JP5854734B2 - 対象物を解析及び／又は処理する粒子ビームデバイス及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、対象物を解析及び／又は処理する粒子ビームデバイス及び方法に関する。

対象物を解析及び／又は処理する粒子ビームデバイスは、従来技術から既知である。より詳細には、電子ビームデバイス、例えば走査型電子顕微鏡（以下、ＳＥＭと称する）又は透過型電子顕微鏡（以下、ＴＥＭと称する）が既知である。

粒子ビーム発生器を、粒子ビームデバイスにおいて粒子ビームを発生させるために用いる。例として、電子ビーム発生器を、ＴＥＭにおいて電子ビームを発生させるために用いる。高分解能を得るために、ＴＥＭのコンポーネントが発生した色誤差を制限することが知られている。この目的で、従来技術では、電子ビームの電子のエネルギー幅を減らす。より厳密には、電子ビーム発生器から出る電子ビームの電子を、モノクロメータユニットによりフィルタリングする。モノクロメータユニットは、電子ビームの電子のうち、予め決定可能なエネルギーから僅かなずれしか有さない電子をＴＥＭのさらなるビーム経路に通す。モノクロメータユニットによりフィルタリングされた後でＴＥＭのさらなるビーム経路に入った電子は、続いてモノクロメータユニットの下流に位置する加速ユニットにより加速される。

従来技術は、ＴＥＭ用の電子ビーム発生器の３部構成設計を開示していた。したがって、この既知の電子ビーム発生器は、電子エミッタ、抑制電極、及び引出電極を備える。さらに、ＴＥＭは、電子ビーム発生器とモノクロメータユニットとの間に接続した電極ユニットを有する。電極ユニットを用いて、電子ビーム発生器が発生した電子ビームをモノクロメータユニットの特定の幾何学的に固定の平面に集束させる。それゆえ、電極ユニットは集束的に働く。さらに、電極ユニットも同様に３部構成設計を有する。したがって、電極ユニットは、第１電極装置、第２電極装置、及び第３電極装置を有し、第２電極装置は、第１電極装置と第３電極装置との間に接続する。第１電極装置を、電子ビーム発生器の引出電極として具現する。したがって、引出電極は、電子ビーム発生器のコンポーネントでもあり電極ユニットのコンポーネントでもある。既知の電極ユニットでは、第３電極装置を、出口電極の形態で具現する。出口電極は、電極ユニットのコンポーネントでもありモノクロメータユニットの第１コンポーネントでもある。電極ユニットのこの設計では、引出電極及び出口電極の両方が、引出電極の電位（引出電位とも称する）にある。

電子ビームの電子は、モノクロメータユニットの非直線軸に沿ってモノクロメータユニットを通過する。電子はそれぞれ、モノクロメータユニット内の１つ又は複数の点でクロスオーバを形成する。上記において、また同じく下記において、クロスオーバは、軸上、例えば粒子ビームデバイスの光軸上で、粒子エミッタ（例えば、電子ビーム発生器）が放出した粒子（ＴＥＭの場合は電子）が収束するのに従い粒子ビームの断面積が極小となる位置と理解されたい。ＴＥＭの光軸に沿った、電子のビーム経路に関してモノクロメータユニットの下流又は上流に配置するコンポーネント、例えば電極及び加速ユニットのタイプ及び設計に関する選択を可能にするためには、モノクロメータユニットの入力側におけるクロスオーバの位置（場所）と、モノクロメータユニットの出力側におけるクロスオーバの位置（場所）とが分かれば十分である。モノクロメータユニットの入力側は、電子がモノクロメータユニットに入る側である。モノクロメータユニットの出力側は、電子がモノクロメータユニットから出る側である。ここで、モノクロメータユニットの入力側におけるクロスオーバ及び出力側におけるクロスオーバは、モノクロメータユニットの直線状のビーム経路の軸上にある。ここで、直線状ビーム経路は、モノクロメータユニットの実際の非直線軸に沿って延びるのではなく、モノクロメータユニットは存在しないがモノクロメータユニットと同じ作用を電子が受ける場合に電子が通過するビーム経路である。モノクロメータユニットの入力側におけるクロスオーバ及び出力側におけるクロスオーバは、仮想的である。

電極ユニットは、電子ビーム発生器が発生した電子ビームを、モノクロメータユニットの入力側におけるクロスオーバの特定の幾何学的に固定の平面に集束させる役割を果たす。これを行うために、従来技術は、引出電極で所定の引出電位を得るための第２電極装置への特定の電位の印加の実施を開示している。電子は、モノクロメータユニットから出た後に、ＴＥＭのさらなるビーム経路における加速ユニットにおいて所望のエネルギーに加速される。加速ユニットにおける電位プロファイルの結果として、加速ユニットは、特定の電子エネルギーを得るための一定の集束作用を有する。こうした理由から、モノクロメータユニットの出力側における仮想クロスオーバ（第１クロスオーバ）は、電子ビームが加速ユニットを通過した後のＴＥＭの光軸の特定の位置で結像される。この特定の位置には、実際の第２クロスオーバ、すなわちモノクロメータユニットの出力側における仮想クロスオーバの像がある。従来技術では、第２クロスオーバの位置を、電子の所望のエネルギーを得るための選択した高電圧と、所定の引出電圧とにより規定する。高電圧が変化する場合（すなわち、電子の所望のエネルギーが変化する場合）及び／又は引出電圧が変化する場合、第２クロスオーバの位置も変化する。

