JP2005268224A - 荷電粒子ビームシステム - Google Patents

Abstract

【課題】二次高真空ビームの動作圧力を下げる時間を少なくするか又はそれをなくすほど十分に低くワークピース試料チャンバ内の圧力を維持するＬＶＳＥＭタイプの荷電粒子検出器を提供する。
【解決手段】真空チャンバ３０８とは別に、圧力制限開口（オリフィス）３１２を有するイオン発生管３１０を提供する。イオン発生管３１０の圧力を十分に高く維持して、二次粒子３２０のガス分子との衝突を通してイオン３１４を発生することによって二次粒子信号を増幅するが、一方真空チャンバ３０８内の圧力は十分に低くして、ＬＶＳＥＭの作動圧力からチャンバを排気するのに必要な時間に比べて、システムを排気して非ＬＶＳＥＭ荷電粒子ビームシステムが作動するのに適した圧力にするのに必要な時間を非常に短くする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、微細な構造を形成し、変更し、視認するための荷電粒子ビームシステムに関する。

フォトリソグラフィは、集積回路やマイクロマシーンのような微細な構造を作成するために使用されるプロセスである。フォトリソグラフィプロセスは、フォトレジストと呼ばれている放射線感応物質を光パターン又は他の放射線パターンに露光することを必然的に伴う。このパターンは、放射線をマスク、すなわち、表面にパターンを有する基材に通過させることによって一般的に作成される。このパターンはある種の放射線をブロックするか又はその位相を変化させて放射線感応物質上に露光領域と非露光領域を創り出す。創り出すことのできる構造の大きさは、使用する放射線の波長によって制限される。波長が短ければ短いほどより微細な構造を生成することができる。

フォトリソグラフィプロセスは絶えずより微細な構造を生み出すことを求められているので、紫外線やＸ線までも含む放射線のより短い波長を用いたリソグラフィシステムが開発され続けている。（用語「光」と「フォトリソグラフィ」は一般的意味で使用されるが可視光線以外の放射線も含んでいる。）７０ｎｍ又はそれよりも小さな寸法を有する構造を生成するフォトリソグラフィシステムは、現在も開発中である。そのような構造は、１９３ｎｍ又は１５７ｎｍの波長を有する光を用いて製造される。そのような短い波長のためのフォトリソグラフィマスクは、マスク上に透過性のパターンよりもむしろ反射性のパターンを使用する。何故ならば、そのような短い波長の放射線に対してマスク基板が十分な透過性を有しないからである。そのようなマスクにおいては、放射線はマスクからフォトレジストへと反射する。

フォトリソグラフィマスクは、マスクが所望の露光パターンを正確に生成する場合には、欠陥のないものでなくてはならない。最新に製造されたマスクは、パターン材料の欠損や過度の材料のような欠陥を有する。そのようなマスクを使用する前に、度々荷電粒子ビームシステムを用いて、その欠陥は修復されている。イオンビームと電子ビームを有するデュアルビームシステムがマスク修復に使用される。イオンビームは、マスク上の過度の材料を食刻して、マスク上に材料堆積をするか、又は、マスクイメージを形成するために用いられる。電子ビームは、マスクイメージを形成し、そして、ときには材料を堆積するか又はエッチングするために用いられる。主に絶縁基板上に生成されているマスクに荷電粒子が当てられたとき、電荷が基板上に蓄積する傾向がある。この電荷は、ビームスポットの形状と位置に影響を与えて、荷電粒子ビームの動作に悪影響を及ぼす。

蓄積された電荷の中和化又はそれを減少する一つの方法が、必然的に、電子フラッドガンを用いて電子を正に帯電した基板に向けて発射することである。そのようなシステムが、Doherty他の特許文献１に記載されている。また、非常に低エネルギーの陽イオンのビームを使って負の電荷の蓄積を中和する別の方法もCrawfordの特許文献２に記載されている。イオンはイオン発生器内のガスをイオン化する高電圧によって発生し、Crawfordのシステム内で生成されるイオンの数はワークピース上の電荷蓄積に関連しない要素によって決められる。そのようなシステムは、動作条件の変更又は試料特性に対して平衡がとれている必要があるので、容易に使用されなかった。より低電圧で満足のいく撮像を可能にし、ワークピースの帯電を減少することのできる、低真空走査型電子顕微鏡（ＬＶＳＥＭ）の導入や、電界放出ガン電子顕微鏡（ＳＥＭ）の使用増加に伴ってそのようなシステムの使用は衰退した。

一次ビームがワークピース表面を走査しているときに放出される二次粒子、すなわち、後方散乱粒子を集めることによって、ワークピースを撮像するために、荷電粒子ビームを使用することは通有の技術である。像の各点の輝度は、ビームが基材に各点に当たったときに集められた二次粒子の数に対応する。（ここで、用語「二次粒子」は、後方散乱粒子を含めて、ワークピースから剥がれ落ちるいかなる粒子をも含むために用いられる。）絶縁基板の帯電は、一次及び二次粒子の通路に影響して、撮像に影響を及ぼす。

一次電子ビームの衝撃によって放出された二次粒子を検出する一つの技術がMancuso他の特許文献３に記載されており、それはＬＶＳＥＭに用いられる二次電子検出器を記載している。

この検出機器は、電位が加えられて電界を発生する電極からなる。基板で放出した二次粒子は、その検出器に向かって加速されガス分子と衝突して別の荷電粒子を生成し、それが他のガス分子と衝突してより帯電した粒子をも生成する。そのような方法は「カスケード」効果と呼ばれている。この方法で生成される荷電粒子の極限の数は、基板において放出される二次粒子の数に比例し、それによって二次粒子の数に対応する増幅された信号を生成する。電子源と一次ビームの通路のほとんどは、一次ビームを通過させるがガス分子がカラム内に入るのを阻止する開口によって、高真空に維持されている。

ＬＶＳＥＭ検出器において、この検出器ガスを通過する二次粒子の通路長は、適切な増幅を提供するために、ガス分子と十分な衝突を可能にするほど十分に長くなくてはならない。衝突の可能性を増やすために、検出器は、主に、ワークピースから離間して配置され粒子がワークピースから検出器に移動する相当長い通路長を提供する。ガス圧を増やすことも、特定の通路を通過中に衝突の可能性を大きくする。ＬＶＳＥＭのガス圧は、大抵、ワークピースと検出器の間において約７０Ｎ／ｍ²から７００Ｎ／ｍ²に維持され、カスケード効果を生み出すのに十分なガス分子を提供する。

ＬＶＳＥＭに検出と電荷中和能を提供するデュアルビームシステムを提供することが望ましい。しかし、ＬＶＳＥＭ検出器にとって必要な比較的に高いガス圧は、そのようなシステムを、イオンビームシステム又は高真空ＳＥＭのような他の荷電粒子ビームシステムと同じ真空チャンバ内で使用することを不適切にする。何故ならば、そのような荷電粒子ビームシステムがＬＶＳＥＭにとって必要な比較的に高いガス圧の基では作動できないからである。信号を増幅するのに必要なガス分子は、ビーム中のイオン又は電子と干渉し、解像度を下げ又は信号対ノイズ比を劣化させる。

利用者がＬＶＳＥＭを使用して、二次ビームを用いる前にポンプで排ガスすることによって真空チャンバを高真空にしても、そのような方法はほとんどの実例にとってあまりにも時間が掛かってしまう。

米国特許第４６３９３０１号 米国特許第４２４９０７７号 米国特許第４７８５１８２号

本発明の課題は、二次高真空ビームの作動圧力を下げる時間を少なくするか又はそれをなくすほどワークピース試料チャンバ内の圧力を十分に低く維持するＬＶＳＥＭタイプの荷電粒子検出器を提供することである。

