JP2023537146A - ミラー動作モードを有する複数粒子ビームシステム、ミラー動作モードを有する複数粒子ビームシステムを動作させる方法、および関連するコンピュータプログラム製品 - Google Patents

ミラー動作モードを有する複数粒子ビームシステム、ミラー動作モードを有する複数粒子ビームシステムを動作させる方法、および関連するコンピュータプログラム製品 Download PDF

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Abstract

本発明は、ミラー動作モードを有する複数粒子ビームシステム、ミラー動作モードを有する複数粒子ビームシステムを動作させる方法、および関連するコンピュータプログラム製品に関する。複数粒子ビームシステムは、複数粒子ビームシステムを全面的に検査および再較正可能にする、様々なミラー動作モードで動作することができる。第１の検出モードおよび／または第２の検出モードで動作するよう構成された検出システムが、分析に使用される。

Description

本発明は、複数の粒子ビームで動作する、粒子ビームシステムに関する。
マルチビーム粒子顕微鏡を、まさにシングルビーム粒子顕微鏡のように使用して、対象物を顕微鏡規模で分析することができる。たとえば、対象物の表面を表す対象物の像は、この粒子顕微鏡を使用して記録することができる。このようにして、たとえば、表面の構造を分析することができる。シングルビーム粒子顕微鏡では、対象物を分析するために、たとえば電子、陽電子、ミュー中間子、またはイオンなどの荷電粒子の、単一の粒子ビームが使用されるが、マルチビーム粒子顕微鏡では、この目的のために、複数の粒子ビームが使用される。束とも呼ばれる複数の粒子ビームは、同時に対象物の表面に向けられ、その結果、シングルビーム粒子顕微鏡と比較して、同じ時間内に、対象物の表面のかなり広いエリアをサンプリングして分析することができる。
国際公開第２００５／０２４８８１号は、平行な電子ビームの束を使用して検査すべき対象物を走査するために、複数の電子ビームで動作する電子顕微鏡システムの形態の、複数粒子ビームシステムについて開示している。電子ビームの束は、複数の開口部を有する複数開口プレートに向けられている電子源を使って生成された、電子ビームによって生成される。電子ビームの電子の一部分は、複数開口プレートに衝突し、そこで吸収され、ビームの別の部分は、複数開口プレートの開口部を通過するので、電子ビームは、各開口部の下流のビーム経路に成形され、該電子ビームの断面は、開口部の断面によって画定される。さらに、複数開口プレートの上流および／または下流のビーム経路に設けられた、好適に選択された電場は、複数開口プレートの各開口部が、開口部を通過する電子ビームに対するレンズとして作用するという効果を有するので、電子ビームは、複数開口プレートから離れて位置する平面上に集束される。電子ビームの焦点が形成される平面は、個々の電子ビームが１次ビームとして集束されて対象物に衝突するように、下流の光学ユニットによって、検査すべき対象物の表面上に結像される。そこで１次ビームは、対象物から放出される後方散乱電子または２次電子などの相互作用による生成物を生成し、２次ビームを形成するよう成形され、さらなる光学ユニットによって検出器に向けられる。そこで２次ビームのそれぞれが、別個の検出要素に衝突し、その結果、該検出要素によって検出された電子強度が、対応する１次ビームが対象物に衝突した位置における、対象物に関する情報をもたらす。１次ビームの束が、対象物の電子顕微鏡写真を生成するために、走査型電子顕微鏡にとって通例のやり方で、対象物の表面上を順序立てて走査する。
実際には、説明された複数粒子ビームシステムは、多くの場合、高いスループットで連続的に動作する。この例が、半導体の検査である。とりわけ連続動作の場合、かつ／または高スループットの場合、頻繁に、または定期的にシステムを監視する必要がある。この目的を達成するために、従来から、例として、テスト試料を使用してシステム監視および再較正を実行している。
シングルビームシステムの場合、いわゆるミラー動作モード（「ミラーモード」）が、システム監視および較正の選択肢を提供する。ミラー動作モードについては、例として、米国特許第７５２１６７６号で説明されている。この場合、試料の方向に向けられるが、少なくとも部分的に試料の上流に反射される面状の電子ビーム（ｐｌａｎａｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ）、すなわち非集束電子ビームを使用して作業が実行される。これにより、半導体の場合も同様に、欠陥を認識することができる。この文書は、複数粒子ビームシステムでのミラー動作モードにも簡単に触れているが、この場合、複数粒子ビームシステムの特性は考慮されないままとなっている。さらに、ミラー動作モードは、これまで、複数粒子ビームシステムのシステム監視および較正には、実際に使用されてこなかった。
米国特許出願公開第２００８／００７３５３３号は、ミラー動作モードで動作できる、さらなるシングルビームシステムについて開示している。J. Bigarre et al., "SEM-mirror Methods and Application to Insulator Characterization" IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insolation 8 (2001), pages 942-952は、同様に、シングルビーム電子顕微鏡におけるミラー動作モードの使用について開示している。この方法は、絶縁体の特性を評価するのに役立ち、大きい電界強度が存在する場合の、絶縁体の的を絞った帯電または電荷の捕捉について開示している。
ドイツ特許出願公開第１０２０１３０１６１１３号は、マルチビーム粒子顕微鏡、および具体的には、検出システムに関する詳細を開示している。検出システムは、シンチレータプレートと光検出器との組合せを内蔵することができる。さらに、光光学（ｌｉｇｈｔ－ｏｐｔｉｃａｌ）カメラの提供について開示しており、結果的に、シンチレータプレートの広い光光学像が検出可能である。この文書は、ミラー動作モードについて開示も示唆もしていない。
したがって、本発明の目的は、既存の複数粒子ビームシステムを改善することである。目的は、具体的には、システム監視および再較正のための、複数粒子ビームシステムの特性を考慮した、改善された選択肢を提供することである。
さらなる目的は、具体的には複数粒子ビームシステムでの、ミラー動作モードを改良することである。これは、具体的には、柔軟かつ効率的に、既存のシステムに統合できる必要がある。
この目的は、独立請求項の主題によって達成される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項から明らかである。
本特許出願は、ファイル参照番号１０２０２０１２１１３２．５である、２０２０年８月１１日のドイツ特許出願の優先権を主張し、その開示全体が、参照によりこの特許出願に組み込まれる。
本発明の第１の態様によれば、本発明は、以下を具備する複数粒子ビームシステムに関する。
第１の荷電粒子ビームを生成するよう構成された、少なくとも１つの粒子源、
第１の荷電粒子ビームから、複数の荷電された個別粒子ビームの第１のフィールドを生成するよう構成された、マルチビーム生成器を備える、マイクロ光学ユニット、
生成された個別粒子ビームを試料に、かつ／または試料の方向に向け、その結果第１の粒子ビームが、入射位置で試料に衝突し、かつ／または第２のフィールドを形成する試料の上流の反転位置に到達するよう構成された、第１の粒子光ビーム経路を備える、第１の粒子光学ユニット、
検出システム、
第２の粒子光ビーム経路を備え、第２のフィールドの入射位置から、または第２のフィールドの反転位置から放出される、第２の個別粒子ビームを、検出システム上に結像するよう構成された、第２の粒子光学ユニット、
第１の個別粒子ビームと第２の個別粒子ビームとの両方が通過する、粒子光対物レンズ、
第１の粒子光ビーム経路の、マルチビーム粒子源と対物レンズとの間に配置され、また、第２の粒子光ビーム経路の、対物レンズと検出システムとの間に配置された、ビームスイッチ、
調整可能な試料領域電圧を、試料領域に供給するよう構成された、試料領域電圧源、ならびに
マイクロ光学ユニット、粒子光対物レンズ、第１の粒子光学ユニット、第２の粒子光学ユニット、検出システム、および試料領域電圧源を制御するよう構成された、コントローラ。
ここで、検出システムは、第１および第２の検出モードで動作するよう構成され、
第１の検出モードにおいて、第２の個別粒子ビームは、第３のフィールドを形成する検出システムの検出領域に結像され、
第２の検出モードにおいて、２次元像が生成され、
コントローラは、通常動作モードおよびミラー動作モードを実現するよう構成され、
検出システムは、通常動作モードにおいて、第１の検出モードで動作し、通常動作モードでは、生成された第１の個別粒子ビームが、試料に入射し、試料から、第２の個別粒子ビームの形態の複数の２次粒子を放出するように、試料領域電圧が設定され、該２次粒子が、第２の粒子光学ユニットを通過した後、検出システム上に結像され、
検出システムは、ミラー動作モードにおいて、第１の検出モードおよび／または第２の検出モードで動作し、
ミラー動作モードでは、第１の個別粒子ビームの少なくとも一部が、試料に入射せず、第２の個別粒子ビームとして反射されるように、試料領域電圧が設定され、第２の個別粒子ビームが、第２の粒子光学ユニットを通過した後、検出システム上に結像される。
荷電粒子は、たとえば、電子、陽電子、ミュー中間子、もしくはイオン、または他の粒子であり得る。荷電粒子は、たとえば、熱電界放出源（ＴＦＥ：ｔｈｅｒｍａｌ ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｓｏｕｒｃｅ）を使用して生成された電子であることが好ましい。しかし、他の粒子源も使用することができる。
第１の粒子光ビーム経路を備える、第１の粒子光学ユニットは、生成された個別粒子ビームを試料に、かつ／または試料の方向に向け、その結果第１の粒子ビームが、入射位置で試料に衝突し、かつ／または第２のフィールドを形成する試料の上流の反転位置に到達するよう構成される。したがって、第１の粒子光学ユニットは、原理的に、荷電された個別粒子ビームの第１のフィールドを、第２のフィールドに結像するよう機能する。この場合、この結像は、合焦できるが、焦点を外すこともできる。具体的には、第１の粒子ビームが、面状のビームとして入射位置で試料に衝突するか、または面状のビームとして試料の上流の反転位置に到達することも可能である。
個別粒子ビームが試料に到達するか、さもなければ、具体的には試料の直前で反転するかは、実質的に、試料領域電圧源に依存し、試料領域電圧源は、試料領域に調整可能な試料領域電圧を供給するよう構成される。試料領域電圧源は、動作モードに応じて、コントローラによって様々に制御される。例として、荷電粒子が電子である場合、試料領域電圧または試料領域電位は、通常動作モードにおいて、エミッタ電圧またはエミッタ電位と比較してプラスである。例として、エミッタ電圧は約－２００００Ｖ、－２５０００Ｖ、－３００００Ｖ、または－３５０００Ｖである。この場合、試料領域電圧は、たとえば数百ボルトだけ、より高いので、電子は、たとえば、約１５０ｅＶから約３０００ｅＶの入射エネルギー（ｌａｎｄｉｎｇ ｅｎｅｒｇｙ）を有する。
対照的に、電子の複数粒子ビームシステムが、ミラー動作モードで動作する場合、試料領域電圧は、エミッタ電圧よりもマイナスであるか、さもなければ試料領域電圧とエミッタ電圧とは、ほぼ同じ大きさである。試料領域電圧が、実際にエミッタ電圧より低い場合、電子の形態の第１の粒子ビームは試料に到達せず、試料の前のできるだけ近い反転位置で反転する。試料領域電圧とエミッタ電圧とがほぼ同じである場合、試料への電子の入射または試料の前での電子の反転は、試料上の位置、試料の表面形状、および特に試料の電荷の状態に、感度良く依存することができる。電子は、試料領域がプラスに荷電されている場合、試料に入射し、２次電子を生成する。対照的に、試料上の位置がマイナスに荷電されている場合、電子は試料に入射せず、関連する粒子ビームは、試料の前で２次粒子ビームまたはミラー電子粒子ビームとして反射される。したがって、ミラー動作モードには、ミラー動作モードを動作させるための複数の選択肢がある。この点に関する例は、下記でより詳細に提示される。本発明の好ましい実施形態によれば、複数粒子ビームシステムは、たとえば、ユーザが１つまたは複数の動作モードを選択し、かつ／またはさらに調整することを可能にする、動作フィールドまたはスイッチなど、少なくとも１つの動作要素を備える。
