JP5825905B2 - 荷電粒子ビームシステム - Google Patents

Description

本発明は、回折パターンの測定に用いることができ、試料に入射する荷電粒子ビームを傾斜させることができる、荷電粒子ビームシステムに関する。

［関連出願の相互参照］
本出願は、米国にて２０１１年７月２９日付けで出願された「荷電粒子ビームシステム（CHARGED PARTICLE BEAM SYSTEM）」と題する仮特許出願第６１／３６８，７１８号、及び欧州にて２０１１年７月２９日付けで出願された「荷電粒子ビームシステム（CHARGED PARTICLE BEAM SYSTEM）」と題する特許出願第１０００７９３９．１号の優先権を主張する。これらの出願の内容を参照により本明細書に援用する。

Ｘ線回折、中性子線回折、及び電子線回折は、試料の結晶構造を判定するために一般に用いられる。ここで、Ｘ線回折は、数μｍまでのサイズの単結晶を解析するのに有用であるが、電子線回折は、さらにより小さな結晶サイズに適用することができる。これは、電子ビームプローブが非常に小さな直径を有し得ること、及び電子の散乱断面積が大きいことが理由である。電子の散乱断面積が大きいことで、試料において電子の多重散乱も生じ、望ましい一重散乱事象及び望ましくない多重散乱事象の両方が散乱像に記録されるようになる。プリセッション回折（precession diffraction：歳差回折）として知られる方法を用いて、記録した散乱像中の一重散乱事象に対する多重散乱事象の量を減らすことができることで、測定試料の結晶構造をそのような像からより高い精度で得ることができる。

プリセッション回折では、透過型電子顕微鏡において試料の上流にある偏向系を用いて入射ビームを傾斜させて、入射ビームが試料に対する入射箇所を中心に回転するようにする。試料の下流且つ検出器の上流にある第２偏向系は、入射ビームの回転傾斜を補償して、安定した回折パターンを検出器に記録できるようにする。こうして記録した回折パターンは、入射ビームを回転傾斜させずに記録した対応のパターンよりも試料の結晶構造を得るのに適している。

プリセッション回折を用いて得た回折パターンの質を向上させることがさらに望ましい。

本出願は、上記問題を考慮に入れて行ったものである。

本出願の目的は、高精度での回折パターンの記録及び試料に入射する傾斜粒子ビームの使用を可能にする、荷電粒子ビームシステムを提供することである。

荷電粒子ビームシステムの実施形態によれば、荷電粒子ビームシステムは、荷電粒子ビーム発生器と、荷電粒子ビーム発生器が発生させたビームを物体平面に集束するよう構成した第１レンズと、物体平面の下流に位置する第２レンズと、第１レンズの上流にあり、物体平面に対する荷電粒子ビームの入射角を変化させるように物体平面に対してビームを傾斜させるよう構成した第１偏向系と、第２レンズの下流に位置し、第１偏向系が発生させた物体平面に対する荷電粒子ビームの入射角の変化を補償するようにビームを傾斜させるよう構成した第２偏向系と、第２レンズの下流に位置し、第２レンズが導入した結像誤差を補償するよう構成した補正器と、を備える。

荷電粒子ビームシステムのさらに他の実施形態によれば、荷電粒子ビームシステムは、荷電粒子ビーム発生器と、荷電粒子ビーム発生器が発生させたビームを物体平面に集束するよう構成した第１レンズと、物体平面の下流に位置する第２レンズと、第１レンズの上流にあり、荷電粒子ビームを物体平面に対して斜めに入射させるように物体平面に対してビームを傾斜させるよう構成した第１偏向系と、第２レンズの下流に位置し、第１偏向系が発生させた荷電粒子ビームの傾斜を補償するようにビームを傾斜させるよう構成した第２偏向系と、第２レンズの下流に位置し、第２レンズが導入した結像誤差を補償するよう構成した補正器と、を備える。

本明細書中、第１偏向系は、荷電粒子ビームを物体平面に対して垂直入射から大幅に逸れる入射角で斜めに入射させるよう構成することができる。例えば、物体平面の表面法線と物体平面に入射する荷電粒子ビームの中心軸の方向との間の角度は、１ｍｒａｄよりも大きく、３ｍｒａｄよりも大きく、又は１０ｍｒａｄよりも大きくすることができる。

実施形態によれば、補正器は、第２レンズの下流に位置する第１レンズダブレットと、第１レンズダブレットの下流に位置する第１多極子と、第１多極子の下流に位置する第２レンズダブレットと、第２レンズダブレットの下流に位置する第２多極子とを備える。本明細書中、多極子は、補正器の光軸を中心に多重極対称性を有する磁界及び／又は電界を発生させる粒子光学コンポーネントであり、多重極対称性は、双極子対称性よりも高い。このような多重極対称性の例は、四重極対称性、六重極対称性、及び八重極対称性であり、対応する粒子光学コンポーネントは、それぞれ四極子、六極子、及び八極子である。

