JP7275219B2 - 電極構成、電極構成のためのコンタクトアセンブリ、荷電粒子ビームデバイス、および電極構成における電界強度を低減する方法 - Google Patents

電極構成、電極構成のためのコンタクトアセンブリ、荷電粒子ビームデバイス、および電極構成における電界強度を低減する方法 Download PDF

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Description

本明細書に記載される実施形態は、荷電粒子ビームデバイスにおいて電子ビームなどの荷電粒子ビームに影響を与えるための電極構成に関する。荷電粒子ビームデバイスは、１つまたは複数の荷電粒子ビームを用いて試料を画像化および／または検査するための装置、例えば電子顕微鏡であり得る。本明細書に記載される実施形態は、特に、荷電粒子ビームに作用するための電極構成、電極構成のためのコンタクトアセンブリ、および電極構成をもつ荷電粒子ビームデバイスに関する。実施形態は、荷電粒子ビームデバイスの電極構成における電界強度を低減する方法にさらに関する。
荷電粒子ビームデバイスには、限定はしないが、製造中の半導体デバイスの限界寸法合わせ、半導体デバイスの欠陥レビュー、半導体デバイスの検査、リソグラフィのための露光システム、検出デバイス、および試験システムを含む、複数の産業分野において多くの役割がある。したがって、マイクロメートルおよびナノメートルスケールで試料またはサンプルを構造化、試験、および検査することへの高い需要がある。
電子顕微鏡または集束イオンビーム（ＦＩＢ）デバイスのような荷電粒子ビームデバイスの改善は、多くの場合、特定のビーム光学構成要素の改善に依存する。ビーム光学構成要素は、例えば、静電レンズまたは磁気レンズ、偏向器、静電ミラーまたは磁気ミラー、検出器、および分光計である。
荷電粒子ビームデバイスのビーム光学構成要素は、十分に規定された集束、偏向、および／または分散特性をもつ所定の光ビーム経路に沿った荷電粒子ビームの伝搬を可能にするために、互いに対して有利に正確に位置合わせされる。例えば、荷電粒子ビームのための開口をもつ２つ以上の電極を含む静電レンズでは、前記２つ以上の電極は、互いに対してマイクロメートルスケールで有利に位置合わせされ、その結果、開口を通って伝搬する荷電粒子ビームは、静電レンズによって所定の方法で正確に影響を受ける。２つの隣接する電極間に配置され、２つの隣接する電極間の所定の距離および相対的な位置づけを保証するセラミックボールなどのスペーサ要素によって、２つの隣接電極を互いに対して位置合わせすることができる。
動作中、電極の一方は、他方の電極に比べて高い電圧電位に設定することがある。２つの電極の間にスペーサ要素を配置して２つの電極を近い距離で配置すると、２つの電極間の電界強度が局所的に増加し、それにより、アーク放電のリスクが増加することがある。アーク放電は、ビーム光学構成要素を損傷することがあり、検査エラーおよび他の欠陥をもたらすことがある。
上述を考慮して、上述の問題の少なくとも一部を克服する、荷電粒子ビームに作用するための電極構成を提供することは有益であろう。具体的には、電極が十分に位置合わせされ、同時に、電極間の高い電位差に起因するアーク放電のリスクを低減した電極構成を提供することは有益であろう。さらに、そのような電極構成をもつ荷電粒子ビームデバイス、および電極構成における電界強度を低減する方法を提供することは有益であろう。
上述に照らして、独立請求項に記載の電極構成、電極構成のためのコンタクトアセンブリ、電極構成をもつ荷電粒子ビームデバイス、および電極構成における電界強度を低減する方法が提供される。さらなる態様、利点、および特徴は、従属請求項、説明、および添付の図面から明らかである。
１つの態様によれば、荷電粒子ビームに作用するための電極構成が提供される。電極構成は、荷電粒子ビームのための第１の開口をもつ第１の電極と、第２の電極に対して第１の電極を位置合わせするために、第１の電極において第１の電極側に設けられた第１の凹部に位置づけられる第１のスペーサ要素であり、第１のブラインドホールを有する、第１のスペーサ要素と、第１のブラインドホールに設けられた第１の導電性シールドと、第１の電極と第１の導電性シールドとの間の電気接触を行うために第１の電極から第１のブラインドホール内に突き出るコンタクトアセンブリとを含む。
第１のスペーサ要素は、第１の電極と第２の電極とを互いに対して正確に位置づけるために第１の電極と第２の電極との間に挟まれ得る絶縁球またはボール、特にセラミックボールとすることができる。「スペーサ要素」というより一般的な用語が以下の明細書で使用される場合でさえ、本明細書に記載されるスペーサ要素は、一般に、絶縁ボールまたは絶縁球、特に、例えば１０ｍｍの直径を有することができるセラミックボールであることに留意されたい。
いくつかの実施形態では、コンタクトアセンブリは、第１の導電性シールドと電気的に接触するために第１のブラインドホール内に延びる第１のコンタクト要素と、第２のブラインドホールに設けられた第２の導電性シールドと電気的に接触するために第２の電極側に位置づけられた第２のスペーサ要素の第２のブラインドホール内に延びる第２のコンタクト要素とを含む。オプションとして、ばね要素が、第１のコンタクト要素と第２のコンタクト要素との間に作用することができ、それにより、第１のコンタクト要素と第２のコンタクト要素とは離れるように押される。
さらに、荷電粒子ビームに作用するための電極構成、特に、本明細書に記載される実施形態のいずれかによる電極構成のためのコンタクトアセンブリが記載される。コンタクトアセンブリは、第１のブラインドホールに設けられた第１の導電性シールドと電気的に接触するために第１の電極から第１のスペーサ要素の第１のブラインドホール内に延びるように構成された第１のコンタクト要素と、第２のブラインドホールに設けられた第２の導電性シールドと電気的に接触するために第１の電極から第２のスペーサ要素の第２のブラインドホール内に延びるように構成された第２のコンタクト要素と、第１のコンタクト要素と第２のコンタクト要素との間に作用し、第１のコンタクト要素と第２のコンタクト要素とを反対方向に離すように押すばね要素とを含む。
別の態様によれば、試料を画像化および／または検査するための荷電粒子ビームデバイスが提供される。荷電粒子ビームデバイスは、光軸に沿って伝搬する荷電粒子ビームを生成するための荷電粒子ビーム源と、本明細書に記載される実施形態のいずれかによる電極構成を含むビーム影響要素と、荷電粒子ビームを試料上に集束させるための対物レンズデバイスと、試料によって放出された信号荷電粒子を検出するための検出器とを含む。
いくつかの実施形態では、荷電粒子ビームデバイスは、電子顕微鏡、特に、試料の表面にわたって一次荷電粒子ビームを走査するための１つまたは複数の走査偏向器をもつ走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）である。
１つの態様によれば、電極構成、特に、本明細書に記載される実施形態のいずれかによる電極構成における電界強度を低減する方法が提供される。この方法は、光軸に沿って伝搬する荷電粒子ビームを生成することと、少なくとも、第１の電位に定められた第１の電極、第２の電位に定められた第２の電極、および第１の電極と第２の電極とを互いに対して位置合わせするために第１の電極と第２の電極との間に挟まれた第１のスペーサ要素を含む電極構成によって荷電粒子ビームを誘導することと、第１のスペーサ要素の第１のブラインドホールに設けられた第１の導電性シールドにより、第１の電極と第１のスペーサ要素との間の接触点から離れたところに電界線を曲げることであり、第１のブラインドホールに突き出るコンタクトアセンブリが、第１の導電性シールドと第１の電極との間の電気接触を行う、曲げることとを含む。
実施形態は、さらに、開示された方法を実行するための装置を対象とし、各々の記載された方法の特徴を実行するための装置部品を含む。方法の特徴は、ハードウェア構成要素、適切なソフトウェアによってプログラムされたコンピュータ、２つのものの任意の組合せによって、または任意の他の方法で実行することができる。さらに、実施形態はまた、記載された装置を製造する方法、および記載された装置を動作させる方法を対象とする。それは、装置のすべての機能を実行するための方法の特徴を含む。
本開示の上述に列挙した特徴を詳細に理解できるように、上述で簡単に要約された説明のより詳細な説明が、実施形態を参照して得られ得る。添付の図面は、本開示の実施形態に関連し、以下で説明される。
本明細書に記載される実施形態による電極構成の概略断面図である。 電極構成における電界を示す、図１の電極構成の一部の拡大図である。 本明細書に記載される実施形態による電極構成の部分的な斜視図および部分的な断面図である。 図３Ａの電極構成の一部の拡大図である。 本明細書に記載される実施形態による荷電粒子ビームデバイスの概略図である。 本明細書に記載される実施形態による電極構成における電界強度を低減する方法を示す流れ図である。 三叉点の位置を示すための電極構成の概略図である。 図７Ａは導電性シールドが中に設けられていないスペーサ要素を用いる電極構成を示す図である。図７Ｂは電極構成における三叉点における電界強度増強を示す、図７Ａの電極構成の一部の拡大図である。
