JP2023541371A - 対物レンズアレイアセンブリ、電子光学系、電子光学系アレイ、集束方法、対物レンズ構成 - Google Patents

Abstract

荷電粒子評価ツールのための対物レンズアレイアセンブリを伴う構成が開示される。１つの構成では、アセンブリは、対物レンズアレイ及び制御レンズアレイを含む。各対物レンズは、マルチビームのそれぞれのサブビームをサンプル上に投射する。制御レンズアレイは、対物レンズアレイと関連付けられ、及び対物レンズアレイのアップビームに配置される。制御レンズは、サブビームをプリフォーカスする。【選択図】 図３

Description

関連出願の相互参照
[0001] 本出願は、２０２０年９月１７日に出願された欧州出願公開第２０１９６７１４．８号、及び２０２１年３月３１日に出願された欧州出願公開第２１１６６２０２．８号、及び２０２１年８月１７日に出願された欧州出願公開第２１１９１７２３．２号の優先権を主張するものであり、これらの出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

[0002] 本明細書で提供される実施形態は、概して、荷電粒子の複数のサブビームを使用する荷電粒子評価ツールに関する。

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

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

[0005] 荷電粒子評価ツールのスループット及び他の特性を向上させる一般的な必要性が存在する。

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

[0007] 本発明の第１の態様によれば、荷電粒子評価ツールの電子光学系のための対物レンズアレイアセンブリが提供され、この対物レンズアレイアセンブリは、マルチビームをサンプル上に集束させるように構成され、及び対物レンズアレイであって、各対物レンズは、マルチビームのそれぞれのサブビームをサンプル上に投射するように構成される、対物レンズアレイと、対物レンズアレイと関連付けられ、及び対物レンズアレイのアップビームに配置された制御レンズアレイであって、制御レンズは、サブビームをプリフォーカスするように構成される、制御レンズアレイとを含む。

[0008] 本発明の第２の態様によれば、荷電粒子のマルチビームをサンプル上に集束させる方法が提供され、この方法は、対物レンズアレイ及び制御レンズアレイを含む対物レンズアレイアセンブリを提供することであって、制御レンズアレイは、対物レンズアレイのアップビームにある、提供することと、制御レンズアレイを使用して、マルチビームのサブビームをプリフォーカスすることと、対物レンズアレイを使用して、プリフォーカスされたサブビームをサンプル上に投射することとを含む。

[0009] 本発明の第３の態様によれば、マルチビームをサンプル上に集束させるための電子光学系のための対物レンズ構成が提供され、この対物レンズ構成は、アップビームのレンズ効果アパーチャアレイと、ダウンビームのレンズ効果アパーチャアレイであって、ダウンビームのレンズ効果アパーチャアレイ及びアップビームのレンズ効果アパーチャアレイは、一緒に機能して、マルチビームのサブビームにレンズ効果を与えるように構成される、ダウンビームのレンズ効果アパーチャアレイと、ビーム制限アパーチャアレイであって、アパーチャは、アップビームのレンズ効果アパーチャアレイ及びダウンビームのレンズ効果アパーチャアレイ内のアパーチャよりも寸法が小さく、ビーム制限アパーチャアレイのアパーチャは、各サブビームを、アップビームのレンズ効果アパーチャアレイ及びダウンビームのレンズ効果アパーチャアレイ内のそれぞれのアパーチャの中央部分を通過したサブビームの部分に制限するように構成される、ビーム制限アパーチャアレイとを含む。

[0010] 本開示の上記及び他の態様は、添付の図面と併せた例示的実施形態の説明からより明白になるであろう。

[0011]例示的な荷電粒子ビーム検査装置を示す概略図である。 [0012]図１の例示的な荷電粒子ビーム検査装置の一部である例示的なマルチビーム装置を示す概略図である。 [0013]マクロコリメータ及びマクロ走査偏向器を含む例示的な電子光学系の概略図である。 [0014]例示的な構成についての着地エネルギー対分解能のグラフである。 [0015]マクロコリメータ及び走査偏向器アレイを含む例示的な電子光学系の概略図である。 [0016]コリメータ素子アレイ及び走査偏向器アレイを含む例示的な電子光学系の概略図である。 [0017]図６の電子光学系を含む例示的な電子光学系アレイの概略図である。 [0018]対物レンズアレイアセンブリのアップビームに集光レンズアレイを含む例示的な電子光学系の概略図である。 [0019]制御レンズ及び対物レンズの拡大図である。 [0020]２電極対物レンズアレイと一体化された検出器モジュールの概略側面断面図である。 [0021]図１０に示したタイプの検出器モジュールの底面図である。 [0022]ビームアパーチャが最密六角形アレイ状である、代替の検出器モジュールの底面図である。 [0023]図１０の対物レンズアレイに組み込むための検出器モジュールの拡大概略断面図を示す。 [0024]ビーム成形リミッターを有する対物レンズ及び上部ビームリミッターを有する制御レンズを形成する電極の一部の概略側面断面図である。 [0025]図１４の平面Ａ－Ａを基準にした概略拡大上部断面図であり、ビーム成形リミッター内のビーム制限アパーチャを示す。

[0026] ここで、例示的な実施形態を詳細に参照し、その例を添付の図面に示す。以下の説明は、添付の図面を参照し、別段の表示がない限り、異なる図面における同一の番号は、同一又は類似の要素を表す。例示的な実施形態の以下の説明に記載される実装形態は、本発明と一致する全ての実装形態を表すわけではない。代わりに、それらの実装形態は、添付の請求項において記述されるように、本発明に関連する態様と一致する装置及び方法の単なる例である。

[0027] デバイスの物理的サイズを減少させる、電子デバイスの計算能力の向上は、ＩＣチップ上のトランジスタ、キャパシタ、ダイオードなどの回路コンポーネントの実装密度を大幅に増加させることによって達成することができる。これは、更に小さい構造の作製を可能にする分解能の向上によって可能にされてきた。例えば、親指の爪の大きさであり、２０１９年以前に利用可能なスマートフォンのＩＣチップは、２０億を超えるトランジスタを含むことができ、各トランジスタのサイズは、人間の毛髪の１／１０００未満である。従って、半導体ＩＣ製造が、数百の個々のステップを有する、複雑で時間のかかるプロセスであることは、驚くべきことではない。１つのステップのエラーであっても、最終製品の機能に劇的に影響を与える可能性がある。１つのみの「致命的欠陥」がデバイスの故障を生じさせ得る。製造プロセスの目標は、プロセスの全体的な歩留まりを向上させることである。例えば、５０のステップを有するプロセス（ここで、ステップは、ウェーハ上に形成される層の数を示し得る）に関して７５％の歩留まりを得るために、個々のステップは、９９．４％を超える歩留まりを有しなければならない。個々のそれぞれのステップが９５％の歩留まりを有した場合、全体的なプロセス歩留まりは、７％と低い。

[0028] ＩＣチップ製造設備において、高いプロセス歩留まりが望ましい一方、１時間当たりに処理される基板の数と定義される高い基板（即ちウェーハ）スループットを維持することも必須である。高いプロセス歩留まり及び高い基板スループットは、欠陥の存在による影響を受け得る。これは、欠陥を調査するためにオペレータの介入が必要な場合に特に当てはまる。従って、検査ツール（走査電子顕微鏡（「ＳＥＭ」）など）によるマイクロスケール及びナノスケール欠陥の高スループット検出及び識別は、高い歩留まり及び低いコストを維持するために必須である。

[0029] ＳＥＭは、走査デバイス及び検出器装置を含む。走査デバイスは、一次電子を発生させるための電子源を含む照明装置と、一次電子の１つ又は複数の集束ビームで基板などのサンプルを走査するための投影装置とを含む。共に、少なくとも照明装置又は照明システム及び投影装置又は投影システムは、合わせて電子光学系又は装置と呼ばれ得る。一次電子は、サンプルと相互作用し、二次電子を発生させる。検出装置は、ＳＥＭがサンプルの走査エリアの画像を生成できるように、サンプルが走査されるとき、サンプルからの二次電子を捕捉する。高スループットの検査のために、検査装置の一部は、一次電子の複数の集束ビーム、即ちマルチビームを使用する。マルチビームの成分ビームは、サブビーム又はビームレットと呼ばれ得る。マルチビームは、サンプルの異なる部分を同時に走査することができる。従って、マルチビーム検査装置は、単一ビーム検査装置よりもはるかに高速でサンプルを検査することができる。

[0030] 既知のマルチビーム検査装置の実装形態を以下に説明する。

[0031] 図は、概略図である。従って、図面では、コンポーネントの相対寸法は、明瞭にするために拡大される。以下の図面の説明では、同じ又は同様の参照番号は、同じ又は同様のコンポーネント又はエンティティを指し、個々の実施形態に対する違いのみを説明する。説明及び図面は、電子光学装置を対象とするが、実施形態は、本開示を特定の荷電粒子に限定するために使用されないことが理解される。従って、本明細書全体を通して、電子への言及は、より一般的に荷電粒子への言及であるとみなすことができ、荷電粒子は、必ずしも電子ではない。

[0032] ここで、図１を参照すると、図１は、例示的な荷電粒子ビーム検査装置１００を示す概略図である。図１の荷電粒子ビーム検査装置１００は、メインチャンバ１０、装填ロックチャンバ２０、電子ビームツール４０、機器フロントエンドモジュール（ＥＦＥＭ）３０及びコントローラ５０を含む。電子ビームツール４０は、メインチャンバ１０内に位置する。

[0033] ＥＦＥＭ３０は、第１の装填ポート３０ａ及び第２の装填ポート３０ｂを含む。ＥＦＥＭ３０は、追加の１つ又は複数の装填ポートを含み得る。第１の装填ポート３０ａ及び第２の装填ポート３０ｂは、例えば、基板（例えば、半導体基板若しくは他の材料でできている基板）又は検査対象のサンプル（以降では、基板、ウェーハ及びサンプルは、まとめて「サンプル」と呼ばれる）を収容する基板前面開口式一体型ポッド（ＦＯＵＰ）を受け取り得る。ＥＦＥＭ３０内の１つ又は複数のロボットアーム（図示せず）は、サンプルを装填ロックチャンバ２０に運ぶ。

[0034] 装填ロックチャンバ２０は、サンプルの周囲の気体を取り除くために使用される。これは、周囲環境の圧力より低い局所気体圧力である真空を生じさせる。装填ロックチャンバ２０は、装填ロック真空ポンプシステム（図示せず）に接続され得、装填ロック真空ポンプシステムは、装填ロックチャンバ２０内の気体粒子を取り除く。装填ロック真空ポンプシステムの動作により、装填ロックチャンバが、大気圧を下回る第１の圧力に達することが可能になる。第１の圧力に達した後、１つ又は複数のロボットアーム（図示せず）が装填ロックチャンバ２０からメインチャンバ１０にサンプルを運ぶ。メインチャンバ１０は、メインチャンバ真空ポンプシステム（図示せず）に接続される。メインチャンバ真空ポンプシステムは、サンプルの周囲の圧力が、第１の圧力を下回る第２の圧力に達するように、メインチャンバ１０内の気体粒子を取り除く。第２の圧力に達した後、サンプルは、電子ビームツールに運ばれ、サンプルは、電子ビームツールによって検査され得る。電子ビームツール４０は、マルチビーム電子光学装置を含み得る。

[0035] コントローラ５０は、電子ビームツール４０に電子的に接続される。コントローラ５０は、荷電粒子ビーム検査装置１００を制御するように構成されたプロセッサ（コンピュータなど）であり得る。コントローラ５０は、様々な信号及び画像処理機能を実行するように構成された処理回路も含み得る。図１では、コントローラ５０は、メインチャンバ１０、装填ロックチャンバ２０及びＥＦＥＭ３０を含む構造の外部のものとして示されているが、コントローラ５０は、構造の一部であり得ることが理解される。コントローラ５０は、荷電粒子ビーム検査装置のコンポーネント要素の１つの内部に位置し得るか、又はコントローラ５０は、コンポーネント要素の少なくとも２つに分散され得る。本開示は、電子ビーム検査ツールを収納するメインチャンバ１０の例を提供するが、本開示の態様は、広い意味において、電子ビーム検査ツールを収納するチャンバに限定されないことに留意すべきである。むしろ、前述の原理は、第２の圧力下で動作する装置の他のツール及び他の配置にも適用できることが理解される。

