JP2014183047A - 高スループット走査型偏向器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】互い走査速度及び精度を有する磁気偏向器組立体を提供する。
【解決手段】一次電子ビームを走査させるよう構成されると共にウェーハ画像化システムのためのアップグレードキットを提供するようになった磁気偏向器組立体（１２０）が開示される。磁気偏向器組立体（１２０）は、一次電子ビームを一方向でウェーハ上に走査する少なくとも１つの磁気偏向器を含み、少なくとも１つの磁気偏向器は、１対のコイルユニット（３０２Ａ，３０２Ｂ；３０４Ａ，３０４Ｂ）を形成する少なくとも２つのコイル（３２０‐１，３２０‐２）を有し、少なくとも２つのコイル中のターン（３２１‐１，３２１‐２）の数は、８以下であり、コイルを形成するワイヤ又はコイルを形成する導体の断面の最大寸法は、０．２ｍｍ以下である。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明の実施形態は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭｓ）における磁気走査に関する。本発明の実施形態は、走査型偏向器組立体、磁気偏向器及びかかる走査型偏向器組立体を含むウェーハ画像化システムに関する。特に、本発明の実施形態は、ウェーハ画像化システム、ウェーハＳＥＭ画像化装置及びウェーハＳＥＭ画像化装置のための走査型偏向器に係る方法に関する。

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備えており、かかる機能としては、製造中における半導体デバイスの限界寸法設定（critical dimensioning ）、製造中における半導体デバイスの欠陥調査（defect review ）、製造中における半導体デバイスの検査、リソグラフィのための露光システム、検出装置及び検査システムが挙げられる。かくして、マイクロメートル及びナノメートル尺度の範囲内で試料を構造観察したり試験したり検査したりするための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尺度のプロセス制御、検査又は構造観察は、荷電粒子ビーム、例えば電子ビームを用いて行われる場合が多く、かかるビームを荷電粒子ビーム装置、例えば電子顕微鏡又は電子ビームパターン発生器で発生させて集束させる。荷電粒子ビームは、これらの波長が短いので例えば光子ビームと比較して優れた空間分解能を提供する。

例えばＳＥＭを利用したウェーハ検査ツールにおいて電子ビームの走査のため、電界又は磁界を利用する場合がある。電極の配列体によって電界を作ることができる。コイルの配列体によって磁界を作ることができる。一般的に受け入れられている見解によれば、磁気偏向は、電気偏向器（electric deflector ）と同じほど高い走査速度及び精度を達成することができないと考えられている。しかしながら、磁気偏向器には、実用的用途において、汚染に対する敏感性が低いこと、収差が低いこと、及び具体化が容易であることのような幾つかの利点がある。

したがって、伝統的な磁気システムの利点を有する磁気偏向器システムを提供するが、走査速度及び精度における欠点を解決することが望ましい。

上述のことを考慮して、本発明の目的は、上述の問題のうちの少なくとも幾つかを解決するウェーハ画像化装置用の改良された走査型偏向器及び改良されたウェーハ画像化装置を提供することにある。

一実施形態によれば、一次電子ビームを走査させるよう構成されると共にウェーハ画像化システムのためのアップグレードキットを提供する磁気偏向器組立体が提供される。磁気偏向器組立体は、一次電子ビームを一方向でウェーハ上に走査する少なくとも１つの磁気偏向器を含み、少なくとも１つの磁気偏向器は、１対のコイルユニットを形成する少なくとも２つのコイルを有し、少なくとも２つのコイル中のターンの数は、８以下であり、コイルを形成するワイヤ又はコイルを形成する導体の断面の最大寸法は、０．２ｍｍ以下である。

別の実施形態によれば、ウェーハを画像化するよう構成されたウェーハ画像化システムが提供される。このシステムは、電子ビームをもたらすようになったエミッタチップを有するエミッタと、電子ビームをウェーハ上に集束させるよう構成された対物レンズと、エミッタチップと対物レンズとの間に設けられた少なくとも１つの集光レンズと、ウェーハの画像を発生させるよう電子ビームをウェーハ上に走査させる磁気偏光器組立体とを含み、磁気偏向器組立体は、一次電子ビームを一方向でウェーハ上に走査する少なくとも１つの磁気偏向器を含み、少なくとも１つの磁気偏向器は、１対のコイルユニットを形成する少なくとも２つのコイルを有し、少なくとも２つのコイル中のターンの数は、８以下であり、コイルを形成するワイヤ又はコイルを形成する導体の断面の最大寸法は、０．２ｍｍ以下である。

