JP7244606B2 - 荷電粒子ビーム装置およびコンピュータ可読媒体 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
[001] 本願は、２０１７年９月１９日に提出された米国出願第６２／５６０，６２２号の優先権を主張するものであり、同出願は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

[002] 本開示は概して、荷電粒子ビーム装置と、その装置を動作させるシステム及び方法と、に関する。

[003] 集積回路（ＩＣ）の製造プロセスにおいて、未完成の又は完成した回路部品は、設計に従って製造され且つ欠陥が無いことを保証するために、検査される。光学顕微鏡を利用する検査システムは、典型的には数百ナノメートルまで低くしたイメージ解像度を有する。そして、イメージ解像度は光の波長によって制限される。ＩＣ部品の物理的な寸法は、サブ１００ナノメートル又はサブ１０ナノメートルにさえ至るまで縮小し続けているため、光学顕微鏡を利用するものよりも高いイメージ解像度を実現可能な検査システムが必要である。

[004] 走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）又は透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）のような、１ナノメートル未満までのイメージ解像度を実現可能な電子ビームベースの顕微鏡は、サブ１００ナノメートルのフィーチャ寸法を有するＩＣ部品を検査するための実用可能なツールとして役立つ。

[005] 電子ビームベースの顕微鏡のスループットを向上させるためには、各々が比較的小電流の複数の電子ビームが用いられる。複数の電子ビームは、サンプルの表面上の複数のスキャンエリアを、それぞれに且つ同時にスキャンすることができる。検査にあたって複数の電子ビームが高いイメージ解像度を提供することを保証するためには、複数の電子ビームをサンプル表面上に合焦させ続けるのが望ましい。

[006] 本開示のいくつかの実施形態によれば、荷電粒子ビーム装置が提供される。荷電粒子ビーム装置は、サンプル上でビームレットのアレイを形成してスキャンするように構成されたビームレット形成ユニットを含む。ビームレットのアレイの第１の部分は焦点面上に合焦され、ビームレットのアレイの第２の部分は焦点面に対してデフォーカスレベルを有する少なくとも１つのビームレットを有する。荷電粒子ビーム装置は、ビームレットのアレイによって形成されたサンプルの画像を検出するように構成されたディテクタと、検出された画像に基づいて焦点面とサンプルとの間の離間のレベルを推定し、その後、推定されたレベルに基づいて離間のレベルを減少させるように構成されたプロセッサと、も含む。

[007] 本開示のいくつかの実施形態によれば、荷電粒子ビーム装置を制御する方法が提供される。方法は、サンプル上でビームレットのアレイを形成することを含む。ビームレットのアレイの第１の部分は焦点面上に合焦され、ビームレットのアレイの第２の部分は焦点面に対してデフォーカスレベルを有する少なくとも１つのビームレットを有する。方法は、ビームレットのアレイによって形成されたサンプルの画像を検出することと、検出された画像に基づいて焦点面とサンプルとの間の離間のレベルを推定することと、推定されたレベルに基づいて離間のレベルを減少させることと、も含む。

[008] 本開示のいくつかの実施形態によれば、コントローラによって実行される、荷電粒子ビームシステムを制御する方法が提供される。方法は、ビームレットのアレイによって形成されたサンプルの画像に基づいて焦点面とサンプルとの間の離間のレベルを推定することを含む。ビームレットのアレイの第１の部分は焦点面上に合焦され、ビームレットのアレイの第２の部分は、焦点面に対してデフォーカスレベルを有する少なくとも１つのビームレットを有する。方法は、推定された離間レベルに基づいて離間のレベルを調節することも含む。

[009] 本開示のいくつかの実施形態によれば、非一時的コンピュータ可読媒体が提供される。非一時的コンピュータ可読媒体は、コントローラの少なくとも１つのプロセッサによって実行可能な命令のセットを記憶して、コントローラに、荷電粒子ビームシステムを制御する方法を実行させる。方法は、ビームレットのアレイによって形成されたサンプルの画像に基づいて焦点面とサンプルとの間の離間のレベルを推定することを含む。ビームレットのアレイの第１の部分は焦点面上に合焦され、ビームレットのアレイの第２の部分は、焦点面に対してデフォーカスレベルを有する少なくとも１つのビームレットを有する。方法は、推定された離間レベルに基づいて離間のレベルを調節することも含む。

[010] 添付の図面は、本明細書に組み込まれるとともにその一部を構成するものであって、いくつかの実施形態を図示している。

[011] 開示される実施形態と一致する制御方法が実施可能である、例示的な荷電粒子ビーム装置を示す図である。 [012] 荷電粒子ビーム装置によって検査中のサンプル上に生成された複数のビームレットのビームレット利用可能範囲及びスキャン領域の平面図を示す図である。 [013] ３つの異なる検査モードにおける、荷電粒子ビーム装置によって検査中のサンプル上に生成された複数のビームレットのスキャン領域の平面図を示す図である。 [014] 開示される実施形態と一致する、検査中のサンプル上に荷電粒子ビーム装置によって形成された、ビームレット利用可能範囲、複数の検査ビームレット、及び複数の焦点検知ビームレットの平面図を示す図である。 [015] いくつかの開示される実施形態と一致する、荷電粒子ビーム装置によって形成された複数の検査ビームレットの焦点面に対するサンプル表面の位置を推定する例示的な方法を示す。 [016] いくつかの開示される実施形態と一致する、荷電粒子ビーム装置を制御するための例示的な制御システムを示す。 [017] いくつかの開示される実施形態と一致する、荷電粒子ビーム装置を用いることによってサンプルを検査する例示的なプロセスを示す。

[018] 次に、例示的な実施形態を詳細に参照する。これらの実施形態は添付の図面に図示されている。以下の実施形態は電子ビームを利用するという文脈で記載されているが、本開示はこれに限定されるものではない。他の種類の荷電粒子ビームが同様に適用されてもよい。

[019] いくつかの開示される実施形態は、荷電粒子ビーム（例えば電子ビーム）装置を提供する。荷電粒子ビーム装置は、サンプル上でビームレットのアレイを形成してスキャンするように構成されたビームレット形成ユニットを含む。ビームレットのアレイの第１の部分（以下、「検査ビームレット」という）は、焦点面上に合焦されるように構成されている。ビームレットのアレイの第２の部分（以下、「焦点検知ビームレット」という）は、焦点面に対してデフォーカスレベルを有する少なくとも１つのビームレットを含む。焦点面とサンプルとの間の離間のレベルは、ビームレットのアレイによって形成されたサンプルの画像に基づいて検出することができる。離間のレベルは、ビームレットのアレイの第１の部分がサンプル上に合焦されることを確実にするために、減少可能である。

[020] 本明細書において用いられる「又は」という用語は、具体的に別段の規定が無い限り、実行不可能である場合を除いて可能なあらゆる組み合わせを含む。例えば、あるデータベースがＡ又はＢを備え得ると述べられている場合、具体的に別段の規定が無いか実行不可能でない限り、そのデータベースは、Ａ、又はＢ、又はＡ及びＢを備え得る。２番目の例として、あるデータベースがＡ、Ｂ、又はＣを備え得ると述べられている場合、具体的に別段の規定が無いか実行不可能でない限り、そのデータベースは、Ａ、又はＢ、又はＣ、又はＡ及びＢ、又はＡ及びＣ、又はＢ及びＣ、又はＡ及びＢ及びＣを備え得る。

[021] 図１は、開示される実施形態と一致する制御方法が実施可能である、例示的な荷電粒子ビーム装置１００を示す図である。図１を参照すると、荷電粒子ビーム装置１００は、電子源１０１と、集光レンズ１１０と、メインアパーチャプレート１７１と、電子源変換ユニット１２０と、一次投影結像システム１３０と、偏向スキャンユニット１３２と、ビーム分離器１６０と、を備えており、これらは一次光軸１００＿１に沿って配置されるとともにこれと整列している。荷電粒子ビーム装置１００は、二次投影結像システム１５０及び電子検出デバイス１４０も備えており、これらは、一次光軸１００＿１と平行でない二次光軸１５０＿１に沿って配置されるとともにこれと整列している。荷電粒子ビーム装置１００は更に、荷電粒子ビーム装置１００によって検査中のサンプル８を支えるサンプルステージ１８０を備えている。電子源１０１、集光レンズ１１０、メインアパーチャプレート１７１、電子源変換ユニット１２０、一次投影結像システム１３０、及び偏向スキャンユニット１３２は、合わせてビームレット形成ユニットを構成する。