実施形態によれば、第２偏向系及び補正器は、第２偏向系及び補正器のコンポーネントが荷電粒子ビームシステムの光軸に沿って重なり合うことで一体化する。本明細書中の特定の実施形態によれば、第２偏向系の少なくとも１つのディフレクタは、第１レンズダブレットの２つのレンズ間に位置付ける。

本明細書中のさらに他の実施形態によれば、第２偏向系は、第２レンズの下流且つ第１多極子の上流に位置する平面内の箇所を中心にビームを傾斜させるよう構成する。

本明細書中の例示的な実施形態によれば、第２偏向系は、物体平面を第２レンズ及び第３レンズにより結像させる中間像平面内の箇所を中心にビームを傾斜させるよう構成する。

本明細書中のさらに他の例示的な実施形態によれば、第２偏向系は、中間像平面に位置する第１ディフレクタを含み、いくつかの実施形態では、第２偏向系には、中間像平面外に位置する付加的なディフレクタがない。

例示的な実施形態によれば、荷電粒子ビームシステムは、荷電粒子ビーム発生器と、荷電粒子ビーム発生器が発生させたビームを物体平面に集束するよう構成した第１レンズと、物体平面の下流に位置し、回折面を有する第２レンズと、第２レンズの下流に位置し、第３レンズ及び第４レンズを含み、回折面を第１中間回折面に結像させるよう構成した第１レンズダブレットと、第１中間回折面に位置する第１多極子と、第１多極子の下流に位置し、第５レンズ及び第６レンズを含み、第１中間回折面を第２中間回折面に結像させるよう構成した第２レンズダブレットと、第２中間回折面に位置する第２多極子と、第１レンズの上流にあり、物体平面に対する荷電粒子ビームの入射角を変化させるように物体平面に対してビームを傾斜させるよう構成した第１偏向系と、第３レンズの下流且つ第４レンズの上流に位置し、第１偏向系が発生させた物体平面に対する荷電粒子ビームの入射角の変化を補償するようにビームを傾斜させるよう構成した第２偏向系と、を備える。

本明細書中の例示的な実施形態によれば、第２偏向系は、物体平面を第２レンズ及び第３レンズにより結像させる中間像平面に位置する第１ディフレクタを含み、第２偏向系は、中間像平面に位置するディフレクタ以外のディフレクタを備えないことが可能である。

本明細書中の他の実施形態によれば、第２偏向系は、ビームが中間像平面内の仮想的な箇所を中心に傾斜するように見えるよう制御される２つ以上のディフレクタを含む。

いくつかの実施形態によれば、第４レンズ及び第５レンズは、第１中間像平面を第５レンズの下流且つ第６レンズの上流に位置する第２中間像平面に結像させるよう構成する。

さらに他の実施形態によれば、システムは、第１偏向系が発生させたビーム傾斜量を第２偏向系が発生させたビーム傾斜量と同期して制御するよう構成した傾斜コントローラを備える。このようなコントローラにより、物体平面に入射するビームの傾斜を、このビームが第１レンズの光軸を中心に円錐形表面に沿って回転するよう発生させることが可能である。物体平面の下流において、このビーム傾斜を第２偏向系により補償して、ビームが第２偏向系の下流で光軸と平行に伝播するようにする。これにより、プリセッション回折法を適用する場合の回折パターンの記録が可能となる。

本明細書中の例示的な実施形態によれば、傾斜コントローラは、第１偏向系及び第２偏向系が発生させたビーム傾斜量を５０Ｈｚよりも高いか又は１００Ｈｚよりも高い周波数で変化させるように第１偏向系及び第２偏向系を制御するよう構成する。

例示的な実施形態によれば、荷電粒子ビームシステムは、補正器のコンポーネントを制御するよう構成した補正器コントローラを備える。本明細書中の例示的な実施形態によれば、補正器コントローラは、第３レンズ、第４レンズ、第５レンズ、第６レンズ、第１多極子、及び第２多極子の１つ又は複数を制御するよう構成する。

本明細書中の特定の実施形態によれば、荷電粒子ビームシステムは、システムの動作モードを第１モードから第２モードへ切り替えるスイッチを備える。第１動作モードでは、第２偏向系の制御を傾斜コントローラが行うが、第２動作モードでは、第２偏向系の制御を補正器コントローラが行う。プリセッション回折は、第１動作モードで行うことができる。これが望ましくない場合、システムを第２モードに切り替えることができ、第２偏向系を補正器コントローラの制御下で用いて、ビームを補正器の光軸に対して調整し、補正器の性能を向上させることができる。