次に、様々な実施形態が詳細に参照され、その１つまたは複数の例が図に示される。以下の説明の中で、同じ参考番号は同じ構成要素を指す。一般に、個々の実施形態に関する差異のみが説明される。各例は、説明のために提供されており、限定を意味していない。さらに、１つの実施形態の一部として図示または説明される特徴は、さらに、さらなる実施形態をもたらすために、他の実施形態で使用されるか、またはそれと併せて使用されてもよい。説明にはそのような変更および変形が含まれていることが意図される。
本出願の範囲を限定することなしに、以下では、荷電粒子ビームデバイスまたはその構成要素は、典型的には、信号電子を検出するように構成された電子ビーム装置と呼ばれることになる。信号電子は、特に、二次電子および／または後方散乱電子、特に、二次電子（ＳＥ）と後方散乱電子（ＢＳＥ）との両方を含む。しかしながら、本明細書に記載される実施形態は、サンプル画像または検査もしくは処理結果を得るために、イオンの形態の二次荷電粒子および／または後方散乱荷電粒子などの他の微粒子を検出するデバイスおよび構成要素に適用できることを理解されたい。その結果、本明細書に記載される実施形態では、荷電粒子は、電子に限定されない。
本明細書で使用される「電極構成」は、電子ビームなどの荷電粒子ビームに影響を与えるように構成された、所定の電位に設定することができる電極をもつビーム光学構成要素またはその一部である。例えば、電極構成は、荷電粒子ビームデバイスの荷電粒子ビーム経路に沿って続いて配置される２つ、３つ、またはより多くの電極を含むことができる。本明細書に記載される電極構成は、静電レンズもしくは磁気レンズ、静電ミラーもしくは磁気ミラー、静電偏向器もしくは磁気偏向器、または静電界および／または磁界を介して荷電粒子ビームに作用する別の静電もしくは磁気の他の構成要素のいずれかの一部とすることができる。電極構成は、荷電粒子ビーム顕微鏡、例えば、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査透過顕微鏡（ＳＴＥＭ）、または試料を構造化するために荷電粒子ビームを使用するデバイス、例えば、リソグラフィマスクを構造化するために使用される電子ビームパターン発生器、または試料をスライスもしくはミルするための集束イオンビームデバイス（ＦＩＢ）のような荷電粒子ビームデバイスで使用することができる。
図１は、荷電粒子ビーム１０５に作用するための電極構成１００を示す。荷電粒子ビーム１０５は、電極構成１００を通って光軸Ａに沿って伝搬することができる。電極構成１００は、荷電粒子ビームのための第１の開口１１１をもつ第１の電極１１０を含み、第１の開口１１１は、電極構成１００の光軸Ａと同軸で位置合わせされ得る。いくつかの実施形態では、第１の電極１１０は、第１の電極の開口を通ってそれぞれの光軸に沿って伝搬することができる複数の荷電粒子ビームレットのための２つ、３つ、またはより多くの開口を含む。第１の電極１１０は、所定の方法で荷電粒子ビーム１０５に影響を与えるための電位に、例えば、静的電位または変動電位に設定することができる。
いくつかの実施形態では、第１の電極１１０は、光軸Ａに沿って配置された第２の電極１２０およびオプションとして第３の電極１３０を含むことができる静電レンズまたは別のビーム光学構成要素の一部である。例えば、第１の電極１１０、第２の電極１２０、および第３の電極１３０は、アインツェルレンズを形成することができる。第１の電極１１０は、第２の電極１２０と第３の電極１３０との間に配置させることができ、それ故に、「中央電極」と呼ぶこともできる。言い換えれば、第２の電極１２０は、第１の電極１１０の上流に配置させることができ、第３の電極１３０は、第１の電極１１０の下流に配置させることができる。各電極は、少なくとも、荷電粒子ビームのための開口を含み、開口は、互いに対して同軸で位置合わせされ得る。第１の電極１１０は第１の開口１１１を含み、第２の電極１２０は第２の開口１２１を含むことができ、第３の電極１３０は第３の開口１３１を含むことができ、開口は、荷電粒子ビーム１０５が開口を通って光軸Ａに沿って伝搬することができるように位置合わせされ得る。いくつかの実施形態では、各電極は、電極構成を通って伝搬することができる複数のビームレットのための複数の開口を含む。
第１の電極１１０（および同様にさらに電極構成１００の他の電極）は、導電性材料、例えば、金属のプレートを含むことができる。第１の開口１１１は、光軸Ａに対して、１００μｍ以下、特に５μｍ以下の精度で同軸に位置合わせされ得る。
第１の電極１１０と第２の電極１２０とは、第１の電極１１０と第２の電極１２０との間に挟まれた第１のスペーサ要素１４０を介して光軸Ａに沿って互いに所定の距離に位置づけられ得る。第１のスペーサ要素１４０は、第２の電極１２０に対して第１の電極１１０を位置合わせするために第１の電極１１０に設けられた第１の凹部１１２に位置づけられ得る。第１のスペーサ要素１４０は、光軸Ａ（本明細書では軸方向Ａとも呼ばれる）に沿った方向における第１の電極１１０と第２の電極１２０との間の正確な相対的位置づけと、さらに、光軸Ａに対して垂直な平面における（すなわち、第１の電極１１０の半径方向および／または円周方向における）正確な相対的位置づけとを保証することができる。その結果、第１のスペーサ要素１４０は、第１の電極１１０に対する第２の電極１２０の正しい位置合わせを保証することができ、その結果、第１の開口１１１は、第２の開口１２１と同軸で位置合わせされる。
第１のスペーサ要素１４０は、絶縁材料で製作することができ、そのため、第１の電極１１０と第２の電極１２０とは、互いに電気的に絶縁され、異なる電位に定めることができる。いくつかの実施形態では、第１のスペーサ要素１４０は、第１の電極１１０に設けられた第１の凹部１１２および第２の電極１２０に設けられた第２の凹部１２２に位置づけられる絶縁ボールまたは絶縁球とすることができる。第１の凹部１１２（および第２の電極凹部１２２）は、絶縁球として形成された第１のスペーサ要素１４０が第１の凹部１１２の１つの特定の所定の位置に（および第２の電極凹部１２２の１つの特定の所定の位置に）配置されるように形成することができる。例えば、第１の凹部１１２および／または第２の電極凹部１２２は、円錐形凹部とすることができる。
第１の電極１１０に対して第２の電極１２０を高い精度および高い平行度で位置合わせするために、絶縁球として形成された少なくとも３つのスペーサ要素を第１の電極１１０と第２の電極１２０との間に挟むことができる（図１には、それらのうちの２つが光軸Ａの両側に示されており、図３Ａは、すべての３つのスペーサ要素の位置を示している）。３つのスペーサ要素の各々は、第１の電極と第２の電極を互いに対して位置合わせするために、第１の電極および第２の電極に設けられたそれぞれの凹部に位置づけることができる。例えば、３つのスペーサ要素は、第１の電極１１０の中心に対して均等に分布した角度位置に配置することができる（例えば、光軸Ａから見たときに、それぞれ、１２０°の角度が２つの隣接するスペーサ要素間に含まれ得る）。第１の電極と第２の電極との間に挟まれている、第１の電極および第２の電極のそれぞれの凹部に配置された３つのスペーサ要素は、すべての関連する次元において、すなわち、軸方向に、および軸方向Ａに対して垂直な平面において、第１の電極に対する第２の電極の正確な位置合わせを保証することができる。具体的には、第１の開口１１１および第２の開口１２１は、５μｍ以上の精度で光軸Ａに対して同軸で位置合わせすることができ、第１の電極と第２の電極との間の距離は、５μｍ以上の精度で所定の距離に対応することができる。
いくつかの実施形態では、３つのスペーサ要素は、絶縁材料で製作された球形形状の本体とすることができる。第１の電極１１０と第２の電極１２０との間に高い平行度を設けるために、球形形状の本体の直径は、１／１０００未満だけ、特に、１／１００００未満だけ互いに異なってもよい。例えば、図１の第１のスペーサ要素１４０の直径が、公称で１０ｍｍである場合、光軸Ａの他の側のスペーサ要素の直径は、１０μｍ未満だけ、または１μｍ未満だけ公称の直径からずれてもよい。そのような高い形状寸法精度を有する、例えばＡｌ2Ｏ3または他のセラミック材料で製作される球の製造は、よく知られている。いくつかの実施形態では、第１のスペーサ要素１４０および／または他のスペーサ要素は、１０ｍｍの直径をもつセラミック球である。
次に、図６、図７Ａ、および図７Ｂを参照して説明するように、絶縁球として形成されたスペーサ要素を２つの電極間に挟むことにより、高い電界強度がもたらされることがあり、それ故に、アーク放電のリスクが増加することがある。
図６は、第２の電極１２０から近い距離に配置された第１の電極１１０を概略的に示し、絶縁材料で製作された第１のスペーサ要素７０５および第２のスペーサ要素７０６は、第１の電極１１０と第２の電極１２０との間に配置され、それらと接触する。その結果、絶縁体または誘電体材料と接触している異なる電位の２つの電極を含む高電圧システムが提供される。「三叉点」は、金属、誘電体材料、および真空の接合として定義される。図６において、第１の三叉点７０１は、第１の電極１１０、第１のスペーサ要素７０５、および真空の間の接合のところで概略的に示され、第２の三叉点７０２は、第１の電極１１０、第２のスペーサ要素７０６、および真空の間の接合のところで概略的に示される。
