JP2012221942A - 試料を検査する荷電粒子ビーム装置のコントラストを向上させる装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コントラストを向上させた荷電ビーム装置を提供する。
【解決手段】試料を検査する荷電粒子ビーム装置は、一次荷電粒子ビーム（７）を発生させる荷電粒子ビーム源（５）と、一次荷電粒子ビームを試料（３）上に差し向ける対物レンズ装置（40，45）と、試料から飛び出た二次荷電粒子を加速する減速界型装置と、中央開口（16）を備えていて、二次粒子を検出する少なくとも２つの方位検出器セグメントを含む第１の検出器装置（15，150）とを有し、対物レンズ装置は、試料からの飛び出し角度の異なる粒子が対物レンズと検出器装置との間で試料から実質的に同一距離のところにクロスオーバを呈するよう構成され、対物レンズとクロスオーバ（90）との間に設けられたアパーチュア（100）が検出器装置（15）の中央開口よりも小さい開口を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般に、特に検査用途、試験用途、リソグラフィ用途等のための荷電粒子ビーム装置及び荷電粒子ビームによる試料の画像化方法に関する。本発明は、特に、走査型ビーム機器におけるコントラスト、特にトポグラフィコントラストの向上に関する。具体的に言えば、本発明は、荷電粒子ビーム装置及び荷電粒子ビーム装置により試料を検査する方法に関する。

荷電粒子ビーム装置は、複数の産業分野において多くの機能を有し、かかる産業分野としては、製造中における半導体デバイスの検査、リソグラフィ用の露光システム、検出装置及び試験システムが挙げられるが、これらには限定されない。かくして、マイクロメートル及びナノメートルスケールの範囲内で試料を検査する高い需要が存在する。

マイクロメートル及びナノメートルスケールプロセス制御、検査又は構造観察（構造分析ともいう）は、荷電粒子ビーム、例えば電子ビーム又はイオンビームを荷電粒子ビーム装置、例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）又は集束型イオンビーム（ＦＩＢ）ツールで発生させて集束させることにより行なわれる場合が多い。荷電粒子ビームは、これらの波長が短いので、例えばフォトンビームと比較して優れた空間分解能を提供する。

検査に関して卓越したツールは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）であり、その一例が図１に示されている。図１は、荷電粒子ビーム装置の典型的な例として、ＳＥＭ１を示しており、このＳＥＭは、一次電子ビーム７を発生させる電子ビーム源５、例えば熱電界放出カソードを備えたビーム管２０、一次電子ビーム７をアノード電圧Ｖ_anodeにより制御されるエネルギーまで加速する高電圧ビーム９、電子ビーム形状を改善するコンデンサ１１、一次電子ビーム７を試料３上に集束させる磁気集束レンズ１３及び静電集束レンズ１４を有する。図１のＳＥＭ１は、一次電子ビーム７により試料３上に生じた二次電子１７の信号を検出すると共にこれを評価するインレンズ（in-lens）型検出器１５、例えば位置敏感検出器を更に有する。

図１の磁気集束レンズ１３は、一次電子ビーム７のための集束磁界を発生させるよう形作られたコイル２４及びヨーク２６から成っている。図１の静電集束レンズ１４は、高電圧ビーム管９の下端部側の要素９ａ、ヨーク２６の円錐形要素２６ａ、即ち円錐形キャップ及びそれぞれの要素の頂点のところに設けられたアパーチュア１６を有する。集束電界は、下端部側要素９ａ、円錐形キャップ、これらのアパーチュア１６の幾何学的形状及び試料３と円錐形キャップ２６ａとの間の電圧Ｖ１及び試料３と高電圧ビーム管９との間の電圧Ｖ２によって定められる。円錐形キャップ２６ａと試料３との間の電界をこれが一次電子ビーム７を減速するような仕方で調節する場合、即ち、減速界が用いられる場合、プロービング一次電子ビームの空間分解能を集束磁界と組み合わせると向上させることができる。組合せ型静電・磁気集束レンズに関する詳細及び一般的に図１のＳＥＭに関する詳細は、ジェイ・フローシェン（J. Frosien），エス・ラニオ（S. Lanio）及びエイチ・ピー・ファウアーバウム（H.P. Feuerbaum）共著，「ハイ・プレシジョン・エレクトロン・オプティカル・システム・フォー・アブソリュート・アンド・ＣＤ−メジャーメンツ・オン・ラージ・スペシミンズ（High Precision electron optical system for absolute and CD-measurements on large specimens）」，ニュクリアー・インストラメンツ・アンド・メソッズ・イン・フィジックス・リサーチ・エー（Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A），３６３，１９９５年，ｐ．２５〜３０に見受けられる。

ＳＥＭが試料を画像化するために集束した一次電子ビームを用いるが、ＦＩＢは、これとは異なり、集束した一次イオンビーム、典型的にはガリウムイオンを用いる。試料に対する一次イオンビームの走査中、二次電子及びイオンが発生し、かかる二次電子及びイオンは、試料の表面の画像を形成するために集められるのが良い。ＦＩＢは又、電子ビームコラムとイオンビームコラムの両方を備えたシステムに組み込まれる場合があり、それにより、同じ特徴をこれらビームのいずれかを用いて調べることができる。かくして、以下の説明において種々の点で「電子」又は「電子ビーム」という名称が用いられる場合、別段の指定がなければ、これは、イオンにも適用できることが意図されている。