[0036] ここで、図２を参照すると、図２は、図１の例示的な荷電粒子ビーム検査装置１００の一部であるマルチビーム検査ツールを含む例示的な電子ビームツール４０を示す概略図である。マルチビーム電子ビームツール４０（本明細書では装置４０とも呼ばれる）は、電子源２０１、投影装置２３０、電動ステージ２０９及びサンプルホルダ２０７を含む。電子源２０１及び投影装置２３０は、まとめて照明装置と呼ばれ得る。サンプルホルダ２０７は、検査のためにサンプル２０８（例えば、基板又はマスク）を保持するように電動ステージ２０９によって支持される。マルチビーム電子ビームツール４０は、電子検出デバイス２４０を更に含む。

[0037] 電子源２０１は、カソード（図示せず）及び抽出器又はアノード（図示せず）を含み得る。動作中、電子源２０１は、一次電子として電子をカソードから放出するように構成される。一次電子は、抽出器及び／又はアノードによって抽出又は加速されて、一次電子ビーム２０２を形成する。

[0038] 投影装置２３０は、一次電子ビーム２０２を複数のサブビーム２１１、２１２、２１３に変換し、及び各サブビームをサンプル２０８上に誘導するように構成される。簡潔にするために３つのサブビームが示されているが、何十、何百又は何千ものサブビームが存在し得る。サブビームは、ビームレットと呼ばれ得る。

[0039] コントローラ５０は、電子放射源２０１、電子検出デバイス２４０、投影装置２３０及び電動ステージ２０９など、図１の荷電粒子ビーム検査装置１００の様々な部分に接続され得る。コントローラ５０は、様々な画像及び信号処理機能を行い得る。コントローラ５０は、荷電粒子マルチビーム装置を含む荷電粒子ビーム検査装置の動作を制御するための様々な制御信号を生成することもできる。

[0040] 投影装置２３０は、検査のためにサブビーム２１１、２１２及び２１３をサンプル２０８上に集束させるように構成され得、サンプル２０８の表面に３つのプローブスポット２２１、２２２及び２２３を形成し得る。投影装置２３０は、サンプル２０８の表面の一セクション内の個々の走査エリアにわたってプローブスポット２２１、２２２及び２２３を走査するために、一次サブビーム２１１、２１２及び２１３を偏向させるように構成され得る。サンプル２０８上のプローブスポット２２１、２２２及び２２３への一次サブビーム２１１、２１２及び２１３の入射に応答して、二次電子及び後方散乱電子を含む電子がサンプル２０８から発生する。二次電子は、一般的に、５０ｅＶ以下の電子エネルギーを有し、後方散乱電子は、一般的に、５０ｅＶと一次サブビーム２１１、２１２及び２１３の着地エネルギーとの間の電子エネルギーを有する。

[0041] 電子検出デバイス２４０は、二次電子及び／又は後方散乱電子を検出し、対応する信号を生成するように構成され、これらの信号は、例えば、サンプル２０８の対応する走査エリアの画像を構築するために、コントローラ５０又は信号処理システム（図示せず）に送られる。電子検出デバイスは、投影装置に組み込まれるか又は投影装置から分離され得、二次光学コラムは、二次電子及び／又は後方散乱電子を電子検出デバイスに向けるように設けられる。

[0042] コントローラ５０は、画像取得器（図示せず）及びストレージデバイス（図示せず）を含む画像処理システムを含み得る。例えば、コントローラは、プロセッサ、コンピュータ、サーバ、メインフレームホスト、端末、パーソナルコンピュータ、任意の種類のモバイルコンピューティングデバイスなど、又はそれらの組み合わせを含み得る。画像取得器は、コントローラの処理機能の少なくとも一部を含み得る。従って、画像取得器は、少なくとも１つ又は複数のプロセッサを含み得る。画像取得器は、数ある中でも特に、導電体、光ファイバケーブル、ポータブル記憶媒体、ＩＲ、Bluetooth、インターネット、ワイヤレスネットワーク、ワイヤレス無線機又はこれらの組み合わせなど、信号通信を可能にする装置４０の電子検出デバイス２４０に通信可能に結合され得る。画像取得器は、電子検出デバイス２４０から信号を受信し、信号に含まれるデータを処理し、そこから画像を構築することができる。従って、画像取得器は、サンプル２０８の画像を取得することができる。画像取得器は、輪郭の生成及び取得画像へのインジケータの重畳などの様々な後処理機能を行うこともできる。画像取得器は、取得画像の明度及びコントラストなどの調整を行うように構成され得る。ストレージは、ハードディスク、フラッシュドライブ、クラウドストレージ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、他のタイプのコンピュータ可読メモリなどの記憶媒体であり得る。ストレージは、画像取得器と結合され得、走査された生の画像データをオリジナルの画像として保存するか、又は後処理された画像を保存するために使用され得る。

[0043] 画像取得器は、電子検出デバイス２４０から受信された撮像信号に基づいてサンプルの１つ又は複数の画像を取得することができる。撮像信号は、荷電粒子撮像を実施するための走査動作に対応し得る。取得画像は、複数の撮像エリアを含む単一の画像であり得る。単一の画像は、ストレージに保存することができる。単一の画像は、複数の領域に分割され得るオリジナルの画像であり得る。各領域は、サンプル２０８の特徴を含む１つの撮像エリアを含み得る。取得画像は、ある期間にわたって複数回サンプリングされたサンプル２０８の単一の撮像エリアの複数の画像を含み得る。複数の画像は、ストレージに保存することができる。コントローラ５０は、サンプル２０８の同じ場所の複数の画像を用いて画像処理ステップを行うように構成され得る。

[0044] コントローラ５０は、検出された二次電子の分布を得るために、測定回路（例えば、アナログ－デジタル変換器）を含み得る。検出時間窓の間に収集された電子分布データは、サンプル表面に入射した一次サブビーム２１１、２１２及び２１３の各々の対応する走査パスデータと組み合わせて、検査中のサンプル構造の画像を再構築するために使用することができる。再構築された画像は、サンプル２０８の内部又は外部の構造の様々なフィーチャを明らかにするために使用することができる。従って、再構築された画像は、サンプルに存在し得るいかなる欠陥も明らかにするために使用することができる。

[0045] コントローラ５０は、サンプル２０８の検査中にサンプル２０８を移動させるように電動ステージ２０９を制御することができる。コントローラ５０は、電動ステージ２０９が、少なくともサンプルの検査中、好ましくは継続的に例えば一定の速度である方向にサンプル２０８を移動させることを可能にし得る。コントローラ５０は、電動ステージ２０９が、様々なパラメータに依存するサンプル２０８の移動の速度を変えるように、電動ステージ２０９の移動を制御することができる。例えば、コントローラは、走査プロセスの検査ステップの特性に応じて、ステージ速度（その方向を含む）を制御することができる。

[0046] 本開示の実施形態は、対物レンズアレイアセンブリを提供する。対物レンズアレイアセンブリは、荷電粒子評価ツールの電子光学系に組み込まれ得る。荷電粒子評価ツールは、マルチビームをサンプル上に集束させるように構成され得る。

[0047] 図３は、対物レンズアレイアセンブリを有する例示的な電子光学系の概略図である。対物レンズアレイアセンブリは、対物レンズアレイ２４１を含む。対物レンズアレイ２４１は、複数の対物レンズを含む。各対物レンズは、それぞれの電位源に接続された少なくとも２つの電極（例えば、２つ又は３つの電極）を含む。対物レンズアレイ２４１は、それぞれの電位源に接続された２つ以上（例えば、３つ）のプレート電極アレイを含み得る。プレート電極アレイによって形成される各対物レンズは、異なるサブビームに対して機能するマイクロレンズであり得る。各プレートは、複数のアパーチャ（穴とも呼ばれ得る）を画定する。プレート内の各アパーチャの位置は、他のプレート（又は複数のプレート）内の対応するアパーチャ（又は複数のアパーチャ）の位置と一致する。対応するアパーチャは、対物レンズを画定し、従って、対応するアパーチャの各組は、使用時、マルチビーム内の同じサブビームに対して機能する。各対物レンズは、マルチビームのそれぞれのサブビームをサンプル２０８上に投射する。

[0048] 例示を容易にするために、本明細書では、レンズアレイは、楕円形のアレイによって概略的に示されている。各楕円形は、レンズアレイ内の複数のレンズの１つを表す。楕円形は、光学レンズで採用されることが多い両凸形状の類推から、レンズを表すために慣例的に使用される。しかしながら、本明細書で考察するような荷電粒子機構に関連して、レンズアレイは、通常、静電的に動作するため、両凸形状を採用した物理的素子を必要としない場合があることを理解されたい。上述のように、代わりに、レンズアレイは、アパーチャを有する複数のプレートを含み得る。

[0049] 対物レンズアレイアセンブリは、制御レンズアレイ２５０を更に含む。（従って、対物レンズアレイアセンブリは、制御レンズアレイ２５０及び対物レンズアレイ２４１を含み得る。）制御レンズアレイ２５０は、複数の制御レンズを含む。各制御レンズは、それぞれの電位源に接続された少なくとも２つの電極（例えば、２つ又は３つの電極）を含む。制御レンズアレイ２５０は、それぞれの電位源に接続された２つ以上（例えば、３つ）のプレート電極アレイを含み得る。各プレート電極アレイは、セラミック又はガラスを含み得るスペーサーなどの分離素子により、隣接するプレート電極アレイに機械的に接続され、及び電気的に分離される。制御レンズアレイ２５０は、対物レンズアレイ２４１に関連付けられる（例えば、それらの２つのアレイは、互いの近くに配置され、及び／又は互いに機械的に接続され、及び／又はユニットとして一緒に制御される）。制御レンズアレイ２５０は、対物レンズアレイ２４１のアップビームに配置される。制御レンズアレイ２５０は、例えば、対物レンズアレイアセンブリ（又は対物レンズ構成）の一部として、対物レンズアレイ２４１の電極２４２、２４３の追加の電極を提供するものとみなすことができる。制御レンズアレイ２５０の追加の電極により、サブビームの電子光学パラメータを制御する際に更なる自由度がもたらされる。一実施形態では、制御レンズアレイ２５０は、対物レンズアレイ２４１のそれぞれの対物レンズの追加の機能を可能にする、対物レンズアレイ２４１の追加の電極であるとみなされ得る。ある構成では、そのような電極は、対物レンズアレイ２４１の対物レンズに追加の機能を提供する対物レンズアレイの一部とみなされ得る。そのような構成では、制御レンズは、対応する対物レンズの一部であるとみなされ、制御レンズは、対物レンズの一部であるとのみ言及されることさえある。

[0050] 制御レンズは、サブビームをプリフォーカスする（例えば、サブビームが対物レンズアレイ２４１に到達する前にサブビームに集束作用を適用する）。従って、対物レンズアレイアセンブリ内の唯一のレンズが制御レンズアレイ２５０及び対物レンズアレイ２４１である場合、制御レンズと対物レンズとの合成焦点は、サンプル上にあるように制御され得る。プリフォーカスにより、サブビームの発散度が低減されるか、又はサブビームの収束率を高めることができる。一実施形態では、対物レンズアレイアセンブリを含む電子光学系は、制御レンズの焦点距離が制御レンズアレイ２５０と対物レンズアレイ２４１との間の離隔距離よりも大きくなるように、即ち制御レンズアレイがコリメートされたサブビームに対して機能する場合、焦点が制御レンズアレイ２５０と対物レンズアレイ２４１との間の離隔距離よりも制御レンズアレイの位置から更に遠ざかるような焦点距離となるように、（例えば、制御レンズアレイ２５０の電極に印加される電位を制御することにより）対物レンズアレイアセンブリを制御するように構成される。従って、制御レンズアレイ２５０及び対物レンズアレイ２４１は、比較的互いの近くに配置され得、このとき、制御レンズアレイ２５０からの集束作用は、弱く、制御レンズアレイ２５０と対物レンズアレイ２４１との間に中間焦点を形成しない。制御レンズアレイによるそれぞれのサブビームの集束位置は、対物レンズアレイのダウンビームにあり得る。制御レンズアレイは、プリフォーカス距離を有する。制御レンズアレイ及び対物レンズアレイは、例えば、制御レンズアレイ及び対物レンズアレイが一緒に動作して、サブビームを同じ表面上に集束させることができるように、組み合わされた焦点距離に向けて一緒に動作する。制御レンズは、例えば、サンプルと対物レンズアレイとの間に最小の間隔を維持しながら、それぞれのサブビームをサンプル上に集束させるように制御され得る。従って、制御レンズ及びそれぞれの対物レンズを制御することにより、各サブビームの集束位置（例えば、各焦点）を好ましくはサンプル上で決定することができる。従って、それぞれの対物レンズ及びそれぞれの制御レンズに対する作用の合成により、サンプル上のそれぞれのサブビームの集束位置が決まる。換言すると、それぞれの対物レンズ及びそれぞれの制御レンズによるそれぞれのサブビームに対するレンズ効果の合成により、サンプル上の焦点がもたらされる。従って、それぞれの対物レンズ及びそれぞれの制御レンズによるそれぞれのサブビームのレンズ効果の合成により、サンプル上の焦点がもたらされる。従って、それぞれの対物レンズ及びそれぞれの制御レンズは、一緒にそれぞれのサブビームをサンプル上に集束させる。従って、コントローラ又はその一部は、対物レンズを制御して、それぞれのサブビームをサンプル上に集束させるように構成され、及びそれぞれのサブビームのプリフォーカスが、対物レンズによるそれぞれのサブビームのサンプル上の焦点よりも前になるように制御レンズを制御して、それぞれのサブビームのプリフォーカスのパラメータを制御するように構成される。