上記の課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載したような「荷電粒子ビームを発生する荷電粒子ビームカラムと、荷電粒子ビームが向かって発射されるワークピースを内蔵するワークピース真空チャンバとからなる荷電粒子ビームシステムにおいて、ワークピース真空チャンバから荷電粒子がイオン化チャンバ内に入ることを可能にする開口を設けたイオン化チャンバを有する荷電粒子検出器であって、該イオン化チャンバが、イオン化チャンバの内部領域を画定するイオン化チャンバ壁と、ガスを該イオン化チャンバの内部領域に供給するガス取り入れ口と、試料チャンバからの荷電粒子を加速するための前記イオン化チャンバ内の電極を有し、前記開口が十分小さく、有前記ワークピース真空チャンバ内の圧力よりも相当大きな作動圧力であって、且つ、前記イオン化チャンバ内でガスイオン化カスケード効果を誘発する程十分高い作動圧力を前記イオン化チャンバ内で維持するものと、前記電極に流れる電流であって、前記荷電粒子ビームの一次粒子の衝撃により前記ワークピースから放出された粒子に関連するものに基づいて撮像信号を発生する撮像システムを具備することを特徴とする荷電粒子ビームシステム」を提供するものである。

本発明は、このように、一又はそれ以上の圧力制限開口によってワークピース真空チャンバとは分離されたイオン化チャンバを提供するものであるが、イオン化チャンバの圧力を十分に高く維持して、二次粒子のガス分子との衝突を通してイオンを発生することによって二次粒子信号を増幅するが、一方ワークピース真空チャンバ内の圧力は十分に低くして、ＬＶＳＥＭの作動圧力からチャンバを排気するのに必要な時間に比べて、システムを排気して非ＬＶＳＥＭ荷電粒子ビームシステムが作動するのに適した圧力にするのに必要な時間を非常に短くする。本発明は、荷電粒子ビームシステムにおいて、例えば、石英を成分とするリソグラフィマスクの撮像やそのような基板上の表面電位を制御するのに役立つ。本発明の好適な実施の形態は、一次荷電粒子ビームの基板との衝突によって発生された二次荷電粒子の衝突によって好適にイオン化されたガスを用いたイオン発生器である。別の好適な実施の形態において、イオン発生器は、化学支援荷電粒子ビームエッチング又は堆積のためのガスを提供するのにも使用される。

上記は、本発明の好適なシステムの諸相の特徴と技術的な利点のいくつかをむしろ広範に概括したものであり、以下の発明の詳細な説明を読むことによって十分理解できるものである。別の本発明の特徴と利点も以下に説明される。ここに開示された概念と特定の実施の形態が本発明と同じ目的を遂行する他の構造物を改作し又は設計するための根拠として容易に利用されることを業界で通常の知識を有する者は理解すべきである。それに均等な構造も本明細書に添付の特許請求の範囲に記載された本発明の精神と範囲を逸脱しないことも、業界で通常の知識を有する者は理解すべきである。フォトマスクを修復する好適なシステムにより以下に記載する発明の諸相の多くが実現されるが、特定の実現の目的に応じて個別に又はいかなる組み合わせと共に、多くの発明の諸相が応用されることも理解されるべきである。

上記の課題解決手段によれば、本発明は、二次高真空ビームの作動圧力を下げる時間を少なくするか又はそれをなくすほどワークピース試料チャンバ内の圧力を十分に低く維持するＬＶＳＥＭタイプの荷電粒子検出器を提供することができるという効果を奏する。

また、上記の課題解決手段によれば、本発明は、一次荷電粒子ビームと基板との衝突によって発生された二次荷電粒子の衝突によって好適にイオン化されたガスを用いたイオン発生器を提供することができるという効果も奏する。

本発明の好適な実施の形態は、荷電粒子ビームシステムにおいて絶縁試料の負電荷を中和するためにイオン発生器を用いる。フォトリソグラフィマスクが主に、石英のような絶縁基板上に製造されるものなので、本発明は、フォトリソグラフィマスク上の荷電粒子ビーム動作にとって有用である。

このイオン発生器は、好適には、低真空走査電子顕微鏡（ＬＶＳＥＭ）における検出作業と同様の方法で、ワークピースから放射された二次電子若しくは後方散乱電子を用いてガスをイオン化する。この二次粒子は、その粒子がガスを通過するときに、ガス分子と衝突しそれをイオン化して、自由電子を生み出し、それがカスケード反応において他のガス分子に衝突しそれをイオン化する。このイオン化プロセスは、絶縁基板上の電荷を安定化するために用いられるか、若しくは、撮像のために大量のイオンを発生することを可能にする。

ワークピースからの二次電子を用いてイオンを発生することによって、発生されるイオンの数は、荷電粒子ビームからワークピースに衝突する電荷量に関連する。荷電粒子ビームによるワークピースの電位の変化は、ワークピースに到達するイオンの数を自動的に調整するように働く。このように、このシステムは荷電粒子ビームシステムにおいてワークピース上の電荷を中和するための自己安定イオン発生器を提供することができる。一度ガス圧とイオン発生器が電荷を制御するために設定されると、ビームエネルギーや走査速度やビーム電流のような他の電子顕微鏡パラメータはその制御を台無しにすることなく変更されうる。このシステムは自己調整可能である。

本発明のある種の実施の形態は、低真空走査電子顕微鏡（ＬＶＳＥＭ）検出器を用いるが、それは二次電子信号を増幅するイオンを発生するとともに、ワークピース上の電荷を中和するためのイオンを提供する。本発明の他の実施の形態は、ＬＶＳＥＭ検出器とは別のデバイスでありそれとは接続していないイオン発生器を用いる。

ＬＶＳＥＭ検出器はイオンを発生し、それらのイオンが電荷中和に使用されるが、ＬＶＳＥＭは、ＬＶＳＥＭや集束イオンビーム（ＦＩＢ）カラムを含むデュアルビームシステムのような多重ビームシステム内の使用には不適であった。ＬＶＳＥＭは、一般的に、約７０Ｎ／ｍ²乃至７００Ｎ／ｍ²の圧力で作動するが、一方、集束イオンビームは、一般的に、約０．０１Ｎ／ｍ²の圧力で作動する。このように、ＬＶＳＥＭと集束イオンビーム（ＦＩＢ）カラムを含むデュアルビームシステムにおいては、ＬＶＳＥＭを利用するときからＦＩＢを利用するときには、利用者は試料真空チャンバ内の圧力を７０Ｎ／ｍ²から０．０１Ｎ／ｍ²に下げねばならなかった。真空チャンバをポンプを用いて排気して７０Ｎ／ｍ²から０．０１Ｎ／ｍ²に下げるのに必要な時間はほとんどの商業上の用途においてＦＩＢと共にＬＶＳＥＭを使用する場合には重大な不利益となっていた。ＬＶＳＥＭ検出器が検出器ガスでチャンバを充填させると言うよりはむしろ、検出器領域に配置されたガス噴出器を使用する場合ですら、チャンバは検出器ガスで充填されたままであり、そのことはイオンビームの使用前に排気を実行しなくてはならない。

本発明のある種の実施の形態は、同じ真空チャンバ内にＬＶＳＥＭとＦＩＢ又はＳＥＭの共用を実際に行っている。ある種の実施の形態においては、このシステムは、得てしてイオン発生器の近くに比較的に少量のガスを局在するように設計されている。そのような実施の形態においては、システムはそのシステム内の異なる箇所において異なる圧力を維持して、ガス圧がイオンが発生されるべき箇所においてより高く、システム内の他の部分において低くし荷電粒子ビームによる干渉を少なくするようにする。たとえば、一つの実施の形態においては、ＬＶＳＥＭ検出器の近くの少量のガス圧は約７０Ｎ／ｍ²であり、チャンバのバックグランド圧力は約０．１Ｎ／ｍ²に維持されている。ＦＩＢに切り替えるときには、チャンバはポンプを用いて排気して７０Ｎ／ｍ²から０．０１Ｎ／ｍ²に下げる代わりに、０．１Ｎ／ｍ²から０．０１Ｎ／ｍ²に下げることだけが必要である。このように、ＬＶＳＥＭ操作からＦＩＢ操作への切換ははるかに迅速に行われ、デュアルビームＬＶＳＥＭ−ＦＩＢシステムは、マスク修復と他の用途にとって実用的である。ある種の実施の形態では、ＬＶＳＥＭ検出器又は他のイオン発生器とＦＩＢを同時に操作することも可能である。

