JP2003503820A - 帯電粒子装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は：荷電粒子ビーム（４）を提供する粒子ソース（２）と；試料（８）上へ粒子ビームを導く対物レンズ（１０）であって、前記対物レンズ（１０）は光学軸（６）を有する、対物レンズ（１０）と；対物レンズ（１０）の光学軸（６）に位置する粒子ミラー（１４）であって、前記粒子ミラーは、正面と、背面と、荷電粒子ビームを背面から正面まで通過させる背面から正面に達するドリフト領域（２６）であって、光学軸（６）から離れて配置されている前記ドリフト領域（２６）と、試料からの荷電粒子を検出器（１６）の方へ偏向させる正面上に位置する偏向領域と、を有する、粒子ミラーと、を備える荷電粒子装置（１）を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】

本発明は荷電粒子装置に関する。特に、本発明は荷電粒子ビームによる試料の
検査装置及び方法に関する。

【０００２】

【発明の背景】

マイナス又はプラス荷電粒子ビームは、試料検査に使用可能である。オプティ
カル光と比較して、荷電粒子ビームの分解能は数マグニチュード高く、より細部
にわたる検査を可能にする。従って、荷電粒子ビーム（特に電子ビーム）は、生
物学、医学、材料科学及びリソグラフィにおいて様々な方法で使われる。例とし
て、人間、動物、及び植物の診断、ＤＮＡといったサブ細胞コンポネント及び構
造の視覚化、複合材料、薄膜、及びセラミックの構造の決定、或いは半導体技術
で用いられるマスク及びウェーハの検査が含まれる。 今日広く使われている試料検査用の荷電粒子装置の２つの基本タイプは、透過
型電子顕微ミラー（ＴＥＭ）及び走査型電子顕微ミラー（ＳＥＭ）である。通常
の使用に加えて、２つの顕微ミラー、ＴＥＭ及びＳＥＭ双方は修正され、特定の
機能を実行するように設計された機器となった。例えば、走査透過型電子顕微ミ
ラー（ＳＴＥＭ）は、ＴＥＭのように透過影像を生成するが、ＳＥＭのように走
査ビームを使用する。

【０００３】 最良の結果を得るためには、対物レンズと検出器双方を試料にできるだけ近づ
けて配置することが好ましいという理由から、例えば走査型電子顕微ミラー（Ｓ
ＥＭ）のような従来の荷電粒子装置において、設計者は、常に、試料上に粒子ビ
ームを集束させる対物レンズの配置と検出器の配置との間で妥協しなければなら
なかった。しかしながら、一定の程度を越えて検出器を最小にすることができな
いという事実のために、対物レンズの集束特性に否定的な影響を及ぼすことなく
検出器を試料の近くに配するのにちょうど充分な空間がない。

【０００４】 更に、普及しているにもかかわらず、電子顕微ミラーは大きくてかなり複雑な
機器であり、多くの大学及び産業界においてしばしば中心に集められている。電
子顕微ミラー技術者は、実験室で日々の操作を実行するために専門のトレーニン
グを受けている。しかしながら、機器の保守、及び特に、例えば異なるスペクト
ロメータ及び検出器を用いて機器を特殊な測定ニーズへ適合させることは、多数
のユーザーに影響を及ぼす高価な機器の故障時間をしばしば導く。

【０００５】 これらの問題は、従来技術、例えば電子顕微ミラー内部で使用する粒子ミラー
を開示しているＵＳＰ ５，４２２，４８６、において、部分的に言及されてい
る。しかしながら、更なる改善の必要がある。

【０００６】

【発明の概要】

上述のいくつかの態様及び他のより詳細な態様は、以下に記述され、また図面に
よって部分的に示される。

【０００７】 前述のことからみて、本発明の目的は、改良されたデザインを示し、より容易
に様々な測定値ニーズに適応することができる改良型の帯電粒子装置を提供する
ことである。本発明のもうひとつの目的は、帯電粒子装置に用いられる粒子ミラ
ーを提供することにある。更に別の本発明の目的は、方法を帯電粒子ビームを用
いた試料（８）の検査の方法を提供することである。

【０００８】 本発明の一態様では、独立請求項１で特定するような帯電粒子装置を提供する
。本発明の更に別の態様では、独立請求項１４で特定するように、帯電粒子装置
で使用するための粒子ミラーを提供する。更なる本発明の態様では、独立請求項
１９で特定するような帯電粒子ビームで試料を検査するための方法を提供する。
発明のなお更なる態様によれば、独立請求項２０で特定するような、帯電粒子装
置を提供する。更なる効果、特徴、態様及び本発明の詳細は、従属請求項、詳細
な説明及び添付の図面から明らかである。請求項は、本発明を一般的な用語で定
義する第１の非制限的アプローチとして理解されることを意図したものである。

【０００９】 本発明の第１の態様によれば、帯電粒子ビームを提供するための粒子ソースと
、粒子ビーム（４）を試料に集中させるための対物レンズ（１０）であって、光
軸を有している対物レンズ（１０）と、対物レンズ（１０）の光軸に置かれる粒
子ミラーとを備え、該粒子ミラーは表面、裏面、ドリフト領域を有し、前記ドリ
フト領域は帯電粒子ビームを裏面から前面まで通過させるために裏面から表面に
わたり、前記ドリフト領域は光軸から離れて配置され、更に該粒子ミラーは、試
料から検出器に向かって来る帯電粒子をそらせるための前面にある偏向領域を有
する帯電粒子装置を提供する。

