JP2023554272A - 一次電子ビームをサンプルに向ける方法及び電子光学カラム - Google Patents

一次電子ビームをサンプルに向ける方法及び電子光学カラム Download PDF

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Abstract

一次電子ビームを一次ビーム経路に沿ってサンプルに向けるための装置及び方法について開示する。一構成では、ビームセパレータは、一次ビーム経路に沿ってサンプルから放射された二次電子ビームを一次ビーム経路からそらす。分散デバイスは、ビームセパレータのアップビームにある。分散デバイスは、ビームセパレータによって一次ビームに誘起される分散を補償する。１つ又は複数の共通電源が、ビームセパレータと分散デバイスの両方を駆動する。【選択図】図１０

Description

関連出願の相互参照
[0001] 本出願は、２０２０年１２月２２日に出願された米国特許出願第６３／１２９，３３０号、及び２０２１年４月２１日に出願された米国特許出願第６３／１７７，５６３号、及び２０２１年５月４日に出願された欧州特許出願第２１１７１９９６．８号の優先権を主張するものであり、これらの出願はそれぞれ、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
[0002] 本開示は、一般に荷電粒子ビーム装置の分野に関し、より具体的には、シングルビーム又はマルチビーム装置におけるビームセパレータの分散を補償する方法及び電子光学カラムに関する。
[0003] 集積回路（ＩＣ）の製造プロセスでは、未完成の又は完成した回路部品を検査して、それらが設計通りに製造され、欠陥がないことを保証する。光学顕微鏡を利用した検査システムは、通常、数百ナノメートルに至る分解能を有し、この分解能は、光の波長によって制限される。ＩＣ部品の物理的サイズが１００ナノメートル未満、更には１０ナノメートル未満に至るまで縮小し続けているので、光学顕微鏡を利用したものよりも高い分解能を実現する検査システムが必要である。
[0004] 走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）又は透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）などの、１ナノメートル未満に至る分解能を可能にする荷電粒子（例えば、電子）ビーム顕微鏡は、１００ナノメートル未満のフィーチャサイズを有するＩＣ部品を検査するための実用的なツールとして機能する。ＳＥＭを用いて、単一の一次電子ビームの電子、又は複数の一次電子ビームの電子を、検査中のウェーハのプローブスポットに集束させることができる。一次電子とウェーハとの相互作用により、１つ又は複数の二次電子ビームがもたらされることがある。二次電子ビームには、一次電子とウェーハとの相互作用から生じる、後方散乱電子、二次電子、又はオージェ電子が含まれることがある。１つ又は複数の二次電子ビームの強度は、ウェーハの内部構造及び／又は外部構造の特性に基づいて、変化することがある。
[0005] 二次電子ビームの強度は、検出デバイス又は検出器を使用して決定することができる。二次電子ビームは、検出器の表面上の所定の位置に１つ又は複数のビームスポットを形成することができる。検出器は、検出された二次電子ビームの強度を表す電気信号（例えば、電流、電圧、等）を生成することができる。この電気信号を、測定回路（例えば、アナログ－デジタル変換器）を用いて測定して、検出された電子の分布を取得することができる。検出時間ウィンドウ中に収集された電子の分布データを、ウェーハ表面に入射する１つ又は複数の一次電子ビームの対応する走査パスデータと組み合わせて使用して、検査中のウェーハ構造の画像を再構成することができる。再構成された画像を使用して、ウェーハの内部構造及び／又は外部構造の様々な特徴を明らかにすることができ、また、ウェーハ内に存在する可能性がある欠陥を明らかにすることができる。
[0006] 単一の一次ビーム及び単一の二次ビームを含む検査システム（シングルビーム装置）では、装置に一次ビームを通過させる穴がある場合、装置の光軸に沿って検出器を配置することができる。しかしながら、穴が存在すると、二次ビームの検出効率が低下することがあり、場合によっては、再構成画像の中心に黒い点が生じることがある。ビームセパレータを使用して、一次ビームから二次ビームを分離し、二次ビームを軸外に配置された検出器に向けることができる。複数の一次ビーム及び複数の二次ビームを含む検査システム（マルチビーム装置）では、ビームセパレータを使用して複数の一次ビームから複数の二次ビームを分離し、複数の二次ビームを軸外に配置された検出器に向けることができる。
[0007] ビームセパレータは、少なくとも１つの磁気偏向器を含み、従って１つ又は複数の一次ビーム上及び１つ又は複数の二次ビーム上に分散を生じさせる。分散により、一次ビームの丸いプローブスポットが楕円形に変形することがある。分散により、検出されるビームスポットが変形し、それによって、再構成画像の分解能の低下が引き起こされることがある。
[0008] 一態様によれば、一次電子ビームを一次ビーム経路に沿ってサンプルに向けるように構成された電子光学カラムが提供され、この電子光学カラムは、一次ビーム経路に沿ってサンプルから放射された二次電子ビームを一次ビーム経路からそらすように構成されたビームセパレータと、ビームセパレータのアップビームにある分散デバイスであって、ビームセパレータによって一次ビームに誘起される分散を補償するように構成された分散デバイスと、ビームセパレータと分散デバイスの両方を駆動するようにそれぞれ構成された１つ又は複数の共通電源と、を備える。
[0009] 一態様によれば、一次電子ビームを一次ビーム経路に沿ってサンプルに向ける方法が提供され、この方法は、ビームセパレータを使用して、一次ビーム経路に沿ってサンプルから放射された二次電子ビームを一次ビーム経路からそらすことと、ビームセパレータのアップビームにある分散デバイスを使用して、ビームセパレータによって一次ビームに誘起される分散を補償することと、を含み、ビームセパレータと分散デバイスの両方を駆動するために、１つ又は複数の共通電源が使用される。
[0010] 開示する実施形態の追加の目的及び利点が、以降の説明において部分的に記載され、その説明から部分的に明らかになるか、又は、実施形態を実施することによって学ばれることがある。開示する実施形態の目的及び利点は、特許請求の範囲に記載される要素及び組み合わせによって実現され、達成されることがある。
[0011] 前述の一般的な説明及び以降の詳細な説明の両方とも、例示的であり説明のためのみのものであり、特許請求されるような、開示する実施形態を限定するものではないことを、理解されたい。
[0012]本開示の実施形態と一致した、例示的な電子ビーム検査（ＥＢＩ）システムを示す概略図である。 [0013]本開示の実施形態と一致した、図１の例示的な電子ビーム検査システムの一部であり得る例示的な電子ビームツールを示す概略図である。 [0013]本開示の実施形態と一致した、図１の例示的な電子ビーム検査システムの一部であり得る例示的な電子ビームツールを示す概略図である。 [0014]本開示の実施形態と一致する、例示的な分散デバイスを示す概略図である。 [0014]本開示の実施形態と一致する、例示的な分散デバイスを示す概略図である。 [0014]本開示の実施形態と一致する、例示的な分散デバイスを示す概略図である。 [0015]本開示の実施形態と一致する、例示的なシングルビーム装置を示す概略図である。 [0015]本開示の実施形態と一致する、例示的なシングルビーム装置を示す概略図である。 [0016]本開示の実施形態と一致する、例示的なシングルビーム装置を示す概略図である。 [0017]本開示の実施形態と一致する、例示的なマルチビーム装置を示す概略図である。 [0018]本開示の実施形態と一致する、例示的なマルチビーム装置を示す概略図である。 [0019]別個の電圧源によって駆動されるビームセパレータ及び分散デバイスを含む電子光学カラムの一部を示す概略図である。 [0020]複数の電圧源のうちの１つに電圧変動が存在する状態の図８の構成を示す概略図である。 [0021]電圧変動を伴う共通電圧源によって駆動されるビームセパレータ及び分散デバイスを含む電子光学カラムの一部を示す概略図である。 [0022]それぞれのコイルを使用して磁場を生成するように構成されたビームセパレータ及び分散デバイスを含む電子光学カラムの一部を示す概略図である。 [0023]それぞれのコイル及び電極を使用して交差した磁場及び電場を生成するように構成されたビームセパレータ及び分散デバイスを含む電子光学カラムの一部を示す概略図である。 [0024]それぞれのコイル及び電極を使用して交差した磁場及び電場を生成するように構成されたビームセパレータ及び分散デバイスであって、独立した電源によって駆動される調節電極及びコイルを更に含むビームセパレータ及び分散デバイス、を含む電子光学カラムの一部を示す概略図である。