さらに別の実施形態によれば、ウェーハの画像を発生させるために電子ビームをウェーハ上で走査させる磁気偏向器組立体を製造する方法が提供される。この方法は、少なくとも２つのコイルを用意するステップを含み、少なくとも２つのコイルのターンの数は、８以下であり、コイルを形成するワイヤ又はコイルを形成する導体の断面の最大寸法は、０．２ｍｍ以下であり、この方法は、少なくとも２つのコイルで１対のコイルユニットを形成するステップと、１対のコイルユニットから一方向に電子ビームをウェーハ上に走査させるための少なくとも１つの磁気偏向器を形成するステップとを更に含む。典型的な実施においては、各コイルユニットのコイルの数は、２以上であり、各コイルユニットの２以上のコイルは、多ワイヤ式ストリング又は積層によって形成され、より典型的には、コイルを形成するワイヤ又はコイルを形成する導体は、エッチング、導電性箔のパターニング、スクリーン印刷、被覆層蒸着（masked layer deposition）、及びこれらの組み合わせから成る群から選択されたプロセスによって形成される。

本発明の上述の特徴を細部にわたって理解することができるように上記において概要説明した本発明の具体的な説明が実施形態を参照して行う。添付の図面は、本発明の実施形態に関しており、これらについて次のように簡単に説明する。

本明細書において説明する実施形態としての走査型偏向器を備えた減速電界走査荷電粒子ビーム装置の概略部分図である。 本明細書において説明する代表的な実施形態としての走査型偏向器組立体又は走査型偏向器組立体のコンポーネントの略図である。 本明細書において説明する代表的な実施形態としての走査型偏向器組立体又は走査型偏向器組立体のコンポーネントの略図である。 本明細書において説明する代表的な実施形態としての走査型偏向器組立体又は走査型偏向器組立体のコンポーネントの別の略図である。 本明細書において説明する代表的な実施形態としての走査型偏向器組立体又は走査型偏向器組立体のコンポーネントの別の略図である。 本明細書において説明する実施形態としての減速電界走査荷電粒子ビーム装置の略図である。 本明細書において説明する実施形態としての２つ又は３つ以上のビームを有する遅延減速電界走査荷電粒子ビーム装置の略図である。 明細書において説明する実施形態としての減速電界走査荷電粒子ビーム装置を作動させる方法を示す図である。 本明細書において説明する実施形態としての磁気偏向器組立体の磁気偏向器組立体を製造する方法を示す図である。

次に、本発明の種々の実施形態を詳細に参照し、これら実施形態の１つ又は２つ以上の実施例が図示されている。図面の以下の説明の範囲内において、同一の参照符号は、同一のコンポーネントを示している。一般に、個々の実施形態に関する相違点のみを説明する。各実施例は、本発明の説明のために提供されており、本発明を限定するものではない。例えば、一実施形態の一部として図示され又は説明される特徴を他の実施形態に又はこれと関連して使用することができ、それにより更に別の実施形態が得られる。本発明は、かかる改造例及び変形例を含むものである。

本願の保護範囲を限定するものではなく、以下の説明において、荷電粒子ビーム装置又はそのコンポーネントは、例示として二次電子の検出を含む荷電粒子ビーム装置と称する。本発明は、更に、試料画像を得る目的で粒子、例えば電子若しくはイオン、光子、Ｘ線又は他の信号の形態をした二次及び／又は後方散乱荷電粒子を検出する装置及びコンポーネントに利用できる。一般に、粒子と言った場合、これは、粒子が光子である光信号並びに粒子がイオン、原子、電子又は他の粒子である粒子と理解されるべきである。