三叉点のまわりの電界強度は、形状寸法と、関連する構成要素の材料特性に依存して、特に、スペーサ要素の形状寸法に依存して大幅に増強されることがある。これにより、三叉点は、真空環境でアーク放電を開始する危険な場所になる。例えば、図６において、第１の三叉点７０１の電界強度は、第２の三叉点７０２の電界強度よりも非常に低い。一般に、絶縁体と導電性電極表面との間の角度が９０°よりも小さい場合、三叉点の近傍の電界強度は高くなる。第１の三叉点７０１の第１の電極１１０と第１のスペーサ要素７０５との間の角度は約９０°であり、それは、第１の電極１１０と第２のスペーサ要素７０６との間の角度が９０°よりも非常に小さい第２の三叉点７０２の近くの電界強度よりも低い第１の三叉点７０１の近くの電界強度をもたらす。
絶縁球として形成されたスペーサ要素が、第１の電極１１０と第２の電極１２０との間に、特に、第１の電極１１０に設けられた円錐形凹部に設けられる場合、絶縁球と電極の金属表面との間の結果として生じる角度が９０°よりも非常に小さいので、関連する形状寸法は好ましくない。その結果、アーク放電のリスクはそれぞれの三叉点の近傍で増加する。しかしながら、絶縁球の非常に高い製造精度が、互いに対する電極の非常に正確な位置合わせを保証し、そのため、関連する形状寸法は、上述の結果として生じる三叉点に関連する問題にもかかわらず有利に維持される。
図７Ａは、第２の電極１２０と第３の電極１３０との間に光軸Ａに沿って配置された第１の電極１１０を含む電極構成の斜視図を示す。荷電粒子ビームのための第１の開口１１１が第１の電極に設けられ、第１の開口１１１と同軸で位置合わせされた第２および第３の開口が第２および第３の電極に設けられる。図７Ｂは、図７Ａの電極構成の一部の拡大図を示し、三叉点２０１における電界強度増強を示す。
第１の電極１１０および第２の電極１２０は、それぞれ、第１の電極１１０および第２の電極１２０の円錐形凹部に配置された第１の絶縁ボール８４０を介して互いに対して位置合わせされ、第１の電極１１０および第３の電極１３０は、それぞれ、第１の電極１１０および第３の電極１３０の円錐形凹部に配置された第２の球形ボール８４５を介して互いに対して位置合わせされる。図７Ｂに詳細に示されるように、三叉点２０１における第１の電極１１０の表面と第１の絶縁ボール８４０との間の角度は非常に小さく、それは、三叉点２０１の近傍の電界増強ゾーン９０５に増強された電界強度をもたらすことがある。図７Ｂにおいて、増強された電界強度が、三叉点２０１の近傍の電界線９０２間の小さい間隔によって示されている。その結果、スペーサ要素として従来の絶縁球を使用すると、電極構成におけるアーク放電のリスクが増加することがある。
本開示で説明する実施形態は、絶縁スペーサ要素を用いて互いに対していくつかの電極の正確な位置合わせを可能にするとともに、同時に、三叉点のところの増強された電界強度に起因するアーク放電のリスクを低減する電極構成に関する。
次に、図１に戻ると、電極構成１００の第１のスペーサ要素１４０は、第１のスペーサ要素１４０内に延びる第１のブラインドホール１４１を有する。第１の導電性シールド１５０が、第１のブラインドホール１４１に設けられる。さらに、コンタクトアセンブリ１６０は、第１の電極１１０と第１の導電性シールド１５０との間の電気接触を行うために、第１の電極１１０から第１のブラインドホール１４１内に突き出る。
第１の導電性シールド１５０は、第１のスペーサ要素１４０の第１のブラインドホール１４１に配置され、第１の電極１１０と電気接触し、それ故に、第１の電極１１０と同じ電位である、導電性材料で製作された構成要素または層として理解することができる。さらに、第１の導電性シールド１５０は、電界線が第１の導電性シールド１５０によって第１の電極の第１の凹部から離れたところに曲げられ、第１の電極と第１のスペーサ要素との間のコンタクト区域の近傍の電界強度が低減するように形成および配置される。
コンタクトアセンブリ１６０は、第１の導電性シールド１５０と第１の電極１１０との間の信頼できる電気接触を保証するために設けられる。したがって、第１の導電性シールド１５０が、第１の電極１１０の第１の電位であり、第１のスペーサ要素１４０の第１のブラインドホールの内部に配置されるので、第１の導電性シールド１５０により、電界線は、第１のスペーサ要素１４０が位置づけられた第１の電極１１０の第１の凹部１１２から離れたとろに曲げられる。その結果、第１のスペーサ要素１４０が第１の電極１１０に接触する三叉点１０２の近傍の電界強度を低減させることができ、三叉点１０２の近傍の電界増強ゾーンを避けることができる。
第１の導電性シールド１５０は、第１のブラインドホール１４１に配置され、電界線を第１の凹部１１２から離れたところに曲げるように構成される。その結果、三叉点１０２の近くの電界増強ゾーンに起因するアーク放電のリスクを低減させることができる。本明細書に記載される実施形態では、第１のスペーサ要素１４０は、第１のブラインドホール１４１の開口端部が第１の凹部１１２の方に面するような配向で第１の凹部１１２に位置づけられる。その結果、コンタクトアセンブリ１６０は、第１の電極１１０と第１の導電性シールド１５０との間の信頼できる電気接触を確立するために第１の凹部１１２から第１のブラインドホール１４１内に延びることができる。
いくつかの実施形態では、第１の導電性シールド１５０は、第１のブラインドホール１４１の内壁と形状が一致し、および／またはそれと密接に接触することができる。特に、第１の導電性シールド１５０は、第１のブラインドホールの内壁面の大部分または全体を覆うことができる。第１の導電性シールド１５０は、第１のブラインドホール１４１の内壁の近くに位置することができ、そのため、第１のブラインドホール１４１の内壁と第１の導電性シールド１５０との間に空間または間隙は設けられない。第１の導電性シールドと第１のブラインドホールの内壁との間の空間は、潜在的に、新しい三叉点、すなわち、金属、誘電体、および真空の新しい接合を生成し、それ故に、電位界増強の新しい位置を生成することがあり、そのため、そのような空間は、有利には、低減または避けられる。
本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態では、第１の導電性シールド１５０は、第１のブラインドホール１４１の内壁面の８０％以上、特に、９０％以上を覆うことができる。特に、本質的に、第１のブラインドホール１４１の内壁面全体を第１の導電性シールド１５０で覆うことができる。これにより、第１のブラインドホールの内部の位置に新しい三叉点が生成されるリスクが低減する。
例えば、第１の導電性シールド１５０は、第１のブラインドホール１４１の内壁面に設けられた、特に、第１のブラインドホール１４１の内壁面に被覆された導電層とすることができる。導電層またはメタライゼーションは、実施形態によっては、第１のブラインドホールの内壁面全体を本質的に覆うことができる。第１のブラインドホール１４１の開口端部は、第１の凹部１１２の方に面することができ、第１の電極１１０から近い距離に配置することができ、第１の導電性シールド１５０は、第１のブラインドホールの内壁面を第１のブラインドホール１４１の開口端部まで覆う被覆とすることができる。その結果、第１の導電性シールド１５０と第１の電極１１０との間の移行は本質的に継ぎ目なしとすることができ、そのため、新しい三叉点は第１の導電性シールド１５０によって作り出されない。
第１のスペーサ要素１４０は、絶縁球とすることができ、第１のブラインドホール１４１は、第１のスペーサ要素１４０内に延びるチャネルを含むことができる。特に、チャネルは、絶縁球内に半径方向に中心に延びることができる。チャネルは、第１のスペーサ要素１４０の直径の３０％以上、特に４０％以上、またはさらに５０％以上に対応する長さを有することができる。チャネルが第１のスペーサ要素１４０内に深く延びる場合、内部チャネル壁を覆う第１の導電性シールド１５０は、高い電界強度の領域を三叉点１０２から離れたところに強いることができる。しかしながら、チャネルが第１のスペーサ要素１４０内に深く延びすぎる場合、内部チャネル壁を覆う第１の導電性シールド１５０は、第１のブラインドホール１４１の閉鎖端部と第２の電極１２０との間の区域に別の電界増強領域を潜在的に生成する可能性がある。その理由は、第１の電極１１０と第２の電極１２０との間の全電位差が、第１の導電性シールド１５０（第１の電極１１０の電位である）と第２の電極１２０との間の区域で低下するからである。その結果、チャネルは、第１のスペーサ要素１４０の直径の７０％以下、特に、６０％以下に対応する長さを有することができる。実施形態によっては、チャネルは、絶縁球の直径の３０％以上および７０％以下だけ絶縁球内に延びる。