加速ユニットの集束作用は、第１に、モノクロメータユニットの引出電位にある出口電極と加速ユニットの第１加速電極との間の電位降下により、第２に、加速ユニットにおける第１加速電極と第２加速電極との間の電位降下により決まる。しかしながら、モノクロメータユニットの引出電位にある出口電極と加速ユニットの第１加速電極との間の電位降下が、加速ユニットの集束作用に主に寄与する。これは、電子が引出電極と加速ユニットとの間の経路を通過するときの電子エネルギーの相対的増加（引出電極におけるエネルギーに対する）が、引出電極と第１加速電極との間で最大であることに関連する。ここで、エネルギーの相対的増加は、第１電極におけるエネルギーに対する上記電極の２つの間のエネルギーの変化を意味すると理解されたい。

第２クロスオーバの位置は、引出電位の固定、第１加速電極に印加した第１加速電位（すなわち、同じく電子のエネルギーを決定する高電圧）、及び第２加速電極に印加した第２加速電位に応じて変わる。引出電位に応じて、また電子のエネルギーを決定する高電圧に応じて、光軸上の第２クロスオーバの種々の位置が現れる。したがって、これら種々の位置は、選択した引出電位及び電子エネルギーを決定する高電圧の結果として固定的に規定され、変えることができない。

上記従来技術に関して、特許文献１、特許文献２、及び特許文献３を参照されたい。

独国特許第１９６ ３３ ４９６号明細書 米国特許第６，４９５，８２６号明細書 欧州特許第１ ２７７ ２２１号明細書

したがって、本発明は、固定の引出電位及び固定の高電圧の場合でも粒子ビームデバイスの光軸上のクロスオーバの位置を自由に調節できる、粒子ビームデバイス及び方法を示すという目的に基づく。

本発明によれば、この目的は、請求項１の特徴を有する粒子ビームデバイスにより達成する。粒子ビームデバイスにより対象物を解析及び／又は処理する方法を、請求項１２の特徴により示す。本発明のさらに他の特徴及び／又は代替的な実施形態は、以下の説明、添付の特許請求の範囲、及び／又は添付図面から明らかとなる。

対象物を解析及び／又は処理する本発明による粒子ビームデバイスは、光軸と、粒子ビームを発生させる少なくとも１つの粒子ビーム発生器とを備える。例として、粒子ビームデバイスをＴＥＭとして具現し、粒子ビーム発生器を電子ビーム発生器として具現する。

本発明による粒子ビームデバイスは、少なくとも第１電極装置、少なくとも第２電極装置、及び少なくとも第３電極装置を有する、少なくとも第１電極ユニットを備え、対象物の方向に、光軸に沿って粒子ビーム発生器から始めて、最初に第１電極装置を配置し、続いて第２電極装置を配置し、さらに続いて第３電極装置を配置する。第１電極装置は、第１電位にあり、粒子ビーム発生器から粒子を引き出すよう具現する。一方、第２電極装置は、可変の第２電位にある。したがって、第２電位は、選択及び自由な調整が可能である。第３電極装置はさらに、第１電位、すなわち第１電極装置と同じ電位にある。

第１電極ユニットに加えて、本発明による粒子ビームデバイスは、少なくとも第４電極装置、少なくとも第５電極装置、及び少なくとも第６電極装置を有する、少なくとも第２電極ユニットを備え、対象物の方向に、光軸に沿って第３電極装置から始めて、最初に第４電極装置を配置し、続いて第５電極装置を配置し、さらに続いて第６電極装置を配置する。第４電極装置は、第１電極装置のように、第１電位にある。一方、第５電極装置は可変の第３電位にある。したがって、第３電位は、選択及び自由な調整が可能である。

さらに、本発明による粒子ビームデバイスは、粒子ビーム中の粒子を加速させる少なくとも１つの加速ユニットを備える。加速ユニットは、少なくとも第１加速装置及び少なくとも第２加速装置を有し、対象物の方向に、光軸に沿って第２電極ユニットから始めて、最初に第１加速装置を配置し、続いて第２加速装置を配置する。第１加速装置は第４電位にある。一方、第２加速装置は第５電位にある。第１加速装置の第４電位及び第２加速装置の第５電位を、粒子、例えば電子を特定のエネルギーにするために用いる高電圧により予め決定する。

本発明は、以下の考慮事項に基づく。第５電極装置の第３電位の調整性の結果として、光軸上の粒子ビームのクロスオーバの位置を調整するためのさらに別の選択肢が得られる。意外にも、クロスオーバのこの調整は、加速ユニットの総電圧及び引出電位とは実質的に無関係に実行することができることが分かった。表現を変えると、クロスオーバを、第５電極装置の第３電位を変えることにより、粒子ビームデバイスのうち、加速ユニットに続くビーム経路における光軸上の任意の所望の点に位置決めすることができる。これは、加速ユニットの任意の総電圧値で、例えば、約２０ｋＶ〜約３００ｋＶの任意の総電圧値で、また任意の引出電位値で、例えば、約２ｋＶ〜７ｋＶの任意の引出電位値で、常に可能である。

本発明による粒子ビームデバイスの一実施形態では、代替的又は付加的に、第１加速装置を第６電極装置として具現するようになっている。したがって、第１加速装置は、第２電極ユニットの一部でもあり加速ユニットの一部でもある。付加的又は代替的に、第６電極装置が可変の第６電位にあるようになっている。可変の第６電位は第４電位に相当し得る。第６電位の調整性は、光軸上のクロスオーバの位置を調整するためのさらに別の選択肢を提供する。

本発明による粒子ビームデバイスのさらに別の実施形態では、さらに、粒子ビームデバイスは、付加的又は代替的に、少なくとも１つのモノクロメータユニットを備える。より詳細には、モノクロメータユニットが、少なくとも第１モノクロメータ電極装置及び少なくとも第２モノクロメータ電極装置を有するようになっている。対象物の方向に、光軸に沿って第１電極ユニットから始めて、最初に第１モノクロメータ電極装置を配置し、続いて第２モノクロメータ電極装置を配置する。しかしながら、本発明を、２つのモノクロメータ電極装置しか有さないモノクロメータユニットに制限しない。むしろ、モノクロメータユニットに３つ以上のモノクロメータ電極装置がある例示的な実施形態も提供する。すでに上述したように、モノクロメータユニットは、粒子ビームのうち、規定可能なエネルギーから僅かなずれしか有さない粒子を粒子ビームデバイスのさらなるビーム経路に通す。これは、より詳細に後述する。