[0025] ここで、例示的な実施形態を詳細に参照する。これらの実施形態の例が、添付の図面に示されている。以下の説明は添付の図面を参照し、異なる図面中の同じ番号は、特に断りの無い限り、同じ又は同様の要素を表す。例示的な実施形態の以下の説明文中に記載される実装は、本発明と一致する全ての実装を表すものではない。その代わり、それらは、添付の特許請求の範囲に列挙されるような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にすぎない。
[0026] 本開示は、シングルビーム又はマルチビーム装置におけるビームセパレータの分散を補償するためのシステム及び方法に関する。ビームセパレータは、１つ又は複数の一次ビーム上及び１つ又は複数の二次ビーム上に分散を生じさせる。本開示の実施形態は、ビームセパレータによって生成された分散を打ち消すように設定されたビーム分散を誘起するように構成された静電偏向器及び磁気偏向器を含む分散デバイスを提供する。静電偏向器及び磁気偏向器の組み合わせを使用して、ビームセパレータによって生成される分散の変化を補償するように、誘起されるビーム分散を変更するときに、（分散デバイスに起因する）偏向角を不変に保つことができる。実施形態によっては、偏向角をゼロにするように制御することができ、分散デバイスに起因する一次ビーム軸の変化はない。実施形態によっては、分散デバイスは、一次ビームにより形成されるプローブスポットに対するビームセパレータ及び分散デバイスにより引き起こされる非点収差の影響のうちの少なくとも１つを打ち消すように四極子場を生成するように構成された、多極子レンズ（例えば、四極子レンズ）を含むことがある。
[0027] ここで図１を参照する。図１は、本開示の実施形態と一致した、例示的な電子ビーム検査（ＥＢＩ）システム１００を示す。図１に示すように、ＥＢＩシステム１００は、メインチャンバ１０１、装填／ロックチャンバ１０２、電子ビームツール１０４、及び機器フロントエンドモジュール（ＥＦＥＭ）１０６を含む。電子ビームツール１０４は、メインチャンバ１０１内部に配置されている。
[0028] ＥＦＥＭ１０６は、第１の装填ポート１０６ａ及び第２の装填ポート１０６ｂを含む。ＥＦＥＭ１０６は、追加の装填ポートを含むことがある。第１の装填ポート１０６ａ及び第２の装填ポート１０６ｂは、検査されるべきウェーハ（例えば、半導体ウェーハ、又は他の材料で作られたウェーハ）又は試料（ウェーハ及び試料は、以降ではまとめて「ウェーハ」と呼ばれる）を収容するウェーハＦＯＵＰ（front opening unified pod）を受け取る。ＥＦＥＭ１０６内の１つ又は複数のロボットアーム（図示せず）が、ウェーハを装填／ロックチャンバ１０２に運ぶ。
[0029] 装填／ロックチャンバ１０２は、装填／ロック真空ポンプシステム（図示せず）に接続され、このポンプシステムは、大気圧よりも低い第１の圧力に達するように、装填／ロックチャンバ１０２内のガス分子を除去する。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）がウェーハを装填／ロックチャンバ１０２からメインチャンバ１０１に運ぶことができる。メインチャンバ１０１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、このポンプシステムは、第１の圧力よりも低い第２の圧力に達するように、メインチャンバ１０１内のガス分子を除去する。第２の圧力に達した後、ウェーハは電子ビームツール１０４による検査にかけられる。
[0030] ここで図２Ａを参照する。図２Ａは、本開示の実施形態と一致した、電子ビームツール１０４の例示的な構成要素を示す。図２Ａは、電子源２０６、ガンアパーチャ２１２、集光レンズ２１４、電子源２０６から放射される一次電子ビーム２１０、ビーム制限アパーチャ２１６、ビームセパレータ２２２、偏向走査ユニット２２６、対物レンズ２２８、サンプルステージ（図２Ａには図示せず）、二次電子ビーム２２０、及び電子検出器２１８を含む電子ビームツール１０４Ａ（本明細書では装置１０４Ａとも呼ばれる）を示す。電子源２０６、ガンアパーチャ２１２、集光レンズ２１４、ビーム制限アパーチャ２１６、ビームセパレータ２２２、偏向走査ユニット２２６、及び対物レンズ２２８は、装置１０４Ａの光軸２０２と位置合わせすることができる。
[0031] 電子源２０６は、カソード、抽出器又はアノードを含むことができ、一次電子は、カソードから放出され、抽出され又は加速されて、高エネルギー（例えば、８～２０ｋｅＶ）、高い角度強度（例えば、０．１～１ｍＡ／ｓｒ）及び（仮想の又は現実の）クロスオーバー２０８を伴う一次電子ビーム２１０を形成することができる。一次電子ビーム２１０は、クロスオーバー２０８から放出されるものとして視覚化することができる。ガンアパーチャ２１２は、一次電子ビーム２１０の周辺電子を遮断して、クーロン効果を低減することができる。クーロン効果は、プローブスポット２３６のサイズの増加を引き起こすことがある。
[0032] 集光レンズ２１４は一次電子ビーム２１０を集束させることができ、ビーム制限アパーチャ２１６は一次電子ビーム２１０のサイズを制限することができる。ビーム制限アパーチャ２１６の下流の一次電子ビーム２１０の電流は、集光レンズ２１４の集束力を調節することにより、又はビーム制限アパーチャ２１６の半径方向のサイズを変更することにより、変化させることができる。対物レンズ２２８は、一次電子ビーム２１０を検査のためにサンプル２３８上に集束させることができる。一次電子ビーム２１０は、サンプル２３８の表面にプローブスポット２３６を形成することができる。
[0033] プローブスポット２３６における一次電子ビーム２１０の入射に応答して、二次電子ビーム２２０がサンプル２３８から放出されることがある。二次電子ビーム２２０は、二次電子（エネルギー≦５０ｅＶ）及び後方散乱電子（５０ｅＶと一次電子ビーム２１０のランディングエネルギーとの間のエネルギー）を含むエネルギーの分布を伴う電子を含むことがある。
[0034] ビームセパレータ２２２は、静電双極子場Ｅ１及び磁気双極子場Ｂ１を生成する静電偏向器を含むウィーンフィルタ型のビームセパレータとすることができる。ウィーンフィルタ型のビームセパレータの場合、一次電子ビーム２１０の電子に静電双極子場Ｅ１によって作用する力は、磁気双極子場Ｂ１によって電子に作用する力と、大きさが等しく、方向が反対になる。従って、一次電子ビーム２１０は、偏向角ゼロでビームセパレータ２２２をまっすぐに通過することができる。しかしながら、ビームセパレータ２２２によって生成される一次電子ビーム２１０の全分散は、ゼロではない。ビームセパレータ２２２の分散面２２４について、図２Ａは、公称エネルギーＶ０及びエネルギーの広がりΔＶを有する一次電子ビーム２１０の、エネルギーＶ０－ΔＶ／２に対応するビーム部分２３０、エネルギーＶ０に対応するビーム部分２３２、及びエネルギーＶ０＋ΔＶ／２に対応するビーム部分２３４への分散を示す。二次電子ビーム２２０の電子にビームセパレータ２２２によって作用する力の全体は、ゼロではない。従って、ビームセパレータ２２２は、一次電子ビーム２１０から二次電子ビーム２２０を分離し、二次電子ビーム２２０を電子検出器２１８に向けることができる。電子検出器２１８は、二次電子ビーム２２０を検出し、対応する信号を生成することができる。
[0035] 偏向走査ユニット２２６は、一次電子ビーム２１０を偏向させて、サンプル２３８の表面領域に渡って、プローブスポット２３６を走査することができる。電子検出器２１８は、対応する二次電子ビーム２２０を検出し、サンプル２３８の表面領域の画像を再構成するのに使用される対応する信号を生成することができる。
[0036] 対物レンズ２２８の対物面２０４は、集光レンズ２１４の集束力の変化に伴ってシフトすることがある。一次電子ビーム２１０については、ビームセパレータ２２２の分散面２２４と対物レンズ２２８の対物面２０４が一致しない場合、ビーム部分２３０、２３２、及び２３４は分離したままであり、プローブスポット２３６は分散方向に延びる。これにより、サンプル２３８の再構成画像の分解能の低下が引き起こされることがある。