チャネルは、本質的に円筒形のチャネル、特に、環状のまたは円形の断面形状を有するチャネルとすることができる。円筒状に形成されたチャネルをもつブラインドホールは、第１の導電性シールド１５０を設けるために導電性被覆により容易に確実に被覆することができ、新しい三叉点および電界増強ゾーンの生成のリスクを低減する。
例えば、第１のスペーサ要素１４０は、１０ｍｍの直径をもつ絶縁球とすることができ、第１のブラインドホールは、４ｍｍ以上および６ｍｍ以下の深さを有することができる。第１のブラインドホールは、円形ドリルを用いて第１のスペーサ要素１４０内に穴あけされてもよい。本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態では、第１のブラインドホール１４１は、第１のスペーサ要素１４０内に延びる、導電的に被覆されたチャネル壁をもつ本質的に円筒形のチャネルを含み、第１のスペーサ要素１４０の直径の４０％以上および７０％以下に対応する長さを有する。
特に、第１のブラインドホールは、新しい三叉点を作り出す可能性がある間隙（空隙）を、導電性シールドと第１のスペーサ要素との間に設けないことを保証するためにメタライズすることができる。メタライゼーションは、有利には、第１のブラインドホールの内壁のみを覆い、第１のスペーサ要素の外壁を覆わないが、その理由は、第１のスペーサ要素の外面の金属は、新しい三叉点および潜在的に新しい電界増強領域を作り出すことがあるからである。
本明細書に記載される実施態様では、コンタクトアセンブリ１６０は、第１の電極１１０と第１の導電性シールド１５０との間の電気接触を保証するために設けられる。その結果、第１の導電性シールド１５０は、第１の電極１１０に電気的に接続され、それ故に、第１の電極電位に定められる。いくつかの実施形態では、コンタクトアセンブリ１６０は、第１の導電性シールド１５０と電気的に接触するように構成された第１のコンタクト要素１６１を含む。第１のコンタクト要素１６１は、第１のブラインドホール１４１内に突き出ることができ、第１の導電性シールド１５０と接触するように強いられ得る。特に、第１の導電性シールド１５０と電気接触するように第１のコンタクト要素１６１を押すために、ばね要素１６５を設けることができる。例えば、第１のコンタクト要素１６１は、第１のブラインドホール１４１のメタライズされた内壁と電気接触するようにばね要素１６５を介して第１のブラインドホール１４１内に押し込まれ得る。
本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態では、コンタクトアセンブリ１６０は、ばね要素１６５と、第１のコンタクト要素１６１とを含む。ばね要素１６５は、第１の電極１１０と第１のコンタクト要素１６１との間に配置され、第１の電極１１０と第１のコンタクト要素１６１の間の電気接触を保証することができる。さらに、ばね要素１６５は、第１のブラインドホール１４１に設けられた第１の導電性シールド１５０に第１のコンタクト要素１６１を電気接触させるように強いることができる。その結果、第１の電極１１０と第１の導電性シールド１５０との間の信頼できる電気接触が、コンタクトアセンブリ１６０によって与えられる。
本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態では、コンタクトアセンブリ１６０は、第１の電極１１０に対する第１のスペーサ要素１４０の可動性を維持しながら、第１のスペーサ要素１４０を第１の電極１１０に接続することができる。具体的には、第１のスペーサ要素１４０は、コンタクトアセンブリ１６０が第１のブラインドホール１４１内に突出することによって第１の電極１１０と第１の導電性シールド１５０との間の電気接触を確立する場合でも、第１の電極の第１の凹部１１２に移動可能に保持され得る。組立て状態でさえも、第１のスペーサ要素１４０と第１の電極１１０との間の可動性を維持することは有利であり、その理由は、第１のスペーサ要素１４０が、第１の凹部１１２と第２の電極１２０の第２の電極凹部１２２とに配置されたとき、第１の凹部１１２に対しておよび第２の電極凹部１２２に対して正しく自己整合するからである。第２の電極１２０に対する第１の電極１１０の正確な位置合わせを保証することができる。
具体的には、コンタクトアセンブリ１６０は、組立て状態でさえも、軸方向Ａにおいて第１の電極１１０に対する第１のスペーサ要素１４０の移動を可能にすることができ、それにより、第１のスペーサ要素１４０が、第１の電極と第２の電極との間でそれぞれ第１の凹部１１２および第２の電極凹部１２２に位置づけられたとき、第１の電極１１０と第２の電極１２０との間の所定の軸方向距離の自動的な自己調節が可能になる。代替としてまたは追加として、コンタクトアセンブリ１６０は、光軸Ａに対して垂直な平面において、すなわち、第１の電極の半径方向において、および／または第１の電極の円周方向において、第１の電極１１０に対する第１のスペーサ要素１４０の移動を可能にすることができ、それにより、第１のスペーサ要素１４０が、第１の電極と第２の電極との間でそれぞれ第１の凹部１１２および第２の電極凹部１２２に位置づけられたとき、光軸Ａに沿った第２の開口１２１に対する所定の共軸方向位置における第１の開口１１１の自動的な自己調節が可能になる。
具体的には、コンタクトアセンブリ１６０は、第１の電極１１０と第１の導電性シールド１５０との間の電気接触が組立て状態で保証され、一方、第１のスペーサ要素１４０が、第１の電極に不動に固定されるのではなく、むしろ第１の凹部において第１の電極に対して移動可能に位置づけられ、それにより、組立て状態での自己整合の可能性が維持されるように構成することができる。
本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態では、電極構成１００は、第３の電極１３０に対して第１の電極１１０を位置合わせするために、第１の電極１１０において第１の電極側の反対側の第２の電極側に設けられた第２の凹部１１３に位置づけられた第２のスペーサ要素１４５をさらに含む。第２のスペーサ要素１４５は、第２のブラインドホール１４６を有することができ、第２の導電性シールド１５１が、第２のブラインドホール１４６に設けられ得る。第２のスペーサ要素１４５および第２の導電性シールド１５１は、第１のスペーサ要素１４０および第１の導電性シールド１５０の上述の特徴を含むことができ、そのため、上述の説明を参照することができ、ここでは上述の説明は繰り返されない。具体的には、第２の導電性シールド１５１は、第２のブラインドホール１４６の内壁面に設けられた導電性被覆とすることができる。
コンタクトアセンブリ１６０は、第１の電極１１０から第１のブラインドホール１４１と第２のブラインドホール１４６との両方内に延びることができる。コンタクトアセンブリ１６０は、第１の電極１１０と第１の導電性シールド１５０との間の電気接触を行うために、第１のブラインドホール１４１内に延びることができ、コンタクトアセンブリ１６０は、第１の電極１１０と第２の導電性シールド１５１との間の電気接触を行うために、第２のブラインドホール１４６内に延びることができる。
いくつかの実施態様では、第１の電極１１０において反対の電極側に設けられた第１の凹部１１２および第２の凹部１１３は、第１の電極１１０を通って、例えば、光軸Ａと平行に延びる貫通孔によって接続され得る。コンタクトアセンブリ１６０は、第１のブラインドホール１４１と第２のブラインドホール１４６との両方内に貫通孔を通って延びることができる。特に、コンタクトアセンブリは、第１の電極の貫通孔の内壁と電気的に接触することができ、第１のブラインドホール１４１の第１の導電性シールド１５０と第２のブラインドホール１４６の第２の導電性シールド１５１との両方に電気的に接触することができる。
具体的には、コンタクトアセンブリ１６０は、第１の導電性シールド１５０と接触するための第１のコンタクト要素１６１と、第２の電極側の第２のスペーサ要素１４５の第２のブラインドホール１４６に配置された第２の導電性シールド１５１と接触するための第２のコンタクト要素１６２とを含むことができる。オプションとして、コンタクトアセンブリ１６０は、第１のコンタクト要素１６１と第２のコンタクト要素１６２とを互いに離すように軸方向Ａに押すばね要素１６５をさらに含むことができる。ばね要素１６５は、第１の導電性シールド１５０と電気接触するように第１のコンタクト要素１６１を押すことができ、第２の導電性シールド１５１と電気接触するように第２のコンタクト要素１６２を押すことができる。その結果、第１の電極と第１および第２の導電性シールドの両方との間の信頼できる電気接触が保証される。
第１のスペーサ要素１４０と同様に、第２のスペーサ要素１４５は、特に、軸方向Ａにおいておよび／または軸方向に対して垂直な平面において、第３の電極１３０に対する第１の電極１１０の正確な位置合わせを保証することができる。さらに、第１の電極１１０の電位に定められた第２の導電性シールド１５１は、第１の電極と第２のスペーサ要素との間の三叉点の近傍の電界強度を低減し、アーク放電のリスクを低減させることができる。第１の電極１１０と第３の電極１３０との間に作用する第２のスペーサ要素１４５にも準用される上述の説明が参照される。
