JP7516366B2 - 電磁複合レンズ及びそのようなレンズを備えた荷電粒子光学システム - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
[0001] 本出願は、２０１８年１１月１６日に出願された米国出願第６２／７６８，７９９号の優先権を主張する。これは参照により全体が本願に含まれる。

[0002] 本明細書で提供される実施形態は、１つ以上の電子ビームを利用する電子顕微鏡装置のような、１つ以上の荷電粒子ビームを用いる荷電粒子装置に適用できる荷電粒子光学システムに関する。

[0003] 集積回路（ＩＣ）の製造プロセスでは、回路コンポーネントを検査して、それらが設計に従って製造されていること及び欠陥がないことを保証できる。製造中のウェーハ又はマスク上にパターン欠陥や望ましくない粒子（残留物）等が現れ、これにより歩留まりが低下する可能性がある。例えば、ますます高度になっているＩＣチップの性能要求を満たすため採用されている、クリティカルフィーチャ寸法を小型化したパターンで、望ましくない粒子が問題となる恐れがある。

[0004] 走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）のような荷電粒子（例えば電子）ビーム顕微鏡は、ナノメートル未満までの分解能が可能であり、１００ナノメートル以下（sub-100 nanometer）のフィーチャサイズを有するＩＣコンポーネントを検査するための実用可能ツールとして機能する。ＳＥＭツールでは、比較的高いエネルギを有する一次電子ビームを減速させて比較的低い入射エネルギでサンプル上に入射させ、集束させてそこにプローブスポットを形成する。この一次電子の集束プローブスポットにより、表面から二次電子を発生させる。サンプル表面上でプローブスポットをスキャンし、二次電子を収集することによって、パターン検査ツールはサンプル表面の像を取得することができる。

[0005] シングルビーム又はマルチビーム検査ツール内のレンズや偏向器等の光学要素は、検査で用いられるビームに分散又は収差を招く可能性がある。例えば、光軸に沿って一次電子ビームを発生させると共に、二次電子を収集するための検出器をオフアクシスに配置する場合がある。複数の一次ビーム又は複数の二次ビームを含む検査システムでは、ビームセパレータを用いて一次ビームから二次電子ビームを分離し、二次電子ビームをオフアクシス検出器の方へ向かわせることができる。ビームセパレータは、電磁気を用いて電子を偏向させるため使用される磁気偏向器を含み得るので、ビームセパレータを通過するビームに分散を発生させる可能性がある。更にレンズは、それらのサイズ、構造、動作条件、及び光学システム内の配置によって影響を受ける収差を発生させる可能性がある。分散及び収差は、いくつかの効果の中でも特に、検査したサンプル表面の像を再構築するための解像度を低下させる恐れがある。

[0006] 本開示の実施形態は電磁複合レンズを提供することができる。複合レンズは静電レンズ及び磁気レンズを含み得る。磁気レンズは永久磁石を含み得る。静電レンズの集束力（focusing power）を変動させることによって、複合レンズの集束力を変化させることができる。本開示の実施形態は荷電粒子光学システムを提供することができる。システムは、ソースにより発生されて一次光軸に沿って進む一次荷電粒子ビームの複数のビームレットを、複数のビームレットによってサンプルから発生した複数の二次荷電粒子ビームから分離するように構成されたビームセパレータを含み得る。二次荷電粒子ビームは、ビームセパレータを通過した後、二次光軸に沿って進み得る。システムは、二次光軸に沿って二次荷電粒子ビームを検出器の複数の検出要素へ集束するように構成された二次結像システムを含み得る。二次結像システムはズームレンズを含み得る。ズームレンズはビームセパレータの近くに置くことができ、電磁複合レンズを含む。複合レンズは、ビームセパレータから数えた場合に二次結像システムの入射側からズームレンズ内の最初のレンズとすることができる。

[0007] 本発明の例示的な利点及び効果は、本発明の特定の実施形態が例示として示されている添付図面と共に以下の説明を読むことから明らかとなろう。

[0008] 本開示の実施形態に従った例示的な電子ビーム検査（ＥＢＩ：electron beam inspection）システムを示す概略図である。 [0009] 図１Ａの電子ビーム検査システムの一部であり得る例示的な電子ビームツールを示す。 [0010] 本開示の実施形態に従った例示的な二次結像システムを示す。 [0011] 本開示の実施形態に従った、二次結像システムの一部であり得る電磁複合レンズの例示的な構成を示す。 [0011] 本開示の実施形態に従った、二次結像システムの一部であり得る電磁複合レンズの例示的な構成を示す。 [0011] 本開示の実施形態に従った、二次結像システムの一部であり得る電磁複合レンズの例示的な構成を示す。 [0012] 本開示の実施形態に従った、電磁複合レンズの他の例示的な構成を示す。 [0012] 本開示の実施形態に従った、電磁複合レンズの他の例示的な構成を示す。 [0013] 本開示の実施形態に従った、ＥＢＩシステムの二次結像システムにおいて使用され得るレンズの例示的な構成を示す。 [0014] 本開示の実施形態に従った、ＥＢＩシステムの一次投影システム及び二次結像システムにおいてそれぞれ使用され得るレンズ及びフィールド遮蔽チューブの他の例示的な構成を示す。 [0014] 本開示の実施形態に従った、ＥＢＩシステムの一次投影システム及び二次結像システムにおいてそれぞれ使用され得るレンズ及びフィールド遮蔽チューブの他の例示的な構成を示す。 [0015] 本開示の実施形態に従った、電磁複合レンズを構成する例示的な方法を表すフローチャートである。 [0016] 本開示の実施形態に従った、荷電粒子ビーム装置を構成する例示的な方法を表すフローチャートである。

[0019] これより、添付図面に例が示されている例示的な実施形態について詳細に述べる。以下の説明は添付図面を参照するが、添付図面では、特に他の指示がない限り、異なる図面における同一の番号は同一の又は類似の要素を表す。例示的な実施形態の以下の説明で述べられている実施は、本発明に従った全ての実施を表すわけではない。それらの実施は、添付の特許請求の範囲で挙げられている本発明に関する態様に従ったシステム、装置、及び方法の単なる例に過ぎない。図面における要素の相対的な寸法は明確さのため誇張されることがある。

[0020] 電子デバイスの物理的なサイズを縮小しながら計算能力を向上させることは、ＩＣチップ上のトランジスタ、キャパシタ、ダイオード等の回路コンポーネントの実装密度を著しく増大させることにより達成できる。例えばスマートフォンでは、ＩＣチップ（親指の爪のサイズである）は、人毛の１０００分の１未満のサイズであるトランジスタを２０億超も含み得る。驚くことではないが、半導体ＩＣ製造は数百の個別ステップを含む複雑なプロセスである。１つのステップにおける誤差でさえ、最終製品の機能に対して劇的に影響を及ぼす可能性がある。１つの「キラー欠陥（killer defect）」でさえデバイス故障を引き起こす恐れがある。製造プロセスの目標は、プロセスの全体的な歩留まりを改善することである。例えば５０のステップを有するプロセスが７５％の歩留まりを達成するには、個別ステップの各々の歩留まりが９９．４％を超えていなければならない。個別ステップの歩留まりが９５％である場合、全体的なプロセス歩留まりは７％に低下する。

[0021] 高いスループット（例えば１時間当たりのウェーハ処理数として定義される）を維持しながら、高い精度と高い解像度で欠陥を検出する能力を保証することは、ますます重要になっている。高いプロセス歩留まりと高いウェーハスループットは、特にオペレータの介入を伴う場合、欠陥の存在によって影響を受ける可能性がある。従って、高い歩留まりと低いコストを維持するためには、検査ツール（ＳＥＭ等）によるマイクロサイズ及びナノサイズの欠陥の検出と識別が重要である。

[0022] 荷電粒子ビームを用いる検査ツールは、高い分解能と高いスループットを達成することができる。サンプルを検査するために使用されるいくつかの検査ツールでは、荷電粒子源から一次ビームを発生することができる。例えば図１Ｂに図示されているように、源（source）１０１から発生した一次ビーム１０２は一次光軸１００＿１に沿って進み、一次ビーム１０２の１つ以上のビームレット（１０２＿１、１０２＿２、及び１０２＿３等）はサンプル１に衝突する。次いで、１つ以上のビームレットから、一次光軸に沿って逆方向に進み得る二次荷電粒子の１つ以上の二次ビームを発生することができる。最終的に、二次荷電粒子の１つ以上の二次ビームは電子検出デバイス１４０Ｍ等の検出器に到達することができ、ここでサンプルの結像信号が発生される。

[0023] 二次ビームの検出が１つ以上のビームレットと干渉するのを防ぐため、検出器は、光軸１５０＿１に沿った位置のように一次光軸から離れた位置に配置することができる。従って、一次光軸上に要素１６０等のビームセパレータを提供して、１つ以上の二次ビームを検出器の方へ方向転換することができる。このため、１つ以上のビームレットは方向転換することなくビームセパレータを通過した後にサンプルに到達し、１つ以上の二次ビームはビームセパレータを通過しながら方向転換した後に検出器に到達し得る。

[0024] ビームセパレータはビームの方向を選択的に変えることができるが、ビームセパレータを用いる効果として、これを通過するビームに分散が生じる可能性がある。分散は、ビームのサイズ及び関連する結像品質に負の効果を及ぼし得る。ビームセパレータは、一次ビームのビームレットと二次ビームの双方に分散の影響を与えることがあり、これは一次ビームと二次ビームとの間の分離角と共に増大するので、分離角が小さくなるようにビームセパレータの動作パラメータを設定することができる。一例として図１Ｂでは、ビームセパレータ１６０は、二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ等の二次ビームを小さい角度αで電子検出デバイス１４０Ｍの方へ偏向させると共にビームレット（１０２＿１、１０２＿２、１０２＿３）を偏向させないように動作させることができる。角度αが分離角である。しかしながら、こうすることで、二次ビームを検出器に投影するため用いられる二次結像システム等の電子光学要素を検査ツール内に配置するため利用できる空間が制限される可能性がある。本出願の態様によれば、図４Ａに示されているレンズ１５１－１１Ａのような検査ツールのいくつかの要素を、一次光軸１００＿１と二次光軸１５０＿１との間の限定された空間内に提供することができる。

[0025] 二次ビームは、検出器へ向かう途中で様々なレンズを通過する。例えば図１Ｂに示されているように、二次ビームは、１つ以上のレンズを含み得る二次結像システム１５０を通過する。これらのレンズは、通過する二次ビームに収差の影響を招くことがある。レンズの収差を低減するいくつかの方法には、レンズを大型化すること、静電レンズの場合に「ポジティブモード（positive mode）」を使用すること、又は磁気レンズを使用することがある。しかしながら、レンズを大型化すること又は磁気レンズを使用することは、検査ツール内にレンズを配置するため利用できる大きい空間を必要とする。また、ポジティブモードは高い電圧を必要とするので、電圧差の大きい電極が相互に近接する可能性のある狭い空間では特に、アーク放電のリスクが増大する恐れがある。

[0026] このように検査ツールでは、分散の影響を最小限に抑えると共に収差を最小限に抑えるという、相反する目的がある。分散と収差は双方とも結像品質を低下させ得るので、分散及び収差を同時に低減させることが望ましい。また、分散及び収差のような有害な効果は光学システム全体にわたって伝搬し得るので、検査ツールの光学システムでは、できるだけ早くこのような効果を低減することが望ましい。

[0027] また、光学システム内のいくつかのレンズは電磁石を使用することがある。電磁石は、コイル及びこのコイルを覆っている磁気ヨークを含むタイプの磁石である。コイルに電流を流すことで磁場を発生させ、磁気ヨークは、磁場を増大させると共に、磁気ヨークの２つの磁極片の間の非磁性ギャップを通って漏れ出すように磁場を方向付ける。通常、ビームの集束に用いられる場合、磁場が発生する収差は同等の静電場よりも小さい。このため、磁場、又は磁場と静電場の組み合わせを発生するレンズは、検査ツールでの適用に有益である可能性がある。多種多様な集束条件に対応するようにレンズを調整できることが要求される場合、磁場と静電場のうち一方又は双方を変更可能であることが必要である。電磁石を用いて磁場を発生させる場合、磁場を維持するため電磁石のコイルに連続的に電力を提供する電力源が必要であり、結果的に、かさばった複雑なものとなり得る。