本明細書中の特定の実施形態によれば、補正器コントローラは、第２偏向系のディフレクタに供給した制御信号が３０Ｈｚよりも高い周波数を有する信号成分を実質的に含まないよう構成したローパスフィルタを含む。

例示的な実施形態によれば、荷電粒子ビームシステムは、第２多極子の下流に位置する第７レンズを備え、第６レンズ及び第７レンズは、第２中間像を第３中間像に結像させるよう構成する。本明細書中の例示的な実施形態によれば、第６レンズ及び第７レンズは、回折面の仮想像を生成するようさらに構成する。

例示的な実施形態によれば、荷電粒子システムは、入射瞳平面及び入射像平面を有するエネルギーフィルタを備え、エネルギーフィルタは、補正器の下流に位置する。

エネルギーフィルタは、エネルギーフィルタを通過する荷電粒子を分散させるものであり、エネルギーフィルタの入射像平面をエネルギーフィルタの出射側又はエネルギーフィルタの下流に位置するエネルギーフィルタの出射像平面に色消し結像させるよう構成する。エネルギーフィルタの入射瞳平面は、エネルギーフィルタにより、エネルギーフィルタの出射側又はエネルギーフィルタの下流に位置するエネルギーフィルタの出射瞳平面に分散結像させる。このような構成により、エネルギーフィルタの出射瞳平面内に位置するスリット状開口を用いて、エネルギーフィルタの下流での結像に寄与する荷電粒子のエネルギーの広がりを制限することが可能であり、その際、エネルギーフィルタへの入射像平面に結像した平面の結像を妨げることがない。

本明細書中の実施形態によれば、第８レンズをエネルギーフィルタの上流に位置付け、物体平面の像又は中間像をエネルギーフィルタの入射瞳平面において生成するよう、且つ／又は第２レンズの回折面の像又は中間像をエネルギーフィルタの入射像平面に結像させるよう構成する。

例示的な実施形態によれば、スリット状開口を、エネルギーフィルタの出射瞳平面内に、いわゆる「ゼロロス荷電粒子」のみがエネルギーフィルタを通過することができるように配置する。このような構成では、物体において弾性散乱した荷電粒子のみがエネルギーフィルタを通過することができるが、物体において非弾性散乱して運動エネルギーを失った荷電粒子はエネルギーフィルタの通過を阻止される。これには、記録した回折像の像ブレを大幅に低減して、記録した回折像のコントラストを高めるという利点があり得る。これにより、低強度の回折極大も記録像に含まれる回折パターンの解析に確実に寄与することができるという利点が得られる。

いくつかの実施形態によれば、第１偏向系は、物体平面に対するビームの入射箇所を変化させるように物体平面内でビームを変位させるようさらに構成する。したがって、第１偏向系は、物体平面に対するビームの入射角及び物体平面内のビームの入射箇所の両方を変化させるよう構成する。ビームは、試料中の複数の関心箇所に選択的に指向させることができ、プリセッション回折を、そのような各関心箇所で行うことができる。

本明細書中の例示的な実施形態では、荷電粒子ビームシステムは、補正器の下流に位置し、第１偏向系が発生させた物体平面に対する荷電粒子ビームの入射角の変化を補償するようにビームを傾斜させるよう構成した第３偏向系を備える。

エネルギーフィルタを用いる実施形態では、第３偏向系は、対物レンズの回折面を結像させるエネルギーフィルタの入射像平面に対してビームを傾斜させるよう構成することができる。本明細書中の実施形態によれば、第３偏向系は、エネルギーフィルタの入射像平面に位置する単一のディフレクタ、又はエネルギーフィルタの入射像平面の上流に位置し、エネルギーフィルタの入射像平面内に位置決めした仮想的な箇所を中心にビームを傾斜させるよう制御される２つ以上のディフレクタを備えることで、軸外ビームを光軸に戻すようにする。

実施形態によれば、荷電粒子ビームシステムは、第１偏向系が発生させたビーム変位量を第２偏向系が発生させたビーム傾斜量と同期して制御するよう構成した変位コントローラを備える。

実施形態によれば、上述の偏向系の１つ又は複数又は全部は、荷電粒子ビームを、直交するｘ方向及びｙ方向等の独立した２方向に偏向させるよう構成する。この目的で、偏向系の１つ又は２つのディフレクタは、荷電粒子システムの光軸を中心に分配した２対の偏向素子を備えることができる。例えば、偏向素子対は、偏向電界を提供する電極対及び／又は偏向磁界を提供するコイル対を含むことができる。偏向素子対の励起は、一方の対を余弦関数に従った時間形状を有する信号に従って励起させる一方で、他方の対を正弦関数に従った時間形状を有する信号に従って励起させるように行うことができる。第１偏向系をこのようなパターンに従って励起させる場合、物体平面に対して斜めに入射する荷電粒子ビームは、荷電粒子システムの光軸を中心とした歳差運動を行う。