本明細書において用いられる「試料」又は「ウェーハ」という用語は、半導体ウェーハ、半導体ワーク及び他の加工物、例えばメモリディスク等を含むが、これらには限定されない。本発明の実施形態は、材料を蒸着させ又は構造観察される任意の加工物に利用できる。試料は、構造観察される表面又は層が蒸着される表面、エッジ及び代表的にはベベルを有する。本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な幾つかの実施形態によれば、装置及び方法は、電子ビーム検査（ＥＢＩ）、限界寸法検査分野及び欠陥検査用途向きに構成され又は利用され、本明細書において説明する実施形態としての顕微鏡及び方法をこれら用途の高スループットに対する要望に照らして有益に利用できる。

ここで説明する実施形態の関連において、かかる保護範囲を限定することなく、中間ビーム加速システムは、試料又はウェーハに当たる直前にランディングエネルギーまで減速される荷電粒子の当初の加速度が高い荷電粒子ビーム装置を説明するようになっている。荷電粒子がコラム（筒）を通って案内される際の加速時速度ｖ_acと荷電粒子が試料に当たる際のランディング速度ｖ_landingのエネルギー又は速度比Ｖ_ac／ｖ_landingは、少なくとも約５以上であるのが良い。さらに、ランディングエネルギーは、２ｋｅＶ以下であるのが良い。これらは、状況に見合った近似値である。

さらに、以下の説明において、走査型電子ビーム顕微鏡（ＳＥＭ）について説明し、このＳＥＭは所要、特に、本明細書において説明する実施形態から利益を受けることができる。本明細書において説明すると共に磁気偏向又は走査に関する実施形態の場合、電子ビームの利用が特に有用である。

本明細書において説明する幾つかの実施形態によれば、高分解能、広い視野及び高い走査速度を達成することができるＥ‐ビーム検査（ＥＢＩ）、限界寸法設定（ＣＤ）ツール、及び／又は欠陥調査（ＤＲ）ツールを設けるのが良い。

本明細書において説明する実施形態は、磁気偏向の利点が維持され、ＳＥＭ画像化システムにおける磁気偏向の欠点のうちの少なくとも幾つかが解決され又は軽減された走査型偏光器装置、走査型偏光器、かかる偏光器の製造方法及びＳＥＭ画像化システムに関する。したがって、高速且つ良好な直線性及び精度を備えた磁気偏向を特にウェーハＳＥＭ検査ツールのために提供することができる。

本明細書において説明する実施形態によれば、ウェーハ画像化システム又はウェーハＳＥＭ検査ツールは、当業者には理解されるように専用ツールであるＥＢＩツール、ＣＤツール、ＤＲツールに関する。

本明細書において説明する実施形態によれば、一方向、例えば、ｘ方向に偏向可能に１対のコイルユニットを有する磁気偏向器が提供される。代表的には、偏向器装置が２つの磁気偏向器、即ち２対のコイルユニットによって提供され、この場合、一方の偏向器は、ｘ方向について設けられ、他方の偏向器は、ｙ方向について設けられる。本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な更に別の実施形態によれば、一平面内に４〜６個の偏向器、即ち、少なくとも８つのコイルユニットである４〜６対のコイルユニットを更に提供することができる。それにより、平面（ｘ‐ｙ平面）内での偏向に関する一様性を向上させることができる。さらに又、かかる装置は、スチグマトールとしても利用できる。

代表的な実施形態によれば、コイルユニットの各対は、少なくとも２つの同一のコイルによって形成され、各コイルユニットは、少なくとも１つのコイルを含む。代表的には、２つのコイルユニット又は１対のコイルユニットが光軸に関して対称に配置され、ＳＥＭツール中の一次電子ビームは、この光軸に沿って伝搬する。コイルユニットの対である２つのコイルユニットの各々は、２つ又は３つ以上のコイルを更に含む場合がある。例えば、各々が２つのコイルを含む１対の２つのコイルユニットの結果として、４つのコイルが設けられる。代表的な実施形態によれば、１対のコイルユニットは、例えば光軸に関して対称に配置される。かくして、４つのコイルの関する上述の実施例では、２つのコイルが光軸の一方の側に設けられ、２つのコイルが光軸の反対側に設けられる。

代表的には、各コイルはワイヤ、例えば銅線の数回のターンによって形成されるのが良い。コイルの設定を改良すると、所望の走査性能、直線性、及び精度を達成することができるということが判明した。かくして、本発明は、磁気コイルシステムが高い走査速度では満足の行く性能を提供することができないという一般的に受け入れられた見解の反証となることができる。