ＬＶＳＥＭ検出器又は他のイオン発生器によって発生されたイオンのいくつかをワークピースに戻して電荷を中和することによって、ＬＶＳＥＭ又は他の撮像システムは２ｎｍ未満の解像度でクローム吸収材上の特徴を示す像を形成することが可能となる。イオン発生器によって提供される電荷中和は、部分的にガス又はガス混合物の圧力と同一性を制御することによって制御される。イオン発生に使用される各種のガスとガス混合物は、欠陥を修復するための荷電粒子ビーム支援エッチング又は堆積にも使用される。荷電粒子ビームの存在の下でエッチング又は堆積用に各種のガスを使用することは、「ビーム化学」と称されている。ある種の実施の形態では、電荷中和のためにイオン発生器からの各種ガスはエッチング又は堆積用の別の各種ガスに変えられるし、他の実施の形態においては、ガス混合物も使用されることがある。

個々の電子最終レンズの構成は、一般的に、二次電子検出及び／又は電荷中和のために中和用のイオンを生成するために異なる設計を必要とする。以下に記載のいくつかの実施の形態は、異なるタイプの電子レンズと共に使用される設計例を提供するが、これらの例と開示された原理を使用することによって、業界で通常の知識を有する者は、他のタイプのレンズと一緒に作動する検出／中和の構成を設計することができる。

図１Ａは、本発明を組み込むことができる、たとえば、高性能なマスク修復と測定のために使用されるデュアルビームシステム１００を略式に図示している。本発明はデュアルビームシステムにおける使用に限らず、シングルビームシステム又は多重ビームシステムにも使用される。システム１００は第１の荷電粒子ビームカラム１０２と第２の荷電粒子ビームカラム１０４を具備しており、両カラム１０２と１０４の軸は互いに略平行に配設されており、ワークピース１０６の表面に略垂直である。ワークピースホルダー又はステージ１０８は、ワークピース１０６を移動してそれをいずれかのカラムの下に正確に位置決めする。両カラム１０２と１０４とワークピース１０６は真空チャンバ１１０内に内蔵されている。

本発明は特定のタイプのカラムに限定されるものではない。たとえば、本発明のある実施の形態は、集束ビームカラム又は成形ビームカラムのようなイオンビームカラムとＬＶＳＥＭカラムや非ＬＶＳＥＭカラムのような電子ビームカラムの組み合わせを具備することもある。ここで用いられる、用語ＬＶＳＥＭは、二次電子又は後方散乱電子によってガスをイオン化して電荷中和のためのイオンを発生するいかなる電子カラム構成及び／又は差圧ポンプを用いて電子カラムを高真空に維持する検出器の一部としての電子カラム構成にも広く適用される。

図１Ａは、例えば、液浸レンズカラム１０４と共に用いられるＬＶＳＥＭ検出器１２０と、非液浸レンズカラム１０２と共に使用される電荷中和用のセパレート式イオン発生器１２２を図示している。カラム１０２は、シンチレーター検出器又はチャンネルプレート検出器のような非ＬＶＳＥＭ二次粒子検出器１２４も有する。この２つの電子カラムは試料の異なる視点を提供する。液浸レンズカラムは、対称型の検出器によって高解像度を付与し、一方、非液浸レンズカラムは画像の方向成分を提供する検出器を可能にする。イオン発生器１２２は、電荷中和及び信号検出兼用のＬＶＳＥＭ検出器と代替可能である。別の実例では、ＬＶＳＥＭ検出器と（Everhart-Thornley検出器やチャンネルエレクトロン増倍器（ＣＥＭ）やマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）のような）非ＬＶＳＥＭ検出器とイオン発生器の異なる組み合わせを使用することもある。

図１Ｂは、第１の荷電粒子ビームカラム１５２と第２の荷電粒子ビームカラム１５４のそれぞれのビームが一致するか又は近接するようにそれらのカラムが配設されているシステム１５０を図示している。すなわち、一方のカラムは他方のカラムに対して傾斜されており、両ビームがワークピースに対して同じポイント又はその近くで衝突する。衝撃点がずれていれば、ワークピースホルダー１０８はワークピース１０６を移動してそれをいずれかのカラムの衝撃点の下に正確に位置決めする。カラム１５２と１５４とワークピース１０６は真空チャンバ１６０内に内蔵されている。カラム１５２と１５４は、その一方のカラムの傾斜がいくつかの組み合わせの実現を物理的に難しくしてはいるが、ＬＶＳＥＭイオン発生器と非ＬＶＳＥＭイオン発生器と従来の検出器又は電荷中和器のいずれかの組み合わせを使用することもある。図１Ｂは、電荷中和を提供する電荷発生器１５６を図示している。電荷発生器１５６は、電子フラッドガン又はＬＶＳＥＭタイプのイオン発生器であってもよい。

マスク修復のために使用されるデュアルビームシステムにおいて２つのカラムのうちの少なくとも一方は、好適には、ワークピース表面に対して傾斜しているか、又は傾斜可能である。傾斜ビームを用いることでワークピースについての３次元情報を提供することができる。３次元情報は、例えば、位相シフトマスク上の石英バンプ欠陥（quartz bump defects）の修復に有効である。そのような欠陥は、基板と同じ材料でできているので、映像において基板とはっきりとしたコントラストを示さず、基板を傷付けずに修復することが困難である。「荷電粒子ビームと走査プローブ顕微鏡からの地形データを用いたフォトマスクの欠陥修復」と題する米国特許出願第１０／６３６３０９号は、位相シフトマスクの欠陥を修復するために３次元地形情報を使用する方法を記載している。傾斜した荷電粒子ビームは、米国特許出願第１０／６３６３０９号に記載された走査プローブ顕微鏡の代わりに、３次元映像を提供するために使用される。荷電粒子ビームシステムが３次元データを提供する場合、情報を得るために真空チャンバからワークピースを取り出す必要はなくなり、それによって、生産性が向上する。

図２は、真空チャンバ２０６内に配設された、イオンビームカラム２０２と低真空走査電子顕微鏡カラム２０４を具備したシステム２００を図示している。低真空走査電子顕微鏡カラム２０４は、ワークピースに強磁界を付与する磁気液浸対物レンズ２０７を有する。集束イオンビームカラム２０２は、好適には液状金属ガリウムイオン源（ＬＭＩＳ）であるイオン源２０３を有している。本発明はいかなる特定のイオン源に限定されるものではなく、シリコン／金共晶ＬＭＩＳ又はプラズマイオン源のような他のイオン源も使用することができる。集束イオンビームカラム２０２は、集束ビーム又は成形ビームを使用することもできる。集束イオンビームカラム２０２は、スパッタリング又は化学支援エッチングによってワークピース２０８の表面から材料を取り除くために使用することもできし、又は、イオンビームの存在下で前駆体ガスが分解してワークピース表面に堆積物を残すイオンビーム支援堆積を用いてワークピース２０８の表面に材料を堆積するのに使用することもできる。

大きな平坦検出器２１０と大きな平坦ワークピース２０８の組み合わせは、検出器ガスのある種の閉じこめを提供し、真空ポンプ２１４が検出器２１０とワークピース２０８の間の圧力をチャンバ２０６の他の部分の一般的な圧力よりも数桁大きくするように維持することを可能にする。

ＬＶＳＥＭカラム２０４は、増幅器２１６と接続したＬＶＳＥＭタイプの検出器２１０とワークピース２０８から放出された二次粒子を増幅するために使用されるガスを提供するガス噴出器２１８を有する。そのガスは、化学支援電子ビームエッチング又は堆積にも使用される。ステージ２２０は、所望に応じて、カラム２０２又はカラム２０４のいずれかの下にワークピース２０８を位置決めする。

図３は、非液浸レンズ（ワークピースに弱磁界を提供するレンズ）と電子ビームカラムの操作によってワークピース上に堆積した電荷を中和するための自己安定型イオン発生器を用いた本発明の実施の形態を図示している。図３は、例えば、集束イオンビームシステムのような二次荷電粒子ビームカラムを内蔵することもできるシステム真空チャンバ３０８に内蔵されているワークピース３０７上に電子ビーム３０６を集束する非液浸対物レンズ３０５を有する電子ビームカラム３０４を図示している。

