするステップと、
Ｂ）ｉ＝１～Ｐのｚ位置ｚｉを有するフォーカスシリーズに適したパラメータを求めるステップと、
Ｃ）複数Ｌ個の選択一次ビームについてｉ＝１～Ｐのｚ位置のうち第１のz位置及びさらなる各ｚ位置のデジタル画像データを取得して、デジタル画像データをメモリユニット２９０に記憶するステップと、
Ｄ）第１の設定面１０１を第２の又はさらなるｚ位置ｚ２～ｚＰの第２の又はさらなる設定面に変位させるステップと、
Ｅ）ｚ位置ｚ１～ｚＰのそれぞれでデジタル画像データが取得されるまでステップＣ及びＤを繰り返すステップと、
Ｔ）少なくとも２つの異なるｚ位置それぞれでのｌ番目の選択一次ビーム毎のデジタル画像データから相対横方向オフセットを求めて、２つの異なるｚ位置間の相対横方向オフセット及びピッチからｌ番目の選択一次ビームの各ｌ番目のビーム角７８を求めるステップと、
Ｙ）複数Ｌ個の選択一次ビームのＬ個のビーム角７８を評価して、マルチビーム粒子顕微鏡１のテレセントリシティ誤差を求めるステップと
を含む方法。
節２６。節２５に記載の方法において、ステップＹは、平均ビーム角及び平均ビーム角からの選択一次ビームのビーム角の相対偏差を求めることを含む方法。
節２７。節２５又は２６に記載の方法において、テレセントリシティ誤差から制御信号を計算すること、及びマルチビーム顕微鏡１の制御ユニットに制御信号を供給することを含み、制御信号は、対物レンズ１０２、ビーム分割器４００、偏向器７０３、又は変位ステージ６００に対する少なくとも１つの制御信号を含む方法。
節２８。節２５～２７のいずれか１つに記載の方法において、少なくとも１つの選択一次ビーム３のｚプロファイルを求めることであり、選択一次ビームの最適焦点位置６８、選択一次ビームの焦点領域のｚ範囲７３、最小スポット範囲７４、又は焦点領域７０．１の上ｚ位置若しくは焦点領域７０．２の下ｚ位置から選択された変数を求めて記憶することを少なくとも含む方法。

説明した実施形態、例、及び節は、結果として技術的矛盾が生じなければ、相互に完全に又は部分的に組み合わせることができる。ちなみに、説明下実施形態は、本発明とみなされるべきではない。

１ マルチビーム粒子ビームシステム
３ 一次粒子ビーム
５ 物体の表面上の入射場所
７ 物体、ウェーハ
９ 二次粒子ビーム
１０ 制御系
１１ 二次粒子の粒子ビーム経路
１５ 試料表面
１７ 像視野
２１ 像視野の中心
２７ 走査経路
３１ サブ視野
３３ 第１の検査部位
３５ 第２の検査部位
３７ 画像部分
３９ 選択画像部分
４１ 軸方向一次ビームの焦点位置を通るｙ軸
４３ 中心
４５ 傾斜像面
４７ 下焦点面
４９ 上焦点面
５１ ｚ範囲又は間隔
５３ 同様の分解能を有する焦点を有する略同心状のリング
５５ 最下焦点を有するビーム
５７ 分解能基準を満たさない拒否された一次ビーム
５９ ｙ方向のオフセット
６０ 光軸又はｚ軸
６１ 中心ビーム
６２ 焦点面付近の一次ビームのビーム円錐
６４ 開口角
６５ 近似ビームプロファイル
６８ 最良焦点
７０．１、７０．２ 焦点領域の上及び下平面
７２ 上限及び下限の許容焦点ずれ
７３ 焦点域のｚ範囲
７４ 最小スポット範囲
７６．１、７６．２ 既定の分解能限界又は分解能基準
７８ ｚ軸に対するビーム角
８０ 重心光線
８２ 焦点面付近の傾斜一次ビームのビーム円錐
１００ 対物レンズ系
１０１ 第１の平面
１０２ 対物レンズ
１０３ 入射場所５の格子配置
１０９ コイル又は第１のコイル
１１４ 第２のコイル