[0028] 更に、電磁石のコイルは熱を発生し、これが磁気レンズの安定性と関連する結像品質に負の効果を及ぼす恐れがある。本出願のいくつかの態様は、電磁石に伴う問題のいくつかを回避できる永久磁石を使用し得る。例えば、電磁石に比べ、永久磁石は占有する空間が小さく、発生する熱が小さい可能性があり、ドライバに対する接続を必要としない。従って、永久磁石は高電圧環境内での配置に適切であり得る。

[0029] 本開示のいくつかの実施形態では、検査ツールにおける分散と収差の効果を低減又は排除することができる。例えば、ビームセパレータは二次ビームを少量偏向させるように構成することができ、利用可能な空間が限られている場所に電磁複合レンズを提供する。複合レンズは磁気部分と静電部分を含み得る。磁気部分は永久磁石を含み得る。複合レンズの集束力は、一部は磁気部分によって、一部は静電部分によって提供することができる。集束力の調整可能部分は静電部分によって提供できる。磁気部分は収差を低減させるために有益であり、一方で、静電部分によって調整機能を達成できる。静電部分はポジティブモードで動作させることができ、これも収差を低減させるために有益であり得る。このため、検査ツールの結像解像度を向上させることができる。

[0030] 本開示の範囲を限定することなく、実施形態の説明及び図面は典型的に電子ビームを用いることに言及し得る。しかしながら、実施形態は本発明を特定の荷電粒子に限定するように使用されるわけではない。例えば、ビーム形成のためのシステム及び方法は、光子、ｘ線、及びイオン等に適用可能である。更に、「ビーム」という用語はとりわけ、一次電子ビーム、一次電子ビームレット、又は二次電子ビームを指すことができる。

[0031] 本明細書で用いる場合、特に他の指示がない限り、「又は（or）」という用語は、実行不可能な場合を除いて、全ての可能な組み合わせを包含する。例えば、あるコンポーネントがＡ又はＢを含むと記載されている場合、特に他の指示がない限り、又は実行不可能な場合を除いて、そのコンポーネントはＡもしくはＢを含むか、又はＡ及びＢを含むことができる。第２の例として、あるコンポーネントがＡ、Ｂ、又はＣを含むと記載されている場合、特に他の指示がない限り、又は実行不可能な場合を除いて、そのコンポーネントはＡもしくはＢもしくはＣを含むか、又はＡ及びＢを含むか、又はＡ及びＣを含むか、又はＢ及びＣを含むか、又はＡ及びＢ及びＣを含むことができる。

[0032] これより、本開示の実施形態に従った例示的な電子ビーム検査（ＥＢＩ）システム１０を示す図１Ａを参照する。図１Ａに示されているように、ＥＢＩシステム１０は、主チャンバ１１と、ロード／ロックチャンバ２０と、電子ビームツール１００と、機器フロントエンドモジュール（ＥＦＥＭ：equipment front end module）３０と、を含む。電子ビームツール１００は主チャンバ１１内に配置されている。

[0033] ＥＦＥＭ３０は、第１ローディングポート３０ａ及び第２ローディングポート３０ｂを含む。ＥＦＥＭ３０は、１又は複数の追加のローディングポートも含み得る。第１ローディングポート３０ａ及び第２ローディングポート３０ｂは、例えば、検査対象のウェーハ（例えば、半導体ウェーハ、又は１もしくは複数の他の材料で作製されたウェーハ）又はサンプルを収容したウェーハＦＯＵＰ（front opening unified pod）を受容することができる（本明細書ではウェーハ及びサンプルをまとめて「ウェーハ」と呼ぶことがある）。ＥＦＥＭ３０内の１つ以上のロボットアーム（図示せず）が、ウェーハをロード／ロックチャンバ２０へ移送することができる。

[0034] ロード／ロックチャンバ２０はロード／ロック真空ポンプシステム（図示せず）に接続されており、このロード／ロック真空ポンプシステムは、ロード／ロックチャンバ２０内のガス分子を除去して大気圧未満の第１の圧力を達成する。第１の圧力に達した後、１つ以上のロボットアーム（図示せず）が、ウェーハをロード／ロックチャンバ２０から主チャンバ１１へ移送することができる。主チャンバ１１は主チャンバ真空ポンプシステム（図示せず）に接続されており、この主チャンバ真空ポンプシステムは、主チャンバ１１内のガス分子を除去して第１の圧力未満の第２の圧力を達成する。第２の圧力に達した後、ウェーハは電子ビームツール１００による検査を受ける。電子ビームツール１００はシングルビームシステム又はマルチビームシステムとすることができる。電子ビームツール１００にコントローラ１９が電子的に接続されている。コントローラ１９は図１Ａにおいて、主チャンバ１１、ロード／ロックチャンバ２０、及びＥＦＥＭ３０を含む構造の外側に示されているが、コントローラ１９がこの構造の一部である場合もあることは認められよう。

[0035] 本開示は主チャンバ１１が電子ビーム検査ツールを収容している例を提供するが、最も広い意味での本開示の態様は、電子ビーム検査システムを収容しているチャンバに限定されないことに留意するべきである。本明細書で検討される原理を第２の圧力下で動作する他のツールにも適用できることは認められよう。

[0036] 図１Ｂは、図１ＡのＥＢＩシステムの一部であり得る例示的な電子ビームツール１００Ａを示す。電子ビームツール１００Ａ（本明細書では「装置１００Ａ」とも呼ぶ）は、電子源１０１と、銃アパーチャプレート（gun aperture plate）１７１と、コンデンサレンズ１１０と、ソース変換ユニット１２０と、一次投影システム１３０と、二次結像システム１５０と、電子検出デバイス１４０Ｍと、を備える。一次投影システム１３０は対物レンズ１３１を含み得る。表面７を有するサンプル１は、可動ステージ（図示せず）上に提供することができる。電子検出デバイス１４０Ｍは、複数の検出要素１４０＿１、１４０＿２、及び１４０＿３を含み得る。一次投影システム１３０内にビームセパレータ１６０及び偏向スキャンユニット１３２を配置することができる。

[0037] 電子源１０１、銃アパーチャプレート１７１、コンデンサレンズ１１０、ソース変換ユニット１２０、ビームセパレータ１６０、偏向スキャンユニット１３２、及び一次投影システム１３０は、装置１００Ａの一次光軸１００＿１と位置合わせすることができる。二次結像システム１５０及び電子検出デバイス１４０Ｍは、装置１００Ａの二次光軸１５０＿１と位置合わせすることができる。

[0038] 電子源１０１は、カソード（図示せず）と、抽出器又はアノード（図示せず）と、を含み得る。動作中、電子源１０１はカソードから一次電子を放出するように構成され、一次電子は抽出器又はアノードによって抽出又は加速されて、一次ビームクロスオーバ（仮想（virtual）又は実）１０１ｓを形成する一次電子ビーム１０２を形成する。一次電子ビーム１０２は、一次ビームクロスオーバ１０１ｓから放出されているように可視化できる。

[0039] ソース変換ユニット１２０は、像形成要素アレイ（図１Ｂには示されていない）及びビーム制限アパーチャアレイ（図１Ｂには示されていない）を含むことができる。像形成要素アレイは複数の微小偏向器又は微小レンズを含むことができ、これらは、一次電子ビーム１０２の複数の一次ビームレット１０２＿１、１０２＿２、１０２＿３に影響を与えると共に、一次ビームレット１０２＿１、２０１＿２、１０２＿３の各々に一つずつ、一次ビームクロスオーバ１０１ｓの複数の平行な像（虚（virtual）又は実）を形成することができる。ビーム制限アパーチャアレイは、個々の一次ビームレット１０２＿１、１０２＿２、及び１０２＿３の直径を制限するように構成できる。図１Ｂは一例として３つの一次ビームレット１０２＿１、１０２＿２、及び１０２＿３を示すが、ソース変換ユニット１２０は任意の数の一次ビームレットを形成するように構成され得ることは認められよう。例えば、ソース変換ユニット１２０は、３×３アレイの一次ビームレットを形成するように構成できる。ソース変換ユニット１２０は更に、プローブスポット１０２＿１Ｓ、１０２＿２Ｓ、及び１０２＿３Ｓの収差を補償するように構成された収差補償器アレイを含み得る。いくつかの実施形態において、収差補償器アレイは、プローブスポット１０２＿１Ｓ、１０２＿２Ｓ、及び１０２＿３Ｓのフィールド曲率収差をそれぞれ補償するように構成された微小レンズを有するフィールド曲率補償器アレイを含み得る。いくつかの実施形態において、収差補償器アレイは、プローブスポット１０２＿１Ｓ、１０２＿２Ｓ、及び１０２＿３Ｓの非点収差をそれぞれ補償するように構成された微小非点収差補正器（micro-stigmator）を有する非点収差補償器アレイを含み得る。いくつかの実施形態において、像形成要素アレイ、フィールド曲率補償器アレイ、及び非点収差補償器アレイはそれぞれ、微小偏向器、微小レンズ、及び微小非点収差補正器の多数の層を含み得る。多層アレイの例は、全体が本願に含まれる米国特許出願第６２／５６７，１３４号で更に記載されている。

[0040] コンデンサレンズ１１０は、一次電子ビーム１０２を集束するように構成されている。コンデンサレンズ１１０は更に、コンデンサレンズ１１０の集束力を変動させることによって、ソース変換ユニット１２０の下流の一次ビームレット１０２＿１、１０２＿２、及び１０２＿３の電流を調整するように構成できる。これにより、ビームレット１０２＿１、１０２＿２、及び１０２＿３の集束状態をコンデンサレンズ１１０によって変化させることができる。あるいは、この電流の変化は、個々の一次ビームレットに対応するビーム制限アパーチャアレイ内のビーム制限アパーチャの半径方向のサイズを変更することによって実行できる。従って、ビームレットの電流は、ビームレット経路に沿った異なる位置では異なる可能性がある。ビームレット電流は、サンプル表面上のビームレットの電流（例えばプローブスポット電流）が所望の量に設定されるように調整すればよい。

[0041] コンデンサレンズ１１０は、第１主面の位置が可動であるように構成できる可動コンデンサレンズとしてもよい。可動コンデンサレンズは、磁気型、又は静電型、又は電磁型（例えば複合）であるように構成できる。可動コンデンサレンズは、米国特許第９，９２２，７９９号及び米国特許出願公報第２０１７／００２５２４３号に更に記載されている。これらは双方とも全体が本願に含まれる。いくつかの実施形態において、コンデンサレンズは、ビームレットの電流を変動させながらオフアクシスビームレットの回転角を不変のままに維持できる回転防止レンズ（anti-rotation lens）としてもよい。いくつかの実施形態において、コンデンサレンズ１１０は、可動の第１主面を有する回転防止レンズを含む、可動回転防止コンデンサレンズとすることができる。回転防止又は可動回転防止コンデンサレンズは、参照により全体が本願に含まれる国際公報ＷＯ２０１８／１２２１７６号に更に記載されている。

[0042] 対物レンズ１３１は、図示されている実施形態に示すように、検査のためビームレット１０２＿１、１０２＿２、及び１０２＿３をサンプル１上に集束させるように構成することができ、表面７上に３つのプローブスポット１０２＿１Ｓ、１０２＿２Ｓ、及び１０２＿３Ｓを形成できる。銃アパーチャプレート１７１は、動作中、一次電子ビーム１０２の周辺電子を遮断してクーロン効果を低減するように構成されている。クーロン効果は、一次ビームレット１０２＿１、１０２＿２、１０２＿３のプローブスポット１０２＿１Ｓ、１０２＿２Ｓ、及び１０２＿３Ｓの各々のサイズを拡大させ、これによって検査分解能を劣化させる可能性がある。