本発明による複数粒子ビームシステムは、第１の検出モードおよび第２の検出モードで動作するよう構成された、検出システムを備える。第１の検出モードにおいて、第２の個別粒子ビームは、第３のフィールドを形成する検出領域に結像される。第２の検出モードでは、２次元像が生成される。２つの検出モードで相異なる像が得られ、相異なる検出ユニットを使用することは可能であるが、必ずしも必要ではない。例として、たとえば検出領域を組み合わせて、第３のフィールドにフィールドポイントを形成することにより、同じ検出システムを２つのモードで別様に制御することも可能である。通常動作モードは、主として、試料上の第２フィールドの入射位置から放出され、それぞれが関連する検出領域の第３フィールドに結像される、第２の個別粒子ビームのビーム強度レベルに関する情報を取得することに、重要性がある。このプロセスで、２次元像は生じない。２次元像は、後で計算することでしか生成されない。第２の検出モードでは状況が異なり、２次元像を（直接）生成することができる。
第１の検出モードは、初期設定では、複数粒子ビームシステムの通常動作モードで使用される。対照的に、第２の検出モードは、第１の検出モードの代替として、または第１の検出モードに加えて、ミラー動作モードで使用することができる。検査の目的に応じて、コントローラを使用して、それぞれの目的に最適な検出モードで、検出システムを制御することができる。したがって、本発明による複数粒子ビームシステムは、この場合、測定および検査に関して、優れた柔軟性を提供する。
本発明の好ましい実施形態によれば、検出システムは、単に、様々に検出システムを制御するコントローラで、第１および第２の検出モードを実現するよう設定される。したがって、２つのモードを実現するために、検出システムの物理的な構成要素が取り換えられることはない。
本発明の代替実施形態によれば、検出システムは、第１の検出ユニットおよび第２の検出ユニットを備え、第１の検出ユニットは、コントローラによって第１の検出モードで制御され、第２の検出ユニットは、コントローラによって第２の検出モードで制御される。したがって、検出システムは、この場合、少なくとも部分的に互いに物理的に相異なる、２つの構成要素を備える。
本発明の好ましい実施形態によれば、第１の検出ユニットは、粒子検出ユニットおよび光検出ユニットを備え、かつ／または第２の検出ユニットは、粒子検出ユニットおよび光検出ユニットを備える。ここで、具体的には、粒子検出ユニットは、第１の検出ユニットと第２の検出ユニットとの両方に属し、検出ユニット間の実際の差異は、利用される光検出ユニットに存在することが可能である。したがって、第１の検出ユニットおよび第２の検出ユニットの２つの光検出ユニットは、同じ構成要素では実現されない。
本発明の好ましい実施形態によれば、第１の検出ユニットの光検出ユニットは、なだれ光ダイオードを備え、かつ／または第２の検出ユニットの光検出ユニットは、ＣＣＤカメラを備える。なだれ光ダイオードの使用は、複数粒子ビームシステムを使用した走査が、２次粒子ビームの強度をできるだけ正確に判定することに重要性がある場合に、実際にその価値を証明している。対照的に、ＣＣＤカメラは、２次元像を記録する場合に、その価値を証明している。さらに、この実施形態の変形例では、第１の検出ユニットの粒子検出ユニットと光検出ユニットとの間、ならびに第２の検出ユニットの粒子検出ユニットと光検出ユニットとの間のビーム経路において、共通の粒子検出ユニットの下流のビーム経路に、ミラーまたはビームスプリッタを配置することができる。ビームスプリッタが使用される場合、記録は、第１の検出ユニットを用いて、かつ第２の検出ユニットを用いて、同時に行うことができる。しかし、割り当てられた第２の個別粒子ビームの光が、第１の光検出ユニットまたは第２の光検出ユニットのいずれかによって測定されるように、たとえば鏡を、システムへ導入して使用することもできる。第２の検出ユニットを、検出システムのビーム経路に挿入することも可能である。複数粒子ビームシステムのこれらの設計により、検査および較正手順の際に、優れた柔軟性を得ることができる。
本発明の好ましい実施形態によれば、試料領域電圧源は、試料台に可変電圧を供給するよう構成される。したがって、電圧は、コントローラを用いて選択し、それに応じて印加することができる。別法として、試料台自体ではなく試料台の近傍に、対応する電圧を印加するか、または対応する電圧を供給することも可能である。電圧は、このプロセスで、特に連続的に、選択することができる。しかし、ただ単に可変電圧を複数のレベルで供給することも可能である。
本発明の好ましい実施形態によれば、コントローラは、通常動作モードとミラー動作モードとを交互に切り替えるよう構成される。この場合、たとえば、通常動作モードが現在必要とされていなければいつでも、ミラー動作モードを実施することが可能である。試料の変更は、その一例である。しかし、特に定期検査または再較正の目的で、通常動作モードで一定の時間間隔の後、たとえばある一定の動作時間が経過した後、ミラー動作モードに変更することも可能である。複数粒子ビームシステムのメンテナンスが実行される間、操作者の制御コマンドによって、ミラー動作モードに変更することも可能である。このようにして、ミラー動作モードは、通常動作モードの間の動作時間に対して、比較的大きな浪費なしに、複数粒子ビームシステムの動作に組み込むことができる。
本発明の好ましい実施形態によれば、複数粒子ビームシステムのマイクロ光学ユニットは、以下を備える。
マルチビーム生成器、
コントローラを用いて、第１の個別粒子ビームの非点収差補正を個別に調整するよう構成された、マルチスティグメータ、および／または
コントローラを用いて、第１の個別粒子ビームの焦点を個別に補正するよう設定された、マルチフォーカス補正手段。マルチビーム生成器、マルチスティグメータ、そしてさらにマルチフォーカス補正手段も、原理的に、従来技術で知られている。しかし、本発明によるコントローラを用いて、マイクロ光学ユニットの個々の構成要素を、特別なやり方で制御し、本発明による複数粒子ビームシステムを検査する目的で使用することができる。この点に関して、より詳細な説明を下記に示す。
本発明の好ましい実施形態によれば、マルチビーム生成器は、複数開口プレートおよび対向電極を備える、マルチレンズアレイを具備する。荷電された個別粒子ビームが、このマルチビーム生成器を通過すると、個別粒子ビームは通過中に集束され、実際の中間像が生じる。次いで、ビームの焦点が、上記で説明された、複数の荷電された個別粒子ビームの第１のフィールドを形成する。
本発明のさらなる実施形態によれば、マルチビーム生成器は、複数開口プレートおよびマルチデフレクタアレイを備える。形成された個別粒子ビームは、マルチデフレクタアレイを通過するときに、的を絞って偏向される。その結果、マルチデフレクタアレイの上流の粒子のビーム経路で、仮想焦点が生じ、該焦点は、第１の個別粒子ビームの始点または第１のフィールドと見なすことができる。
前述の２つの実施形態の変形例を、マルチレンズアレイおよびマルチデフレクタアレイと組み合わせることも可能である。
本発明の好ましい実施形態によれば、第１の粒子光学ユニットは、少なくとも１つのグローバルレンズ系を備える。グローバルレンズ系は、この場合、少なくとも１つのレンズを備えるレンズ系を意味すると理解され、第１の個別粒子ビームのすべてが、１つまたは複数の同じレンズを通過する。例として、グローバルフィールドレンズ系が、第１の粒子光学ユニットの構成部分であり得る。前述の対物レンズは、グローバルレンズ、具体的には磁気グローバルレンズでもあり得、第１の粒子光学ユニットと第２の粒子光学ユニットとの両方の一部である。第１の粒子光学ユニットは、コントローラを用いて制御され、具体的には、この場合、グローバルレンズまたは１つもしくは複数のグローバルレンズ系を、コントローラを用いて制御することも可能にする。
本発明の好ましい実施形態によれば、第２の粒子光学ユニットは、投影レンズ系を備える。投影レンズ系は、１つまたは複数の投影レンズを備えることができ、具体的には、グローバル投影レンズ系であり得る。投影レンズ系は、正確に２つまたは正確に３つの投影レンズを備えることが好ましい。しかし、投影レンズ系は、ただ１つの投影レンズまたは３つを超える投影レンズ、たとえば４つ、５つ、または６つの投影レンズを備える場合もある。
複数粒子ビームシステムの複数のミラー動作モードについて、下記でより詳細に説明される。ここでは、特に、個々のミラー動作モードの利点が論じられる。
本発明の好ましい実施形態によれば、この実施形態は、上記の様々な実施形態の変形例で説明された、複数粒子ビームシステムを備え、
検出システムは、ミラー動作モードにおいて、第２の検出モードで動作し、
ミラー動作モードでは、第１の個別粒子ビームが試料に入射せず、第２の個別粒子ビームとして反射されるように、コントローラを用いて試料領域電圧が設定され、
ミラー動作モードでは、第２の粒子ビームが、第２の粒子光学ユニットを通過した後に、検出システム上に結像され、
コントローラは、通常動作モードおよびミラー動作モードにおいて、マルチビーム生成器を実質的に同様に制御するよう構成される。
このミラー動作モードは、瞳観察ミラー動作モードとも呼ぶことができる。すなわち、瞳観察ミラー動作モードは、変更された試料領域電圧に関して、通常動作モードとは大幅に相異なる。マイクロ光学ユニットが、マルチビーム生成器、マルチスティグメータ、およびマルチフォーカス補正手段を備えている場合、前述の手段の制御は、通常動作モードと瞳観測ミラーモードとで、実質的に同じままであることもできるが、そうである必要はない。瞳観察ミラー動作モードでは、第１の個別粒子ビームは、試料に入射するのではなく、試料の前で、試料の可能な限り近くで反転し、ミラー電子ビームとして反射される。
瞳観察ミラー動作モードを使用して、マルチビーム生成器および／またはマイクロ光学ユニットの機能を、検査またはチェックすることができる。ここで、コントローラは、第２の粒子光学ユニットの制御を、瞳観察ミラー動作モードにおいて変更するよう構成されることが、好ましい。第２の粒子光学ユニットの構成要素は、具体的には、上記で説明された投影レンズ系であり得る。投影レンズ系または個々のグローバル投影レンズの制御は、コントローラによって変更することができる。投影レンズ系の様々なレベルの励磁の結果、粒子光学ユニットの様々な平面を、第２の検出モードで検出システムを用いて、結像することができる。観察平面は、原理的に、このプロセスで変位する。具体的には、このミラー動作モードで、マイクロ光学ユニットの電荷の蓄積、および部分的または完全に遮断された個別粒子ビームを、識別することが可能である。
本発明の好ましい実施形態によれば、コントローラは、第２の粒子光学ユニットの制御、具体的には投影レンズ系の制御を、ミラー動作モードにおいて段階的に変更するよう構成され、各段階において、検出システムを用いて記録が行われる。この場合、したがって、レンズ系の瞳を通してズームが実行される。光光学ユニットの瞳という用語は、光光学系に由来する。段階的な変更またはズーミングスルーは、第２の検出モードで検出システムを用いて記録することによって、理解可能となるか、または文書化される。例として、変更した結果、検出システムを用いて、対象となる様々な観察平面が結像される場合がある。記録は、手動または自動で評価でき、複数粒子ビームシステム、具体的にはマルチビーム生成器および／またはマイクロ光学ユニットを、再較正し、それに応じて微調整することができる。