本発明の上記の特徴及び他の有利な特徴は、添付図面を参照した以下の本発明の例示的な実施形態の詳細な説明からより明白になるであろう。本発明の可能な実施形態全てが本明細書で特定する利点の１つ１つ又はいずれかを必ずしも示すわけではないことに留意されたい。

プリセッション回折を行うことを可能にする荷電粒子ビームシステムの概略図である。 図２a〜ｄは、プリセッション回折の利点を説明するための例示的な回折パターンを示す。 プリセッション回折を行うことを可能にする別の荷電粒子ビームシステムの配分の概略図である。

後述する例示的な実施形態では、機能及び構造が同様であるコンポーネントは、可能な限り同様の参照符号で示す。したがって、特定の実施形態の個々のコンポーネントの特徴を理解するために、本発明の他の実施形態及び概要の説明を参照されたい。

図１は、透過型電子顕微鏡の構成を有する荷電粒子ビームシステム１の概略図である。荷電粒子ビームシステム１は、荷電粒子ビーム５を発生させるよう構成した荷電粒子ビーム発生器３を備える。図示の実施形態では、荷電粒子ビーム発生器は電子源であるため、荷電粒子ビーム５は電子ビームである。しかしながら、他の荷電粒子、例えばイオン等の供給源も、本開示の範囲内で想定される。

荷電粒子ビーム５を１つ又は複数のレンズ７によりコリメートして、小さな断面を有し平面８内で小さく集束するようにビーム５を整形する。例えば、ビーム５の断面は、５０μｍよりも小さくすることができ、ビーム５の集束は、平面８内で１．５ｍｒａｄよりも小さくすることができる。平面８は、レンズ１１により物体平面９に結像させる。検査対象の試料は、物体平面９に位置決めすることができる。第２レンズ１３は、物体平面９の下流に位置し、透過型電子顕微鏡の対物レンズを形成する。図１では、レンズ１１及び１３は、説明の目的で２つの個別レンズとして表している。２つのレンズ１１及び１３の機能を、Ｒｉｅｋｅ−Ｒｕｓｋａに従った集光対物単視野レンズと称する１つの単レンズ構成により提供することも可能である。同様に、図１に示すいくつかの他の個別レンズ群を、１つの単レンズ構造により実際に具現することができる一方で、図１に示す個別単レンズのいくつかを、複数のレンズ構造の群により実際に具現することも可能である。

第１偏向系１５を、第１レンズの上流で、荷電粒子ビーム５のビーム経路内に設ける。第１偏向系１５は、第１レンズ１１の光軸２に沿って離間した２つのディフレクタ１７及び１９を備える。図示の例では、ディフレクタ１７は、レンズ７がビームスポットを形成する平面８内に位置付ける。ディフレクタ１７及び１９は、ディフレクタコントローラ２１により制御し、ディフレクタコントローラ２１は、物体平面９を中心にビームを傾斜させる機能及び物体平面９内でビームを変位させる機能という２つの機能を独立して実施するよう構成する。図１の参照符号１８は、偏向系１５により偏向させることでビーム５の物体平面に対する入射箇所が光軸２上にあるようにして、ビーム５を光軸２に対してそれぞれ＋α及び−αの角度で傾斜させたビームを示し、このときαは０よりも大きい。例示的な実施形態では、αは、例えば３ｍｒａｄ〜１００ｍｒａｄの値を有することができる。さらに、コントローラ２１は、図１の矢印２３で示すように、角度αを一定に保ちつつ光軸２を中心にビームの入射方向を回転させることができるよう構成する。図１の参照符号２０は、ビームの入射箇所を物体平面９内で変位させるように偏向系１５により偏向させたビームを示し、このとき傾斜角αはゼロである。コントローラは、偏向系１５を励起して、物体平面９内のビーム５の入射箇所及び光軸２に対する傾斜角αの両方を独立して調整できるよう構成する。

第２レンズ１３は、物体平面９の下流に位置する焦点平面２７を有する。図１の参照符号２９は、光軸２に対して角度αで傾斜させ、光軸２上で物体平面を通過し（軸方向光線）、物体により散乱していない荷電粒子を示す。図１の参照符号３０は、光軸２に対して角度αで傾斜させ、物体により散乱角を成してそれぞれ光軸に向かう方向及び光軸から離れる方向に散乱した荷電粒子光線を示す。

物体平面９の中間像は、レンズ１３の下流に位置する中間像平面３３で生成する。図示の例では、中間像平面３３における中間像は、第２レンズ１３及び追加レンズ３５により生成する。他の例によれば、追加レンズ３５を省いて、中間像をレンズ１３により直接生成することが可能である。