試料の表面のところに粒子のようなトポグラフィ欠陥の検出及び分類を行うためには良好なトポグラフィコントラストが必要である。走査型ビーム用途では、トポグラフィコントラストは、試料からの飛び出し角度が互いに異なる二次電子又はイオンの検出によって得られる。走査型ビームツールでは、試料のところに生じた二次電子又はイオンは、通常、試料を画像化するために広い飛び出し角度範囲にわたって集められる。例えば試料を画像化するための減速界（retarding field ）型（なお、減速電界型と呼ばれる場合もある）対物レンズを利用した低エネルギーＳＥＭを用いた場合、試料の表面のところに生じた実質的に全ての二次電子を対物レンズ内に引き寄せることができ、したがって、検出することができる。

ジェイ・フローシェン（J. Frosien），エス・ラニオ（S. Lanio）及びエイチ・ピー・ファウアーバウム（H.P. Feuerbaum）共著，「ハイ・プレシジョン・エレクトロン・オプティカル・システム・フォー・アブソリュート・アンド・ＣＤ−メジャーメンツ・オン・ラージ・スペシミンズ（High Precision electron optical system for absolute and CD-measurements on large specimens）」，ニュクリアー・インストラメンツ・アンド・メソッズ・イン・フィジックス・リサーチ・エー（Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A），３６３，１９９５年，ｐ．２５〜３０

しかしながら、観察した特徴のトポグラフィがそれほど顕著ではない場合、トポグラフィコントラストが弱く、バックグラウンド信号が重要な役割を果たす。上記のことに鑑みて、コントラストを向上させる走査型ビーム装置が要望されている。

上記に照らして、請求項１記載の荷電粒子ビーム装置及び請求項８記載の荷電粒子ビーム装置による試料の検査方法が提供される。

一観点では、試料を検査する荷電粒子ビーム装置が提供される。この荷電粒子ビーム装置は、一次荷電粒子ビームを発生させるようになった荷電粒子ビーム源と、一次荷電粒子ビームを試料に差し向けるようになった対物レンズ装置と、試料から飛び出た二次荷電粒子を加速するようになった減速界型装置と、二次粒子を検出する少なくとも２つの検出器セグメントを含む第１の検出器装置とを有し、対物レンズ装置は、試料からの飛び出し角度の互いに異なる粒子が試料から実質的に同一の距離を置いたところにクロスオーバを呈し、かくして共通クロスオーバが形成されるように構成されており、荷電粒子ビーム装置は、対物レンズと検出器との間に設けられた第１のアパーチュアを更に有し、第１のアパーチュアは、検出器装置の中央開口の直径以下の直径を持つ開口を有し、第１のアパーチュアは、次の条件、即ち、（ｉ）アパーチュアが共通クロスオーバ（９０）の付近に存在するという条件、（ｉｉ）アパーチュアが、迷走電子が最大の広がりを示す位置に存在するという条件のうちの少なくとも一方を満たす位置に設けられている。

別の観点では、試料を荷電粒子ビーム装置によって検査する方法が提供される。この方法は、一次荷電粒子ビームを第１の光軸上に発生させるステップと、対物レンズ装置を用いて一次荷電粒子ビームを試料上に集束させるステップと、一次荷電粒子ビームによって二次荷電粒子ビームを試料のところに発生させるステップとを有し、二次荷電粒子ビームは、大きな飛び出し角度で試料から飛び出た二次荷電粒子の第１の群及び小さな飛び出し角度で試料から飛び出た二次荷電粒子の第２の群を含み、この方法は、第１の群及び第２の群からの粒子が試料から実質的に同一の距離を置いたところにクロスオーバを呈し、かくして共通クロスオーバが形成されるよう二次荷電粒子ビームを集束させるステップと、迷走電子を対物レンズと検出器との間に設けられた第１のアパーチュアで遮断するステップと、二次荷電粒子ビームの粒子を検出するステップとを更に有する。

別の利点、別の特徴及び別の細部は、従属形式の請求項の内容、本明細書及び図面から明らかである。

実施形態は又、上述の方法を実施する装置に関し、かかる装置は、上述の方法ステップを実施する装置部分を有する。さらに、実施形態は又、上述の装置の作動方法又は上述の装置の製造方法に関する。実施形態は、装置の機能を実施する方法ステップ又はこの装置の製造部分を含む場合がある。これら方法ステップは、ハードウェアコンポーネント、ファームウェア、ソフトウェア、適当なソフトウェア、これらの任意の組合せ又は任意他の仕方でプログラムされたコンピュータにより実施可能である。

したがって、上述の特徴を詳細に理解できる仕方、上記において概要説明した実施形態の特定の説明は、実施形態を参照して行なわれるのが良い。添付の図面は、本発明の実施形態に関しており、これら図面については以下に説明する。一実施形態の要素は、有利には、それ以上の記載なく他の実施形態において利用できることが想定されている。

図面を参照して行なわれる一般的な実施形態についての以下の説明において上述の実施形態のうちの幾つかを詳細に説明する。

走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の一例を示す図である。 実施形態としての粒子ビーム装置の断面図である。 アパーチュアなしの装置の電子経路と実施形態としてのアパーチュアを備えた装置の電子経路の概略的比較図である。 実施形態としての検出器の一例の平面図である。 実施形態としての粒子ビーム装置の一例を示す図である。

次に、種々の実施形態を詳細に参照し、これら実施形態のうちの１つ又は２つ以上の実施例が図示されている。各実施例は、説明のために与えられており、本発明を限定するものではない。