【００１０】 改良型の帯電粒子装置は、粒子ミラーの使用の結果、帯電粒子装置のデザイン
に追加の自由度を与えるという効果がある。粒子検出器とは逆に、粒子ミラーは
、対物レンズの焦点合わせ／投影特性に悪影響を及ぼさずにより容易に装置に配
置されることができる。ドリフト領域を有することによって、悪影響を及ぼす帯
電粒子ビームなしで、粒子ミラーは、より容易に装置に統合されることができる
。ドリフト領域が対物レンズの軸から離れて配置されるという事実のために、軸
がミラーを横切る領域は、偏向領域として使われることができ、それはかなり検
査の品質を増す。その理由は、軸に沿って移動している粒子が試料に関する情報
の重要な部分を伝えるからである。

【００１１】 更に、現在検出器の寸法に対する制限がないので、あらゆる検出器及び分光計
を、使用して試料を分析することができる。それに加えて、装置を特定の測定値
ニーズに適応させるために１種類の検出器を、他の種類の検出器に容易にと取り
替えることができる。

【００１２】 好適な実施形態によれば、粒子ミラーは、所定の速度範囲（エネルギー範囲）
及び所定の角範囲の全ての粒子をそらせるために、前面の偏向領域を含む。その
結果、粒子の出て行く経路とミラー前面に垂直な軸との間の角度β₀は粒子がミ
ラーに達する位置で、粒子の入って来る経路とミラーの前面に垂直な軸との間の
角度αβ_jに等しい。試料から来る粒子のエネルギー及び角分布がミラーによっ
て保存されるという事実のために、あたかもそれが試料の近くに直接位置するか
のように、検出器は同じ情報を本質的に記録することができる。

【００１３】 好適な実施形態によれば、裏面から前面まで達する粒子ミラーのドリフト領域
は、ミラーの中心から離れて配置される。粒子ミラーは、この種の方法で好まし
くは配置され、試料から来る大部分の粒子は、検出器の方へそらせられる。これ
は、試料から来る粒子が集中する所に、ミラーの幾何学の中心が好ましくは位置
することを意味する。

【００１４】 好適な実施形態によれば、帯電粒子装置は、対物レンズの光軸に本質的に沿っ
て帯電粒子ビームを導くための偏向ユニットを更に備え、前記偏向ユニットは粒
子ミラーと対物レンズとの間に配置されている。この配置では、基本的に、試料
から来て光軸に沿って移動する全ての粒子を、検出器に偏向することができる。
明らかに、偏向ユニットは、試料から来る帯電粒子と同様に試料の方へ進む帯電
粒子ビームに影響を及ぼす。しかし、粒子のこれらの２つのタイプは、異なる方
法で影響を受け、それは、２つの種類の粒子に分離する。これは、偏向ユニット
磁気か静電かに関係ない。

【００１５】 特に、磁気偏向ユニットは、試料の方へ進んでいる帯電粒子ビーム及び試料か
ら来る帯電粒子を相補的なパーツに分ける。ローレンツの法則によれば、試料か
ら来る帯電粒子は、反対側の力を受けている帯電粒子ビームの方向と反対方向に
飛ぶ。換言すれば、一次粒子ビームの領域に相補的である領域にそれらは向けら
れる。

【００１６】 偏向ユニットが静電的な場合、試料から来る帯電粒子は、一次粒子ビームとし
て領域に向けられる。しかし、試料から来た帯電粒子の再方向付けされた角度は
更に大きい。それは再方向付けの角度が速度に反比例するからである。これは、
一次粒子から第２の粒子の方向分離という結果になる。磁気偏向ユニットは、試
料の方へ進む帯電粒子ビーム及び反対方向に試料から来る帯電粒子を偏向するの
で、磁石偏向ユニットを使用するのが好まれる。

【００１７】 なお更なる好適な実施形態によれば、帯電粒子装置は、光軸からはなれて光軸
に戻る帯電粒子ビームを偏向するための３ステップ偏向ユニットを更に備える。
３ステップ偏向ユニットを用いることによって、粒子ソース及び帯電粒子ビーム
を形成するための他のいかなる部材も、対物レンズの軸に沿って配列されること
ができ、それは、完全な装置の小型のデザインにつながる。３ステップ偏向ユニ
ットは、この目的の用途にだけ使用される磁気コイルのような要素から成ること
ができる。しかし、３ステップ偏向ユニットは、また、例えば、追加的に、帯電
粒子ビームを試料を横切らせる（ユニットを走査すること）ために用いる要素を
含むであろう。

【００１８】 なお更なる好適な実施形態によれば、粒子ミラーは、約２０〜約７０の間の角
度、好ましくは約４０〜約５０度、最も好ましくは約４５度の角度αで光軸に関
して傾けられる。粒子ミラーのこの方位によって、試料から来る粒子は、容易に
装置の周辺に向けられ、そこではあらゆる検出器が、他の装置に影響を及ぼさず
に配置されることができる。粒子ミラーの４５度の方位を用いると、それらが同
じ初速度である限り検出器へ移動している２つの異なる粒子の時差が最小である
ことが保証されうる。

【００１９】 なお更なる好適な実施形態によれば、粒子ミラーは、所定のエネルギーより少
ないものを有する全ての粒子を偏向するのに十分な所定のポテンシャルに保たれ
た導電性表面又は導電性偏向格子を含む。これによって、金属プレートの表面は
、導電性面として使われることができる。更に、導電性のコーティングを有する
セラミック材料（例えばＡｌ₂Ｏ₃）が、この目的のために使われることができる
。この構成で、粒子ミラーはローパスフィルタのように作用し、導電性表面又は
導電性偏向格子のポテンシャルを変化させることによって、ミラーが分光器の目
的のために使われることができる。更に、粒子ミラーが、表面のポテンシャルを
遮蔽するための少なくとも１つの導電性のスクリーニング格子、又は他の装置か
らの導電性偏向格子及び／又は所定のエネルギーより多くのものを有する粒子を
吸収するための粒子吸収装置を含むことが好ましい。導電性のコーティングを有
する金属プレート又はセラミックプレートが使われる場合、金属的であるかセラ
ミックプレートが、粒子吸収装置として使われることができる。