[0037] ここで図２Ｂを参照する。図２Ｂは、電子ビームツール１０４Ｂ（本明細書では装置１０４Ｂとも呼ばれる）を示しており、このツール１０４Ｂは、電子源２０６、ガンアパーチャ２１２、集光レンズ２１４、電子源２０６から放出される一次電子ビーム２１０、放射源変換ユニット２５２、一次電子ビーム２１０の複数のビームレット２５４、２５６、及び２５８、一次投影光学系２６０、サンプルステージ（図２Ｂには図示せず）、複数の二次電子ビーム２７６、２７８、及び２８０、二次光学系２８２、並びに電子検出デバイス２８４を含む。一次投影光学系２６０は、対物レンズ２２８を含むことができる。電子検出デバイス２８４は、検出素子２８６、２８８、及び２９０を含むことができる。ビームセパレータ２２２及び偏向走査ユニット２２６は、一次投影光学系２６０の内部に配置することができる。
[0038] 電子源２０６、ガンアパーチャ２１２、集光レンズ２１４、放射源変換ユニット２５２、ビームセパレータ２２２、偏向走査ユニット２２６、及び対物レンズ２２８は、装置１０４Ｂの一次光軸２５０と位置合わせすることができる。二次光学系２８２及び電子検出デバイス２８４は、装置１０４Ｂの二次光軸２９２と位置合わせすることができる。
[0039] 電子源２０６は、カソード、抽出器、又はアノードを含むことができ、一次電子はカソードから放出され、抽出されるか又は加速されて、（仮想の又は現実の）クロスオーバー２０８を伴う一次電子ビーム２１０を形成することができる。一次電子ビーム２１０は、クロスオーバー２０８から放出されるものとして視覚化することができる。ガンアパーチャ２１２は、一次電子ビーム２１０の周辺電子を遮断して、クーロン効果を低減することができる。ガンアパーチャ２１２は、クーロンアパーチャと呼ばれることがあり、そのアパーチャを規定するプレートは、クーロンアパーチャプレートと呼ばれることがある。クーロン効果は、プローブスポット２７０、２７２、及び２７４のサイズの増加を引き起こすことがある。
[0040] 放射源変換ユニット２５２は、画像形成素子のアレイ（図２Ｂには図示せず）及びビーム制限アパーチャのアレイ（図２Ｂには図示せず）を含むことができる。画像形成素子のアレイは、超小型偏向器及び超小型レンズのアレイを含むことができる。画像形成素子のアレイは、一次電子ビーム２１０の複数のビームレット２５４、２５６、及び２５８を伴う、クロスオーバー２０８の（仮想の又は現実の）複数の平行な像を形成することができる。ビーム制限アパーチャのアレイは、複数のビームレット２５４、２５６、及び２５８を制限することができる。
[0041] 集光レンズ２１４は、一次電子ビーム２１０を集束させることができる。放射源変換ユニット２５２の下流のビームレット２５４、２５６、及び２５８の電流は、集光レンズ２１４の集束力を調節することにより、又は、ビーム制限アパーチャのアレイ内部の対応するビーム制限アパーチャの半径サイズを変更することにより、変化させることができる。対物レンズ２２８は、検査用のサンプル２３８上にビームレット２５４、２５６、及び２５８を集束させることができ、サンプル２３８の表面上に複数のプローブスポット２７０、２７２、及び２７４を形成することができる。
[0042] ビームセパレータ２２２は、静電双極子場Ｅ１及び磁気双極子場Ｂ１（これらは両方とも図２Ｂには図示せず）を生成する静電偏向器を含むウィーンフィルタ型のビームセパレータとすることができる。それらが適用される場合、ビームレット２５４、２５６、及び２５８の電子に静電双極子場Ｅ１によって作用する力は、磁気双極子場Ｂ１によって電子に作用する力と、大きさが等しく、方向が反対になる。従って、ビームレット２５４、２５６、及び２５８は、偏向角ゼロでビームセパレータ２２２をまっすぐに通過することができる。しかしながら、ビームセパレータ２２２によって生成されるビームレット２５４、２５６、及び２５８の全分散は、ゼロではない。ビームセパレータ２２２の分散平面２２４について、図２Ｂは、公称エネルギーＶ０及びエネルギーの広がりΔＶを有するビームレット２５４の、エネルギーＶ０に対応するビームレット部分２６２、エネルギーＶ０＋ΔＶ／２に対応するビームレット部分２６４、及びエネルギーＶ０－ΔＶ／２に対応するビームレット部分２６６への分散を示す。二次電子ビーム２７６、２７８、及び２８０の電子にビームセパレータ２２２によって作用する力の全体は、ゼロではない。従って、ビームセパレータ２２２は、ビームレット２５２、２５４、及び２５６から二次電子ビーム２７６、２７８、及び２８０を分離し、二次電子ビーム２７６、２７８、及び２８０を二次光学系２８２に向けることができる。
[0043] 偏向走査ユニット２２６は、ビームレット２５４、２５６、及び２５８を偏向させて、サンプル２３８の表面領域に渡って、プローブスポット２７０、２７２、２７４を走査することができる。プローブスポット２７０、２７２、及び２７４におけるビームレット２５４、２５６、及び２５８の入射に応答して、二次電子ビーム２７６、２７８、及び２８０がサンプル２３８から放出されることがある。二次電子ビーム２７６、２７８、及び２８０は、二次電子（エネルギー≦５０ｅＶ）及び後方散乱電子（５０ｅＶとビームレット２５４、２５６、及び２５８のランディングエネルギーとの間のエネルギー）を含むエネルギーの分布を伴う電子を含むことがある。二次光学系２８２は、二次電子ビーム２７６、２７８、及び２８０を、電子検出デバイス２８４の検出素子２８６、２８８、及び２９０に集束させることができる。検出素子２８６、２８８、及び２９０は、対応する二次電子ビーム２７６、２７８、及び２８０を検出し、サンプル２３８の表面領域の画像を再構成するのに使用される対応する信号を生成することができる。
[0044] ここで図３Ａを参照する。図３Ａは、本開示の実施形態と一致する、例示的な分散デバイスを示す概略図である。図３Ａは、静電偏向器及び磁気偏向器を含む分散デバイス３１０を示す。静電偏向器は静電双極子場Ｅ２を生成することができ、磁気偏向器は磁気双極子場Ｂ２を生成することができ、Ｅ２及びＢ２は、実質的に互いに垂直に且つ光軸３３０に垂直に重ね合わされる。光軸３３０に沿って伝搬する電子ビーム２１０の電子に、静電双極子場Ｅ２は力Ｆｅを作用させ、磁気双極子場Ｂ２はＦｍを作用させる。力Ｆｅ及びＦｍは、実質的に反対の方向に作用する。公称エネルギーＶ０及び公称速度ｖ０を有する電子に対して静電双極子場Ｅ２及び磁気双極子場Ｂ２によって作用する力の全体は、以下の式を用いて計算することができる。
Ｆ（ｖ０）＝Ｆｅ＋Ｆｍ＝ｅ（Ｅ２－ｖ０×Ｂ２） （１）
[0045] エネルギーＶ０＋ｄＶ及び速度ｖ０＋ｄｖを有する電子の場合、静電双極子場Ｅ２及び磁気双極子場Ｂ２によって作用する力の全体は、以下の式を用いて計算することができる。
Ｆ（ｖ０＋ｄｖ）＝Ｆｅ＋Ｆｍ＝Ｆ（ｖ０）－（ｅ×ｄｖ×Ｂ２） （２）
[0046] ここで図３Ｂを参照する。図３Ｂは、本開示の実施形態と一致する分散デバイス３１１を示す。分散デバイス３１０と同様に、分散デバイス３１１は、対応する静電双極子場Ｅ２及び磁気双極子場Ｂ２を生成することができる静電偏向器及び磁気偏向器を含む。静電偏向器及び磁気偏向器は、Ｅ２とＢ２が、実質的に互いに垂直に且つ光軸３３１に垂直に重ね合わされるように、配置することができる。分散デバイス３１１では、静電双極子場Ｅ２及び磁気双極子Ｂ２は、Ｅ２及びＢ２を変化させたときに力の合計（Ｆｅ＋Ｆｍ）が実質的にゼロになるように制御することができる。従って、図３Ｂに示すように、公称偏向角はゼロである。分散面３４１において分散デバイス３１１によって誘起される偏向分散は、偏向角をゼロに維持しながらＥ２及びＢ２を変化させることによって、制御することができる。
[0047] ここで図３Ｃを参照する。図３Ｃは、本開示の実施形態と一致する分散デバイス３１２を示す。分散デバイス３１０及び３１１と同様に、分散デバイス３１２は、対応する静電双極子場Ｅ２及び磁気双極子場Ｂ２を生成することができる静電偏向器及び磁気偏向器を含む。静電偏向器及び磁気偏向器は、Ｅ２とＢ２が、実質的に互いに垂直に且つ光軸３３２に垂直に重ね合わされるように、配置することができる。分散デバイス３１２では、静電双極子場Ｅ２及び磁気双極子Ｂ２は、Ｅ２及びＢ２を変化させたときに力の合計（Ｆｅ＋Ｆｍ）が非ゼロの定数値になるように制御することができる。従って、図３Ｃに示すように、公称偏向角αは非ゼロである。分散面３４２において分散デバイス３１２によって誘起される偏向分散は、偏向角をαに維持しながらＥ２及びＢ２を変化させることによって、制御することができる。