代替の実施形態（図に示されてない）では、コンタクトアセンブリには、光軸Ａに沿った方向に圧縮可能であり、第１の導電性シールドおよび／または第２の導電性シールドを圧する導電性可撓性要素、例えば、コイルまたはばね要素が含まれてもよい。導電性可撓性要素は、第１の電極と電気接触することができ、第１および／または第２の導電性シールドと電気接触することができる。例えば、コンタクトアセンブリは、第１の電極と第１の導電性シールド（オプションとして、さらに第２の導電性シールド）との間の電気接触を確立し、第１の導電性シールドに柔軟に押し付けられる遠位端を有する１つの単一可撓性構成要素、特に、コイルばねで構成され得る。
１つの例では、コンタクトアセンブリは、第１の電極、第１の導電性シールド、および第２の導電性シールドの間の電気接触を確立する１つの単一可撓性構成要素、特に、コイルばねで構成され得る。単一の可撓性構成要素は、第１の導電性シールドおよび第２の導電性シールドを柔軟に圧する２つの両端部を有することができ、すなわち、可撓性構成要素は、組立て状態で、第１の導電性シールドと第２の導電性シールドとの間でわずかに圧縮され得る。例えば、コンタクトアセンブリは、例えば、１つの曲げられたワイヤで構成され、中心部分および２つの円錐形端部を有するばね要素を含むことができる。中心部分は、第１の電極と接触するように第１の電極の貫通孔に配置することができ、２つの円錐形端部は、第１の電極の両側に突き出ることができ、その結果、２つの円錐形端部は、絶縁球の内部の第１および第２の導電性シールドとの電気接触を可能にする。
図２は、図１の電極構成１００の一部の拡大図であり、第１の電極１１０と第１のスペーサ要素１４０との間の三叉点２０１の近傍の電極構成における電界強度を示している。第１の電極１１０は、第２の電極１２０の第２の電位と異なる第１の電位に定められる。例えば、第１の電極および第２の電極のうちの少なくとも一方は、高電圧電位に設定される。第１の導電性シールド１５０はコンタクトアセンブリ１６０を介して第１の電極１１０に電気的に接続されるので、やはり、第１の導電性シールド１５０は、第１の電極１１０の第１の電位に定められる。その結果、三叉点２０１の近傍の電界強度は、低減させることができる（三叉点２０１の近傍の隣接する電界線２０２間の拡大した間隔によって示され、三叉点２０１の近くの電界低減領域２０３を提供する）。
電界線２０２は、第１のスペーサ要素１４０が配置された第１の凹部１１２から離れて、第１の導電性シールド１５０を越えた空間の方に曲げられる。電界増強領域２０４は、第１の導電性シールド１５０と第２の電極１２０との間の空間に生成され得る。第１のスペーサ要素１４０の第１のブラインドホールおよび第１の導電性シールドの深さおよび形状を適切に選ぶことによって、第１のスペーサ要素１４０の近傍の最大電界強度を低減することができ、アーク放電のリスクを減少させることができる。
図３Ａは、本明細書に記載される実施形態による電極構成４００の斜視図であり、図３Ｂは、図３Ａの電極構成の一部の拡大断面図である。電極構成４００は、図１および図２に示された電極構成１００の一部の特徴またはすべての特徴を含むことができ、そのため、上述の説明を参照することができ、ここでは上述の説明を繰り返さない。
電極構成４００は、荷電粒子ビームのための第１の開口１１１をもつ第１の電極１１０を含み、その結果、荷電粒子ビームは、光軸Ａに沿って軸方向に第１の電極１１０の第１の開口１１１を通って伝搬することができる。第１のスペーサ要素１４０、特に、セラミックボールが、第２の電極（図３Ａに示されていない）に対して第１の電極１１０を位置合わせするために、第１の電極において第１の電極側に設けられた第１の凹部１１２に位置づけられ、第２のスペーサ要素１４５、特に、セラミックボールが、第３の電極（図３Ａに示されていない）に対して第１の電極１１０を位置合わせするために、第１の電極１１０において第１の電極側の反対側の第２の電極側に設けられた第２の凹部１１３に位置づけられる。第１の凹部１１２と第２の凹部１１３とは、軸方向に第１の電極１１０を通って延びる貫通孔４０２によって接続することができる。
第１の導電性シールド１５０は、第１のスペーサ要素１４０の第１のブラインドホール１４１に設けられ、第２の導電性シールド１５１は、第２のスペーサ要素１４５の第２のブラインドホール１４６に設けられる。第１の導電性シールド１５０および／または第２の導電性シールド１５１は、本質的に、それぞれのブラインドホールの内壁面全体を、例えば、内壁面の９０％以上を覆うことができる。特に、第１の導電性シールド１５０および／または第２の導電性シールド１５１は、それぞれ、第１のブラインドホール１４１および第２のブラインドホール１４６の内壁面を覆う導電性被覆、例えば、金属被覆などとすることができる。
コンタクトアセンブリ１６０は、第１の電極１１０と第１の導電性シールド１５０との間の電気接触を行うために、第１の電極１１０から第１のブラインドホール１４１内に突き出る。コンタクトアセンブリ１６０は、第１の電極１１０と第２の導電性シールド１５１との間の電気接触を行うために、第１の電極１１０から第２のブラインドホール１４６内にさらに突き出ることができる。例えば、コンタクトアセンブリ１６０は、第１の凹部１１２と第２の凹部１１３とを接続する貫通孔４０２に保持することができ、光軸Ａに沿って貫通孔４０２から２つの反対方向に突き出ることができる。コンタクトアセンブリ１６０の第１の端部は、第１のブラインドホール１４１内に設けられた第１の導電性シールド１５０と接触するために第１のブラインドホール１４１内に突き出ることができ、コンタクトアセンブリ１６０の第２の反対側の端部は、第２のブラインドホール１４６内に設けられた第２の導電性シールド１５１と接触するために第２のブラインドホール１４６内に突き出ることができる。
オプションとして、排気チャネル４０１が、貫通孔４０２と電極構成の周囲との間の流体接続を行うことができる。排気チャネル４０１は、貫通孔４０２から第１の電極１１０の半径方向に延びることができる。その結果、電極構成４００が、排気される荷電粒子ビームデバイスの真空チャンバに配置されると、貫通孔４０２、第１のブラインドホール１４１、および第２のブラインドホール１４６は、排気チャネル４０１を通して迅速に排気する。
本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態では、コンタクトアセンブリ１６０は、第１の導電性シールド１５０と接触するための第１のコンタクト要素１６１と、第２の導電性シールド１５１と接触するための第２のコンタクト要素１６２とを含む。第１のコンタクト要素１６１は、特に、軸方向Ａに、および／または第２のコンタクト要素１６２に対して第１のコンタクト要素１６１を傾けることによって、第２のコンタクト要素１６２に対して移動可能であり得る。第１のコンタクト要素１６１および第２のコンタクト要素１６２の可動性は、コンタクト要素とそれぞれの導電性シールドとの間の信頼できる電気接触を、互いに独立して、保証する。さらに、第１のスペーサ要素１４０および第２のスペーサ要素１４５は、コンタクトアセンブリ１６０によって電気的に接触される場合でさえ、互いに独立して、それぞれの凹部に自己整合できることが保証される。
いくつかの実施形態では、コンタクトアセンブリ１６０は、第１のコンタクト要素１６１と第２のコンタクト要素１６２とを互いに離すように軸方向Ａに押すばね要素１６５をさらに含む。第１のコンタクト要素１６１は、第１の導電性シールド１５０と電気接触するように第１のブラインドホール１４１に押し込むことができ、第２のコンタクト要素１６２は、第２の導電性シールド１５１と電気接触するように第２のブラインドホール１４６に押し込むことができる。
本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態では、ばね要素１６５は、第１の電極１１０と電気的に接触し、第１のコンタクト要素１６１の軸方向端部または肩部と、第２のコンタクト要素１６２の軸方向端部または肩部との間に作用する。図３Ａおよび図３Ｂに示された実施形態では、ばね要素１６５は、第１のコンタクト要素１６１の軸方向端部と第２のコンタクト要素１６２の肩部との間に配置され、第１のコンタクト要素１６１と第２のコンタクト要素１６２とを軸方向Ａに離すように押す。
例えば、ばね要素１６５は、第１のコンタクト要素１６１および第２のコンタクト要素１６２のうちの少なくとも一方を囲み、第１の凹部１１２から第２の凹部１１３まで第１の電極１１０を通って延びる貫通孔４０２に設けられたコイルばね、特に、トロイダルコイルばねとすることができる。図３Ａおよび図３Ｂに示された実施形態では、ばね要素１６５は、第２のコンタクト要素１６２を囲み、第２のコンタクト要素１６２の肩部と第１のコンタクト要素１６１の軸方向端部との間に作用するトロイダルコイルばねである。