【００２０】 なお更なる好適な実施形態によれば、第２の検出器は、所定のエネルギーより
多くのものを有する粒子を検出するための導電性偏向格子の後に配置される。

【００２１】 なお更なる好適な実施形態によれば、帯電粒子装置は、ハイパスフィルタを更
に備える。それは検出器の前に配置され、所定のエネルギーより上のエネルギー
を有する粒子だけが検出器に入ることができるようにしている。ローパスフィル
タ及びハイパスフィルタの組合せは、検出のためのエネルギーのいかなるバンド
をも選出することができ、よって試料の材料対比又はその他に特徴を強化するこ
とができる。従って、ハイパスフィルタが所定のエネルギーより少ないものを有
する全ての粒子をフィルタリングするのに十分な所定のポテンシャルに保持する
導電性のフィルタ格子を含むことが好ましい。

【００２２】 なお更なる好適な実施形態によれば、前記ドリフト領域は、対物レンズの光軸
から離れて配置され、対物レンズの光軸から測定して角度γ≦５度（好ましくは
、≦１０度）の範囲内で試料から来る全てのその帯電粒子はミラーの偏向領域に
達する。これは、特に高いトポロジを伴う試料に有利であり、試料から来る大部
分の帯電粒子を、検出することができる。

【００２３】 本発明の第二態様によれば、帯電粒子装置のための、粒子ミラーを提供する。
該ミラーは、前面及び裏面、所定の速度範囲及び所定の角範囲の全ての粒子を偏
向するための前面上に位置する偏向領域、粒子を裏面からミラーの前表面まで通
過させるための裏面から前表面まで達するドリフト領域、ミラーの幾何学的図形
の中心から離れて配置されているドリフト領域を含む。

【００２４】 好適な実施形態によれば、粒子ミラーは、所定のエネルギーより少ないものを
有する全ての粒子を偏向するために十分な所定のポテンシャルを保つ導電性表面
又は導電性偏向格子を更に備える。更に、粒子ミラーが、他の装置から、導電性
偏向格子又は表面のポテンシャルを遮蔽するための導電性のスクリーニング格子
、及び／又は所定のエネルギーより多くのものを有する粒子を吸収するための粒
子吸収装置、を含むことは好ましい。

【００２５】 第３の本発明の態様によれば、帯電粒子ビームを提供するための粒子ソース；
粒子ビームを試料に集中させるための対物レンズ；検出器の方へ試料から来る偏
向している帯電粒子のための粒子ミラー；所定のエネルギーより上にエネルギー
を有する粒子だけが検出器に入ることができるようにしている検出器の前に配置
されているハイパスフィルタを備える帯電粒子装置を提供する。

【００２６】

【発明の実施の形態】

本発明による第１実施形態が図１に概略的に示されている。通常は電子ビーム
などの荷電粒子ビーム４は、タングステン−ヘアピンガン、ランタン−ヘキサボ
ライドガン、電界放射ガン、又は熱電子ショットキーエミッタなどの荷電粒子ソ
ース２から出力される。少なくとも一のアノード３が荷電粒子ソース２の下に配
置され、荷電粒子を引き付け、加速させる。荷電粒子を加速させるため、荷電粒
子ソース２は例えば−０．５ｋＶなどの負の電位に保たれるのに対し、アノード
３は例えば＋１０ｋＶなどの正の電位に保たれる。

【００２７】 アノード３にはコンデンサレンズ５が続き、コンデンサレンズ５は荷電粒子を
集中させてファインビームにし、対物レンズ１０の軸でもある光軸６に沿ってビ
ームをガイドする。３ステージ偏向ユニットの第１のステージ１２Ａは、荷電粒
子ビーム４を光軸６から離れるように偏向させる。次に、荷電粒子ビーム４は、
荷電粒子ビーム４を光軸６の方向に再び向かわせる３ステップ偏向ユニットの第
２のステージ１２Ｂに入る。光軸６に戻る途中で、ビーム４は光軸６上に置かれ
た粒子ミラー１４を通る。荷電粒子ビーム４は、粒子ミラー１４内に配置された
ドリフト領域（ドリフトチューブ）２６を通って、粒子ミラー１４を通過する。
ドリフト領域２６は、ミラーの後面３８からミラーの前面２７に到達している（
図２参照）。粒子ミラー１４内に配置されたドリフト領域２６により、荷電粒子
ビーム４は、基本的に乱されないで粒子ミラー１４を通過する。従って、荷電粒
子ビームを補正するための追加的な手段は必要ない。

【００２８】 その後、荷電粒子ビーム４は、荷電粒子ビーム４を本質的に光軸６の方向に再
び向かわせる３ステップ偏向ユニット１２の第３のステージ１２Ｃに入る。偏向
ユニット１２は、静電的又は磁気偏向ステージ１２Ａ〜１２Ｃを備えることとし
てもよい。

【００２９】 ３ステップ偏向ユニット１２の第３のステージ１２Ｃには、荷電粒子ビーム４
を試料８上に集中させるための対物レンズ１０が続いている。荷電粒子を減速さ
せるために試料８を接地しておき、これにより、通常は電子などの荷電粒子は、
この例では０．５ｋｅＶのエネルギーで試料にぶつかる。