本願の要旨を限定することなく、本明細書において説明する実施形態の以下の実施例は、試料を検査するための代表的な荷電粒子ビーム装置として二次電子顕微鏡（ＳＥＭ）を含む。しかしながら、本明細書において説明する実施例及び実施形態は、他の荷電粒子ビーム装置、特に走査型荷電粒子ビーム装置、例えばＦＩＢにも利用できる。それ故、以下において説明する実施例及び実施形態は、一次及び／又は二次荷電粒子ビームとして電子又はイオンを用いて試料を検査するために利用できる。さらに、本明細書において説明するＳＥＭの実施例及び実施形態は、減速界型対物レンズとして設計された組合せ型磁気・静電対物レンズを含む。しかしながら、これら実施形態は又、減速界を利用しない他形式の対物レンズ、例えば磁気対物レンズ、静電対物レンズ及び組合せ型磁気・静電対物レンズを含む荷電粒子装置、例えばＳＥＭＳにも利用できる。本明細書において説明するように、二次粒子又は二次荷電粒子ビームという記載は、それぞれ、任意の二次及び／又は後方散乱粒子又は二次及び／又は後方散乱粒子のビームという記載であると理解されるのが良い。

図面に関する以下の説明において、同一の参照符号は、同一のコンポーネントを意味している。一般に、個々の実施形態に関する相違点のみを説明する。実施形態が電子に言及している場合、上述したような他の粒子の使用は、一般に、同様に開示されているものとする。

本明細書において説明する実施形態の実施例に従って試料を検査する荷電粒子ビーム装置の代表的な用途は、半導体産業界におけるデバイス構造の検査である。例えば、本明細書において用いられる「試料」としては、ウェーハ、半導体デバイス、他の電子部品及び太陽電池が挙げられるが、これらには限定されない。マイクロメートル及びナノメートルスケールプロセス制御、検査又は構造観察を必要とする他の試料が想定されている場合がある。さらに、以下において、「共通クロスオーバ」という表現は、試料からの互いに異なる飛び出し角度を有する複数個の電子が試料から規定された距離を持つ共通の幾何学的場所又は空間内に集束されることを表しており、これについては以下に更に説明する。

図２は、実施形態としてのＳＥＭを示しており、このＳＥＭは、本明細書において説明する他の実施形態と組合せ可能である。試料又はサンプル３の検査のため、光軸７０に沿って一次電子ビーム（図示せず）を発生させ、そして対物レンズ４０，４５を用いてかかる一次電子ビームを試料３に差し向ける。次に、一次電子ビームにより試料３のところに二次電子ビームを発生させる。二次電子ビームの実質的に全体又はその一部は、レンズ装置４０，４５を通って戻る。二次電子がサンプル３に存在する欠陥によって反射されると、かかる二次電子は、試料の平面部分により反射された二次電子ビームの角度分布状態とは異なる角度分布状態を持つ。それ故、一次電子ビームが任意形式の欠陥を含む試料３の部分により反射された場合、検出器１５の互いに異なる領域に当たる単位時間あたりの電子の平均数は、欠陥がビームの衝突スポットのところに存在していない場合の単位時間あたりの電子の平均数とは異なる。

実施形態において、この差は、欠陥のある領域を備えたウェーハの領域と無傷の、即ち、欠陥のない領域を区別するために用いられる。互いに異なる飛び出し角度を持つ二次電子の粒子カウントを互いに区別することができるようにするために、明確に区分された検出領域が存在する。この目的のため、検出器１５は、別々の検出領域に分割される。実施形態においては、検出器は、中央に斜めの開口を備えた円形のものである。この開口は、粒子源から来た一次ビームを通過させる役目と一次ビームの軸線の近くに運動ベクトルを備えた大きな飛び出し角度の二次電子を通過させる役目との両方を果たす。これら電子が欠陥によって反射されたか無傷の表面部分によって反射されたかを区別することは困難なので、これらは、検出のうえでは価値が低い。小さな飛び出し角度、即ち、試料の平面に対して０°〜約４５°の角度をなす運動ベクトルを持つ電子がより適切である。二次電子の軌道のうちの２つが図２に線１７ａ，１７ｂで表されている。理解できるように、試料から来た軌道１７ａ，１７ｂを有する電子は、対物レンズ装置４０，４５によって集束される。対物レンズ装置は、試料からの気まぐれな互いに異なる飛び出し角度１８，１９を持つ電子が試料から実質的に同一距離のところで共通クロスオーバ９０において集束されるよう構成されている。「同一距離」及び「共通クロスオーバ」という用語は、大きな飛び出し角度（この特定の例では、７５°）の粒子１８と小さな飛び出し角度（この特定の例では、２５°）の粒子１９との間における試料３までの個々のクロスオーバの距離（光軸７０又は光軸７２，７５に沿う）のばらつきが２０パーセント未満、代表的には１５パーセント未満、より代表的には１０パーセント未満であることを意味している。共通クロスオーバ９０，９１は、上述したような小さな飛び出し角度の粒子及び大きな飛び出し角度の粒子の２つのクロスオーバ相互間において中央の幾何学的スポットとして定められる。

検出器１５のアパーチュア１６は軌道１７ａ上の電子よりも大きな角度を持つ二次電子を通過させるので、大きな飛び出し角度を持ち、かくしてトポグラフィ情報を殆ど備えていない電子が検出器１５を通過し、他方、符号１７ａから１７ｂまで及びそれ以下の角度範囲内に軌道を持ち、トポグラフィ情報の大部分を備えた電子が検出器１５によって検出される。例示目的でのみ、図１〜図５の粒子群１７ａ，１７ｂを表している線の角度は、本明細書における開示において提供されている試料３に対する角度についての数値を必ずしも反映しているわけではないことに注目されたい。