さらに、付加的又は代替的に、本発明による粒子ビームデバイスは、以下の特徴：
第３電極装置を、モノクロメータ入力電極として具現する、又は
第４電極装置を、モノクロメータ出力電極として具現する、
の少なくとも一方を有するようになっている。

プロセスにおいて、モノクロメータ入力電極は、モノクロメータユニットの入力側、すなわち粒子がモノクロメータユニットに入る側にある。反対に、モノクロメータ出力電極は、モノクロメータユニットの出力側、すなわち粒子がモノクロメータユニットから出て粒子ビームデバイスのさらなるビーム経路に入る側にある。例として、第１モノクロメータ入力電極及び／又は第２モノクロメータ出力電極を、アパーチャユニットの形態で形成する。この例示的な実施形態では、２つの要素を粒子ビームデバイスの２つの異なるユニットに関連付けるようにもなっている。表現を変えると、例えば、第３電極装置が第１電極ユニットの一部でもありモノクロメータユニットの一部でもあるようになっている。さらに、例えば、第４電極装置が第２電極ユニットの一部でもありモノクロメータユニットの一部でもあるようになっている。

本発明による粒子ビームデバイスのさらに別の実施形態では、付加的又は代替的に、第２加速装置の第５電位を可変に構成するようになっている。付加的又は代替的に、加速ユニットが、少なくとも第３加速装置、少なくとも第４加速装置、及び少なくとも第５加速装置を有し、対象物の方向に、光軸に沿って第２加速装置から始めて、最初に第３加速装置を配置し、続いて第４加速装置を配置し、さらに続いて第５加速装置を配置するようになっている。第３加速装置は第７電位にある。一方、第４加速装置は第８電位にあり、第５加速装置は第９電位にある。例として、第７電位、第８電位、及び／又は第９電位を可変に構成するようになっている。上記例示的な実施形態は、粒子ビームの粒子に備えた加速エネルギーの特に適切な調整を可能にする。プロセスにおいて、２つの隣接する加速装置間の電位差を、加速ユニットによる所望の集束を確保するよう常に選択することができる。個々の隣接する加速装置間の電位差は、一定であっても異なっていてもよい。

本発明を上記数の加速装置に制限しないことを明確にしておく。むしろ、任意の適当な数の加速装置を使用可能である。

本発明による粒子ビームデバイスのさらに別の実施形態では、さらに、付加的又は代替的に、粒子ビームデバイスは、少なくとも１つのコンデンサユニットを有し、コンデンサユニットは、以下の特徴：
少なくとも第１コンデンサ装置及び少なくとも第２コンデンサ装置、
少なくとも第１コンデンサ装置、少なくとも第２コンデンサ装置、及び少なくとも第３コンデンサ装置、又は
少なくとも第１コンデンサ装置、少なくとも第２コンデンサ装置、少なくとも第３コンデンサ装置、及び少なくとも第４コンデンサ装置、
の１つを有するようになっている。

本発明を上記数のコンデンサ装置を有するコンデンサユニットに制限しないことを明確にしておく。むしろ、任意の適当な数のコンデンサ装置を使用可能である。

上記コンデンサユニットは、より詳細には、粒子ビームが光軸と平行に対象物に衝突することを可能にするようになっている。付加的又は代替的に、コンデンサユニットを用いて照明視野を調整するようになっている。照明視野は、粒子ビームが照明する対象物の領域の寸法を意味することを理解されたい。表現を変えると、これらは、粒子ビームが衝突する対象物の領域の寸法である。再度付加的又は代替的に、コンデンサユニットを用いて照明アパーチャを調整するようになっている。ここで、照明アパーチャは、照明目的で対象物に送られる粒子ビームの円錐（すなわち、対象物に衝突する粒子ビームの円錐）の開口角を意味することを理解されたい。

本発明による粒子ビームデバイスのさらに別の実施形態では、さらに、付加的又は代替的に、第１電極装置を粒子ビーム発生器の引出電極装置として具現するようになっている。したがって、この例示的な実施形態の第１電極装置は、第１電極ユニットの一部でもあり粒子ビーム発生器の一部でもある。

すでに上述したように、本発明による粒子ビームデバイスを、例えばＴＥＭとして具現する。しかしながら、本発明による粒子ビームデバイスをＴＥＭに制限しないことを明確にしておく。むしろ、任意の適当な粒子ビームデバイス、例えばイオンビームデバイスを使用可能である。

本発明は、上記特徴の少なくとも１つ又は上記特徴の少なくとも２つの組み合わせを有する粒子ビームデバイスにより対象物を解析及び／又は処理する方法にも関する。粒子ビームを、本発明による粒子ビームデバイスの粒子ビーム発生器により発生させる。粒子ビームを、続いて、光軸に対して垂直な平面内又は光軸上に、第１電極ユニットを用いて、第２電位を選択することにより集束させる。例として、この平面を、モノクロメータユニットに配置する。さらに、粒子ビームを、第３電位を選択することにより光軸上の予め決定可能な点に集束させる。
この方法は、より詳細に後述する。