本発明のさらなる実施形態によれば、この実施形態は、以前に様々な実施形態の変形例で説明された、複数粒子ビームシステムを備え、
検出システムは、ミラー動作モードにおいて、第２の検出モードで動作し、
ミラー動作モードでは、第１の個別粒子ビームが試料に入射せず、第２の個別粒子ビームとして反射されるように、コントローラを用いて試料領域電圧が設定され、
ミラー動作モードでは、第２の個別粒子ビームが、第２の粒子光学ユニットを通過した後に、検出システム上に結像され、
コントローラは、ミラー動作モードにおいて、マルチビーム生成器をオフに切り替えるよう構成される。
このミラー動作モードは、シャドーミラー動作モードとも呼ぶことができる。シャドーミラー動作モードでは、具体的には、マルチビーム生成器の主な集束効果が失われる。このため、マイクロ光学ユニットの複数開口プレートまたは複数開口プレートシステムに、実質的に影が生じる。
本発明の好ましい実施形態によれば、コントローラは、マルチスティグメータおよび／またはマルチフォーカス補正手段を、シャドーミラー動作モードでオンに切り替えるよう構成される。マルチスティグメータおよび／またはマルチフォーカス補正手段の制御は、この場合、通常動作モードと比較して、変えないままとすることができるが、変更することもできる。マルチスティグメータおよび／またはマルチフォーカス補正手段の機能が、シャドーミラー動作モードでチェックすることができる。というのは、たとえばいくつかの個別粒子ビームの、理想的な方向からの角度のずれなどの僅かな誤差が、シャドーミラー動作モードでは比較的大きい影響を及ぼし、識別できるからである。
コントローラは、ミラー動作モードにおいて、第１の個別粒子ビームがビームスイッチおよびグローバル開口を実質的に通過するように、第１の粒子光学ユニットのグローバルレンズ系を制御するよう構成されることが好ましい。このようにして、試料の前で反転する影または面状の個別粒子ビームが、試料の直前でも得られる。
本発明の好ましい実施形態によれば、コントローラは、第２の粒子光学ユニットの制御を、ミラー動作モードまたはシャドーミラー動作モードで変更するよう構成される。このプロセスで、具体的には、第２の粒子光学ユニットの投影レンズ系を相異なるやり方で制御し（たとえば、投影レンズ系を通してズームする）、これにより、マルチビーム生成器を通過した後に、検出システムの様々なレベルで、個別粒子ビームによる影像を結像することが可能である。
本発明の好ましい実施形態によれば、コントローラは、第２の粒子光学ユニットの制御、具体的には投影レンズ系の制御を、ミラー動作モードまたはシャドーミラー動作モードにおいて、段階的に変更するよう構成され、各段階において、検出システムを用いて記録が行われる。このようにして、マルチビーム生成器の下流にある影像の様々な場所を通過することが可能であり、これにより、たとえばマルチスティグメータおよび／またはマルチフォーカス補正手段の、さもなければ弱く識別可能であるにすぎない機能不全の識別が可能になる。
本発明のさらなる実施形態によれば、この実施形態は、以前に様々な実施形態の変形例で説明された、複数粒子ビームシステムを備え、
検出システムは、ミラー動作モードにおいて、第１の検出モードで動作し、
ミラー動作モードにおいて、第１の個別粒子ビームが、ミラー動作モードでは試料に入射せず、第２の個別粒子ビームとして反射されるように、コントローラを用いて試料領域電圧が設定され、
第２の個別粒子ビームは、第２の粒子光学ユニットを通過した後に、検出システム上に結像され、
コントローラは、通常動作モードおよびミラー動作モードにおいて、マルチビーム生成器を実質的に同様に制御するよう構成される。
このミラー動作モードは、検出器観察ミラー動作モードとも呼ぶことができる。検出器観察ミラー動作モードは、第１の検出モードでの検出システムの動作により、瞳観察ミラー動作モードとは相異なる。原理的に、適切な検出システムが使用されている限り、瞳観察ミラー動作モードおよび検出器観察ミラー動作モードを、同時に実行することも可能である。
検出器観察ミラー動作モードは、実質的に、第１の検出ユニットの検出領域をテストまたは検証するのに役立つ。この目的を達成するために、ミラー動作モードが使用されるときに、試料との相互作用が阻止され、これにより、試料の影響を受けることなく検出領域の検査が可能となる。
本発明の好ましい実施形態によれば、コントローラは、ミラー動作モードまたは検出器観察ミラー動作モードにおいて、検出システムの走査像が生成されるように、第２の個別粒子ビームを検出システム上に誘導するよう構成される。第２の個別粒子ビームが、走査偏向器を使用した結果、第３のフィールドの検出領域の実質的に固定した位置に、テレセントリックに入射するのは、通常、複数粒子ビームシステムの通常動作中の場合である。入射する第２の個別粒子ビームの強度は、この場合、試料表面または試料表面の形態に関係する。対照的に、検出器観察ミラー動作モードでは、試料との相互作用はなくなる。走査偏向器の一部をオフに切り替えることによって、またはコントローラを用いた走査偏向器の代替制御によって、反射された第２の個別粒子ビームは、検出システム上に誘導される。したがって、第２の個別粒子ビームのそれぞれが、検出領域に結像されるので、複数の像が各検出領域に生じる。
本発明の代替実施形態によれば、検出器観察ミラー動作モードにおいて、検出システム上の第２の個別粒子ビームの場所は、一定に保たれ、これにより、検出システムの検出領域についての検出量子効率分析を実行することが可能である。この動作モードでは、統計ノイズが予測される。そうでない場合は、たとえば、個々の検出領域を様々に設定することができるか、または置き換えることができる。
本発明の好ましい実施形態によれば、この実施形態は、以前に様々な実施形態の変形例で説明された、複数粒子ビームシステムを備え、
検出システムは、ミラー動作モードにおいて、第１の検出モードで動作し、
ミラー動作モードでは、試料領域電圧は、粒子源の電圧とほぼ一致するよう設定され、その結果、第１の個別粒子ビームの少なくとも一部が、試料に入射せず、第２の個別粒子ビームとして反射され、第２の個別粒子ビームは、第２の粒子光学ユニットを通過した後、ミラー動作モードで、検出システム上に結像される。
第１に試料の形態、第２に様々な試料領域の電荷の状態が、個別粒子ビームが試料に入射し、そこで２次電子を放出するかどうか、または個別粒子ビームが試料に入射せず、試料の直前で反射されるかどうかを決定する。したがって、このミラー動作モードは、電荷制御ミラー動作モードとも呼ぶことができる。第１の個別粒子ビームは、集束されるか、または集束されずに、試料に入射することができる。第１の個別粒子ビームは、具体的には、面状の個別粒子ビームとして試料に入射することができる。
本発明の好ましい実施形態によれば、コントローラは、電荷制御ミラー動作モードまたはミラー動作モードと、通常動作モードとを交互に切り替えるので、ミラー動作モードでは、試料上に局所的な電荷を生成するか、または補うよう構成される。一方のミラー動作モードと他方の通常動作モードとの、この交互に切り替える動作手法は、第１の検出モードにおける像表現の像の質が、試料上の望ましからざる電荷の蓄積のせいでより一層劣化するのを、防ぐことができる。ミラー動作モードにおいて、試料の割り当てられた領域で、所望の電荷または目標電荷に達したときに、個別粒子ビームが自動的にオフに切り替わるか、または試料への衝突から試料の前での反射へ移行するように、試料領域電圧を選択することさえ可能である。
電荷制御ミラー動作モードでは、第２の個別粒子ビームの検出を、部分的または完全になしで済ますことさえできる。例として、通常動作モードで記録する前に、試料上にある一定の電荷の蓄積を生成または中和し、結果的に、通常動作モードで良好な記録を行うための状態を整えることだけが目的である場合、記録する必要はない。にもかかわらず、たとえば、試料の電荷状態を結像するために、ミラー動作モードで記録を行うことができる。
本発明の第２の態様によれば、本発明は、以下を具備する複数粒子ビームシステムに関する。
第１の荷電粒子ビームを生成するよう構成された、少なくとも１つの粒子源、
第１の荷電粒子ビームから、複数の荷電された個別粒子ビームの第１のフィールドを生成するよう構成された、マルチビーム生成器を備える、マイクロ光学ユニット、
生成された個別粒子ビームを試料に、かつ／または試料の方向に向け、その結果第１の粒子ビームが、入射位置で試料に衝突し、かつ／または第２のフィールドを形成する試料の上流の反転位置に到達するよう構成された、第１の粒子光ビーム経路を備える、第１の粒子光学ユニット、
検出システム、
第２の粒子光ビーム経路を備え、第２のフィールドの入射位置から、または第２のフィールドの反転位置から放出される、第２の個別粒子ビームを、検出システム上に結像するよう構成された、第２の粒子光学ユニット、
第１の個別粒子ビームと第２の個別粒子ビームとの両方が通過する、粒子光対物レンズ、
第１の粒子光ビーム経路の、マルチビーム粒子源と対物レンズとの間に配置され、また、第２の粒子光ビーム経路の、対物レンズと検出システムとの間に配置された、ビームスイッチ、
調整可能な試料領域電圧を、試料領域に供給するよう構成された、試料領域電圧源、ならびに
マイクロ光学ユニット、粒子光対物レンズ、第１の粒子光学ユニット、第２の粒子光学ユニット、検出システム、および試料領域電圧源を制御するよう構成された、コントローラ。
ここで、検出システムは、第１および第２の検出モードで作動するよう構成され、
第１の検出モードにおいて、第２の個別粒子ビームは、第３のフィールドを形成する検出システムの検出領域に結像され、
第２の検出モードにおいて、２次元像が生成され、コントローラは、通常動作モードおよびミラー動作モードを実現するよう構成され、
通常動作モードでは、生成された第１の個別粒子ビームが、試料に入射し、試料から、第２の個別粒子ビームの形態の複数の２次粒子を分離するように、試料領域電圧が設定され、該２次粒子が、第２の粒子光学ユニットを通過した後、検出システム上に結像され、
検出システムは、通常動作モードにおいて、第１の検出モードで動作し、
ミラー動作モードでは、試料領域電圧が、粒子源の電圧にほぼ一致するよう設定されるので、第１の個別粒子ビームの少なくとも一部が、試料に入射せず、第２の個別粒子ビームとして反射される。
本発明のこの実施形態の変形例は、動作モードとして、電荷制御ミラー動作モードも含む。しかしこの実施形態では、ミラー動作モードでの検出は、なしで済ますことができる。さもなければ、本発明のこの実施形態は、本発明の第１の態様に従って、上記で説明された技術的機能と組み合わせることもできる。
本発明の第３の態様によれば、本発明は、複数粒子ビームシステム、具体的には、様々な実施形態の変形例において上記で説明された複数粒子ビームシステムを、動作させる方法に関し、該方法は、以下のステップを含む。
ミラー動作モードで複数粒子ビームシステムを動作させるステップであって、
複数の荷電された第１の個別粒子ビームを生成するステップと、
試料に到達する前に、少なくともいくつかの個別粒子ビーム、特にすべての個別粒子ビームを反射するステップと、
検出システムを用いて、第１の検出モードおよび／または第２の検出モードで、複数の第２の個別粒子ビームの形態の、少なくとも反射されたビームを検出するステップと
を含む、動作させるステップ。
ここで、複数粒子ビームシステムに関連して上記で既に記載したことは、第１の検出モードおよび第２の検出モードに当てはまる。さらに、これは、方法の説明の範囲内で特定された、さらなるすべての構成要素および機能にも同様に当てはまる。特定された構成要素および機能は、複数粒子ビームシステムの説明に関連して既に説明されてきたように構成または構築できるが、そうである必要はない。
本発明によれば、少なくとも第２の個別粒子ビームの形態の反射されたビームが、検出される。反射されたビームに加えて、試料から放出された相互作用による生成物、たとえば２次電子などを、検出システムを用いて検出することも可能である。これは特に、ミラー動作モードが、電荷制御ミラー動作モードである場合に当てはまる。この電荷制御ミラー動作モードの詳細に関しては、上記の説明を参照されたい。