図１の線３２は、説明の目的で、互いに共役であり物体平面９と共役な平面同士を接続し、線３４は、互いに共役且つ対物レンズ１３の焦点平面２７と共役な平面同士を接続する。

第２偏向系３７は、レンズ１３の下流に位置付け、中間像平面３３の一箇所を中心にビームを傾斜させるよう構成する。図示の例では、第２偏向系３７は、中間像平面３３に位置決めした単一のディフレクタ３９を備える。他の例では、第２偏向系３７は、中間像平面３３の（仮想的な）一箇所を中心に傾斜させることができるよう構成した複数のディフレクタを備えることができる。

第２偏向系３７は、第２偏向系３７が発生させた偏向角又は傾斜を調整するよう構成したコントローラ４１により制御する。第２偏向系３７のコントローラ４１及び第１偏向系１５のコントローラ２１は、メインコントローラ４３により制御し、物体平面９の上流にある第１偏向系１５が発生させたビーム傾斜を物体平面９の下流にある第２偏向系３７が発生させた傾斜により補償するようにする。これには、光線２９で示す第２偏向系３７の上流の傾斜した回転ビームと散乱光線３０の束とを、第２偏向系３７により偏向させて、これらが図１に参照符号２９′及び３０′で示すように第２偏向系３７の下流で光軸２に対して対称に進むようにするという効果がある。より詳細に後述するように、固定回折パターンが、これらの光線により中間回折面６９に形成される。

物体平面９内に位置決めした試料を通過するビームは、試料により回折させ、対応する回折パターンを、物体平面９の下流に位置決めした検出器４５により記録することができる。

図２ａは、ウバロバイト結晶を含む試料からの非傾斜ビームで記録した例示的な回折パターンを示す。

図２ｂは、入射ビームを第１偏向系１５により光軸を中心に傾斜及び回転させる一方で、第２偏向系３７は傾斜及び回転を補償するよう動作させない場合に得られる、回折パターンを示す。

図２ｃは、傾斜した回転ビームから記録した回折パターンの図であり、第２偏向系３７を、上述のようにビーム傾斜及び回転を補償するよう動作させたものである。図２ｃの回折パターンは、図２ａの回折パターンよりも少ない動的散乱を示しており、これは、試料の結晶構造を得るのにより適していることが明らかである。

図２ｄは、計算及びシミュレーションによりウバロバイト結晶構造から得た回折パターンを示す。図２ｃの回折パターンは、プリセッション回折なしで得た図２ａのパターンよりも図２ｄの予測パターンとの類似性の方が高い。プリセッション回折は、測定試料の複雑な結晶構造を得ることを可能にする回折パターンを得るのに有用であることが明らかである。

図１に示す荷電粒子ビームシステム１は、対物レンズ１３の下流且つ検出器４５の上流に位置し、対物レンズ１３が発生させた収差を補償するよう構成した、補正器５１を備える。図示の例では、補正器５１は、レンズ５３と、六極子５５と、レンズ５７と、六極子５９とを備え、これらは光軸２に沿ってこの順に配置する。図１に示すように、レンズ５３は、レンズ３５及び６３のレンズダブレットにより形成することができ、レンズ５７も、レンズ６５及び６７のレンズダブレットから形成することができる。図示の例の補正器は、多極素子として六極子を含むが、補正器の他の例は、他のタイプの多極子、例えば四極子及び八極子を含む。様々なタイプの補正器に関する背景情報は、米国特許第７，２２３，９８３号明細書、欧州特許第０４５１３７０号明細書、及び米国特許第７，３２１，１２４号明細書から得ることができ、これら文献の全開示を参照により本明細書に援用する。

補正器５１のコンポーネントを補正器コントローラ６１により制御して、レンズ１３の回折面２７を第１六極子５５が位置する中間回折面６９に結像させるようにする。さらに、レンズ５７は、中間回折面６９を、第２六極子５９が位置するさらに別の中間回折面７１に結像させる。さらにまた、中間像平面３３は、六極子５５と六極子５９との間に位置するさらに別の中間像平面７３に結像させることができる。図示の例では、さらに別の中間像平面７３は、レンズダブレット５７のレンズ６５と６７との間に位置付ける。

補正器５１をコントローラ６１により制御して、レンズ収差、例えば対物レンズ１３の球面収差及び場合によっては他の収差を低減又は補償するようにする。図示の例では、２つの六極子５５及び５９は、協働して、対物レンズ１３の球面収差を補償するのに適した負の収差係数の効果を与える。しかしながら、本開示は、このタイプの補正器に限定されない。他のタイプの補正器も本開示の範囲内で想定され、その場合、偏向系は、補正器のコンポーネント間に位置する中間像平面においてビーム傾斜を発生させる。図示の例では、中間像平面３３を中心として、第２偏向系３７は、第１偏向系１５が導入したビーム傾斜を補償するようにビームを傾斜させることができ、その場合、中間像平面３３は、補正器５１のレンズ３５と６３との間に位置付ける。