いくつかの実施形態では、ばね要素１６５は、導電性であり、第１の電極１１０と第１および／または第２のコンタクト要素との間の電気接触を行う。ばね要素１６５は弾性的に変形可能であるので、前記電気接触は、第１のコンタクト要素および第２のコンタクト要素のいずれかが、例えば、第１のスペーサ要素および／または第２のスペーサ要素の移動に起因して移動されるおよび／または傾けられるのが当然である場合でさえ維持される。特に、ばね要素１６５は、貫通孔４０２の内壁と、コンタクト要素の一方のピンセクションとの間に設けられた環状空間に嵌合することができる。より具体的には、ばね要素１６５は、第２のコンタクト要素１６２の肩部と第１のコンタクト要素１６１の軸方向端部とによって軸方向に境界を定められ、貫通孔４０２の内壁と第２のコンタクト要素１６２のピンセクションとによって半径方向に境界を定められた環状空間に嵌合することができる。当然、第１のコンタクト要素と第２のコンタクト要素の役割は交換することができる。
いくつかの実施形態では、ばね要素１６５、第１のコンタクト要素１６１、および第２のコンタクト要素１６２は、導電性材料で製作される。ばね要素１６５は、第１の電極、第１のコンタクト要素１６１、および第２のコンタクト要素１６２と直接接触することができ、それにより、第１のコンタクト要素および第２のコンタクト要素のいずれかが第１の電極１１０に対しておよび／または互いに対して移動されるかまたは傾けられる場合でさえ、コンタクトアセンブリ１６０が第１の電極の第１の電位に維持されることが保証される。
いくつかの実施形態では、第２のコンタクト要素１６２は、第１のコンタクト要素１６１のスリーブセクション内に突き出るヘッド部分をもつピンセクションを含み、逆もまた同様である。その結果、第１のコンタクト要素１６１および第２のコンタクト要素１６２は、コンパクトな構成で一緒に保持されるとともに、第２のコンタクト要素１６２のピンセクションを第１のコンタクト要素１６１のスリーブセクション内にまたはそのスリーブセクションから外にシフトさせることによって、少なくとも、第１のコンタクト要素１６１と第２のコンタクト要素１６２との間の軸方向可動性を可能にし、逆もまた同様である。ピンセクションの外径は、スリーブセクションの内径の８０％以下にすることができ、それにより、ヘッド部分がスリーブ部分内に突き出る場合でさえ、第２のコンタクト要素１６２に対する第１のコンタクト要素１６１の制限された傾きの動きを可能にすることができる。
いくつかの実施形態では、第２のコンタクト要素１６２は、第１のコンタクト要素１６１に対して移動可能であり、そして第１のコンタクト要素１６１に対して拘束されている。言い換えれば、第１のコンタクト要素１６１および第２のコンタクト要素１６２は、移動可能に一緒に保持されるかまたは互いに移動可能に接続され、その結果、コンタクトアセンブリ１６０は、コンタクトアセンブリ１６０が第１の電極１１０から取り外されるかまたは別個に用意される場合でさえ、ばらばらにならない部品のまとまりのある配置を構成する。
実施態様では、第２のコンタクト要素１６２のヘッド部分は、第１のコンタクト要素１６１の雌ねじを通してねじ込まれ、逆もまた同様である。例えば、第２のコンタクト要素１６２のヘッド部分には雄ねじ４０３が設けられ、第１のコンタクト要素１６１のスリーブセクションのくびれセクションには、雌ねじ４０４が設けられ、その結果、スリーブセクションのくびれセクションを通してヘッド部分をねじ込むことができる。くびれセクションを通してヘッド部分をねじ込んだ後、ヘッド部分は、ヘッド部分の外径よりも大きい内径を有するスリーブセクションの拡大セクションに配置され得る。その結果、第１のコンタクト要素１６１および第２のコンタクト要素１６２は移動可能であり、同時に互いに対して拘束される。例えば、ねじ込み状態では、第１のコンタクト要素１６１および第２のコンタクト要素１６２は、互いに対して１°以上および１０°以下だけ傾くことができ、および／または第１のコンタクト要素１６１および第２のコンタクト要素１６２は、軸方向に互いに対して０．１ｍｍ以上および３ｍｍ以下だけ移動することができる。
本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態では、第１のスペーサ要素１４０および／または第２のスペーサ要素１４５はセラミック球である。第１の凹部１１２および第２の凹部１１３は、本質的に円錐形凹部とすることができ、それにより、セラミック球がそれぞれの円錐形凹部に配置された場合、セラミック球の自己位置づけが所定の位置で正確に行われる。
電極構成４００は、第１の電極１１０と、第１の電極側で第１の電極１１０に対して位置合わせされる第２の電極と、第１の電極側の反対側の第２の電極側で第１の電極に対して位置合わせされる第３の電極とを含むことができる。電極構成は、少なくとも３つの電極を含む静電レンズとすることができる。電極のうちの少なくとも１つは、高電圧電位、例えば、５ｋＶ以上、特に、９ｋＶから１６ｋＶの範囲の高電圧に定められる。例えば、第２の電極と第３の電極との間に配置される第１の電極１１０は、低電圧に定めることができ、または接地（例えば、１００Ｖ以下）に接続することができ、第２の電極と第３の電極との両方は、高電圧（例えば、５ｋＶ以上、特に、９ｋＶ以上）に定めることができる。
第１の電極１１０と第２の電極との間の軸方向Ａの第１の距離は、１０ｍｍ以下、特に、５ｍｍ以下、またはさらに３ｍｍ以下とすることができ、および／または第１の電極１１０と第３の電極との間の軸方向の第２の距離は、１０ｍｍ以下、特に、５ｍｍ以下、またはさらに３ｍｍ以下とすることができる。隣接する電極間の小さい距離および高い電位差にもかかわらず、第１の電極と、それと接触するスペーサ要素との間に形成される三叉点の近傍におけるアーク放電のリスクを低減または最小化することができる。
本明細書で説明する実施形態によれば、三叉点の近傍の電界強度は、導電性シールドが絶縁球の内部に設けられていない状況と比較して、５０％以上、またはさらに最大で８０％まで低減することができる。
以下の有益な効果が提供される。絶縁球の近傍で電界線を第１の電極から離れたところに曲げる導電性シールドが絶縁球の内部に設けられる。安全な電気接触が、コンタクトアセンブリによって第１の電極と導電性シールドとの間で行われる。同時に、絶縁球は、「自由に」移動して（規定された機械的許容誤差の範囲内で）、システムの位置合わせおよびセンタリング特性を維持することができる。その結果、アーク放電のリスクを低減した状態の正確に位置合わせされた電極構成が提供される。
電極構成４００は、第１の電極１１０の各側に、本明細書に記載されるような３つのスペーサ要素を含むことができ、本明細書に記載するような３つのコンタクトアセンブリは、図３Ａに概略的に示されているように、それぞれの第１のスペーサ要素からそれぞれの第２のスペーサ要素内に第１の電極１１０を通って延びることができる。その結果、第２の電極は、第１の電極側で第１の電極に正確に位置合わせすることができ、第３の電極は、第２の電極側で第１の電極に正確に位置合わせすることができる。
本明細書に記載される１つの態様によれば、荷電粒子ビームに作用するための電極構成のコンタクトアセンブリ１６０が提供される。コンタクトアセンブリ１６０は、第１のブラインドホールに設けられた第１の導電性シールド１５０と電気的に接触するために第１の電極から第１のスペーサ要素の第１のブラインドホール内に延びるように構成された第１のコンタクト要素１６１と、第２のブラインドホールに設けられた第２の導電性シールド１５１と電気的に接触するために第１の電極から第２のスペーサ要素の第２のブラインドホール内に延びるように構成された第２のコンタクト要素１６２と、第１のコンタクト要素１６１と第２のコンタクト要素１６２との間に作用し、第１のコンタクト要素１６１と第２のコンタクト要素１６２とを光軸Ａに沿って反対方向に押すばね要素１６５とを含む。
コンタクトアセンブリ１６０は、上述で開示されたコンタクトアセンブリの一部またはすべての特徴を含むことができ、そのため、上述の説明を参照することができ、ここでは上述の説明を繰り返さない。特に、コンタクトアセンブリは、スリーブセクションをもつ第１のコンタクト要素１６１と、スリーブセクションに突き出るヘッド部分を有するピンセクションをもつ第２のコンタクト要素１６２とを含む図３Ｂに示されたコンタクトアセンブリ１６０に従って構成することができる。代替として、第１のコンタクト要素および第２のコンタクト要素は、例えば、図１に概略的に示されているように、それぞれの導電性シールドに接触するように強いられる対応して形成されたコンタクトピンとして異なるように形成されてもよい。
図４は、本明細書に記載される実施形態による荷電粒子ビームデバイス３００の概略図である。荷電粒子ビームデバイス３００は、試料、例えば、ウエハを画像化および／または検査するように構成された電子顕微鏡とすることができる。
本明細書で言及される「試料」、「サンプル」、または「ウエハ」は、限定はしないが、半導体ウエハと、半導体ワークピースと、メモリディスクなどのような他のワークピースとを含む。「試料」は、具体的には、構造化されるかまたは材料が堆積される任意のワークピースであり得る。試料、サンプル、またはウエハは、検査および／または画像化されるべき表面、例えば、構造化される表面、または層もしくは材料パターンが堆積された表面を含むことができる。例えば、サンプルは、検査されるべき複数の電子デバイスが設けられた基板またはウエハとすることができる。荷電粒子ビームデバイス３００は、電子ビーム検査（ＥＢＩ）、限界寸法測定、および欠陥レビュー用途のうちの少なくとも１つのために構成することができ、本明細書に記載されるデバイスおよび方法を有利に使用して、検出精度の改善、および結像エラーまたは他の欠陥のリスクの低減を得ることができる。いくつかの実施形態によれば、電子ビーム検査（ＥＢＩ）、限界寸法測定（ＣＤ）ツール、および／または欠陥レビュー（ＤＲ）ツールを提供することができ、高い解像度、大きい視野、および高い走査速度を達成することができる。