【００３０】 荷電粒子が試料８の表面にぶつかると、試料の原子の原子核及び電子との複雑
な一連の相互作用を受ける。入射した荷電粒子と試料の原子との間の相互作用は
、弾性的でも非弾性的でもよい。相互作用によって、後方散乱する荷電粒子と共
に、異なるエネルギーを有する電子、Ｘ線、光、熱などのなどの様々な二次的な
生成物が生じる。これらの多くの二次的生成物及び／又は後方散乱した荷電粒子
は、試料のイメージを生成し、試料からの追加的なデータを集めるために使用さ
れる。

【００３１】 試料のイメージ生成の検査のために非常に重要な二次的生成物は、様々な角度
で試料から脱出した比較的低エネルギー（３〜５０ｅＶ）の二次電子である。対
物レンズ１０内の高い正電位（この例では、＋１０ｅＶ）によって、二次電子は
対物レンズ１０内に引っ張られ、粒子ミラー１４に向かって加速される。二次電
子は、３ステップ偏向ユニット１２の第３のステージ１２Ｃを通過し、粒子ミラ
ー１４上に移動する。３ステップ偏向ユニット１２の第３のステージ１２Ｃを通
過することによって、二次電子もまた偏向される。図１に示す例では、３ステッ
プ偏向ユニット１２の第３のステージ１２Ｃは、磁気偏向ユニットである。これ
により、二次電子は、最初の電子ビーム４に関して反対の方向に偏向される。従
って、最初の電子ビームと二次電子とは、最初の電子ビーム４に悪影響を与える
ことなく分離される。

【００３２】 二次電子は粒子ミラー１４の偏向領域２５にぶつかり、検出器１６に向かって
偏向される。図１に示す本発明の実施形態では、粒子ミラー１４は、光軸６に関
して約４５°の角度αだけ傾けられた導電性表面２１を有している。更に、導電
性表面２１は、所定のエネルギーより小さいエネルギーの全ての粒子を偏向する
ために十分な所定の電位を保っている。この例では、導電性表面２１は、試料８
から出力された全ての二次電子を検出器１６に向かうように偏向させるために、
＋５ｋＶよりわずかに小さい電位を保っている。これにより、二次電子は、粒子
の出射経路とミラーの前面に垂直な軸との間の角度β₀と、粒子の入射軽度とミ
ラーの前面に垂直な軸との間の角度β₁とが等しくなるような態様で偏向する（
図２参照）。

【００３３】 この例では、粒子ミラーは、前面と後面に導電性コーティングを有するＡｌ₂
Ｏ₃からなり、これにより、前面の導電性コーティングは後面の導電性コーティ
ングから絶縁される。更に、粒子ミラー１４は、ミラー内に配置された金属チュ
ーブを有し、ドリフト領域２６を形成する。金属チューブはミラーの後面の接続
され、ミラーの後面と同電位に保たれる。ミラーの周辺部、及びドリフト領域２
６と偏向領域２５との間では、ミラーの前面と後面とでいかなるショートをも生
じることを避けるため、注意が必要である。

【００３４】 検出器１６は、様々なタイプの検出器から選択してよい。この例では、検出器
１６は光ガイド経由でフォトマルチプライヤに接続されたシンチレータである。
そして、検出器１６の出力は、例えば試料の表面のイメージを表示したり、記録
したりするために使用される。

【００３５】 通常は電子などの後方散乱した粒子はまた、試料のイメージ形成に重要である
。後方散乱した電子は高エネルギーであり、最初の電子ビームのエネルギー（こ
の例では、０．５ｋｅＶ）の６０％〜８０％の平均エネルギーを有する。対物レ
ンズ１０の中の高い正電位（この例では、＋１０ｋＶ）によって、後方散乱した
電子もまた対物レンズ１０内に引っ張られ、粒子ミラー１４に向かって加速され
る。後方散乱した電子は、３ステップ偏向ユニット１２の第３のステージ１２Ｃ
を通過して粒子ミラー１４上に移動する。３ステップ偏向ユニット１２の第３の
ステージ１２Ｃを通過することによって、後方散乱した電子もまた偏向される。
上記に説明したように、３ステップ偏向ユニット１２の第３のステージは、磁気
偏向ユニットである。それゆえ、後方散乱した電子もまた、最初の電子ビーム４
に関して反対の方向に偏向する。従って、最初のビームと後方散乱した電子とは
、最初のビームに悪影響を与えることなく分離される。

【００３６】 従って、背面散乱電子はまた、粒子ミラー１４の偏向領域２５に達する。しか
し、二次電子と比較して相対的に高いエネルギーのために、導電性表面２１の電
位は、背面散乱電子を偏向させるには十分でない。従って、背面散乱電子は、導
電性表面を通過して、粒子吸収装置２３として機能しているセラミック材料Ａｌ ₂ Ｏ₃に到達する。

【００３７】 背面散乱電子から二次電子を分離するために、一般的には、導電性表面２１の
電位は、ＢＥｓｉｎ²αよりわずかに低く選択される。ここで、ＢＥは、対物レ
ンズ１０内の電位であり、角度αは、粒子ミラー１４の前部表面に垂直な軸と光
軸との間の角度である。試料にわたって荷電粒子ビームをスキャンし、且つ、検
出器１６の出力を表示／記録することによって、試料表面のイメージが形成され
る。

【００３８】 本発明の第二の実施形態は、図３において図式的に示されている。図１の記載
と同一の構成要素は同一の参照符号で示されており、それについての更なる記載
はされていない。装置の残部から導電性表面２１の電位をスクリーニングするた
めに、追加の導電性スクリーニング格子２２が導電性表面２１の前に供給されて
いるという点で、図３において示される実施形態は図１において示される実施形
態とは異なる。更に、図３に示されている発明の実施形態は、検出器１６の前に
配置された高域フィルタ３０を備えている。そして、所定のエネルギーよりも高
いエネルギーを有する粒子だけが、検出器１６に入るようになっている。高域フ
ィルタ３０は、導電性のフィルタ格子３１を備えており、フィルタ格子３１の前
に配置されたスクリーニング格子３２を更に備えている。低域フィルタ１４（粒
子ミラー）及び高域フィルタ３０の組合せにより、検出のためのいかなるエネル
ギー帯も選ぶことができる。そして、材料コントラスト又は試料の他の特性を増
強させることができる。