[022] 電子源１０１は、一次光軸１００＿１上にクロスオーバ１０１ｓを有する一次電子ビーム１０２を放出するように構成されている。電子源変換ユニット１２０は、電子源１０１の複数の虚像１０２＿２ｖ及び１０２＿３ｖを形成するように構成されている。電子源変換ユニット１２０は、複数のマイクロ偏向器１２２＿２及び１２２＿３を有するマイクロ偏向器アレイ１２２と、複数のマイクロレンズ１２３＿１，１２３＿２及び１２３＿３を有するマイクロ補償器アレイ１２３と、複数のビームレット制限開口１２１＿１，１２１＿２及び１２１＿３を含むビームレット制限板１２１とを備えている。マイクロ偏向器１２２＿２及び１２２＿３は、一次電子ビーム１０２のビームレット１０２＿２及び１０２＿３をそれぞれ偏向させて、虚像１０２＿２ｖ及び１０２＿３ｖを形成するとともにビームレット制限板１２１上に垂直に入射させる。ビームレット制限開口１２１＿１，１２１＿２及び１２１＿３はそれぞれ、一次電子ビーム１０２の中心部１０２＿１の最外殻電子と、偏向されたビームレット１０２＿２及び１０２＿３とを遮断し、それによってビームレット１０２＿１，１０２＿２及び１０２＿３の電流を制限する。

[023] 集光レンズ１１０は、一次電子ビーム１０２を合焦させるように構成されている。集光レンズ１１０の合焦パワーは一次電子ビーム１０２の電流密度を調節するように制御可能であり、それによってビームレット１０２＿１，１０２＿２及び１０２＿３の電流密度が調節される。

[024] 一次投影結像システム１３０は、ビームレット１０２＿１，１０２＿２及び１０２＿３によって形成された電子源１０１の画像をサンプル８の表面７上に投影して複数のプローブスポット１０２＿１Ｓ，１０２＿２Ｓ及び１０２＿３Ｓを形成するように構成されている。一次投影結像システム１３０は、転写レンズ１３３と対物レンズ１３１とを備えている。対物レンズ１３１は、ビームレット１０２＿１，１０２＿２及び１０２＿３をサンプル８の表面７上に合焦させるように構成されている。対物レンズ１３１は、前側焦点を有する磁気レンズを含み得る。転写レンズ１３３は、２つのオフアクシスビームレット１０２＿２及び１０２＿３を、サンプル８の表面７に垂直に着地させるべく、対物レンズ１３１の前側焦点を通過するように合焦させるように構成されている。集光レンズ１１０及び一次投影画像システム１３０のフィールド曲率収差は、複数のビームレット１０２＿１～１０２＿３を、平らな表面すなわち平面ではなく曲面の上に合焦させる。電子源変換ユニット１２０内の複数のマイクロレンズ１２３＿１～１２３＿３の各々は、複数のビームレット１０２＿１～１０２＿３のうち対応する１つを個々に合焦させることができる。したがって、複数のマイクロレンズは、すべてのビームレットを焦点面上に合焦させるように、又は、ビームレットのうちいくつかを焦点面上に合焦させ他を焦点面からデフォーカスさせるように、設定可能である。焦点面は、サンプル表面と一致するのが望ましい。

[025] 偏向スキャンユニット１３２は、ビームレット１０２＿１，１０２＿２及び１０２＿３を偏向させて、サンプル８の表面７上の各スキャンエリアのプローブスポット１０２＿１Ｓ，１０２＿２Ｓ及び１０２＿３Ｓをスキャンするように構成されている。その結果、各スキャンエリアから、プローブスポット１０２＿１Ｓ，１０２＿２Ｓ及び１０２＿３Ｓによって、二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ，１０２＿２ｓｅ及び１０２＿３ｓｅが生成される。二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ，１０２＿２ｓｅ及び１０２＿３ｓｅは、対物レンズ１３１によって合焦され、その後ビーム分離器１６０によってビームレット１０２＿１，１０２＿２及び１０２＿３から分離されるように偏向されて、二次光軸１５０＿１と整列された二次投影結像システム１５０に進入する。

[026] 二次投影結像システム１５０は、二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ，１０２＿２ｓｅ及び１０２＿３ｓｅを電子検出デバイス１４０の複数の検出素子１４０＿１，１４０＿２及び１４０＿３上に合焦させるように構成されている。検出素子１４０＿１，１４０＿２及び１４０＿３の各々は、対応するスキャンエリアの画像信号を提供するように構成されている。二次投影結像システム１５０は、スキャン防止偏向器１５１と、少なくとも２つのレンズ１５２＿１及び１５２＿２を含むズームレンズ１５２と、回転防止磁気レンズ１５４と、を備えている。ズームレンズ１５２は、電子検出デバイス１４０上での二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ，１０２＿２ｓｅ及び１０２＿３ｓｅのピッチを検出素子１４０＿１，１４０＿２及び１４０＿３のピッチに一致させるように構成されている。スキャン防止偏向器１５１は、偏向スキャンユニット１３２がビームレット１０２＿１，１０２＿２及び１０２＿３を偏向させる間、二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ，１０２＿２ｓｅ及び１０２＿３ｓｅを同期的に偏向させて、対応する検出素子１４０＿１，１４０＿２及び１４０＿３内に維持するように構成されている。回転防止磁気レンズ１５４は、電子検出デバイス１４０上での検出素子１４０＿１，１４０＿２及び１４０＿３に対する二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ，１０２＿２ｓｅ及び１０２＿３ｓｅの回転を排除するように構成されている。この回転は、対物レンズ１３１に含まれる磁気レンズによって導入されるものである。

[027] 図１に示される荷電粒子ビーム装置１００は、開示される実施形態と一致する制御方法を実施可能な荷電粒子ビーム装置の一例である。開示される実施形態と一致する制御方法は、図１に示される荷電粒子ビーム装置１００の構成要素よりも多いもしくは少ない構成要素を含む、及び／又は、図１に示される荷電粒子ビーム装置１００の構成要素の異なる配置を含む、他の荷電粒子ビーム装置に適用することが可能である。例えば、いくつかの荷電粒子ビーム装置においては、集光レンズ１１０は備えられていなくてもよい。別の一例として、いくつかの荷電粒子ビーム装置においては、メインアパーチャプレート１７１は集光レンズ１１０の上方に設置されていてもよい。

[028] 図２（ａ）は、検査中のサンプル（例えば図１のサンプル８）上の、ビームレット利用可能範囲２００と、荷電粒子ビーム装置（例えば図１の荷電粒子ビーム装置１００）によって生成された複数のビームレット２１０（例えば図１の１０２＿１ｓ～１０２＿３ｓ）と、の平面図を示す図である。通常スキャン又は検査スキャンにおいては、各ビームレット２１０は、偏向ユニット（例えば図１の偏向スキャンユニット１３２）によって偏向されて、サンプル上の対応するスキャンエリア２２０をスキャンする。複数のビームレット２１０が合わせてサンプルのより大きなスキャン領域２３０をスキャンして、サンプルのスキャン領域２３０の画像を取得することができる。複数のビームレット２１０がスキャン領域２３０をスキャンした後、サンプルは、次の通常スキャンにおいて複数のビームレット２１０がサンプルの次のスキャン領域をスキャンすることができるように、サンプルステージ（例えば図１のサンプルステージ１８０）によって、荷電粒子ビーム装置のＺ方向の一次光軸（例えば、図１の一次光軸１００＿１）に垂直なＸ－Ｙ平面内で移動されてもよい。明確にするため、各通常スキャンはシリアルナンバーＮｏ（ｉ）で標識されてもよく、スキャン領域２３０（ｉ）は、Ｎｏ（ｉ）スキャンにおけるスキャン領域２３０を意味する。Ｎｏ（ｉ＋１）通常スキャンは、Ｎｏ（ｉ）通常スキャンの次の通常スキャンである。次のスキャン領域２３０（ｉ＋１）は、図２（ｂ）では現在のスキャン領域２３０（ｉ）に隣接しており、図２（ｃ）では現在のスキャン領域２３０（ｉ）に近接しており、図２（ｄ）では現在のスキャン領域２３０（ｉ）から遠く離れている。図２（ｂ）から図２（ｄ）の検査モードはそれぞれ、連続リープスキャンモード、短リープスキャンモード、及び長リープスキャンモードと称される。荷電粒子ビーム装置は、３つのモードのうち１つで動作するか、又は、３つのモードのうち１つで動作した後３つのモードのうち別の１つでの動作に変更してもよい。