イオン発生器３０２は、イオン３１４を管３１０から出して電子ビーム３０６がワークピース３０７に衝突する衝撃点３１６に到達させるオリフィス３１２を設けた閉鎖管３１０を有する。高電圧電極３１７は、管３１０内部で二次粒子を加速する。管３１８は、矢示３１９に示すようにガスを管３１０に導入する。

好ましくは、このイオン発生管３１０は、好適には、約１０Ｖと約５００Ｖの間にあり、一般的には約２００Ｖである正の小バイアス電圧が掛かっていて、二次電子３２０のいくつかを管内に引き込む。好適には、約３００Ｖと約２０００Ｖの間にあり、一般的には約５００Ｖである電位に維持された高電圧電極３１７は、更に管３１０内で二次電子３２０を加速し、管３１０内のガスイオン化カスケード反応を引き起こす。イオン３１４は、電極３１７からあふれ出てオリフィス３１２から外に出る。管に加えられた正のバイアスと（試料の電荷）は、試料に向かってイオンを加速する。過度のイオンが存在したとしても、試料は正に帯電することとなり、そのことは試料へのイオン流を減少させ過度のイオンを対物レンズに流すようにするか又は管に戻るようにする。このように、中和が自己制御される。この自己制御は、アースされるか又はバイアスが掛けられて過度のイオンをレンズよりもむしろ電極に流すようにする電極３３０を追加することによって強化されることもある。

撮像と分析のために大部分の二次粒子を収集することと検出することは、シンチレーター検出器又はチャンネルプレート検出器のような従来の高真空検出器３２２を用いて行うことができる。二次粒子は、図３に示すようにワークピース近くで軸からずれて集められるか、又は、レンズを通して集められる。このように、イオン発生器３０２を使用することによって、イオン発生器による電荷中和を提供しつつも非ＬＶＳＥＭ検出器を使用することのできるシステムが達成される。真空チャンバはガスによって充填されておらず、比較的に短いポンプ排気と同時又はその後のいずれかにおける非ＬＶＳＥＭタイプの荷電粒子ビームの操作を排除する。

電子カラム３０４の使用からチャンバ３０８内のイオンビームカラム（図示せず）の使用への切換は非常に迅速に行われる。オリフィス３１２は、システム真空チャンバ３０８へのガス漏洩が少ない程度に十分に小さく、チャンバ３０８のガス圧はＬＶＳＥＭ検出器のよりオープンなイオン発生器設計における圧力よりも低いレベルに維持される。カラム３０４の使用からイオンビームの使用に切り替えるために、操作者は一般的にイオン発生器へのガスを止めて小容量のイオン発生器ガスをメインチャンバに排気するようにする。それとは別に、弁をオリフィス３１２に配置するようにしてもよい。ある種の実施の形態においては、ガス噴射機としてイオン発生器を使用する、すなわち、ワークピースに向かってエッチング強化ガス、又は荷電粒子ビームの存在下で分解して材料を堆積するガスを発射することもできる。

ＬＶＳＥＭの不利益は、比較的に緩慢な撮像速度であり、一般的には画素当たり１ｍｓ未満である。イオン発生器３０２のようなイオン発生器を使用することによって、より高速の撮像速度の非ＬＶＳＥＭ検出器を使用することができて、イオン発生器の電荷中和の利益が得られる。少なくとも一つのカラムが非ＬＶＳＥＭ検出器を使用している場合には、この利点はシングルビームシステム又は多重ビームシステムでも得られる。

イオン発生器の増幅効果のために、電荷中和にとって十分なイオンを発生するためには、比較的に少数の二次粒子のみが集められる必要があり、従って、ほとんどの二次粒子は撮像システムのために集められて利用される。イオン発生器が二次粒子信号の増幅器として使用されるのではなく電荷中和のために使用される場合には、相当小さな増幅が用いられる。増幅は管３１０内のガス圧に依存するので、低圧力が用いられるが、それはチャンバ３０８内の圧力を低下することとなる。

管３１０内の適切な圧力は、イオン発生器内部の電極に印加された電圧と取り込まれた二次粒子の数とそのエネルギーに依存するが、それらのファクターは用途に関して変化する。特定の実施の形態のための適切な圧力を決定するためには、イオン発生を監視するために電極の電子信号を測定し、ガス圧又は電圧を調整して基板を中和するのに十分なイオンを得るようにしてもよい。イオンがＬＶＳＥＭタイプの信号増幅に用いられていない実施の形態の場合にはガス圧を減少することもできる。

イオン発生器３０２のガス圧は、好適には１０Ｎ／ｍ²を越え、より好適には約４０Ｎ／ｍ²を越える。約７０Ｎ／ｍ²の管内の好適圧力は、大きなイオン贈倍率を許容する。この圧力は、好適には１００Ｎ／ｍ²未満であり、より好適には約９０Ｎ／ｍ²未満である。約０．２ｍｍのオリフィスは、ガス流を制限してチャンバを０．０１Ｎ／ｍ²範囲内に維持する。オリフィスの大きさはシステムパラメータによって変化する。オリフィスは、多数の二次電子が管３１０内に入り、ほとんどのイオンが管３１０のオリフィスから外に出るのを可能にするほど十分大きなものにすべきである。業界で通常の知識を有する者は、上記のガイダンスに基づいて適切なオリフィスの大きさを決定することができる。イオン発生器の作動中のチャンバ内の圧力は、好適には１０Ｎ／ｍ²未満であり、より好適には１Ｎ／ｍ²未満であり、さらに好適には約０．１Ｎ／ｍ²未満であり、もっとも好適には約０．０１Ｎ／ｍ²以下である。

ＬＶＳＥＭ検出器の使用に適切であると知られているガスは、一般にイオン発生器３０２の使用にも適切なガスである。適切なガスの好ましい特性は、低イオン化エネルギー、低酸化性であり、耐腐食性を有することである。例えば、水蒸気は二次粒子信号を増幅する好適な検出器ガスである。他の適切なガスは、窒素、アルゴン、一酸化炭素のガスである。検出器ガスは、荷電粒子ビーム支援堆積又はエッチングに使用される他のガスと混合することもできる。例えば、二フッ化クセノン（xenon difluoride）は、シリコンを含むいくつかの材料のエッチングを補強する。ガス分子は、ワークピース表面に移動し荷電粒子ビームによって活性化されたときには、その表面をエッチングする。他の例として、六フッ化タングステン（tungsten hexafluoride）と六カルボニルタングステン（tungsten hexacarbonyl）は、電子ビームの存在下で分解して、タングステンを堆積する。

ある種の実施の形態において、図３のイオン発生器は、液浸レンズとともに使用されることもある。このレンズからの磁界は、通常二次電子がイオン発生器管に到達することを阻止する。この場合、（磁界から逃れることができる）高エネルギーの後方散乱電子が管内に入りイオン発生プロセスを引き起こすような位置にイオン発生器を配置することもできる。磁界は必ずしもイオンを外に流すように作用するわけではない。イオン発生器の構成は、高真空で作動して、液浸レンズと一体又はそれの上に設けられたいわゆる「レンズ透過（through the lens）」検出器の使用を可能にする。

図４（Ａ）と図４（Ｂ）は、バイナリーマスクの電子ビームイメージであり、図４（Ａ）はマスクが電子ビームによって帯電したときに取られた（電荷中和されていない）イメージであり、図４（Ｂ）は本発明の実施の形態に関連してマスク上の電荷が中和されたときにとられたイメージである。

図３の実施の形態は、イオン発生器の管３１０内において局所的に発生する高圧領域を用い、真空チャンバが超低圧に維持されうるようにしている。以下に説明する実施の形態は、局所発生高圧領域の概念と液浸レンズを用いたＬＶＳＥＭ検出器の使用を組み合わせたものである。以下に説明する実施の形態は、有効な電子検出と低チャンバ圧力を維持しながら電子ビーム電荷制御を可能にするが、それは電子ビーム化学とデュアルビーム作動にとって好適である。

図３の実施の形態は検出器とは別個のイオン発生器を使用したが、以下の実施の形態は二次粒子検出用にも用いられるイオン発生器を使用する。これらの実施の形態は、ＬＶＳＥＭのような二次粒子検出を可能にするとともに、特に磁気液浸対物レンズと共に使用されたときには電荷制御及び化学的に増強された荷電粒子ビーム作動を可能にする。例示されたある種の実施の形態は、ガス環境に関連して磁界と静電界の特定の組み合わせを用いることによって改良された信号増幅と電荷制御を提供する。