ＳＥＭをこのように設計することにより、試料から来る同数の二次電子が全て共通クロスオーバ９０内に集束される。ＳＥＭビームが、この幾何学的箇所のところにその最小幅を有するので、アパーチュア１００は、共通クロスオーバ９０の近くに位置決め可能であり、この場合、アパーチュア１００との衝突による実質的な信号電子が失われることはない。変形例として、アパーチュアは、迷走電子が最大の広がり又は開きを持つ領域に設けられても良い。また、２つ又は３つ以上のアパーチュア１００，１２０が設けられても良く、例えば、１つは、共通クロスオーバ９０の近くに位置した状態で示され、１つは、迷走電子の最大の広がりの領域で磁気レンズギャップの付近に設けられる。２つ以上のアパーチュアを持つアパーチュアシステムは、共通クロスオーバ９０の近くに中央開口を持つ１つのアパーチュア１００及び代表的には最大二次電子ビームの最大の開きの平面内に設けられた別のアパーチュア１２０を有するのが良い。図２では、オプションとしての第２のアパーチュア１２０が磁気レンズギャップの上方部分又はギャップの真上に設けられる。「共通クロスオーバ（９０）の付近」及び「共通クロスオーバ（９０）の近く」という表現は、アパーチュアが大きな飛び出し角度（この特定の例では、７５°を持つ粒子１８のクロスオーバと小さな飛び出し角度（この特定の例では、２５°）を持つ粒子１９のクロスオーバとの間で中央に存在する位置から２ｃｍ以下のところ、代表的には１ｃｍ以下の距離を置いて位置することを意味している。

実施形態によれば、アパーチュア１００は、検出器１５の利用可能信号には寄与しない電子を遮断する役目を果たす。これら電子は、例えば、電極表面又はライナ管壁と衝突する場合があり、かくして、その後にトポグラフィ検出器１５上にランダムに吹き付けられる場合のある迷走電子を生じさせる場合のあるＳＥスペクトルの高エネルギー電子である場合がある。また、高エネルギー電子のうちの何割かが検出器１５に直に達する場合がある。両方の効果は、信号対雑音（Ｓ／Ｎ）を減少させる望ましくない背景信号の発生の一因となる場合があり、それぞれ、達成可能なコントラスト比を減少させる。それ故、望ましくない電子をアパーチュア１００により遮断することにより、検出器１５により生じる雑音が減少し、トポグラフィコントラストが向上する。

図３は、アパーチュア１００による望ましくない電子又は粒子の上述の遮断プロセスを概略的に示している。実施形態としてのＳＥＭと同一の特徴を備えるが、アパーチュア１００を備えていないＳＥＭが左側（の図）に示されている。この図では、プローブの方向から来た電子又は粒子は、電極４６の内縁１６０，１６５に衝突する場合があり、ライナ管又は他の構造体がＳＥＭ内に設けられている。これら望ましくない電子又は粒子は、試料の方向から来ており、大部分、線９５により表された空間領域に分布している。これら望ましくない電子又は粒子は、検出器１５に当たった場合、利用可能な信号には寄与せず、望ましくない雑音を追加する。これとは対照的に、図３の右側（の図）に示された実施形態としてのＳＥＭでは、これら電子又は粒子は、大部分、アパーチュア１００により遮断される。理解できるように、望ましくない粒子のうちのほんの少しが線１１５相互間の領域で表されたアパーチュア１００を通過する場合がある。当然のことながら、線９５相互間又は線１１５相互間の領域は、望ましくない粒子の現実の角度及び空間分布状態を単純化して表しているに過ぎないが、本明細書における例示目的には適している。アパーチュアの環状開口のサイズは、適当に選択され、即ち、検出器１５の開口１６よりも僅かに小さい場合、これら電子又は粒子は、検出器１５の有効領域には到達せず、検出器の開口１６を通過する。それ故、これら電子又は粒子は、雑音として検出器１５の信号に寄与するわけではない。したがって、図３の右側に示された実施形態では、コントラストは、左側の例示のＳＥＭと比較して向上する。それ故、アパーチュア１００の開口は、代表的には、検出器１５の開口よりも０〜４０パーセント小さく、より代表的には３〜３０パーセント小さい。

一次電子ビーム（図２には示されていない）方向における第１の電極４６は、第２の電極４７よりも高い電位を有するのが良い。それにより、光軸７０に沿って伝搬している一次電子ビームのための減速界を生じさせることができ、その結果、一次電子は、これらが試料３に当たる前に減速されるようになる。ＳＥＭツールの別の代表的なレイアウトでは、静電減速界型浸漬レンズと対物レンズの円錐形キャップと試料との間のレンズ減速界の両方は、一次電子減速手段として採用可能である。

一次電子ビームをこれが試料に当たる前に減速することにより、高い分解能を一次電子の低いランディングエネルギーに起因してＳＥＭ内に得ることができる。例えば１ｋｅＶ又は５０〜１００ｅＶの範囲の一次電子の低いランディングエネルギーは、例えば、上述した減速界型対物レンズを採用した低エネルギーＳＥＭで実現できる。

それ故、実施形態によれば、荷電粒子ビーム装置により試料を検査する方法が記載され、この方法は、一次荷電粒子ビーム７を第１の光軸上に発生させるステップと、対物レンズ装置４０，４５を用いて一次荷電粒子ビームを試料３上に集束させるステップと、一次荷電粒子ビームによって二次荷電粒子ビームを試料のところに発生させるステップとを有し、二次荷電粒子ビームは、大きな飛び出し角度１８で試料から飛び出た二次荷電粒子の第１の群１７ａ及び小さな飛び出し角度１９で試料から飛び出た二次荷電粒子の第２の群１７ｂを含み、この方法は、第１の群及び第２の群からの粒子が試料３から実質的に同一の距離を置いたところにクロスオーバを呈するよう二次荷電粒子ビームを集束させるステップと、迷走電子を対物レンズとクロスオーバとの間に設けられたアパーチュアで遮断するステップと、二次荷電粒子ビームの粒子を検出するステップとを更に有する。