[029] 荷電粒子ビーム装置によって生成される画像の品質は、サンプル上での複数のビームレットの合焦状況（すなわち、複数のビームレットがサンプル上で焦点されるかどうか、又は複数のビームレットの焦点面がサンプルにどの程度接近するか）に密接に関係している。サンプル表面上で複数のビームレットが合焦され得るように荷電粒子ビーム装置を制御するのが有利であろう。しかしながら、サンプルがｘ－Ｙ平面内を移動して次のスキャン領域を複数のビームレットと整列させるときには、いくつかの要因が合焦状況に影響を及ぼし得る。一方では、サンプル表面が、例えばサンプル表面の局所的な平坦性のばらつき又はＺ方向のステージ位置に起因して、焦点面から離れるように移動されることがある。他方では、焦点面が、例えば複数のビームレットを合焦させる合焦レンズ（例えば図１の集光レンズ１１０、転写レンズ１３３、もしくは対物レンズ１３３）の合焦パワーのドリフト又はサンプル表面上でのチャージアップに起因して、サンプル表面から離れるように変位されることがある。

[030] 複数のビームレットの合焦状況を制御する１つの技術は、光学フォーカスセンサを使用してサンプル表面の位置変動を検知し、検知された位置変動をコントローラにフィードバックするというものである。これにより、コントローラはサンプルステージをＺ方向で移動するように制御して、サンプル表面の位置変動を排除するか、又は合焦レンズのうち少なくとも１つの合焦パワーを調節し、サンプル表面と一致した焦点面を移動させることができる。合焦レンズの１つ以上のパラメータは、その合焦パワーに影響し得る。したがって、合焦パワーは、パラメータのうち少なくとも１つを変化させることによって調節可能である。よって、調節済みのパラメータとサンプル表面の位置変動との間の関係は、予め較正されなければならない。

[031] 焦点面とサンプル表面との間の離間のレベルを直接検知することのできる方法を提案する。開示される実施形態においては、荷電粒子ビーム装置がサンプル上にビームレットのアレイを形成し、そのアレイは、複数の検査ビームレットと、検査ビームレットの周りに複数の焦点検知ビームレットと、を含む。複数の検査ビームレットは、通常スキャンにおいてはサンプル表面のスキャン領域と一致した状態に維持される焦点面上に合焦される。焦点検知ビームレットは、焦点面に対して異なるデフォーカスレベルを有するように構成されている。焦点検知ビームレットによって形成された画像は、焦点面とサンプル表面との間の離間の実際のレベルを推定するために用いることができる。画像は、通常スキャン又は高速スキャンで取得することができる。高速スキャンにおいては、焦点検知ビームレット又はプラス１つもしくはいくつかの検査ビームレットがサンプルをスキャンする。通常スキャンにおいては、焦点検知ビームレットが、検査ビームレットと一緒にサンプルをスキャンする。２回の通常スキャンの合間に１回以上の高速スキャンがあってもよい。

[032] 本明細書において用いられる場合、焦点面とは、多数のビームレットの焦点が位置している仮想平面を指す。あるビームレットのデフォーカスレベルとは、そのビームレットの焦点と基準点（例えば基準ビームレットの焦点）又は基準平面（例えば複数の検査ビームレットの焦点面）との間の、荷電粒子ビーム装置の一次光軸に平行なＺ方向の距離を指す。

[033] 図３は、開示される実施形態と一致する、検査中のサンプル上に荷電粒子ビーム装置によって形成された、ビームレット利用可能範囲３００、複数の検査ビームレット３１０、及び複数の焦点検知ビームレット３５０の平面図を示す図である。焦点検知ビームレット３５０は、複数の検査ビームレットの外側且つビームレット利用可能範囲３００の範囲内に配置されている。いくつかの実施形態においては、焦点検知ビームレットは、複数の検査ビームレット３１０に近接するとともにこれらを囲んでいる。検査ビームレット３１０及び焦点検知ビームレット３５０はいずれも、荷電粒子ビーム装置（例えば図１の装置１００）によって形成されたビームレットのアレイに属する。通常スキャンにおいては、各検査ビームレット３１０は、偏向ユニット（例えば図１の偏向スキャンユニット１３２）によって偏向されて、サンプルの対応する検査スキャンエリア３２０をスキャンする。合わせて、複数の検査ビームレット３１０が検査スキャン領域３３０をスキャンしてもよい。各焦点検知ビームレット３５０は、偏向ユニットによって偏向されて、サンプルの焦点検知スキャンエリア３６０をスキャンする。したがって、荷電粒子ビーム装置によって得られる画像は、検査スキャン領域３３０及び焦点検知スキャンエリア３６０の画像を含む。

[034] 図４（ａ）から図４（ｄ）は、焦点面とサンプル表面との間の離間のレベルを検知するために、検査スキャン領域３３０及び焦点検知スキャンエリア３６０の画像がどのように用いられ得るのかを図示している。Ｎｏ（ｉ）通常スキャンにおいては、図４（ａ）に示されるように、ビームレット４１０＿１，４１０＿２，４１０＿３，４１０＿４及び４１０＿５は、複数の検査ビームレット３１０が合焦される焦点面４３０に対して、それぞれデフォーカスレベル－２，－１，０，１及び２を有する。焦点面４３０とサンプル表面４４０との間には離間ギャップ４９０がある。ビームレット４１０＿１，４１０＿２，４１０＿４及び４１０＿５は、複数の焦点検知ビームレット３５０のうちの４つである。ビームレット４１０＿３は、複数の検査ビームレット３１０のうちの１つであってもよいし、又は複数の焦点検知ビームレット３５０のうちの１つであってもよい。ビームレット４１０＿１の焦点４２０＿１は焦点面４３０よりも下に位置しており、焦点４２０＿１と焦点面４３０との間の距離は負の任意の２単位（例えば－１００ｎｍ）である。ビームレット４１０＿２の焦点４２０＿２は焦点面４３０よりも下に位置しており、焦点４２０＿２と焦点面４３０との間の距離は負の任意の１単位（例えば－５０ｎｍ）である。ビームレット４１０＿３の焦点４２０＿３は焦点面４３０に位置している。ビームレット４１０＿４の焦点４２０＿４は焦点面４３０よりも上に位置しており、焦点４２０＿４と焦点面４３０との間の距離は正の任意の１単位（例えば５０ｎｍ）である。そして、ビームレット４１０＿５の焦点４２０＿５は焦点面４３０よりも上に位置しており、焦点４２０＿５と焦点面４３０との間の距離は正の任意の２単位（例えば１００ｎｍ）である。ビームレット４１０＿１から４１０＿５の様々なデフォーカスレベルは、ビームレット４１０＿１から４１０＿５にそれぞれ対応するマイクロレンズ（例えば図１のマイクロレンズ１２３＿１～１２３＿３）の合焦パワーを調節することによって実現可能である。

[035] 図４（ｂ）は、ビームレット４１０＿１，４１０＿２，４１０＿３，４１０＿４及び４１０＿５によって焦点面４３０上に形成されるプローブスポット４５０＿１，４５０＿２，４５０＿３，４５０＿４及び４５０＿５の画像を図示している。プローブスポット４５０＿１から４５０＿５の寸法は、ビームレット４１０＿１，４１０＿２，４１０＿４及び４１０＿５も焦点面４３０上に合焦される場合には、同一になるであろう。プローブスポット４１０＿１，４１０＿２，４１０＿４及び４１０＿５の寸法は、その各々のデフォーカスレベルの絶対値に伴って増加する。図４（ｂ）に示されるように、プローブスポット４５０＿３はプローブスポット４５０＿１から４５０＿５の中で最も小さく、プローブスポット４５０＿２と４５０＿４とは略同一でプローブスポット４５０＿３よりも大きく、プローブスポット４５０＿１及び４５０＿５は略同一でプローブスポット４５０＿２及び４５０＿４よりも大きい。