本発明の好ましい実施形態によれば、複数粒子ビームシステムを動作させる方法は、以下のステップをさらに含む。
通常動作モードで複数粒子ビームシステムを動作させるステップであって、
複数の荷電された第１の個別粒子ビームを生成するステップと、
複数の個別粒子ビームによって、試料を走査するステップと、
検出システムを用いて、第１の検出モードで、試料から放出される複数の第２の個別粒子ビームの形態の相互作用による生成物を検出するステップと
を含む、動作させるステップ。
この通常動作モードは、従来技術で既に知られているように、複数粒子ビームシステムの標準的な動作モードである。したがって、複数粒子ビームシステムは、ミラー動作モードまたは通常動作モードのいずれかで、動作することができる。これら２つのモード間の切替えは、単に、複数粒子ビームシステムの構成要素の相異なる制御で、実施することができる。通常動作モードとミラー動作モードとの変更は、具体的には、調整可能な試料領域電圧を変えることで、達成することができる。試料領域電圧は、第１の個別粒子ビームが試料に到達し、そこで相互作用による生成物を放出するか、または第１の個別粒子ビームが試料の（直）前で反射されるかを最終的に決定する。
本発明の好ましい実施形態によれば、交互の切替え、具体的には、通常動作モードとミラー動作モードとの交互の切替えが、複数回行われる。ここで、ミラー動作モードは、それぞれの場合に同様に、または別々に、実行することができる。ミラー動作モードは、例として、ある場合には瞳観察ミラー動作モードとなり、別の場合には検出器観察ミラー動作モードとなることが可能である。他の組合せも可能である。試料が変更される場合、通常動作モードからミラー動作モードへ変更されることが好ましい。この場合、いずれにせよ通常動作モードで作動することは不可能であり、ほとんどのミラー動作モードでは、試料の存在は必要ないか、または望ましくないことさえある。ユーザの入力により手動で、様々な動作モード間の切替えを実行することも可能である。これは、例として、データ評価が、像の記録中に明らかなエラーを示す場合、または他の異常が観察された場合に適用することができる。複数粒子ビームシステムの保守の範囲内で、モード間を切り替えることも可能である。
本発明の好ましい実施形態によれば、複数の第１の個別粒子ビームが、マルチビーム生成器を用いて生成され、該方法は、以下のステップをさらに含む。
ミラー動作モードにおいて、マルチビーム生成器の機能に関して、マルチビーム生成器を検査するステップ。
マルチビーム生成器は、この場合、上記で既に具体的に説明されたように、瞳観察ミラー動作モードで検査することができる。しかし、シャドーミラー動作モードの範囲内で検査を実施することもできる。
本発明の好ましい実施形態によれば、複数粒子ビームシステムは、以下を備える。
複数の個別粒子ビームを生成する、マルチビーム生成器、
コントローラを用いて、個別粒子ビームの非点収差補正を個別に調整するよう構成された、マルチスティグメータ、および／または
コントローラを用いて、第１の個別粒子ビームの焦点を個別に補正するよう設定された、マルチフォーカス補正手段。
また、該方法は、以下のステップをさらに含む。
ミラー動作モードにおいて、マルチスティグメータおよび／またはマルチフォーカス補正手段を、それぞれの場合にその機能に関して検査するステップ。
シャドーミラー動作モードは、この検査ステップに特に好適である。この場合、通常動作中または個別粒子ビームが集束される場合には、ほとんど気づかれないであろう光学ユニットの僅かなずれが、特に顕著になる。
本発明の好ましい一実施形態によれば、該方法は、以下のステップをさらに含む。
ミラー動作モードにおいて、第１の検出モードでの検出システムを検査するステップ。
検出システムは、この場合、具体的には、検出器観察ミラーモードで検査することができる。このプロセスで、個別粒子ビームは、ミラー動作モードにおいて、検出システムの検出領域にわたって走査することができ、その結果、検出器の走査像が、このようにして得られる。入射する個別粒子ビームは、この場合、検出器に対して斜めに、または集束されて入射することができる。別法として、第２の個別粒子ビームを、検出器または検出システム上で走査するのではなく、第２の個別粒子ビームを使用して、検出システムの個々の検出領域への入射に対する、検出量子効率分析を実行することも可能である。理論的には、この場合、統計ノイズが予想される。それからずれが生じる場合、エラー源または欠陥のある検出領域を推定することができる。
本発明の好ましい一実施形態によれば、該方法は、以下のステップをさらに含む。
ミラー動作モードにおいて、試料上に電荷を生成または中和するステップ。
これらの方法ステップは、具体的には、電荷制御ミラー動作モードで実行することができる。この実施形態の変形例にも関連して、一方のミラー動作モードと他方の通常動作モードとの間で、切替えがあることが好ましい。例として、最初に試料上に所望の電荷を生成または中和し、その後、通常動作モードで、複数粒子ビームシステムを用いて標準的な記録を生成することが可能である。
本発明の第４の態様によれば、本発明は、上記の複数の実施形態の変形例で説明された方法を実行するためのプログラムコードを有する、コンピュータプログラム製品に関する。プログラムコードは、この場合、１つまたは複数の部分コードに細分することができる。たとえば、複数粒子ビームシステムを通常動作モードで制御するためのコードを、１つのプログラム部分に別個に設け、一方別のプログラム部分に、ミラー動作モードで複数粒子ビームシステムを動作させるためのルーチンを含めることが、適切である。しかし原理的に、コードの、部分領域へのその他の分割、またはコードを部分領域に分割しないことでさえも、可能である。
本発明の上記で説明された実施形態は、完全にまたは部分的に、互いに組み合わせることができる。これは、この点に関してお互いに、本発明の第１、第２、第３、および第４の態様にも、また互いに属する実施形態の組合せにも、当てはまる。実施形態の変形例のかかる組合せにおいて、技術的な矛盾だけは生じてはならない。
本発明は、添付の図面を参照して、さらに適切に理解されよう。
マルチビーム粒子顕微鏡の形態の、粒子ビームシステムの概略図である。 通常動作モードにおける、複数粒子ビームシステムの概略図である。 瞳観察ミラー動作モードにおける、複数粒子ビームシステムの概略図である。 第２の検出モードにおける、検出システムを用いた様々な観察平面の記録を示す図である。 シャドーミラー動作モードにおける、複数粒子ビームシステムの概略図である。 シャドーミラー動作モードにおける、ビーム経路を示す図である。 第１の検出モードでの検出システムを用いて、検出器観察ミラー動作モードで記録された、ただ１つの検出領域の走査像を示す図である。 電荷制御ミラー動作モードにおける、複数粒子ビームシステムの概略図である。 第１の検出ユニットおよび第２の検出ユニットを備える検出システムを例示的に示す、概略図である。 複数粒子ビームシステムを制御するための、選択肢を示す表である。
下記では、同じ参照符号は、本文で明示的に言及されていなくても、同じ機能を示している。
図１は、複数の粒子ビームを使用する、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、対象物から放出され、その後に検出される、相互作用による生成物、たとえば２次電子をそこで生成するために、検査すべき対象物に衝突する複数の粒子ビームを生成する。粒子ビームシステム１は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）タイプのものであり、複数の位置５で対象物７の表面に入射し、そこで空間的に互いに分離された複数の電子ビームスポットまたは複数のスポットを生成する、複数の１次粒子ビーム３を使用する。検査すべき対象物７は、任意の所望のタイプのもの、たとえば半導体ウェーハまたは生体試料であり、小型化された要素の配列などを備えることができる。対象物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（対象物平面）に配置される。
図１の拡大した抜粋Ｉ1は、第１の平面１０１に形成された、入射位置５の規則的な矩形のフィールド１０３を有する、対象物平面１０１の平面図を示している。図１では、入射位置の数は２５であり、５×５のフィールド１０３を形成している。入射位置の数２５は、図を簡略化するために選択した数である。ビームの数、ひいては入射位置の数は、実際には、たとえば、２０×３０、１００×１００など、大幅により多くなるよう選択することができる。
図示の実施形態では、入射位置５のフィールド１０３は、隣り合う入射位置間に一定のピッチＰ1を有する、ほぼ規則的な矩形のフィールドである。ピッチＰ1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、および４０マイクロメートルである。しかし、フィールド１０３が、たとえば６方対称性など、他の対称性を有することも可能である。
第１の平面１０１に成形されるビームスポットの直径は、小さくすることができる。該直径の例示的な値は、１ナノメートル、５ナノメートル、１０ナノメートル、１００ナノメートル、および２００ナノメートルである。ビームスポット５を成形するための粒子ビーム３の集束は、対物レンズ系１００によって実行される。
対象物に衝突する１次粒子は、相互作用による生成物、たとえば２次電子、後方散乱電子、または他の理由で反転移動した１次粒子を生成し、対象物７の表面または第１の平面１０１から放出される。対象物７の表面から放出される相互作用による生成物は、対物レンズ１０２によって成形され、２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２次粒子ビーム９を検出器システム２００に誘導する、粒子ビーム経路１１を備える。検出器システム２００は、２次粒子ビーム９を粒子マルチディテクタ２０９に向けるための投影レンズ２０５を備える、粒子光学ユニットを具備する。
図１の抜粋Ｉ2は、２次粒子ビーム９が位置２１３に入射する、粒子マルチディテクタ２０９の個々の検出領域が位置する、平面２１１の平面図を示している。入射位置２１３は、互いに対して規則的なピッチＰ2を有する、フィールド２１７内にある。ピッチＰ2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、および２００マイクロメートルである。
１次粒子ビーム３は、少なくとも１つの粒子源３０１（たとえば、電子源）、少なくとも１つのコリメーションレンズ３０３、複数開口装置３０５、およびフィールドレンズ３０７または複数のフィールドレンズからなるフィールドレンズ系を備える、ビーム生成器具３００で生成される。粒子源３０１は、少なくとも１つの拡散する粒子ビーム３０９を生成し、拡散する粒子ビームは、複数開口装置３０５を照射するビーム３１１を成形するために、少なくとも１つのコリメーションレンズ３０３によってコリメートされるか、または少なくとも実質的にコリメートされる。
図１の抜粋Ｉ3は、複数開口装置３０５の平面図を示している。複数開口装置３０５は、複数開口プレート３１３を備え、複数開口プレートには、複数の開口部または開口３１５が形成されている。開口部３１５の中心点３１７は、対象物平面１０１のビームスポット５によって形成されるフィールド１０３上に結像される、フィールド３１９に配置されている。開口３１５の中心点３１７間のピッチＰ3は、５マイクロメートル、１００マイクロメートル、および２００マイクロメートルの、例示的な値を有することができる。開口３１５の直径Ｄは、開口の中心点間のピッチＰ3より短い。直径Ｄの例示的な値は、０．２×Ｐ3、０．４×Ｐ3、および０．８×Ｐ3である。
照射粒子ビーム３１１の粒子は、開口３１５を通過し、粒子ビーム３を形成する。プレート３１３に衝突する照射ビーム３１１の粒子は、プレートによって吸収され、粒子ビーム３の形成には寄与しない。