[0051] 中間焦点のない合成動作により、収差の危険性が低減され得る。他の実施形態では、対物レンズアレイアセンブリは、制御レンズアレイ２５０と対物レンズアレイ２４１との間に中間焦点を形成するように構成され得る。サブビームは、制御レンズアレイと対物レンズアレイとの間に中間焦点を有し得る。

[0052] 制御レンズアレイ２５０の制御レンズ及び対物レンズアレイ２４１の対物レンズの電極にそれぞれの電位を印加するために、電源が設けられ得る。

[0053] 対物レンズアレイ２４１に加えて制御レンズアレイ２５０を設けることにより、サブビームの特性を制御する自由度が増す。例えば、制御レンズアレイ２５０と対物レンズアレイ２４１との間に中間焦点が形成されないように、制御レンズアレイ２５０及び対物レンズアレイ２４１が比較的互いの近くに設けられる場合でも、自由度の増加がもたらされる。制御レンズアレイ２５０を使用して、ビームの縮小率に関してビーム開き角を最適化し、及び／又は対物レンズアレイ２４１に送達されるビームエネルギーを制御することができる。制御レンズは、２つ又は３つ以上の電極を含み得る。２つの電極がある場合、縮小率及び着地エネルギーは、一緒に制御される。３つ以上の電極がある場合、縮小率及び着地エネルギーを個別に制御することができる。従って、制御レンズは、（例えば、電源を使用して制御レンズ及び対物レンズの電極に適切なそれぞれの電位を印加して）それぞれのサブビームの縮小率、及び／又はビーム開き角、及び／又は基板上の着地エネルギーを調節するように構成され得る。この最適化は、対物レンズの数に過度の悪影響を与えることなく、及び対物レンズの収差を過度に悪化させることなく（例えば、対物レンズの強度を低下させることなく）達成することができる。制御レンズアレイを使用すると、対物レンズアレイを最適な電場強度で動作させることが可能になる。従って、制御レンズのそのような動作は、対物レンズアレイの電場強度を予め決定できるようにし得る。なお、縮小率及び開き角への言及は、同じパラメータの変形物を指すことを意図する。理想的な構成では、縮小率の範囲と対応する開き角との積は、一定である。しかしながら、開き角は、アパーチャの使用によって影響され得る。

[0054] 一実施形態では、着地エネルギーは、所定の範囲、例えば１０００ｅＶ～５０００ｅＶの所望の値に制御され得る。図４は、着地エネルギーを変更するためにビーム開き角／縮小率が再度最適化されると仮定して、着地エネルギーの関数として分解能を示したグラフである。見て分かるように、評価ツールの分解能は、着地エネルギーが最小値ＬＥ＿ｍｉｎまで低下しても、実質的に一定を保つことができる。ＬＥ＿ｍｉｎより小さくなると分解能が低下し、なぜなら、対物レンズ及び／又は検出器とサンプルとの間に最小の間隔を維持するために、対物レンズのレンズ強度及び対物レンズ内部の電場を低減する必要があるからである。

[0055] 着地エネルギーは、主に、制御レンズを出る電子のエネルギーを制御することによって変動させることが望ましい。対物レンズ内部の電場ができる限り高いままとなるように、対物レンズ内部の電位差は、この変動中に一定に保たれることが好ましい。対物レンズ内部のそのような高い電場は、所定の電場として言及されて設定され得る。更に、制御レンズに印加される電位を使用して、ビーム開き角及び縮小率を最適化することができる。制御レンズは、着地エネルギーの変化を考慮して縮小率を変化させるように機能することができる。２つの独立した制御変数を提供するように、各制御レンズが３つの電極を含むことが望ましい。例えば、それらの電極の１つを使用して拡大率を制御することができ、別の電極を使用して着地エネルギーを個別に制御することができる。代わりに、各制御レンズは、２つの電極のみを有し得る。電極が２つのみある場合、それらの電極の一方は、拡大率と着地エネルギーとの両方を制御する必要があり得る。

[0056] 図３の実施形態では、電子光学系は、放射源２０１を含む。放射源２０１は、荷電粒子（例えば、電子）のビームを提供する。サンプル２０８上に集束するマルチビームは、放射源２０１によって提供されるビームから導出される。サブビームは、例えば、ビーム制限アパーチャのアレイを画定するビームリミッターを使用して、そのビームから導出され得る。放射源２０１は、輝度と全放出電流との間の良好な妥協点を有する高輝度の熱電界放出器であることが望ましい。図示した例では、コリメータは、対物レンズアレイアセンブリのアップビームに設けられる。コリメータは、マクロコリメータ２７０を含み得る。マクロコリメータ２７０は、ビームがマルチビームに分割される前に放射源２０１からのビームに対して作用する。マクロコリメータ２７０は、ビームから導出されたサブビームのそれぞれのビーム軸がサンプル２０８に実質的に垂直に（即ちサンプル２０８の公称表面に対して実質的に９０°で）入射することを確実にするのに効果的な量だけビームのそれぞれの部分を曲げる。マクロコリメータ２７０は、巨視的なコリメーションをビームに適用する。従って、マクロコリメータ２７０は、（例えば、図６を参照して以下で説明するように）ビームの個々の異なる部分に対して作用するようにそれぞれが構成された複数のコリメータ素子のアレイを含むのではなく、ビーム全体に対して作用し得る。マクロコリメータ２７０は、磁気レンズ又は複数の磁気レンズサブユニット（例えば、多極構成を形成する複数の電磁石）を含む磁気レンズ構成を含み得る。代わりに又は加えて、マクロコリメータは、少なくとも部分的に静電的に実装され得る。マクロコリメータは、静電レンズ又は複数の静電レンズサブユニットを含む静電レンズ構成を含み得る。マクロコリメータ２７０は、磁気レンズと静電レンズとの組み合わせを使用し得る。

[0057] 図３の実施形態では、マクロ走査偏向器２６５を設けて、サブビームをサンプル２０８にわたって走査させる。マクロ走査偏向器２６５は、ビームのそれぞれの部分を偏向させて、サブビームをサンプル２０８にわたって走査させる。一実施形態では、マクロ走査偏向器２５６は、例えば、８極以上を有する巨視的多極偏向器を含む。偏向は、ビームから導出されたサブビームを一方向（例えば、Ｘ軸などの単一の軸と平行に）又は二方向（例えば、Ｘ軸及びＹ軸など、平行ではない２つの軸を基準にして）にサンプル２０８全体にわたって走査させるようなものである。マクロ走査偏向器２６５は、ビームの個々の異なる部分に対して作用するようにそれぞれが構成された複数の素子のアレイを含むのではなく、ビーム全体に対して巨視的に作用する。図示した実施形態では、マクロ走査偏向器２６５は、マクロコリメータ２７０と制御レンズアレイ２５０との間に設けられる。

[0058] 本明細書で説明する対物レンズアレイアセンブリの何れも、（例えば、検出器モジュール４０２を含む）検出器２４０を更に含み得る。検出器は、例えば、検出器素子の検出器アレイを含み得る。検出器は、サンプル２０８から放出された荷電粒子を検出する。検出される荷電粒子には、サンプル２０８から放出された二次電子及び／又は後方散乱電子を含め、ＳＥＭによって検出される荷電粒子の任意のものが含まれ得る。検出器の例示的な構成について、図１０～図１５を参照して以下で説明する。検出器及び対物レンズは、同じ構造の一部であり得る。検出器は、分離素子によってレンズに接続されるか、又は対物レンズの電極に直接的に接続され得る。検出器モジュールの検出器、即ち検出器アレイは、例えば、ビーム経路に沿ったサンプルの特定の範囲内に配置され得る。検出器が対物レンズアレイ内又は更に対物レンズアレイアセンブリ内の何れの位置にあっても、検出器とサンプルとの間の距離は、小さくてもよい。検出器の最適な距離又は範囲である、サンプルと検出器との間のそのような短い距離は、例えば、検出器素子間のクロストークを回避するために望ましい場合があるか、又はサンプルから検出器までの距離が長すぎる場合に検出器信号が弱くなりすぎることがある。検出器の最適な距離又は範囲は、検出器とサンプルとの間の最小の間隔を維持する（これは、対物レンズアレイとサンプルとの間の最小の間隔にも一致し得る）。しかしながら、短い距離といっても、短すぎて、サンプル、サンプルの支持体（即ちサンプルホルダ）又は検出器などの対物レンズアレイアセンブリの構成要素が損傷する危険性を回避できないにしても予防できないほどではない。

[0059] 図５は、図３の実施形態の変形形態を示し、この変形形態では、対物レンズアレイアセンブリは、走査偏向器アレイ２６０を含む。走査偏向器アレイ２６０は、複数の走査偏向器を含む。走査偏向器アレイ２６０は、ＭＥＭＳ製造技術を使用して形成され得る。各走査偏向器は、それぞれのサブビームをサンプル２０８にわたって走査させる。従って、走査偏向器アレイ２６０は、サブビーム毎に走査偏向器を含み得る。各走査偏向器は、サブビームを一方向（例えば、Ｘ軸などの単一の軸と平行に）又は二方向（例えば、Ｘ軸及びＹ軸など、平行ではない２つの軸を基準にして）に偏向させ得る。偏向は、サブビームを一方向又は二方向（即ち１次元的又は２次元的）にサンプル２０８全体にわたって走査させるようなものである。一実施形態では、欧州特許第２４２５４４４号に記載された走査偏向器を使用して走査偏向器アレイ２６０を実装することができ、この文献は、特に走査偏向器に関して、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。走査偏向器アレイ２６０は、対物レンズアレイ２４１と制御レンズアレイ２５０との間に配置される。図示した実施形態では、マクロ走査偏向器２６５の代わりに、走査偏向器アレイ２６０が設けられる。（例えば、上述のようにＭＥＭＳ製造技術を使用して形成された）走査偏向器アレイ２６０は、マクロ走査偏向器２６５よりも空間的にコンパクトであり得る。

[0060] 他の実施形態では、マクロ走査偏向器２６５と走査偏向器アレイ２６０との両方が設けられ得る。そのような構成では、サンプル表面上でのサブビームの走査は、マクロ走査偏向器２６５と走査偏向器アレイ２６０とを一緒に好ましくは同期して制御することにより達成され得る。