[036] 図４（ｃ）は、ビームレット４１０＿１，４１０＿２，４１０＿３，４１０＿４及び４１０＿５によってサンプル表面４４０上に形成されるプローブスポット４６０＿１，４６０＿２，４６０＿３，４６０＿４及び４６０＿５の画像を図示している。図４（ｃ）に示されるように、プローブスポット４５０＿１から４５０＿５の一つ一つの寸法は、ビームレット４１０＿１から４１０＿５のうち対応する１つのデフォーカスレベルと、サンプル表面４４０と焦点面４３０との間の離間ギャップ４９０との組み合わせに関係している。焦点４２０＿２はサンプル表面４４０と一致しており、焦点４２０＿１は焦点面４３０よりもサンプル表面４４０に近接しており、焦点４２０＿３～４２０＿５はサンプル表面４４０よりも焦点面４３０に近接している。したがって、プローブスポット４６０＿１及び４６０＿２はそれぞれプローブスポット４５０＿１及び４５０＿２よりも小さく、プローブスポット４６０＿３，４６０＿４及び４６０＿５はそれぞれプローブスポット４５０＿３，４５０＿４及び４５０＿５よりも大きい。よって、プローブスポット４６０＿２がプローブスポット４６０＿１から４６０＿５の中で最も小さくなる。

[037] 図４（ｄ）は、焦点面４３０及びサンプル表面４４０上でのビームレット４１０＿１から４１０＿５のビームレット測定を図示している。具体的には、曲線４７０は、ビームレット４１０＿１から４１０＿５によって焦点面４３０上に形成されるプローブスポット４５０＿１から４５０＿５の寸法を、ビームレット番号順に、すなわちビームレット４１０＿１からビームレット４１０＿５まで表す。曲線４８０は、ビームレット４１０＿１から４１０＿５によってサンプル表面４４０上に形成されるプローブスポット４６０＿１から４６０＿５の寸法を表す。焦点面４３０がサンプル表面４４０と一致する場合、サンプル表面４４０上の分布の形は曲線４７０と同一になるであろう。焦点面４３０に対するビームレット４１０＿１から４１０＿５のデフォーカスレベルは既に分かっているので、曲線４７０の形は既に分かっている。曲線４７０と曲線４８０とを比較することによって、曲線４８０の形は曲線４７０の形と同一ではなく、したがってサンプル表面４４０は焦点面４３０と一致しないと判定することができる。また、曲線４８０の最小点は、曲線４７０と比較してビームレット１つ左にずれているので、サンプル表面４４０は焦点面４３０よりも下に配設されており、任意の１単位の離間レベル（例えばギャップ４９０）を有すると判定することができる。プローブスポット４６０＿１から４６０＿５の寸法は、ビームレット４１０＿１～４１０＿５によってスキャンされるスキャンエリアの画像において直接測定することはできないが、それらの画像を解析することによって間接的に測定可能である。例えば、スキャンエリアをスキャンするビームレットのプローブスポット寸法が小さいほど、スキャンエリアの画像は鮮明になる。したがって、プローブスポット寸法は画像の鮮明さによって表現することができ、よって図４（ｄ）の各ビームレット測定は対応する画像の鮮明さであってもよい。鮮明さは、画像をフーリエ解析で解析することによって測定可能である。

[038] 離間レベルを正確且つ迅速に推定するために、検査ビームレット３１０と焦点検知ビームレット３５０とは、特性及びスキャン条件が異なり得る。例えば、各焦点検知ビームレット３５０の電流は、サンプル上でのチャージアップを制御するように、各検査ビームレット３１０の電流とは異なっていて（例えばそれより低くて）もよい。各焦点検知ビームレット３５０のスキャンエリアの寸法、スキャン周波数又はスキャン方向は、サンプル上でのチャージアップ及びスループットを制御するように、各検査３１０のそれとは異なっていてもよい。例えば、各焦点検知ビームレット３５０のスキャンエリアは、焦点検知ビームレットに起因するチャージアップの影響を低減するべく、各検査ビームレット３１０のスキャンエリアより小さくてもよい。また、焦点検知ビームレット３５０は、検査モード及びサンプル特徴に関して使い分けられ得る。

[039] 荷電粒子ビーム装置が図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示される連続リープスキャンモード又は短リープスキャンモードで動作する場合、次の検査スキャン領域２３０（ｉ＋１）は現在の検査スキャン領域２３０（ｉ）に非常に近接し、現在のＮｏ（ｉ）通常スキャンと次のＮｏ（ｉ＋１）通常スキャンとの間の時間間隔は非常に小さい。したがって、サンプルが現在の検査スキャン領域２３０（ｉ）から次の検査スキャン領域２３０（ｉ＋１）へと移動されるとき、サンプル表面４４０及び焦点面４３０の位置は実質的に変わらないと仮定するのが合理的である。換言すれば、現在のＮｏ（ｉ）通常スキャンにおける焦点面４３０とサンプル表面４４０との間の離間のレベルは、次のＮｏ（ｉ＋１）スキャンにおいては同じままであろう。現在のＮｏ（ｉ）通常スキャンにおいて推定される離間レベルは、次のＮｏ（ｉ＋１）通常スキャンにおける焦点面４３０とサンプル表面４４０との間の離間のレベルの合理的な推定である。次のＮｏ（ｉ＋１）通常スキャンを開始する前に、図４（ｄ）で得られた推定される離間レベルに基づいて、検査ビームレットのサンプル表面４４０と焦点面４３０との間の離間ギャップ４９０は、検査ビームレットが次のＮｏ（ｉ＋１）通常スキャンにおいてサンプル表面４４０上に合焦され得るように、調節され得る。いくつかの実施形態においては、離間ギャップ４９０は、例えば、サンプルステージ（例えば図１のサンプルステージ１８０）を任意の１単位だけ上昇させ、ひいてはサンプル表面４４０も焦点面４３０と一致するように任意の１単位だけ上昇させることによって、縮小可能である。いくつかの代替的な実施形態においては、離間ギャップ４９０は、焦点面４３０が表面の平面４３０と一致するように任意の１単位だけ降下されるように、荷電粒子ビーム装置内の１つ以上の合焦レンズ（例えば図１の対物レンズ１３１、転写レンズ１３３、又は集光レンズ１１０）の合焦パワーを調節することによって、縮小可能である。合焦レンズの１つ以上のパラメータは、その合焦パワーに影響し得る。したがって、合焦パワーは、パラメータのうち少なくとも１つを変化させることによって調節可能である。いくつかの代替的な実施形態においては、離間ギャップ４９０は、サンプル表面４４０を上昇させるとともに焦点面４３０を下降させることによって縮小可能である。

[040] 荷電粒子ビーム装置が図２（ｄ）に示される長リープスキャンモードで動作する場合、次の検査スキャン領域２３０（ｉ＋１）は現在の検査スキャン領域２３０（ｉ）に近接しておらず、現在のＮｏ（ｉ）通常スキャンと次のＮｏ（ｉ＋１）通常スキャンとの間の時間間隔はあまり小さくない。したがって、サンプルが現在の検査スキャン領域２３０（ｉ）から次の検査スキャン領域２３０（ｉ＋１）へと移動されるとき、サンプル表面４４０及び焦点面４３０の位置は実質的に変化し得ると仮定するのが合理的である。換言すれば、次のＮｏ（ｉ＋１）通常スキャンにおける焦点面４３０とサンプル表面４４０との間の離間のレベルは、現在のＮｏ（ｉ）通常スキャンにおけるそれとは実質的に異なり得る。この場合、次のＮｏ（ｉ＋１）通常スキャンにおける焦点面４３０とサンプル表面４４０との間の離間のレベルを推定するには、３つの手法がある。第１の手法では、前述の技術を使用して、光学フォーカスセンサを用いることによってサンプル表面４４０の位置変動を求め、次のＮｏ（ｉ＋１）通常スキャンにおける離間のレベルは、現在のＮｏ（ｉ）通常スキャンにおいて推定される離間レベルとサンプル表面４４０の推定される位置変動との合計に等しいものと推定することができる。第２の手法では、第１のステップが、第１の手法で求められた推定される離間レベルの見地からサンプル表面４４０と焦点面４３０との間の離間ギャップ４９０を縮小すること、第２のステップが、高速スキャンにおいて複数の焦点検知ビームレットにより離間ギャップ４９０を検出することである。第２のステップでは、複数の焦点検知ビームレットのうち全部又は一部のみが対応する焦点検知スキャンエリアをスキャンし、図４（ａ）から図４（ｄ）に示される方法を用いて離間レベルを推定する。第２のステップで得られる、推定される離間レベルが、次のＮｏ（ｉ＋１）通常スキャンにおける離間レベルと考えられる。第３の手法では、複数の焦点検知ビームレットのうち全部又は一部のみが対応する焦点検知スキャンエリアを高速スキャンでスキャンし、図４（ａ）から図４（ｄ）に示される方法を用いて離間レベルを推定する。推定される離間レベルが、次のＮｏ（ｉ＋１）通常スキャンにおける離間レベルと考えられる。３つの手法のうちいずれか１つによって得られる、推定される次のＮｏ（ｉ＋１）通常スキャンにおける離間のレベルに基づいて、サンプル表面４４０と焦点面４３０との間の離間ギャップ４９０は、次のＮｏ（ｉ＋１）通常スキャンが開始する前に、検査ビームレットが次のＮｏ（ｉ＋１）通常スキャンにおいてサンプル表面４４０上に合焦され得るように、調節されることが可能である。上述したように、離間ギャップ４９０は、サンプル表面４４０及び／又は焦点面４３０をＺ方向で移動させることによって縮小可能である。