複数開口装置３０５は、印加された静電場のために、ビーム焦点３２３が平面３２５に形成されるように、粒子ビーム３のそれぞれを集束する。あるいは、ビーム焦点３２３は、仮想であり得る。ビーム焦点３２３の直径は、たとえば、１０ナノメートル、１００ナノメートル、および１マイクロメートルであり得る。
フィールドレンズ３０７および対物レンズ１０２は、ビーム焦点３２３が形成される平面３２５を第１の平面１０１上に結像するための、第１の結像粒子光学ユニットを実現し、これにより、入射位置５またはビームスポットのフィールド１０３が、第１の平面に生じる。対象物７の表面が第１の平面に配置されている場合、これに対応してビームスポットが、対象物の表面上に形成される。
対物レンズ１０２および投影レンズ装置２０５は、第１の平面１０１を検出平面２１１上に結像するための、第２の結像粒子光学ユニットを実現する。したがって、対物レンズ１０２は、第１の粒子光学ユニットと第２の粒子光学ユニットとの両方の一部であるレンズであるが、フィールドレンズ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。
ビームスイッチ４００は、第１の粒子光学ユニットの、複数開口装置３０５と対物レンズ系１００との間のビーム経路に配置される。さらにビームスイッチ４００は、第２の光学ユニットの一部であり、対物レンズ系１００と検出器システム２００との間のビーム経路にある。
かかるマルチビーム粒子ビームシステム、およびそこで使用される構成要素、たとえば粒子源、複数開口プレート、およびレンズなどに関するさらなる情報は、国際公開第２００５／０２４８８１号、国際公開第２００７／０２８５９５号、国際公開第２００７／０２８５９６号、国際公開第２０１１／１２４３５２号、および国際公開第２００７／０６００１７号、ならびにドイツ特許出願第１０２０１３０２６１１３号およびドイツ特許出願第１０２０１３０１４９７６号から得ることができ、その開示の全範囲が、参照により本出願に組み込まれる。
複数粒子ビームシステムは、複数粒子ビームシステムの個別粒子用の光学構成要素を制御し、また、マルチディテクタ２０９によって得られた信号を評価および分析するよう構成された、コンピュータシステム１０をさらに備える。コンピュータシステム１０は、この場合、複数の個々のコンピュータまたは構成要素によって構築することができる。コンピュータシステムはまた、本発明によるコントローラを内蔵することができる。
図２は、通常動作モードにおける複数粒子ビームシステム１の概略図を示している。通常動作モードでは、複数の荷電された個別粒子ビーム３が生成され、個別粒子ビームは試料７に入射し、そこで相互作用による粒子を放出する。図示されている例では、個別粒子ビームは電子ビームであり、試料７から放出される相互作用による粒子は、２次電子または第２の個別粒子ビーム９である。１次粒子ビーム経路１３と２次粒子ビーム経路１１との両方、ならびに関連する個別粒子ビーム３および９がそれぞれ、図２にプロットされている。区別しやすくするために、ここでは、第１の個別粒子ビーム３を実線で示し、第２の個別粒子ビーム９を破線で示している。この場合、第２の個別粒子ビーム９だけが検出システムに入射し、検出システムは、第１の検出モードで動作し、ここでは例示的に第１の検出ユニット２０９として示されている。
拡散電子ビームは、粒子源３０１から放射される。拡散電子ビームは、コリメーションレンズ系３０３を用いてコリメートされ、照射粒子ビーム３１１を形成する。照射粒子ビームは、その後、マイクロ光学ユニット３０６に衝突する。マイクロ光学ユニット３０６は、コンピュータシステム１０の第１の制御ユニット１０．１に接続されている。マイクロ光学ユニット３０６は、図示されている例では、複数の構成要素を備える。マイクロ光学ユニットは、最初に、マルチビーム生成器３１０（概略的にしか図示されていない）、マルチスティグメータ３２０、およびマルチフォーカス補正手段３３０を備える。さらに、マルチフィールドレンズ３１４が、図示されている例では、マイクロ光学ユニット３０６の一部である。しかし、マイクロ光学ユニット３０６を別様に構築することも可能である。しかし、マイクロ光学ユニットがマルチビーム生成器３１０を備えることが重要である。マルチビーム生成器は、例として、複数開口プレートおよび対向電極を備える、マルチレンズアレイを具備することができる。追加的にまたはこの代替として、マルチジェネレータ３１０は、複数開口プレートおよびマルチデフレクタアレイを備えることができる。マルチビーム生成器３１０またはマイクロ光学ユニット３０６を使用して、複数の荷電された個別粒子ビーム３の第１のフィールドが生成され、この場合、電子ビーム３はその後、ビームスイッチ４００を通過し、開口１１０を通り、続いて対物レンズ１０２を通過した後、集束されて試料７上で結像される。このプロセスで、試料７上の入射位置が、第２のフィールドを形成する。対物レンズ１０２は、単一の対物レンズまたは対物レンズ系であり得る。対物レンズは、磁気対物レンズ１０２であることが好ましい。しかし、他の実施形態も可能である。
第１の電子ビーム３は、典型的には、約１５０ｅＶ～３０００ｅＶの入射エネルギーで、試料７に入射する。この目的を達成するために、たとえば、試料の電位は、コンピュータシステム１０の第２の制御ユニット１０．２によって、第１の電位ＵSample＞ＵEmitterに設定される。その結果、２次電子ビーム９が試料７から放出され、次に、対物レンズ１０２を通過する。２次電子ビームは、その後、開口１１０およびビームスイッチ４００を通過する。第２の粒子ビーム９は、ビームスイッチを出た後、コントラストレンズ２３０、または関連するコントラスト開口２３１を備えるコントラストレンズ系２３０を通過する。第２の粒子ビームは、次いで、投影レンズ系２０５に衝突し、これにより、第２の粒子ビーム９は、第１の検出モードの検出システムまたは第１の検出ユニット２０９上で、集束されて結像される。第１の検出モードの検出システムまたは第１の検出ユニット２０９は、この場合、粒子マルチディテクタを表している。検出システム２０９は、第４の制御ユニット１０．４によって制御される。第２の電子ビーム９の強度レベルが、試料７上の入射位置に割り当てられ、試料７の像は、測定した電子ビームの強度レベルの、その後の評価によって生成される。
図３は、瞳観察ミラー動作モードにおける複数粒子ビームシステムの概略図を示している。図２に示された通常動作モードとは異なり、図３に示される瞳観察ミラー動作モードに適用されることは、試料７の電位を、エミッタ３０１の電位より小さくすることである。この目的を達成するために、たとえば、試料の電位が、コンピュータシステム１０の第２の制御ユニット１０．２によって、第２の電位、ＵSample＜ＵEmitterに設定される。これにより、マルチビーム生成器３１０を用いて、またはマイクロ光学ユニット３０６を用いて生成された個別粒子ビーム３は、試料７に入射せず、試料７の前で反転または反射されることになる。第１の個別粒子ビーム３は、最も有利な場合、試料７の表面の直前で反転する。というのは、この場合、制御ユニット１０．１を使ったマイクロ光学ユニット３０６の設定、特にマルチビーム生成器３１０の設定が、通常動作モードと比較して変更されないからである。個別粒子ビーム３を試料７の方向に向ける、第１の粒子光学ユニットの残りの設定も、実質的に変更しないままにしておくことができる。例として、エミッタ３０１と試料７の表面との電位差は、約３０ｅＶ、４０ｅＶ、または５０ｅＶである。
図２による通常動作モードとは異なり、瞳観察ミラー動作モードでは、第２の粒子光ビーム経路１１を備える第２の粒子光学ユニットは、この場合、第２の個別粒子ビーム３である反射電子ビームによって透過される。これは、図３において、図示の個別粒子ビーム３が、第２の粒子光学ユニットの領域内でさえ実線の光線で図示されていることによっても、示されている。システムの光軸だけが、破線を使用してプロットされている。検出システムは、この場合、第２の検出モードで動作し、ここでは参照符号２５０で示されている。第２の個別粒子ビーム３は、図示されている例では、第２の検出ユニット２５０上に結像される。第２の検出ユニット２５０は、この場合、第１の検出ユニット２０９とは物理的に相異なり得る。しかし、第１の検出モードと第２の検出モードとの区別は、単にコントローラ１０が検出システムを別様に制御するによって、実現することも可能である。重要なことは、検出システムが、第２の検出モードで、２次元像を生成するよう構成されることである。したがって、入射するすべての個別粒子ビーム３が、第２の検出モードで、または第２の検出ユニット２５０を用いて検出され、特に、同時に検出される。実際の２次元像が生じる。第２の検出ユニット２５０は、例として、ＣＣＤカメラであり得る。しかし、第２の検出ユニット２５０の他の実施形態も可能である。
瞳観察ミラー動作モードで複数粒子ビームシステム１を動作させると、マルチジェネレータ３１０またはマイクロ光学ユニット３０６の機能を全体的に、検査またはチェックできるという利点が得られる。ここで、複数粒子ビームシステム１のコントローラ１０は、第３の制御ユニット１０．３を用いた第２の粒子光学ユニットの制御が、瞳観察ミラー動作モードにおいて変更されるよう構成されることが好ましい。第２の粒子光学ユニットは、対物レンズ系１０２に加えて、具体的には、コントラストレンズ系２３０および投影レンズ系２０５を備える。投影レンズ系２０５は、この場合、複数の投影レンズによって構築されることが好ましい。一実施形態の変形例によれば、投影レンズ系は、正確に２つの投影レンズを備える。しかし、３つ、４つ、またはさらに多くの投影レンズを備えることもできる。ここで、投影レンズ系２０５の投影レンズのうちの１つは、第２の検出モードにおいて、または第２の検出ユニット２５０上に結像させる際に、実質的に倍率を設定するよう機能し、別の投影レンズは、結像させる際に、実質的に焦点を設定するよう機能する。ここで、投影レンズ系２０５の投影レンズは、典型的には、数１００ｍＡ、最大約２００Ａまでで動作する。ここで、投影レンズ系２０５のレンズは、本発明によるコントローラ１０の制御ユニット１０．３によって制御される。レンズがどのように制御されるかに応じて、第２の粒子光ビーム経路の観察平面２６０を変位させることができる。投影レンズ系２０５の制御は、瞳観察ミラー動作モードにおいて段階的に変更され、第２の検出モードの範囲内で、または第２の検出ユニット２５０を用いて、各段階で記録が取得されることが好ましい。
観察平面２６０が変位可能であることにより、第２の個別粒子ビーム３を、第２の粒子光学ユニットの様々な場所で結像させることができる。図３において、平面Ｅ１、Ｅ２、およびＥ３が、例示的にプロットされている。第２の検出ユニット２５０を用いて記録された対応する像が、図４ａ）、図４ｂ）、図４ｃ）、および図４ｄ）に示されている。
本発明によるコントローラ１０での投影レンズ系２０５の第１の制御によって結像が実施される場合、平面Ｅ１において、図４ａ）に示される像が得られる。平面Ｅ１は、この場合、複数粒子ビームシステム１の近接場平面と共役な中間平面に相当する。個別粒子ビームは、この場合、図４ａ）で互いに明確に分離されており、個別粒子ビームのそれぞれの直径を、容易に識別することができる。特に、中央の個別粒子ビームに切欠きがあり、ひいては理想的な円形ビーム直径からのずれがあることを、識別することが可能である。
本発明によるコントローラ１０での投影レンズ系２０５の第２の制御によって結像が実施される場合、平面Ｅ２において、図４ｂ）に示される像が得られる。ここでは、個々の個別粒子ビーム３が互いに接触しており、最適なビーム直径からのずれは、同様に識別可能である。
本発明によるコントローラ１０での投影レンズ系２０５の第３の制御の結果である、平面Ｅ３の像表現が、図４ｃ）に示されている。ここでは、平面Ｅ３は、複数粒子ビームシステム１の近接場平面と瞳平面との間の、中間平面に相当する。この場合、個別粒子ビームは依然として重なっている。
本発明によるコントローラ１０での投影レンズ系２０５の第４の制御により、コントラスト開口２３１が、検出ユニット２０９または２５０上に結像される。これは、図４ｄ）に示されている。コントラスト開口２３１の平面Ｅ４は、この場合、複数粒子ビームシステム１の瞳平面に相当する。