次に、図を用いて、本発明を例示的な実施形態に基づきより詳細に説明する。

ＴＥＭの形態の粒子ビームデバイスの第１セクションの概略図を示す。 電子エネルギーの関数としての第３電位の値の概略図を示す。 図１に示す粒子ビームデバイスの第２セクションの概略図を示す。 図３に示す第２セクションの僅かに変更した実施形態の概略図を示す。 図１に示す粒子ビームデバイスの第２セクションのさらに別の実施形態の概略図を示す。 ＴＥＭの形態の粒子ビームデバイスの第１セクションのさらに別の実施形態の概略図を示す。 ２段コンデンサを備える粒子ビームデバイスの第１セクションの概略図を示す。 ２段コンデンサを備える粒子ビームデバイスの第１セクションのさらに別の概略図を示す。

図１は、ＴＥＭの形態の粒子ビームデバイス１の第１セクションの概略図を示す。

粒子ビームデバイス１の第１セクションは、電子エミッタ２を有する電子ビーム発生器２３を備える。例として、電子エミッタ２を、電界放出エミッタとして具現する。さらに電子エミッタ２を、加熱装置２Ａに接続する。さらに、電子ビーム発生器２３は、抑制電極３及び引出電極４を有する。したがって、電子ビーム発生器２３は、３部構成設計を有する。電子エミッタ２を、エミッタ電位を供給する第１供給ユニット５（高電圧供給ユニット）に接続する。さらに、抑制電極３を、抑制電位を提供する第２供給ユニット６に接続する。さらに、引出電極４を、引出電極４において引出電位を提供する第３供給ユニット７に接続する。電子ビーム発生器２３を用いて、粒子ビームを発生させ、粒子ビームは、電子から構成されて粒子ビームデバイス１の光軸ＯＡに沿って対象物の方向に送られる。

電子ビーム発生器２３の下流には、第１電極ユニット２４があり、これも同様に３部構成設計を有する。第１電極ユニット２４は、最初に、引出電極４の形態の第１電極装置を有する。したがって、引出電極４は、電子ビーム発生器２３の一部でもあり第１電極ユニット２４の一部でもある。以下の本文において、引出電位を、第１電位とも称する。さらに、第１電極ユニット２４は、第２電極装置８及び第３電極装置９を有する。第２電極装置８を、引出電極４と第３電極装置９との間に配置する。第２電極装置８を、可変の第２電位を提供するために第５供給ユニット２５に接続する。したがって、第２電位は、自由に選択可能且つ調整可能である。第３電極装置９を第３供給ユニット７に接続し、第３電極装置９は、引出電極４のように、引出電位の形態の第１電位にある。

電極ユニット２４の下流には、モノクロメータユニット１０がある。モノクロメータユニット１０は、複数の素子からなる。素子の１つは、第３電極装置９の形態の入力電極である。したがって、第３電極装置９は、第２電極ユニット２４の一部でもありモノクロメータユニット１０の一部でもある。さらに、モノクロメータユニット１０には、第１モノクロメータ電極装置１１、第２モノクロメータ電極装置１２、第３モノクロメータ電極装置１３、及び第４モノクロメータ電極装置１４を設け、これらはΩ形状に配置する。さらに、モノクロメータユニット１０は、出口電極１５を有し、これを第４モノクロメータ電極装置１４の後ろに配置する。出口電極１５を、引出電極４のように、第３供給ユニット７に接続し、出口電極１５は引出電位の形態の第１電位にある。

モノクロメータユニット１０の後ろには、第２電極ユニット２６を配置し、これは、ここで示す実施形態では３部構成設計を有する。それゆえ、第２電極ユニット２６は、出口電極１５の形態の第４電極装置を有する。したがって、出口電極１５は、第２電極ユニット２６の一部でもありモノクロメータユニット１０の一部でもある。さらに、第２電極ユニット２６は、第５電極装置１６を有し、これを可変の第３電位を提供する第４供給ユニット２２に接続する。したがって、第５電極装置１６の第３電位は、自由に選択可能且つ調整可能である。第２電極ユニット２６はさらに、第６電極装置１７を有する。

第２電極ユニット２６の後ろには、加速ユニット２７を配置し、これは、ここに示す実施形態では、５つの加速装置、すなわち第６電極装置１７の形態の第１加速装置、第２加速装置１８、第３加速装置１９、第４加速装置２０、及び第５加速装置２１からなる。したがって、第６電極装置１７は、第２電極ユニット２６の一部でもあり加速ユニット２７の一部でもある。各上記加速装置１７〜２１を抵抗チェーン２８を介して相互接続し、各上記加速装置１７〜２１は第１供給ユニット５（高電圧供給ユニット）を介して供給を受ける。したがって、最初に第１抵抗器５７がある。さらに、第２抵抗器２９を、第６電極装置１７の形態の第１加速装置と第２加速装置１８との間に接続する。第３抵抗器３０を、第２加速装置１８と第３加速装置１９との間に接続する。第４抵抗器３１を、第３加速装置１９と第４加速装置２０との間にさらに接続する。さらに、第５抵抗器３２を、第４加速装置２０と第５加速装置２１との間に接続する。各上記抵抗器又は複数の上記抵抗器（例として、全部の抵抗器でさえある）を、可変に構成することができる。ここで示す例示的な実施形態では、第１抵抗器５７及び第２抵抗器２９は、固定的に具現され、加速ユニット２７の特定の電位プロファイルを光軸ＯＡに沿って提供するよう互いに異なる。第３抵抗器３０、第４抵抗器３１、及び第５抵抗器３２は、同一であり、可変に具現しない。より詳細には、各加速装置１７〜２１における電位を、第１供給ユニット５の調整により、したがって提供した高電圧の調整により、変更及び調整するようになっている。本発明のさらに別の実施形態では、第１抵抗器５７及び第２抵抗器２９を可変に具現するようになっている。各加速装置における電位を、第１抵抗器５７及び／又は第２抵抗器２９の抵抗値の調整により変更及び調整することができる。