その結果、本明細書において開示する実施形態は、ＳＥＭの対物レンズの二次電子の通過を可能にすると同時にこれらの飛び出し角度、即ち、これらの初期軌道と試料表面との間の角度による二次電子の判別を可能にする。例えば、小さな飛び出し角度の二次電子の検出を促進する一方で、大きな飛び出し角度の二次電子の検出を低減させ又はそれどころか回避することができる。その結果、画像化信号に際立ったコントラスト、より代表的には、際立ったトポグラフィコントラストを与える荷電粒子ビーム装置及び対応の試料の検査方法が得られる。それにより、アパーチュア１００を使用すると、望ましくない電子を遮断することによりコントラストが更に高められる。

本明細書において開示する実施形態の代表的な一実施例では、対物レンズ４０，４５と試料３との間に数１００Ｖ／ｍｍ、代表的な約１００〜３０００Ｖ／ｍｍ、より代表的には約４００〜約１０００Ｖ／ｍｍ、最も代表的には約１０００Ｖ／ｍｍの抽出電界を採用するのが良い。

本明細書において開示する実施形態の実施例の改造例では、検出器１５は、インレンズ型検出器、レンズの外側に位置決めされた検出器、環状検出器、セグメント化検出器、光ファイバ利用検出器、位置敏感検出器、検出ダイオードのアレイを含む検出器及び減速界型分析器から成る群から選択された少なくとも１つの要素を含むのが良い。それ故、検出器は、単純な環状のものであっても良く、或いは、電子照明の中央領域と外側領域の判別を可能にする任意他の構造のものであっても良い。環状検出器は、個々のセグメント、例えば画像化信号の平面側又は底面側又は左側又は右側斜視図のためのセグメントに分割可能である。例えば、検出器は、２つの環状セグメント又は図４に示されている４つの環状セグメントを含むのが良い。さらに、検出器１５は、上述の検出器の代表的な特性の任意の組合せを備えることができる。それにより、中央アパーチュア／開口１６は、高角度検出器１５０（以下に更に説明する）とトポグラフィ検出器１５との間に分けられる電子の角度範囲を定める。カットオフ角度に対しては、検出器１５の位置、クロスオーバ９０の位置又はアパーチュア１６のサイズのいずれかの影響を及ぼすことができる。

一実施形態では、検出器１５の４つのセグメントの各々は、二次粒子角度スペクトル（極及び方位）の規定部分を検出し、かくしてトポグラフィコントラストを作る。それにより、コントラストは、主として、シャドウイングによりトポグラフィ特徴部の傾斜側部上に引き起こされる。

さらに、本明細書において開示する実施形態の実施例の対物レンズ装置４０，４５は、減速界型レンズと、集束レンズと、磁気レンズと、静電レンズと、静電磁気レンズとから成る群から選択された少なくとも１つの要素を含むのが良い。荷電粒子ビーム装置は、更に、ビーム偏向装置、二次荷電粒子ビーム偏向装置、伝送レンズ装置及び二次荷電粒子ビーム偏向装置と組み合わされた伝送レンズ装置を含むのが良い。

さらに、共通クロスオーバ９０の位置及びこの共通クロスオーバと試料３との間の距離は、二次電子の第１及び第２の群１７ａ，１７ｂに代表的には磁気及び／又は静電界により影響を及ぼす他の装置を用いて変更可能である。それにより、本明細書において開示する実施形態の別の実施例では、互いに異なる飛び出し角度を表す電子の互いに異なる群の焦点は、これらが一般に、共通クロスオーバ９０を示し、それぞれ、これらの個々のクロスオーバが上述した許容誤差の範囲内で試料３から実質的に同一の距離を有することを保つために、調節可能である。この目的は、対物レンズ装置４０，４５の調節だけで、若しくは静電界又は磁界を発生させる他の調節可能な要素により、或いは、両方の選択肢の組合せによって達成できる。さらに、検出器１５の個々の検出器セグメント上における対称検出を調節するデフレクタが対物レンズ４０，４５と検出器１５との間に配置されるのが良い。

実施形態において、高角度検出器とも呼ばれている第２の検出器１５０が設けられるのが良い。この検出器は、図２の群１７ａの飛び出し角度よりも大きな飛び出し角度に対応し、かくして、検出器１５の開口１６を通過する電子の群を検出することができる位置で第２の光軸７５に沿って設けられている。これら電子群は、次に、光軸７５の方向に偏向される。検出器１５０は、位置敏感インライン型検出器であるのが良い。より代表的には、検出器１５０は、例えば検出器１５について説明した環状検出器であっても良く、或いは、検出器１５について上記において列記した検出器のうちの任意のものであって良い。上述したように、これら二次電子は、大きな飛び出し角度を有していて、これらの伝えるトポグラフィに関する情報は殆どない。しかしながら、検出器１５を通過した二次電子は、縁の所在確認に関する情報を提供することができ、かくして、限界寸法（ＣＤ）測定に適している。それ故、この実施例によれば、二次電子の群１７ａ，１７ｂは、大きな飛び出し角度を持つ電子と一緒に、１つの画像化ツールで検出可能であり、それにより、電子の飛び出し角度による電子の判別及び詳細な画像化が可能である。