[041] 連続リープスキャンモードでは、次の検査スキャン領域２３０（ｉ＋１）は、現在の検査スキャン領域２３０（ｉ）に隣接している。Ｎｏ（ｉ＋１）スキャンの検査スキャンエリアのうち１つ以上は、Ｎｏ（ｉ）通常スキャンの対応する１つ以上の焦点検知ビームレットによって既にスキャン済みであり、Ｎｏ（ｉ＋１）通常スキャンの焦点検知スキャンエリアのうち１つ以上は、Ｎｏ（ｉ）通常スキャンの対応する１つ以上の検査ビームレットによって既にスキャン済みである。いくつかの電荷がスキャン済みの検査スキャンエリア及び焦点検知スキャンエリアに構築されていてもよく、それらの電荷はＮｏ（ｉ＋１）通常スキャンにおける検査ビームレット及び焦点検知ビームレットの合焦状況に影響し得る。電荷の量を減らすために、各焦点検知ビームレットの電流を各検査ビームレットの電流よりも小さく設定してもよい（例えば、図１において、焦点検知ビームレットに対応する各ビーム制限開口の寸法は検査ビームレットに対応する各ビーム制限開口の寸法よりも小さい）。電荷の影響を低減させるために、焦点検知ビームレット３５０は、検査ビームレット３１０に対して非対称的に配置され得る。例えば、図３に示されるように、３つの焦点検知ビームレット３５０と２つの焦点検知ビームレット３５０とが、検査スキャン領域３３０の左側及び右側にそれぞれ配置される。次の検査スキャン領域２３０（ｉ＋１）の左側が現在の検査スキャン領域２３０（ｉ）に隣接しているときには、Ｎｏ（ｉ＋１）通常スキャンの検査スキャンエリアにおける電荷の構築を回避するために、検査スキャン領域３３０の右側にある焦点検知ビームレット３５０は、使用できない（例えば、対応するマイクロ偏向器によって偏向され、図１のビームレット制限板１２１によって遮断される）。同様に、次の検査スキャン領域２３０（ｉ＋１）の右側が現在の検査スキャン領域２３０（ｉ）に隣接しているときには、検査スキャン領域３３０の左側にある焦点検知ビームレット３５０は使用できない。

[042] 短リープスキャンモードでは、次の検査スキャン領域２３０（ｉ＋１）は、現在の検査スキャン領域２３０（ｉ）に近接している。したがって、連続リープスキャンモードで起こることが短リープスキャンモードにおいても起こるであろう。前述の解決策は、短リープスキャンモードにおいても用いられ得る。長リープスキャンモードでは、次の検査スキャン領域２３０（ｉ＋１）は、現在の検査スキャン領域２３０（ｉ）から遠く離れている。したがって、連続リープスキャンモードで起こることは長リープスキャンモードにおいては起こらないであろう。しかしながら、図４（ａ）から図４（ｄ）のサンプル表面４４０と焦点４３０との間の離間のレベルを推定するのに第２及び第３の手法が用いられる場合には、いくつかの電荷が焦点検知スキャンエリアに構築され得る。電荷は、検査スキャンエリアが焦点検知スキャンエリアに近接している検査ビームレットの合焦状況に影響し得る。電荷を減らすために、各焦点検知ビームレットの電流を各検査ビームレットの電流よりも小さく設定してもよいし、又は焦点検知ビームレットのうちいくつかのみが用いられてもよい。また、各焦点検知スキャンエリアは各検査スキャンエリアより小さく設定されてもよい。例えば、第３の手法を用いて離間レベルを推定するときには、偏向スキャンユニット１３２は、使用中の各焦点検知ビームレットを、Ｎｏ（ｉ＋１）スキャンにおける振幅よりも小さい振幅で偏向させる。更に、Ｎｏ（ｉ＋１）通常スキャンにおいては、各焦点検知スキャンエリアは各検査スキャンエリアよりも高速にスキャンされてもよい。例えば、第３の手法を用いて離間レベルを推定するときには、偏向スキャンユニット１３２は、使用中の各焦点検知ビームレットを、Ｎｏ（ｉ＋１）通常スキャンにおけるスキャン周波数よりも高い周波数で偏向させる。そして、各焦点検知スキャンエリアは、Ｎｏ（ｉ＋１）通常スキャンにおいて各検査スキャンエリアがスキャンされる方向とは異なる方向でスキャンされてもよい。

[043] 図５は、いくつかの開示される実施形態と一致する、荷電粒子ビーム装置（例えば図１の荷電粒子ビーム装置１００）を制御するための例示的な制御システム５００を図示している。制御システム５００は、荷電粒子ビーム装置内に備えられていてもよい。代替的には、制御システム５００は、有線又は無線通信インターフェイスを介して荷電粒子ビーム装置に接続されていてもよい。

[044] 図５に図示されるように、制御システム５００は、プロセッサ５１０とメモリ５２０とを備えている。プロセッサ５１０は、様々な種類の処理装置を含み得る。例えば、プロセッサ５１０は、マイクロプロセッサ、プリプロセッサ（画像プリプロセッサなど）、グラフィックスプロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、サポート回路、デジタルシグナルプロセッサ、集積回路、現場プログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又は荷電粒子ビーム装置を制御するためのアプリケーションを実行するのに適した任意の他の種類のデバイスを含み得る。いくつかの実施形態においては、プロセッサ５１０は、任意の種類のシングル又はマルチコアプロセッサを含んでいてもよい。

[045] メモリ５２０は、任意の種類の非一時的な記憶デバイス又はコンピュータ可読媒体を含み得る。例えば、メモリ５２０は非一時的なコンピュータ可読媒体を含み得る。非一時的な媒体の一般的な形態は、例えば、ハードドライブ、コンパクトディスク、ソリッドステートドライブ、磁気テープ、又は任意の他の磁気データ記録媒体、ＣＤ－ＲＯＭ、任意の他の光学データ記録媒体、穴のパターンを有する任意の物理的媒体、ＲＡＭ，ＰＲＯＭ、及びＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ－ＥＰＲＯＭ、又は任意の他のフラッシュメモリ、ＮＶＲＡＭ、キャッシュ、レジスタ、任意の他のメモリチップ又はカートリッジ、及び同じもののネットワーク化されたバージョンを含む。メモリ５２０は、プロセッサ５１０によって実行されたときに、開示された実施形態と一致する様々な方法をプロセッサ５１０に実行させることのできる、様々なモジュールを記憶することができる。図５に図示される例示的な実施形態においては、メモリ５２０は、ステージ制御モジュール５２２、ビームレット制御モジュール５２４、画像処理モジュール５２６、及び離間調節モジュール５２８を含む。