たとえば様々な平面Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、およびＥ４に割り当てることができる、作成される記録は、第２の粒子光学ユニットを通してズーミングするときに分析することができ、マルチビーム生成器３１０またはマイクロ光学ユニット３０６の他の構成要素の、機能不全を識別することが可能である。特に、マルチビーム生成器３１０上に電荷の蓄積があるかどうかを判断することが可能である。
図５は、シャドーミラー動作モードにおける複数粒子ビームシステム１の概略図を示している。シャドーミラー動作モードは、別のミラー動作モードである。このモードに適用されることは、やはり、試料７における電位Ｕを、エミッタ３０１における電位Ｕより小さくすることである。しかしこの場合、コントローラ１０は、シャドーミラー動作モードにおいて、マルチビーム生成器３１０をオフに切り替えるよう構成される。したがって、第１の個別粒子ビーム３は、マルチビーム生成器３１０によって生成されるが、集束されず、代わりに面状の粒子ビームを形成する。第１の粒子光ビーム経路１３は、マルチビーム生成器３１０がオフに切り替えられた結果、変化している。したがって、依然として、試料７の方向に向けられるか、または依然として、ビームスイッチ４００および第１の粒子光ビーム経路に位置する開口を通るように、第１の粒子光ビーム経路の他の粒子用の光学構成要素を、別様に設定する必要がある。コントローラ１０は、したがって、個別粒子ビーム３が、ビームスイッチ４００およびグローバル開口、たとえば開口１１０を実質的に通過するように、第１の粒子光学ユニットのグローバルレンズ系を制御するよう構成されることが好ましい。次いで、面状の第１の個別粒子ビーム３は減速され、試料７の表面の直前で反射される。次いで、この反射された面状の第２の個別粒子ビーム３も、第２の粒子光学ユニットを通過し、その後、検出システムを用いて、第２の検出モード２５０で２次元に結像される。このシャドーミラー動作モードでは、第２の粒子光学ユニットの制御を、具体的には投影レンズ系３０５の制御を段階的に変更し、特に、検出システムを用いて第２の検出モード２５０で、各段階で記録を実行することも可能である。
シャドーミラー動作モードの強みを、図６に示している。図６は、シャドーミラー動作モードでのビーム経路を示している。拡散粒子ビーム３０９が粒子源３０１から放出され、該粒子ビームは、その後、コリメーションレンズ系３０３を通過してコリメートされる。この場合、平行に整列された束である照射粒子ビーム３１１は、次いで、複数開口プレートを備えるマルチビーム生成器３１０に入射する。マルチビーム生成器３１０は、示されているシャドーミラー動作モードでは、オフに切り替えられる。これは、個々の粒子、この場合は電子が、複数開口プレート３１０ａの開口部をただ単に通過し、対向電極３１０ｂがオフに切り替えられることを意味する。
図６は、電荷の蓄積３８０および３８１が、マルチビーム生成器３１０上、より正確には複数開口プレート３１０ａ上に存在することを示している。電荷の蓄積３８０は、正電荷の蓄積であり、電荷の蓄積３８１は、負電荷の蓄積である。電荷の蓄積は、それぞれの開口部の領域に形成される個別粒子ビーム３に、影響を与える。第１の個別粒子ビーム３ａは、関連する開口部に電荷の蓄積が存在しない状態で、複数開口プレート３１０ａを通過する。したがって、個別粒子ビーム３ａは、円形のビーム直径を有し、外側の光線は互いに平行に進む。同じことが、個別粒子ビーム３ｂにも当てはまる。しかし、個別粒子ビーム３ｃについては、状況が相異なる。ここで、正電荷の蓄積３８０は、複数開口プレート３１０の関連する開口部に位置している。これにより、個別粒子ビーム３ｃのエッジが、電荷の蓄積する方向に偏向される。したがって、関連する個別粒子ビーム３ｃは、片側が拡大される。逆の場合が、粒子ビーム３ｄに当てはまる。負電荷の蓄積３８１により、個別粒子ビーム３ｄの右側が、確実に電荷の蓄積３８１から離れる方向へ偏向される。したがって、平行な個別粒子ビーム３ｄではなく、斜めに収束する個別粒子ビーム３ｄが得られる。対照的に、個別粒子ビーム３ｅは、再び理想的に、偏向されていない。
望ましからざる電荷の蓄積３８０および３８１によって生じる、図示されている影響は、概して非常に小さい。しかし、シャドーミラー動作モードを使用すると、こうした小さい影響でさえも、容易に視認することができる。影響は、個別粒子ビーム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、および３ｅのドリフト経路が長くなるほど、より一層明確になる。ドリフト経路ｄ２および距離ｄ１が、図６に例示的にプロットされており、ｄ１は、典型的には約１０ｃｍであり、個別粒子ビーム３の実際の焦点は、マルチビーム生成器３１０がオンに切り替えられた場合、通常、プロットされた中間像平面３２５にある。
さらに、マルチスティグメータ３２０および／またはマルチフォーカス補正手段３３０の機能は、シャドーミラー動作モードで、的を絞ってテストすることができる。この目的を達成するために、コントローラ１０は、ミラー動作モードにおいて、マルチスティグメータ３２０および／またはマルチフォーカス補正手段３３０をオンに切り替えるよう構成される。マルチスティグメータ３２０とマルチフォーカス補正手段３３０との両方によって、個別粒子ビーム３のほんの僅かな偏向が生じる。こうした偏向が所望の形態であるかどうかは、シャドーミラー動作モードを用いて容易に検証することができる。
検出器観察ミラー動作モードは、別のミラー動作モードを表している。検出器観察ミラー動作モードは、瞳観察ミラー動作モードと非常に類似している。しかし、ミラー電子は、第２の検出モードではなく、第１の検出モードで検出される。コントローラは、この場合、ミラー動作モードにおいて、第１の検出モードで検出システムの走査像が生成されるように、第２の個別粒子ビーム３を検出システム上に誘導するよう構成することができる。したがって、このミラー動作モードを使用して、検出システムの検出領域の機能をチェックまたは検証することができる。さらに、個々のビーム電流測定を実行することができる。
通常、複数粒子ビームシステム１が通常動作中の場合に、第２の個別粒子ビームは、走査偏向器を使用した結果、第３のフィールドの検出領域の実質的に固定した位置に、テレセントリックに入射する。次いで、入射する第２の個別粒子ビームの強度レベルは、試料表面または試料の形態に関係する。対照的に、検出器観察ミラー動作モードでは、試料７との相互作用はなくなる。走査偏向器をオフに切り替えることによって、またはコントローラ１０を用いた走査偏向器の代替制御によって、反射された第２の個別粒子ビーム３は、第１の検出モードで検出システム上に誘導される。したがって、第２の個別粒子ビーム３のそれぞれが、検出領域に結像されるので、複数の像が各検出領域に生じる。
別法として、検出器観察ミラー動作モードにおいて、検出システム２０９上の第２の個別粒子ビーム３の場所を、一定に保つことが可能であり、これにより、検出システム２０９の検出領域についての検出量子効率分析を実行することが可能である。この動作モードでは、統計ノイズが予測される。そうでない場合は、たとえば、個々の検出領域を様々に設定することができるか、または置き換えることができる。
図７は、第１の検出モード２０９で検出システムを用いて、検出器観察ミラー動作モードで記録された、ただ１つの検出領域の走査像を示している。例として、検出領域の均一性は、かかる記録を用いてチェックすることができる。検出領域での欠陥を識別することが可能であるか、さもなければ個々の検出領域間に、相互干渉があるかどうかを判断することが可能である。
図８は、電荷制御ミラー動作モードにおける複数粒子ビームシステム１の概略図を示している。他のミラー動作モードとは異なり、試料の電位は、エミッタの電位にほぼ一致する。その結果、第１の個別粒子ビームの少なくとも一部は、試料に入射せず、第２の個別粒子ビームとして反射される。対照的に、他の個別粒子ビームは、試料７に入射し、入射位置で、２次粒子または第２の個別粒子ビーム９を放出する。したがって、図８では、反射された個別粒子ビーム３と新たに放出された第２の個別粒子ビーム９との両方が、２次ビーム経路１１において、第１の検出モード２０９で検出システムを用いて検出される信号に寄与することが、明らかである。図示されている例では、第１の個別粒子ビーム３は、試料７の表面に入射するにしても、集束して入射する。しかし別法として、この目的を達成するために、集束していない、具体的には、平面の粒子ビームを使用することも可能であろう。これは、個々の場合における使用目的によって変わる。
一実施形態によれば、コントローラ１０は、電荷制御ミラー動作モードと通常動作モードとを交互に切り替えるよう構成されるので、電荷制御ミラー動作モードでは、試料７上に局所的な電荷が生成されるか、または補われる。したがって、２つのモードを交互に切り替えることにより、通常動作モードで、高品質で高解像度の像を確実に得ることができる。したがって、試料７の電荷の蓄積が増加すると、さらなる像の記録がより困難になるので、画像が行方をくらますことはない。電荷制御ミラー動作モードにおいて、対応する設定の場合、個別粒子ビーム３は、所望の電荷状態が試料７上の位置で達成されるとすぐに、別々にオフに切り替わる、すなわち試料７の前で、試料への入射から反射へ移行することさえある。これは、電荷制御ミラー動作モードが、試料表面の電荷の蓄積に対して非常に影響を受けやすいという事実によるものである。電荷制御ミラー動作モードは、したがって、試料７上の電荷状態の監視またはテストにも好適である。これには、たとえば、回路の状態の切替えが含まれる。
図８に示されている例では、第２の個別粒子ビーム３および９は、第１の検出モード２０９で検出システムを用いて検出される。しかし、追加的または代替的に、電荷制御ミラー動作モードにおいて、第２の検出モード２５０で検出システムを用いて検出を実行することも可能であろう。最後に、電荷制御ミラー動作モードにおいて、全体的に粒子検出なしで済ます選択肢もある。この場合、単に、通常動作モードでの複数粒子ビームシステム１の走査に、関心が向けられる。
図９は、第１の検出ユニット２０９および第２の検出ユニット２５０を備える検出システムの例を、概略図で示している。この場合、第１の検出ユニット２０９と第２の検出ユニット２５０との両方が、粒子検出ユニットと光検出ユニットとの両方を備える。粒子検出ユニットは、図示されている例では同じものである。２次個別粒子ビーム３および／または９は、粒子ビームシステムカラム２８１を通過した後、シンチレータ２７０に入射する。２次個別粒子ビームはその後、検出器光学ユニット２８０を用いて結像され、信号はその後、さらに処理される。図示されている例では、検出器光学ユニット２８０は、具体的には、シンチレータ２７０へ粒子が入射した後に、シンチレータプレート２７０によって放射された光を結像する、光光学レンズ２７１を備える。光ビーム２７３は、この場合、入射点２７６で光ファイバ束２７７に衝突する。この光ファイバ束２７７は、電気信号を光検出器２８２に伝送し、その電気信号は増幅器２７８を用いて増幅され、デジタイザ２７９で、たとえばカメラリンクを用いて、デジタル信号に変換される。図示されている例では、第１の検出ユニット２０９は、たとえばなだれ光ダイオード２８２を備えることができる。
ビームスプリッタ２７２は、図９に示されている例において、光光学ビーム経路に配置されている。光ビーム２７４は、ビームスプリッタを使用して、第２の検出ユニット２５０の入射点２７５に向けられる。第２の検出ユニット２５０は、この場合、例として、ＣＣＤカメラを備えることができる。原理的に、第１の検出ユニット２０９および第２の検出ユニット２５０の他の構成も可能である。２つの検出ユニット２０９、２５０は、それぞれ個々に、さもなければ同時に、動作することができる。これにより、それぞれが検出ユニット２０９、２５０に相異なる要件を課す、複数粒子ビームシステムの動作モード間の変更が容易になる。