【００３９】 図４は、図３において用いられている粒子ミラー１４の拡大図である。図３に
示された粒子ミラー１４は、前部表面２７、背部表面２８、所与の速度範囲（エ
ネルギー範囲）及び所与の角度範囲にある全ての粒子を偏向させるための、前部
表面上に置かれた偏向領域２５、及び、ミラーの背部表面２８から前部表面２７
に粒子を通過させるための、背部表面２８から前部表面２７に及ぶドリフト領域
２６、を備えている。

【００４０】 更に、粒子ミラー１４は、所定のエネルギーよりも小さなエネルギーを有する
全ての粒子を偏向させるのに十分な所定の電位に保たれている導電性表面２１を
備えている。表面２１の電位は、表面２１の前部に置かれた導電性スクリーニン
グ格子２２によってスクリーニングされる。このことにより、導電性表面２１と
スクリーニング格子２２との間の間隔は、格子２２のメッシュサイズの１０倍よ
りも大きくなるように選択されることが好ましい。スクリーニング格子２２は、
荷電粒子装置内の粒子ミラー１４に隣接している素子と同じ電位に維持されるこ
とが好ましい。粒子ミラー１４に隣接している素子の電位とは一般にかなり異な
る、導電性表面２１の電位は、スクリーニング格子２２を使うことによって、こ
れらの素子に隠される。従って、導電性表面２１の電位による否定的な副作用が
回避される。

【００４１】 所定のエネルギーよりも小さなエネルギーを有する二次電子等の荷電粒子が粒
子ミラー１４の偏向領域２５に達すると、粒子の退出経路９Ｂとミラーの前部表
面に垂直な軸との間の角度β₀が、粒子の到来経路９Ａとミラーの前部表面に垂
直な軸との間の角度β_iに等しくなるように、該粒子は偏向される。

【００４２】 粒子ミラー１４はセラミック材料でできており、セラミック材料は、ミラーの
背部表面２８と導電性表面２１との間に配置された吸収装置２３として、所定の
エネルギーよりも大きなエネルギーを有する、表面２１を通過することができる
粒子を吸収するために機能する。

【００４３】 図４から分かるように、ドリフト領域は、参照符号４０によって示されるミラ
ーの幾何学的中心には置かれていない。図４に示されるミラーは、中央点を有す
る円板の形状をしている。従って、ミラーの幾何学的中心は、円板の中央点であ
る。ドリフト領域がミラーの幾何学的中心から離れて位置しているという事実の
ために、偏向領域としてミラーの幾何学的中心を使うことができる。これにより
、検査の質がかなり向上する。

【００４４】 本発明の第三の実施形態は、図５において図式的に示されている。荷電粒子ビ
ーム４（通常は電子ビーム）は、荷電粒子ソース２（例えばタングステンヘアピ
ンガン、ランタン−ヘキサボライドガン、フィールドエミッションガン又は熱イ
オンショットキーエミッタ）から来る。少なくとも１つのアノード３が、粒子ソ
ース２の下方に置かれており、荷電粒子を引きつけ且つ加速する。荷電粒子を加
速するために、荷電粒子ソース２は、例えば、−０．５ｋＶの負電位に保たれる
。一方、アノード３は、例えば＋１０ｋＶの正電位に保たれる。

【００４５】 アノード３の次にはコンデンサレンズ５がある。コンデンサレンズ５は、荷電
粒子を細いビームに集中させ、そのビームを光軸６'（対物レンズ１０の光軸６
ではない）に沿って導く。その後、荷電粒子ビーム４は、荷電粒子ビーム４を対
物レンズ１０の光軸６に向かって方向づける、２ステップ型偏向ユニットの第一
段階１２Ｂに入る。光軸６への途中、荷電粒子ビーム４は、対物レンズの光軸６
上に置かれた粒子ミラー１４を通過する。荷電粒子ビーム４は、粒子ミラー１４
の中に配置されたドリフト領域２６（ドリフト管）を介して粒子ミラー１４を通
過する。粒子ミラー１４の中に配置されたドリフト領域２６によるため、荷電粒
子ビーム４は、基本的には乱されないで、粒子ミラー１４を通過する。従って、
荷電粒子ビームを修正するために追加の手段を必要としない。その後、荷電粒子
ビーム４は、荷電粒子ビーム４を光軸６の方向に再方向づける、２ステップ型偏
向ユニット１２の第二段階１２Ｃに入る。

【００４６】 偏向ユニット１２Ｃの次には、荷電粒子ビーム４の焦点を試料８上に合わせる
対物レンズ１０がある。荷電粒子を減速させるために試料８は接地されているの
で、荷電粒子（通常は電子）は、例えば０．５ｅＶのエネルギーで試料８に達す
る。

【００４７】 対物レンズ１０の内部は高い正電位（例えば、＋１０ＫＶ）にあるので、試料
８から出る二次電子４４は、対物レンズ１０内へ引き寄せられ、粒子ミラー１４
に向かって加速される。二次電子４４は、偏向ユニット１２Ｃを通過し、粒子ミ
ラー１４の方へ移動する。偏向ユニット１２Ｃを通過することによって、二次電
子４４もまた偏向する。図５に示される例示では、偏向ユニット１２Ｃは、磁気
偏向ユニットである。よって、二次電子４４は、第一電子ビーム４に対して反対
方向に偏向される。従って、第一電子ビームと二次電子とは、第一電子ビーム４
に負の影響を及ぼすことなく、分離される。