特開平５−１７４７６８号は、対物レンズからの磁界が電界に平行しているカラム構成を開示しているが、この出願は、二次電子が磁束線の周りでトラップされて、それによって通路長と増幅度を増加することを教示している。上記の「粒子光学デバイスと検出機器」は、より長い通路が電界の形状の適切な選択によって提供され、いわゆる「磁気ペニング機構」を実現することを示している。このより長い通路長は、減衰振動の形態をとる。電界が磁界に直交する成分を有するように電極を構成してもよい。そのような構成は、電子が磁界に垂直な半径方向の電界の存在下で円形軌道を移動するマグネトロンとして知られている構造に類似している。この構成は、電子通路長を大きく延長し、ガスの存在下で大きなガス増幅を提供する。

この原理を例示するために、図５は内部の円筒電極５０２と外部の円筒電極５０４である２つの共軸の円筒電極からなるマグネトロン構造５００を示している。内部円筒電極５０２は接地されており、外部円筒電極５０４は正の電位にある。この電位差は、両電極間に図５にＥと矢示された半径方向の電界を生じさせる。更に、×として示され紙面に垂直に向かうＢとして表示され、好適には両円筒電極間の空間において均一である磁界も存在する。電子は両円筒電極間の箇所に発生し、図６に示された通路と同様の通路を移動する。

高真空下で、電界（Ｅ）と磁界（Ｂ）の適正な値を有して、電子は無期限にその構造回りを移動することができる。しかし、ガスが存在する場合には、電子はガス分子と衝突をする。電子のエネルギーが十分に大きい場合、ガス分子はイオン化され、そして、２つの電子が存在する。これらの２つの電子は電極５０４に向かって外側に更に移動し始め、図６と同様の通路内において電極５０２よりも大きな半径を有して該電極５０２の周囲を移動する。これら２つの電子は更にガス分子と衝突をして増倍プロセスを繰り返す。増大した通路長は大きな増幅を発生することができる。しかし、最大の増幅は適正な電界Ｅと磁界Ｂの組み合わせの場合にのみ発生する。

２つの効果、すなわち、磁界と平行な電界の成分に起因する磁気ペニング効果と磁界に垂直な電界成分に起因する「マグネトロン」効果の組み合わせは、大きく増強された信号増幅を創り出す。一つの実施の形態において両方の方法を同時に用いて増幅を達成するためには、３つの一次パラメータ，すなわち、ガス圧と磁界強度と電界強度であるパラメータの特定の組み合わせが必要である。

図７は、液浸レンズ７０２の第二極７１０に載置されたステージ７０８に載置されたワークピース７０６上に電子ビーム７０４を集束する液浸レンズ７０２を有する荷電粒子ビームシステム７００からなる実施の形態を図示している。システム７００は、検出器として、増幅器７１６に接続された電極プレート７１４を使用する。圧力制限開口７１７は、液浸レンズ７０２へのガス流を減少することによって検出器空間７１８と液浸レンズ７０２の間の圧力差を維持する。電極プレート７１４は、好適には、磁界７２２と実質的に共軸である、実質的に円形の中央開口７１９を有する単純で薄い導体プレートである。１００Ｖから２０００Ｖの範囲の正電圧が作動中電極プレート７１４に加えられる。この電極プレート７１４へのバイアス電圧は、開口７１９のために、一部が液浸レンズ７０２によって生成された磁界７２２と平行であり一部がそれと垂直である電界を生み出し、そして、システム７００はしたがって上記の磁気ペニング効果とマグネトロン効果による二次粒子信号増幅を達成することができる。

大きな開口７１９は、磁界７２２に垂直な電界を電極７１４の近傍で生成し、それによって、マグネトロン効果による増幅を達成することができる領域を提供する。しかし、開口が小さすぎると、マグネトロン効果が得られない。一方、開口が大きすぎると、磁気ペニング効果による増強が得られない。磁界と電界とガス圧のある対応する値と共に、ある一定の開口直径が、両方の増幅機構を同時に達成することができる。これらの条件が満足される場合には、磁気ペニング機構により増幅された信号がマグネトロン機構によって複合的に増幅され対応する大きな全体の増幅を達成する。

二次電子信号の増幅も、試料の荷電を排除するのに必要な陽イオンを生み出す。しかし、上記２つの機構によって生み出された非常に大きな増幅はあまりにも多くのイオンを創り出してしまう。接地され、又はバイアスを加えられた別のプレート７３０が、余分なイオンを集めるために提供される。このプレートは、検出信号を提供するために、増幅器に接続されてもよい。

前記複合機構を達成する、開口直径と磁界強度と電界強度とガス圧には多くの組み合わせが存在する。しかし、特定の開口直径にとっては、バイアス電圧と磁界のある一定の組み合わせしかこの複合効果を生み出すことはない。

磁気ペニング機構による増幅は、電子ビームの軸に沿ってピークとなる電位がガスのイオン化電位を越えた場合にのみ生じる。マグネトロン効果による増幅は、半径方向の電界（Ｅ）と磁界（Ｂ）が式２＊ｍ＊（Ｅ／Ｂ）^2/qがガスのイオン化エネルギーを越えるような場合にのみ生じる。ここで、ｍは電子の質量であり、ｑは電子の電荷である。業界で通常の知識を有する者は、このガイダンスを用いて特定の用途のための適正な開口直径を決定することができる。一例として、５０００倍を越える高増幅の場合には、３ｍｍの陽極開口直径と４００Ｖの正電圧と０．１Ｔｅｓｌａの磁界と４０Ｎ／ｍ²の圧力の水蒸気が必要である。

大きな全体の増幅を達成することによって、ワークピースから検出器への距離が短くなるように維持され、それはレンズの作動距離を小さくしその解像度を大きくする。また、検出器のガス圧は少なくできるが、そのことはチャンバ全体のガス圧を減少し、それによって、ＬＶＳＥＭ動作からＦＩＢ又は他の非ＬＶＳＥＭビーム動作への切換に必要な時間を少なくするか又はそれを排除する。検出器空間７１８の圧力は、約７０Ｎ／ｍ²から約４０Ｎ／ｍ²又はそれ以下に、若しくはある種の実施の形態においては１０Ｎ／ｍ²又はそれ以下に減少することもある。収集器におけるガス圧の減少によって、更に、検出器とは離れた真空チャンバ内のガス圧が減る。

ワークピースが、例えば、フォトリソグラフィマスク又は半導体ウェハのような大きくて平坦なものである適切な形状を有し、検出器がワークピースの近くに配置される場合、その幾何学的配置関係は、増幅が生じる領域のガスにある種の閉じこめを提供する。従って、ガス圧は検出器とワークピースの間の空間内により大きく、検出器から離れたチャンバにおいてはより小さく残存する傾向にある。ある種の実施の形態は、増幅領域に１／１０Ｔｏｒｒ又はそれ以上の作動圧力を提供するが、一方一般に真空チャンバの圧力は減少したままにする。増幅領域のガス圧と真空チャンバの残りの部分のガス圧は、ガスがさほど閉じこめられていないので、ＬＶＳＥＭ検出器を使用してチャンバ圧力が一般的に若干高いけれども、図３のシステムに関連して記載されたものと同様であることもある。

従って、本発明のある種の実施の形態のＬＶＳＥＭ検出器は、他の荷電粒子ビームシステムを内蔵する真空チャンバ内で作動することができるが、そこではその他の荷電粒子ビームカラムと検出器ガスが最小限に干渉するか又は全くしないか、又は、その他のカラムを作動するために比較的迅速にそのチャンバが排気される程度にチャンバ内のガス圧を上昇しておく。