[0043] ビームセパレータ１６０は、例えば、静電双極子場Ｅ１及び磁気双極子場Ｂ１を発生する静電偏向器を含むウィーンフィルタ（Wien filter）とすればよい。ビームセパレータ１６０は、ローレンツ力を用いて、通過する電子に影響を及ぼすことができる。ビームセパレータ１６０は、静電双極子場Ｅ１及び磁気双極子場Ｂ１を発生するように活性化できる。動作中、ビームセパレータ１６０は、一次ビームレット１０２＿１、１０２＿２、及び１０２＿３の個々の電子に対し、静電双極子場Ｅ１によって静電力を加えるように構成できる。静電力は、個々の電子に対してビームセパレータ１６０の磁気双極子場Ｂ１によって加えられる磁力と大きさは等しいが方向は反対であり得る。一次ビームレット１０２＿１、１０２＿２、及び１０２＿３は、実質的に真っすぐビームセパレータ１６０を通過し得る。

[0044] 偏向スキャンユニット１３２は、動作中、一次ビームレット１０２＿１、１０２＿２、及び１０２＿３を偏向させて、プローブスポット１０２＿１Ｓ、１０２＿２Ｓ、及び１０２＿３Ｓを表面７のセクション内の個々のスキャンエリアでスキャンするように構成されている。一次ビームレット１０２＿１、１０２＿２、及び１０２＿３によってプローブスポット１０２＿１Ｓ、１０２＿２Ｓ、及び１０２＿３Ｓでサンプル１が照明されることに応答して、二次電子がサンプル１から放出され、動作中にサンプル１から放出される３つの二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ、１０２＿２ｓｅ、及び１０２＿３ｓｅを形成する。二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ、１０２＿２ｓｅ、及び１０２＿３ｓｅの各々は典型的に、二次電子（例えば、≦５０ｅＶの電子エネルギを有する）及び後方散乱電子（例えば、５０ｅＶと一次ビームレット１０２＿１、１０２＿２、及び１０２＿３の入射エネルギとの間の電子エネルギを有する）を含む様々なエネルギを有する電子を含む。

[0045] ビームセパレータ１６０は、二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ、１０２＿２ｓｅ、及び１０２＿３ｓｅを二次結像システム１５０の方へ偏向させるように構成されている。二次結像システム１５０はこの後、二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ、１０２＿２ｓｅ、及び１０２＿３ｓｅを電子検出デバイス１４０Ｍの検出要素１４０＿１、１４０＿２、及び１４０＿３上に集束させる。検出要素１４０＿１、１４０＿２、及び１４０＿３は、対応する二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ、１０２＿２ｓｅ、及び１０２＿３ｓｅを検出し、対応する信号を発生するように配置されている。これらの信号は、例えばサンプル１の対応するスキャンエリアの像を構築するため、信号処理ユニット（図示せず）に送信され得る。

[0046] ビームセパレータ１６０は、二次電子ビームを二次結像システム１５０の方へ角度αだけ偏向させるように構成できる。角度αは、一次光軸１００＿１と二次光軸１５０＿１との角度として規定され得る。角度αは、光軸上の一次電子ビームレットとこれに対応する二次電子ビームレットとの分離角を表し得る。いくつかの実施形態において、角度αは５～２５度の範囲内に設定できる。

[0047] 上記で検討したように、ビームセパレータ１６０は、ウィーンフィルタ等の磁気偏向器を含む偏向デバイスとすればよい。偏向デバイスは、通過する電子を偏向することができる。電子の偏向方向と偏向角は、電子の移動方向とエネルギ（例えば速度によって表すことができる）に依存し得る。一次電子はサンプル１の方へ進み、二次電子はサンプル１の表面７から発生してサンプル１から離れる方へ進み得る。このため、二次電子又は後方散乱電子とは異なる方向に移動する一次電子を、二次電子又は後方散乱電子から区別することができる。従って、一次ビームレット１０２＿１、１０２＿２、及び１０２＿３は実質的に真っすぐビームセパレータ１６０を通過することができ、二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ、１０２＿２ｓｅ、及び１０２＿３ｓｅは、例えば角度αだけ光軸１００＿１から離れる方へ偏向する。

[0048] しかしながら、一次ビームレット１０２＿１、１０２＿２、及び１０２＿３自体が異なるエネルギレベルの電子を含むことがある。従って、一次ビームレット１０２＿１、１０２＿２、及び１０２＿３の各々で分散が発生する可能性がある。分散は、一次ビームレット１０２＿１、１０２＿２、及び１０２＿３に影響を及ぼして、所望の形状から逸脱するか又は広がったプローブスポットをサンプル１上に形成し得る。その結果として、分散により、プローブスポットは例えば楕円形状に形成されるか又は拡大することがある。ビームセパレータ１６０により生じた分散は結像解像度を低下させる恐れがある。

[0049] 更に、分散は二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ、１０２＿２ｓｅ、及び１０２＿３ｓｅに影響を及ぼして、電子検出デバイス１４０Ｍ上により大きいスポットを形成する可能性がある。分散は二次電子収集効率を低下させ、クロストークの一因となる恐れがある。

[0050] 図１Ｂにおいて、一次投影システム１３０内のビームレットの経路は単なる概略であり得る。例えば図１Ｂに示されているように、ビーム偏向器１６０、偏向スキャンユニット１３２、及び対物レンズ１３１を通って直線的に進むビームレットの点線の表現は、一次投影システム１３０のような電子光学要素又はシステムへ入射しこれらから出射するビームレット間の対応関係を示し得る。すなわち、ビームレットの軌道は図１Ｂの一次投影システム１３０内に示されたものとは異なることがある。ビームレットの相対位置は電子光学要素の構成及び動作モードによって変化し得る。

[0051] 分離角αは様々な基準に基づいて設定することができる。いくつかの実施形態において、分離角αは分散の影響を最小限に抑えるように設定され得る。例えば、分離角αはできる限り小さく選択することができる。ビームセパレータ１６０は、ビームセパレータ１６０によって発生する静電双極子場Ｅ１及び磁気双極子場Ｂ１の大きさが最小限に抑えられるように、二次ビームレットをできる限り少量だけ偏向するように構成できる。分散の影響を最小限に抑えるためには、Ｅ１及びＢ１の大きさを低減することが効果的であり得る。

[0052] しかしながら、分離角αを小さくすると、一次光軸１００＿１と二次光軸１５０＿１との間の利用可能な空間が制限され得る。空間の制限は、二次結像システム１５０に実装上の制約を加える。このような制約は、レンズのような二次結像システム１５０内の要素のサイズ及び位置の柔軟性を制限する可能性がある。

[0053] 図１Ｃは、装置１００Ａの一部を形成し得る検出システム１００Ａ－Ｄの例示的な構成を示す。検出システム１００Ａ－Ｄは、二次結像システム１５０及び電子検出デバイス１４０Ｍを含み得る。二次結像システム１５０は、ズームレンズ１５１と、投影レンズ１５２と、スキャン防止偏向ユニット１５７と、を含むことができ、これらは全て二次光軸１５０＿１と位置合わせされ得る。電子検出デバイス１４０の検出要素１４０＿１、１４０＿２、及び１４０＿３は、検出面ＳＰ３上に配置することができる。ズームレンズ１５１、投影レンズ１５２、及び対物レンズ１３１は共に、サンプル表面７の像を検出面ＳＰ３上に投影することができる。これらの要素は、偏向スキャンユニット１３２がオフである場合、二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ、１０２＿２ｓｅ、及び１０２＿３ｓｅを集束して、それぞれ検出要素１４０＿１、１４０＿２、及び１４０＿３上に二次電子スポットを形成できる。スキャン防止偏向ユニット１５７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を各領域でスキャンする場合、二次電子スポットを対応する検出要素内に保持するように構成できる。

[0054] サンプル１の表面７から検出面ＳＰ３までの合計結像倍率は、検出要素上のプローブスポットのピッチ（例えば、検出要素１４０＿１、１４０＿２、及び１４０＿３上の二次電子スポット間のピッチ）及びサンプル１上のプローブスポットのピッチ（例えば、プローブスポット１０２＿１Ｓ、１０２＿２Ｓ、及び１０２＿３Ｓ間のピッチ）に基づいて決定することができる。

[0055] サンプル表面７の各プローブスポットを１つの検出要素上に結像することにより、複数のプローブスポットと複数の検出要素との間の対応関係を保証できる。いくつかの実施形態において、サンプル１上のプローブスポットピッチは異なる検査用途では異なる可能性があり、これに応じて倍率も変化し得る。

[0056] ズームレンズ１５１は、２つのレンズ１５１＿１１及び１５１＿１２を含み得る。レンズ１５１＿１１及び１５１＿１２は静電レンズとすることができる。ズームレンズ１５１の像面は伝達面（transfer plane）ＳＰ２にあるように構成できる。伝達面ＳＰ２にフィールドレンズを提供することができる。いくつかの実施形態において、伝達面ＳＰ２の位置は、低速二次電子検出モード及び後方散乱電子検出モードのような異なるモードでは異なる可能性がある。

[0057] 投影レンズ１５２は、静電レンズ１５２＿１１及び磁気レンズ１５２＿１２を含み得る。投影レンズ１５２の像面は検出面ＳＰ３にあるように構成できる。サンプル表面７から伝達面ＳＰ２への第１の結像倍率レベルは、対物レンズ１３１及びズームレンズ１５１によって実現できる。伝達面ＳＰ２から検出面ＳＰ３への第２の結像倍率レベルは、投影レンズ１５２によって実現できる。サンプル表面７から検出面ＳＰ３までの合計結像倍率は、第１の結像倍率レベルと第２の結像倍率レベルとの積に等しいものであり得る。いくつかの実施形態において、第２の結像倍率レベルは第１の結像倍率レベルよりも大きいように構成できる。第２のレベルを第１のレベルよりも大きく設定することは、低速二次電子検出モード等のいくつかの結像モードでは有利であり得る。

[0058] ズームレンズ１５１はズーム機能を実行することができる。レンズ１５１＿１１及び１５１＿１２の集束力を調整することにより、第１の結像倍率レベルを変動させて合計結像倍率の所望の値を達成することができる。投影レンズ１５２は回転防止機能を実行することができる。磁気レンズ１５２＿１２の磁場及び静電レンズ１５２＿１１の集束力を調整することにより、検出面ＳＰ３における合計像回転及び第２の結像倍率レベルが一定の状態を維持するように設定できる。スキャン防止偏向ユニット１５７はスキャン防止機能を実行することができる。偏向スキャンユニット１３２を用いて二次電子ビームを同期的に偏向させることにより、検出面ＳＰ３上の二次電子スポットの変位を実質的に打ち消すことができる。その結果として、複数のプローブスポットと複数の検出要素との間の対応関係を維持できる。

[0059] 検出システム１００Ａ－Ｄの例示的な動作は以下を含み得る。例えば、対物レンズ１３１は、プローブスポット１０２＿１Ｓ、１０２＿２Ｓ、及び１０２＿３Ｓからそれぞれ発生した二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ、１０２＿２ｓｅ、及び１０２＿３ｓｅを集束し、像面ＳＰ１＿ｓｅ上に３つのプローブスポットの第１の二次電子像を形成することができる。像面ＳＰ１＿ｓｅはズームレンズ１５１の下方にあり、対物レンズ１３１の動作条件の変化と共に移動し得る。ビームセパレータ１６０は、二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ、１０２＿２ｓｅ、及び１０２＿３ｓｅが二次光軸１５０＿１に沿って二次結像システム１５０に入射するように、これらのビームを偏向させることができる。次いで、ズームレンズ１５１は二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ、１０２＿２ｓｅ、及び１０２＿３ｓｅを集束し、伝達面ＳＰ２上に３つのプローブスポットの第２の二次電子像を形成することができる。次いで、投影レンズ１５２は二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ、１０２＿２ｓｅ、及び１０２＿３ｓｅを集束して、検出面ＳＰ３上に３つのプローブスポットの第３の二次電子像を形成することができる。