[0061] マクロ走査偏向器２６５の代わりに走査偏向器アレイ２６０を設けると、制御レンズからの収差を低減することができる。収差が低減し得るのは、マクロ走査偏向器２６５の走査動作により、制御レンズの少なくとも１つの電極のダウンビームにあるビーム制限アパーチャのアレイを画定するビーム成形リミッター（下部ビームリミッターとも呼ばれる）上でビームの対応する移動が引き起こされ、これにより制御レンズからの収差への寄与が増加するからである。代わりに、走査偏向器アレイ２６０が使用される場合、ビームは、ビーム成形リミッター上ではるかに小さい量だけ移動される。これは、走査偏向器アレイ２６０からビーム成形リミッターまでの距離がはるかに短くなるからである。これにより、図５に示すように、走査偏向器アレイ２６０を対物レンズアレイ２４１のできる限り近くに（例えば、走査偏向器アレイ２６０が対物レンズアレイ２４１に直接的に隣接し、及び／又は制御レンズアレイ２５０よりも対物レンズアレイ２４１のより近くにあるように）配置することが好ましい。ビーム成形リミッター上での移動量がより小さくなると、使用される各制御レンズの部分がより小さくなる。従って、制御レンズによる収差への寄与は、より小さくなる。制御レンズによりもたらされる収差を最小にするか又は少なくとも低減するために、ビーム成形リミッターを使用して、制御レンズの少なくとも１つの電極からダウンビームにあるビームを成形する。これは、従来のシステムと構造的に異なり、従来のシステムでは、ビーム成形リミッターは、ビーム経路内の第１のマニピュレータアレイの一部であるアパーチャアレイとして又は第１のマニピュレータアレイと関連付けられたアパーチャアレイとしてのみ設けられ、通常、放射源からの単一のビームからマルチビームを生成する。

[0062] 図３及び図５に例示したような幾つかの実施形態では、制御レンズアレイ２５０は、放射源２０１のダウンビームのビーム経路内の第１の偏向又はレンズ効果電子光学アレイ素子である。

[0063] 図６は、図５の実施形態の変形形態を示し、この変形形態では、マクロコリメータ２７０の代わりにコリメータ素子アレイ２７１が設けられる。図示しないが、この変形形態を図３の実施形態に適用して、マクロ走査偏向器及びコリメータ素子アレイを有する実施形態を提供することも可能である。各コリメータ素子は、それぞれのサブビームをコリメートする。（例えば、ＭＥＭＳ製造技術を使用して形成された）コリメータ素子アレイ２７１は、マクロコリメータ２７０よりも空間的にコンパクトであり得る。従って、コリメータ素子アレイ２７１及び走査偏向器アレイ２６０を一緒に設けると、空間の節約になり得る。この空間の節約は、図７を参照して以下で考察するように、対物レンズアレイアセンブリを含む複数の電子光学系が電子光学系アレイ５００内に設けられる場合に望ましい。そのような実施形態では、マクロ集光レンズ又は集光レンズアレイがなくてもよい。このシナリオでは、制御レンズは、着地エネルギーの変化に対して、ビーム開き角及び拡大率を最適化する可能性をもたらす。なお、ビーム成形リミッターは、制御レンズアレイのダウンビームにある。ビーム成形リミッター内のアパーチャは、制御レンズによる拡大率の制御が開き角に対して様々に作用するように、ビーム経路に沿ってビーム電流を調節する。即ち、ビーム成形リミッター内のアパーチャは、拡大率と開き角における変化間の直接の対応関係を壊す。

[0064] 図６に例示するような幾つかの実施形態では、コリメータ素子アレイ２７１は、放射源２０１のダウンビームのビーム経路内の第１の偏向又は集束電子光学アレイ素子である。

[0065] （例えば、図３及び図５の）制御レンズアレイ２５０のアップビーム又は（例えば、図６の）コリメータ素子アレイ２７１のアップビームにある偏向又はレンズ効果電子光学アレイ素子（例えば、レンズアレイ若しくは偏向器アレイ）を省くことにより、対物レンズのアップビームにある電子光学系に対する要件及びそのような電子光学系の不備（即ちそのような光学系によりサブビームに生成される収差）を補正するための補正器に対する要件が緩和される。例えば、幾つかの代替構成では、（図８を参照して以下で考察するように）対物レンズアレイに加えて集光レンズアレイを設けることにより、放射源電流の利用を最大化することを求める。このように集光レンズアレイ及び対物レンズアレイを設けると、放射源開き角にわたる仮想放射源の位置の位置均一性に対する要件が厳しくなるか、又は各サブビームがダウンビームの対応する対物レンズの中心を通過することを確実にするために、サブビーム毎に補正光学系が必要になる。図３、図５及び図６などのアーキテクチャにより、第１の偏向又はレンズ効果電子光学アレイ素子からダウンビームのビーム成形リミッターまでのビーム経路を約１０ｍｍ未満、好ましくは約５ｍｍ未満、好ましくは約２ｍｍ未満まで短縮することができる。ビーム経路を短縮すると、放射源開き角にわたる仮想放射源位置に対する厳しい要件が緩和されるか又は取り除かれる。従って、図３、図５及び図６を参照して図示し、説明するようなアーキテクチャの電子光学コラム４０は、上部ビームリミッター２５２、コリメータ素子アレイ２７１、制御レンズアレイ２５０、走査偏向器アレイ２６０、対物レンズアレイ２４１、ビーム成形リミッター２４２及び検出器アレイ２４０などのフィーチャを含み得る電子光学アーキテクチャの例である。存在するこれらの素子の１つ又は複数は、セラミック又はガラスのスペーサーなどの分離素子を用いて、１つまたは複数の隣接する素子に接続され得る。検出器アレイは、マルチビームのサブビームに関連付けられた検出器素子を含み得る。

[0066] 図７に例示するような一実施形態では、電子光学系アレイ５００が設けられる。アレイ５００は、本明細書で説明する電子光学系の何れかを複数含み得る。各電子光学系は、それぞれのマルチビームを同じサンプルの異なる領域に同時に集束させる。各電子光学系は、異なるそれぞれの放射源２０１からの１つの荷電粒子ビームから複数のサブビームを形成し得る。それぞれの各放射源２０１は、複数の放射源２０１における１つの放射源であり得る。複数の放射源２０１の少なくともサブセットは、放射源アレイとして提供され得る。放射源アレイは、共通の基板上に設けられた複数の放射源２０１を含み得る。複数のマルチビームを同じサンプルの異なる領域に同時に集束させると、同時に処理（例えば、評価）されるサンプル２０８の面積を増加させることができる。アレイ５００内の電子光学系は、それぞれのマルチビームをサンプル２０８の隣接する領域に投射するように互いに隣接して配置され得る。任意の数の電子光学系をアレイ５００内で使用することができる。電子光学系の数は、９～２００の範囲内にあることが好ましい。一実施形態では、電子光学系は、矩形のアレイ又は六角形のアレイに配置される。他の実施形態では、電子光学系は、不規則なアレイ状又は矩形若しくは六角形以外の形状を有する規則的なアレイ状で設けられる。アレイ５００内の各電子光学系は、単一の電子光学系に言及する場合、例えば、上述したような、特に図６を参照して図示し、説明した実施形態に関して、本明細書で説明する態様の何れでも構成され得る。そのような構成の詳細については、２０２０年７月６日に出願された欧州特許出願公開第Ａ２０１８４１６１．６号に記載されており、この出願は、対物レンズをマルチコラム構成で使用するように組み込み、適合させる方法に関して、参照により本明細書に組み込まれる。図７の例では、アレイ５００は、図６を参照して上述したタイプの複数の電子光学系を含む。従って、この例の各電子光学系は、走査偏向器アレイ２６０とコリメータ素子アレイ２７１との両方を含む。上述のように、走査偏向器アレイ２６０及びコリメータ素子アレイ２７１は、それらの空間的なコンパクトさにより、電子光学系アレイ５００に組み込むのに特に適しており、このコンパクトさは、電子光学系を互いに近くに配置することを容易にする。この電子光学コラムの構成は、図３及び図５に示した構成よりも好ましいことがあり、なぜなら、図７に示した構成と異なり、好ましい実装形態では、コリメータ２７０として磁気レンズを使用することができるからである。磁気レンズを、マルチコラム構成で使用するように意図された電子光学コラムに組み込むのは、困難であり得る。

[0067] 図８は、図３、図５及び図６の実施形態の変形形態を示し、この変形形態では、放射源２０１と対物レンズアレイアセンブリとの間に集光レンズアレイ２３１が設けられる。そのような構成は、欧州特許出願公開第Ａ２０１５８８０４．３号に記載されており、この文献は、少なくとも図４に示されたアーキテクチャに関して、参照により本明細書に組み込まれる。この構成は、２０２０年１１月１１日に出願された欧州特許出願公開第Ａ２０２０６９８７．８号のマルチコラムアレイにも組み込まれ得る。集光レンズアレイ２３１は、複数の集光レンズを含む。何十、何百又は何千もの集光レンズが存在し得る。集光レンズは、多電極レンズを含み、欧州特許出願公開第１６０２１２１Ａ１号に基づく構造を有し得、この文献は、特に電子ビームを複数のサブビームに分割するためのレンズアレイ（このアレイは、サブビーム毎に１つのレンズを提供する）の開示を参照することにより本明細書に組み込まれる。集光レンズアレイは、電極として機能する少なくとも２つのプレートの形態を取ることができ、各プレートのアパーチャが互いに位置合わせされ、サブビームの位置に対応する。これらのプレートの少なくとも２つは、所望のレンズ効果を達成するために動作中に異なる電位に維持される。

[0068] ある構成では、集光レンズアレイは、荷電粒子が各レンズに入るときと出るときとで同じエネルギーを有する３つのプレートのアレイから形成され、この構成は、アインツェルレンズと呼ばれ得る。従って、分散は、アインツェルレンズ自体の内部（レンズの入口電極と出口電極との間）でのみ発生し、それによりオフアクシス色収差が制限される。集光レンズの厚さが薄い場合、例えば数ｍｍである場合、そのような収差の影響は、小さいか又は無視できる。

[0069] 集光レンズアレイ２３１は、２つ以上のプレート電極を有し得、各プレート電極は、整列された複数のアパーチャのアレイを含む。各プレート電極アレイは、セラミック又はガラスを含み得るスペーサーなどの分離素子により、隣接するプレート電極アレイに機械的に接続され、及び電気的に分離される。集光レンズアレイは、本明細書の他の箇所で記載したようなスペーサーなどの分離素子により、隣接する電子光学素子、好ましくは静電電子光学素子に接続され、及び／又は離され得る。

[0070] 集光レンズは、（本明細書の他の箇所で考察されるような対物レンズアレイアセンブリなどの）対物レンズを含むモジュールから分離される。集光レンズの底面に印加される電位が、対物レンズを含むモジュールの上面に印加される電位と異なる場合、分離スペーサーを使用して、集光レンズと、対物レンズを含むモジュールとの間隔をあける。電位が等しい場合、導電素子を使用して、集光レンズと、対物レンズを含むモジュールとの間隔をあけることができる。

[0071] アレイ中の各集光レンズは、電子を、それぞれの中間焦点で集束するそれぞれのサブビーム２１１、２１２、２１３に向ける。中間焦点には、偏向器２３５が設けられる。偏向器２３５は、主光線（ビーム軸とも呼ばれる）がサンプル２０８に実質的に垂直に（即ちサンプルの公称表面に対して実質的に９０°で）入射することを保証するのに効果的な量だけそれぞれのビームレット２１１、２１２、２１３を曲げるように構成される。偏向器２３５は、コリメータとも呼ばれ得る。

[0072] 図９は、対物レンズアレイ２４１の１つの対物レンズ３００及び制御レンズアレイ２５０の１つの制御レンズ６００の拡大概略図である。対物レンズ３００は、１０超の倍率、望ましくは５０～１００以上の範囲の倍率で電子ビームを縮小するように構成され得る。対物レンズ３００は、中央の、即ち第１の電極３０１、下側の、即ち第２の電極３０２及び上側の、即ち第３の電極３０３を含む。電圧源Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は、電位をそれぞれ第１、第２及び第３の電極に印加するように構成される。更なる電圧源Ｖ４がサンプルに接続されて、グランドであり得る第４の電位を印加する。電位は、サンプル２０８を基準にして定義され得る。第１、第２及び第３の電極は、それぞれアパーチャを設けられ、そのアパーチャを通してそれぞれのサブビームが伝播する。第２の電位は、サンプルの電位に近い電位、例えばサンプルよりも５０Ｖ～２００Ｖだけ正である範囲内の電位であり得る。代わりに、第２の電位は、サンプルよりも約＋５００Ｖ～約＋１，５００Ｖだけ正である範囲内にあり得る。検出器が最下部の電極よりも光学コラム内でより高くにある場合、より高い電位が有用である。第１及び／又は第２の電位は、焦点補正を行うために、アパーチャ毎又はアパーチャのグループ毎に変えることができる。