[0048] 以下の考察では、偏向分散及び分散という用語は、区別なく使用されて、偏向角のエネルギー依存性によって引き起こされる電子ビームの広がりを指すことがある。分散デバイス３１１又は３１２によって誘起される分散は、固定の偏向角（図３Ｂ及び図３Ｃの例では、ゼロ又はαに等しい）を維持しながら制御されることがある。分散デバイス３１１又は３１２が、ビームセパレータ２２２のアップビームに配置される場合、分散デバイス３１１又は３１２の分散を使用して、ビームセパレータ２２２において誘起される分散を補償することができる。分散デバイス３１１又は３１２の分散は、例えば、ビームセパレータ２２２において誘起される分散と等しく及び反対向きであるように構成することができる。ビームセパレータ２２２と、ビームセパレータ２２２のアップビームにある対応する分散デバイス３１１又は３１２と、を有する実施形態の例について、図４Ａ、図４Ｂ、図５～図１３を参照して以下に説明する。
[0049] 分散補償は、分散デバイス３１１、３１２、又はビームセパレータ２２２に電力を供給するために使用される電圧又は電流の望ましくない変動に対して、非常に敏感であることが判明した。図８は、分散デバイス３１１がビームセパレータ２２２のアップビームに設けられている例示的な配置を示す。この例では、ビームセパレータ２２２及び分散デバイス３１１は、ウィーンフィルタである。ウィーンフィルタは、交差した電場及び磁場を印加する電子光学コンポーネントである。電場及び磁場は、それぞれの電圧源及び電流源によってエネルギー供給されることがあるが、例示を分かりやすくするために、電圧源のみが図示されている。交差した電場及び磁場は、フィルタを通過する電子に対して調節可能な通過速度（又は通過エネルギー）を有する偏向器を提供するように構成されることがある。電子が選択された公称速度を有する場合、電気的な力と磁気的な力は打ち消し合い、電子はフィルタによって偏向されない。公称速度を下回る又は上回る速度を有する電子は、偏向される。単一のウィーンフィルタを使用して、一次電子ビームを二次電子ビームから分離することができる、というのも、一次電子と二次電子は、異なる方向でウィーンフィルタを通過するからである。従って、一次電子及び二次電子は、ウィーンフィルタによって印加される磁場により、異なる態様の影響を受ける。例えば、ウィーンフィルタが、一次電子を光軸に沿ってサンプルに向けるように構成されている場合、このウィーンフィルタは、二次電子を光軸から離れる方向に偏向する。単一のウィーンフィルタは、ビーム中の電子の速度の固有の広がりに起因して、電子ビームの分散を引き起こす。この分散は、サンプル２３８における、電子ビームの角度広がりにつながる。この角度広がりにより、電子ビームの焦点がぼやけ、それによって実効分解能が低下する。分散デバイス３１１として第２のウィーンフィルタを設けると、分散効果を補償することが可能になる。図８に示す例では、第２のウィーンフィルタは、ビームセパレータ２２２のウィーンフィルタによって印加される電場及び磁場とは反対方向を向いた交差した電場及び磁場を印加するように構成されている。そのようなウィーンフィルタの対（ビームセパレータ２２２及び分散デバイス３１１によって形成される）が組み合わさった動作が、図８に示されている。一次ビームは、分散デバイス３１１とビームセパレータ２２２の両方を通過し、サンプル２３８に当たる。一次ビームの部分１０４０は、両方のウィーンフィルタの通過エネルギーと一致する公称ビームエネルギーを有する。従って、一次ビームの部分１０４０は、偏向されずにウィーンフィルタを通過する。一次ビームの部分１０４１は、異なるビームエネルギーを有する。一次ビームの部分１０４１は、一方向に（分散デバイス３１１において右方向に）まず偏向され、その後、逆方向に（ビームセパレータ２２２において左方向に）戻る。その後、部分１０４０と１０４１は両方とも、サンプル２３８上の同じ位置に集束される。各ウィーンフィルタ内の電極に印加される公称電圧ＶＡ及びＶＢ（及び／又は、各ウィーンフィルタ内のコイルに印加される公称電流）は、分散の効果がサンプル２３８において相殺されて鮮明な集束スポットがもたらされるように選択される。実際には、ウィーンフィルタに電力を供給するために使用される電圧及び／又は電流には、大きな変動が生じる。電圧ＶＡにおける代表的な変動ｄＶが、図９に示されている。変動ｄＶにより、一次ビームの部分１０４０が、（図８の状況とは対照的に）ビームセパレータ２２２において偏向される。この偏向により、焦点が、意図された焦点位置からずれる。一次ビームの部分１０４１も、このずれた焦点位置に集束されるように、偏向される。従って、変動ｄＶは、サンプル２３８での焦点を乱す。変動は、電圧ＶＢ及びウィーンフィルタの片方又は両方に印加される電流中にも発生することがある。これらの変動は、サンプル２３８での集束を更に乱すことがある。
[0050] 本開示の実施形態によっては、図８及び図９を参照して上述した焦点擾乱は、ビームセパレータ２２２と分散デバイス３１１、３１２との両方をそれぞれが駆動する１つ又は複数の共通電源１００２、１００４を設けることにより、低減されるか又は除去される。共通電源は、共通電流源１００２と共通電圧源１００４の一方又は両方を含むことがある。例示的な例が、図１０に示されている（共通電圧源１００４のみと共に示されている）。より詳細な構成例については、図１１～図１３を参照して説明する。ビームセパレータ２２２及び分散デバイス３１１、３１２によって印加される電場及び／又は磁場は互いに反対向きであるので、共通電源における変動により引き起こされるこれらの場での変動は、少なくとも部分的に、互いに補償し合う。調節可能な電子機器（例えば、電圧分割器及び／又は電流分割器）を使用して、電圧及び／又は電流のレベルを最適化して、サンプル２３８における望ましくないビーム変位を取り除くことができる。図１０の例示的な例では、共通電圧源１００４は、公称電圧Ｖを提供するように構成されており、変動ｄＶの影響を受ける。図９に示す構成とは対照的に、変動ｄＶは、ビームセパレータ２２２と分散デバイス３１１の両方に印加される。従って、変動ｄＶにより、分散デバイス３１１において、一次ビームの部分１０４０及び１０４１の追加の偏向が引き起こされる。この追加の偏向により、ビームセパレータ２２２において作用する変動ｄＶによって引き起こされるビームセパレータ２２２における部分１０４０及び１０４１のそれぞれの偏向が補償され、それによって、変動ｄＶによって引き起こされるサンプル２３８での焦点位置の変位が低減されるか又は除去される。図９に示すタイプの典型的な構成では、補償がなければ、電源の変動は、ＳＥＭ画像分解能に匹敵するか、又はそれよりも大きな（例えば、１０ｎｍ程度の）望ましくないビーム変位を引き起こし得ることが予想される。図１０の補償スキームを使用すると、望ましくないビーム変位を、通常、ＳＥＭ画像分解能をはるかに下回るまで（例えば、０．５ｎｍ以下まで）低減することができる。
[0051] 図４Ａ、図４Ｂ、及び図５～７は、ビームセパレータ２２２及び対応する分散デバイス３１１、３１２が、共通電源によって駆動され得る、例示的な状況を説明している。各例では、共通電流源１００２と共通電圧源１００４の両方が図示されている。共通電流源１００２のみ又は共通電圧源１００４のみを使用して、各例を実装することも可能である。共通電源と、ビームセパレータ２２２及び対応する分散デバイス３１１、３１２との間の接続は、分かりやすくする目的で、図４Ａ、図４Ｂ、及び図５～図７では、示されていない。これらの接続についての例示的な構成が、図１１～図１３に示されている。
[0052] ここで図４Ａを参照する。図４Ａは、本開示の実施形態と一致する、例示的なシングルビーム装置４００を示す。シングルビーム装置４００は、図３Ｂの分散デバイス３１１を更に備える図２Ａの電子ビームツール１０４Ａであり得る。図４Ａは、対物レンズ２２８の対物面２０４が対物レンズ２２８の上方にある場合の分散デバイス３１１の動作を示す。図４Ｂは、対物レンズ２２８の対物面２０４が対物レンズ２２８の下方にある場合の分散デバイス３１１の動作を示す。以下で説明するように、開示する実施形態は、対物レンズ２２８の動作モードを制限することなく、ビーム分散を補償することができる。
[0053] シングルビーム装置４００は、電子源２０６、ガンアパーチャ２１２、集光レンズ２１４、電子源２０６から放出される一次電子ビーム２１０、ビーム制限アパーチャ２１６、分散デバイス３１１、ビームセパレータ２２２、偏向走査ユニット２２６、対物レンズ２２８、二次電子ビーム２２０、及び電子検出器２１８を含むことができる。電子源２０６、ガンアパーチャ２１２、集光レンズ２１４、ビーム制限アパーチャ２１６、分散デバイス３１１、ビームセパレータ２２２、偏向走査ユニット２２６、及び対物レンズ２２８は、シングルビーム装置４００の光軸４０２と位置合わせすることができる。