[0060] 第１のズームレンズ１５１＿１１及び第２のズームレンズ１５１＿１２を含むズームレンズ１５１は、対物レンズ１３１の結像条件及び一次電子ビームの複数のビームレットが変化する場合に、サンプル１と検出面ＳＰ３との間の所望の結像倍率を達成するように調整することができる。例えば、第１のズームレンズ１５１＿１１及び第２のズームレンズ１５１＿１２は、二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ、１０２＿２ｓｅ、及び１０２＿３ｓｅのピッチが検出要素１４０＿１、１４０＿２、及び１４０＿３のピッチと一致するように調整できる。磁気レンズ１５２＿１２及び静電レンズ１５２＿１１を含む投影レンズ１５２は、結像条件が変化した場合に、二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ、１０２＿２ｓｅ、及び１０２＿３ｓｅの向きが検出要素１４０＿１、１４０＿２、及び１４０＿３の向きと一致するように調整できる。スキャン防止偏向ユニット１５７は、偏向スキャンユニット１３２がサンプル１上の各領域でビームレット１０２＿１、１０２＿２、及び１０２＿３をスキャンする動作中に、二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ、１０２＿２ｓｅ、及び１０２＿３ｓｅを検出要素１４０＿１、１４０＿２、及び１４０＿３内に保持するように動作させることができる。

[0061] 上記で検討したように、ビームセパレータ１６０は、例えば分散の影響を最小限に抑えるため、二次ビームレットを小さい角度αだけ偏向させるように構成できる。角度αは例えば５～２５度内に設定すればよい。分離角αが小さい場合、二次結像システム１５０及び一次投影システム１３０のための空間が制限され得る。ズームレンズ１５１の第１のレンズ１５１＿１１のようなビームセパレータ１６０に最も近い要素は、このような空間の制約によって最も大きい影響を受ける可能性がある。また、これら２つのシステムが、例えばより多くのビームレット及び検出要素を用いることで更に複雑になるにつれて、空間の制約はいっそう厳しくなり得る。２つのシステム内のレンズを小型化することは可能であるが、結像品質が劣化する恐れがある。例えば、レンズの内径が大きくなればなるほど、レンズによって発生する収差は小さくなる。それと同時に、レンズの配置がビームセパレータ１６０の近くになればなるほど、レンズによって発生する収差は小さくなる。二次結像システム１５０内で発生する収差は二次電子収集効率を低下させると共にクロストークの一因となり得るので、収差を最小限に抑えることが望ましい。しかしながら、実装上の制約があるので、内径の大きいレンズをビームセパレータ１６０の近くに配置することは難しい。従って、二次結像システム１５０で発生する収差を最小限に抑える観点からは、より大きい空間をレンズの収容のため利用できるように分離角αをできる限り大きく設定することが望ましい。このように、ビームセパレータ１６０からの分散の影響を最小限に抑えることと二次結像システム１５０からの収差を最小限に抑えることとの間には、トレードオフの関係が存在する。その結果として、分離角αは、一次電子像解像度と二次電子検出効率及びクロストークの要件のバランスを取るように選択され得る。静電レンズは通常、同等の磁気レンズよりも占有する空間が小さいが、磁気レンズよりも発生する収差が大きい。従って、いくつかの実施形態では、図１Ｃのズームレンズ１５１のレンズ１５１＿１１のような二次結像システム内のズームレンズの第１のレンズとして、電磁複合レンズが提供される。電磁複合レンズは、コイルを備える従来の磁気レンズよりもコンパクトにすることができるので、小さい分離角αが設定される場合に小さい収差を有する第１のレンズを使用し、これによって、分散の影響と収差が双方とも抑えられた検査ツールを達成する柔軟性の増大が可能となる。

[0062] 例えば二次結像システム１５０内の空間制限という理由から、通常、ズームレンズのレンズは静電レンズとすることができる。一例として、静電レンズは２つの端部電極及び１つ以上の内部電極を含み、アインツェルレンズ（Einzel lens）として機能し得る。アインツェルレンズでは、ビーム入射側とビーム出射側の端部電極は等しい電位に設定され、１つ以上の内部電極は、端部電極に対して正（すなわちポジティブモード）に、負（すなわちネガティブモード）に、又は、負及び正（すなわち２つ以上の内部電極を使用し得る組み合わせモード）に、バイアスされ得る。二次結像システム１５０が接地電位で動作することを保証するため、アインツェルレンズの端部電極は接地電位に設定することができる。

[0063] 一般に、磁気レンズは静電レンズよりも小さい収差を発生し得る。しかしながら、調整可能な集束力を有する従来の磁気レンズはコイル巻線を含むので、かさばる。従来の磁気レンズは、実装上の制約がある状況では理想的でない可能性がある。従って二次結像システム１５０は、例えばズームレンズ１５１においてアインツェルレンズを使用できる。

[0064] アインツェルレンズは、二次結像システム１５０において、ポジティブモード、ネガティブモード、又は組み合わせモードで動作させることができる。ポジティブモードにおける絶対電圧は他のモードよりも高い。収差の効果を低減するには高い電圧を用いることが有利であり得るが、そうするとアーク放電のリスクを招く恐れがある。例えば二次結像システム１５０において、実装上の制約があるので導電性電極を相互に近接して配置した場合、多くのアーク放電経路が存在し得るので、電気的な安全のためには高電圧を回避しなければならない。従って、アインツェルレンズをネガティブモードで動作させることが望ましい場合がある。

[0065] 本開示のいくつかの実施形態では、ズームレンズ内の１つのレンズを、磁気レンズと静電レンズを含む電磁複合レンズとすることができる。複合レンズの磁気レンズは永久磁石を含み得る。複合レンズの磁気レンズは複合レンズの合計集束力の一部を提供することができ、静電レンズは合計集束力の残り部分を構成する。複合レンズの静電レンズは、純粋なアインツェルレンズよりも低い電圧を用いるポジティブモードで動作させることができる。いくつかの実施形態によれば、電磁複合レンズを用いたズームレンズの収差は、全てのレンズが静電型である典型的なズームレンズに比べて低減できる。

[0066] これより、本開示の実施形態に従った電磁複合レンズ２１０Ａの例示的な構成を示す図２Ａを参照する。図２Ａの複合レンズは二次結像システム１５０の一部を形成し得る。例えば複合レンズ２１０Ａは、図１Ｃの二次結像システム１５０のズームレンズ１５１の第１のレンズ１５１＿１１として提供することができる。このため、複合レンズ２１０Ａはビームセパレータ１６０と投影レンズ１５２との間に配置され得る。複合レンズ２１０Ａは、軸２１０＿１と位置合わせすることができる。例えば複合レンズ２１０Ａが第１のレンズ１５１＿１１として提供される場合のように、いくつかの実施形態では、軸２１０＿１は軸１５０＿１とすることができる。複合レンズ２１０Ａは軸２１０＿１を中心として回転対称であり得る。

[0067] 複合レンズ２１０Ａは、永久磁石２１１と、第１の磁極片２１２と、第２の磁極片２１３と、第１の電極２１５と、第２の電極２１６と、を含み得る。磁石２１１は、軸２１０＿１の周りに、軸２１０＿１に沿った第１の磁極片２１２と第２の磁極片２１３との間に提供することができる。第１及び第２の磁極片２１２、２１３は、軸２１０＿１に沿って第１の電極２１５と第２の電極２１６との間に提供することができる。コンポーネント２１１、２１２、２１３、２１５、及び２１６は、環状の形状を有し得る。コイルに比べて永久磁石は占有する空間が小さく、発生する熱が小さい可能性があり、ドライバに対する接続を必要としない。従って、永久磁石は高電圧環境での配置に適切であり得る。

[0068] 磁石２１１は、軸２１０＿１に平行とすることができる長手方向に磁化方向を有し得る。第１の磁極片２１２及び第２の磁極片２１３は、導電性の磁性材料によって形成することができる。いくつかの実施形態において、第１及び第２の磁極片２１２及び２１３のうち一方又は双方は磁石２１１と直接に接触し得る。磁石２１１、第１の磁極片２１２、及び第２の磁極片２１３によって、磁気回路が形成され得る。磁極片２１２及び２１３は、磁石２１１によって発生した磁場を整形し方向付けるように提供できる。磁極片２１２及び２１３は、相互に物理的に接触しないように別個に提供できる。

[0069] 第１及び第２の磁極片２１２、２１３は非磁性ギャップＧ１を形成することができる。磁石２１１によって発生した磁場を軸２１０＿１の方へ向かわせるように、ギャップＧ１は磁石２１１の半径方向内側に形成され得る。ギャップＧ１は、軸２１０＿１の周りの環状領域に延出する（sweep out）ことができる。ギャップＧ１によって形成された延出環状領域は、磁石２１１の内径よりも小さい外径を有し得る。ギャップＧ１は自由空間とするか、又は、磁場に対してほとんどもしくは全く効果を持たない、すなわち透磁率が１に近いかもしくは１である材料を部分的にもしくは全体的に充填することができる。

[0070] 複合レンズ２１０Ａは、磁石２１１、第１の磁極片２１２、及び第２の磁極片２１３によって形成することができる磁気レンズを含む。磁気レンズの励起は磁石２１１によって与えられる。ギャップＧ１を通って磁場２１０－ｍｆが出現し得る。図２Ａは磁場２１０－ｍｆの磁力線を示している。磁場は、第１及び第２の磁極片２１２、２１３間のギャップＧ１を通って軸２１０＿１の周りのエリアへ漏れる可能性がある。このため、複合レンズ２１０Ａ内を進んでいる電子は磁気レンズの磁場によって影響を受け得る。第１及び第２の磁極片２１２、２１３のうち一方又は双方が磁石２１１から離隔している場合、第１及び第２の磁極片２１２、２１３は、磁石２１１から離隔した部分の方がギャップＧ１よりも強い磁気結合を有し得る。従って、磁場はギャップＧ１を通って優先的に漏れる可能性がある。いくつかの実施形態において、第１及び第２の磁極片２１２、２１３は異なる直径を有し得る。例えば、第１の磁極片２１２は第２の磁極片２１３とは異なる内径を有し得る。

[0071] 複合レンズ２１０Ａは、第１及び第２の磁極片２１２、２１３、第１の電極２１５、並びに第２の電極２１６によって形成することができる静電レンズを含む。第１及び第２の電極２１５、２１６は端部電極を形成し得る。第１及び第２の電極２１５、２１６は導電性材料によって形成できる。コンポーネント２１２、２１３、２１５、及び２１６に電圧を印加することができる。コンポーネント２１２、２１３、２１５、及び２１６のうち２つが異なる電位に設定されている場合、静電場を発生させることができる。例えば図２Ａにおいて、第１の電極２１５は第１の磁極片２１２とは異なる電位に設定され得る。このため、それらの間に電場を形成することができる。同様に、第２の電極２１６は第２の磁極片２１３とは異なる電位に設定され得る。第１及び第２の磁極片２１２、２１３の電位は同一とすることができる。第１及び第２の電極２１５、２１６の電位も、（アインツェルレンズにおけるように）同一とすることができる。図２Ａは電場２１０－ｅｆの等電位線を示している。複合レンズ２１０Ａは、例えばギャップＧ１の領域で横断面交差軸２１０＿１を中心として対称であるように構成できる。

[0072] いくつかの実施形態において、第１の磁極片２１２及び第２の磁極片２１３は相互に電気的に接続され得る。このため、第１の磁極片２１２及び第２の磁極片２１３は単一の電極を形成することができ、第１の磁極片２１２及び第２の磁極片２１３に単一の電圧を印加することができる。