[0073] 一実施形態では、第３の電極が省略されることが望ましい。２つの電極のみを有する対物レンズでは、より多くの電極を有する対物レンズより収差が小さくてもよい。３電極対物レンズでは、電極間の電位差をより大きくすることができるため、より強力なレンズが可能になる。追加の電極（即ち３つ以上の電極）により、例えば入射ビームに加えて二次電子も集束させるために、電子の軌道を制御する際の更なる自由度がもたらされる。

[0074] 上述したように、制御レンズを使用して着地エネルギーを決定することが望ましい。しかしながら、更に対物レンズ３００を使用して着地エネルギーを制御することが可能である。そのような場合、異なる着地エネルギーが選択されると、対物レンズにわたる電位差が変化する。対物レンズにわたる電位差を変化させることにより、着地エネルギーを部分的に変化させることが望ましい状況の一例は、サブビームの焦点が対物レンズに近くなりすぎることを防止することである。そのような状況では、対物レンズの電極を、製造できないほど薄くしなければならなくなる危険性がある。この場所での検出器（例えば、検出器アレイとして）についても、同じことが言える。この状況は、例えば、着地エネルギーが低減された場合に発生する可能性がある。これは、対物レンズの焦点距離が、概ね、使用される着地エネルギーにと共に拡縮するからである。対物レンズにわたる電位差を低減し、それにより対物レンズ内部の電場を低減することにより、対物レンズの焦点距離は、再び長くなり、焦点位置が対物レンズの更に下方になる。なお、対物レンズのみを使用すると、拡大率の制御が制限される。そのような構成では、縮小率及び／又は開き角を制御することができない。更に、対物レンズを使用して着地エネルギーを制御することは、対物レンズが、最適な電場強度から離れて動作することを意味し得る。これは、例えば、対物レンズを交換することなどにより、（電極間の間隔などの）対物レンズの機械的なパラメータを調節できない限り該当する。

[0075] 図示した構成では、制御レンズ６００は、電位源Ｖ５～Ｖ７に接続された３つの電極６０１～６０３を含む。電極６０１～６０３は、数ミリメートル（例えば、３ｍｍ）間隔をあけられ得る。制御レンズと対物レンズとの間の間隔（即ち下側電極６０２と対物レンズの上側電極との間のギャップ）は、例えば、２ｍｍ～２００ｍｍ以上などの広い範囲から選択することができる。離隔距離が小さいと位置合わせが容易になる一方、離隔距離をより大きくすると、より弱いレンズを使用することができ、収差が低減される。制御レンズ６００の最上部電極６０３の電位Ｖ５は、制御レンズのアップビームにある次の電子光学素子（例えば、偏向器２３５）の電位と同じに維持されることが望ましい。下側電極６０２に印加される電位Ｖ７は、ビームエネルギーを決定するために変動させることができる。中間電極６０１に印加される電位Ｖ６は、制御レンズ６００のレンズ強度を決定し、従ってビームの開き角及び縮小率を制御するために変動させることができる。制御レンズの下側電極６０２及び対物レンズの最上部電極は、実質的に同じ電位であることが望ましい。サンプル及び対物レンズの最下部電極は、通常、制御レンズの最下部電極と大幅に異なる電位を有する。電子は、例えば、対物レンズ内で３０ｋＶから２．５ｋＶまで減速され得る。１つの設計では、対物レンズの上側電極Ｖ３が省略される。この場合、制御レンズの下側電極６０２及び対物レンズの電極３０１が実質的に同じ電位であることが望ましい。なお、着地エネルギーを変化させる必要がないか又は他の手段によって変化させる場合でも、制御レンズを使用してビーム開き角を制御することができる。サブビームの焦点の位置は、それぞれの制御レンズとそれぞれの対物レンズの作用の組み合わせによって決まる。

[0076] 一例では、１．５ｋＶ～２．５ｋＶの範囲内の着地エネルギーを得るために、電位Ｖ５、Ｖ６及びＶ７は、以下の表１に示すように設定され得る。この表における電位は、ｋｅＶ単位でのビームエネルギーの値として与えられ、これは、ビーム放射源２０１のカソードを基準にした電極電位に等しい。電子光学系の設計において、電子光学系内のどの地点をグランド電位に設定するかについては、かなりの設計の自由度があり、電子光学系の動作は、絶対電位ではなく、電位差によって決まることを理解されたい。

[0077] Ｖ１、Ｖ３及びＶ７におけるビームエネルギーは、同じであることが分かる。実施形態では、これらの地点でのビームエネルギーは、１０ｋｅＶ～５０ｋｅＶであり得る。より低い電位が選択された場合、電場の低下を制限するために、特に対物レンズにおいて電極の間隔が短縮され得る。

[0078] なお、対物レンズアレイの隣接する電極に印加される電位差は、対物レンズ構成内の隣接する電極に印加される電位差のうちで最大である。対物レンズ内の電場の低下を回避する場合、対物レンズ内の電場が予め決められ得る。対物レンズ内の電場は、例えば、対物レンズアレイアセンブリ内の任意の電極のビーム経路に沿って隣接する電極間に最大の電位差を提供するように、対物レンズの所望の性能に向けて最適化され得る。そのような大きい電位差付近の変動は、エラー及び収差の原因となり得る。対物レンズアレイの電極間の電位差を実質的に維持すること及び対物レンズアレイ構成内の他の電極の電位を変動させることは、例えば、短く安定した焦点距離のために大きい電場を有する場合、対物レンズの動作が維持されることを確実にするのに役立つ。対物レンズ構成の機能の変動は、構成の他の電極に印加される電位差の変動を通じて達成され、これは、大きい収差を誘発する危険性を低減する。

[0079] 電子ビームの開き角／拡大率の補正のために、例えば、図８の実施形態の集光レンズではなく、制御レンズが使用される場合、コリメータは、中間焦点にとどまるため、コリメータの非点収差を補正する必要はない。（なお、そのような構成では、拡大率を調節すると、結果的に開き角が同様に調節され、なぜなら、ビーム電流は、ビーム経路に沿って一定のままであるからである。）更に、対物レンズ内に最適な電場強度を維持しながら、着地エネルギーを広範囲のエネルギーにわたって変動させることができる。そのような最適な電場強度は、所定の電場強度と呼ばれ得る。動作中、電場強度は、最適な電場強度として予め決められ得る。これにより、対物レンズの収差を最小にすることができる。集光レンズ（使用される場合）の強度は、一定に維持され、コリメータが中間焦点面にないこと又は集光レンズを通る電子の経路が変化することに起因して、更なる収差が持ち込まれることが回避される。更に、（集光レンズがない）図３、図５及び図６に示したような、ビーム成形リミッターを特徴として有する実施形態の制御レンズが使用される場合、更に開き角／拡大率が着地エネルギーに加えて制御され得る。

[0080] 一部の実施形態では、荷電粒子評価ツールは、サブビーム中の１つ又は複数の収差を低減する１つ又は複数の収差補正器を更に含む。一実施形態では、収差補正器の少なくともサブセットのそれぞれは、図８に示される種類の実施形態における中間焦点のそれぞれ１つに配置されるか、又はそれと直接的に隣接する（例えば、中間像面に配置されるか、又はそれと隣接する）。サブビームは、中間平面などの焦点面又はその近傍で最小の断面積を有する。これは、他の場所、即ち中間平面のアップビーム又はダウンビームで利用可能なスペース（又は中間像面を有しない代替の配置で利用可能となるスペース）よりも多くのスペースを収差補正器に提供する。

[0081] 一実施形態では、中間焦点（若しくは中間像面）に又はそれらに直接隣接して配置された収差補正器は、異なるビームにとって異なる位置にあるように見える放射源２０１を補正するための偏向器を含む。補正器は、各サブビームと対応する対物レンズとの間の良好なアライメントを阻む、放射源に起因した巨視的収差を補正するために使用され得る。

[0082] 収差補正器は、適切なコラムアライメントを阻む収差を補正することができる。そのような収差は、サブビームと補正器との間のミスアライメントにつながり得る。この理由のため、加えて又は代わりに、収差補正器を集光レンズアレイ２３１の集光レンズ又はその近くに配置することが望ましい場合がある（例えば、そのような収差補正器のそれぞれは、集光レンズの１つ又は複数と一体化されるか、又はそれらと直接隣接する）。これは、集光レンズがビームアパーチャと垂直方向に近いか、又はビームアパーチャと一致するため、集光レンズ又はその近傍では、収差が、対応するサブビームのシフトを依然として引き起こしていないことから、望ましい。しかしながら、集光レンズ又はその近傍に補正器を配置することの課題は、更に下流（又はダウンビーム）の場所と比べて、この場所では各サブビームの断面積が比較的大きくなり、ピッチが比較的小さくなることである。集光レンズ及び補正器は、同じ構造の一部であり得る。例えば、それらは、例えば、電気絶縁性素子を用いて互いに接続され得る。

[0083] 一部の実施形態では、収差補正器の少なくともサブセットのそれぞれは、対物レンズアレイアセンブリ内の対物レンズ又は制御レンズの１つ又は複数と一体化されるか、又はそれらに直接的に隣接する。一実施形態では、これらの収差補正器は、像面湾曲、フォーカスエラー及び非点収差の１つ又は複数を低減する。対物レンズ及び／又は集光レンズ並びに補正器は、同じ構造の一部であり得る。例えば、それらは、例えば、電気絶縁性素子を用いて互いに接続され得る。

[0084] 収差補正器は、欧州特許出願公開第２７０２５９５Ａ１号に開示されるようなＣＭＯＳベースの個々のプログラマブル偏向器又は欧州特許出願公開第２７１５７６８Ａ２号に開示されるような多極偏向器のアレイであり得、両方の文献におけるビームレットマニピュレータの説明は、参照により本明細書に組み込まれる。

[0085] 一部の実施形態では、対物レンズアレイアセンブリの検出器は、対物レンズアレイ２４１の少なくとも１つの電極のダウンビームにある検出器モジュールを含む。検出器は、対物レンズアレイアセンブリ内にあり得る。従って、検出器は、検出器モジュールの内部にあり得る。一実施形態では、検出器（例えば、検出器モジュール）の少なくとも一部は、対物レンズアレイ２４１に隣接し、及び／又はそれと一体化される。例えば、検出器モジュールは、ＣＭＯＳチップ検出器を対物レンズアレイ２４１の底部電極に組み込むことにより実装され得る。対物レンズアレイアセンブリに検出器モジュールを組み込むと、二次コラムが置き換えられる。ＣＭＯＳチップは、サンプルと向き合うように向けられることが好ましい（サンプルと電子光学系の底部との間の距離が短い（例えば、１００μｍ）ため）。対物レンズアレイ内の何れの位置に検出器があっても、検出器とサンプルとの間に短い距離がある。そのような距離では、サンプルは、検出器の検出範囲内にあり得る。サンプルと検出器との間のそのような短い距離又は最適な距離は、例えば、検出器素子間のクロストークを回避するために望ましい場合があるか、又は距離が長すぎる場合に検出器信号が弱くなりすぎることがある。検出器のこの最適な距離又は範囲により、検出器とサンプルとの間に最小の間隔が維持される（これは、対物レンズアレイとサンプルとの間の間隔と関係するか、又はその間隔とほぼ同等であり得る）。しかしながら、この短い距離は、サンプル、サンプルの支持体又は検出器などの対物レンズアレイアセンブリの構成要素に損傷を与える危険性を防止できないほど短いわけではない。一実施形態では、二次電子信号を捕捉する電極は、ＣＭＯＳデバイスの上部金属層（例えば、サンプルと向き合う検出器の表面）内に形成される。電極を他の層内に形成することができる。ＣＭＯＳの電力及び制御信号は、シリコン貫通ビアによってＣＭＯＳに接続され得る。堅固にするために、底部電極は、２つの要素、即ちＣＭＯＳチップ及び穴のある受動Ｓｉプレートからなることが好ましい。プレートは、高電場からＣＭＯＳを遮蔽する。

[0086] 検出効率を最大にするために、（アパーチャを除く）対物レンズアレイ２４１の実質的に全てのエリアが電極によって占められるように、電極表面をできる限り大きくすることが望ましい。各電極は、アレイピッチに実質的に等しい直径を有する。ある実施形態では、電極の外形は、円形であるが、これは、検出エリアを最大にするために正方形にされ得る。基板スルーホールの直径を最小にすることもできる。電子ビームの一般的なサイズは、約５～１５ミクロンである。