第１の検出ユニット２０９は、検出器アレイに相当するＣＭＯＳまたはＣＣＤセンサとして設計することもできる。検出器アレイは、この場合、電子ビームを直接検出できるか、または入射電子ビームを光に変換するシンチレータを備えることができる。第１の検出ユニット２０９および第２の検出ユニット２５０は、この場合、同じものであり得る。
図１０は、複数粒子ビームシステム１を制御するための選択肢を表で示している。コンピュータシステムまたはコントローラ１０は、図示されている例では、４つの制御ユニット１０．１、１０．２、１０．３、１０．４を備える。しかし、コントローラ１０は、より多くの制御ユニットを備えることもできる。制御ユニット１０．１は、この場合、マルチビーム生成器３１０を、ひいては、マイクロ光学ユニット３０６の少なくとも一部を制御する。しかし、制御ユニット１０．１はまた、たとえばマルチスティグメータ３２０およびマルチフォーカス補正手段３３０を備える、マイクロ光学ユニット３０６全体を制御することもできる。制御ユニット１０．２は、試料７の、試料領域の電圧源を制御する。制御ユニット１０．３は、第２の粒子光学ユニット、特に投影レンズ系２０５を制御する。制御ユニット１０．３は、同様に第２の粒子光学ユニットの一部である、対物レンズ系１０２を制御することも可能である。制御ユニット１０．４は、検出システム２０９、２５０を制御し、検出システム２０９、２５０は、第１の検出モード２０９および第２の検出モード２５０で制御することができる。
通常動作モードでは、関係ＵSample＞ＵEmitterが当てはまる。マルチビーム生成器３１０が、オンに切り替えられ、第２の粒子光学ユニットが、オンに切り替えられ、検出システムが、第１の検出モード２０９で動作する。
瞳観察ミラー動作モードでは、関係ＵSample＜ＵEmitterが当てはまる。ここでは、マルチビーム生成器３１０が、オンに切り替えられ、第２の粒子光学ユニットが、オンに切り替えられ、検出システムが、第２の検出モード２５０で動作する。
シャドーミラー動作モードでは、関係ＵSample＜ＵEmitterが当てはまる。マルチビーム生成器３１０は、オフに切り替えられる。第２の粒子光学ユニットは、オンに切り替えられ、検出システムが、第２の検出モード２５０で動作する。
検出器観察ミラー動作モードでは、関係ＵSample＜ＵEmitterが当てはまる。ここでは、マルチビーム生成器３１０が、オンに切り替えられ、第２の粒子光学ユニットが、オンに切り替えられる。検出システムは、第１の検出モード２０９で動作する。
電荷制御ミラー動作モードでは、関係式ＵSample≒ＵEmitterが当てはまる。ここでは、マルチビーム生成器３１０が、オンに切り替えられるか、またはオフに切り替えられる。第２の粒子光学ユニットは、オンに切り替えられる。検出システムは、オフに切り替えることができる。しかし、検出システムはまた、第１の検出モード２０９で、かつ／または第２の検出モード２５０で、動作することができる。
本発明の好ましい実施形態によれば、複数粒子ビームシステムは、ユーザが動作モードとして、通常動作モード、瞳観察ミラー動作モード、シャドーミラー動作モード、検出器観察ミラー動作モード、および／または電荷制御ミラー動作モードを選択または設定できるように、たとえば動作フィールドまたはスイッチなどの、少なくとも１つの動作要素を備える。
（符号の説明）
１ マルチビーム粒子顕微鏡
３ １次粒子ビーム（個別粒子ビーム）
５ ビームスポット、入射位置
７ 対象物
８ 試料台
９ ２次粒子ビーム
１０ コンピュータシステム、コントローラ
１１ ２次粒子ビーム経路
１３ １次粒子ビーム経路
１００ 対物レンズ系
１０１ 対象物平面
１０２ 対物レンズ
１０３ フィールド
１１０ 開口
２００ 検出器システム
２０５ 投影レンズ
２０７ 検出領域
２０９ 粒子マルチディテクタ、第１の検出モードでの検出システム、第１の検出ユニット
２１１ 検出平面
２１３ 入射位置
２１５ 検出領域
２１７ フィールド
２３０ コントラストレンズ
２３１ コントラスト開口
２５０ 第２の検出モードでの検出システム、２次元像のための第２の検出ユニット、ＣＣＤカメラ
２６０ 変位可能な観察平面
２７０ シンチレータ
２７１ 光光学レンズ
２７２ ビームスプリッタ
２７３ 光光線（ｌｉｇｈｔ ｒａｙ）
２７４ 光光線
２７５ 入射点
２７６ 入射点
２７７ 光ファイバ束
２７８ 電子増幅器
２７９ デジタイザ
２８０ 検出器光学ユニット
２８１ ＭｕｌｔｉＳＥＭカラム
２８２ なだれ光ダイオード
３００ ビーム生成器具
３０１ 粒子源
３０３ コリメーションレンズ系
３０５ 複数開口装置
３０６ マイクロ光学ユニット
３０７ フィールドレンズ系
３０９ 拡散する粒子ビーム
３１０ マルチビーム生成器
３１１ 照射粒子ビーム
３１３ 複数開口プレート
３１４ マルチフィールドレンズ
３１５ 複数開口プレートの開口部
３１７ 開口部の中心点
３１９ フィールド
３２０ マルチスティグメータ
３２３ ビームの焦点
３２５ 中間像平面
３３０ マルチフォーカス補正手段
３８０ 正電荷の蓄積
３８１ 負電荷の蓄積
４００ ビームスイッチ

Claims (34)

  1. 第１の荷電粒子ビーム（３０９）を生成するよう構成された、少なくとも１つの粒子源（３０１）、
    前記第１の荷電粒子ビーム（３１１）から、複数の荷電された個別粒子ビーム（３）の第１のフィールド（３２７）を生成するよう構成された、マルチビーム生成器（３１０）を備える、マイクロ光学ユニット（３０６）、
    前記生成された個別粒子ビーム（３）を試料（７）に、かつ／または試料（７）の方向に向け、その結果前記第１の粒子ビーム（３）が、入射位置（５）で前記試料（７）に衝突し、かつ／または第２のフィールド（１０３）を形成する前記試料（７）の上流の反転位置に到達するよう構成された、第１の粒子光ビーム経路を備える、第１の粒子光学ユニット、
    検出システム（２００）、
    第２の粒子光ビーム経路を備え、前記第２のフィールドの前記入射位置（５）から、または前記第２のフィールド（１０３）の前記反転位置から放出される、第２の個別粒子ビーム（９、３）を、前記検出システム（２００）上に結像するよう構成された、第２の粒子光学ユニット、
    前記第１の個別粒子ビーム（３）と前記第２の個別粒子ビーム（９、３）との両方が通過する、粒子光対物レンズ（１０２）、
    前記第１の粒子光ビーム経路の、前記マルチビーム粒子源（３０１）と前記対物レンズ（１０２）との間に配置され、また、前記第２の粒子光ビーム経路の、前記対物レンズ（１０２）と前記検出システム（２００）との間に配置された、ビームスイッチ（４００）、
    調整可能な試料領域電圧を、前記試料領域に供給するよう構成された、試料領域電圧源、ならびに
    前記マイクロ光学ユニット（３０６）、前記粒子光対物レンズ（１０２）、前記第１の粒子光学ユニット、前記第２の粒子光学ユニット、前記検出システム（２００）、および前記試料領域電圧源を制御するよう構成された、コントローラ（１０）
    を具備する複数粒子ビームシステム（１）であって、
    前記検出システム（２００）が、第１の検出モード（２０９）および第２の検出モード（２５０）で作動するよう構成され、
    前記第１の検出モード（２０９）において、前記第２の個別粒子ビーム（９、３）が、第３のフィールド（２１７）を形成する前記検出システム（２００）の検出領域に結像され、
    前記第２の検出モード（２５０）において、２次元像が生成され、
    前記コントローラ（１０）が、通常動作モードおよびミラー動作モードを実現するよう構成され、
    前記検出システム（２００）が、前記通常動作モードにおいて、前記第１の検出モード（２０９）で動作し、
    前記通常動作モードでは、前記生成された第１の個別粒子ビーム（３）が、前記試料（７）に入射し、前記試料（７）から、第２の個別粒子ビーム（９）の形態の複数の２次粒子を放出するように、前記試料領域電圧が設定され、前記２次粒子が、前記第２の粒子光学ユニットを通過した後、前記検出システム（２００）上に結像され、
    前記ミラー動作モードにおいて、前記検出システム（２００）が、前記第１の検出モード（２０９）および／または前記第２の検出モード（２５０）で動作し、
    前記ミラー動作モードでは、前記第１の個別粒子ビーム（３）の少なくとも一部が、前記試料（７）に入射せず、第２の個別粒子ビーム（３）として反射されるように、前記試料領域電圧が設定され、前記第２の個別粒子ビーム（３）が、前記第２の粒子光学ユニットを通過した後、前記検出システム（２００）上に結像される、複数粒子ビームシステム（１）。
  2. 前記試料領域電圧源が、試料台に可変電圧を印加するよう構成される、請求項１に記載の複数粒子ビームシステム（１）。
  3. 前記コントローラ（１０）が、前記通常動作モードと前記ミラー動作モードとを交互に切り替えるよう構成される、
    請求項１または２に記載の複数粒子ビームシステム（１）。
  4. 前記検出システム（２００）が、単に、前記コントローラ（１０）による前記検出システム（２００）の相異なる制御で、前記第１の検出モード（２０９）および前記第２の検出モード（２５０）を実現するよう設定される、
    請求項１～３のいずれか１項に記載の複数粒子ビームシステム（１）。
  5. 前記検出システム（２００）が、第１の検出ユニット（２０９）および第２の検出ユニット（２５０）を備え、
    前記第１の検出ユニット（２０９）が、前記第１の検出モード（２０９）で前記コントローラ（１０）によって制御され、前記第２の検出ユニット（２５０）が、前記第２の検出モード（２５０）で前記コントローラ（１０）によって制御される、
    請求項１～４のいずれか１項に記載の複数粒子ビームシステム（１）。
  6. 前記第１の検出ユニット（２０９）が、粒子検出ユニットおよび光検出ユニットを備え、かつ／または
    前記第２の検出ユニット（２５０）が、粒子検出ユニットおよび光検出ユニットを備える、
    請求項５に記載の複数粒子ビームシステム（１）。
  7. 前記第１の検出ユニット（２０９）の前記光検出ユニットが、なだれ光ダイオード（２８２）を備え、かつ／または
    前記第２の検出ユニット（２５０）の前記光検出ユニットが、ＣＣＤカメラを備える、
    請求項６に記載の複数粒子ビームシステム（１）。
  8. 前記マイクロ光学ユニット（３０６）が、
    前記マルチビーム生成器（３１０）、
    前記コントローラ（１０）を用いて、前記第１の個別粒子ビーム（３）の非点収差補正を個別に調整するよう構成された、マルチスティグメータ（３２０）、および／または
    前記コントローラ（１０）を用いて、前記第１の個別粒子ビーム（３）の焦点を個別に補正するよう設定された、マルチフォーカス補正手段（３３０）
    を備える、請求項１～７のいずれか１項に記載の複数粒子ビームシステム（１）。
  9. 前記マルチビーム生成器（３１０）が、複数開口プレートおよび対向電極を備える、マルチレンズアレイを具備する、
    請求項１～８のいずれか１項に記載の複数粒子ビームシステム（１）。
  10. 前記マルチビーム生成器（３１０）が、複数開口プレートおよびマルチデフレクタアレイを備える、請求項１～９のいずれか１項に記載の複数粒子ビームシステム（１）。
  11. 前記第１の粒子光学ユニットが、少なくとも１つのグローバルレンズ系を備える、請求項１～１０のいずれか１項に記載の複数粒子ビームシステム（１）。
  12. 前記第２の粒子光学ユニットが、投影レンズ系（２０５）を備える、請求項１～１１のいずれか１項に記載の複数粒子ビームシステム（１）。
  13. 前記検出システム（２００）が、前記ミラー動作モードにおいて、前記第２の検出モード（２５０）で動作し、
    前記ミラー動作モードでは、前記第１の個別粒子ビーム（３）が前記試料（７）に入射せず、第２の個別粒子ビーム（３）として反射されるように、前記コントローラを用いて前記試料領域電圧が設定され、
    前記ミラー動作モードでは、前記第２の個別粒子ビーム（３）が、前記第２の粒子光学ユニットを通過した後に、前記検出システム（２００）上に結像され、