荷電粒子ビームデバイス３００は、光軸Ａに沿って伝搬する荷電粒子ビーム１０５を生成するために、荷電粒子ビーム源３０５、例えば、電子源を含むことができる。荷電粒子ビームデバイス３００は、本明細書に記載される実施形態のいずれかによる電極構成１００を含むビーム影響要素をさらに含む。ビーム影響要素は、例えば光軸Ａに沿って続いて配置された３つの電極をもつ静電レンズとすることができる。電極構成１００は、本明細書に記載される実施形態のいずれかに従って構成することができ、そのため、上述の説明を参照することができる。
荷電粒子ビームデバイス３００は、試料３１０から信号粒子を放出させるために、荷電粒子ビーム１０５を光軸Ａに沿って試料３１０に誘導するように構成される。試料３１０は、試料ステージ３１１に配置することができ、試料ステージ３１１は、本質的にｘ－ｙ面に延びる支持面を含む。試料ステージ３１１は、移動可能とすることができる。
荷電粒子ビーム源３０５は、冷電界エミッタ（ＣＦＥ）、ショットキーエミッタ、熱電界エミッタ（ＴＦＥ）、または高電流および／または高輝度荷電粒子源、特に電子源とすることができる。高電流は、１００ｍｒａｄで５μＡ以上であると考えられる。
いくつかの実施形態によれば、荷電粒子ビームデバイス３００は、荷電粒子ビームデバイスのカラム内の荷電粒子ビーム１０５を光軸Ａに沿って試料３１０に誘導して、試料から解放される信号粒子を生成するように構成され、信号粒子は、衝突時に生成される二次粒子と試料から反射される後方散乱粒子とを含む。一般に、荷電粒子ビーム１０５は、荷電粒子ビームデバイスのカラムを通って進み、その後、画像化および／または検査されるべき試料にぶつかる。カラムの内部は排気することができ、すなわち、荷電粒子ビームデバイス３００は、一般に、真空ハウジングを含み、その結果、荷電粒子ビームは、準大気圧、例えば、１ｍｂａｒ以下、特に１×１０-5ｍｂａｒ以下、またはさらに１×１０-8ｍｂａｒ以下（超高真空）の圧力を有する環境を通って伝搬する。荷電粒子ビーム源３０５およびさらなるビーム光学構成要素は、荷電粒子ビームデバイスの真空ハウジングの内部に配置することができる。
荷電粒子ビームデバイス３００は、荷電粒子ビーム１０５を試料３１０上に集束させるための対物レンズデバイス３４０と、試料によって放出された信号荷電粒子、例えば、二次電子および／または後方散乱電子を検出するための検出器３５０とをさらに含むことができる。
荷電粒子ビームデバイス３００は、さらなるビーム光学構成要素、例えば、試料によって放出された信号荷電粒子を荷電粒子ビーム１０５の一次荷電粒子から分離するように構成されたビーム分離器３４５、試料３１０の表面にわたって荷電粒子ビーム１０５を走査するための走査偏向器３４６、および／または荷電粒子ビームの１つまたは複数の開口をもつ１つまたは複数のビーム制限開孔３０６を含むことができる。いくつかの実施形態では、荷電粒子ビームデバイス３００は、マルチビームレットデバイスであり、電極構成１００は、ビームレットの各々に対して同軸で位置合わせされた開口のセットを含む。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の多重極要素が、集束、偏向、ステアリング、および収差の補正のうちの少なくとも１つのために設けられ得る。
本明細書に記載されているような電極構成１００を含む１つまたは複数のビーム影響要素、例えば、静電レンズおよび／または磁気レンズ、ミラー修正器、静電ビーム偏向器、および／または静電多重極要素、例えば、四重極、八重極、またはさらに高次の多重極が設けられてもよい。
図５は、本明細書に記載される実施形態による電極構成における電界強度を低減する方法を示すための流れ図である。
ボックス５１０において、光軸Ａに沿って伝搬する荷電粒子ビームが生成される。
ボックス５２０において、荷電粒子ビームは、第１の電位に定められた第１の電極と、第１の電位と異なる第２の電位に定められた第２の電極とを含む電極構成によって誘導される。電極構成は、静電レンズとすることができる。第１の電極と第２の電極との間の光軸Ａに沿った第１の距離は、１０ｍｍ以下、特に、５ｍｍ以下とすることができ、第１の電極と第２の電極との間の電位差は、９ｋＶ以上とすることができる。
第１のスペーサ要素、特に、セラミックボールは、第１の電極と第２の電極との間に挟まれ、第１の電極と第２の電極とを互いに対して位置合わせする。特に、３つのスペーサ要素が、第１の電極と第２の電極とを互いに対して位置合わせするために、特に、第１の電極と第２の電極とが互いに平行であり、および／または互いに所定の距離を有することを保証するために、第１の電極と第２の電極との間に挟まれてもよい。
ボックス５３０において、電界線が、第１のスペーサ要素の第１のブラインドホールに設けられた第１の導電性シールドにより、第１の電極と第１のスペーサ要素との間の接触点から（より詳細には、三叉点から）離れたところに曲げられる。本明細書に記載されるようなコンタクトアセンブリは、第１の電極から第１のブラインドホール内に突き出て、第１の電極と第１の導電性シールドとの間の電気接触を行うことができる。
ボックス５４０において、荷電粒子ビーム１０５を試料上に集束させることができ、試料によって放出された信号粒子を検出器で検出することができる。
電極構成は、第３の電極と、第１の電極と第３の電極との間に挟まれ、第１の電極と第３の電極とを互いに対して位置合わせする少なくとも１つの第２のスペーサ要素とをさらに含むことができる。特に、３つのスペーサ要素が、第１の電極と第３の電極とを互いに対して位置合わせするために、特に、第１の電極と第３の電極とが互いに平行であり、および／または互いに所定の距離を有することを保証するために、第１の電極と第３の電極との間に挟まれてもよい。
本明細書で説明する実施形態によれば、電界線は、第２のスペーサ要素の第２のブラインドホールに設けられた第２の導電性シールドにより、第１の電極と第２のスペーサ要素との間の接触点から（より詳細には、三叉点から）離れたところに曲げられる。コンタクトアセンブリは、第２のブラインドホールに突き出し、第２の導電性シールドと第１の電極との間の電気接触を行うことができる。その結果、コンタクトアセンブリは、第１の導電性シールドと第２の導電性シールドとの両方を第１の電極と電気的に接触させ、電界線を第１の電極の両側の三叉点から離れたところに曲げる。
この方法は、例えば、第１のコンタクト要素と第２のコンタクト要素との間に作用するばね要素を用いて、第１の導電性シールドと電気接触するようにコンタクトアセンブリの第１のコンタクト要素を第１のブラインドホールに押し込むことと、第２の導電性シールドと電気接触するようにコンタクトアセンブリの第２のコンタクト要素を第２のブラインドホールに押し込むこととをさらに含むことができる。
第１のコンタクト要素および第２のコンタクト要素は、互いに対して拘束され得る、すなわち、第１のコンタクト要素は、互いに対するコンタクト要素の可動性を維持しながら、第２のコンタクト要素に保持され得る。
本明細書に記載される電極構成は、以下のように装着することができる。コンタクトアセンブリは、第１のコンタクト要素および第２のコンタクト要素が第１の電極の反対の表面から光軸Ａに沿って反対方向に突出するように第１の電極の貫通孔に配置することができる。第１のスペーサ要素は、第１のコンタクト要素が第１のブラインドホールに突き出るように第１のコンタクト要素に配置することができ、第２のスペーサ要素は、第２のコンタクト要素が第２のブラインドホールに突き出るように第２のコンタクト要素に配置することができる。第１の電極が第２の電極と第３の電極との間に配置されると、第１のコンタクト要素および第２のコンタクト要素は、ばね要素の付勢力に抗して一緒に押され、それにより、コンタクト要素と導電性シールドの電気接触が保証される。ばね要素は、さらに、第１の電極と、第１および第２のコンタクト要素との間の電気接触を保証する。
前述は実施形態を対象としているが、他のおよびさらなる実施形態を基本的な範囲から逸脱することなく考案することができ、その範囲は以下の特許請求の範囲によって決定される。
１００ 電極構成
１０２ 三叉点
１０５ 荷電粒子ビーム
１１０ 第１の電極
１１１ 第１の開口
１１２ 第１の凹部
１１３ 第２の凹部
１２０ 第２の電極
１２１ 第２の開口
１２２ 第２の凹部、第２の電極凹部
１３０ 第３の電極
１３１ 第３の開口
１４０ 第１のスペーサ要素
１４１ 第１のブラインドホール
１４５ 第２のスペーサ要素
１４６ 第２のブラインドホール
１５０ 第１の導電性シールド
１５１ 第２の導電性シールド
１６０ コンタクトアセンブリ