【００４８】 二次電子４４は、粒子ミラー１４の偏向領域２５を打ち、検出器１６に向かっ
て偏向される。図５に示された本発明の実施形態では、粒子ミラー１４は、光軸
６に対して４５度の角度αだけ傾いている導電性偏向格子４１を備えている。更
に、導電性偏向格子４１は、所定のエネルギーよりも小さなエネルギーの全粒子
を偏向させるに十分な、所定の電位に保たれる。この例示においては、導電性偏
向格子４１は、検出器１６に向かって試料８から来る全二次電子を偏向させるた
めに、＋５ＫＶよりもわずかに低い電位に保たれている。これによって、粒子の
退出経路とミラーの前部表面に垂直な軸との間の角度β_oが、粒子の到来経路と
ミラーの前部表面に垂直な軸との間の角度β_iに等しくなるように、二次電子は
偏向される。

【００４９】 対物レンズ１０内部の高レベルの正電位（この実施形態では＋１０ｋＶ）のた
め、後方散乱電子４５も、対物レンズ１０内に引かれ、粒子ミラー１４に向かっ
て加速される。従って、後方散乱電子４５も粒子ミラー１４の偏向領域２５に衝
突する。しかし、二次電子４４と比べて相対的に高いそれらのエネルギーのため
、導電性偏向格子４１の電位は、後方散乱電子４５を偏向するには十分ではない
。従って、後方散乱電子は、導電性偏向格子４１を通過し、導電性偏向格子４１
の後方に配置されている第二検出器２４に到達する。第二検出器２４も、いろい
ろな検出器の型から選択してもよい。このサンプルでは、第二検出器２４はシン
チレータでもあり、光導波路を介してフォトマルチプライヤに接続されている。
後方散乱粒子と関係がある情報が不要である場合、第二検出器２４は、後方散乱
粒子４５を吸収する粒子吸収装置に置き換えられてもよい。粒子吸収装置は、例
えば、誘電材により形成されてもよい。

【００５０】 図５に見られるように、ミラー１４のドリフト領域２６は、対物レンズ１０の
光軸６から遠く離れて位置し、１０度以内の角度γの範囲内で試料８から到来す
る荷電粒子の全ては、対物レンズの光軸から計測されるように、ミラー１４の偏
向領域２５に衝突する。これは、特に高度の微細構成を有する試料に対し、試料
から到来する電子のほとんどが検出されるという利点がある。

【００５１】 試料にわたる荷電粒子ビームを走査すること、検出器１６の出力を表示／記録
すること、更に／又は、第二検出器２４の出力を表示／記録することにより、試
料の表面イメージが形成される。

【００５２】 本発明による第四実施形態は、概略的に図６に示されている。荷電粒子ビーム
４は、通常は電子ビームであるが、荷電粒子ソース２（例えば、タングステン−
ヘアピンガン、ランタン−ヘキサボライドガン、フィールドエミッションガン、
又は熱イオンショットキーエミッタ）から到来する。少なくとも１つのアノード
３が粒子ソース２の下方に配置され、荷電粒子を引き寄せて加速する。荷電粒子
を加速するには、荷電粒子ソース２は、負電位（例えば、−０．５ｋＶ）に維持
され、アノード３は正電位（例えば、＋１０ｋＶ）に維持される。

【００５３】 アノード３の次にはコンデンサレンズ５が続き、コンデンサレンズ５は、荷電
粒子を微細ビームに収束し、そのビームを光軸６に沿って導く。光軸６に沿った
光路で、ビーム４は粒子ミラー１４を通るが、粒子ミラー１４は対物レンズ１０
の光軸６上に置かれている。荷電粒子ビーム４は、粒子ミラー１４の中央部に配
列されたドリフト領域２６（ドリフト管）を介して粒子ミラー１４を通過する。
粒子ミラー１４内に配置されたドリフト領域２６のため、荷電粒子ビーム４は、
基本的に乱れることなく、粒子ミラー１４を通過する。

【００５４】 粒子ミラー１４の次には、粒子ビーム４を試料８上に焦点を絞るために、対物
レンズ１０が続く。荷電粒子を減速するために、試料８は接地され、荷電粒子は
、通常は電子であるが、この例では０．５ｋｅＶのエネルギーで試料８に衝突す
る。

【００５５】 対物レンズ１０内部の高レベルの正電位のため（この例では＋１０ｋＶ）、試
料８から漏出する二次電子は、対物レンズ１０内に引かれ、粒子ミラー１４に向
かって加速される。二次電子４４は、粒子ミラー１４の偏向領域２５に衝突し、
検出器１６に向かって偏向される。図６に示される本発明の実施形態において、
粒子ミラー１４は、導電性偏向格子４１を備え、約４５度の角度αで光軸６に対
し傾斜している。更に、導電性偏向格子４１は、所定エネルギー未満の全粒子を
偏向するのに十分な所定電位に維持されている。この例では、偏向格子４１は、
＋５ｋＶより僅かに低い電位に維持されており、試料８から到来する全ての二次
電子を検出器１６に向かって偏向している。そのため、二次電子４４は、粒子の
出射光路とミラー前面に直交する軸との間の角度β_０が、粒子の入射光路とミラ
ー前面に直交する軸との間の角度β_１に等しくなるような方法で、偏向されてい
る。

【００５６】 検出器１６への光路上で、二次電子４４は、検出器１６の前に置かれているハ
イパスフィルタ３０を通り、所定エネルギーを越えるエネルギーを有する粒子だ
けを検出器１６に入力させている。ハイパスフィルタ３０は、導電性フィルタリ
ング格子３１を備え、更に、フィルタリング格子３１の前に配置されたスクリー
ニング格子３２を備えている。ローパスフィルタ１４（粒子ミラー）とハイパス
フィルタ３０の組合せにより、どんな帯域のエネルギーをも検出のために選択す
ることができ、そのため、試料の物質的コントラストや他の特徴を強調すること
ができる。