１１６ 冷却チャネル
２００ 検出器系
２０５ 投影レンズ
２０８ 静電素子
２０９ 粒子マルチ検出器
２１１ 検出領域を有する平面
２１３ 二次粒子ビームの入射場所
２１７ 入射場所の格子配置
２２２ 一括走査偏向器
２６０ 静電素子
２８０ データ取得デバイス
２８５ 画像デジタイザ
２９０ メモリ
３００ ビーム生成装置
３０１ 粒子源
３０３ コリメーションレンズ又はコリメーションレンズ系
３０５ 多孔装置
３０６ 多孔プレート
３０７ 視野レンズ又は視野レンズ装置
３０９ 発散粒子ビーム
３１１ 平行ビーム
３１３ 多孔プレート
３１５ 開口又は開孔
３１７ 開孔の中心点
３１９ 開孔の格子配置
３２３ ビーム焦点
３２５ 中間像面
３３０ 像面傾斜用の補償器
３３２ 複数の開口
３３４ リング型電極
３３６ 通過粒子ビーム
３３８ 傾斜焦点面
４００ ビーム分割器
４６０ ビーム管装置
４６１ ビーム管装置の第１の肢
４６２ ビーム管装置の第２の肢
４６３ ビーム管装置の第３の肢
４１０ 第１の磁気セクタ
４２０ 第２の磁気セクタ
５００ 走査偏向器
６００ 変位ステージ又は位置決めデバイス
６０５ 試料電位又は試料電位の供給ライン
６１０ 傾斜デバイス
７０１ 第１の静電偏向器
７０３ 第２の静電偏向器

Claims (28)

1. マルチビーム粒子顕微鏡（１）で試適焦点面を設定する方法であって、前記マルチビーム粒子顕微鏡（１）は、第１の複数Ｊ個の一次ビーム（３）を生成するマルチビーム生成デバイス（３０５）であり、前記第１の複数Ｊ個の一次ビーム（３）は格子配置で配置され、各一次ビームを走査偏向器（５００）により像視野（１７）の関連のサブ視野（３１）にわたってそれぞれ偏向させることができるマルチビーム生成デバイス（３０５）と、粒子マルチ検出器（２０９）及びデータ取得デバイス（２８０）を有する検出器系（２００）とを備え、前記方法は、
   Ａ）変位ステージ（６００）を用いて第１のｚ位置ｚ１を有する第１の設定面（１０１）に物体（７）の表面（１５）を位置決めするステップと、
   Ｂ）ｉ＝１～Ｐのｚ位置ｚｉを有するフォーカスシリーズに適したパラメータを求めるステップと、
   Ｃ）Ｌ≦Ｊ個の選択一次ビーム（３）のＬ個のコントラスト測度Ｋ１（ｉ）～ＫＬ（ｉ）を測定するステップと、
   Ｄ）前記第１の設定面（１０１）を第２の又はさらなるｚ位置ｚ２～ｚＰの第２の又はさらなる設定面に変位させるステップと、
   Ｅ）ｉ＝１～Ｐのコントラスト測度Ｋ１（ｉ）～ＫＬ（ｉ）が前記ｚ位置ｚ１～ｚＰのそれぞれで測定されるまでステップＣ及びＤを繰り返すステップと、
   Ｆ）前記コントラスト測度Ｋｌ（ｉ）を用いて前記Ｌ個の選択一次ビーム（３）それぞれのＬ個の最良焦点位置（６８）を求めるステップと、
   Ｇ）前記Ｌ個の最良焦点位置（６８）から湾曲像面誤差及び像面傾斜を求めて、Ｊ２≧０．９×Ｊの第２の複数Ｊ２個の一次ビームで既定の分解能基準が満たされるように前記マルチビーム粒子顕微鏡１の最適焦点面を決定するステップと、
   Ｈ）前記最適焦点面を前記マルチビーム粒子顕微鏡（１）の新たな第１の設定面（１０１）として記憶するステップと
   を含む方法。
2. 請求項１に記載の方法において、ステップＢは以下の要素：
   －Ｊ個のサブ視野（３１）それぞれの中で画像部分（３７）を決定すること、