一実施形態によれば、ＳＥＭ検査ツール用の磁気偏光器のためのコイルが提供され、この場合、ターンの数は、８以下であり、コイルのワイヤ又は導体の断面は、０．２ｍｍ以下の寸法を有する。それにより、代表的には、この寸法は、丸形ワイヤ又は導体の直径であるのが良い。長方形のワイヤ又は導体に関し、その寸法は、磁気偏光器のコイルにより生じる磁界に垂直な寸法である。代表的に又は多くの場合、これは、長方形断面の大きい方の寸法であろう。理解されるように、コイルのワイヤを形成する線材（ワイヤ）又は導体の製造方法に応じて、数学的な意味で長方形からのずれが生じる場合がある。

したがって、上述のことに照らして、０．２ｍｍ以下である寸法は、最大寸法、磁気偏向器により生じる磁界に垂直な寸法、及びコイルの支持体の表面に垂直な寸法から成る群から選択されるのが良い。

代表的な実施形態によれば、一偏向方向についての磁気偏光器は、代表的には、本明細書において説明する実施形態によれば、少なくとも１対のコイルを有する。２つの磁気偏光器（各々が一方向について設けられた）を含む磁気偏向装置は、かくして、本明細書において説明する実施形態によれば、少なくとも２対のコイルユニットを有する。さらに又、以下の図３Ｂを参照して詳細に説明するように、一走査方向に関する磁気偏光器は、１対の１組のコイル、即ち第１の組をなすコイル及び第２の組をなすコイルを有するのが良い。コイルの組の各対は、１対のコイルユニットを提供することができるようコイルユニットを形成する。複数個のコイル又は１組のコイルの対は、代表的には、光軸に関して対称に配置される。

ビームは、試料又はウェーハの表面上で偏光器又は偏光器装置によって走査される。代表的な実施形態によれば、磁気偏光器は、例えば線を走査できるよう、特に高い走査速度、例えば１００ＭＨｚ以上若しくはそれどころかＧＨｚ領域の画素（ピクセル）速度、及び１００ｋＨｚ以上若しくはそれどこかＭＨｚ領域の線速度が可能であるよう構成されている。したがって、走査型偏光器装置は、ＡＣ電流を所望の高い周波数で提供する１つ又は２つ以上の電源に接続可能であり又はかかる１つ又は２つ以上の電源を含むのが良い。

さらに、実施形態は、減速電界顕微鏡、例えば低電圧高分解能ＳＥＭに関し、この場合、一次ビームの低いランディングエネルギー（例えば、２ｋｅＶ以下、例えば１ｋｅＶ以下）が試料に加わる荷重を制限して損傷を回避するために用いられる。それにより、最大分解能を得るための小さなビーム直径を達成するため、ビームは、高いエネルギー状態で顕微鏡コラム中を案内される。したがって、中間ビーム加速方式の走査型電子顕微鏡を用いるのが良く、この場合、電子ビームは、源から抽出されて高いエネルギー、例えば２０ｋｅＶ以上に加速される。最後の対物レンズ中では、ビームは、例えば１ｋｅＶ以下の所望の低いランディングエネルギーまで減速される。

本明細書において説明する幾つかの実施形態によれば、電子ビームシステム用の最終の対物レンズは、磁気‐静電レンズを含む。図１に示されているように、磁気‐静電レンズは、代表的には、一次電子に対して高い電位状態にある上側電極と、同一の電圧に近い電位状態にある下側電極とから成る。これら電極は、ビームの集束並びに所要の低い一次ビーム電圧へのビームの低下に寄与する。この種の浸漬レンズは、高ビーム電圧システムと比較して分解能の損失が僅かな状態でビームの集束を可能にする。

図１は、走査型電子顕微鏡１００の一部分を示している。対物レンズ６０は、上側磁極片６３、下側磁極片６４及びコイル（図１には示されていない）を備えた磁気レンズ部分を有する。対物レンズ６０は、第１の電極１１０、即ち図中、上側の電極、及び第２の電極１３０、即ち図中の下側の電極を備えた静電レンズ部分を更に有する。