[0054] 図３Ｂを参照して上述したように、分散デバイス３１１に関連した公称分散角はゼロであり、一次電子ビーム２１０は分散デバイス３１１をまっすぐに通過することができる。分散デバイス３１１は、Ｅ２及びＢ２の値に基づいてビーム分散を誘起することができる。一次電子ビーム２１０は、ウィーンフィルタ型のビームセパレータ２２２もまっすぐに通過することができる。ビームセパレータ２２２は、Ｅ１及びＢ１の値に基づいてビーム分散を誘起することもできる。ビームセパレータ２２２によって誘起されるビーム分散は、主分散（ＭＤＳ）と呼ばれることがあり、分散デバイス３１１によって誘起されるビーム分散は補償分散（ＣＤＳ）と呼ばれることがある。分散デバイス３１１は、ＭＤＳと方向が逆のＣＤＳを生成するように構成され制御されることがある。例えば、図４Ａを参照すると、エネルギー＞公称エネルギーＶ０を有する電子は、ビームセパレータ２２２によって－ｘ方向に向けて、且つ分散デバイス３１１によって＋ｘ方向に向けて、偏向されることがある（ビーム経路４３０に対応する）。エネルギー＜公称エネルギーＶ０を有する電子は、ビームセパレータ２２２によって＋ｘ方向に向けて、且つ分散デバイス３１１によって－ｘ方向に向けて、偏向されることがある（ビーム経路４３４に対応する）。分散デバイス３１１によって生成されるＣＤＳの大きさを制御して、公称エネルギーＶ０とは異なるエネルギーを有する電子（例えば、ビーム経路４３０及び４３４に対応する電子）を生成して、対物面２０４上に仮想的に集束させることができる。従って、対物レンズ２２８は一次電子ビーム２１０をサンプル２３８に集束させてプローブスポット２３６を形成する。
[0055] ここで図５を参照する。図５は、本開示の実施形態と一致する、例示的なシングルビーム装置６００を示す。シングルビーム装置６００は、電子源２０６、ガンアパーチャ２１２、集光レンズ２１４、電子源２０６から放出される一次電子ビーム２１０、ビーム制限アパーチャ２１６、分散デバイス３１２、ビームセパレータ５１０、偏向走査ユニット２２６、対物レンズ２２８、二次電子ビーム２２０、及び電子検出器２１８を含むことができる。ビームセパレータ５１０は磁気偏向器を含み、従って、関連する偏向角６４２は非ゼロの値を有する。電子源２０６、ガンアパーチャ２１２、集光レンズ２１４、ビーム制限アパーチャ２１６、分散デバイス３１２、ビームセパレータ５１０、偏向走査ユニット２２６、及び対物レンズ２２８は、シングルビーム装置６００の光軸６０２を基準にして位置合わせすることができる。
[0056] 図３Ｃを参照して上述したように、分散デバイス３１２に関連した公称分散角は非ゼロであり、一次電子ビーム２１０は分散デバイス３１２を、公称偏向角６４１で関連するビーム分散ＣＤＳを有して通過することができる。シングルビーム装置６００の場合、公称エネルギーＶ０を有する光軸６０２に沿って移動する一次電子ビーム２１０の電子は、（分散デバイス３１２の）偏向面３４２において角度６４１だけ偏向されることがあり、入射角６４１で（ビームセパレータ５１０の）偏向面５２０に入射することがある。エネルギー＞Ｖ０を有する光軸６０２に沿って移動する電子は、入射角＜角度６４１でビームセパレータ５１０に入射することができる。エネルギー＜Ｖ０を有する光軸６０２に沿って移動する電子は、入射角＞角度６４１でビームセパレータ５１０に入射することができる。
[0057] ビームセパレータ５１０は、公称偏向角６４２及び関連するビーム分散ＭＤＳで一次電子ビーム２１０を偏向させることができる。公称エネルギーＶ０を有する電子は、角度６４２だけ偏光面５２０で偏向されることがある。エネルギー＞Ｖ０を有する電子は、角度６４２より小さな角度で偏向されることがある。エネルギー＜Ｖ０を有する電子は、角度６４２より大きな角度で偏向されることがある。
[0058] 分散デバイス３１２によって生成されるＣＤＳは、異なるエネルギーを有する電子についてＣＤＳによって生成される入射角の変動分が、ＭＤＳによって生成される偏向角の変動分を補償できるように、制御することができる。従って、異なるエネルギーを有する電子を制御して、対物面２０４上に仮想的に集束させることができる。更に、対物レンズ２２８は、（ビーム経路６３０、６３２、及び６３４に対応する）異なるエネルギーを有する電子をサンプル２３８に集束させて、プローブスポット２３６を形成することができる。分散デバイス３１２は、静電偏向器及び磁気偏向器を含み、従って偏向角６４１を一定に保ちながらＣＤＳを変化させることができる。従って、ＣＤＳを変更して対物面２０４の位置変動と適合させることができ、対物レンズ２２８の動作モードには制限はない。更に、分散デバイス３１２を制御して角度６４１と６４２を等しく維持することができる。よって、光軸６０２を、ビームセパレータ５１０の光軸に平行に維持することができる。これにより、シングルビーム装置６００の様々な構成要素の配置及びアライメントを単純化することができる。
[0059] ここで図６を参照する。図６は、本開示の実施形態と一致する、例示的なマルチビーム装置７００を示す。マルチビーム装置７００は、図３Ｂの分散デバイス３１１を更に備える図２Ｂの電子ビームツール１０４Ａであり得る。
[0060] マルチビーム装置７００は、電子源２０６、ガンアパーチャ２１２、集光レンズ２１４、電子源２０６から放出される一次電子ビーム２１０、放射源変換ユニット２５２、一次電子ビーム２１０の複数のビームレット２５４、２５６、及び２５８、一次投影光学系２６０、複数の二次電子ビーム７３０、７３２、及び７３４、二次光学系２８２、並びに電子検出デバイス２８４を含むことができる。一次投影光学系２６０は、対物レンズ２２８を含むことができる。電子検出デバイス２８４は、検出素子２８６、２８８、及び２９０を含むことができる。分散デバイス３１１、ビームセパレータ２２２、及び偏向走査ユニット２２６は、一次投影光学系２６０の内部に配置することができる。
[0061] 電子源２０６、ガンアパーチャ２１２、集光レンズ２１４、放射源変換ユニット２５２、分散デバイス３１１、ビームセパレータ２２２、偏向走査ユニット２２６、及び対物レンズ２２８は、装置７００の一次光軸７０２と位置合わせすることができる。二次光学系２８２及び電子検出デバイス２８４は、装置７００の二次光軸２９２と位置合わせすることができる。
[0062] 図３Ｂを参照して上述したように、分散デバイス３１１に関連した公称分散角はゼロであり、ビームレット２５４、２５６、及び２５８は分散デバイス３１１をまっすぐに通過することができる。分散デバイス３１１は、ビームレット２５４、２５６、及び２５８に対してＣＤＳを誘起することができる。分散デバイス３１１は、一次投影光学系２６０の上方に配置することができる。
[0063] ビームレット２５４、２５６、及び２５８は、ウィーンフィルタ型のビームセパレータ２２２もまっすぐに通過することができる。ビームセパレータ２２２は、ビームレットに対してＭＤＳを誘起することができる。図４Ａ及び図４Ｂを参照して上述したように、分散デバイス３１１は、ＭＤＳと方向が逆のＣＤＳを生成するように構成され制御されることがある。分散デバイス３１１によって生成されるＣＤＳの大きさを制御して、各ビームレットの分散電子（例えば、ビーム経路７２０及び７２４に対応する電子）を対物レンズ２２８の対物面上に仮想的に集束させることができる。従って、対物レンズ２２８は、ビームレット２５４、２５６、及び２５８の分散電子をサンプル２３８上に集束させて、対応するプローブスポット２７０、２７２、及び２７４を形成する。
[0064] ここで図７を参照する。図７は、本開示の実施形態と一致する、例示的なマルチビーム装置９００を示す。マルチビーム装置９００は、電子源２０６、ガンアパーチャ２１２、集光レンズ２１４、電子源２０６から放出される一次電子ビーム２１０、放射源変換ユニット２５２、一次電子ビーム２１０の複数のビームレット２５４、２５６、及び２５８、一次投影光学系２６０、複数の二次電子ビーム９３０、９３２、及び９３４、二次光学系２８２、並びに電子検出デバイス２８４を含むことができる。一次投影光学系２６０は、対物レンズ２２８を含むことができる。電子検出デバイス２８４は、検出素子２８６、２８８、及び２９０を含むことができる。分散デバイス３１２、ビームセパレータ５１０、及び偏向走査ユニット２２６は、一次投影光学系２６０の内部に配置することができる。
[0065] 電子源２０６、ガンアパーチャ２１２、集光レンズ２１４、放射源変換ユニット２５２、分散デバイス３１２、ビームセパレータ５１０、偏向走査ユニット２２６、及び対物レンズ２２８は、装置９００の一次光軸９０２と位置合わせすることができる。二次光学系２８２及び電子検出デバイス２８４は、装置９００の二次光軸２９２と位置合わせすることができる。