上述した実施形態では、荷電粒子ビーム装置は、一次粒子ビームを、検出器１５を通過した二次荷電粒子の群から分離するようになったビーム分離装置１２５を更に有している。

本明細書において開示すると共に図５に概略的に示された実施形態の一実施例によれば、ＳＥＭ２は、第１の光軸７１に沿って一次電子ビームを発生させる電子ビーム源５を有するのが良い。さらに、一次電子ビームを組合せ型静電・磁気レンズ４０，４５中に偏向させる第１のビームデフレクタ（図示せず）を含むビーム分離装置１０５が設けられ、組合せ型静電・磁気レンズ４０，４５は、一次電子ビームを試料３上に集束させる。ビーム分離装置１０５は、二次電子の第１及び第２の群１７ａ，１７ｂを第２の光軸７２に沿って偏向させる第２のビームデフレクタ（図示せず）を含む。静電及び／又は磁気集束レンズを含む伝送レンズ装置１１０がビーム分離装置１０５に隣接して位置決めされるのが良い。さらに、検出器１５，１５０は、第２の光軸７２に沿って設けられている。それにより、実施形態では、高角度検出器１５０が検出器１５の開口１６内に設けられるのが良く、かくして、均質な検出器要素（図示せず）が形成される。検出器１５０は又、図５に示されているように装置１０５から長い距離を置いたところに設けられても良い。上述したように迷走電子を遮断するアパーチュア１００は、代表的には、共通クロスオーバ９１の付近に設けられている。オプションとして、実施形態では、第２のアパーチュア１２０が代表的には伝送レンズ１１０の直前又は直後に設けられるのが良い。第２のアパーチュア１２０は、この場合、通常の円形アパーチュア又は環状アパーチュアとして設けられるのが良い。

それ故、一実施例によれば、対物レンズ装置は、組合せ型静電・磁気レンズ４０，４５、ビーム分離装置１０５及び伝送レンズ装置１１０を有する。

動作原理を説明すると、ＳＥＭ２は、第１の光軸７１に沿って一次電子ビームを発生させる。ビーム分離装置１０５は、一次電子ビームを組合せ型静電・磁気レンズ４０，４５中に偏向させ、かかる組合せ型静電・磁気レンズ４０，４５は、一次電子ビームを試料３上に集束させる。大きな飛び出し角度で試料３から飛び出た二次荷電粒子の第１の群１７ａ及び小さな飛び出し角度で試料から飛び出た二次荷電粒子の第２の群１７ｂは、対物レンズ４０，４５を通ってビーム分離装置１０５中に進む。ビーム分離装置１０５は、二次電子の第１及び第２の群１７ａ，１７ｂを第２の光軸７２に沿う方向に偏向させる。伝送レンズ装置１１０は、二次荷電粒子の第１の群及び第２の群のうちの少なくとも一方の群を第２の光軸７２に沿って集束させ、共通クロスオーバ９１を第２の光軸７２に沿って、代表的には、この第２の光軸上に生じさせる。アパーチュア１００が共通クロスオーバ９１の付近に設けられており、このアパーチュアは、上述したように迷走電子を遮断し、かくして、検出器１５，１５０のコントラストが向上する。

ビーム分離装置１０５は、デフレクタと、磁気デフレクタと、セクタフィールド（sector field）偏向ユニットと、２つ、３つ又は４つの磁気デフレクタ（いわゆる、２Ｂデフレクタ、３Ｂデフレクタ又は４Ｂデフレクタ）の組合せと、磁気デフレクタと静電デフレクタの組合せ、例えばウィーン（Wien）フィルタと、分散なしの組合せ型磁気‐静電偏向ユニットとから成る群から選択された少なくとも１つの要素を含むのが良い。さらに、ビーム分離装置１０５には、偏向促進ユニットが設けられるのが良く、この偏向促進ユニットは、二次荷電粒子の第１の群及び第２の群のうちの少なくとも一方の群からの一次粒子ビームの分離後に二次荷電粒子の第１及び第２の群のうちの少なくとも一方の群を一段と偏向させるよう位置決めされると共に構成されている。それ故、二次電子の偏向は、ビーム分離装置１０５に組み込まれていて、ビーム分離装置１０５によるビーム分離後に二次電子にのみ影響を及ぼすデフレクタによって一段と促進可能である。

本明細書において開示する実施形態のこの実施例の改造例によれば、二次電子の第１及び第２の群のうちの一方の群のみを一次粒子ビームからの分離後に第２の光軸に沿って偏向させても良い。

かかる分析システムの別の例が、２００６年３月１７日に出願された米国特許出願第１１／３８４，０４４号（この出願は、米国特許出願公開第２００６／０２２６３６１号明細書として公開されている）（発明の名称：Analyzing system and charged particle beam device）に記載されており、この米国特許出願公開を参照により引用し、この出願が本発明の内容と矛盾しない限り、その開示内容を本明細書の一部とする。

上述の一実施形態及びその改造例のうちの任意のものの改造例では、荷電粒子検出器のうちの１つ又は２つ以上は、インレンズ型検出器と、レンズの外側に位置決めされた検出器と、環状検出器と、セグメント化検出器と、光ファイバ利用検出器と、位置敏感検出器と、検出ダイオードのアレイを含む検出器及び減速界型分析器とから成る群から選択された少なくとも１つの要素を含むのが良い。

上述の一実施形態及びその改造例のうちの任意のものの改造例では、対物レンズ装置は、減速界レンズと、集束レンズと、磁気レンズと、静電レンズと、静電磁気レンズとから成る群から選択された少なくとも１つの要素から成るのが良い。

上述の一実施形態及びその改造例のうちの任意のものの改造例であって、本明細書において説明した任意他の実施形態及び／又は改造例と組合せ可能な改造例では、荷電粒子ビーム装置は、更に、ビーム偏向装置、二次荷電粒子ビーム偏向装置、伝送レンズ装置、二次荷電粒子ビーム偏向装置と組み合わされた伝送レンズ装置及び一次粒子ビームを二次荷電粒子の第１及び第２の群から分離するようになったビーム分離装置を含む。