[0087] 一実施形態では、単一の電極が各アパーチャを取り囲む。別の実施形態では、複数の電極素子が各アパーチャの周りに設けられる。１つのアパーチャを取り囲む電極素子によって捕捉される電子は、単一の信号に合成されるか、又は独立した信号を生成するために使用され得る。電極素子は、半径方向に分割されるか（即ち複数の同心の環を形成するか）、角度的に分割されるか（即ち複数の扇状の部分を形成するか）、半径方向及び角度的の両方で分割されるか、又は他の任意の便利な態様で分割され得る。

[0088] しかしながら、電極表面の拡大は、寄生容量の増大、従って帯域幅の低下をもたらす。このため、電極の外径を制限することが望ましい場合がある。特に、電極の拡大がわずかな検出効率の向上を与えるにすぎず、しかし、キャパシタンスの大幅な増加を与える場合である。円形（環状）電極は、収集効率と寄生容量との良い妥協点を提供し得る。

[0089] 電極の外径の増大は、クロストーク（隣接した孔の信号に対する感度）の増加ももたらし得る。これは、電極の外径をより小さくする理由にもなり得る。特に、電極の拡大がわずかな検出効率の向上を与えるにすぎず、しかし、クロストークの大幅な増加を与える場合である。

[0090] 電極によって収集された後方散乱電子及び／又は二次電子の電流は、トランスインピーダンスアンプによって増幅され得る。

[0091] 対物レンズアレイに組み込まれた検出器の例示的な実施形態を図１０に示す。図１０は、対物レンズアレイの一部分４０１の概略断面図を示す。この実施形態では、検出器は、複数の検出器素子４０５（例えば、捕捉用電極などのセンサ素子）を含む検出器モジュール４０２を含む。従って、検出器は、検出器アレイ又は検出器素子のアレイであり得る。この実施形態では、検出器モジュール４０２は、対物レンズアレイの出力側に設けられる。出力側とは、サンプル２０８と向き合う側である。図１１は、検出器モジュール４０２の底面図であり、この検出器モジュール４０２は、基板４０４を含み、基板４０４上に複数の捕捉用電極４０５があり、捕捉用電極４０５のそれぞれは、ビームアパーチャ４０６を取り囲む。ビームアパーチャ４０６は、基板４０４をエッチングすることにより形成され得る。図１１に示す構成では、ビームアパーチャ４０６は、矩形のアレイで示されている。ビームアパーチャ４０６は、これと異なり、例えば図１２に示すような最密六角形アレイ状に配置することもできる。

[0092] 図１３は、検出器モジュール４０２の一部の断面図をより大きい縮尺で示す。検出器素子、例えばアパーチャ電極４０５は、検出器モジュール４０２の最下部表面、即ちサンプルに最も近い表面を形成する。捕捉用電極４０５とシリコン基板４０４のメインボディとの間には、ロジック層４０７が設けられる。ロジック層４０７は、増幅器、例えばトランスインピーダンスアンプ、アナログ／デジタル変換器及び読み出しロジックを含み得る。一実施形態では、捕捉用電極４０５毎に１つの増幅器及び１つのアナログ／デジタル変換器がある。ロジック層４０７及び捕捉用電極４０５は、ＣＭＯＳプロセスを使用して製造することができ、捕捉用電極４０５が最終の金属被覆層を形成する。

[0093] 配線層４０８は、基板４０４の背面又は内部に設けられ、シリコン貫通ビア４０９によってロジック層４０７に接続される。シリコン貫通ビア４０９の数は、ビームアパーチャ４０６の数と同じである必要はない。特に、電極信号がロジック層４０７内でデジタル化される場合、データバスを提供するために少数のシリコン貫通ビアのみが必要になり得る。配線層４０８には、制御線、データ線及び電力線が含まれ得る。なお、ビームアパーチャ４０６があるにも関わらず、全ての必要な接続のための十分なスペースがある。検出器モジュール４０２は、バイポーラ又は他の製造技術を使用して製造することもできる。プリント回路基板及び／又は他の半導体チップは、検出器モジュール４０２の背面に設けられ得る。

[0094] 検出器モジュール４０２は、対物レンズアレイの最下部の電極アレイだけでなく、他の電極アレイにも組み込まれ得る。対物レンズに組み込まれる検出器モジュールの更なる詳細及び代替の構成については、欧州特許出願公開第２０１８４１６０．８号に見出すことができ、この文献は、少なくとも検出器モジュール及び対物レンズ内へのそのようなモジュールの組み込みに関して、参照により本明細書に組み込まれる。

[0095] 図１４及び図１５に例示するような幾つかの実施形態では、対物レンズアレイアセンブリは、ビーム成形リミッター２４２を更に含む。ビーム成形リミッター２４２は、ビーム制限アパーチャ１２４のアレイを画定する。ビーム成形リミッター２４２は、下部ビームリミッター、下部ビーム制限アパーチャアレイ又は最終ビーム制限アパーチャアレイと呼ばれ得る。ビーム成形リミッター２４２は、複数のアパーチャを有するプレート（プレート状のボディであり得る）を含み得る。ビーム成形リミッター２４２は、制御レンズアレイ２５０の少なくとも１つの電極（任意選択的に全ての電極）からダウンビームにある。一部の実施形態では、ビーム成形リミッター２４２は、対物レンズアレイ２４１の少なくとも１つの電極（任意選択的に全ての電極）からダウンビームにある。ビーム成形リミッター２４２のプレートは、セラミック又はガラスを含み得るスペーサーなどの分離素子により、対物レンズの隣接するプレート電極アレイに接続され得る。

[0096] １つの構成では、ビーム成形リミッター２４２は、対物レンズアレイ２４１の電極３０２と構造的に一体である。即ち、ビーム成形リミッター２４２のプレートは、対物レンズアレイ２４１の隣接するプレート電極アレイに直接的に接続される。ビーム成形リミッター２４２は、静電場強度が小さい領域又は静電場がない領域、例えば対物レンズアレイ２４１の他の全ての電極から離れる方向に面する隣接するプレート電極（例えば、その内部又は上）に関連付けられた領域に配置されることが望ましい。各ビーム制限アパーチャ１２４は、対物レンズアレイ２４１内の対応する対物レンズと位置合わせされる。この位置合わせとは、対応する対物レンズからのサブビームの一部分がビーム制限アパーチャ１２４を通過し、サンプル２０８に当たることができるようにするものである。各ビーム制限アパーチャ１２４には、ビーム制限効果があり、ビーム成形リミッター２４２に入射するサブビームの選択された部分のみがビーム制限アパーチャ１２４を通過できるようにする。選択された部分は、対物レンズアレイ内のそれぞれのアパーチャの中心部分を通過するそれぞれのサブビームの部分のみがサンプルに到達するようにするものであり得る。中心部分は、断面が円形であり得、及び／又はサブビームのビーム軸を中心とし得る。

[0097] 一部の実施形態では、電子光学系は、上部ビームリミッター２５２を更に含む。上部ビームリミッター２５２は、ビーム制限アパーチャのアレイを画定する。上部ビームリミッター２５２は、上部ビーム制限アパーチャアレイ又はアップビームビーム制限アパーチャアレイと呼ばれ得る。上部ビームリミッター２５２は、複数のアパーチャを有するプレート（プレート状のボディであり得る）を含み得る。上部ビームリミッター２５２は、放射源２０１によって放出された荷電粒子のビームからサブビームを形成する。サブビームを形成することに寄与する部分以外のビーム部分は、ダウンビームのサブビームの邪魔にならないように、上部ビームリミッター２５２によって遮断（例えば、吸収）され得る。上部ビームリミッター２５２は、サブビーム画定アパーチャアレイと呼ばれ得る。

[0098] 図３、図５及び図６に例示するような、集光レンズアレイを含まない実施形態では、上部ビームリミッター２５２は、対物レンズアレイアセンブリの一部を形成し得る。上部ビームリミッター２５２は、例えば、制御レンズアレイ２５０に隣接し、及び／又はそれと一体化され得る（例えば、図１４に示すように、放射源２０１の最も近くの制御レンズアレイ２５０の電極６０３に隣接し、及び／又はそれと一体化され得る）。上部ビームリミッター２５２は、制御レンズアレイ２５０の最アップビーム電極であり得る。一実施形態では、上部ビームリミッター２５２は、ビーム成形リミッター２４２内のビーム制限アパーチャ１２４よりも大きい（例えば、断面積がより大きい）ビーム制限アパーチャを画定する。従って、ビーム成形リミッター２４２のビーム制限アパーチャ１２４は、上部ビームリミッター２５２内、及び／又は対物レンズアレイ２４１内、及び／又は制御レンズアレイ２５０内に画定された対応するアパーチャよりも寸法が小さくてもよい（即ち面積がより小さく、及び／又は直径がより小さく、及び／又は他の特性の大きさがより小さくてもよい）。

[0099] 図８に例示するような、集光レンズアレイ２３１を有する実施形態では、上部ビームリミッター２５２は、集光レンズアレイ２３１に隣接して設けられ、及び／又はそれと一体化され得る（例えば、放射源２０１の最も近くの集光レンズアレイ２３１の電極に隣接し、及び／又はそれと一体化され得る）。一般的に、ビーム成形リミッター２４２のビーム制限アパーチャを、ビーム成形リミッター２４２からアップビームにあるビーム制限アパーチャを画定する他の全てのビームリミッターのビーム制限アパーチャよりも小さくなるように構成することが望ましい。即ち、サブビームは、例えば、ビーム制限アパーチャのアレイを画定するビームリミッターを使用して、ビーム（即ち放射源２０１からの荷電粒子のビーム）から導出され得る。上部ビームリミッター２５２は、集光レンズアレイ２３１に関連付けられるか又は集光レンズアレイ２３１の一部であり得るようなビーム制限アパーチャアレイである。

[0100] ビーム成形リミッター２４２は、ビーム制限効果を有するように（即ちビーム成形リミッター２４２に入射する各サブビームの一部分を除去するように）構成されることが望ましい。ビーム成形リミッター２４２は、例えば、対物レンズアレイ２４１の対物レンズを出る各サブビームがそれぞれの対物レンズの中心を通過したことを確実にするように構成され得る。代替の方式とは対照的に、この効果は、対物レンズに入射するサブビームが対物レンズと十分に位置合わせされることを確実にするための複雑な位置合わせ手順を必要とすることなく、ビーム成形リミッター２４２を使用して実現することができる。更に、ビーム成形リミッター２４２の効果は、コラム位置合わせ動作、放射源の不安定性又は機械的不安定性により阻害されない。更に、ビーム成形リミッター２４２により、サブビーム上で走査が動作する長さが低減される。この距離は、ビーム成形リミッター２４２からサンプル表面までのビーム経路の長さまで低減される。

[0101] 一部の実施形態では、ビーム成形リミッター２４２内の対応するビーム制限アパーチャ１２４の直径に対する上部ビームリミッター２５２内のビーム制限アパーチャの直径の比率は、３以上、任意選択的に５以上、任意選択的に７．５以上、任意選択的に１０以上である。１つの構成では、例えば、上部ビームリミッター２５２内のビーム制限アパーチャは、約５０ミクロンの直径を有し、ビーム成形リミッター２４２内の対応するビーム制限アパーチャ１２４は、約１０ミクロンの直径を有する。別の構成では、上部ビームリミッター２５２内のビーム制限アパーチャは、約１００ミクロンの直径を有し、ビーム成形リミッター２４２内の対応するビーム制限アパーチャ１２４は、約１０ミクロンの直径を有する。対物レンズの中心を通過したビームの一部分のみがビーム制限アパーチャ１２４によって選択されることが望ましい。図１４に示す例では、電極３０１と３０２との間の静電場によって各対物レンズが形成される。一部の実施形態では、各対物レンズは、２つの基本レンズ（それぞれ焦点距離＝４＊ビームエネルギー／電場である）、即ち電極３０１の底部にあるレンズ及び電極３０２の上部にあるレンズからなる。主要なレンズは、電極３０２の上部にあるレンズであり得る（なぜなら、ビームエネルギーは、この場所で小さい場合があり、例えば電極３０１の近くの３０ｋＶに比べて２．５ｋＶであり、これは、そのレンズを他方よりも約１２倍強力にするからである）。電極３０２の上部にあるアパーチャの中心を通過するビームの部分は、ビーム制限アパーチャ１２４を通過することが望ましい。電極３０２の上部とアパーチャ１２４との間のｚ方向の距離が非常小さい（通常、例えば１００～１５０ミクロン）ため、ビームの角度が比較的大きい場合でも、ビームの正しい部分が選択される。対物レンズアレイ内の電場強度は、所定のものであることが望ましい場合がある。