【００５７】 対物レンズ１０の高レベルの正電位（この例では、＋１０ｋＶ）のため、後方
散乱電子４５も対物レンズ１０内に引かれ、粒子ミラー１４に向かって加速され
る。従って、後方散乱電子４５も、粒子ミラー１４の偏向領域２５に衝突する。
しかし、二次電子と比較して相対的に高いこれらのエネルギーのため、導電性偏
向格子４１の電子は、後方散乱電子を偏向するには十分ではない。従って、後方
散乱電子４５は導電性偏向格子４１を通過し、導電性偏向器の後方に置かれてい
る粒子吸収装置２３に到達する。

【００５８】 試料全体を荷電粒子ビームで走査し、検出器１６の出力を表示／記録すること
により、試料表面のイメージが形成される。

【００５９】 例示的実施形態を参照して本発明は説明されているが、当業者は、添付請求項
に規定された本発明の範囲及び精神を逸脱することなく、様々なインプリメンテ
ーションや変形が可能であることを理解するであろう。例えば、粒子コラムの特
定構成により、粒子ミラーが４５度以外の角度に傾斜し得ることは、容易に明白
であろう。同様に、いろいろな電圧値は一例として提示されているにすぎず、他
の数値を使用してもよい。また、ミラーと検出器のフィルタ構成は、いろいろな
程度、組合せで実施可能であり、本願で開示されたどんな実施形態に対し、いか
なる組合せでも、容易に適用できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態に従う荷電粒子装置の概略立断面図である。

【図２】 図１で用いられている粒子ミラーの拡大図である。

【図３】 本発明の第２の実施形態による荷電粒子装置の概略縦断面図である。

【図４】 図３で用いられている粒子ミラーの拡大図である。

【図５】 本発明の第３実施形態による荷電粒子装置の概略縦断面図である。

【図６】 本発明の第４実施形態による荷電粒子装置の概略縦断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ケラ ドロア アイルランド， ネス−チオーネ 74103， インダストリアル ゾーン ビー， ピ ー．オー．ボックス 416 Ｆターム(参考） 5C033 NN01 NN10