例として、エミッタ電位は（−２００）ｋＶ、引出電位は（−１９６）ｋＶ、第６電極装置１７における電位は（−１７５）ｋＶ、第２加速装置１８における電位は（−１５０）ｋＶ、第３加速装置１９における電位は（−１００）ｋＶ、第４加速装置２０における電位は（−５０）ｋＶ、第５加速装置２１における電位は０ｋＶである。各加速装置間の電位差が同一ではなく異なることを見ることができる。しかしながら、本発明の実施形態として、各加速装置間の電位差の少なくとも２つ又は全部さえもが同じ大きさであるものも提供する。

以下の本文において、粒子ビームデバイス１の第１セクションの各素子の機能及び効果を次に説明する。

第２電極装置８における第２電位を第５供給ユニット２５により適切に調整することで、図１に示す等価（equivalent）ビーム経路に従ってモノクロメータユニット１０の平面Ｅに電子ビームを収束させることが可能となる。しかしながら、電子は、等価ビーム経路に沿って進むのではなく、モノクロメータユニット１０の非直線軸に沿って進む。ここで、静電偏向場を、第１モノクロメータ電極装置１１、第２モノクロメータ電極装置１２、第３モノクロメータ電極装置１３、及び第４モノクロメータ電極装置１４に提供して、モノクロメータユニット１０が、予め決定可能なエネルギーを有する電子ビームの電子のうち、予め決定可能なエネルギーから僅かなずれしか有さない電子を粒子ビームデバイス１のさらなるビーム経路に通すようにする。予め決定可能なエネルギーのエネルギー幅を、可変スリット絞りにより調整し、例えば、０．０５ｅＶ〜０．７ｅＶ近辺にある。これは、光学収差を減らし、粒子ビームデバイス１の可能な分解能を高める。モノクロメータユニット１０は、モノクロメータユニット１０の入力側（すなわち、電子がモノクロメータユニット１０に入る側）に第１平面（図１には図示せず）を有し、これを、モノクロメータユニット１０の出力側（すなわち、電子がモノクロメータユニット１０から出る側）の第２平面（同様に、図１には図示せず）に、モノクロメータユニット１０の電子光学コンポーネントにより無収差結像する。第１平面及び第２平面は、モノクロメータユニット１０の電子の経路に沿っており、ゼロ以外の間隔を有する。電子エミッタ２が放出する電子ビームを、電子ビームのクロスオーバ平面を上記第１平面に形成するよう第１電極ユニット２４を通して送る。したがって、上記第１平面は、モノクロメータユニット１０の入力側におけるクロスオーバ平面を表す。この第１平面は、モノクロメータユニット１０の電子光学コンポーネントにより上記第２平面に無収差結像するため、第２平面は、モノクロメータユニット１０の出力側におけるクロスオーバ平面を表す。モノクロメータユニット１０の設計に応じて、モノクロメータユニット１０の入力側におけるクロスオーバ平面とモノクロメータユニット１０の出力側におけるクロスオーバ平面との間のビーム経路に、さらなる無収差又は非点収差クロスオーバ平面があり得る。図１に示す等価ビーム経路では、ビーム経路を、モノクロメータユニット１０の入力側におけるクロスオーバ平面及びモノクロメータユニット１０の出力側におけるクロスオーバ平面が平面Ｅで一致するかのように単純に示してある。

電子を、所望の加速エネルギーを得るよう加速ユニット２７で加速させる。ここで、このプロセスにおいて、第６電極装置１７の形態の第１加速装置とさらなる加速装置１８〜２１との間の電位降下を、第１に加速ユニット２７の下流に配置し、第２に光軸ＯＡ上の電子ビームの実際に所望する位置よりも下に位置付ける光軸ＯＡの位置に、電子ビームを集束させるよう選択する。これは、第４電極装置１５と第６電極装置１７の形態の第１加速装置との間の電位差、及び第６電極装置１７の形態の第１加速装置と第２加速装置１８との間の電位差が、さらに他の上記加速装置間のさらに他の電位差未満であることにより可能となる。

ここで、電子ビームには、第２電極ユニット２６の第５電極装置１６における第３電位を第４供給ユニット２２によって調整することにより、電子ビームが光軸ＯＡに沿って電子ビーム発生器２３の方向に所望の位置まで移動してそこに留まるという点で影響を及ぼす。電子ビームのクロスオーバＣＯ１が、このとき所望の位置で得られる。

したがって、粒子ビームデバイス１の第１セクションを用いて、引出電位若しくは電子エネルギーの変化が起きた場合に電子ビームのクロスオーバＣＯ１を光軸ＯＡ上の任意の所望の位置に置くか又は所望の位置に残すことが可能である。これに必要な電位を、引出電位及び電子エネルギーに応じて適宜選択する。図２は、電子エネルギー（高電圧ＨＶで示す）の関数としての第５電極装置１６の第３電位及び可能な引出電位の可能値の概略図を示す。線で相互接続した点は、パラメータとしての所与の引出電位について、電子エネルギーに応じて光軸ＯＡに沿ったクロスオーバ平面の位置が不動となるのにどの第３電位が必要かをそれぞれ示すものである。クロスオーバ平面の所与の位置について、３ｋＶ〜５ｋＶの範囲の各引出電位と１０ｋＶ〜２００ｋＶの各電子エネルギーとに適した第３電位を見出して、クロスオーバを所定のクロスオーバ平面で発生させるようにすることが可能であることを推測可能である。