[0066] 図３Ｃを参照して上述したように、分散デバイス３１２に関連した公称分散角は非ゼロであり、一次電子ビーム２１０は分散デバイス３１２を、公称偏向角９０８で関連するビーム分散ＣＤＳを有して通過することができる。公称エネルギーＶ０を有する光軸９０２に沿って移動するビームレット２５４、２５６、及び２５８の電子は、入射角９０８でビームセパレータ５１０に入射することができる。エネルギー＞Ｖ０を有する光軸９０２に沿って移動する電子は、入射角＜角度９０８でビームセパレータ５１０に入射することができる。エネルギー＜Ｖ０を有する光軸９０２に沿って移動する電子は、入射角＞角度９０８でビームセパレータ５１０に入射することができる。分散デバイス３１２は、一次投影光学系２６０の上方に配置することができる。
[0067] ビームセパレータ５１０は、角度９１０に等しい公称偏向角及び関連するビーム分散ＭＤＳでビームレット２５４、２５６、及び２５８を偏向させることができる。公称エネルギーＶ０を有する電子は、角度９１０に等しい角度で偏向されることがある。エネルギー＞Ｖ０を有する電子は、角度９１０より小さな角度で偏向されることがある。エネルギー＜Ｖ０を有する電子は、角度９１０より大きな角度で偏向されることがある。
[0068] 分散デバイス３１２によって生成されるＣＤＳは、異なるエネルギーを有する電子についてＣＤＳによって生成される入射角の変動分が、ＭＤＳによって生成される偏向角の変動分を補償できるように、制御することができる。従って、異なるエネルギーを有する電子を制御して、対物レンズ２２８の対物面上に仮想的に集束させることができる。更に、対物レンズ２２８は、（ビーム経路９２０、９２２、及び９２４に対応する）異なるエネルギーを有する電子をサンプル２３８に集束させて、対応するプローブスポット２７０、２７２、及び２７４を形成することができる。分散デバイス３１２は、静電偏向器及び磁気偏向器を含み、従って偏向角９０８を一定に保ちながらＣＤＳを変化させることができる。従って、ＣＤＳを変更して対物面２０４の位置変動と適合させることができ、対物レンズ２２８の動作モードには制限はない。更に、分散デバイス３１２を制御して角度９０８と９１０が等しくなるように維持することができる。よって、光軸９０２を、ビームセパレータ５１０の光軸９０６に平行に維持することができる。これにより、シングルビーム装置９００の様々な構成要素の配置及びアライメントを単純化することができる。
[0069] 図１１～１３は、ビームセパレータ２２２及び分散デバイス３１１、３１２を駆動するための１つ又は複数の共通電源１００２、１００４を有する電子光学カラムの更なる例の一部分を示す。光学カラムは、一次電子ビームを一次ビーム経路１０４５に沿ってサンプル２３８に向けるように構成される。光学カラムは、ビームセパレータ２２２を含む。ビームセパレータは、図２～図１０を参照して上述した形態の何れかの形態を取ることができる。ビームセパレータ２２２は、一次ビーム経路１０４５に沿ってサンプル２３８から放出された二次電子のビーム１０６０を、一次ビーム経路１０４５からそらす。図１１の例では、一次ビーム経路１０４５からの方向転換は、ポイント１０７０において発生する。分散デバイス３１１、３１２は、ビームセパレータ２２２のアップビームに設けられる。分散デバイス３１１、３１２は、図３～図１０を参照して上述した形態の何れかの形態を取ることができる。分散デバイス３１１、３１２は、ビームセパレータ２２２によって一次ビームに誘起される分散を補償する。ビームセパレータ２２２と分散デバイス３１１、３１２の両方を駆動するために、１つ又は複数の共通電源１００２、１００４が設けられる。
[0070] 構成によっては、図１１に例示されるように、ビームセパレータ２２２は、ビームセパレータコイル１１１１によって生成された磁場を使用して、二次電子ビーム１０６０の方向をそらす。磁場は、カラムの光軸に対して垂直であり得る。図示した例では、磁場はページに対して垂直である。分散デバイス３１２は、分散デバイスコイル１１１０によって生成される磁場を使用して、ビームセパレータ２２２によって（例えば、ビームセパレータコイル１１１１によって）誘起される分散を少なくとも部分的に補償する。このタイプの構成では、１つ又は複数の共通電源は、ビームセパレータコイル１１１１と分散デバイスコイル１１１０の両方を駆動する共通電流源１００２を含むことがある。電流がコイルを通って流れると、コイルは対応する磁場を生成する。ビームセパレータコイル１１１１及び分散デバイスコイル１１１０は、それぞれの磁心上に形成されることがある。ビームセパレータコイル１１１１によって生成される磁場は、分散デバイスコイル１１１０によって生成される磁場と反対向きである。一実施形態では、ビームセパレータコイル１１１１及び分散デバイスコイル１１１０は、接続１００５によって概略的に示されるように、互いに直列に及び共通電流源１００２に接続されている。ビームセパレータコイル１１１１及び分散デバイスコイル１１１０での電流の相対的な大きさを調節するために、電流分割器構成が設けられることがある。その代わりに又はこれに加えて、ビームセパレータコイル１１１１及び分散デバイスコイル１１１０での磁気励起の相対的な大きさを調節するために、一方又は両方のコイルの巻き数が変更されることがある。
[0071] 構成によっては、図１２～図１３に例示されるように、ビームセパレータ２２２は、ビームセパレータ電極１１２１を含む。ビームセパレータ電極１１２１は、ビームセパレータ２２２内の一次電子に電場を作用させる。この電場は、ビームセパレータコイル１１１１によって生成された磁場によって一次電子に加えられる力とは反対向きの力を、一次電子に加えるようなものである。構成によっては、例えば図１０を参照して上記で考察し、図１３に例示するように、選択された公称エネルギーを有するビームセパレータ２２２内の一次ビームの一部分に電場によって加えられる力は、磁場によって一次ビームの同じ部分に加えられる力と大きさが実質的に等しい。このタイプの構成では、ビームセパレータ２２２は、ウィーンフィルタと呼ばれることがある。公称エネルギーを有する一次ビームの部分は、偏向されずにビームセパレータ２２２を通過する。他の構成では、図１２に例示されるように、電場によって加えられる力は、ビームの全ての部分において、磁場によって加えられる力とは大きさが異なっている。磁場によって加えられる力は、例えば、分散を最小にするために、電場によって加えられる力の２倍の強さであり得る。この条件は、距離ｌに渡り作用する交差した電場及び磁場における、質量ｍ、電荷ｑ、及び速度ｖを有する電子の偏向角が、θ＝ｑｌ（ｖＢ－Ｅ）／（ｍｖ２）によって与えられ、ｖＢ＝２Ｅであるとき、
Figure 2023554272000002
 であることから生じる。この状況では、磁場単独によって付与される偏向角θＢは、電場単独によって反対向きに付与される偏向角θＥの２倍の大きさであり、その結果、θＢ＝－２θＥである。サンプル２３８から放出された二次電子ビーム１０６０は、一次ビームと反対向きに進み、ビームセパレータ２２２内で、磁場と電場の両方によって同じ方向に偏向される。これら２つの力の蓄積効果により、－３θＥ以上のより大きな偏向がもたらされる（というのも、二次電子は、一次電子よりもエネルギーが小さいことがあるからである）。図３Ｃを参照して上記で考察したように、電場と磁場が相殺されないように構成すると、固定のゼロではない偏向を、一次ビームに施すことが可能になる。
[0072] 実施形態によっては、分散デバイスは、分散デバイス電極１１２０を備える。分散デバイス電極１１２０は、分散デバイス３１１、３１２内の一次電子に電場を作用させる。この電場は、分散デバイスコイル１１１０によって生成された磁場によって一次電子に加えられる力とは反対向きの力を、一次電子に加えるようなものである。構成によっては、例えば図１０を参照して上記で考察し、図１３に例示するように、選択された公称エネルギーを有する分散デバイス３１１内の一次ビームの一部分に電場によって加えられる力は、磁場によって一次ビームの同じ部分に加えられる力と大きさが実質的に等しい。このタイプの構成では、分散デバイス３１１は、ウィーンフィルタと呼ばれることがある。公称エネルギーを有する一次ビームの部分は、偏向されずに分散デバイス３１１を通過する。他の構成では、図１２に例示されるように、電場によって加えられる力は、ビームの全ての部分において、磁場によって加えられる力とは大きさが異なっている。磁場によって加えられる力は、例えば、電場によって加えられる力の２倍の強さであり得る。図３Ｃを参照して上記で考察したように、このようにして電場と磁場が相殺されないように構成すると、固定のゼロではない偏向を、一次ビームに施すことが可能になる。