[0073] 複合レンズ２１０Ａの集束力は調整可能とすることができる。例えば、コンポーネント２１２、２１３、２１５、及び２１６で構成された静電レンズの電場は、静電レンズの電極の電圧を変動させることによって調整できる。磁石２１１は永久磁石であり、その磁化は固定され得るので、磁気レンズで発生した磁場は固定されたまま維持し得る。複合レンズの集束力は、磁場と電場の双方に依存し得る。このため、磁場が固定されている場合、集束力の調整機能は複合レンズの静電部分によって提供できる。

[0074] 複合レンズ２１０Ａは静電レンズと磁気レンズを含むことができ、静電レンズによって調整可能とすることができる。静電レンズの調整は、第１の電極２１５、第２の電極２１６、及び、第１の磁極片２１２又は第２の磁極片２１３を含み得る中央電極に印加される電圧を調整することによって実行できる。

[0075] 図２Ｂは、本開示の実施形態に従った複合レンズ２１０Ｂの別の例示的な構成を示す。複合レンズ２１０Ｂは、図２Ａに関して上記で検討した複合レンズ２１０Ａと同様であり得るが、以下の例示的な相違点がある。複合レンズ２１０Ｂは、それぞれ軸２１０＿１に沿った方向に、磁石２１１と第１の磁極片２１２との間のギャップＧａと、磁石２１１と第２の磁極片２１３との間のギャップＧｂと、を含み得る。第１及び第２の磁極片２１２、２１３は、ギャップＧ１よりもギャップＧａ及びＧｂにおいて強い磁気結合を有し得る。第１及び第２の磁極片２１２、２１３は異なる形状を有し得る。第１の磁極片２１２は第２の磁極片２１３よりも小さい内径を有し得る。更に、複合レンズ２１０Ｂは、ギャップＧ１内に配置された電極２１４も含み得る。

[0076] 第１及び第２の磁極片２１２、２１３は、軸２１０＿１に沿った様々な位置にギャップＧ１が形成されるような形状とすることができる。図２Ｂに示されているように、ギャップＧ１は軸方向における磁石２１１の一端に形成され得る。ギャップＧ１は磁石２１１の一端の近くに形成され得る。例えばギャップＧ１は、軸２１０＿１の方向における磁石２１１の反対側の端部よりも磁石２１１の一端の近くにあり得る。ギャップＧ１は、電子ビームの電子の入射側にあるように位置決めされ得る。例えば、図２Ｂに示された図で右側端部から二次ビームの二次電子が入射するように、複合レンズ２１０Ｂを二次結像システム内に配置することができる。軸２１０＿１は二次光軸１５０＿１（図１Ｃを参照のこと）と同一線上にあり得る。電子は、第１の磁極片２１２の開口を通って複合レンズ２１０Ｂに入射することができる。このため、電子は、複合レンズ２１０Ｂに入射した直後にギャップＧ１から出現する磁場によって影響を受ける可能性がある。電子が入射する複合レンズ２１０Ｂの端部の近くにギャップＧ１を位置決めすると、早期に磁場が電子に影響を及ぼすことを保証すると共に、複合レンズ２０１Ｂの収差を低減することができる。

[0077] 電極２１４は、ギャップＧ１を部分的に又は全体的に覆うように提供できる。いくつかの実施形態において、電極２１４は完全にギャップＧ１内に提供され、ギャップＧ１の外部には延出しない。電極２１４は非磁性材料によって形成することができる。電極２１４は、磁石２１１により発生した磁場と干渉しないように、磁場に対してほとんど又は全く効果を持たない材料で形成することができる。磁石２１１の帯電を回避するため、電極２１４は完全にギャップＧ１を塞ぐことができる。従って、例えば軸２１０＿１に沿って複合レンズ２１０Ｂ内を進んでいる電子が磁石２１１に衝突することを防止できる。これにより、電荷が磁石２１１上に蓄積することが防止されるので、複合レンズ２１０Ｂの静電レンズの静電特性が電荷によって変化するのを防ぎ、結果として静電レンズの集束力を安定して保つことが可能となる。更に、コンポーネント２１１、２１２、２１３のジオメトリは、電子が磁石２１１に到達する可能性を低下させるように構成できる。例えば、磁石２１１の環形状の厚さは第１及び第２の磁極片２１２、２１３よりも小さくすることができる。いくつかの実施形態において、磁石２１１の内径は第１及び第２の磁極片２１２、２１３よりも大きくすることができる。磁石２１１の内径は第１及び第２の磁極片２１２、２１３よりも著しく大きくてもよい。ギャップＧ１は、磁石２１１と第１の磁極片２１２との半径方向のサイズの差よりも小さく（半径方向は軸２１０＿１に対して垂直である）、又は、磁石２１１と第２の磁極片２１３との半径方向のサイズの差よりも小さくすることができる。このような構成では、複合レンズ２１０Ｂ内を進んでいる電子が磁石２１１に到達する可能性を低下させることができる。

[0078] 複合レンズ２１０Ｂは静電レンズ及び磁気レンズを含むことができる。複合レンズ２１０Ｂの磁気レンズは、コンポーネント２１１、２１２、２１３によって形成できる。コンポーネント２１１、２１２、２１３によって発生した磁場は、ギャップＧ１を通って漏れて、軸２１０＿１に沿って進む電子に影響を及ぼす可能性がある。複合レンズ２１０Ｂの静電レンズは、コンポーネント２１２、２１３、２１４、２１５、及び２１６によって形成できる。第１の電極２１５及び第２の電極２１６と共に、第３の電極を複合レンズ２１０Ｂの静電レンズに提供することができる。第３の電極は電極２１４を含み得る。電極２１４は、第１及び第２の磁極片２１２、２１３のうち一方又は双方と直接に接触し得る。いくつかの実施形態において、複合レンズ２１０Ｂの静電レンズ及び磁気レンズは共通のコンポーネントを用いて形成することができる。例えば、第１の磁極片２１２及び第２の磁極片２１３は、複合レンズ２１０Ｂの静電レンズと複合レンズ２１０Ｂの磁気レンズの双方の構成コンポーネントであり得る。他の実施形態では、例えば後で検討されるように、静電レンズ及び磁気レンズのコンポーネントは相互に排他的であり得る。

[0079] いくつかの実施形態において、電極２１４は、第１の磁極片２１２又は第２の磁極片２１３と同一又は異なる内径を有し得る。例えば図２Ｂに示されているように、電極２１４は、第１の磁極片２１２の内径Ｄ２よりも大きい内径Ｄ１を有する。更に、電極２１４は、第１の磁極片２１２と電極２１４との間、又は第２の磁極片２１３と電極２１４との間にギャップが形成されるように配置され得る。

[0080] 図２Ｃは、本開示の実施形態に従った複合レンズ２１０Ｃの別の例示的な構成を示す。複合レンズ２１０Ｃは、上記で検討した複合レンズ２１０Ａ及び複合レンズ２１０Ｂと同様であり得るが、以下の例示的な相違点がある。複合レンズ２１０Ｃは、ギャップＧ１の内側に配置された電極２１４を含み得る。複合レンズ２１０Ｃは、それぞれ軸２１０＿１に沿った方向に、電極２１４と第１の磁極片２１２との間のギャップＧｃと、電極２１４と第２の磁極片２１３との間のギャップＧｄと、を含み得る。電極２１４は、第１及び第２の磁極片２１２、２１３の各々よりも大きい内径を有し得る。複合レンズ２１０Ｃは、電子が磁石２１１に衝突する可能性が低いように構成できる。

[0081] これより、本開示の実施形態に従った複合レンズ２２０Ａの例示的な構成を示す図３Ａを参照する。複合レンズ２２０Ａは、第１及び第２の磁極片２１２、２１３を覆う電極２１４を含み得る。電極２１４は、軸２１０＿１に面した第１及び第２の磁極片２１２、２１３の内面を覆うことができる。電極２１４は、軸２１０＿１に沿って第１の磁極片２１２の端部から第２の磁極片２１３の端部まで延出し得る。電極２１４は、軸２１０＿１に面した第１及び第２の磁極片２１２、２１３の内面の実質的に全てを覆うことができる。

[0082] 複合レンズ２２０Ａにおいて、第１の磁極片２１２及び第２の磁極片２１３は、磁気的に伝導性かつ非導電性の材料によって形成することができる。第１及び第２の磁極片２１２、２１３のうち一方又は双方の材料は電気絶縁体であり得る。電極２１４は非磁性材料によって形成することができる。

[0083] 複合レンズ２２０Ａは静電レンズ及び磁気レンズを含むことができる。複合レンズ２２０Ａの磁気レンズは、コンポーネント２１１、２１２、２１３によって形成できる。コンポーネント２１１、２１２、２１３によって発生した磁場は、ギャップＧ１を通って漏れて、軸２１０＿１に沿って進む電子に影響を及ぼす可能性がある。複合レンズ２２０Ａの静電レンズは、コンポーネント２１４、２１５、及び２１６によって形成できる。電極２１４は、第１及び第２の磁極片２１２、２１３のうち一方又は双方と直接に接触し得る。いくつかの実施形態では、電極２１４と第１及び第２の磁極片２１２、２１３との間にギャップを設けてもよい。例えば、電極２１４は第１及び第２の磁極片２１２、２１３から半径方向に離隔し得る。コンポーネント２１４、２１５、及び２１６のうち２つのコンポーネントを異なる電位に設定することにより、複合レンズ２２０Ａにおいて電場を発生させることができる。

[0084] 複合レンズ２２０Ａは、設計の柔軟性の向上を可能とすることができる。例えば、電極２１４、第１の電極２１５、及び第２の電極２１６等の電気伝導性を有するコンポーネントにより、電場を発生させることができる。第１及び第２の磁極片２１２、２１３は、静電レンズを形成するため導電性材料で形成する必要はないので、複合レンズ２２０Ａを構築する材料の選択において柔軟性を増すことができる。

[0085] 図３Ｂは、本開示の実施形態に従った複合レンズ２２０Ｂの別の例示的な構成を示す。複合レンズ２２０Ｂは、図３Ａに関して上記で検討した複合レンズ２２０Ａと同様であり得るが、以下の例示的な相違点がある。複合レンズ２２０Ｂは、第１の磁極片２１２、第２の磁極片２１３、及び磁石２１１を実質的に覆う形状を有する電極２１４を含み得る。電極２１４は、第１の磁極片２１２、第２の磁極片２１３、及び磁石２１１を取り囲むことができる。電極２１４は、実質的にＵ字形のリングを含む形状を有し得る。例えば電極２１４は、軸２１０＿１を中心とした回転対称のＵ字形断面を含み得る。電極２１４は、長手方向すなわち軸２１０＿１に沿って第１及び第２の磁極片２１２、２１３を覆う部分と、半径方向に第１及び第２の磁極片２１２、２１３を覆う部分と、を含み得る。電極２１４は、軸２１０＿１に面した第１及び第２の磁極片２１２、２１３の内面を覆うことができる。電極２１４は、軸２１０＿１に沿って第１の磁極片２１２の端部から第２の磁極片２１３の端部まで延出し得る。電極２１４は、第１及び第２の磁極片２１２、２１３の端面も覆うことができる。電極２１４は、第１の磁極片２１２、第２の磁極片２１３、及び磁石２１１の外周の３つの側を覆うことができる。例えば電極２１４は、コンポーネント２１１、２１２、及び２１３のグループの軸方向内側と半径方向端部側を覆うことができる。いくつかの実施形態において、電極２１４は、第１の磁極片２１２、第２の磁極片２１３、及び磁石２１１の外周の別の側、例えば軸方向外側を覆うことも可能である。電極２１４は、第１の磁極片２１２、第２の磁極片２１３、及び磁石２１１を完全に取り囲み得る。

[0086] いくつかの実施形態では、電極２１４は、電極２１４と電極２１４が覆っているコンポーネントとの間にギャップを設けることができる。電極２１４は、第１及び第２の磁極片２１２、２１３のうち一方又は双方と直接に接触し得る。例えば電極２１４は、軸２１０＿１に沿った方向に第１の磁極片２１２からギャップＧｅだけ離隔すると共に、第２の磁極片２１３に接触することができる。