    前記コントローラ（１０）が、前記通常動作モードおよび前記ミラー動作モードにおいて、前記マルチビーム生成器（３１０）を実質的に同様に制御するよう構成される、
    請求項１～１２のいずれか１項に記載の複数粒子ビームシステム（１）。
  14. 前記コントローラ（１０）が、前記第２の粒子光学ユニットの制御を、前記ミラー動作モードにおいて変更するよう構成される、
    請求項１３に記載の複数粒子ビームシステム（１）。
  15. 前記コントローラ（１０）が、前記第２の粒子光学ユニットの制御、具体的には前記投影レンズ系（２０５）の制御を、前記ミラー動作モードにおいて、段階的に変更するよう構成され、各段階において、前記検出システム（２５０）を用いて記録が行われる、
    請求項１４に記載の複数粒子ビームシステム（１）。
  16. 前記検出システム（２００）が、前記ミラー動作モードにおいて、前記第２の検出モード（２５０）で動作し、
    前記ミラー動作モードでは、前記第１の個別粒子ビーム（３）が前記試料に入射せず、第２の個別粒子ビーム（３）として反射されるように、前記コントローラ（１０）を用いて前記試料領域電圧が設定され、
    前記ミラー動作モードでは、前記第２の個別粒子ビーム（３）が、前記第２の粒子光学ユニットを通過した後に、前記検出システム（２５０）上に結像され、
    前記コントローラ（１０）が、前記ミラー動作モードにおいて、前記マルチビーム生成器（３１０）をオフに切り替えるよう構成される、
    請求項１～１２のいずれか１項に記載の複数粒子ビームシステム（１）。
  17. 前記コントローラ（１０）が、前記ミラー動作モードにおいて、前記マルチスティグメータ（３２０）および／または前記マルチフォーカス補正手段（３３０）をオンに切り替えるよう構成される、
    請求項１６に記載の複数粒子ビームシステム（１）。
  18. 前記コントローラ（１０）が、前記ミラー動作モードにおいて、前記個別粒子ビーム（３）が前記ビームスイッチ（４００）およびグローバル開口を実質的に通過するように、前記第１の粒子光学ユニットの前記グローバルレンズ系を制御するよう構成される、
    請求項１６または１７に記載の複数粒子ビームシステム（１）。
  19. 前記コントローラ（１０）が、前記第２の粒子光学ユニットの制御を、前記ミラー動作モードにおいて変更するよう構成される、
    請求項１６～１８のいずれか１項に記載の複数粒子ビームシステム（１）。
  20. 前記コントローラ（１０）が、前記第２の粒子光学ユニットの制御、具体的には前記投影レンズ系（２０５）の制御を、前記ミラー動作モードにおいて、段階的に変更するよう構成され、各段階において、前記検出システム（２５０）を用いて記録が行われる、
    請求項１９に記載の複数粒子ビームシステム（１）。
  21. 前記検出システム（２００）が、前記ミラー動作モードにおいて、前記第１の検出モード（２０９）で動作し、
    前記ミラー動作モードでは、前記第１の個別粒子ビーム（３）が前記試料に入射せず、第２の個別粒子ビーム（３）として反射されるように、前記コントローラ（１０）を用いて前記試料領域電圧が設定され、
    前記ミラー動作モードでは、前記第２の個別粒子ビーム（３）が、前記第２の粒子光学ユニットを通過した後に、前記検出システム（２０９）上に結像され、
    前記コントローラ（１０）が、前記通常動作モードおよび前記ミラー動作モードにおいて、前記マルチビーム生成器（３１０）を実質的に同様に制御するよう構成される、
    請求項１～１２のいずれか１項に記載の複数粒子ビームシステム（１）。
  22. 前記コントローラ（１０）が、前記ミラー動作モードにおいて、前記検出システム（２００）の走査像が生成されるように、前記第２の個別粒子ビーム（３）を前記検出システム（２０９）上に誘導するよう構成される、
    請求項２１に記載の複数粒子ビームシステム（１）。
  23. 前記コントローラ（１０）が、前記ミラー動作モードにおいて、前記検出システム（２０９）上の前記第２の個別粒子ビームの場所を一定に保つよう構成され、これにより、前記検出システムの前記検出領域についての検出量子効率分析を実行することが可能である、
    請求項２１に記載の複数粒子ビームシステム（１）。
  24. 前記検出システム（２００）が、前記ミラー動作モードにおいて、前記第１の検出モード（２０９）で動作し、
    前記ミラー動作モードで、前記試料領域電圧が、前記粒子源（３０１）の電圧にほぼ一致するよう設定されるので、前記第１の個別粒子ビーム（３）の少なくとも一部が、前記試料に入射せず、第２の個別粒子ビーム（３）として反射され、
    前記ミラー動作モードで、前記第２の個別粒子ビーム（３）が、前記第２の粒子光学ユニットを通過した後に、前記検出システム（２０９）上に結像される、
    請求項１～１２のいずれか１項に記載の複数粒子ビームシステム（１）。
  25. 前記コントローラ（１０）が、前記ミラー動作モードと前記通常動作モードとを交互に切り替えるよう構成されるので、前記ミラー動作モードでは、試料（７）上に局所的な電荷が生成されるか、または補われる、
    請求項２４に記載の複数粒子ビームシステム（１）。
  26. 第１の荷電粒子ビーム（３０９）を生成するよう構成された、少なくとも１つの粒子源（３０１）、
    前記第１の荷電粒子ビーム（３１１）から、複数の荷電された個別粒子ビーム（３）の第１のフィールド（３２７）を生成するよう構成された、マルチビーム生成器（３１０）を備える、マイクロ光学ユニット（３０６）、
    前記生成された個別粒子ビーム（３）を試料（７）に、かつ／または試料（７）の方向に向け、その結果前記第１の粒子ビーム（３）が、入射位置（５）で前記試料（７）に衝突し、かつ／または第２のフィールド（１０３）を形成する前記試料（７）の上流の反転位置に到達するよう構成された、第１の粒子光ビーム経路を備える、第１の粒子光学ユニット、
    検出システム（２００）、
    第２の粒子光ビーム経路を備え、前記第２のフィールド（１０３）の前記入射位置から、または前記第２のフィールド（１０３）の前記反転位置から放出される、第２の個別粒子ビーム（３、９）を、前記検出システム（２００）上に結像するよう構成された、第２の粒子光学ユニット、
    前記第１の個別粒子ビーム（３）と前記第２の個別粒子ビーム（３、９）との両方が通過する、粒子光対物レンズ（１０２）、
    前記第１の粒子光ビーム経路の、前記マルチビーム粒子源（３０１）と前記対物レンズ（１０２）との間に配置され、また、前記第２の粒子光ビーム経路の、前記対物レンズ（１０２）と前記検出システム（２００）との間に配置された、ビームスイッチ（４００）、
    調整可能な試料領域電圧を、前記試料領域に供給するよう構成された、試料領域電圧源、ならびに
    前記マイクロ光学ユニット（３１０）、前記粒子光対物レンズ（１２）、前記第１の粒子光学ユニット、前記第２の粒子光学ユニット、前記検出システム（２００）、および前記試料領域電圧源を制御するよう構成された、コントローラ（１０）
    を具備する複数粒子ビームシステム（１）であって、
    前記検出システム（２００）が、第１の検出モード（２０９）および第２の検出モード（２５０）で動作するよう構成され、
    前記第１の検出モード（２０９）において、前記第２の個別粒子ビーム（９、３）が、第３のフィールド（２１７）を形成する前記検出システム（２０９）の検出領域に結像され、
    前記第２の検出モード（２５０）において、２次元像が生成され、
    前記コントローラ（１０）が、通常動作モードおよびミラー動作モードを実現するよう構成され、
    前記通常動作モードでは、前記生成された第１の個別粒子ビーム（３）が、前記試料（７）に入射し、前記試料から、第２の個別粒子ビーム（９）の形態の複数の２次粒子を放出するように、前記試料領域電圧が設定され、前記２次粒子が、前記第２の粒子光学ユニットを通過した後、前記検出システム（２００）上に結像され、
    前記検出システム（２００）が、前記通常動作モードにおいて、前記第１の検出モード（２０９）で動作し、
    前記ミラー動作モードでは、前記試料領域電圧が、前記粒子源（３０１）の電圧にほぼ一致するよう設定されるので、前記第１の個別粒子ビーム（３）の少なくとも一部が、前記試料に入射せず、第２の個別粒子ビーム（３）として反射される、
    複数粒子ビームシステム（１）。
  27. 複数粒子ビームシステム（１）、具体的には、請求項１～２６のいずれか１項に記載の複数粒子ビームシステム（１）を動作させる方法であって、前記方法が、
    ミラー動作モードで前記複数粒子ビームシステム（１）を動作させるステップであって、前記動作させるステップが、
    複数の荷電された第１の個別粒子ビーム（３）を生成するステップと、
    前記試料（７）に到達する前に、少なくともいくつかの個別粒子ビーム（３）、特にすべての個別粒子ビームを反射するステップと、
    検出システム（２００）を用いて、第１の検出モード（２０９）および／または第２の検出モード（２５０）で、複数の第２の個別粒子ビームの形態の前記反射されたビーム（３）を検出するステップと
    を含む、動作させるステップ
    を含む、複数粒子ビームシステム（１）を動作させる方法。
  28. 通常動作モードで前記複数粒子ビームシステム（１）を動作させるステップであって、前記動作させるステップが、
    複数の荷電された第１の個別粒子ビーム（３）を生成するステップと、
    前記複数の個別粒子ビーム（３）によって、試料（７）を走査するステップと、
    前記検出システム（２００）を用いて、前記第１の検出モード（２０９）で、前記試料（７）から放出される複数の第２の個別粒子ビーム（９）の形態の相互作用による生成物を検出するステップと
    を含む、動作させるステップ
    をさらに含む、請求項２７に記載の複数粒子ビームシステム（１）を動作させる方法。
  29. 交互に切り替える、具体的には、前記通常動作モードと前記ミラー動作モードとを複数回交互に切り替える、請求項２８に記載の複数粒子ビームシステム（１）を動作させる方法。
  30. 前記複数の第１の個別粒子ビーム（３）が、マルチビーム生成器（３１０）を用いて生成され、前記方法が、
    前記マルチビーム生成器の前記ミラー動作モードにおける機能に関して、前記マルチビーム生成器（３１０）を検査するステップ
    をさらに含む、請求項２７～２９のいずれか１項に記載の複数粒子ビームシステム（１）を動作させる方法。
  31. 前記複数粒子ビームシステム（１）が、
    前記複数の個別粒子ビーム（３）を生成する、マルチビーム生成器（３１０）、
    前記コントローラ（１０）を用いて、前記第１の個別粒子ビーム（３）の非点収差補正を個別に調整するよう構成された、マルチスティグメータ（３２０）、および／または
    前記コントローラ（１０）を用いて、前記第１の個別粒子ビーム（３）の焦点を個別に補正するよう設定された、マルチフォーカス補正手段（３３０）
    を備え、前記方法が、
    前記ミラー動作モードにおいて、前記マルチスティグメータ（３２０）および／または前記マルチフォーカス補正手段（３３０）を、それぞれの場合にその機能に関して検査するステップ
    をさらに含む、請求項２７～３０のいずれか１項に記載の複数粒子ビームシステム（１）を動作させる方法。
  32. 前記ミラー動作モードにおいて、前記第１の検出モード（２０９）での前記検出システム（２００）を検査するステップ
    をさらに含む、請求項２７～３１のいずれか１項に記載の複数粒子ビームシステム（１）を動作させる方法。
  33. 前記ミラー動作モードにおいて、試料（７）上に電荷を生成または中和するステップ
    をさらに含む、請求項２７～３２のいずれか１項に記載の複数粒子ビームシステム（１）を動作させる方法。
  34. 請求項２７～３３のいずれか１項に記載の方法を実行するためのプログラムコードを含む、コンピュータプログラム製品。
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