対物レンズ６０は、光軸２に沿ってコラム中を移動した電子ビーム１２を試料５２上に、即ち試料平面内に集束させる。試料５２は、試料支持台５０上に支持されている。本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能ないくつかの実施形態によれば、試料の一領域の走査は、本質的に光軸に垂直な第１の方向への支持台の運動及び光軸に本質に垂直であり且つ第１の方向に本質的に垂直である別の第２の方向に線を走査することによって実施されるのが良い。

所定の走査パターンに従ってビームを走査する場合、例えば隣り合う線を走査する場合、ビームは、所要の視野を走査するために光軸２から離れる。それにより、本明細書において説明する実施形態としての磁気走査型偏光器組立体１２０が用いられる。代表的には、光軸２（例えば、ｚ方向）に本質的に垂直な少なくとも１つの走査方向が提供される。２つの走査方向（例えば、ｘ方向及びｙ方向）及び２つ以上の走査型偏光器を含む対応の走査型組立体が提供される場合が多い。それにより、１つ又は２つ以上の走査型偏光器は、例えばＧＨｚ領域の（例えば、３ＧＨｚ以上）の画素速度及び／又はＭＨｚ領域（例えば、３ＭＨｚ以上）の線速度を達成するために高速走査可能に構成されている。

本明細書において説明する実施形態によれば、走査型偏光器組立体１２０は、高速走査のために電流をコイルに提供するようコントローラ１４０又はコントローラ組立体に接続される。他の実施形態と組み合わせ可能な代表的な実施形態によれば、コントローラによって磁気偏向器コイルに提供されるＡＣ電流の周波数は、０．１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚである。本明細書において説明する実施形態によっては、直線性からのずれは、高速走査に関して約０．１％以下であるのが良い。さらに、かかる値は、実際の走査速度に応じる場合があることは明らかである。

本明細書において説明する実施形態は、コイルの制限された数のターンを有するが、かかるターンの制限された数は、本明細書において説明するコイルを有するＳＥＭ検査ツールの要求としては十分である。したがって、ターンの数につれて２乗に増大する場合のある高いインダクタンスを回避することができる。さらに、ワイヤ又は導体の制限された最大寸法は、コイルそれ自体のワイヤ又は導体の一部分中に誘導される電流を減少させ、かかる電流は、生じた磁界によって誘導される場合がある。

図２Ａは、走査型偏向器組立体１２０を示している。走査型偏向器組立体は、第１の対をなすコイルユニット２０２Ａ，２０２Ｂを含み、少なくとも１つのコイルがこれらコイルユニット２０２Ａ，２０２Ｂの各々の上に又はこの中に設けられる。第１の対をなすコイルユニットは、ｘ方向に磁界を生じさせる。磁界は、電子ビームの光軸のところの中心に一様な磁界を生じさせるよう形作られると共に配置されるのが良い。ｘ方向における磁界は、ｙ方向における走査のためにビームをｙ方向に偏向させる。走査型偏向器組立体は、第２の対をなすコイルユニット２０４Ａ，２０４Ｂを更に含み、少なくとも１つのコイルがこれらコイルユニット２０４Ａ，２０４Ｂの各々の上に又はこの中に設けられる。第２の対をなすコイルユニットは、ｙ方向に磁界を生じさせる。磁界は、電子ビームの光軸のところの中心に一様な磁界を生じさせるよう形作られると共に配置されるのが良い。ｙ方向における磁界は、ｘ方向における走査のためにビームをｘ方向に偏向させる。２つの方向に組み合わせにより、ｘ‐ｙ平面における恣意的な偏向を実現することができる。

図２Ａに示されているように、コイルユニット２０２Ａ／Ｂ又は２０４Ａ／Ｂをそれぞれ備えた２つの偏向器の各々が円をなして設けられている。２つの円は、代表的には、互いに同心である。しかしながら、他の実施形態によれば、コイルユニットは、正方形又は長方形が図２Ａに示された４つのコイルユニットによって構成されるよう実質的に平べったい要素として設けられても良い。代表的には、形状は、湾曲していても良く、平らであっても良い。形状は、光軸上への電子ビームの偏向を可能にする均一な電界を有するようにするために組立体１２０の中心のところに一様な磁界を提供するよう構成されている。