第３偏向系７４は、補正器５１の下流に位置付け、第１偏向系１５が発生させた物体平面９に対する荷電粒子ビーム５の入射箇所の変化を補償するようにビームを偏向させるよう構成する。図示の例では、第３偏向系７４は、光軸２に沿って離間させてコントローラ７９により制御する２つのディフレクタ７５，７７を備える。

図１に示す例で説明するように、補正器５１は、適合レンズ９３を備えることができ、荷電粒子システムは、投影レンズ９５をさらに備えることができる。図示の例では、適合レンズ９３は、投影レンズ９５の入射像平面８１において物体平面９の像を生成するよう構成する。同時に、適合レンズ９３は、平面９４において焦点平面２７の中間像７１の仮想像を生成する。仮想像平面９４は、レンズ９５の上流に位置付ける。仮想像平面９４は、図１に示す例で説明するように六極子５９の上流に位置付けることができる。さらにまた、第３偏向系７４のディフレクタ７５，７７は、適合レンズ９３と投影レンズ９５との間に位置付ける。

コントローラ７９は、ビームを仮想像平面９４内の一箇所を中心に傾斜させるように第３偏向系７４のディフレクタ７５，７７を制御するよう構成する。図示の例では、ディフレクタ７５及び７７によるビームの偏向は、逆方向にそれぞれ角度γ１及びγ２で行い、第１偏向系１５が変位させて物体平面９内の試料を通過する視野光線２０が偏向系７４の下流で光軸２と一致するように、またビームが光軸２上の場所９４を中心に傾斜するように見えるように行う。

他の例によれば、第３偏向系７３は、焦点平面２７の中間像平面のいずれか１つに位置決めした単一のディフレクタを備えることができる。

第３偏向系７４のコントローラ７９は、メインコントローラ４３により第１偏向系１５のコントローラ２１と同期して制御して、第１偏向系１５が発生した物体平面９に対する荷電粒子ビームの入射箇所の変化を補償するようにする。

荷電粒子システム１は、補正器５１の下流に位置するエネルギーフィルタ８７をさらに備える。図１に示す例で説明するように、エネルギーフィルタは、投影レンズ９５の下流に位置付ける。エネルギーフィルタ８７は、入射瞳平面（図１には図示せず）及び入射像平面（図１には図示せず）を有し、投影レンズ９５は、物体平面９の中間像をエネルギーフィルタの入射瞳平面において生成させ、対物レンズ１３の焦点平面２７の像をエネルギーフィルタ８７の入射像平面において生成させるよう構成する。レンズ９５は、複数の個別レンズを備えるが、図１には１つの単レンズ９５として表す。レンズ９３は、中間像平面７３をレンズ９３と９５との間に位置する平面８１に結像させることにより、物体平面９の中間像を中間像平面８１において生成させるよう構成する。適合レンズ９３も、第２レンズ１３の焦点平面２７の仮想像を、図１に破線３１′で示すように中間像平面９４において生成する。

図１に示す荷電粒子ビームシステム１は、２つのモードで動作させることができる。第１動作モードでは、第２偏向系３７のコントローラ４１をメインコントローラ４３により制御し、メインコントローラ４３は、第１偏向系１５が発生させたビーム傾斜及び回転を第２偏向系３７により補償するように第２偏向系３７を第１偏向系１６と同期して制御する傾斜制御機能を有する。第２動作モードでは、第２偏向系３７は、補正器コントローラ６１の制御下にあるため、第２偏向系３７を用いて補正器５１を調整してその性能を向上させることができる。図１は、荷電粒子ビームシステム１の動作モードを変更するために用いることができるスイッチ９９を示しており、動作モードの変更は、第２偏向系３７を、傾斜制御機能を実施する偏向コントローラ４１及び補正器５１を制御する補正器コントローラ６１の一方に接続することにより行う。補正器コントローラ６１は、第２偏向系３７に向かう制御経路にローパスフィルタを含み、第２偏向系３７のディフレクタに供給した制御信号が３０Ｈｚよりも高い周波数を有する信号成分を実質的に含まないようにする。これにより、補正器５１の安定した動作が可能になる。他方では、傾斜補償機能を実施する偏向コントローラ４１は、第２偏向系３７のコントローラ４１を制御して、ビーム偏向を５０Ｈｚよりも高い周波数で発生させることができるように構成する。