[046] 概して、モジュールとは、他の構成要素（例えば集積回路の一部）と共に使用されるように設計されたパッケージ化された機能性ハードウェアユニット又は関係する機能のうちある特定の機能を実行する（コンピュータ可読媒体上に記憶された）プログラムの一部であり得る。モジュールは、エントリポイント及びエグジットポイントを有していてもよく、例えばＪａｖａ，Ｌｕａ，Ｃ又はＣ＋＋などのプログラミング言語で書かれていてもよい。ソフトウェアモジュールは、コンパイルされて実行可能なプログラムにリンクされ、動的リンクライブラリにインストールされるか、又は、例えばＢＡＳＩＣ，Ｐｅｒｌ，もしくはＰｙｔｈｏｎなどのインタプリタ型プログラミング言語（interpreted programming language）で書かれていてもよい。ソフトウェアモジュールは、他のモジュール又はソフトウェアモジュール自身から呼び出し可能であってもよく、及び／又は検出されたイベント又は割り込みに応じて起動されてもよいことがわかるであろう。演算装置上で実行されるように構成されたソフトウェアモジュールは、コンパクトディスク、デジタルビデオディスク、フラッシュドライブ、磁気ディスク、もしくは任意の他の非一時的媒体などのコンピュータ可読媒体上に、又はデジタルダウンロードとして、提供されてもよい（そして、実行の前にインストール、復元、もしくは復号化を必要とする圧縮された又はインストール可能なフォーマットで元々記憶されていてもよい）。そのようなソフトウェアコードは、演算装置による実行のために、部分的に又は完全に、実行中の演算装置のメモリデバイス上に記憶され得る。ソフトウェア命令は、ＥＰＲＯＭのようなファームウェアに埋め込まれてもよい。更に、ハードウェアモジュールは、ゲート及びフリップフロップなどの接続された論理ユニットで構成されていてもよく、及び／又は、プログラム可能ゲートアレイもしくはプロセッサなどのプログラム可能ユニットで構成されていてもよいことがわかるであろう。本明細書に記載されているモジュール又は演算装置の機能性は、好適にはソフトウェアモジュールとして実装されるが、ハードウェア又はファームウェアで表されてもよい。概して、本明細書に記載されているモジュールは、他のモジュールと組み合わせることが可能であるか、又は物理的な編成もしくは記憶装置に関係なくサブモジュールに分割されることが可能な論理モジュールを指す。

[047] ステージ制御モジュール５２２は、プロセッサ５１０によって実行されるとき、プロセッサ５１０に、サンプルステージ（例えば図１のサンプルステージ１８０）をＸ，Ｙ及びＺ方向のうち１つ以上で目標位置へと移動させるように制御させることができる。目標位置は、ユーザによってユーザ入力デバイスを介して入力されてもよいし、又は、画像処理モジュール５２６のような制御システム５００内の他の構成要素によって決定されてもよい。いくつかの実施形態においては、ステージ制御モジュール５２２は、複数のスキャン領域が荷電粒子ビーム装置によって検査され得るように、サンプルステージを、複数の目標位置に順次移動するように制御してもよい。いくつかの実施形態においては、目標位置は、最適化された合焦条件を達成するように画像処理モジュール５２６（以下で説明する）によって決定されるＺ方向の位置であってもよい。

[048] ビームレット制御モジュール５２４は、プロセッサ５１０によって実行されるとき、荷電粒子ビーム装置内の様々な構成要素を制御することによって、プロセッサ５１０に、荷電粒子ビーム装置によって形成される複数のビームレットの様々な特性を制御させることができる。例えば、ビームレット制御モジュール５２４は、複数のマイクロ偏向器（例えば図１のマイクロ偏向器１２２＿２又は１２２＿３）及び／又は複数のビームレット開口（例えば図１のビームレット制限開口１２１＿１，１２１＿２又は１２１＿３）及び／又は複数のマイクロレンズ（例えば図１のマイクロレンズ１２３＿１，１２３＿２又は１２３＿３）を制御して、焦点面上に合焦する複数の検査ビームレットと、焦点面に対して様々なデフォーカスレベルを有する１つ以上の焦点検知ビームレットとを形成してもよい。ビームレット制御モジュール５２４は、荷電粒子ビーム装置内のビームレットのアレイを合焦させる焦点レンズ（例えば図１の対物レンズ１３１、転写レンズ１３３又は集光レンズ１１０）のうち１つ以上の合焦パワーを制御することによって、焦点面の位置を制御してもよい。合焦レンズの各々の１つ以上のパラメータは、その合焦パワーに影響し得る。したがって、ビームレット制御モジュール５２４は、パラメータのうち少なくとも１つを変化させることによって合焦パワーを調節可能である。また、ビームレット制御モジュール５２４は、ビームレット開口（例えばビームレット制限開口１２１＿１，１２１＿２又は１２１＿３）のアパーチャを制御することによって、ビームレットの寸法及び／又は電流を制御することもできる。そして、ビームレット制御モジュール５２４は、ビームレット制限板（例えばビームレット制限板１２１）によって遮断されたビームレットを偏向させるようにマイクロ偏向器（例えばマイクロ偏向器１２２＿２又は１２２＿３）を制御することもできる。ビームレット制御モジュール５２４は更に、偏向スキャンユニット（例えば偏向スキャンユニット１３２）を制御することによって、ビームレットのスキャンエリア、スキャン方向又はスキャン周波数を制御することができる。

[049] 画像処理モジュール５２６は、プロセッサ５１０によって実行されるとき、プロセッサ５１０に、ビームレットによってサンプル上に形成され検出ユニット（例えば電子検出デバイス１４０）によって収集された画像を処理させるとともに、検査ビームレットの焦点面に対するサンプル表面の位置（例えばサンプル表面と焦点面との間の離間レベル）を推定させることができる。例えば、画像処理モジュール５２６は、検査ビームレット及び／又は焦点検知ビームレットによってサンプル上に形成されたプローブスポットの寸法を解析して、図４（ａ）から図４（ｄ）に関して説明した方法を用いることにより、離間レベルを推定してもよい。別の一例としては、画像処理モジュール５２６は、画像に対してフーリエ解析を行って離間レベルを推定してもよい。

[050] 離間調節モジュール５２８は、プロセッサ５１０によって実行されるとき、プロセッサ５１０に、画像処理モジュール５２６によって得られた結果に基づいてサンプル表面と検査ビームレットの焦点面との間の離間レベルを調節するように、荷電粒子ビーム装置を制御させることができる。いくつかの実施形態においては、離間調節モジュール５２８がステージ制御モジュール５２２に信号を送信して、サンプル表面が検査ビームレットの焦点面と一致し得るように、ステージの位置をＺ方向で制御してもよい。いくつかの代替的な実施形態においては、離間調節モジュール５２８がビームレット制御モジュール５２４に信号を送信して、サンプル表面が検査ビームレットの焦点面と一致し得るように、検査ビームレットの焦点面の位置を制御してもよい。

[051] 図６は、いくつかの開示される実施形態と一致する、荷電粒子ビーム装置（例えば図１の荷電粒子ビーム装置１００）を用いることによってサンプルを検査する例示的なプロセス６００を図示している。荷電粒子ビーム装置は、検査対象のサンプル（例えば図１のサンプル８）上でビームレットのアレイを形成及びスキャンすることができる。ビームレットのアレイは、焦点面上に合焦する複数の検査ビームレット６５０と、焦点面に対して様々なデフォーカスレベルを有する複数の焦点検知ビームレット６６０と、を含む。プロセス６００は、制御システム（例えば図５の制御システム５００）によって制御された荷電粒子ビーム装置によって実行され得る。

[052] まず、ステップ６１０において、荷電粒子ビーム装置は長移動を実行して、サンプルを支えるサンプルステージ（例えば図１のサンプルステージ１８０）を、サンプルの第１のスキャン領域が下に位置するとともに複数の一次ビームレット６５０と垂直方向に整列される目標位置へと移動させる。例えば、制御システム５００のステージ制御モジュール５２２が、サンプルステージを、Ｘ－Ｙ平面内で目標位置へと移動するように制御してもよい。

[053] 次に、ステップ６１２において、荷電粒子ビーム装置はサンプル表面の第１のスキャン領域に対して高速スキャンを実行して、第１のスキャン領域と一次ビームレット６５０の焦点面との間の離間レベルを検出する。高速スキャンは、荷電粒子ビーム装置によって形成されるビームレットの第１のサブセットを用いることによって実行されてもよい。図６に図示される例においては、ビームレットの第１のサブセットは、焦点検知ビームレット６６０のサブセットのみを含む。換言すれば、ステップ６１２における高速スキャンは焦点検知ビームレット６６０のサブセットを用いることによって実行され、その一方で検査ビームレット６５０及び残りの焦点検知ビームレット（図示しない）はサンプル表面をスキャンしない。これは、例えば制御システム５００のビームレット制御モジュール５２４によってマイクロ偏向器（例えばマイクロ偏向器１２２＿２及び１２２＿３）を制御して、検査ビームレット６５０及び残りの焦点検知ビームレットを、これらのビームレットがサンプル表面に入射しないように、サンプル表面以外の方向に向かって偏向させることによって、達成することができる。いくつかの代替的な実施形態においては、高速スキャンに用いられるビームレットの第１のサブセットは、検査ビームレット６５０のサブセットと焦点検知ビームレット６６０のサブセットとを含む。また、ステップ６１２における高速スキャンの際、各ビームレットは、比較的小さなビームレットスキャンエリア又はサンプル表面上の単一の線をスキャンしてもよい。図６に図示される例においては、各焦点検知ビームレット６６０はサンプル表面上の単一の線６７０をスキャンする。