図３は、クロスオーバＣＯ１（図１を参照）に隣接する粒子ビームデバイス１の第２セクションの例示的な実施形態を示す。クロスオーバＣＯ１は、コンデンサユニットにより縮小結像する。この目的で、コンデンサユニットは、第１コンデンサ装置３３、第２コンデンサ装置３４、及び第３コンデンサ装置３５を有する。このプロセスでは、第１コンデンサ装置３３及び第２コンデンサ装置３４を、クロスオーバＣＯ１の像、すなわちクロスオーバＣＯ２をクロスオーバ平面３６で生成するよう作動させる。クロスオーバＣＯ２は、このとき、単視野集光対物レンズ（single-field condenser-objective lens）３８の焦点面３７内で、第３コンデンサ装置３５により結像する。単視野集光対物レンズ３８は、前視野レンズ（pre-field lens）ユニット４３及び結像レンズユニット４４を有する。物体平面４２に配置した対象物３９を、ここで光軸ＯＡと平行に位置合わせした電子ビームにより照明する。これは、粒子ビームデバイス１の高分解能モードで特に有利である。

照明視野アパーチャ４０を、第３コンデンサ装置３５と単視野集光対物レンズ３８との間に配置する。対象物３９の照明領域の寸法は、照明視野アパーチャ４０の直径と、単視野集光対物レンズ３８による縮小倍率とにより決まる。ここでしめす例示的な実施形態では、照明アパーチャの寸法を決める電子ビームは、その断面が焦点面３７で最小となるため、照明視野アパーチャ４０による対象物３９における照明視野の変化は、照明アパーチャに影響を及ぼさない。偏向系４１を、単視野集光対物レンズ３８の前方に配置する。偏向系４１は、光軸ＯＡに対する電子ビームの僅かなずれを補正する役割を果たす。

粒子ビームデバイス１の高倍率範囲で対象物３９の特定領域を照明するためだけに、照明視野アパーチャ４０が複数の異なるアパーチャ開口を有するようになっている。所望のアパーチャ開口を自動的に調整することができる。

図４は、図３に示すが図３とは異なる動作モードの、粒子ビームデバイス１の断面を示す。したがって、同一のコンポーネントには同一の参照符号を設けてある。図４は、ＳＴＥＭ動作での粒子ビームデバイス１を示す。第３コンデンサ装置３５は、単視野集光対物レンズ３８の入力像平面４５にクロスオーバＣＯ２を形成して、クロスオーバＣＯ１又はＣＯ２の大幅に縮小した像が対象物３９上にできるようにする。この縮小像を、物体平面４２内で偏向系４１により移動させる。電子ビームのアパーチャを、アパーチャユニット４８により画定する。対象物３９を走査する電子ビームの対象物３９上の寸法を、第１コンデンサ装置３３及び第２コンデンサ装置３４の異なる作動により変更することができる。

図５は、粒子ビームデバイス１の第２セクションのさらに別の例示的な実施形態を示す。同一のコンポーネントには、図４と同一の参照符号を設けてある。この例示的な実施形態では、第１コンデンサ装置３３及び第２コンデンサ装置３４を有するコンデンサユニットがある。第２コンデンサ装置３４の下流には、単視野集光対物レンズ３８がある。解析すべき対象物３９を有する試料ホルダ４７を、単視野集光対物レンズ３８に配置する。さらに、単視野集光対物レンズ３８の付近に偏向系４１がある。さらに、単視野集光対物レンズ３８の付近にアパーチャユニット４８がある。単視野集光対物レンズ３８の下流で光軸ＯＡに沿って、第１投影ステージ４９、第２投影ステージ５０、及び検出器５１を配置する。

各上記素子の制御及び供給を、制御ユニットにより行う。したがって、第１コンデンサ装置３３の作動及び供給を、第１制御ユニット５２により行う。第２コンデンサ装置３４用には、第２コンデンサ装置４５の制御及び供給用の第２制御ユニット５３がある。単視野集光対物レンズ３８の作動及び供給を、第３制御ユニット５４により行う。第１投影ステージ４９用には第４制御ユニット５５がある。さらに、第２投影ステージ５０の制御及び供給を、第５制御ユニット５６により行う。

ここで示す例示的な実施形態では、単視野集光対物レンズ３８の励起を、像の設定倍率とは無関係に予め固定的に決定する。ＳＴＥＭモードで電子ビームの非常に小さな直径を発生させるために、第１コンデンサ装置３３及び第２コンデンサ装置３４の励起を適宜変更することができる。ＳＴＥＭモードでの倍率を、偏向系４１により決定する。通常のＴＥＭ動作（すなわち非ＳＴＥＭ動作）では、検出器５１における対象物３９のスケールの変化を、第１投影ステージ４９及び第２投影ステージ５０の作動により引き起こす。さらに、対象物３９における異なる照明視野及び照明アパーチャの設定を、図５に示す粒子ビームデバイス１の第２セクションにより、第１コンデンサ装置３３及び第２コンデンサユニット３４と前視野レンズユニット４３とを用いて行うことが可能である。

図６は、粒子ビームデバイス１の第１セクションのさらに別の例示的な実施形態の概略図を示す。図６の例示的な実施形態は、図１の例示的な実施形態に基づく。それゆえ、同一のコンポーネントには、同一の参照符号を設けてある。図６の例示的な実施形態が図１の例示的な実施形態と異なるのは、モノクロメータユニット１０が第１開口５９及び第２開口６０を有するという点だけである。図６の例示的な実施形態のモノクロメータユニット１０を、第１に、図１に示す例示的な実施形態のように動作させることができる。第２に、図６の例示的な実施形態のモノクロメータユニット１０をオフに切り替えることが可能である。この場合、電子エミッタ２が発生した電子ビームは、第１開口５９及び第２開口６０を通過する。原理上、電子ビームは、モノクロメータユニット１０が粒子ビームデバイス１に存在しないかのように粒子ビームデバイス１の光軸ＯＡに沿って進む。この場合、第１電極ユニット２４及び第２電極ユニット２６をズームモードで動作させることも可能である。このプロセスにおいて、クロスオーバＣＯ１の直径を、第２電極装置８の第２電位を変えることにより、またクロスオーバＣＯ１の位置が固定のままであるときに第５電極装置１６の第３電位を変えることにより、変更することができる。