[0073] 実施形態によっては、図１２～図１３に例示されるように、１つ又は複数の共通電源は、ビームセパレータ電極１１２１と分散デバイス電極１１２０の両方を駆動するように構成された共通電圧源１００４を含む。従って、共通電圧源１００４は、ビームセパレータ電極１１２１と分散デバイス電極１１２０の両方に電圧（電位差）を印加することができる。ビームセパレータ電極１１２１及び分散デバイス電極１１２０は、図１２及び図１３に概略的に示されるように、互いに対して並列に接続されることがある。ビームセパレータ電極１１２１及び分散デバイス電極１１２０は、ビームセパレータ電極１１２１の両端の電圧が、分散デバイス電極１１２０の両端の電圧と、極性が反対になるように、接続されることがある。ビームセパレータ電極１１２１及び分散デバイス電極１１２０での電場の相対的な大きさを調節するために、電圧分割器構成が設けられることがある。その代わりに又はこれに加えて、ビームセパレータ電極１１２１と分散デバイス電極１１２０の一方又は両方の位置及び／又はジオメトリを変更して、ビームセパレータ２２２及び分散デバイス３１１、３１２を通過する電子に対するビームセパレータ電極１１２１及び分散デバイス電極１１２０の相対的な影響を調節することがある。例えば、ビーム経路に沿って電極をより長く又はより短くして、電場が電子に作用する期間を変更することがあるか、又は、電極間の離隔距離を変更して、所与の印加電圧に対する電場を変化させることがある。
[0074] 実施形態によっては、図１３に例示されるように、ビームセパレータ２２２と分散デバイス３１１の一方又は両方が、調節電極１１３０、１１３１を含む。調節電極１１３０、１１３１は、ビームセパレータ電極１１２１又は分散デバイス電極１１２０によって印加される電場に対して垂直な又は斜めの電場を一次電子に印加する。図１３の例では、調節電極１１３０、１１３１は、ビームセパレータ２２２と分散デバイス３１１の両方に設けられている。調節電極１１３０、１１３１は、ページの平面に対して平行であり、従って、ページの平面に対して垂直な電場を生成する。従って、調節電極１１３０、１１３１によって一次電子に加えられる力は、ビームセパレータコイル１１１１、分散デバイスコイル１１１０、ビームセパレータ電極１１２１、及び分散デバイス電極１１２０によって加えられる力に対して、垂直になる。調節電極１１３０、１１３１は、ビームセパレータコイル１１１１、分散デバイスコイル１１１０、ビームセパレータ電極１１２１、及び分散デバイス電極１１２０によって加えられる力に対して垂直な方向の偏向により、一次電子ビームを微調整するために使用されることがある。微調整を行うために必要とされる電場は、ビームセパレータ電極１１２１及び分散デバイス電極１１２０に印加される電場よりも、大幅に小さい可能性が高い。従って、調節電極に電力を供給するために使用される電源における変動に起因する誤差が、性能に及ぼす悪影響は、限定的であることがある。このタイプの実施形態では、独立電源１００５及び１００６が、調節電極１１３０、１１３１をそれぞれ駆動するために設けられていることがある。独立電源１００５及び１００６は、１つ又は複数の共通電源１００２、１００４からは独立している。
[0075] 構成によっては、１つ又は複数の調節コイル１１３２が、ビームセパレータ２２２及び／又は分散デバイス３１１、３１２に設けられることがある。図１３の例では、ビームセパレータ２２２は、一対の調節コイル１１３２を含む。他の構成では、分散デバイス３１１、３１２が、１つ若しくは複数の調節コイルを含むことがあり、又は、ビームセパレータ２２２及び分散デバイス３１１、３１２がそれぞれ、１つ若しくは複数の調節コイルを含むことがある。調節コイル１１３２は、ビームセパレータコイル１１１１又は分散デバイスコイル１１１０によって印加される磁場に対して垂直な又は斜めの磁場を一次電子に印加する。調節コイル１１３２は、ビームセパレータコイル１１１１、分散デバイスコイル１１１０、ビームセパレータ電極１１２１、及び分散デバイス電極１１２０によって加えられる力に対して垂直な方向の偏向により、一次電子ビームを微調整するために使用されることがある。微調整を行うために必要とされる磁場は、ビームセパレータコイル１１１１及び分散デバイスコイル１１１０に印加される磁場よりも、大幅に小さい可能性が高い。従って、調節コイルに電力を供給するために使用される電源における変動に起因する誤差が、性能に及ぼす悪影響は、限定的であることがある。このタイプの実施形態では、ビームセパレータ２２２又は分散デバイス３１２において１つ又は複数の調節コイル１１３２を駆動するために、独立電源１００７が設けられることがある。独立電源１００７は、１つ又は複数の共通電源１００２、１００４からは独立しており、また、存在する場合には、調節電極１１３０、１１３１を駆動するための電源１００５、１００６からも独立している。独立電源１００５、１００６、及び１００７と調節電極１１３０、１１３１及び調節コイル１１３２との間の接続は、分かりやすくするために、図１３では省略されている。
[0076] ビームセパレータ２２２及び分散デバイス３１１、３１２が電子光学的に直列に設けられている様々な構成が、上記で説明されている。一次電子の１つ又は複数のビームは、まず分散デバイス３１１、３１２を通過し、その後、ビームセパレータ２２２を通過した後で、サンプル２３８に到達する。分散デバイス３１１、３１２は、ビームセパレータ２２２によって一次ビームに誘起される分散の少なくとも一部分を予め補償する。分散デバイス３１１、３１２は、フィードフォワード補正器又は補償器である。ビームセパレータ２２２がビーム３１１、３１２に対して動作する前に、ビームに補償が導入される。効率的に補償するためには、ビームセパレータ２２２及び分散デバイス３１１、３１２が、一次ビーム経路に沿って直接的に連続していることが望ましい。従って、そのような構成では、ビームセパレータ２２２と分散デバイス３１１、３１２との間には、電子に対して有意な影響を有する他の要素は存在しない。ビームセパレータ２２２と分散デバイス３１１、３１２との間の領域には、別の電子光学要素、障害物、又はフィルタなどの、電子の軌道又はエネルギーを著しく変える可能性がある要素は存在しない。一次ビーム内の電子の軌道は、ビームセパレータ２２２と分散デバイス３１１、３１２との間では、互いに平行であることが好ましい。軌道は、ビームセパレータ２２２と分散デバイス３１１、３１２との間に中間焦点が形成されないようなものである。そのような電子光学設計は、ビームセパレータ２２２及び分散デバイスに関して非対称であると説明されることがある。ビーム経路は、ビームセパレータ２２２と分散デバイス３１１、３１２との間で連続的であり、中間焦点などの焦点は、一次ビーム経路に沿ってビームセパレータ２２２と分散デバイス３１１、３１２の両方のアップビーム又はダウンビームにある。
[0077] ビームセパレータ２２２及び分散デバイス３１１、３１２は、互いに対して実質的に対称的であり得る。例えば、ビームセパレータ２２２によって印加される電場は、分散デバイス３１１、３１２によって印加される電場と実質的に大きさが等しく方向が反対であり得る。ビームセパレータ２２２によって印加される磁場は、分散デバイス３１１、３１２によって印加される磁場と実質的に大きさが等しく方向が反対であり得る。電子がビームセパレータ２２２による影響を受ける、一次ビーム経路の部分の長さは、電子が分散デバイス３１１、３１２による影響を受ける、一次ビーム経路の部分の長さと、実質的に同じであり得る。従って、ビームセパレータ２２２及び分散デバイス３１１、３１２は、実質的に同じサイズであり得る。このようにして電場及び／又は磁場の影響を対称的にすると、分散の最適な補償が容易になることがある。しかしながら、本発明者らは、幾分かの非対称性が存在する場合であっても、有効なレベルの補償を達成することができることを発見した。有効なレベルの補償とは、ビームセパレータによって生成される分散の補正を含むが、完全な除去は含まないことがある。これにより、スペースの節約と分散補償との間の望ましいバランスを取ることが可能になる。例えば、構成によっては、分散デバイス３１１、３１２を、ビームセパレータ２２２よりも意図的に小さくして、分散デバイス３１１、３１２が配置されることになる領域のスペースを節約することができる。従って、分散デバイス３１１、３１２は、ビームセパレータ分散デバイス３１１よりも一次ビーム経路のより小さな部分に沿って電子に影響を与えるように構成されることがあり、それによって、分散デバイス３１１、３１２をより小型化することができる。
[0078] 本発明は、添付の図面に図示し上述した構成に厳密に限定されるものではなく、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な修正及び変更を加えることができることが、理解されよう。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及び条項によってのみ、限定されるべきであることが意図されている。以下の条項が提供される。