図２Ｂは、例示としてのみ図２Ｂに平べったいものであるものとして示されたコイルユニット２０２Ａを示している。コイルユニットは、図２Ａに示されているように曲げられていても良い。さらに、図２Ａに示されたコイルユニットのうちの一方が、例示的に示されている。コイルユニット２０２Ａは、支持体２３０を有する。ワイヤ２２０又は導体がコイルの形態で支持体上に設けられている。それにより、第１のコネクタ２１４及び第２のコネクタ２１５により電流を印可することができ、これらコネクタは、走査のためのＡＣ電流を提供するためのコントローラに接続されるのが良い。図２Ｂに示されたコイルは、５つのターン２２１を有する。本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な代表的な実施形態によれば、ターンの数は、８以下である。

本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な更に別の実施形態によれば、支持体２３０は、高い電気固有抵抗を有する軟磁性材料から成るのが良い。代表的には具体化例によれば、それにより、支持体は、光軸に向いた側と反対のコイルの側に提供されるよう設けられるのが良い。即ち、コイルは、軟磁性材料と光軸との間に位置する。図２Ａに示された実施例では、本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な幾つかの別の実施形態によれば、軟磁性材料は、例えば、リングの形態で設けられるのが良い。リングは、コイルユニット２０２〜２０４を包囲するのが良い。リングは、一部が又は全体がコイルユニットのうちの１つ又は２つ以上の支持体２３０によって提供されても良い。

図３Ａに示されているように、１つ又は２つ以上のコイルも又、以下のように支持体２３０上に設けられても良い。本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な幾つかの実施形態によれば、多ワイヤ式ストリングが提供される。多ワイヤ式ストリングを積層ともいう場合がある。代表的には、ストリング中のワイヤの本数は、２〜１０、例えば２〜６であるのが良い。図３Ａは、ワイヤ又は導体３２０‐１及びワイヤ又は導体３２０‐２を示している。両方のワイヤ又は導体は、コネクタ２１４に接続されている。図３Ａに示されているように、支持体３２０の一方の側には２つのターン３２１‐１，３２１‐２が設けられるのが良い。支持体２３０を貫通して設けられた貫通接続部３３０が設けられるのが良い。それにより、例えば、支持体の反対側に（図３Ａに示された裏側）に更に２つのターンを設けるのが良い。裏側に設けられた２本のワイヤ又は導体３２０‐１，３２０‐２の別のターンが支持体の反対側（図３Ａに示された裏側）に設けられた別のコネクタに接続されている。

したがって、図３Ａに示されると共に支持体２３０の裏側を考慮した実施例は、２本のワイヤを備えたワイヤ式ストリングの４つのターンを有する。上述したように、本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な実施形態によれば、図３Ａのワイヤ、例えばワイヤ３２０‐１，３２０‐２は、０．２ｍｍ以下、例えば０．１ｍｍの最大寸法を備えた断面を有する。２〜１０本のワイヤ、例えば２本、３本、４本又は６本のワイヤを備えたワイヤ式ストリング又は積層の利用に起因して、高い周波数性能、例えば速度及び直線性を維持しながら最大電流を増大させることができる。それにより、１本のワイヤ中の電流の増大の結果として、偏向器の発熱度が増大し、これは、ＳＥＭ検査システムへの利用を妨げる場合のあることが考慮されなければならない。

さらに別の実施形態によれば、コネクタ２１４又はコネクタ２１４，２１５が支持体２３０の突出部２３０上に設けられるのが良く、その結果、突出部は、図３Ａに示されたコイルユニットが走査型偏向器組立体内に設けられた場合（例えば図３Ｂ参照）、光軸から遠ざかって曲げられるのが良い。

図３Ｂは、図３Ａに示されたコイルユニットのうちの４つが２つの対をなす２つのコイル又は２つの組をなすコイルを形成するよう組み合わされた偏向器組立体１２０を示しており、この場合、組をなすコイルは、多ワイヤ式ストリングによって提供されるのが良い。本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な更に別の実施形態によれば、図３Ｂに示された組立体は、軟磁性材料で包囲されるのが良い。代表的には、高い電気固有抵抗を有する軟磁性材料が用いられる。例えば、フェライトを用いるのが良い。