   －前記Ｊ個のサブ視野（３１）それぞれの前記画像部分（３７）からＬ個の選択画像部分（３９．１～３９．Ｌ）を選択することであり、ここでＬ≦Ｊが選ばれ、選択一次ビーム（３）が前記Ｌ個の選択画像部分（３９）それぞれに割り当てられること、
   －前記画像部分（３９）内に配置されている前記物体（７）の前記表面（１５）の部分のデジタル画像データの取得用のパラメータを規定すること、
   －２つの連続したｚ位置ｚ（１）～ｚ（Ｐ）間それぞれで（Ｐ－１）個の増分ｄｚ（２）～ｚｄ（Ｐ）とした一連のＰ個のｚ位置ｚ１～ｚＰを規定すること
   を含む方法。
3. 請求項２に記載の方法において、前記画像部分（３７）は、表面状態に基づき又は前記物体（７）の前記表面（１５）上の構造に基づき前記Ｊ個のサブ視野（３１）内で求められる方法。
4. 請求項２又は３に記載の方法において、前記選択画像部分の数Ｌは４個以上である方法。
5. 請求項４に記載の方法において、前記データ取得デバイス（２８０）は、並列に配置された複数Ｒ個の画像デジタイザ（２８５．１～２８５．Ｒ）を有し、選択部分の数ＬはＲに等しく選択される方法。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の方法において、ｚ位置の数Ｐは、Ｐ＝３～Ｐ＝７の範囲で規定される方法。
7. 請求項１～６のいずれか１項に記載の方法において、ステップＢは、コントラスト測度を求める方法を規定することを含み、前記方法は、以下の方法：スペクトルプロセス、画像コントラスト、ヒストグラムプロセス、エッジフィルタ、相対分布の方法、又は勾配プロセス、のうち少なくとも１つを含む方法。
8. 請求項１～７のいずれか１項に記載の方法において、ステップＣは、以下の要素：
   －ステップＢで規定された前記パラメータに従って、前記検出器系（２００）を用いて前記Ｊ個のサブ視野（３１）それぞれの中の前記Ｌ個の画像部分（３９）のＬ個のデジタル画像データを取得すること、
   －前記データ取得デバイス（２８０）で、前記Ｌ個の選択画像部分（３９．１～３９．Ｌ）を評価してＬ個のコントラスト測度Ｋ１（ｉ）、…、ＫＬ（ｉ）を求めること、
   －前記Ｌ個のコントラスト測度Ｋ１（ｉ）～ＫＬ（ｉ）を制御ユニット（１０）に送信して、前記Ｌ個のコントラスト測度Ｋ１（ｉ）～ＫＬ（ｉ）を記憶すること
   を含む方法。
9. 請求項１～８のいずれか１項に記載の方法において、ステップＥはさらに、求められたコントラスト測度のそれぞれが基準を満たすか否かについてチェックすることを含み、前記基準が満たされない場合、少なくとも１つのさらなるｚ位置ｚ（Ｐ＋１）が求められた後に、該さらなるｚ位置ｚ（Ｐ＋１）に前記第１の設定面（１０１）を変位させてステップＤが繰り返され、前記さらなるｚ位置ｚ（Ｐ＋１）においてステップＣが繰り返される方法。
10. 請求項１～９のいずれか１項に記載の方法において、ステップＧにおいて、前記Ｌ個の選択一次ビーム（３）の上限又は下限の許容焦点ずれがさらに求められる方法。
11. 請求項１～１０のいずれか１項に記載の方法において、ステップＤにおける前記第１の設定面（１０１）の変位は、対物レンズ（１０２）の作動の変更又は前記変位ステージ（６００）による前記物体（７）の前記表面（１５）のｚ位置の変更又は試料電圧（６０５）の変更又は前記変更の少なくとも２つの組合わせにより実施される方法。
12. 請求項１１に記載の方法において、前記対物レンズ（１０２）の作動の変更は、第１及び第２の電流の二乗和が一定であり且つ第１及び第２の電流の二乗差が変わるように２つの作動信号を変えることにある方法。