上述の一実施形態及びその改造例のうちの任意のものの改造例では、荷電粒子ビーム源は、一次荷電粒子ビームを第１の光軸に沿って発生させるようになっており、荷電粒子ビーム装置は、一次粒子ビームを二次荷電粒子から分離するようになったビーム分離装置及びビーム分離装置に隣接して位置決めされていて、二次荷電粒子を第２の光軸に沿う方向に差し向けるようになった伝送レンズ装置を更に有し、第１及び第２の荷電粒子検出器のうちの少なくとも一方は、第２の光軸に沿って位置決めされる。

上述の一実施形態及びその改造例のうちの任意のものの改造例では、ビーム分離装置は、デフレクタと、磁気デフレクタと、セクタフィールド偏向ユニットと、２つ、３つ又は４つの磁気デフレクタの組合せと、磁気デフレクタと静電デフレクタの組合せと、ウィーンフィルタと、分散なしの組合せ型磁気‐静電偏向ユニットと、二次荷電粒子の第１の群及び第２の群のうちの少なくとも一方の群からの一次粒子ビームの分離後に二次荷電粒子の第１及び第２の群のうちの少なくとも一方の群を一段と偏向させるよう位置決めされると共に構成された偏向促進ユニットとから成るから選択された少なくとも１つの要素を含むのが良い。

上述の一実施形態及びその改造例のうちの任意のものの改造例では、第１の荷電粒子検出器は、二次荷電粒子を反射すると共に／或いは検出するようになった減速界型分析器を含むのが良い。

上述の一実施形態及びその改造例のうちの任意のものの改造例では、二次荷電粒子の第１の群は、４５°〜９０°の範囲の飛び出し角度を有し、二次荷電粒子の第２の群は、０°〜４５°の範囲の飛び出し角度を有するのが良い。

上述の一実施形態及びその改造例のうちの任意のものの改造例では、試料までの第１のクロスオーバ９０の距離は、５０ｍｍから１５０ｍｍまでの範囲にあるのが良く、検出器は、直径が０．５〜５ｍｍの環状アパーチュアを備えた環状検出器であるのが良い。

上述の一実施形態及びその改造例のうちの任意のものの改造例では、対物レンズ装置と試料との間には１００〜３０００Ｖ／ｍｍの抽出電界がかけられるのが良い。

上述の更に別の実施形態及びその改造例のうちの任意のものの改造例では、対物レンズ装置は、減速界型レンズと、集束レンズと、磁気レンズと、静電レンズと、静電磁気レンズとから成る群のうちの少なくとも１つの要素を含む。

上述の更に別の実施形態及びその改造例のうちの任意のものの改造例では、二次荷電粒子は、減速界型分析器によって反射されると共に／或いは検出されるのが良い。

本明細書は、最適実施態様を含む本発明を開示すると共に更に当業者が本発明を構成すると共にこれを利用することができるようにするために実施例を用いている。本発明を種々の特定の実施形態に関して説明したが、当業者であれば本発明を特許請求の範囲に記載された本発明の精神及び範囲内で改造を施して実施できることは認識されよう。特に、上述の実施形態の相互に非排他的な特徴を互いに組み合わせることができる。本発明の特許を受けることができる範囲は、特許請求の範囲の記載に基づいて定められると共に当業者に想到可能な他の実施例を含む場合がある。かかる他の実施例は、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲に含まれるものである。

上述の内容は、本発明の実施形態に関するが、本発明の他の実施形態及び別の実施形態は、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく案出可能であり、その範囲は、以下の特許請求の範囲の記載に基づいて定められる。

１ 走査型電子顕微鏡
３ 試料
５ 荷電粒子ビーム源
７ 一次荷電粒子ビーム
９ 高電圧ビーム管
１１ コンデンサ
１３ 磁気集束レンズ
１４ 静電集束レンズ
１５，１５０ 検出器
１６ 中央開口
１７ 二次電子
２０ ビーム管
２４ コイル
２６ ヨーク
２６ａ 円錐形キャップ
４０，４５ 対物レンズ装置
１５，１５０ 検出器装置
９０ クロスオーバ
１００ アパーチュア

Claims (15)