[0079] 条項１：一次電子ビームを一次ビーム経路に沿ってサンプルに向けるように構成された電子光学カラムであって、一次ビーム経路に沿ってサンプルから放射された二次電子ビームを一次ビーム経路からそらすように構成されたビームセパレータと、ビームセパレータのアップビームにある分散デバイスであって、ビームセパレータによって一次ビームに誘起される分散を補償するように構成された分散デバイスと、ビームセパレータと分散デバイスの両方を駆動するようにそれぞれ構成された１つ又は複数の共通電源と、を備える、電子光学カラム。
[0080] 条項２：ビームセパレータは、ビームセパレータコイルによって生成された磁場を使用して、二次電子ビームをそらすように構成されており、分散デバイスは、分散デバイスコイルによって生成された磁場を使用して、分散を補償するように構成されている、条項１に記載のカラム。
[0081] 条項３：１つ又は複数の共通電源は、ビームセパレータコイルと分散デバイスコイルの両方を駆動するように構成された共通電流源を含む、条項２に記載のカラム。
[0082] 条項４：ビームセパレータコイルによって生成される磁場は、分散デバイスコイルによって生成される磁場とは反対向きである、条項２又は３に記載のカラム。
[0083] 条項５：ビームセパレータは、ビームセパレータ内の一次電子に電場を印加するように構成されたビームセパレータ電極を含み、この電場は、ビームセパレータコイルによって生成された磁場によって一次電子に加えられる力とは向きが反対の力を一次電子に加えるようなものである、条項２～４の何れか一項に記載のカラム。
[0084] 条項６：選択された公称エネルギーを有するビームセパレータ内の一次ビームの一部分に電場によって加えられる力は、磁場によって一次ビームの同じ部分に加えられる力と大きさが実質的に等しい、条項５に記載のカラム。
[0085] 条項７：分散デバイスは、分散デバイス内の一次電子に電場を印加するように構成された分散デバイス電極を含み、この電場は、分散デバイスコイルによって生成された磁場によって一次電子に加えられる力とは向きが反対の力を一次電子に加えるようなものである、条項５又は６に記載のカラム。
[0086] 条項８：選択された公称エネルギーを有する分散デバイス内の一次ビームの一部分に電場によって加えられる力は、磁場によって一次ビームの同じ部分に加えられる力と大きさが実質的に等しい、条項７に記載のカラム。
[0087] 条項９：１つ又は複数の共通電源は、ビームセパレータ電極と分散デバイス電極の両方を駆動するように構成された共通電圧源を含む、条項７又は８に記載のカラム。
[0088] 条項１０：ビームセパレータと分散デバイスの一方又は両方は、ビームセパレータ電極又は分散デバイス電極によって印加される電場に対して垂直又は斜めである電場を一次電子に印加するように構成された調節電極を含む、条項５～９の何れか一項に記載のカラム。
[0089] 条項１１：調節電極を駆動するように構成された少なくとも１つの独立電源を更に含み、各独立電源は、１つ又は複数の共通電源からは独立している、条項１０に記載のカラム。
[0090] 条項１０：分散デバイスは、ビームセパレータよりも一次ビーム経路のより小さな部分に沿って電子に影響を与えるように構成されている、先行する請求項の何れか一項に記載のカラム。
[0091] 条項１３：ビームセパレータ及び分散デバイスは、一次ビーム経路に沿って直接的に連続している、先行する請求項の何れか一項に記載のカラム。
[0092] 条項１４：条項１～１３の何れか一項に記載のカラムを備える荷電粒子評価ツール。
[0093] 条項１５：一次電子ビームを一次ビーム経路に沿ってサンプルに向ける方法であって、ビームセパレータを使用して、一次ビーム経路に沿ってサンプルから放射された二次電子ビームを一次ビーム経路からそらすことと、ビームセパレータのアップビームにある分散デバイスを使用して、ビームセパレータによって一次ビームに誘起される分散を補償することと、を含み、ビームセパレータと分散デバイスの両方を駆動するために、１つ又は複数の共通電源が使用される、方法。

Claims (15)

  1. 一次電子ビームを一次ビーム経路に沿ってサンプルに向けるように構成された電子光学カラムであって、
    前記一次ビーム経路に沿って前記サンプルから放射された二次電子ビームを前記一次ビーム経路からそらすように構成されたビームセパレータと、
    前記ビームセパレータのアップビームにある分散デバイスであって、前記ビームセパレータによって前記一次ビームに誘起される分散を補償するように構成された、分散デバイスと、
    前記ビームセパレータと前記分散デバイスの両方を駆動するようにそれぞれ構成された１つ又は複数の共通電源と、
    を備える、電子光学カラム。
  2. 前記ビームセパレータは、ビームセパレータコイルによって生成された磁場を使用して、前記二次電子ビームをそらすように構成されており、
    前記分散デバイスは、分散デバイスコイルによって生成された磁場を使用して、前記分散を補償するように構成されている、請求項１に記載のカラム。
  3. 前記１つ又は複数の共通電源は、前記ビームセパレータコイルと前記分散デバイスコイルの両方を駆動するように構成された共通電流源を含む、請求項２に記載のカラム。
  4. 前記ビームセパレータコイルによって生成される前記磁場は、前記分散デバイスコイルによって生成される前記磁場とは反対向きである、請求項２又は３に記載のカラム。
  5. 前記ビームセパレータは、前記ビームセパレータ内の一次電子に電場を印加するように構成されたビームセパレータ電極を含み、
    前記電場は、前記ビームセパレータコイルによって生成された前記磁場によって前記一次電子に加えられる力とは向きが反対の力を前記一次電子に加えるようなものである、請求項２～４の何れか一項に記載のカラム。
  6. 選択された公称エネルギーを有する前記ビームセパレータ内の前記一次ビームの一部分に前記電場によって加えられる前記力は、前記磁場によって前記一次ビームの同じ部分に加えられる前記力と大きさが実質的に等しい、請求項５に記載のカラム。
  7. 前記分散デバイスは、前記分散デバイス内の一次電子に電場を印加するように構成された分散デバイス電極を含み、
    前記電場は、前記分散デバイスコイルによって生成された前記磁場によって前記一次電子に加えられる力とは向きが反対の力を前記一次電子に加えるようなものである、請求項５又は６に記載のカラム。
  8. 選択された公称エネルギーを有する前記分散デバイス内の前記一次ビームの一部分に前記電場によって加えられる前記力は、前記磁場によって前記一次ビームの同じ部分に加えられる前記力と大きさが実質的に等しい、請求項７に記載のカラム。
  9. 前記１つ又は複数の共通電源は、前記ビームセパレータ電極と前記分散デバイス電極の両方を駆動するように構成された共通電圧源を含む、請求項７又は８に記載のカラム。
  10. 前記ビームセパレータと前記分散デバイスの一方又は両方は、前記ビームセパレータ電極又は前記分散デバイス電極によって印加される前記電場に対して垂直又は斜めである電場を一次電子に印加するように構成された調節電極を含む、請求項５～９の何れか一項に記載のカラム。
  11. 前記調節電極を駆動するように構成された少なくとも１つの独立電源を更に含み、
    各独立電源は、前記１つ又は複数の共通電源からは独立している、請求項１０に記載のカラム。
  12. 前記分散デバイスは、前記ビームセパレータよりも前記一次ビーム経路のより小さな部分に沿って電子に影響を与えるように構成されている、請求項１～１１の何れか一項に記載のカラム。
  13. 前記ビームセパレータ及び前記分散デバイスは、前記一次ビーム経路に沿って直接的に連続している、請求項１～１２の何れか一項に記載のカラム。
  14. 請求項１～１３の何れか一項に記載のカラムを備える、荷電粒子評価ツール。
  15. 一次電子ビームを一次ビーム経路に沿ってサンプルに向ける方法であって、
    ビームセパレータを使用して、前記一次ビーム経路に沿って前記サンプルから放射された二次電子ビームを前記一次ビーム経路からそらすことと、
    前記ビームセパレータのアップビームにある分散デバイスを使用して、前記ビームセパレータによって前記一次ビームに誘起される分散を補償することと、を含み、
    前記ビームセパレータと前記分散デバイスの両方を駆動するために、１つ又は複数の共通電源が使用される、方法。

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