[054] 高速スキャンの実行後、ステップ６１４において、制御システム（例えば制御システム５００の画像処理モジュール５２６）は、ビームレットの第１のサブセットによってサンプル表面上に形成された画像を解析して、第１のスキャン領域のサンプル表面と一次ビームレット６５０の焦点面との間の離間レベルを推定する。いくつかの実施形態においては、図４（ａ）から図４（ｄ）に図示される方法を実施して離間レベルを推定しもよい。

[055] 離間レベルが決定されると、制御システム（例えば制御システム５００の離間調節モジュール５２８）は、ステップ６１４において、第１のスキャン領域のサンプル表面が焦点面と一致し得るように、検査ビームレットの焦点面に対する第１のスキャン領域のサンプル表面の離間レベルを調節する。いくつかの実施形態においては、制御システム（例えばステージ制御モジュール５２２）が、サンプルステージをＺ方向で移動させ、それによってサンプルの位置をＺ方向で調節して、第１のスキャン領域のサンプル表面と一次ビームレットの焦点面との間の離間レベルを減少させてもよい。いくつかの代替的な実施形態においては、制御システム（例えばビームレット制御モジュール５２４）が、１つ以上のレンズ（例えば対物レンズ１３１及び／又は転写レンズ１３３）の合焦パワーを調節して、サンプル表面が焦点面と一致するように検査ビームレットの焦点面の位置を移動させてもよい。

[056] ステップ６１６において、荷電粒子ビーム装置は、サンプル表面の第２のスキャン領域に対して通常スキャンを実行する。いくつかの実施形態においては、第２のスキャン領域は、ステップ６１２で高速スキャンが実行される第１のスキャン領域と重なっていてもよい。いくつかの代替的な実施形態においては、第２のスキャン領域は、第１のスキャン領域にすぐ隣接していてもよい。これは、例えば制御システム５００のステージ制御モジュール５２２によってサンプルステージを制御して、サンプルを、第２のスキャン領域が下に位置するとともに複数の一次ビームレット６５０と垂直方向に整列される位置へと移動させることによって達成され得る。

[057] ステップ６１６の通常スキャンは、荷電粒子ビーム装置によって形成されるビームレットの少なくとも第２のサブセットによって実行されてもよい。図６に図示される実施形態においては、通常スキャンは、検査ビームレット６５０及び焦点検知ビームレット６６０のすべてを用いて実行される。いくつかの代替的な実施形態においては、ビームレットの第２のサブセットは、検査ビームレット５５０のサブセットと焦点検知ビームレット５６０のサブセットとを含む。いくつかの代替的な実施形態においては、ビームレットの第２のサブセットは、検査ビームレット５５０のサブセットのみ又はすべてを含む。通常スキャンが実行されるとき、サンプル表面と焦点面との間の離間レベルは、先のステップ６１４において最小にまで減少されている。したがって、通常スキャンにおいて得られる画質は、離間レベルが調節されていない場合と比較して、向上する。

[058] 通常スキャンの実行後、ステップ６１８において、制御システムは、ビームレットの第２のサブセットによってサンプル表面上に形成された画像を解析して、第２のスキャン領域のサンプル表面と検査ビームレット６５０の焦点面との間の離間レベルを推定する。その後、制御システムは、サンプル表面が焦点面と一致するように離間レベルを調節する。ステップ６１８の実行の仕方はステップ６１４のそれと同様であり、したがってステップ６１８の詳細な記載は繰り返さない。ステップ６１８の完了後、サンプル表面の他の領域を検査するために、ステップ６１６及び６１８が繰り返し実行されてもよい。

[059] いくつかの実施形態においては、荷電粒子ビーム装置は、任意の将来のスキャンに、ステップ６１４において調節された離間レベルを用いる。つまり、ステップ６１８は省略され得る。その代わりに、荷電粒子ビーム装置は、ステップ６１６の通常スキャンを繰り返し実行して、ステップ６１４で調節された同じ離間レベルに基づき、サンプル表面の他の領域を検査する。通常スキャン後の画像の解析及び離間レベルの再調節は不要であるため、検査スループットゲインを向上させることができる。もっとも、これらの実施形態は、サンプル表面全体が比較的平坦であると仮定され、したがって離間レベルが実質的には変動しないときにのみ、実施され得るものであることがわかる。

[060] 実施形態は更に、以下の条項を用いて記載することもできる。

１．サンプル上でビームレットのアレイを形成及びスキャンするように構成されたビームレット形成ユニットであって、ビームレットのアレイの第１の部分は焦点面上に合焦され、ビームレットのアレイの第２の部分は焦点面に対してデフォーカスレベルを有する少なくとも１つのビームレットを有する、ビームレット形成ユニットと、
ビームレットのアレイによって形成されたサンプルの画像を検出するように構成されたディテクタと、
検出された画像に基づいて焦点面とサンプルとの間の離間のレベルを推定し、その後、推定されたレベルに基づいて離間のレベルを減少させるように構成されたプロセッサと、
を備える、荷電粒子ビーム装置。

２．ディテクタは、ビームレットのアレイによって形成された画像の信号をそれぞれ検出する検出素子のアレイを含む、条項１の装置。

３．プロセッサは更に、ビームレット形成ユニットの合焦素子の合焦パワーを調節して離間のレベルを減少させるように構成されている、条項１の装置。

４．プロセッサは更に、サンプルを移動させて離間のレベルを減少させるように構成されている、条項１の装置。

５．ビームレットのアレイの第２の部分の１つのビームレットが焦点面上に合焦される、条項１から４のいずれか一項の装置。

６．プロセッサは更に、
ビームレット形成ユニットを制御して、ビームレットのアレイのうち少なくともビームレットの第１のサブセットを用いてサンプルの第１のスキャンを実施してサンプルの画像を形成し、
サンプルの画像に基づいて離間のレベルを減少させ、
ビームレット形成ユニットを制御して、ビームレットのアレイのうち少なくともビームレットの第２のサブセットを用いてサンプルの第２のスキャンを実施する、
ように構成されている、条項１から５のいずれか一項の装置。

７．ビームレットの第１のサブセットは、第２の部分のビームレットのサブセットを含む、条項６の装置。

８．ビームレットの第１のサブセットは、第１の部分のビームレットと、第２の部分のビームレットのサブセットと、を含む、条項６の装置。

９．ビームレットの第２のサブセットは、第１の部分のビームレットを含む、条項６及び８のいずれか一項の装置。

１０．ビームレットの第２のサブセットは、第１の部分のビームレットと、第２の部分のビームレットのサブセットと、を含む、条項６，７及び８のいずれか一項の装置。

１１．ビームレットの第２のサブセットは、第１の部分のビームレットを含む、条項７の装置。

１２．第２の部分の各ビームレットのスキャン条件は、第１の部分の各ビームレットのスキャン条件とは異なる、条項１１の装置。

１３．スキャン条件は、スキャンエリアである、条項１２の装置。

１４．第２の部分の各ビームレットのスキャンエリアは、第１の部分の各ビームレットのスキャンエリアよりも小さい、条項１３の装置。

１５．スキャン条件は、スキャン周波数である、条項１２の装置。

１６．第２の部分の各ビームレットのスキャン周波数は、第１の部分の各ビームレットのスキャン周波数よりも高い、条項１５の装置。

１７．スキャン条件は、スキャン方向である、条項１２の装置。

１８．第２の部分は、第１の部分に近接し且つ第１の部分を囲む、条項１から１７のいずれか一項の装置。

１９．第２の部分は、第１の部分に対して非対称に配置されている、条項１８の装置。

２０．第２の部分の各ビームレットの電流は、第１の部分の各ビームレットの電流とは異なる、条項１から１９のいずれか一項の装置。

２１．第２の部分の各ビームレットの電流は、第１の部分の各ビームレットの電流よりも低い、条項２０の装置。

２２．第２のスキャンにおけるサンプルのスキャン領域とは異なる、第１のスキャンにおけるサンプルのスキャン領域を更に備える、条項６から２１のいずれか一項の装置。

２３．荷電粒子ビーム装置は、電子ビーム装置である、条項１から２２のいずれか一項の装置。

２４．荷電粒子ビーム装置の制御方法であって、
ビームレットのアレイの第１の部分は焦点面上に合焦され、ビームレットのアレイの第２の部分は焦点面に対してデフォーカスレベルを有する少なくとも１つのビームレットを有するところ、サンプル上でームレットのアレイを形成することと、
ビームレットのアレイによって形成されたサンプルの画像を検出することと、
検出された画像に基づいて焦点面とサンプルとの間の離間のレベルを推定することと、
推定されたレベルに基づいて離間のレベルを減少させることと、
を備える、方法。