図８の実施の形態は、磁気液浸レンズ８０２を有し、上記の二次粒子信号増幅原理を用いる電子ビームシステム８００の基部を図示している。システム８００は、ガスを局所に集中するためのガス分離を提供して、同じ真空チャンバ内の他の荷電粒子ビームカラムの動作との干渉を減少する。システム８００は、圧力制限開口を有する部材８０６と環状の検出器電極８０８を支持する絶縁体８０４を有する。イオントラップ８１０は、検出器電極８０８と絶縁体８０４と液浸レンズ８０２の先端部と圧力制限開口を有する部材８０６の組み立て体を囲繞する。ワークピース８１４は、イオントラップの下側近くに配設される。管８１２は、ガスを検出器領域に供給するために使用される。少量のガスが、圧力制限開口を有する部材８０６の開口から電子カラムに逃げるが、その流れは電子カラムが必要な高真空レベルに維持される程度に十分小さいものである。少量のガスは、また、イオントラップと試料の間を通過するが、その流れも試料チャンバの真空ポンプがチャンバ内のガス圧を極低圧に維持することできる程度に十分小さいものである。

ガスが排出される検出器８０８の開口８２０は、好適には、システムパラメータに依存して、ｍｍ程度の大きさを有する。利用者は、イメージが焦点を結ぶときの液浸レンズの磁界を変更する。検出器の電位は、自動又は手動で、調整されて必要な電界を生成し検出器を再び最適化する。レンズ８０２は、検出器領域を通じて必要な磁界を提供する。

磁気液浸レンズと共に使用される代表的なガス検出器は、最適には、チャンバ内で約７０Ｎ／ｍ²のガス圧と一次粒子の通路内で働く。この実施の形態は、上記の改善された信号増幅と電荷制御を生成するが、増幅が生じる領域内にガスを濃縮することによって非常に低いチャンバ圧力での作動も提供する。この実施の形態は、特に、平坦で直径が大きなフォトマスク又は他の同様のワークピースの撮像又は改作に適している。

図９の実施の形態は、図８に図示されたものと非常に似ていて同じ部材が同じ名称を有する電子ビームシステム９００の基部を図示している。システム９００は、試料９１４のような小さくて不規則な形状の試料を撮像又は改作するためにより適している。システム９００は異なる方法によってガスを局在化する。検出器の電極は、２つの極板９０８を有し、外部ガス源から管９１２を通じて２つの極板間にガスを流入する。開口９２０は図８の開口８２０と同様である。出願人は主な信号増幅とイオン発生が検出器電極の近くの強電界領域において起きることを見つけた。この実施の形態においては、電極は中空でありガスが電極内を通過して検出器領域に入る。このことは、電極近くに高ガス圧を発生させ高増幅と高イオン発生を提供する。そして、ガスは残りの領域に膨張してビーム軸でのガス圧が非常に低下する。このことは、ビーム通路内のガスが（特に低ビーム電圧で）軸外の電子の「スカート」を発生するので大きな利点であるが、いくつかの望ましくない結果も発生する。すなわち、この軸外の電子は電子イメージのバックグランド信号を生成しイメージコントラストを減少することである。また、この軸外の電子は、電子ビーム化学におけるビーム衝撃領域の外側にエッチング／堆積を生じることである。ビーム通路内のガスを減少することによって、これらの望ましくない結果が低減され、又は、排除される。不規則な形状の試料に対するデュアルビーム用途の設計の他の大きな利点は、チャンバ圧が非常に低くて電子ビーム作動とイオンビーム作動の間の切換時間を少なくすることができることである。

ある種の実施の形態においては、検出器電極又はイオントラップの開口を形成し、又は、イオントラップの開口を通して試料へのイオンの流れを好適に制御するようにイオントラップにバイアスを加えることもある。実施の形態は電荷を中和するためだけに使用されるのではなく、マスク又は他のワークピースへの電気的バイアスを制御するためにも使用される。バイアスを制御することで、最適の撮像を提供できビーム化学の使用、すなわち、材料堆積又はエッチング強化のためのガスの使用を改善できる。

上記の各実施の形態は、イオン化領域のガスを十分な圧力に維持して二次粒子による適切なイオン化を支持し、荷電粒子ビーム堆積又は化学支援荷電粒子ビームエッチングのためにワークピースに向かうガスの使用を可能にするために、システム残りのチャンバ内の圧力を十分に低いか、又は早急に排気されるように維持する。この圧力は、真空チャンバの他の部分においては十分低く、一次ビームカラムの作動と干渉しない。

［別の実施の形態］
図１０Ａ乃至１０Ｄは、図３に示されたようなシステムにおけるように、非液浸レンズ電子カラムを用いたイオン発生器の別の実施の形態を図示している。図示されたイオン発生器は、イオンの発生と試料へのストリーミングと、ワークピース撮像のための二次電子を検出することの双方ができる。それはワークピースでの圧力とイオン発生又は電子増倍若しくは化学処理のために使用されるガスに関して異なる圧力の迅速な変更及び／又は維持が望ましいデュアルビーム環境の基でよく作動する。それは、個別の圧力又はガス環境の維持が有益な他のシステムにも使用される。そのようなシステムは、ＳＥＭやＬＶＳＥＭやＦＩＢや他の撮像荷電粒子ビームシステムを有するがそれに限定されるものではない。

図示の実施の形態において、イオン発生器は、後部１００２とそれに取り付けられているが電気的には互いに絶縁されている前部１００４から構成される本体１０００を有する。これらの本体部分は、ここに説明される他の構成部分と共に、各電極を内蔵しそして支持するように構成されている。本体の前後部は共に、一般的に、導電性であり、後部１００２は接地され前部１００４は正の相当高い電圧が印加されワークピースの二次電子をイオン発生器に引き付けるようにする。後部１００２は、ガス取り入れ口オリフィス１００３を有し、一方、前部１００４はガス排出開口１００５を有する。オリフィス１００３はイオン発生と撮像の両方に適するガスを受け入れるために非制限的な取り入れ口である。処理ガスは、また、入力ガスストリーム内に入れられることもある。開口１００５は、イオン発生器１０００からの、又は、ワークピースチャンバへの撮像ガス流を制限する開口又は他の制限開口を画定する。

図示されたイオン発生器は、また、検出器電極１００７とチャンネル電極（案内又は送出電極）１００８から構成されるイオン発生器セル１００６を有する。図示の実施の形態において、検出器電極１００７は円盤状であり、円錐形状のチャンネル電極１００８に隣接してはいるが電気的に絶縁されている。この円盤は、多孔でありオリフィス１００３からのガスをより有効にイオン発生器セル１００６の内部１０１０内へ拡散することができるようにする。図示の実施の形態において、チャンネル電極１００８は、本体前部１００４から分離されているが、他の実施の形態においては、本体前部１００４と一体に成形されることもある。

チャンネル電極１００８は、検出器電極１００７に隣接して比較的に大きな開口を有する。この開口を検出器電極１００７によって封鎖するように接続してもよいし、しなくてもよいが、しかし、電気的にはそれから絶縁されているべきである。他の端部において、チャンネル電極１００８は開口１００５に隣接して荷電粒子、例えば、−によって示された電子と＋によって示された正に帯電されたイオンをイオン発生器セル１００６へ又はそれから通過させるためのより小さな開口１００９を有する。イオン発生器セル１００６の内部１０１０は、正に帯電されたイオンを発生すると共に負に帯電した電子を増倍するために使用される大量の高圧ガスが充填されている。所望の作動パラメータに依存して、内部１０１０のガス圧はイオン発生器セル１００６の外側ではあるがイオン発生器本体１０００の内部のガス圧と同等かそれよりも高くすることができる。

検出器電極１００７はそれに向かって電子を引き付けてガスカスケードを誘引するが、それは電荷中和のために正に帯電したイオンと増幅撮像信号のための自由電子を発生する。検出器電極１００７は、撮像信号を発生するための電子を集め、それは増幅器１０１７によって更に増幅されて、撮像システム１０１９に送られる。しかし、他のイメージ検出方式も使用されうることも理解されるべきである。例えば、（１）（例えば米国特許第４７８５１８２号によって教示されているような）ガス内で発生されたイオンを検出ことと、（２）（例えば米国特許第４９９２６６２号によって教示されているような）カスケードプロセス中にガス内で発生された光を検出することのような他のガスカスケード技術でも実現されうる。チャンネル電極１００８は、静電構造体であり、ワークピースの撮像領域の方向におけるイオン発生器セルからのイオンの有効な移動を容易にする。