１６１ 第１のコンタクト要素
１６２ 第２のコンタクト要素
１６５ ばね要素
２０１ 三叉点
２０２ 電界線
２０３ 電界低減領域
２０４ 電界増強領域
３００ 荷電粒子ビームデバイス
３０５ 荷電粒子ビーム源
３０６ ビーム制限開孔
３１０ 試料
３１１ 試料ステージ
３４０ 対物レンズデバイス
３４５ ビーム分離器
３４６ 走査偏向器
３５０ 検出器
４００ 電極構成
４０１ 排気チャネル
４０２ 貫通孔
４０３ 雄ねじ
４０４ 雌ねじ
７０１ 第１の三叉点
７０２ 第２の三叉点
７０５ 第１のスペーサ要素
７０６ 第２のスペーサ要素
８４０ 第１の絶縁ボール
８４５ 第２の球形ボール
９０２ 電界線
９０５ 電界増強ゾーン

Claims (20)

  1. 荷電粒子ビームに作用するための電極構成であって、
    前記荷電粒子ビームのための第１の開口をもつ第１の電極と、
    第２の電極に対して前記第１の電極を位置合わせするために、前記第１の電極において第１の電極側に設けられた第１の凹部に位置づけられる第１のスペーサ要素であり、第１のブラインドホールを有する絶縁球又は絶縁ボールである、第１のスペーサ要素と、
    電界線を前記第１の電極の前記第１の凹部から離れたところに曲げるために前記第１のブラインドホールに設けられた第１の導電性シールドと、
    前記第１の電極と前記第１の導電性シールドとの間の電気接触を行うために、前記第１の電極から前記第１のブラインドホール内に突き出るコンタクトアセンブリと
    を備える、電極構成。
  2. 前記第１の導電性シールドが、前記第１のブラインドホールの内壁面の９０％以上または前記第１のブラインドホールの内壁面全体を覆う、請求項１に記載の電極構成。
  3. 前記第１の導電性シールドが、前記第１のブラインドホールの内壁面に被覆された導電層である、請求項１に記載の電極構成。
  4. 前記第１のブラインドホールが、前記第１のスペーサ要素内に延び、前記第１のスペーサ要素の直径の３０％以上、４０％以上、または５０％以上に対応する長さを有する円筒形チャネルを含む、請求項１に記載の電極構成。
  5. 前記コンタクトアセンブリが、第１のコンタクト要素と、前記第１の導電性シールドと電気接触するように前記第１のコンタクト要素を前記第１のブラインドホールに押し込むばね要素とを含む、請求項１に記載の電極構成。
  6. 前記コンタクトアセンブリが、前記電極構成の軸方向（Ａ）、前記第１の電極の半径方向、および前記第１の電極の円周方向のうちの少なくとも１つにおいて、前記第１の電極に対する前記第１のスペーサ要素の可動性を維持しながら、前記第１のスペーサ要素を前記第１の電極に接続する、請求項１に記載の電極構成。
  7. 第３の電極に対して前記第１の電極を位置合わせするために、前記第１の電極において前記第１の電極側の反対側の第２の電極側に設けられた第２の凹部に位置づけられる第２のスペーサ要素であり、第２のブラインドホールを有する、第２のスペーサ要素と、
    前記第２のブラインドホールに設けられた第２の導電性シールドと
    をさらに備え、
    前記コンタクトアセンブリが、前記第１の電極と前記第２の導電性シールドとの間の電気接触を行うために、前記第１の電極から前記第２のブラインドホール内に延びる、請求項１に記載の電極構成。
  8. 前記第１の凹部および前記第２の凹部が、前記第１の電極を通って延びる貫通孔によって接続され、前記コンタクトアセンブリが、前記貫通孔の内壁と電気的に接触し、前記貫通孔を通って前記第１のブラインドホールと前記第２のブラインドホールとの両方内に延びる、請求項７に記載の電極構成。
  9. 前記コンタクトアセンブリが、前記第１の導電性シールドと接触するための第１のコンタクト要素と、第２の電極側に配置された第２のスペーサ要素の第２のブラインドホールに設けられた第２の導電性シールドと接触するための第２のコンタクト要素とを含む、請求項１に記載の電極構成。
  10. 前記コンタクトアセンブリが、前記第１のコンタクト要素と前記第２のコンタクト要素とを前記電極構成の軸方向（Ａ）において互いに離れるように押すばね要素をさらに含む、請求項９に記載の電極構成。
  11. 前記ばね要素が、前記第１の電極と電気的に接触し、前記第１のコンタクト要素の軸方向端部または肩部と、前記第２のコンタクト要素の軸方向端部または肩部との間に作用する、請求項１０に記載の電極構成。
  12. 前記ばね要素が、前記第１のコンタクト要素および前記第２のコンタクト要素のうちの少なくとも一方を囲むコイルばねであり、前記第１の電極を通って延びる貫通孔に設けられる、請求項１０に記載の電極構成。
  13. 前記第２のコンタクト要素が、前記第１のコンタクト要素のスリーブセクション内に突き出るヘッド部分をもつピンセクションを含み、逆もまた同様である、請求項９に記載の電極構成。
  14. 前記第２のコンタクト要素が、前記第２のコンタクト要素に対して移動可能であり、および前記第２のコンタクト要素に対して拘束され、特に、前記第２のコンタクト要素のヘッド部分が、前記第１のコンタクト要素の雌ねじを通してねじ込まれる、請求項９に記載の電極構成。
  15. 前記第１のスペーサ要素が、セラミック球であり、前記電極構成が、少なくとも３つの電極を含む静電レンズである、請求項１に記載の電極構成。
  16. 荷電粒子ビームに作用するための電極構成用のコンタクトアセンブリであって、
    第１のブラインドホールに設けられた第１の導電性シールドと電気的に接触するために第１の電極から第１のスペーサ要素の前記第１のブラインドホール内に延びるように構成された第１のコンタクト要素であって、前記第１の導電性シールドが前記第１のスペーサ要素と前記第１の電極の間のコンタクト区域の近傍において電界強度を低減させる、第１のコンタクト要素と、
    第２のブラインドホールに設けられた第２の導電性シールドと電気的に接触するために前記第１の電極から第２のスペーサ要素の前記第２のブラインドホール内に延びるように構成された第２のコンタクト要素であって、前記第２の導電性シールドが前記第２のスペーサ要素と前記第１の電極の間のコンタクト区域の近傍において電界強度を低減させる、第２のコンタクト要素と、
    前記第１のコンタクト要素と前記第２のコンタクト要素との間に作用し、前記第１のコンタクト要素と前記第２のコンタクト要素とを反対方向に離すように押すばね要素と
    を備え、
    前記第１及び第２のスペーサ要素は、絶縁球又は絶縁ボールである、コンタクトアセンブリ。
  17. 光軸に沿って伝搬する荷電粒子ビームを生成するための荷電粒子ビーム源と、
    請求項１に記載の電極構成を含むビーム影響要素と、
    前記荷電粒子ビームを試料上に集束させるための対物レンズデバイスと、
    前記試料によって放出された信号荷電粒子を検出するための検出器と
    を備える、荷電粒子ビームデバイス。
  18. 荷電粒子ビームに作用するための電極構成における電界強度を低減する方法であって、
    光軸に沿って伝搬する荷電粒子ビームを生成することと、
    少なくとも、第１の電位に定められた第１の電極、第２の電位に定められた第２の電極、および前記第１の電極と前記第２の電極との間に挟まれ、前記第１の電極と前記第２の電極とを互いに対して位置合わせする第１のスペーサ要素を含む電極構成によって前記荷電粒子ビームを誘導することであり、前記第１のスペーサ要素が絶縁球又は絶縁ボールである、誘導することと、
    前記第１のスペーサ要素の第１のブラインドホールに設けられた第１の導電性シールドにより、前記第１の電極と前記第１のスペーサ要素との間の接触点から離れたところに電界線を曲げることであり、前記第１のブラインドホールに突き出るコンタクトアセンブリが、前記第１の導電性シールドと前記第１の電極との間の電気接触を行う、曲げることと
    を含む、方法。
  19. 前記電極構成が、少なくとも、第３の電極と、前記第１の電極と前記第３の電極との間に挟まれ、前記第１の電極と前記第３の電極とを互いに対して位置合わせする第２のスペーサ要素とをさらに備え、
    前記第２のスペーサ要素の第２のブラインドホールに設けられた第２の導電性シールドにより、前記第１の電極と前記第２のスペーサ要素との間の接触点から離れたところに電界線を曲げることであり、前記コンタクトアセンブリが、前記第２のブラインドホールに突き出し、前記第２の導電性シールドと前記第１の電極との間の電気接触を行う、曲げること
    をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
  20. 前記第１の導電性シールドと電気接触するように前記コンタクトアセンブリの第１のコンタクト要素を前記第１のブラインドホールに押し込み、前記第２の導電性シールドと電気接触するように前記コンタクトアセンブリの第２のコンタクト要素を前記第２のブラインドホールに押し込むことをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
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