荷電粒子ビームシステムの第１動作モード及び第２動作モードのいずれにおいても、メインコントローラ４３は、その偏向制御機能を実施して第３偏向系７４のコントローラ７９を制御し、第１偏向系１５が発生させた物体平面９内のビームの入射箇所の偏向を補償するようにする。

図３は、図１を参照して上述した荷電粒子ビームシステムの変形形態である、当該システムのさらに別の例の一部を示す。図３に示す荷電粒子ビームシステム１ａは、図１を参照して説明したシステムと同様のプリセッション回折を行うための、荷電粒子ビーム発生器と、レンズと、第１偏向系と、第２偏向系とを有するが、これらは図３には示さない。システム１ａは、図１を参照して説明したシステムの補正器と同様の２つの六極子及びレンズを有する補正器も備えるが、補正器５１ａの六極子５９ａ及びレンズ９３ａのみを図３に示す。システム１ａが図１を参照して上述したシステムと異なる点は、投影レンズ９５ａを補正器５１ａのレンズ９３ａの下流且つ第３偏向系７４ａの上流に位置付け、第３偏向系７４ａをエネルギーフィルタ８７ａの上流に位置付けたことである。

第３偏向系７４ａは、第１偏向系が発生させたシステムの物体平面に対する荷電粒子ビームの入射箇所の変化を補償するようにビームを偏向させるよう構成する。図示の例では、第３偏向系７４ａは、光軸２ａに沿って離間させた２つのディフレクタ７５ａ，７７ａを備える。第３偏向系７４ａのディフレクタ７５ａ，７７ａを、コントローラ７９ａにより制御して、システムの対物レンズの焦点平面の中間像が形成される平面９１ａの一箇所を中心にビームを傾斜させる。図示の例では、ディフレクタ７５ａ及び７７ａによるビームの偏向は、逆方向にそれぞれ角度γ１及びγ２で行い、物体平面から生じる視野光線３１ａが光軸２ａと一致するように、またビームが破線８４で示すように光軸２ａ上の場所８３ａを中心に傾斜して中間像平面８１ａに入るように見えるように行う。他の例によれば、第３偏向系７３ａは、中間像平面８１ａに位置決めした単一のディフレクタを備えることができる。

第３偏向系７３のコントローラ７９ａは、システムのメインコントローラ（図１には図示せず）により第１偏向系と同期して制御して、第１偏向系が発生させた物体平面に対する荷電粒子ビームの入射箇所の変化を補償するようにする。

エネルギーフィルタ８７ａは、補正器５１ａの下流に位置付ける。エネルギーフィルタ８７ａは、入射瞳平面８９ａ及び入射像平面９１を有する。レンズ９３ａ及び９５ａは、補正器５１ａとエネルギーフィルタ８７の入射瞳平面８９及び入射像平面９１との間に位置付け、物体平面の中間像をエネルギーフィルタの入射瞳平面８９ａにおいて生成させるよう、また対物レンズの焦点平面の像をエネルギーフィルタ８７の入射像平面９１において生成させるよう構成する。レンズ９５ａは、図１に示すように複数の個別レンズを含む。レンズ９３ａは、物体平面の中間像をレンズ９３ａと９５ａとの間に位置する中間像平面９７ａにおいて生成させるよう構成する。レンズ９３ａは、レンズ９３ａの上流にある対物レンズの焦点平面の仮想像も生成する。

本開示は、多くの代替形態、変更形態、及び変形形態が当業者に明白となることが明らかな、特定の例示的な実施形態を示す。したがって、本開示で説明した例示的な実施形態は、説明を意図したものであり、限定的な意図は一切ない。添付の特許請求の範囲に定めるような本開示の趣旨及び範囲から逸脱せずに、様々な変更を加えることができる。

Claims (15)