検出器電極１００７は、一般的に、はるかに高い電圧レベル（例えば、４００乃至１０００Ｖである）に固定されるが、チャンネル電極１００８は一般的により低い正の値に偏倚されている。したがって、この電圧レベルと、検出器とチャンネル電極の配置関係とによって画定される電界は、イオン発生器チャンバ内部１０１０内の荷電粒子に作用する。検出器電極１００７に近接して、チャンネル電極１００８からの電界によるよりも更に検出器電極１００７によって生成された電界によって荷電粒子が影響されることは通常望ましい。このことは、様々の方法で達成される。例えば、チャンネル電極への電圧バイアスはチャンネル電極表面に亘って変化し、その電圧値は検出器電極から離れる部分にしたがってより大きくなる。このようなチャンネル電極１００８に掛かる非均一な電圧は、個別にバイアスがかけられ電気的に絶縁された多くの電極部材からチャンネル電極１００８ができていることによって得られる。それとは別に、図示された円錐形状のチャンバ電極に関して、そのようなフィールド電極は、（例えば、非均一な半径を有する）適正に形成されたチャンネル電極１００８によっても達成され、一般的に検出器電極１００７のそれよりも少ない単独の値でバイアスをかけられたチャンネル電極１００８によって所望の電界分布を得ることができる。

図示されたイオン発生器は、イオン発生器セル１０６に関連して実質的に共軸上に取り付けられ、イオン発生器開口１００５に隣接する環状の磁界（及び／又は静電界）発生機構１０１２（レンズと同様）を有する。この環状の磁界（及び／又は静電界）発生機構１０１２は、開口１００５からイオン発生器セル１００６内に電子を注ぎ込むために発生された磁界又は電界を調整するために制御可能にすることも可能である。ワークピースの撮像領域に衝突するイオンの数及び／又はその濃度を制御するための（環状であることも可能な）電極１０１４も図示の実施の形態に含まれている。これらの構造体はイオン発生器本体と一体に又はそれとは別個に成形することができる。このことは、特定の用途と、イオン発生器本体とイオン発生器セル１００６の配置とバイアスに依存している。これらの構造体と共に、イオン発生器セル１００６内の撮像ガス圧を調整することは、ワークピースの撮像領域に供給されるイオンの数とその濃度を制御するために使用されることもある。

図１１は、図１０Ａ乃至図１０Ｄの軸外イオン発生器の軸上版であるものを図示している。ガスが開口１１０３からイオン発生器１１００の後部１１０２に入る。図１１のイオン発生器は、以下の例外を除いて前記軸外の実施の形態と同様に作動する。イオン発生器１１００は、軸１１１８に沿って荷電粒子ビームを通過させるための開口１１１７を具備する別の上部円盤電極１１１６を有する。この電極は、検出器電極１１０７やチャンネル電極１１０８と同様に、ワークピースからイオン発生器開口１１０５を通じて低圧ビーム空間１１１１に電子を引き付けるために正のバイアスがかけられ、開口１１０５から正に帯電したイオンを強制的に外に出してワークピースに送る。円筒形の電極１１１４は環状のスリット開口１１１５を有し、そこから環状スリット開口１１０９を通してイオン発生器セル１１０６に電子と低圧ビーム空間１１１１にイオンの双方を通過させる。ビーム空間１１１１内の電子が環状スリット開口１１１５に近づいたときに、それらの電子は検出器電極１１０７とチャンネル電極１１０８によってより影響を受けることとなり、そのことが電子をその開口から入ってイオン発生器セル１１０６内を通り、イオン発生と検出器電極１１０７へ衝突する電子撮像信号の増幅を引き起こす結果となる。反対に、検出器電極１１０７とチャンネル電極１１０８によって支配される静電力は、イオンを開口１１０９と１１１５を通じてイオン発生器セル１１０６から外に出しビーム空間１１１１に入れる。一旦そこに入ると、円盤電極１１１６から働く力が支配してイオンを開口１１０５に通してワークピースに向かわせる。磁界発生構造体１１１２は、開口１１１５を通して高圧のイオン発生空間１１１０に電子を注ぎ込むために、発生された磁界を調整するように制御される。この実施の形態においては、円筒電極１１１４は、低圧ビーム空間１１１１と内部の高圧イオン発生器空間１１１０の間のガス圧バリアとして作用するが、バイアスを加えてイオンと電子の流れの制御を支援することもある。

本発明はいかなる特定の用途に限定されるものではなく、ある種の実施の形態は、光線、Ｘ線、超紫外線（ＥＵＶ）その他の吸収材を含む、特には７０ｎｍのリソグラフィノード及びそれを越えるもののために使用されるマスクである、リソグラフィマスクの修復又はレベンソン型位相シフトマスク（ＡＰＳＭ）のために特に使用される。

上記のようにこの明細書と図面で本発明とその利点を詳細に説明してきたが、特許請求の範囲に記載された発明の精神と範囲を逸脱することなく、各種の変更と代替と改変をなすことが可能であることは理解されるべきである。更に、本願の範囲は、本明細書に記載されたプロセス、機械、製造物、組成物、手段、方法、工程の特定の実施の形態に限定されることを意味するものではない。本発明の開示事項から業界で通常に知識を有する者は、容易に理解できるので、現在存在しているか又は今後開発されるであろうプロセス、機械、製造物、組成物、手段、方法、工程であってここに説明された各対応実施の形態と実質的に同じ機能を行うか又は実質的に同じ効果達成するものは、本発明に従って利用される。よって、特許請求の範囲の記載は、その範囲内にそのようなプロセス、機械、製造物、組成物、手段、方法、工程を含むことを意図するものである。

上述したように、本発明の荷電粒子ビームシステムは、リソグラフィマスクの撮像や修復などに利用される。また、化学支援荷電粒子ビームエッチング又は堆積のためにも利用される。

（Ａ）は２つの荷電粒子ビーム光学カラムが互いに略平行に配設された本発明のデュアルビームシステムの実施の形態を示す略図、（Ｂ）は２つの荷電粒子ビーム光学カラムが互いに非平行に配設された本発明のデュアルビームシステムの実施の形態を示す略図である。 イオンを発生するＬＶＳＥＭ検出器と共に磁気液浸対物レンズを有する電子カラムと共に使用された場合のデュアルビームシステムを具備する本発明の一実施の形態を示す略図である。 非液浸磁気対物レンズを有する電子カラムと共に使用された場合の電荷中和のためのイオン発生器を用いた本発明の一実施の形態を示す略図である。 マスクが帯電したときに取られた、バイナリーマスクの電子ビームイメージである。 ＬＶＳＥＭタイプの中和器に関連して電荷が中和されたときにとられた、バイナリーマスクの電子ビームイメージである。 磁気液浸レンズと共に使用されるイオン発生器又は検出器の磁界及び電界構造とその電界構造における電子の軌跡を示す図である。 磁気液浸レンズと共に使用されるイオン発生器又は検出器の磁界及び電界構造とその電界構造における電子の軌跡を示す図である。 液浸磁気レンズと共にＬＶＳＥＭ検出器を使用した本発明の一実施の形態を示す略図である。 ガス通路がＬＶＳＥＭ検出器に組み込まれてワークピースが検出器の近くに存在する本発明の一実施の形態を示す略図である。 ガス通路がＬＶＳＥＭ検出器の陽極を通じて組み込まれている本発明の一実施の形態を示す略図である。 （Ａ）は検出器を具備したイオン発生器の一実施の形態を示す斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のイオン発生器の側断面図、（Ｃ）は（Ａ）のイオン発生器の１０Ｃ−１０Ｃ線端面図、（Ｄ）は（Ａ）のイオン発生器の１０Ｄ−１０Ｄ線断面図である。 検出器を具備したイオン発生器の軸上の実施の形態を示す側断面図である。