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯電粒子ビーム（４）を提供するための粒子ソース（２）と
   、 粒子ビームを試料（８）に集中させるための対物レンズ（１０）であって、光
   軸（６）を有している対物レンズ（１０）と、 対物レンズ（１０）の光軸（６）上に配置された粒子ミラー（１４）とを備え
   、 該粒子ミラー（１４）は表面（２７）、裏面（２８）、ドリフト領域（２６）
   を有し、前記ドリフト領域（２６）は帯電粒子ビーム（４）を裏面（２８）から
   前面（２７）まで通過させるために裏面（２８）から表面（２７）にわたり、前
   記ドリフト領域（２６）は光軸（６）から離れて配置され、更に該粒子ミラー（
   １４）は、試料（８）から検出器に向かって来る帯電粒子をそらせるための前面
   （２７）にある偏向領域（２５）を有する帯電粒子装置（１）。
2. 【請求項２】 前記粒子ミラー（１４）が、所定の速度範囲及び所定の角範囲の全ての粒子を
   そらせるために、前面（２７）に偏向領域（２５）を含み、その結果、粒子の出
   て行く経路とミラー前面に垂直な軸との間の角度β₀は粒子がミラー（１４）に
   達する位置で、粒子の入って来る経路とミラー（１４）の前面に垂直な軸との間
   の角度β_jに等しい請求項１記載の帯電粒子装置（１）。
3. 【請求項３】 裏面（２８）から前面（２７）にわたる粒子ミラー（１４）のドリフト領域（
   ２６）が、ミラー（１４）の幾何学的（４０）中心から離れて配置される請求項
   １又は２のいずれか１項記載の帯電粒子装置（１）。
4. 【請求項４】 対物レンズの光軸に本質的に沿って帯電粒子ビームを導くための偏向ユニット
   （１２Ｃ）を更に備え、前記偏向ユニットは粒子ミラー（１４）と対物レンズ（
   １０）との間に配置されている請求項１〜３のいずれか１項記載の帯電粒子装置
   （１）。
5. 【請求項５】 対物レンズ（１０）の光軸（６）から離れ、実質的に光軸（６）に戻る帯電粒
   子ビーム（４）を偏向するための３ステップ偏向ユニット（１２）を更に備える
   請求項４記載の帯電粒子装置（１）。
6. 【請求項６】 粒子ミラー（１４）が、約２０〜約７０度の角度、好ましくは約４０〜約５０
   度、最も好ましくは約４５度の角度αで光軸（６）に関して傾けられる請求項１
   〜５のいずれか１項記載の帯電粒子装置（１）。
7. 【請求項７】 粒子ミラー（１４）が、所定のエネルギーより少ないものを有する全ての粒子
   を偏向するのに十分な所定のポテンシャルに保たれた導電性表面（２１）又は導
   電性偏向格子（４１）を含む請求項１〜６のいずれか１項記載の帯電粒子装置（
   １）。
8. 【請求項８】 粒子ミラー（１４）が、表面（２１）のポテンシャルを遮蔽するための少なく
   とも１つの導電性のスクリーニング格子（２２）又は他の装置からの導電性偏向
   格子（４１）を含む請求項７記載の帯電粒子装置（１）。
9. 【請求項９】 粒子ミラー（１４）が、所定のエネルギーより多くのものを有する粒子を吸収
   するための粒子吸収装置（２３）を含む請求項７又は８のいずれか１項記載の帯
   電粒子装置（１）。
10. 【請求項１０】 第２の検出器（２４）が、所定のエネルギーより多くのものを有する粒子を検
    出するための導電性偏向格子（４１）の後方に配置されている請求項７又は８の
    いずれか１項記載の帯電粒子装置（１）。
11. 【請求項１１】 ハイパスフィルタ（３０）が検出器（１６）の前に配置され、所定のエネルギ
    ーより上のエネルギーを有する粒子だけが検出器に入ることができるようになっ
    ている請求項１〜１０のいずれか１項記載の帯電粒子装置（１）。
12. 【請求項１２】 ハイパスフィルタ（３０）が所定のエネルギーより少ないものを有する全ての
    粒子をフィルタリングするのに十分な所定のポテンシャルに保持する導電性のフ
    ィルタ格子（３１）を含む請求項１１記載の帯電粒子装置（１）。
13. 【請求項１３】 前記ドリフト領域（２６）が、対物レンズ（１０）の光軸（６）から離れて配
    置され、対物レンズ（１０）の光軸（６）から測定して角度γ≦５であって、好
    ましくは≦１０で試料から来る全ての帯電粒子が、ミラー（１４）の偏向領域（
    ２５）に達する請求項１〜１２のいずれか１項記載の帯電粒子装置（１）。
14. 【請求項１４】 前面（２７）及び裏面（２８）と、 所定の速度範囲及び所定の角範囲の全ての粒子を偏向するための前面（２７）
    上に位置する偏向領域（２５）と、 粒子を裏面（２８）からミラー（１４）の前表面（２７）まで通過させるため
    の裏面（２８）から前表面（２７）まで達するドリフト領域（２６）であって、
    ミラー（１４）の幾何学的図形の中心から離れて配置されているドリフト領域（
    ２６）と、 を含む帯電粒子装置に使用するための粒子ミラー（１４）。
15. 【請求項１５】 粒子ミラー（１４）が、所定のエネルギーより少ない全ての粒子を偏向するた
    めに十分な所定のポテンシャルを保つ導電性表面（２１）又は導電性偏向格子（
    ４１）を更に含む請求項１４記載の粒子ミラー（１４）。
16. 【請求項１６】 更に、導電性偏向格子又は表面（２１）のポテンシャルを遮蔽するための少な
    くと１つの導電性スクリーニング格子（２２）又は導電性偏向格子（４１）を含
    む請求項１５記載の粒子ミラー（１４）。
17. 【請求項１７】 所定のエネルギーより多くのものを有する粒子を吸収するための粒子吸収装置
    含む請求項１５又は１６のいずれか１項記載の粒子ミラー（１４）。
18. 【請求項１８】 偏向領域（２５）が粒子を偏向し、その結果、粒子の出て行く経路とミラー前
    面に垂直な軸との間の角度が、粒子がミラー（１４）に達する位置で、粒子の入
    って来る経路とミラーの前面に垂直な軸との間の角度に等しい請求項１４〜１７
    のいずれか１項記載の粒子ミラー（１４）。
19. 【請求項１９】 帯電粒子ビームで試料を検査する方法であって、 帯電粒子ビームを提供するステップと 帯電粒子ビームを、粒子ミラーの裏面から前面まで達するドリフト領域を通過
    させるステップと、 光軸を有する対物レンズで粒子ビームを試料に集中させるステップと、 前記粒子ミラーの偏向領域で、試料から検出器へ来る帯電粒子を偏向するステ
    ップと、 を備え、前記ドリフト領域が光軸より離れて配置されている方法。
20. 【請求項２０】 帯電粒子ビーム（４）を提供するための粒子ソース（２）と、 粒子ビーム（４）を試料（８）に集中させるための対物レンズ（１０）と、 検出器（１６）の方へ試料から来る偏向した帯電粒子のための粒子ミラー（１
    ４）と、 所定のエネルギーより上にエネルギーを有する粒子だけが検出器（１６）に入
    ることができるようにしている検出器の前に配置されているハイパスフィルタ（
    ３０）を備える帯電粒子装置（１）。
21. 【請求項２１】 粒子ミラー（１４）は、所定のエネルギーより少ないものを有する全ての粒子
    を偏向するために十分な所定のポテンシャルを保つ導電性表面（２１）又は導電
    性偏向格子（４１）を更に含む請求項１４記載の帯電粒子装置（１）。
22. 【請求項２２】 更に、前記ミラー（１４）が、導電性表面（２１）のポテンシャルを遮蔽する
    ための少なくと１つの導電性スクリーニング格子（２２）と、他の装置からの導
    電性偏向格子（４１）と、を含む請求項２１記載の帯電粒子装置（１）。
23. 【請求項２３】 所定のエネルギーより多くのものを有する粒子を吸収するための粒子吸収装置
    含む請求項２１又は２２のいずれか１項記載の帯電粒子装置（１）。
24. 【請求項２４】 前記粒子ミラー（１４）が、所定の速度範囲及び所定の角範囲の全ての粒子を
    そらせるために、前面（２７）に位置する偏向領域（２５）を含み、その結果、
    粒子の出て行く経路とミラー前面に垂直な軸との間の角度β₀は粒子がミラーに
    達する位置で、粒子の入って来る経路とミラーの前面に垂直な軸との間の角度β _j に等しい請求項２０〜２３のいずれか１記載の帯電粒子装置（１）。
25. 【請求項２５】 粒子ミラー（１４）が、約２０〜約７０の角度、好ましくは約４０〜約５０度
    、最も好ましくは約４５度の角度αで光軸（６）に関して傾けられる請求項２０
    〜２３のいずれか１項記載の帯電粒子装置（１）。