13. 請求項１～１２のいずれか１項に記載の方法において、像面傾斜用の補償器に対する作動信号を求めること、及び前記像面傾斜用の補償器に前記作動信号を供給することをさらに含む方法。
14. 請求項１３に記載の方法において、前記作動信号は、前記マルチビーム生成デバイス（３００）に配置された像面傾斜用の補償器３３０に対する集束信号を含む方法。
15. 請求項１～１４のいずれか１項に記載の方法において、湾曲像面誤差用の補償器に対する作動信号を求めること、及び前記湾曲像面誤差用の補償器に前記作動信号を供給することをさらに含む方法。
16. 請求項１～１５のいずれか１項に記載の方法において、変位ベクトル（５９）を求めることをさらに含み、前記複数J個の一次ビーム（３）の前記格子配置用の変位デバイスに供給される作動信号が、前記変位ベクトル（５９）から求められる方法。
17. マルチビーム粒子顕微鏡（１）であって、制御ユニット（１０）と、データ取得デバイス（２８０）と、画像データメモリ（２９０）と、ビーム偏向器（５００）とを備え、前記制御ユニット（１０）及び前記データ取得デバイス（２８０）は、第１の動作モードから第２の動作モードに切替え可能であるように構成され、前記制御ユニット（１０）、前記走査偏向器（５００）、及び前記データ取得デバイス（２８０）は、前記第１の動作モードで前記マルチビーム粒子顕微鏡（１）の像視野（１７）に配置された物体表面（１５）の連続デジタル画像を確認して、該連続デジタル画像を前記画像データメモリ（２９０）に記憶するよう構成され、且つ前記第２の動作モードで前記マルチビーム粒子顕微鏡（１）の像視野（１７）に配置された物体表面（１５）の選択デジタル画像データを取得し評価するよう構成されるマルチビーム粒子顕微鏡。
18. 請求項１７に記載のマルチビーム粒子顕微鏡（１）において、前記制御ユニット（１０）、前記走査偏向器（５００）、及び前記データ取得デバイス（２８０）は、前記第２の動作モードで請求項１～１６のいずれか１項に記載の方法を実行するよう構成されるマルチビーム粒子顕微鏡。
19. 請求項１７又は１８に記載のマルチビーム粒子顕微鏡（１）において、変位ステージ（６００）又は対物レンズ（１０２）を少なくとも含む作動系をさらに備えたマルチビーム粒子顕微鏡。
20. 請求項１７～１９のいずれか１項に記載のマルチビーム粒子顕微鏡（１）において、像面傾斜用の補償器（３３０）を有する少なくとも１つのマルチビーム生成デバイス（３０５）をさらに備えたマルチビーム粒子顕微鏡。
21. 請求項１７～２０のいずれか１項に記載のマルチビーム粒子顕微鏡（１）において、一次ビームの傾斜用の補償器（７０３）又は前記変位ステージ（６００）用の傾斜デバイス（６１０）をさらに備えたマルチビーム粒子顕微鏡。
22. 請求項１７～２１のいずれか１項に記載のマルチビーム粒子顕微鏡（１）において、前記データ取得デバイス（２８０）は、並列接続された複数Ｒ個の画像デジタイザ（２８５．１～２８５．Ｒ）を含み、該画像デジタイザ（２８５．１～２８５．Ｒ）は、前記第２の動作モードでＬ＝Ｒ個の選択部分の画像データを取得して前記Ｌ＝Ｒ個の選択部分の前記画像データからＬ＝Ｒ個のコントラスト測度を計算するよう構成されるマルチビーム粒子顕微鏡。
23. 請求項２２に記載のマルチビーム粒子顕微鏡（１）において、前記制御ユニット（１０）はさらに、前記Ｒ個のコントラスト測度から像面傾斜を計算するよう構成されるマルチビーム粒子顕微鏡。