符号の説明

１００…デュアルビームシステム、１０２…非液浸レンズカラム、１０４…液浸レンズカラム、１０６…ワークピース、１０８…ステージ、１１０…真空チャンバ、１２０…ＬＶＳＥＭ検出器、１２２…セパレート式イオン発生器、１２４…非ＬＶＳＥＭ二次粒子検出器、１５０…システム、１５２、１５４…荷電粒子ビームカラム、１５６…電荷発生器、１６０…真空チャンバ、２００…システム、２０２…集束イオンビームカラム、２０４…低真空走査電子顕微鏡（ＥＳＥＭ、２０３…イオン源、２０６…真空チャンバ、２０７…磁気液浸対物レンズ、２０８…ワークピース、２１０…検出器、２１４…真空ポンプ、２１６…増幅器、２１８…ガス噴出器、２２０…ステージ、３０２…イオン発生器、３０４…電子ビームカラム、３０５…非液浸対物レンズ、３０６…電子ビーム、３０７…ワークピース、３０８…真空チャンバ、３１０…密閉管、３１２…オリフィス、３１４…イオン、３１６…衝撃点、３１７…高電圧電極、３１８…管、３１９…矢示、３２０…二次電子、３３０…電極、５００…マグネトロン構造、５０２…内部の円筒電極、５０４…外部の円筒電極、７００…荷電粒子ビームシステム、７０２…液浸レンズ、７０４…電子ビーム、７０６…ワークピース、７０８…ステージ、７１０…第二極、７１４…電極プレート、７１６…増幅器、７１７…圧力制限開口、７１８…検出器空間、７１９…中央開口、７２２…磁界、７３０…プレート、８００…電子ビームシステム、８０２…磁気液浸レンズ、８０４…絶縁体、８０６…圧力制限開口を有する部材、８０８…環状の検出器電極、８１０…イオントラップ、８１２…管、８１４…ワークピース、８２０…開口、９００…電子ビームシステム、９０８…極板、９１２…管、９１４…試料、９２０…開口、１０００…イオン発生器本体、１００２…前部、１００３…ガス取り入れ口オリフィス、１００４…後部、１００５…ガス排出開口、１００６…イオン発生器セル、１００７…検出器電極、１００８…チャンネル電極、１００９…小さな開口、１０１０…内部、１０１２…磁界（及び／又は静電界）発生機構、１０１４…電極、１０１７…増幅器、１０１９…撮像システム、１１００…イオン発生器、１１０２…後部、１１０３…開口、１１０５…イオン発生器開口、１１０６…イオン発生器セル、１１０６、１１０７…検出器電極、１１０８…チャンネル電極、１１０９…環状スリット開口、１１１０…高圧イオン発生器空間、１１１１…低圧ビーム空間、１１１２…磁界発生構造体、１１１４…電極、１１１５…スリット開口、１１１６…上部円盤電極、１１１７…開口、１１１８…ビーム軸

Claims (19)

1. 荷電粒子ビームを発生する荷電粒子ビームカラムと、
   荷電粒子ビームが向かって発射されるワークピースを内蔵するワークピース真空チャンバとからなる荷電粒子ビームシステムにおいて、
   ワークピース真空チャンバから荷電粒子がイオン化チャンバ内に入ることを可能にする開口を設けたイオン化チャンバを有する荷電粒子検出器であって、
   該イオン化チャンバが、
   イオン化チャンバの内部領域を画定するイオン化チャンバ壁と、
   ガスを該イオン化チャンバの内部領域に供給するガス取り入れ口と、
   試料チャンバからの荷電粒子を加速するための前記イオン化チャンバ内の電極を有し、
   前記開口が十分小さく、有前記ワークピース真空チャンバ内の圧力よりも相当大きな作動圧力であって、且つ、前記イオン化チャンバ内でガスイオン化カスケード効果を誘発する程十分高い作動圧力を前記イオン化チャンバ内で維持するものと、
   前記電極に流れる電流であって、前記荷電粒子ビームの一次粒子の衝撃により前記ワークピースから放出された粒子に関連するものに基づいて撮像信号を発生する撮像システムを具備することを特徴とする荷電粒子ビームシステム。
2. 更に、前記電極に流れる電流を増幅する増幅器を具備することを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビームシステム。
3. 前記イオン化チャンバが、更に、前記イオン化チャンバ内で検出器電極と開口の間に取り付けられたチャンネル電極を有し、二次電子を前記検出器電極に向けて導くことを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子ビームシステム。
4. 前記チャンネル電極がイオン化チャンバ壁の一部として形成されることを特徴とする請求項３に記載の荷電粒子ビームシステム。
5. 前記チャンネル電極が円錐形の形状をしていることを特徴とする請求項３又は４のいずれかに記載の荷電粒子ビームシステム。
6. 前記チャンネル電極と前記検出器電極が電気的に互いに絶縁されていることを特徴とする請求項３乃至５のうちのいずれか１項に記載の荷電粒子ビームシステム。
7. 前記チャンネル電極が、更に、別々にバイアスを加えられた複数の電極素子からなることを特徴とする請求項３乃至６のうちのいずれか１項に記載の荷電粒子ビームシステム。
8. 更に、荷電粒子を前記開口に案内するために、前記開口の近くに磁界発生構造物を具備することを特徴とする請求項２乃至７のうちのいずれか１項に記載の荷電粒子ビームシステム。
9. 更に、荷電粒子を前記開口に案内するために、前記開口の近くに静電発生構造物を具備することを特徴とする請求項２乃至７のうちのいずれか１項に記載の荷電粒子ビームシステム。
10. 前記イオン化チャンバの内部領域には約１０Ｎ／ｍ²を越える圧力に維持されたイオン生成ガスを含み、前記ワークピース真空チャンバの圧力が約１．５Ｎ／ｍ²未満の圧力に維持されることを特徴とする前記各請求項のうちのいずれか１項に記載の荷電粒子ビームシステム。
11. 前記イオン化チャンバの内部領域には約４０Ｎ／ｍ²を越える圧力に維持されたイオン生成ガスを含み、前記ワークピース真空チャンバの圧力が約０．１Ｎ／ｍ²未満の圧力に維持されることを特徴とする前記各請求項のうちのいずれか１項に記載の荷電粒子ビームシステム。
12. 前記イオン化チャンバの内部領域には約５０Ｎ／ｍ²を越える圧力に維持されたイオン生成ガスを含み、前記ワークピース真空チャンバの圧力が約０．１Ｎ／ｍ²未満の圧力に維持されることを特徴とする前記各請求項のうちのいずれか１項に記載の荷電粒子ビームシステム。
13. 前記イオン化チャンバからイオンを放出して試料の電荷の一部又はその全てを中和する電圧が前記イオン化チャンバに印加されていることを特徴とする前記各請求項のうちのいずれか１項に記載の荷電粒子ビームシステム。
14. 前記荷電粒子ビームを発生する荷電粒子ビームカラムが電子ビームを発射する集束イオンビームカラムを有することを特徴とする前記各請求項のうちのいずれか１項に記載の荷電粒子ビームシステム。
15. 更に、ワークピースに向かってイオンビームを発射する集束イオンビームカラムを具備し、イオンビームがエッチング又は堆積によりワークピースを変更し、電子ビームが二次粒子を検出してワークピースの像を形成することを特徴とする請求項１４に記載の荷電粒子ビームシステム。
16. 前記イオン化チャンバがイオン化チャンバの長手方向の軸を有し、
    前記荷電粒子ビームが光学軸を有し、
    前記イオン化チャンバの長手方向の軸が前記光学軸と共軸でないことを特徴とする前記各請求項のうちのいずれか１項に記載の荷電粒子ビームシステム。
17. 前記イオン化チャンバが光学軸の一部を実質的に囲繞し、前記イオン化チャンバが荷電粒子ビームの通路のための開口を有することを特徴とする前記請求項１乃至１５のうちのいずれか１項に記載の荷電粒子ビームシステム。
18. 前記チャンネル電極が上向きの漏斗形状の電極と下向きの漏斗形状の電極を有し、両方の漏斗形状の電極が光学軸に同軸であることを特徴とする請求項１７に記載の荷電粒子ビームシステム。
19. 更に、二次電子をイオン化チャンバに入れる程十分に大きいがイオン化チャンバの圧力をワークピース真空チャンバの圧力に比べてはるかに高く維持するほど小さい環状の開口を有する円筒形の電極を有することを特徴とする請求項１７又は１８に記載の荷電粒子ビームシステム。