[0087] いくつかの実施形態において、複合レンズはズームレンズ内のレンズとして使用することができる。ズームレンズは、これを通って進む電子を適切に制御できるように調整可能な集束力を有し得る。例えば、ズームレンズを用いて複数の検出要素間のクロストークを低減することができる。そのような場合、ズームレンズは、二次電子ビームのスポットが重複すること、又は、検出デバイスの隣接した検出要素に入射すること、を防止するように構成できる。ズームレンズは、各二次電子ビームのスポットサイズを、対応する電子検出要素よりも小さくするように構成できる。更にズームレンズは、対物レンズ１３１における集束の影響の変動を補償するように構成できる。複合レンズ２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃ、２２０Ａ、及び２２０Ｂ等のレンズは、様々な結像条件を満たすため調整可能静電レンズによって調整できるように構成され得る。

[0088] これより、本開示の実施形態に従った、電子ビームツールの二次結像システムにおける第１のレンズ１５１－１１Ａの例示的な構成を示す図４Ａを参照する。第１のレンズ１５１－１１Ａは、図２Ａから図２Ｃ及び図３Ａから図３Ｂを参照して上記で検討したような電磁複合レンズを含み得る。第１のレンズ１５１－１１Ａは、図１Ｃを参照して上記で検討した二次結像システム１５０のズームレンズ１５１の一部として適用され得る。第１のレンズ１５１－１１Ａは、一次光軸１００＿１から離れる方へ偏向されて二次光軸１５０＿１に沿って進む二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ、１０２＿２ｓｅ、及び１０２＿３ｓｅを集束するように構成できる。

[0089] 図４Ａに示されているように、第１のレンズ１５１－１１Ａは、永久磁石２１１、第１の磁極片２１２、第２の磁極片２１３、電極２１４、第１の端部遮蔽電極２１７、及び第２の端部遮蔽電極２１８を含む。コンポーネント２１１、２１２、２１３、２１４、２１７、及び２１８は、二次光軸１５０＿１と位置合わせすることができる。第１の端部遮蔽電極２１７は、磁石２１１を外側から覆って磁石２１１を磁気的に遮蔽する部分２１７ａを含み得る。このため、磁石２１１によって発生した磁場を一次光軸１００＿１へ漏れないようにすることができる。

[0090] 第１及び第２の磁極片２１２、２１３は導電性の磁性材料によって形成することができる。いくつかの実施形態において、第１及び第２の磁極片２１２、２１３は電気絶縁体としてもよい。電極２１４は、導電性の非磁性材料によって形成することができる。第１及び第２の端部遮蔽電極２１７、２１８は、導電性かつ磁気的に伝導性の材料によって形成することができる。

[0091] 第１のレンズ１５１－１１Ａは、磁石２１１、第１の磁極片２１２、及び第２の磁極片２１３によって形成することができる磁気レンズ１５１－１１ｍを含み得る。磁気レンズ１５１－１１ｍの励起は磁石２１１によって与えられる。第１及び第２の磁極片２１２、２１３間のギャップを通って磁場が出現し得る。電極２１４は、このギャップ内に提供され、入射する二次電極によって磁石２１１が帯電されるのを保護することができる。

[0092] 第１のレンズ１５１－１１Ａは、第１及び第２の磁極片２１２、２１３、電極２１４、第１の端部遮蔽電極２１７、及び第２の端部遮蔽電極２１８によって形成することができる静電レンズ１５１－１１ｅを含み得る。いくつかの実施形態では、静電レンズ１５１－１１ｅは、電極２１４、第１の端部遮蔽電極２１７、及び第２の端部遮蔽電極２１８のみで形成してもよい。第１及び第２の端部遮蔽電極２１７、２１８は第１の電位Ｖ１に設定され、第１の磁極片２１２、第２の磁極片２１３、及び電極２１４は、Ｖ１とは異なる第２の電位Ｖ２に設定され得る。これにより静電場を発生させることができる。

[0093] 第１のレンズ１５１－１１Ａの集束力は調整可能とすることができる。いくつかの実施形態において、集束力は第２の電位Ｖ２を変動させることによって調整されるように構成できる。第１及び第２の端部遮蔽電極２１７、２１８は、相互に直接接触すると共に電気的に接続することができる。いくつかの実施形態では、第１及び第２の端部遮蔽電極２１７、２１８は、相互に離隔すると共に電気的に分離してもよい。第１の端部遮蔽電極２１７は、第２の端部遮蔽電極２１８と無関係の電圧によって制御され得る。

[0094] 第１のレンズ１５１－１１Ａは、二次ビームがズームレンズに入射する側から数えた場合にズームレンズの最初のレンズとして使用できる。第１のレンズ１５１－１１Ａの集束力は、例えば対物レンズ１３１の結像条件及び一次電子ビームレットの入射エネルギの変化に応じて、ある範囲内で調整されるように構成できる。第１のレンズ１５１－１１Ａは、この範囲を満足するように構成できる磁気レンズ１５１－１１ｍ及び静電レンズ１５１－１１ｅを含み得る。この範囲の基本部分の実質的に全て又は一部は、磁気レンズ１５１－１１ｍによって実現できる。この範囲の残り部分は、静電レンズ１５１－１１ｅによって実現できる。

[0095] 静電レンズ１５１－１１ｅは、ここで発生する電場によって可変集束力を提供するように構成することができる。静電レンズ１５１－１１ｅはアインツェルレンズとして機能し、ポジティブモード、ネガティブモード、又は組み合わせモードで動作させることができる。ポジティブモードでは、第１及び第２の端部遮蔽電極２１７、２１８は等しい電位（例えばＶ１）に設定され、内部電極はそれよりも高い電位（例えばＶ２、ここでＶ２＞Ｖ１）に設定され得る。静電レンズ１５１－１１ｅの内部電極は、例えば第１の磁極片２１２、第２の磁極片２１３、及び電極２１４を含むか、又は電極２１４のみを含むことができる。ネガティブモード又は組み合わせモードでは、第１及び第２の端部遮蔽電極２１７、２１８は、内部電極の電位（Ｖ２）よりも高い同一電位（Ｖ１）に設定され得る。ビームに対して等しい集束力を実現する場合、ポジティブモードにおけるＶ２－Ｖ１の絶対値はネガティブモードにおけるよりも大きい。

[0096] 一例として、ポジティブモードでは、所望の集束力を実現するために、内部電極２１２、２１３、及び２１４を端部電極２１７及び２１８に対して４０ｋＶバイアスする必要があり得る。すなわち、Ｖ２－Ｖ１の絶対値は４０ｋＶである。ネガティブモードでは、所望の集束力を実現するために、内部電極を端部電極２１７及び２１８に対して－２０ｋＶバイアスする必要があり得る。すなわち、Ｖ２－Ｖ１の絶対値は２０ｋＶである。

[0097] ポジティブモードで静電レンズを動作させると、収差を低減することができる。しかしながら、ポジティブモードの動作は比較的高い電圧の印加を必要とし、コンパクトな空間内にコンポーネントが配置されている場合にアーク放電のリスクが許容できないほど高くなり得る。集束力の固定部分を磁気レンズによって提供すると共に集束力の可変部分を静電レンズによって提供する電磁複合レンズは、全体的な印加電圧を低減しながらポジティブモードの動作を可能とすることができる。例えば、上述した例に関して、ビームを集束する集束力の一部を提供する磁気レンズを含む複合レンズを提供することができる。これにより、複合レンズの静電レンズ部分を動作させるために、より低い電圧値を使用できる。従って、例えば４０ｋＶよりも小さい電圧を用いることができる。

[0098] いくつかの実施形態において、第１及び第２の端部遮蔽電極２１７、２１８は、Ｖ１＝０となるように接地電位に設定され得る。Ｖ１＝０に設定することは、電気的な安全の向上と絶縁要件複雑性の軽減の点で有利であり得る。電極２１４は、Ｖ１よりも高い電位Ｖ２に設定され得る（ポジティブモード）。Ｖ１よりも高くＶ２を設定することは、収差を低減するために有利であり得る。

[0099] 上記で検討したように、第１のレンズ１５１－１１Ａは、磁気レンズ１５１－１１ｍ及び静電レンズ１５１－１１ｅを含む複合レンズであり得る。磁気レンズ１５１－１１ｍによって発生した磁場はＢ１５１で表すことができる。静電レンズ１５１－１１ｅによって発生した電場はＥ１５１で表すことができる。第１のレンズ１５１－１１Ａの集束力は、電場強度Ｅ１５１と磁場Ｂ１５１に依存し得る。

[00100] 電場及び磁場の中心は一致し得る。いくつかの実施形態において、場Ｂ１５１及びＥ１５１の分布の中心は異なる位置にあり得る。例えば、第１の磁極片２１２及び第２の磁極片２１３の透磁率は異なる可能性がある。

[00101] いくつかの実施形態において、第１及び第２の端部遮蔽電極２１７、２１８は磁気シールドを形成することができる。第１及び第２の端部遮蔽電極２１７、２１８は、磁石２１１によって発生した磁場が一次光軸１００＿１の周りのエリアに漏れるのを防止するように構成できる。第１のレンズ１５１－１１Ａから発生した浮遊磁界が、一次光軸１００＿１に沿って進む一次ビームレット１０２＿１、１０２＿２、及び１０２＿３の軌道を乱さないように、第１のレンズ１５１－１１Ａの周りに電磁遮蔽を提供できる。いくつかの実施形態では、図４Ｂ及び図４Ｃの遮蔽チューブ２１９と同様に、磁気遮蔽チューブ又は磁気及び電気遮蔽チューブを提供し、一次光軸１００＿１を中心として配置することができる。

[00102] 図４Ｂは、本開示の実施形態に従った、電子ビームツールの二次結像システムにおける第１のレンズ１５１－１１Ｂの別の例示的な構成を示す。第１のレンズ１５１－１１Ｂは図４Ａに関して上記で検討した第１のレンズ１５１－１１Ａと同様であり得るが、以下の例示的な相違点がある。第１のレンズ１５１－１１Ｂは、第１の電極２１５及び第２の電極２１６を含み得る。第１の電極２１５及び第２の電極２１６は、中央にアパーチャを含む環状ディスクの形状に形成され、導電性材料で作製され得る。第１のレンズ１５１－１１Ｂは、第１の電極２１５、第２の電極２１６、及び電極２１４によって形成することができる静電レンズを含む。第１及び第２の電極２１５、２１６は端部電極を形成することができる。

[00103] 電子ビームツールの一次光軸１００＿１の周りに遮蔽チューブ２１９を提供することができる。遮蔽チューブ２１９は、第１のレンズ１５１－１１Ｂから発生した浮遊磁界が、一次光軸１００＿１に沿って進む一次ビームレット１０２＿１、１０２＿２、及び１０２＿３の軌道を乱すのを防止できる。遮蔽チューブ２１９は、その外部から内部へ磁場が浸透するのを妨げる磁気遮蔽チューブとすることができる。

[00104] 図４Ｃは、本開示の実施形態に従った、電子ビームツールの二次結像システムにおける第１のレンズ１５１－１１Ｃの別の例示的な構成を示す。第１のレンズ１５１－１１Ｃは上記で検討した第１のレンズ１５１－１１Ａ及び第１のレンズ１５１－１１Ｂと同様であり得るが、以下の例示的な相違点がある。第１のレンズ１５１－１１Ｃは、第１及び第２の端部遮蔽電極２１７、２１８、並びに遮蔽チューブ２１９を含み得る。第１及び第２の端部遮蔽電極２１７、２１８並びに遮蔽チューブ２１９の全て、又は遮蔽チューブ２１９のみは、浮遊磁場が一次光軸１００＿１に沿って進む一次ビームレット１０２＿１、１０２＿２、及び１０２＿３の軌道を乱すことを防ぐため、磁気シールドを形成することができる。