[0102] 図１４及び図１５の特定の例では、ビーム成形リミッター２４２は、対物レンズアレイ２４１の底部電極３０２とは別個に形成された素子として示されている。他の実施形態では、ビーム成形リミッター２４２は、（例えば、リソグラフィを行って、基板の対向する面上のレンズアパーチャ及びビーム遮断アパーチャとして機能するのに適した空洞をエッチング除去することにより）対物レンズアレイ２４１の底部電極と一体的に形成され得る。

[0103] 一実施形態では、ビーム成形リミッター２４２内のアパーチャ１２４は、対応する対物レンズアレイ２４１の底部電極内の対応するレンズアパーチャの少なくとも一部分からダウンビームにある距離をおいて設けられる。ビーム成形リミッターは、レンズアパーチャの直径以上、好ましくはレンズアパーチャの直径よりも少なくとも１．５倍大きい、好ましくはレンズアパーチャの直径よりも少なくとも２倍大きくてもよいダウンビームの距離に設けられ得る。

[0104] 一般的に、ビーム成形リミッター２４２を、最も強力なレンズ効果を有する各対物レンズの電極に隣接して配置することが望ましい。図１４及び図１５の例では、底部電極３０２は、最も強いレンズ効果を有し、ビーム成形リミッター２４２は、この電極に隣接して配置される。対物レンズアレイ２４１が、３つの電極を有するアインツェルレンズ構成などのように３つ以上の電極を含む場合、最も強力なレンズ効果を有する電極は、通常、中央の電極である。この場合、ビーム成形リミッター２４２を中央の電極に隣接して配置することが望ましい。従って、対物レンズアレイ２４１の電極の少なくとも１つは、ビーム成形リミッター２４２のダウンビームに配置され得る。電子光学系は、ビーム成形リミッター２４２が、対物レンズアレイ２４１の電極のうち、最も強力なレンズ効果を有する対物レンズアレイ２４１の電極に隣接するか又はそれと一体化されるように、（例えば、対物レンズアレイの電極に印加される電位を制御することにより）対物レンズアレイアセンブリを制御するようにも構成され得る。

[0105] 一般的に、ビーム成形リミッター２４２を、電場が小さい領域、好ましくは実質的に電場がない領域に配置することも望ましい。これにより、ビーム成形リミッター２４２が存在することによる所望のレンズ効果の乱れが回避又は最小化される。

[0106] 図１４及び図１５に例示されるように、検出器（例えば、検出器モジュール４０２）のアップビームにビーム成形リミッター２４２を設けることが望ましい。検出器のアップビームにビーム成形リミッター２４２を設けると、ビーム成形リミッター２４２が、サンプル２０８から放出された荷電粒子を妨げて、荷電粒子が検出器に到達することを邪魔しないことが確実になる。従って、検出器が対物レンズアレイ２４１の全ての電極のアップビームに設けられる実施形態では、ビーム成形リミッター２４２を対物レンズアレイ２４１の全ての電極のアップビームに設けるか、又は更に制御レンズアレイ２５０の電極の１つ又は複数の電極のアップビームに設けることも望ましい。このシナリオでは、ビーム成形リミッター２４２を、対物レンズアレイ２４１のできる限り近くでありながら、依然として検出器のアップビームに配置することが望ましい場合がある。従って、ビーム成形リミッター２４２は、アップビーム方向に検出器に直接的に隣接して設けられ得る。

[0107] 制御レンズアレイ２５０の少なくとも１つの電極及び／又は対物レンズアレイ２４１の少なくとも１つの電極からダウンビームにビーム成形リミッター２４２を有する上述の対物レンズアレイアセンブリは、対物レンズ構成のクラスの例である。このクラスの実施形態は、マルチビームをサンプル２０８上に集束させるための電子光学系のための対物レンズ構成を含む。対物レンズ構成は、アップビームのレンズ効果アパーチャアレイ（例えば、図１４に示すような放射源２０１の最も近くの対物レンズアレイ２４１の電極３０１）を含む。対物レンズ構成は、ダウンビームのレンズ効果アパーチャアレイ（例えば、図１４に示すような放射源２０１から最も遠くの対物レンズアレイ２４１の電極３０２）を更に含む。ダウンビームのレンズ効果アパーチャアレイ（例えば、電極３０２）及びアップビームのレンズ効果アパーチャアレイ（例えば、電極３０１）は、一緒に機能してマルチビームのサブビームにレンズ効果を与える。ビーム制限アパーチャアレイ（例えば、図１４に示すビーム成形リミッター２４２）が設けられ、このアレイでは、アパーチャ（例えば、図１４のビーム制限アパーチャ１２４）は、アップビームのレンズ効果アパーチャアレイ及びダウンビームのレンズ効果アパーチャアレイ内のアパーチャよりも寸法が小さい（即ち面積がより小さく、及び／又は直径がより小さく、及び／又は他の特性の大きさがより小さい）。ビーム制限アパーチャアレイのアパーチャは、各サブビームを、アップビームのレンズ効果アパーチャアレイ及びダウンビームのレンズ効果アパーチャアレイ内のそれぞれのアパーチャの中央部分を通過したサブビームの部分に制限するように構成される。従って、上述のように、ビーム制限アパーチャアレイは、対物レンズ構成の対物レンズを出る各サブビームがそれぞれのレンズの中心を通過したことを確実にすることができる。

[0108] 特定の方法で荷電粒子ビームを操作するために制御可能な構成要素又は構成要素若しくは要素のシステムへの言及は、コントローラ又は制御システム若しくは制御ユニットを構成して、上述した方法で荷電粒子ビームを操作し、任意選択的に他のコントローラ又はデバイス（例えば、電圧供給源及び／又は電流供給源）を使用して構成要素を制御し、その方法で荷電粒子ビームを操作することを含む。例えば、電圧源は、コントローラ又は制御システム若しくは制御ユニットの制御下において、限定はしないが、制御レンズアレイ２５０、対物レンズアレイ２４１、集光レンズ２３１、補正器、コリメータ素子アレイ２７１及び走査偏向器アレイ２６０などの構成要素に電位を印加するために、１つ又は複数の構成要素に電気的に接続され得る。ステージなどの作動可能な構成要素は、構成要素の作動を制御するために１つ又は複数のコントローラ、制御システム又は制御ユニットを使用して作動し、従ってビーム経路などの別の構成要素に対して移動するように制御可能であり得る。

[0109] 本明細書に記載する実施形態は、１つのビーム又はマルチビームの経路に沿ってアレイ状に配置された一連のアパーチャアレイ又は電子光学素子の形態を取り得る。そのような電子光学素子は、静電的であり得、例えば対物レンズアレイ及び制御レンズアレイなどであり得る。以下の要素、即ちコントローラ又は制御システム若しくは制御ユニットの制御下の集光レンズ２３１、補正器、コリメータ素子アレイ２７１及び走査偏向器アレイ２６０の１つまたは複数は、静電的であり得る。一実施形態では、例えば、サンプルより前のサブビーム経路内のビーム制限アパーチャアレイから最後の電子光学素子までの全ての電子光学素子は、静電的であり得、及び／又はアパーチャアレイ若しくはプレートアレイの形態であり得る。一部の構成では、電子光学素子の１つ又は複数は、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）として（即ちＭＥＭＳ製造技術を使用して）製造される。

[0110] 上側及び下側、アップ及びダウン、上方及び下方への言及は、サンプル２０８に当たる電子ビーム又はマルチビームの（通常、常にではないが、垂直な）アップビーム方向及びダウンビーム方向に平行な方向を指すものと理解されるべきである。従って、アップビーム及びダウンビームへの言及は、何らかの重力場とは無関係にビーム経路に関する方向を指すことが意図される。

[0111] 本発明の一実施形態による評価ツールは、サンプルの定性的評価（例えば、合格／不合格）を行うツール、又はサンプルの定量的測定（例えば、フィーチャのサイズ）を行うツール、又はサンプルのマップの画像を生成するツールであり得る。評価ツールの例は、（例えば、欠陥を特定するための）検査ツール、（例えば、欠陥を分類するための）レビューツール及び計測ツール又は検査ツール、レビューツール若しくは計測ツールに関連した評価機能の任意の組み合わせを実施することができるツール（例えば、計測検査ツール）である。電子光学コラム４０は、検査ツール若しくは計測検査ツール又は電子ビームリソグラフィツールの一部など、評価ツールの構成要素であり得る。本明細書でのツールへの言及は、デバイス、装置又はシステムを包含することを意図し、ツールは、様々な構成要素であって、同じ場所に置かれることも又は置かれないこともあり、特に例えばデータ処理部品について別々の部屋に配置されることさえあり得る様々な構成要素を含む。

[0112] 「サブビーム」及び「ビームレット」という用語は、本明細書では互換的に使用され、両方とも、親の放射ビームを分割又は分離することにより親の放射ビームから導出された任意の放射ビームを包含するものと理解される。「マニピュレータ」という用語は、レンズ又は偏向器など、サブビーム又はビームレットの経路に影響を与える任意の素子を包含するように使用される。

[0113] 複数の素子がビーム経路又はサブビーム経路に沿って整列するという言及は、それぞれの素子がビーム経路又はサブビーム経路に沿って配置されることを意味するものと理解される。

[0114] 光学系への言及は、電子光学系を意味するものと理解される。

[0115] 本明細書中における制御レンズ及び対物レンズなどの電子光学素子の制御への言及は、機械的設計による制御と、所定の動作印加電圧又は電位差による制御との両方、即ち例えば電子光学コラム内部の自動制御又はユーザが選択することによる受動制御及び能動制御の両方を指すことが意図される。能動制御又は受動制御についての選択は、文脈によって決まるべきである。

[0116] 更なる実施形態について、以下の番号付きの条項において以下で説明する。

[0117] 条項１．荷電粒子評価ツールの電子光学系のための対物レンズアレイアセンブリであって、マルチビームをサンプル上に集束させるように構成され、及び対物レンズアレイであって、各対物レンズは、マルチビームのそれぞれのサブビームをサンプル上に投射するように構成される、対物レンズアレイと、対物レンズアレイと関連付けられ、及び対物レンズアレイのアップビームに配置された制御レンズアレイであって、制御レンズは、サブビームをプリフォーカスするように構成される、制御レンズアレイとを含み、及び好ましくは、サンプルから放出された荷電粒子を検出するように構成された検出器を含み、対物レンズアレイ及び制御レンズアレイは、静電的である、対物レンズアレイアセンブリ。

[0118] 条項２．制御レンズアレイの少なくとも１つの電極のダウンビームにビーム成形リミッターを更に含み、ビーム成形リミッターは、ビーム制限アパーチャのアレイを画定する、条項１に記載のアセンブリ。

[0119] 条項３．ビーム成形リミッターからアップビームに上部ビームリミッターを更に含み、上部ビームリミッターは、ビーム成形リミッターのビーム制限アパーチャよりも大きいビーム制限アパーチャを画定する、条項２に記載のアセンブリ。

[0120] 条項４．サンプルから放出された荷電粒子を検出するように構成された検出器を更に含み、検出器の少なくとも一部分は、好ましくは、対物レンズアレイに隣接し、及び／又はそれと一体化される、先行する条項の何れか一項に記載のアセンブリ。

[0121] 条項５．各制御レンズは、少なくとも２つの電極を含む、先行する条項の何れか一項に記載のアセンブリ。

[0122] 条項６．各対物レンズは、少なくとも２つの電極を含む、先行する条項の何れか一項に記載のアセンブリ。

[0123] 条項７．走査偏向器アレイを更に含み、各走査偏向器は、サンプルにわたってそれぞれのサブビームを走査するように構成される、先行する条項の何れか一項に記載のアセンブリ。