1. ビーム経路を有する荷電粒子ビームシステムであって、
   荷電粒子ビーム発生器と、
   該荷電粒子ビーム発生器が発生させたビームを物体平面に集束するよう構成した第１レンズと、
   前記物体平面の下流に位置し、回折面を有する第２レンズと、
   該第２レンズの下流に位置し、第３レンズ及び第４レンズを含み、前記回折面を第１中間回折面に結像させるよう構成した第１レンズダブレットと、
   前記第１中間回折面に位置する第１多極子と、
   該第１多極子の下流に位置し、第５レンズ及び第６レンズを含み、前記第１中間回折面を第２中間回折面に結像させるよう構成した第２レンズダブレットと、
   前記第２中間回折面に位置する第２多極子と、
   前記物体平面の上流にあり、該物体平面に対する前記荷電粒子ビームの入射角を変化させるように前記物体平面に対して前記ビームを傾斜させるよう構成した第１偏向系と、
   前記第３レンズの下流且つ前記第４レンズの上流に位置し、前記第１偏向系が発生させた前記物体平面に対する前記荷電粒子ビームの入射角の変化を補償するように前記ビームを傾斜させるよう構成した第２偏向系と、
   を備える、荷電粒子ビームシステム。
2. 請求項１に記載の荷電粒子ビームシステムにおいて、前記第２レンズ及び前記第３レンズは、前記物体平面を前記第３レンズの下流且つ前記第４レンズの上流に位置する中間像平面に結像させるよう構成した、荷電粒子ビームシステム。
3. 請求項２に記載の荷電粒子ビームシステムにおいて、前記第２偏向系は、前記中間像平面に対して前記ビームを傾斜させるよう構成した、荷電粒子ビームシステム。
4. 請求項２又は３に記載の荷電粒子ビームシステムにおいて、前記第４レンズ及び前記第５レンズは、前記第１中間像平面を前記第５レンズの下流且つ前記第６レンズの上流に位置する第２中間像平面に結像させるよう構成した、荷電粒子ビームシステム。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の荷電粒子ビームシステムであって、前記第１偏向系が発生させたビーム傾斜量を前記第２偏向系が発生させたビーム傾斜量と同期して制御するよう構成した傾斜コントローラをさらに備える、荷電粒子ビームシステム。
6. 請求項５に記載の荷電粒子ビームシステムにおいて、前記傾斜コントローラは、前記第１偏向系及び前記第２偏向系が発生させた前記ビーム傾斜量を５０Ｈｚよりも高い、特に１００Ｈｚよりも高い周波数で変化させるように前記第１偏向系及び前記第２偏向系を制御するよう構成した、荷電粒子ビームシステム。
7. 請求項５又は６に記載の荷電粒子ビームシステムであって、前記第３レンズ、前記第４レンズ、前記第５レンズ、前記第６レンズ、前記第１多極子、及び前記第２多極子の１つ又は複数を制御するよう構成した補正器コントローラをさらに備え、該補正器コントローラは、第２偏向系を制御するためのローパスフィルタを含む、荷電粒子ビームシステム。
8. 請求項７に記載の荷電粒子ビームシステムにおいて、前記ローパスフィルタは、前記第２偏向系のディフレクタに供給した制御信号が３０Ｈｚよりも高い周波数を有する信号成分を実質的に含まないよう構成した、荷電粒子ビームシステム。
9. 請求項７又は８に記載の荷電粒子ビームシステムであって、前記第２偏向系を前記傾斜コントローラ及び前記補正器コントローラの一方に選択的に接続するよう構成したスイッチをさらに備える、荷電粒子ビームシステム。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の荷電粒子ビームシステムであって、前記第２多極子の下流に位置する第７レンズと、前記第７レンズの下流に位置するエネルギーフィルタをさらに備え、該エネルギーフィルタは、入射瞳平面及び入射像平面を有する、荷電粒子ビームシステム。
11. 請求項１０に記載の荷電粒子ビームシステムであって、前記エネルギーフィルタの上流に位置する第８レンズをさらに備え、該第８レンズは、前記物体平面又は該物体平面の中間像を前記エネルギーフィルタの前記入射瞳平面に結像させるよう、且つ／又は前記回折面又は該回折面の中間像を前記エネルギーフィルタの前記入射瞳平面に結像させるよう構成した、荷電粒子ビームシステム。
12. 請求項１１に記載の荷電粒子ビームシステムにおいて、前記第１偏向系は、前記物体平面に対する前記ビームの入射箇所を変化させるように前記物体平面内で前記ビームを変位させるようさらに構成し、該荷電粒子ビームシステムは、前記エネルギーフィルタの上流に位置し、前記第１偏向系が発生させた前記物体平面に対する前記荷電粒子ビームの前記入射箇所の変化を補償するように前記ビームを傾斜させるよう構成した第３偏向系をさらに備える、荷電粒子ビームシステム。
13. 請求項１２に記載の荷電粒子ビームシステムにおいて、前記第３偏向系は、前記第８レンズの上流に位置付け、前記第８レンズの前記入射像平面に対して前記ビームを傾斜させるよう構成した、荷電粒子ビームシステム。
14. 請求項１２に記載の荷電粒子ビームシステムにおいて、前記第３偏向系は、前記第８レンズの下流且つ前記エネルギーフィルタの上流に位置付け、前記エネルギーフィルタの前記入射像平面に対して前記ビームを傾斜させるよう構成した、荷電粒子ビームシステム。
15. 請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の荷電粒子ビームシステムであって、前記第１偏向系が発生させたビーム変位量を前記第３偏向系が発生させたビーム傾斜量と同期して制御するよう構成した変位コントローラをさらに備える、荷電粒子ビームシステム。