[00105] 図１Ｂの装置１００Ａ内の様々なコンポーネントのサイズ及び形状は、制約された空間内に実装されるように構成できる。例えば、第１の端部遮蔽電極２１７は円錐形に形成され得る。円錐形の端部を有する電極は、一次光軸１００＿１と二次光軸１５０＿１との間のエリア内に配置するのに有利である可能性がある。図１Ｃの二次結像システム１５０において、ズームレンズ１５１は、電子検出デバイス１４０Ｍへ向かう経路に沿ってビームセパレータ１６０の後に提供される最初の電子光学要素であり得る。従って、ズームレンズ１５１に対する空間の制約は最も厳しい可能性がある。

[00106] ズームレンズ１５１は、ビームセパレータ１６０と電子検出デバイス１４０Ｍとの間の空間に提供され得る。いくつかの実施形態において、ズームレンズ１５１はビームセパレータ１６０のすぐ下流に提供できる。ズームレンズ１５１は、二次光軸１５０＿１に沿ったビームセパレータ１６０から電子検出デバイス１４０Ｍへの経路において、ビームセパレータ１６０とズームレンズ１５１との間に介在する要素なしで提供され得る。

[00107] 分離角αが小さい場合（図１Ｂを参照のこと）、一次光軸１００＿１と二次光軸１５０＿１との間の空間は制限される。しかしながら、できる限りビームセパレータ１６０の近くにレンズを配置することが望ましい場合がある。例えば、サンプル１から発生して電子検出デバイス１４０Ｍの方へ向かう二次ビームは発散している可能性がある。ビームセパレータ１６０と二次結像システム１５０のズームレンズ１５１との距離を短くすると、ズームレンズ１５１における二次ビームのサイズが小さくなり、これによってズームレンズ１５１の収差が低減すると共に、検出要素１４０＿１、１４０＿２、及び１４０＿３上のビームスポットが拡大するのを防止できる。更に、結像品質に有害な効果を与える収差及び他の影響は光学システム中を伝搬して拡大する可能性があるので、二次結像システム１５０内の最初のレンズとして収差の小さいレンズを使用することが望ましい場合がある。

[00108] 磁石２１１のような永久磁石は、電流を印加する必要がある従来のコイル巻線に伴うコストと複雑さを回避する。永久磁石は、電力を節約すると共に加熱の問題を回避することができる。永久磁石は、同一の磁場強度を与える同等の電磁石よりも小型であり得る。永久磁石は、高い磁場安定性と小さい磁場ノイズを有し得る。永久磁石の材料は、ネオジム等の希土類金属を含み得る。

[00109] いくつかの実施形態では、光軸を用いて電磁複合レンズを構成するための方法を提供することができる。図５は、本開示の実施形態に従った、電磁複合レンズを構成するための例示的な方法５００を示すフローチャートである。ステップ５１０では、図２Ａの複合レンズ２１０Ａ等の電磁複合レンズを提供することができる。複合レンズは、図１Ａの１０等のＥＢＩシステムの一部であり得る図１Ｂの装置１００Ａのような電子ビームツールに提供できる。いくつかの実施形態では、複合レンズは、電子ビームツールの二次結像システムにおけるズームレンズのレンズとして提供できる。例えば複合レンズは、図４Ａの第１のレンズ１５１－１１Ａ等、図１Ｃの二次結像システム１５０におけるズームレンズ１５１の第１のレンズ１５１＿１１として提供できる。

[00110] ステップ５２０では、複合レンズの磁気レンズを形成することができる。例えばステップ５２０は、図４Ａの複合レンズ１５１－１１Ａの磁気レンズ１５１－１１ｍを形成することを含み得る。磁気レンズは、複合レンズの光軸の周りの環状永久磁石によって形成され得る。いくつかの実施形態において、ステップ５２０は更に、光軸に沿って永久磁石を挟むように第１の磁極片及び第２の磁極片を提供することを含み得る。例えば磁気レンズ１５１－１１ｍは、第１の磁極片２１２、第２の磁極片２１３、及び永久磁石２１１によって形成され得る。

[00111] ステップ５３０では、磁気レンズによって形成された磁場を光軸の方へ方向付けることができる。例えば、図４Ａにおけるように、第１の磁極片２１２及び第２の磁極片２１３（これらは、最初に磁石２１１によって発生した磁場を整形し方向付けることができる）にギャップを設け、このギャップを通して、磁石２１１により発生した磁場を二次光軸１５０＿１の方へ方向付けることができる。

[00112] ステップ５４０では、複合レンズの静電レンズを形成することができる。例えばステップ５４０は、図４Ａの複合レンズ１５１－１１Ａの静電レンズ１５１－１１ｅを形成することを含み得る。静電レンズは、２つの端部電極及び１つの内部電極によって形成され得る。２つの端部電極は、複合レンズの光軸の方向で内部電極を挟むことができる。内部電極は、磁極片又は別個の電極によって形成され得る。一例として、複合レンズ１５１－１１Ａの静電レンズ１５１－１１ｅは、第１の端部遮蔽電極２１７と、第２の端部遮蔽電極２１８と、第１及び第２の磁極片２１２、２１３並びに電極２１４により形成された内部電極と、によって形成され得る。

[00113] ステップ５５０では、静電レンズによって形成された静電場を複合レンズの光軸の方へ方向付けることができる。例えば、第１及び第２の端部遮蔽電極２１７、２１８をある電位に設定すると共に内部電極を別の異なる電位に設定することによって、第１及び第２の端部遮蔽電極２１７、２１８間で複合レンズ１５１－１１Ａの光軸に沿って静電レンズ１５１－１１ｅの静電場を発生させることができる。

[00114] ステップ５６０では、複合レンズ内を進んでいる電子ビームを集束することができる。ビームの集束は、ビームを面上に集束させるように複合レンズの集束力を調整することを含み得る。例えば、図１Ｃにおけるように、複合レンズを含み得る二次結像システム１５０のズームレンズ１５１を、対物レンズ１３１の結像条件及び一次電子ビームレット１０２＿１、１０２＿２、及び１０２＿３の入射エネルギに応じて調整して、二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ、１０２＿２ｓｅ、及び１０２＿３ｓｅを結像面ＳＰ２に集束することができる。

[00115] ステップ５７０では、複合レンズの集束力を変更することができる。ステップ５７０は、結像条件の変化に基づいて複合レンズの集束力を調整することを含み得る。例えば、図４Ａの二次結像システム１５０の複合レンズ１５１－１１Ａを、対物レンズ１３１の結像条件及び一次電子ビームレット１０２＿１、１０２＿２、及び１０２＿３の入射エネルギに応じて調整することができる。

[00116] 図６は、本開示の実施形態に従った、荷電粒子ビーム装置を構成するための例示的な方法６００を示すフローチャートである。方法６００は、例えば図１Ａに示されているようなＥＢＩシステム１０のコントローラ１９によって実行できる。コントローラ１９は、方法６００の１つ以上のブロックを実施するようにプログラムすることができる。例えばコントローラ１９は、荷電粒子ビームを発生すると共に他の機能を実行するように荷電粒子ビーム装置のモジュールに命令できる。

[00117] ステップ６１０では、荷電粒子源によって荷電粒子ビームを発生させることができる。例えば、図１Ｂにおけるように、電子源１０１は、一次光軸１００＿１に沿って形成される一次電子ビーム１０２を放出するように制御され得る。ステップ６１０は、荷電粒子ビームから複数のビームレットを発生することを含み得る。例えばソース変換ユニット１２０は、一次電子ビーム１０２からの一次ビームレット１０２＿１、１０２＿２、及び１０２＿３を含む３×３アレイの一次ビームレットを形成できる。

[00118] ステップ６２０では、一次ビームレットを、二次電子を発生させるサンプルへ方向付けることができる。例えば図１Ｂにおいて、一次ビームレット１０２＿１、１０２＿２、及び１０２＿３は一次光軸１００＿１に沿って進み、サンプル１の表面７にプローブスポット１０２＿１Ｓ、１０２＿２Ｓ、及び１０２＿３Ｓを形成するように集束され得る。

[00119] ステップ６３０では、一次ビームレットによってサンプルから二次荷電粒子を発生させ、二次荷電粒子ビームを形成することができる。例えば図１Ｂでは、一次ビームレット１０２＿１、１０２＿２、及び１０２＿３で照明されることに応答して、二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ、１０２＿２ｓｅ、及び１０２＿３ｓｅが発生しサンプル１から放出されて、一次光軸１００＿１に沿って反対方向に進むことができる。

[00120] ステップ６４０では、一次ビームレットから二次荷電粒子ビームを分離させることができる。例えば図１Ｂでは、ビームセパレータ１６０によって、一次ビームレット１０２＿１、１０２＿２、及び１０２＿３から二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ、１０２＿２ｓｅ、及び１０２＿３ｓｅを分離させることができる。上記で検討したように、ビームセパレータ１６０は、ウィーンフィルタ等の磁気偏向器を含む偏向デバイスとすればよい。偏向デバイスは、通過する荷電粒子を偏向することができる。電子の偏向方向と偏向角は、荷電粒子の移動方向とエネルギ（例えば速度によって表すことができる）に依存し得る。このため、二次荷電粒子とは異なる方向に移動する一次荷電粒子を二次荷電粒子から区別することができる。従って、例えば図１Ｂにおけるように、一次ビームレット１０２＿１、１０２＿２、及び１０２＿３は実質的に真っすぐビームセパレータ１６０を通過することができ、二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ、１０２＿２ｓｅ、及び１０２＿３ｓｅは光軸１００＿１から離れる方へ偏向する。二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ、１０２＿２ｓｅ、及び１０２＿３ｓｅは、二次光軸１５０＿１に沿って進むように方向付けることができる。

[00121] ステップ６５０では、二次荷電粒子ビームを集束し検出することができる。例えば図１Ｂにおいて、二次電子ビームは二次結像システム１５０によって集束され、電子検出デバイス１４０Ｍによって検出され得る。対物レンズ１３１の結像条件及び一次電子ビームレット１０２＿１、１０２＿２、及び１０２＿３の入射エネルギに応じて、複合レンズを含み得る二次結像システム１５０のズームレンズ１５１を調整して、二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ、１０２＿２ｓｅ、及び１０２＿３ｓｅを電子検出デバイス１４０Ｍに集束することができる。

[00122] ステップ６６０では、サンプルの像を構築することができる。例えば、検出要素１４０＿１、１４０＿２、及び１４０＿３は、対応する二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ、１０２＿２ｓｅ、及び１０２＿３ｓｅを検出し、対応する信号を発生し得る。これらの信号を信号処理ユニットに送信して、サンプル１の対応するスキャンエリアの像を構築することができる。