２５．ビームレット形成ユニットの合焦素子の合焦パワーを調節して離間のレベルを減少させることを更に備える、条項２４の方法。

２６．サンプルを移動させて離間のレベルを減少させることを更に備える、条項２４の方法。

２７．ビームレットのアレイのうち少なくともビームレットの第１のサブセットを用いてサンプルの第１のスキャンを実施してサンプルの画像を形成することと、
ビームレットの第１のサブセットによって形成されたサンプルの画像に基づいて離間のレベルを減少させることと、
ビームレットのアレイのうち少なくともビームレットの第２のサブセットを用いてサンプルの第２のスキャンを実施することと、
を更に備える、条項２４の方法。

２８．ビームレットの第１のサブセットは、第２の部分のビームレットのサブセットを含む、条項２７の方法。

２９．ビームレットの第１のサブセットは、第１の部分のビームレットと、第２の部分のビームレットのサブセットと、を含む、条項２７の方法。

３０．ビームレットの第２のサブセットは、第１の部分のビームレットを含む、条項２７の方法。

３１．ビームレットの第２のサブセットは、第１の部分のビームレットと、第２の部分のビームレットのサブセットと、を含む、条項２７の方法。

３２．第１のスキャンにおける各ビームレットのスキャン条件は、第２のスキャンにおける各ビームレットのスキャン条件とは異なる、条項２７の方法。

３３．スキャン条件は、スキャンエリアである、条項３２の方法。

３４．第１のスキャンにおける各ビームレットのスキャンエリアは、第２のスキャンにおける各ビームレットのスキャンエリアよりも小さい、条項３３の方法。

３５．スキャン条件は、スキャン周波数である、条項３２の方法。

３６．第１のスキャンにおける各ビームレットのスキャン周波数は、第２のスキャンにおける各ビームレットのスキャン周波数よりも高い、条項３５の方法。

３７．スキャン条件は、スキャン方向である、条項３２の方法。

３８．第２の部分の各ビームレットの電流は、第１の部分の各ビームレットの電流とは異なる、条項２４の方法。

３９．第２の部分の各ビームレットの電流は、第１の部分の各ビームレットの電流よりも低い、条項３８の方法。

４０．コントローラによって実行される、荷電粒子ビームシステムを制御する方法であって、
ビームレットのアレイの第１の部分は焦点面上に合焦され、ビームレットのアレイの第２の部分は焦点面に対してデフォーカスレベルを有する少なくとも１つのビームレットを有するところ、ビームレットのアレイによって形成されたサンプルの画像に基づいて焦点面とサンプルとの間の離間のレベルを推定することと、
推定されたレベルに基づいて離間のレベルを調節することと、
を備える、方法。

４１．コントローラの少なくとも１つのプロセッサによって実行可能な命令のセットを記憶して、コントローラに荷電粒子ビームシステムを制御する方法を実行させる、非一時的コンピュータ可読媒体であって、方法は、
ビームレットのアレイの第１の部分は焦点面上に合焦され、ビームレットのアレイの第２の部分は焦点面に対してデフォーカスレベルを有する少なくとも１つのビームレットを有するところ、ビームレットのアレイによって形成されたサンプルの画像に基づいて焦点面とサンプルとの間の離間のレベルを推定することと、
推定されたレベルに基づいて離間のレベルを調節することと、
を備える、非一時的コンピュータ可読媒体。

[061] 開示される実施形態の荷電粒子ビーム装置は、複数の検査ビームレットの焦点面に対して様々なデフォーカスレベルを有する複数の焦点検知ビームレットを用いて、サンプル表面と焦点面との間の離間レベルを検出する。光学フォーカスセンサのみを用いるシステムと比較して、開示される実施形態の荷電粒子ビーム装置は、向上した焦点性能、より良好な画像解像度、及び安定性を提供する。

[062] 本発明を様々な実施形態との関連で説明してきたが、当業者には、本明細書の検討及び本明細書に開示される発明の実施から、本発明の他の実施形態が明らかになるであろう。本明細書及び実施例は例示的なものとしてのみ考えられることが意図されており、本発明の真の範囲及び精神は以下の特許請求の範囲によって示される。

Claims (17)

1. コントローラの少なくとも１つのプロセッサによって実行可能な命令のセットを記憶して、コントローラに荷電粒子ビーム装置を制御する方法を実行させる、非一時的コンピュータ可読媒体であって、方法は、
   ビームレットのアレイの第１の部分は焦点面上に合焦され、ビームレットのアレイの第２の部分は焦点面に対してデフォーカスレベルを有する少なくとも１つのビームレットを有するところ、サンプル上でビームレットのアレイを形成することと、
   ビームレットのアレイによって形成されたサンプルの画像を検出することと、
   検出された画像に基づいて焦点面とサンプル表面との間の離間のレベルを推定することと、
   推定されたレベルに基づいて離間のレベルを減少させることと、
   を含む、非一時的コンピュータ可読媒体。
2. 前記方法は、ビームレット形成ユニットの合焦素子の合焦パワーを調節して離間のレベルを減少させることを更に含む、請求項１の非一時的コンピュータ可読媒体。
3. 前記方法は、サンプルを移動させて離間のレベルを減少させることを更に含む、請求項１の非一時的コンピュータ可読媒体。
4. 前記方法は、
   ビームレットのアレイのうち少なくともビームレットの第１のサブセットを用いてサンプルの第１のスキャンを実施してサンプルの画像を形成することと、
   ビームレットの第１のサブセットによって形成されたサンプルの画像に基づいて離間のレベルを減少させることと、
   ビームレットのアレイのうち少なくともビームレットの第２のサブセットを用いてサンプルの第２のスキャンを実施することと、
   を更に含む、請求項１の非一時的コンピュータ可読媒体。
5. ビームレットの第１のサブセットは、第２の部分のビームレットのサブセットを含む、請求項４の非一時的コンピュータ可読媒体。
6. ビームレットの第１のサブセットは、第１の部分のビームレットと、第２の部分のビームレットのサブセットと、を含む、請求項４の非一時的コンピュータ可読媒体。
7. ビームレットの第２のサブセットは、第１の部分のビームレットを含む、請求項４の非一時的コンピュータ可読媒体。
8. ビームレットの第２のサブセットは、第１の部分のビームレットと、第２の部分のビームレットのサブセットと、を含む、請求項４の非一時的コンピュータ可読媒体。
9. 第１のスキャンにおける各ビームレットのスキャン条件は、第２のスキャンにおける各ビームレットのスキャン条件とは異なる、請求項４の非一時的コンピュータ可読媒体。
10. スキャン条件は、スキャンエリアである、請求項９の非一時的コンピュータ可読媒体。
11. 第１のスキャンにおける各ビームレットのスキャンエリアは、第２のスキャンにおける各ビームレットのスキャンエリアよりも小さい、請求項１０の非一時的コンピュータ可読媒体。
12. スキャン条件は、スキャン周波数である、請求項９の非一時的コンピュータ可読媒体。
13. 第１のスキャンにおける各ビームレットのスキャン周波数は、第２のスキャンにおける各ビームレットのスキャン周波数よりも高い、請求項１２の非一時的コンピュータ可読媒体。
14. スキャン条件は、スキャン方向である、請求項９の非一時的コンピュータ可読媒体。
15. 第２の部分の各ビームレットの電流は、第１の部分の各ビームレットの電流とは異なる、請求項１の非一時的コンピュータ可読媒体。
16. 第２の部分の各ビームレットの電流は、第１の部分の各ビームレットの電流よりも低い、請求項１５の非一時的コンピュータ可読媒体。
17. プロセッサを備える荷電粒子ビーム装置であって、
    前記プロセッサは、
    ビームレットのアレイの第１の部分は焦点面上に合焦され、ビームレットのアレイの第２の部分は焦点面に対してデフォーカスレベルを有する少なくとも１つのビームレットを有するところ、サンプル上でビームレットのアレイを形成し、
    ビームレットのアレイによって形成されたサンプルの画像を検出し、
    検出された画像に基づいて焦点面とサンプル表面との間の離間のレベルを推定し、
    推定されたレベルに基づいて離間のレベルを減少させる、
    ように構成されている、荷電粒子ビーム装置。

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