図７及び図８は、図１又は図６に示す粒子ビームデバイス１の簡略化した概略図を示す。同一のコンポーネントには、同一の参照符号を設けてある。したがって、図７及び図８は、電子エミッタ２、第１電極ユニット２４、平面Ｅを有するモノクロメータユニット１０、第２電極ユニット２６、加速ユニット２７（但し、第２加速装置１８、第３加速装置１９、及び第４加速装置２０のみを有する）、第１コンデンサ装置３３、及び第２コンデンサ装置３４を示す。さらに、図７及び図８は、第２コンデンサ装置３４に配置したアパーチャユニット５８を示す。

以下の本文において、電子ビームのビーム経路をより詳細に説明するが、このビーム経路は、図１に示す例示的な実施形態及び／又は図６に示す例示的な実施形態で生じ得る。原理上、図７及び図８は、コンデンサシステムの調整オプションを説明するものである。第２電極ユニット２６の対応の励起は、非常に多数の電子がアパーチャユニット５８を通過できるような光軸ＯＡに沿ったクロスオーバＣＯ１の位置決めを可能にする。例として、クロスオーバＣＯ１を、加速ユニット２７と第１コンデンサ装置３３との間に配置する（図７を参照）。結果として、多くの電子がアパーチャユニット５８を通過し、大きな電子電流が解析すべき対象物に送られる。この実施形態は、大電流用途に、例えば解析結像及び高分解能ＴＥＭ検査に適している。図８は、別の用途を示す。第２電極ユニット２６を、クロスオーバＣＯ１を電子エミッタ２の方向に、例えば加速ユニット２７の領域で変位させるよう励起することができる。一方で、図７と比較して、これは、解析すべき対象物の方向にアパーチャユニット５８を通過させる電子を少なくさせる。他方で、これは、対象物に衝突する電子ビームのビーム円錐の開口角を小さくする。これは、生じ得る収差も小さくし、小径の電子ビームの形成を支援する。それゆえ、図８に示すビーム経路は、例えば走査透過型電子顕微鏡の画像取得（ＳＴＥＭ画像取得）に適している。

結論として、明記すべきは、本発明が、光軸ＯＡ又は電子ビームの伝播方向に沿った、より詳細には加速ユニット２７と第１コンデンサ装置３３との間の領域における、クロスオーバの随意の位置調整を可能にし、これが、任意の所望の電子エネルギー（したがって、任意の可能な高電圧）及び任意の引出電圧設定で可能であるということである。この効果は、上述のモノクロメータユニットの有無を問わず粒子ビームデバイスで得られる。さらに、解析すべき対象物に送る電子ビームを、クロスオーバの随意に取得可能な位置により、適宜変えることが可能である。

１ 粒子ビームデバイス
２ 電子エミッタ
２Ａ 加熱装置
３ 抑制電極
４ 第１電極装置（引出電極）
５ 第１供給ユニット
６ 第２供給ユニット
７ 第３供給ユニット
８ 第２電極装置
９ 第３電極装置
１０ モノクロメータユニット
１１ 第１モノクロメータ電極装置
１２ 第２モノクロメータ電極装置
１３ 第３モノクロメータ電極装置
１４ 第４モノクロメータ電極装置
１５ 第４電極装置（出口電極）
１６ 第５電極装置
１７ 第６電極装置（第１加速装置）
１８ 第２加速装置
１９ 第３加速装置
２０ 第４加速装置
２１ 第５加速装置
２２ 第４供給ユニット
２５ 第５供給ユニット
２３ 電子ビーム発生器
２４ 第１電極ユニット
２６ 第２電極ユニット
２７ 加速ユニット
２８ 抵抗チェーン
２９ 第２抵抗器
３０ 第３抵抗器
３１ 第４抵抗器
３２ 第５抵抗器
３３ 第１コンデンサ装置
３４ 第２コンデンサ装置
３５ 第３コンデンサ装置
３６ クロスオーバ平面
３７ 焦点面
３８ 単視野集光対物レンズ
３９ 対象物
４０ 照明視野アパーチャ
４１ 偏向系
４２ 物体平面
４３ 前視野レンズユニット
４４ 結像レンズユニット
４５ 入力像平面
４７ 試料ホルダ
４８ アパーチャ
４９ 第１投影ステージ
５０ 第２投影ステージ
５１ 検出器
５２ 第１制御ユニット
５３ 第２制御ユニット
５４ 第３制御ユニット
５５ 第４制御ユニット
５６ 第５制御ユニット
５７ 第１抵抗器
５８ アパーチャユニット
５９ 第１開口
６０ 第２開口
ＣＯ１ クロスオーバ１
ＣＯ２ クロスオーバ２
Ｅ 平面
ＯＡ 光軸

Claims (12)