[00123] 実施形態は、以下の条項を用いて更に記載することができる。
１．電磁複合レンズであって、
複合レンズの光軸上に提供された静電レンズと、
軸上に提供された磁気レンズであって、光軸の周りの環状永久磁石を含む磁気レンズと、
を備える、電磁複合レンズ。
２．第１の磁極片及び第２の磁極片を更に備え、永久磁石は光軸に沿って第１の磁極片と第２の磁極片との間にあり、第１の磁極片と第２の磁極片との間に環状ギャップが形成されて、永久磁石により最初に発生した磁場がギャップを通って光軸の方へ漏れるように方向付けられるようになっている、条項１に記載の複合レンズ。
ギャップは永久磁石の半径方向内側に形成される、条項２に記載の複合レンズ。
３．ギャップは光軸に沿った永久磁石の一端の近くに形成される、条項２又は条項３に記載の複合レンズ。
４．第１の磁極片及び第２の磁極片は永久磁石に直接に接触している、条項２から４のいずれか１項に記載の複合レンズ。
５．第１の磁極片の内径は第２の磁極片の内径とは異なる、条項２から５のいずれか１項に記載の複合レンズ。
６．静電レンズは第１の電極及び第２の電極を含み、第１の磁極片及び第２の磁極片は光軸に沿って第１の電極と第２の電極との間にある、条項２から６のいずれか１項に記載の複合レンズ。
第１の磁極片は静電レンズの第１の電極であり、第２の磁極片は静電レンズの第２の電極である、条項２から６のいずれか１項に記載の複合レンズ。
７．静電レンズは光軸に沿って第１の電極と第２の電極との間にある第３の電極を更に含む、条項７又は条項８に記載の複合レンズ。
８．第３の電極はギャップ内に提供されている、条項９に記載の複合レンズ。
９．第３の電極は完全にギャップ内に提供されている、条項１０に記載の複合レンズ。
１０．第３の電極は、第１の磁極片の内径及び第２の磁極片の内径よりも小さい内径を有する、条項９又は条項１０に記載の複合レンズ。
１１．第３の電極は、光軸に面した第１の磁極片及び第２の磁極片の内面を覆っている、条項９、１０、及び１２のいずれか１項に記載の複合レンズ。
１２．第３の電極は、光軸に沿って第１の磁極片の端部から第２の磁極片の端部まで延出している、条項９、１０、１２、及び１３のいずれか１項に記載の複合レンズ。
１３．第３の電極は、第１の磁極片、第２の磁極片、及び磁石を取り囲んでいる、条項９、１０、及び１２から１４のいずれか１項に記載の複合レンズ。
１４．第１の光軸上に提供されたビームセパレータであって、ソースによって発生した一次荷電粒子ビームの複数のビームレットを、ビームレットの照明に応答してサンプルから放出された複数の二次荷電粒子ビームから分離するように構成され、二次荷電粒子ビームはビームセパレータを通過した後に第２の光軸に沿って進む、ビームセパレータと、
第２の光軸に沿って二次荷電粒子ビームを検出器へ集束するように構成された二次結像システムと、を備え、
二次結像システムは、第２の光軸上に提供された静電レンズと、第２の光軸上に提供され、環状永久磁石を含む磁気レンズと、を備える電磁複合レンズを含む、
荷電粒子光学システム。
１５．複合レンズは、二次結像システム内のズームレンズの一部である、条項１６に記載の複合レンズ。
１６．複合レンズは更に、第２の光軸に沿って永久磁石を挟んでいる第１の磁極片及び第２の磁極片を含み、第１の磁極片と第２の磁極片との間にギャップが形成されて、永久磁石により最初に発生した磁場がギャップを通って第２の光軸の方へ漏れるようになっている、条項１６又は条項１７に記載のシステム。
１７．ギャップは第２の光軸に沿った永久磁石の一端の近くに形成される、条項１８に記載のシステム。
１８．第１の磁極片及び第２の磁極片は永久磁石に直接に接触している、条項１８又は１９に記載のシステム。
１９．第１の磁極片の内径は第２の磁極片の内径とは異なる、条項１８から２０のいずれか１項に記載のシステム。
２０．静電レンズは、第１の電極、第２の電極、及び第３の電極を含み、第３の電極は第２の光軸に沿って第１の電極と第２の電極との間にある、条項１８から２１のいずれか１項に記載のシステム。
２１．第３の電極は第１の磁極片及び第２の磁極片を含む、条項２２に記載のシステム。
２２．第１の電極及び第２の電極は磁気レンズの周りに磁気遮蔽を形成する、条項２２又は条項２３に記載のシステム。
２３．第１の電極及び第２の電極に第１の電圧が印加され、第３の電極に第２の電圧が印加され、第２の電圧は第１の電圧よりも高い、条項２２から２４のいずれか１項に記載のシステム。
２４．磁気レンズの磁場が第１の光軸の方へ漏れるのを阻止するように第１の光軸を囲む磁気遮蔽チューブを更に備える、条項１６から２５のいずれか１項に記載のシステム。
２５．複合レンズはビームセパレータのすぐ下流に提供される、条項１６から２６のいずれか１項に記載のシステム。
２６．光軸を用いて電磁複合レンズを構成するための方法であって、
永久磁石によって磁気レンズを形成することと、
２つの磁極片を用いて磁気レンズの磁場を光軸の方へ方向付けることと、
光軸に沿って２つの磁極片を囲む２つの端部電極によって静電レンズを形成することと、
を含む、方法。
２７．２つの磁極片は静電レンズの電極である、条項２８に記載の方法。
２８．２つの端部電極の間に内部電極を提供することを更に含む、条項２９に記載の方法。
２９．内部電極は２つの磁極片の内面を覆っている、条項３０に記載の方法。
３０．静電レンズの静電場を変動させることによって複合レンズの集束力を変化させることを更に含む、条項２８から３１のいずれか１項に記載の方法。
３１．荷電粒子ビーム装置を構成するための方法であって、
一次荷電粒子ビームと二次荷電粒子ビームを分離することと、
永久磁石を含む電磁複合レンズによって二次荷電粒子ビームを集束することと、
永久磁石の磁場が一次荷電粒子ビームに影響を与えることを磁気的に遮蔽することと、
を含む、方法。
３４．電磁複合レンズの静電場を変動させることによって電磁複合レンズの集束力を変化させることを更に含む、条項３３に記載の方法。

[00124] いくつかの実施形態では、荷電粒子ビームシステムを制御するためにコントローラを提供することができる。例えば、図１ＡはＥＢＩシステム１０に接続されたコントローラ１９を示す。コントローラは、荷電粒子源を制御して荷電粒子ビームを発生させること、偏向器を制御して荷電粒子ビームをサンプル上でスキャンさせること、ドライバを制御してレンズに電圧を印加させること等、様々な機能を実行するように荷電粒子ビームシステムのコンポーネントに命令できる。また、コントローラは、様々な後処理機能、画像取得、画像分割、画像処理、輪郭発生、取得した像へのインジケータ重畳等を実行することができる。コントローラは、ハードディスク、クラウドストレージ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、他のタイプのコンピュータ可読メモリ等の記憶媒体であるストレージを含み得る。ストレージは、スキャンされた原画像データをオリジナル画像としてセーブするため、又は後処理された画像をセーブするために使用できる。コントローラはクラウドストレージと通信することができる。コントローラ１９のプロセッサがビーム形成、レンズ制御、又は本開示に従った他の機能及び方法を実行するための命令を記憶している非一時的コンピュータ可読媒体を提供することができる。非一時的媒体の一般的な形態は例えば、フロッピーディスク、可撓性ディスク、ハードディスク、固体ドライブ、磁気テープ、又は他の任意の磁気データ記録媒体、ＣＤ－ＲＯＭ、他の任意の光学データ記録媒体、ホールのパターンを有する任意の物理媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、及びＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ－ＥＰＲＯＭ、又は他の任意のフラッシュメモリ、ＮＶＲＡＭ、キャッシュ、レジスタ、他の任意のメモリチップもしくはカートリッジ、及びこれらをネットワーク化したものを含む。

[00125] 図面におけるブロック図は、本開示の種々の例示的な実施形態に従ったシステム、方法、及びコンピュータハードウェア又はソフトウェア製品の可能な実施のアーキテクチャ、機能性、及び動作を例示する。この点で、概略図の各ブロックは、電子回路等のハードウェアを用いて実施され得る特定の数学的又は論理的な動作処理を表すことができる。また、ブロックは、指定された論理機能を実施するための１つ以上の実行可能命令を含むコードのモジュール、セグメント、又は部分を表すことができる。いくつかの代替的な実施形態において、ブロック内に示された機能は図に記されたものとは異なる順序で発生し得ることは理解されよう。例えば、関連する機能性に応じて、連続して示されている２つのブロックが実質的に同時に実行もしくは実施されるか、又は、２つのブロックが逆の順序で実行される可能性がある。また、いくつかのブロックは省略されることもある。例えば、装置１００がシングルビーム装置である場合、いくつかの実施形態では、ステップ６１０におけるように複数のビームレットを発生させる必要がない場合がある。更に、１つだけの結像条件が用いられる場合、複合レンズの集束力を変化させる必要がない場合があり、従ってステップ５７０は省略され得る。更に、非点収差又は他のものを補償する等のステップを、様々な部分に追加してもよい。また、ブロック図の各ブロック、及びブロックの組み合わせは、指定された機能もしくは動作を実行する特殊用途ハードウェアベースのシステムによって、又は、特殊用途ハードウェアとコンピュータ命令の組み合わせによって実施され得ることは理解されよう。

[00126] いくつかの例示的な実施形態に関連付けて本発明を説明したが、この後に特許請求される本発明の精神及び範囲から逸脱することなく他の変形及び変更が可能であることは理解されよう。例えば、電磁複合レンズは、二次結像システム内の第１のレンズとして適用することに関して検討したが、電磁複合レンズは荷電粒子光学システム内の他のレンズとして適用してもよい。複合レンズを用いて、一次電子ビーム、二次ビーム、又は他のビームを集束することができる。更に、本明細書で検討した例示的な荷電粒子光学システムの特定の構成に対して、１つ以上のレンズ又は他の電子光学要素を様々な位置で追加してもよい。例えば拡大、ズーミング、及び像の回転防止等のために、電子光学要素を提供することができる。

Claims (13)

1. 電磁複合レンズであって、
   前記複合レンズの光軸上に提供されるとともに、第１の電極及び第２の電極を有する静電レンズと、
   前記光軸上に提供され、前記光軸の周りの環状の永久磁石を含む磁気レンズと、
   前記永久磁石を挟むように提供されている第１の磁極片及び第２の磁極片と、
   を備え、
   前記第１の磁極片、前記第２の磁極片及び前記永久磁石は、前記光軸に沿って前記第１の電極と前記第２の電極の間にあり、
   前記電磁複合レンズは、検出器に二次荷電粒子ビームを集束させるように構成されている、電磁複合レンズ。
2. 前記第１の磁極片と前記第２の磁極片との間に環状ギャップが形成されて、前記永久磁石により最初に発生した磁場が前記ギャップを通って前記光軸の方へ漏れるように方向付けられるようになっている、請求項１に記載の複合レンズ。
3. 前記ギャップは、前記永久磁石の半径方向内側に形成される、請求項２に記載の複合レンズ。
4. 前記ギャップは、前記光軸に沿った前記永久磁石の一端の近くに形成される、請求項２に記載の複合レンズ。
5. 前記第１の磁極片及び前記第２の磁極片は、前記永久磁石に直接に接触している、請求項２に記載の複合レンズ。
6. 前記第１の磁極片の内径は、前記第２の磁極片の内径とは異なる、請求項２に記載の複合レンズ。
7. 前記第１の磁極片は、前記静電レンズの第３の電極であり、
   前記第２の磁極片は、前記静電レンズの第４の電極である、請求項２に記載の複合レンズ。
8. 第５の電極は、前記光軸に沿って前記第１の電極と前記第２の電極との間にある、請求項７に記載の複合レンズ。
9. 前記第５の電極は、前記ギャップ内に提供されている、請求項８に記載の複合レンズ。
10. 前記第５の電極は、完全に前記ギャップ内に提供されている、請求項９に記載の複合レンズ。
11. 前記第５の電極は、前記第１の磁極片の内径及び前記第２の磁極片の内径よりも小さい内径を有する、請求項８に記載の複合レンズ。
12. 前記第５の電極は、前記光軸に面した前記第１の磁極片及び前記第２の磁極片の内面を覆っている、請求項８に記載の複合レンズ。
13. 光軸を用いて電磁複合レンズを構成するための方法であって、
    永久磁石によって磁気レンズを形成することと、
    ２つの磁極片を用いて前記磁気レンズの磁場を前記光軸の方へ方向付けることであって、前記２つの磁極片は前記永久磁石を挟むように提供されていることと、
    前記光軸に沿って前記２つの磁極片及び前記永久磁石を囲む２つの端部電極によって静電レンズを形成することと、を含み、
    前記電磁複合レンズは、検出器に二次荷電粒子ビームを集束させる、方法。

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