1. 試料を検査する荷電粒子ビーム装置であって、
   一次荷電粒子ビーム（７）を発生させるようになった荷電粒子ビーム源（５）を有し、
   前記一次荷電粒子ビームを前記試料（３）に差し向けるようになった対物レンズ装置（４０，４５）を有し、
   前記試料（３）から飛び出た二次荷電粒子を加速するようになった減速界型装置（４６，４７）を有し、
   二次粒子を検出する少なくとも２つの検出器セグメントを含む第１の検出器装置（１５）を有し、
   前記対物レンズ装置（４０，４５）は、前記試料（３）からの飛び出し角度の互いに異なる粒子が前記試料から実質的に同一の距離を置いたところにクロスオーバを呈し、かくして共通クロスオーバ（９０）が形成されるように構成されており、
   前記対物レンズと前記検出器との間に設けられた第１のアパーチュア（１００）を有し、前記第１のアパーチュアは、前記検出器装置（１５）の中央開口（１６）の直径以下の直径を持つ開口を有し、前記第１のアパーチュア（１００）は、次の条件、即ち、
   （ｉ）前記アパーチュアが前記共通クロスオーバ（９０）の付近に存在するという条件、
   （ｉｉ）前記アパーチュアが、迷走電子が最大の広がりを示す位置に存在するという条件のうちの少なくとも一方を満たす位置に設けられている、荷電粒子ビーム装置。
2. 第２のアパーチュア（１２０）を更に有する、請求項１記載の荷電粒子ビーム装置。
3. 前記第２のアパーチュア（１２０）は、前記条件（ｉ）又は（ｉｉ）のうちの少なくとも一方を満たす位置に設けられている、請求項２記載の荷電粒子ビーム装置。
4. 二次荷電粒子ビーム偏向装置、伝送レンズ装置、二次荷電粒子ビーム偏向装置と組み合わせた伝送レンズ装置、及び前記一次荷電粒子ビーム（７）を二次荷電粒子の第１の群及び二次荷電粒子の第２の群のうちの少なくとも一方から分離するようになったビーム分離装置のうちの少なくとも１つを更に有し、前記第１の二次荷電粒子群（１７ａ）は、大きな飛び出し角度（１８）で前記試料から飛び出た二次荷電粒子から成り、前記第２の二次荷電粒子群（１７ｂ）は、小さな飛び出し角度（１９）で前記試料から飛び出た二次荷電粒子から成る、請求項１〜３のうちいずれか一に記載の荷電粒子ビーム装置。
5. 前記荷電粒子ビーム源（５）は、前記一次荷電粒子ビーム（７）を第１の光軸（７１）に沿って発生させるようになっており、前記荷電粒子ビーム装置は、前記一次荷電粒子ビームを前記第１の二次荷電粒子群（１７ａ）及び前記第２の二次荷電粒子群（１７ｂ）のうちの少なくとも一方の群から分離するようになったビーム分離装置（１０５）と、前記ビーム分離装置に隣接して位置決めされていて、前記第１及び前記第２の二次荷電粒子ビーム群のうちの前記少なくとも一方の群を第２の光軸（７２）に沿う方向に差し向けるようになった伝送レンズ装置とを更に有し、少なくとも１つの第２の検出器装置（１５０）が前記第２の光軸に沿って位置決めされている、請求項１〜３のうちいずれか一に記載の荷電粒子ビーム装置。
6. 前記第１の検出器装置（１５）は、前記第２の光軸（７２）に沿って位置決めされ、前記第２の検出器装置（１５０）は、好ましくは、前記第１の検出器装置（１５）の中央に設けられる、請求項５記載の荷電粒子ビーム装置。
7. 前記第１又は前記第２の光軸に対する前記二次荷電粒子ビームの共通クロスオーバ（９０，９１）の位置を調節する手段を更に有する、請求項１〜６のうちいずれか一に記載の荷電粒子ビーム装置。
8. 試料を荷電粒子ビーム装置によって検査する方法であって、
   一次荷電粒子ビーム（７）を第１の光軸上に発生させるステップを有し、
   対物レンズ装置（４０，４５）を用いて前記一次荷電粒子ビームを前記試料（３）上に集束させるステップを有し、
   前記一次荷電粒子ビームによって二次荷電粒子ビームを前記試料のところに発生させるステップを有し、前記二次荷電粒子ビームは、大きな飛び出し角度（１８）で前記試料から飛び出た二次荷電粒子の第１の群（１７ａ）及び小さな飛び出し角度（１９）で前記試料から飛び出た二次荷電粒子の第２の群（１７ｂ）を含み、
   前記第１の群及び前記第２の群からの粒子が前記試料（３）から実質的に同一の距離を置いたところにクロスオーバを呈し、かくして共通クロスオーバ（９０）が形成されるよう前記二次荷電粒子ビームを集束させるステップを有し、
   迷走電子を前記対物レンズ（４０，４５）と検出器（１５）との間に設けられた第１のアパーチュア（１００）で遮断するステップを有し、
   前記二次荷電粒子ビームの粒子を検出するステップを有する、方法。
9. 前記光軸（７１，７２）の方向における前記二次荷電粒子の前記共通クロスオーバ（９０）を調節するステップを更に有する、請求項８記載の方法。
10. 前記第１のアパーチュア（１００）及び前記検出器（１５）に対する前記二次荷電粒子ビームの位置合わせ状態を調節して前記検出器（１５，１５０）により検出されるコントラストを最適化するステップを更に有する、請求項８又は９記載の方法。
11. 前記一次荷電粒子ビームを第１の光軸（７１）に沿って発生させ、前記一次荷電粒子ビームを前記二次荷電粒子から分離し、前記二次荷電粒子を第２の光軸（７２）に沿う方向へ差し向け、前記二次荷電粒子を前記第２の光軸（７２）に沿って検出する、請求項８〜１０のうちいずれか一に記載の方法。
12. 前記第１の群（１７ａ）に属する二次荷電粒子は、前記試料（３）に対して４５°を超える飛び出し角度を有し、前記第２の群（１７ｂ）に属する二次荷電粒子は、前記試料（３）に対して０°から４５°までの飛び出し角度を有する、請求項８〜１１のうちいずれか一に記載の方法。
13. 前記第１のアパーチュア（１００）と互いに異なる飛び出し角度を持つ二次荷電粒子の前記共通クロスオーバ（９０，９１）との間の距離は、２ｃｍ未満である、請求項８〜１２のうちいずれか一に記載の方法。
14. 前記アパーチュア（１００）は、前記二次粒子の前記共通クロスオーバ（９０）の付近に設けられている、請求項８〜１３のうちいずれか一に記載の方法。
15. 前記対物レンズ装置（４０，４５）は、減速界型レンズと、集束レンズと、磁気レンズと、静電レンズと、静電磁気レンズとから成る群のうちの少なくとも１つの要素から成る、請求項８〜１０のうちいずれか一に記載の方法。

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