1. 対象物（３９）を解析及び／又は処理する粒子ビームデバイス（１）であって、
   光軸（ＯＡ）と、
   粒子ビームを発生させる少なくとも１つの粒子ビーム発生器（２３）と、
   少なくとも第１電極装置（４）、少なくとも第２電極装置（８）、及び少なくとも第３電極装置（９）を有し、対象物（３９）の方向に前記光軸（ＯＡ）に沿って前記粒子ビーム発生器（２３）から始めて最初に前記第１電極装置（４）、続いて前記第２電極装置（８）、及びさらに続いて前記第３電極装置（９）を配置し、前記第１電極装置（４）は第１電位にあって前記粒子ビーム発生器（２３）からの粒子を引き出すよう具現し、前記第２電極装置（８）は可変の第２電位にあり、前記第３電極装置（９）は前記第１電位にある少なくとも第１電極ユニット（２４）と、
   少なくとも第４電極装置（１５）、少なくとも第５電極装置（１６）、及び少なくとも第６電極装置（１７）を有し、対象物（３９）の方向に、前記光軸（ＯＡ）に沿って前記第３電極装置（９）から始めて最初に前記第４電極装置（１５）、続いて前記第５電極装置（１６）、及びさらに続いて前記第６電極装置（１７）を配置し、前記第４電極装置（１５）は前記第１電位にあり、前記第５電極装置（１６）は、可変の第３電位にある少なくとも第２電極ユニット（２６）と、
   少なくとも第１加速装置（１７）及び少なくとも第２加速装置（１８）を有し、対象物（３９）の方向に前記光軸（ＯＡ）に沿って前記第２電極ユニット（２６）から始めて最初に前記第１加速装置（１７）及び続いて前記第２加速装置（１８）を配置し、前記第１加速装置（１７）は第４電位にあり、前記第２加速装置（１８）は第５電位にあり、前記粒子ビームを加速させる少なくとも１つの加速ユニット（２７）と、
   を備える、粒子ビームデバイス。
2. 請求項１に記載の粒子ビームデバイス（１）において、該粒子ビームデバイス（１）は、以下の特徴：
   前記第１加速装置（１７）を、前記第６電極装置として具現する、及び
   前記第６電極装置（１７）は、可変の第６電位にある、
   の少なくとも一方を有する、粒子ビームデバイス。
3. 請求項１又は２に記載の粒子ビームデバイス（１）において、該粒子ビームデバイス（１）は少なくとも第１モノクロメータ電極装置（１１）及び少なくとも第２モノクロメータ電極装置（１２）を有する少なくとも１つのモノクロメータユニット（１０）を備え、対象物（３９）の方向に、前記光軸（ＯＡ）に沿って前記第１電極ユニット（２４）から始めて最初に前記第１モノクロメータ電極装置（１１）及び続いて前記第２モノクロメータ電極装置（１２）を配置する粒子ビームデバイス。
4. 請求項３に記載の粒子ビームデバイス（１）において、該粒子ビームデバイス（１）は、以下の特徴：
   前記第３電極装置（９）を、モノクロメータ入力電極として具現する、及び
   前記第４電極装置（１５）を、モノクロメータ出力電極として具現する、
   の少なくとも一方を有する、粒子ビームデバイス。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の粒子ビームデバイス（１）において、前記第１加速装置（１７）の前記第４電位及び／又は前記第２加速装置（１８）の前記第５電位を、可変に構成した、粒子ビームデバイス。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の粒子ビームデバイス（１）において、前記加速ユニット（２７）は少なくとも第３加速装置（１９）、少なくとも第４加速装置（２０）、及び少なくとも第５加速装置（２１）を有し、対象物（３９）の方向に前記光軸（ＯＡ）に沿って前記第２加速装置（１８）から始めて最初に前記第３加速装置（１９）、続いて前記第４加速装置（２０）、及びさらに続いて前記第５加速装置（２１）を配置し、前記第３加速装置（１９）は第７電位にあり、前記第４加速装置（２０）は第８電位にあり、前記第５加速装置（２１）は第９電位にある、粒子ビームデバイス。
7. 請求項６に記載の粒子ビームデバイス（１）において、該粒子ビームデバイス（１）は、以下の特徴：
   前記第７電位を可変に構成する、
   前記第８電位を可変に構成する、及び
   前記第９電位を可変に構成する、
   の少なくとも１つを有する、粒子ビームデバイス。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の粒子ビームデバイス（１）において、該粒子ビームデバイス（１）は、以下の特徴：
   少なくとも１つの調整可能な高電圧供給ユニット（５）、及び
   少なくとも１つの調整可能な抵抗器ユニット（２９、５７）、
   の少なくとも一方を備える、粒子ビームデバイス。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の粒子ビームデバイス（１）において、該粒子ビームデバイス（１）は少なくとも１つのコンデンサユニットを備え、該コンデンサユニットは、以下の特徴：
   少なくとも第１コンデンサ装置（３３）及び少なくとも第２コンデンサ装置（３４）、
   少なくとも第１コンデンサ装置（３３）、少なくとも第２コンデンサ装置（３４）、及び少なくとも第３コンデンサ装置（３５）、及び
   少なくとも第１コンデンサ装置（３３）、少なくとも第２コンデンサ装置（３４）、少なくとも第３コンデンサ装置（３５）、及び少なくとも第４コンデンサ装置（３８）、
   の少なくとも１つを有する、粒子ビームデバイス。
10. 請求項９に記載の粒子ビームデバイス（１）において、該粒子ビームデバイス（１）は、以下の特徴：
    前記コンデンサユニットを、前記光軸（ＯＡ）と平行な前記粒子ビームを形成するよう具現する、
    前記コンデンサユニットを、照明視野を調整するよう具現する、及び
    前記コンデンサユニットを、照明アパーチャを調整するよう具現する、
    の少なくとも１つを有する、粒子ビームデバイス。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の粒子ビームデバイス（１）において、
    前記第１電極装置（４）を、引出電極装置として具現した、粒子ビームデバイス。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の粒子ビームデバイス（１）により、対象物（３９）を解析及び／又は処理する方法であって、
    粒子ビームを、粒子ビーム発生器（２３）を用いて発生させ、
    前記粒子ビームを、光軸（ＯＡ）に対して垂直な平面（Ｅ）内又は前記光軸（ＯＡ）上に、第１電極ユニット（２４）を用いて、第２電位を選択することにより集束させ、
    前記粒子ビームを、第３電位を選択することにより前記光軸（ＯＡ）上の予め決定可能な点（ＣＯ１）に集束させる、方法。

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