24. 請求項２３に記載のマルチビーム粒子顕微鏡（１）において、マルチビーム生成デバイス（３０５）をさらに備え、該マルチビーム生成デバイス（３０５）は、計算された像面傾斜用の補償器（３３０）を含み、該補償器（３３０）は、一平面に格子構成の複数Ｊ個の開口（３３２）を含み、且つ動作時に格子構成の複数Ｊ個の一次ビーム（３）に影響を及ぼすよう構成され、前記複数Ｊ個の開口（３３２）のそれぞれに、動作時に前記開口を通過する一次ビーム（３３６）の伝播方向に焦点面を変えるよう構成された少なくとも１つの電極（３３４）が設けられ、該複数の電極（３３４）は、各一次ビーム（３３６）について、該各一次ビーム（３３６）の伝播方向を横断する第１の方向での座標の一次関数としての焦点面変化があるように設計及び相互接続され、前記各一次ビーム（３３６）の前記焦点面変化は、前記第１の方向を横断し且つ前記伝播方向を横断する第２の方向で一定であるマルチビーム粒子顕微鏡。
25. 複数Ｊ個の一次ビーム（３）でマルチビーム粒子顕微鏡（１）を較正する方法であって、
    Ａ）変位ステージ（６００）を用いて第１のｚ位置ｚ１を有する第１の設定面（１０１）に物体（７）の表面（１５）を位置決めするステップと、
    Ｂ）ｉ＝１～Ｐのｚ位置ｚｉを有するフォーカスシリーズに適したパラメータを求めるステップと、
    Ｃ）複数Ｌ個の選択一次ビームについてｉ＝１～Ｐのｚ位置のうち第１のz位置及びさらなる各ｚ位置のデジタル画像データを取得して、該デジタル画像データをメモリユニット（２９０）に記憶するステップと、
    Ｄ）前記第１の設定面（１０１）を第２の又はさらなるｚ位置ｚ２～ｚＰの第２の又はさらなる設定面に変位させるステップと、
    Ｅ）前記ｚ位置ｚ１～ｚＰのそれぞれでデジタル画像データが取得されるまでステップＣ及びＤを繰り返すステップと、
    Ｔ）少なくとも２つの異なるｚ位置それぞれでのｌ番目の選択一次ビーム毎の前記デジタル画像データから相対横方向オフセットを求めて、２つの異なるｚ位置間の前記相対横方向オフセット及びピッチから前記ｌ番目の選択一次ビームの各ｌ番目のビーム角（７８）を求めるステップと、
    Ｙ）前記複数Ｌ個の選択一次ビームのＬ個の前記ビーム角（７８）を評価して、前記マルチビーム粒子顕微鏡（１）のテレセントリシティ誤差を求めるステップと
    を含む方法。
26. 請求項２５に記載の方法において、ステップＹは、平均ビーム角及び該平均ビーム角からの前記選択一次ビームの前記ビーム角の相対偏差を求めることを含む方法。
27. 請求項２５又は２６に記載の方法において、前記テレセントリシティ誤差から制御信号を計算すること、及び前記マルチビーム顕微鏡（１）の制御ユニットに前記制御信号を供給することを含み、該制御信号は、対物レンズ（１０２）、ビーム分割器（４００）、偏向器（７０３）、又は変位ステージ（６００）に対する少なくとも１つの制御信号を含む方法。
28. 請求項２５～２７のいずれか１項に記載の方法において、少なくとも１つの選択一次ビーム（３）のｚプロファイルを求めることであり、選択一次ビームの最適焦点位置（６８）、選択一次ビームの焦点領域のｚ範囲（７３）、最小スポット範囲（７４）、又は焦点領域（７０．１）の上ｚ位置若しくは焦点領域（７０．２）の下ｚ位置から選択された変数を求めて記憶することを少なくとも含む方法。

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