[0124] 条項８．走査偏向器アレイは、対物レンズアレイと制御レンズアレイとの間にある、条項７に記載のアセンブリ。

[0125] 条項９．コリメータ素子アレイを更に含み、各コリメータ素子は、それぞれのサブビームをコリメートするように構成され、コリメータ素子アレイは、好ましくは、対物レンズアレイのアップビーム、制御レンズアレイのダウンビーム又は上部ビームリミッターのダウンビーム及び制御レンズアレイのアップビームの少なくとも１つ、好ましくは上部ビームリミッターと制御レンズアレイとの間にあり、コリメータ素子アレイは、対物レンズアレイと上部ビームリミッター、任意選択的に（特に）制御レンズアレイとの間にあり得る、先行する条項の何れか一項に記載のアセンブリ。

[0126] 条項１０．電子光学系であって、荷電粒子、好ましくは電子のビームを提供するための放射源と、先行する条項の何れか一項に記載の対物レンズアレイアセンブリとを含み、マルチビームは、放射源によって提供されるビームから導出可能であり、例えば導出され、電子光学系は、好ましくは、マルチビームを画定するためのビーム制限アパーチャのアレイを画定するビームリミッターを含む、電子光学系。

[0127] 条項１１．対物レンズアレイアセンブリのアップビームにコリメータを更に含む、条項１０に記載の系。

[0128] 条項１２．コリメータは、コリメータ素子アレイを含み、各コリメータ素子は、それぞれのサブビームをコリメートするように構成される、条項１１に記載の系。

[0129] 条項１３．コリメータ素子アレイは、放射源のダウンビームのビーム経路内の第１の偏向又は集束電子光学アレイ素子である、条項１２に記載の系。

[0130] 条項１４．コリメータは、巨視的なコリメーションをビームに適用するように構成されたマクロコリメータを含む、条項１１に記載の系。

[0131] 条項１５．巨視的な偏向をビームに適用して、サブビームをサンプルにわたって走査させるように構成されたマクロ走査偏向器を更に含む、条項１０～１４の何れか一項に記載の系。

[0132] 条項１６．対物レンズアレイアセンブリのアップビームにマクロコリメータを含み、マクロコリメータは、巨視的なコリメーションをビームに適用するように構成され、マクロ走査偏向器は、マクロコリメータと制御レンズアレイとの間に設けられる、条項１５に記載の系。

[0133] 条項１７．対物レンズアレイアセンブリは、制御レンズアレイの少なくとも１つの電極のダウンビームにビーム成形リミッターを含み、ビーム成形リミッターは、ビーム制限アパーチャのアレイを画定する、条項１０～１６の何れか一項に記載の系。

[0134] 条項１８．ビーム成形リミッターのビーム制限アパーチャは、ビーム成形リミッターからアップビームにあるビーム制限アパーチャを画定する他の全てのビームリミッターのビーム制限アパーチャよりも小さい、条項１７に記載の系。

[0135] 条項１９．対物レンズアレイの少なくとも１つの電極は、ビーム成形リミッターのダウンビームに配置される、条項１７又は１８に記載の系。

[0136] 条項２０．ビーム成形リミッター内の各ビーム制限アパーチャは、ビーム成形リミッターに入射する各サブビームの選択された部分のみがビーム制限アパーチャを通過できるように構成され、選択された部分は、好ましくは、対物レンズアレイ内のそれぞれのアパーチャの中央部分を通過するそれぞれのサブビームの部分のみがサンプルに到達するようなものである、条項１７～１９の何れか一項に記載の系。

[0137] 条項２１．対物レンズアレイは、複数の電極を含み、及び系は、ビーム成形リミッターが、対物レンズアレイの電極のうち、最も強力なレンズ効果を有する対物レンズアレイの電極に隣接するか又はそれと一体化されるように、対物レンズアレイアセンブリを制御するように構成される、条項１７～２０の何れか一項に記載の系。

[0138] 条項２２．制御レンズアレイは、放射源のダウンビームのビーム経路内の第１の偏向又は集束電子光学アレイ素子である、条項１０～２１の何れか一項に記載の系。

[0139] 条項２３．制御レンズ及び対物レンズの電極にそれぞれの電位を印加するように構成された電源を更に含む、条項１０～２２の何れか一項に記載の系。

[0140] 条項２４．制御レンズを使用して、それぞれのサブビームの縮小率及び／又は着地エネルギーを調節するように構成される、条項１０～２３の何れか一項に記載の系。

[0141] 条項２５．制御レンズの焦点距離が制御レンズアレイと対物レンズアレイとの間の離隔距離よりも大きくなるように、対物レンズアレイアセンブリを制御するように構成され、制御レンズアレイが作用するときのそれぞれのサブビームの焦点位置は、対物レンズアレイのダウンビームであり得る、条項１０～２４の何れか一項に記載の系。制御レンズアレイ及び対物レンズアレイは、それぞれのサブビームをサンプル表面に集束させる合成焦点距離に向けて一緒に機能するように構成され得る。

[0142] 条項２６．電子光学系アレイであって、条項１０～２５の何れか一項に記載の複数の電子光学系を含み、電子光学系は、それぞれのマルチビームを同じサンプルの異なる領域に同時に集束させるように構成される、電子光学系アレイ。

[0143] 条項２７．荷電粒子のマルチビームをサンプル上に集束させる方法であって、対物レンズアレイ及び制御レンズアレイを含む対物レンズアレイアセンブリを提供することであって、制御レンズアレイは、対物レンズアレイのアップビームにある、提供することと、制御レンズアレイを使用して、マルチビームのサブビームをプリフォーカスすることと、対物レンズアレイを使用して、プリフォーカスされたサブビームをサンプル上に投射することとを含み、好ましくは、対物レンズアレイアセンブリは、検出器を含み、この方法は、検出器を使用して、サンプルから放出された荷電粒子を検出することを含み得る、方法。

[0144] 条項２８．対物レンズアレイアセンブリ内部の検出器を使用することを更に含み、検出器は、サンプルから放出された荷電粒子を検出することができる、条項２７に記載の方法。

[0145] 条項２９．対物レンズアレイアセンブリは、制御レンズアレイの少なくとも１つの電極のダウンビームにビーム成形リミッターを更に含む、条項２７又は２８に記載の方法。

[0146] 条項３０．対物レンズアレイは、複数の電極を含み、対物レンズアレイアセンブリは、ビーム成形リミッターが、対物レンズアレイの電極のうち、最も強力なレンズ効果を有する対物レンズアレイの電極に隣接するか又はそれと一体化されるように制御される、条項２９に記載の方法。

[0147] 条項３１．制御レンズを使用して、それぞれのサブビームの縮小率及び／又は着地エネルギーを調節することを更に含む、条項２７～３０の何れか一項に記載の方法。

[0148] 条項３２．対物レンズアレイアセンブリは、制御レンズの位置を基準にしたコリメートされたサブビームの焦点の近接度が、制御レンズアレイと対物レンズアレイとの間の離隔距離よりも大きくなるような制御レンズの焦点距離となるように制御される、条項２７～３１の何れか一項に記載の方法。

[0149] 条項３３．サンプル上にマルチビームを集束させるための電子光学系のための対物レンズ構成であって、アップビームのレンズ効果アパーチャアレイと、ダウンビームのレンズ効果アパーチャアレイであって、ダウンビームのレンズ効果アパーチャアレイ及びアップビームのレンズ効果アパーチャアレイは、一緒に機能してマルチビームのサブビームにレンズ効果を与えるように構成される、ダウンビームのレンズ効果アパーチャアレイと、ビーム制限アパーチャアレイであって、アパーチャは、アップビームのレンズ効果アパーチャアレイ及びダウンビームのレンズ効果アパーチャアレイ内のアパーチャよりも寸法が小さく、ビーム制限アパーチャアレイのアパーチャは、各サブビームを、アップビームのレンズ効果アパーチャアレイ及びダウンビームのレンズ効果アパーチャアレイ内のそれぞれのアパーチャの中央部分を通過したサブビームの部分に制限するように構成される、ビーム制限アパーチャアレイとを含む対物レンズ構成。

[0150] 本発明について様々な実施形態と関連付けて説明してきたが、本明細書で開示される発明の明細及び実施を考慮することから、他の実施形態が当業者に明らかであろう。本明細書及び例は、単なる例とみなされることが意図され、本発明の真の範囲及び趣旨は、特許請求の範囲及び本明細書の条項によって示される。

Claims (15)

1. 荷電粒子評価ツールの電子光学系のための対物レンズアレイアセンブリであって、マルチビームをサンプル上に集束させ、及び
   対物レンズアレイであって、各対物レンズは、前記マルチビームのそれぞれのサブビームを前記サンプル上に投射する、対物レンズアレイと、
   前記対物レンズアレイと関連付けられ、及び前記対物レンズアレイのアップビームに配置された制御レンズアレイであって、制御レンズは、前記サブビームをプリフォーカスする、制御レンズアレイと、
   前記サンプルから放出された荷電粒子を検出する検出器と
   含み、前記対物レンズアレイ及び前記制御レンズアレイは、静電的である、対物レンズアレイアセンブリ。
2. 前記制御レンズアレイの少なくとも１つの電極のダウンビームにビーム成形リミッターを更に含み、前記ビーム成形リミッターは、ビーム制限アパーチャのアレイを画定する、請求項１に記載のアセンブリ。
3. 前記ビーム成形リミッターからアップビームに上部ビームリミッターを更に含み、前記上部ビームリミッターは、前記ビーム成形リミッターのビーム制限アパーチャよりも大きいビーム制限アパーチャを画定する、請求項２に記載のアセンブリ。
4. 前記検出器の少なくとも一部分は、前記対物レンズアレイに隣接し、及び／又はそれと一体化される、請求項１～３の何れか一項に記載のアセンブリ。
5. 各制御レンズは、少なくとも２つの電極を含む、請求項１～４の何れか一項に記載のアセンブリ。
6. 各対物レンズは、少なくとも２つの電極を含む、請求項１～５の何れか一項に記載のアセンブリ。
7. 走査偏向器アレイを更に含み、各走査偏向器は、前記サンプルにわたってそれぞれのサブビームを走査し、好ましくは、前記走査偏向器アレイは、前記対物レンズアレイと前記制御レンズアレイとの間にある、請求項１～６の何れか一項に記載のアセンブリ。
8. コリメータ素子アレイを更に含み、各コリメータ素子は、それぞれのサブビームをコリメートし、前記コリメータ素子アレイは、前記対物レンズアレイと前記上部ビームリミッターとの間にある、請求項１～７の何れか一項に記載のアセンブリ。
9. 電子光学系であって、
   荷電粒子のビームを提供するための放射源と、
   請求項１～８の何れか一項に記載の対物レンズアレイアセンブリと
   を含み、前記マルチビームは、前記放射源によって提供される前記ビームから導出される、電子光学系。
10. 前記対物レンズアレイアセンブリのアップビームのコリメータ、及び／又は
    巨視的な偏向をビームに適用して、サブビームを前記サンプルにわたって走査させるマクロ走査偏向器
    を更に含む、請求項９に記載の系。
11. 前記対物レンズアレイアセンブリは、前記制御レンズアレイの少なくとも１つの電極のダウンビームにビーム成形リミッターを含み、前記ビーム成形リミッターは、ビーム制限アパーチャのアレイを画定する、請求項９又は１０に記載の系。
12. 前記制御レンズアレイは、前記放射源のダウンビームのビーム経路内の第１の偏向又は集束電子光学アレイ素子である、請求項９～１１の何れか一項に記載の系。
13. 電子光学系アレイであって、
    請求項９～１２の何れか一項に記載の複数の電子光学系
    を含み、前記電子光学系は、それぞれのマルチビームを同じサンプルの異なる領域に同時に集束させる、電子光学系アレイ。
14. 荷電粒子のマルチビームをサンプル上に集束させる方法であって、
    対物レンズアレイ、制御レンズアレイ及び検出器を含む対物レンズアレイアセンブリを提供することであって、前記対物レンズアレイ及び前記制御レンズアレイは、静電的であり、前記制御レンズアレイは、前記対物レンズアレイのアップビームにある、提供することと、
    前記制御レンズアレイを使用して、前記マルチビームのサブビームをプリフォーカスすることと、
    前記対物レンズアレイを使用して、前記プリフォーカスされたサブビームを前記サンプル上に投射することと、
    前記検出器を使用して、前記サンプルから放出された荷電粒子を検出することと
    を含む方法。
15. 前記検出器は、前記対物レンズアレイアセンブリ内にある、請求項１４に記載の方法。
    

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