本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な更に別の実施形態によれば、支持体２３０の長方形のような形状は、代表的には、光軸の方向に沿って４ｍｍ〜２５ｍｍの長さを有するのが良い。代表的には、この長さは、約５ｍｍ、約１０ｍｍ又は約２０ｍｍであるのが良い。支持体２３０は、上述の寸法のうちの任意のものを備えた正方形又は長方形として提供されるのが良い。

本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な更に別の実施形態によれば、図３Ａに示されたコイルユニットのようなコイルユニットがプリント回路板（ＰＣＢ）、例えば可撓性ＰＣＢ上に形成されるのが良い。それにより、コイルは、ワイヤによって巻かれていない。これとは異なり、ワイヤ又は導体は、基板、例えば支持体上にエッチングされ又はめっきされる。ワイヤ又は導体は、コイル又は積層の２つ又は３つ以上のコイルを形成するよう箔中にエッチングされても良い。ＰＣＢは、図３Ａに示されているような貫通接続部３３０が提供されるよう製造されるのが良く、ワイヤ又は導体は、両面上に設けられるのが良い。ＰＣＢ技術による製造に起因して、低コストで製造の際に高い精度をもたらすことができる。別の製造方法によれば、ワイヤ又は導体をスクリーン印刷技術により適当な基板上に印刷可能であり、この場合、導電性ペーストが基板上に形成される。また、スクリーン印刷は、貫通接続部の形成及び両面印刷を可能にする。

本明細書では、コイル形成要素を説明するために「ワイヤ」及び「導体」という用語を用いている。場合によっては、これらの用語のうちの一方だけが用いられる場合でも、これら用語は、コイル形成要素との関係では均等であると理解される。代表的には、ワイヤは、丸形ワイヤとして解される場合があり、この場合、コイルは巻かれ、これに対し、導体は、めっきされ、エッチングされ又は印刷された導電性経路である場合がある。しかしながら、これら両方の用語は、明示の逆の規定がなく又は上述の違いが明示的に言及されない場合、置き換え可能である。

図４を参照して別の実施形態を説明することができる。図４は、荷電粒子ビーム装置、例えばＳＥＭ画像化装置、即ちウェーハ画像化システム４００を示している。電子ビームコラム（筒）２０は、第１のチャンバ２１、第２のチャンバ２２、及び第３のチャンバ２３を備えている。ガン（電子銃）チャンバとも呼ばれる場合のある第１のチャンバは、エミッタ３１及びサプレッサ３２を備えた電子源３０を有する。電子ビームは、電子ビーム源３０により生じる。電子ビームをビーム制限アパーチュア４５０に対して整列させ、このビーム制限アパーチュアは、ビームを整形し又はビームの一部分を遮断するよう寸法決めされている。しかる後、電子ビームは、検出器４０の貫通開口部１２を通って試料５２上に集束される。試料は、試料ステージ５０上の試料位置に配置されている。電子ビームの衝突時、例えば、二次又は後方散乱電子が試料５０から放出され、これら電子は、検出器４０によって検出可能である。

本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な幾つかの実施形態によれば、集光（コンデンサ）レンズ４２０及びビーム整形又はビーム制限アパーチュア４５０が設けられている。２段偏向システム４４０がビームをアパーチュアに整列させるために集光レンズとビーム整形アパーチュア２５０との間に設けられている。

図４に示されているように、幾つかの実施形態によれば、検出器４０が対物レンズの上方に設けられるのが良く、その結果、一次荷電粒子ビームが検出器の開口部１２を通過するようになる。磁極片６４／６３及びコイル６２を備えた対物レンズ６０は、試料ステージ５０上に配置されるのが良い試料５２上に荷電粒子ビームを集束させる。図３に示された対物レンズ６０は、上側磁極片６３、下側磁極片６４及び対物レンズの磁気レンズ部分を形成するコイル６２並びに対物レンズの静電部分を形成する第１（上側）の電極１１０及び第２（下側）の電極１３０を有している。

さらに、走査型偏光器組立体１２０が設けられている。走査型偏光器組立体１２０は、本明細書において説明する実施形態のうちの任意のものに従って提供される。走査型偏光器組立体は、コントローラ１４２に接続されている。

本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な代表的な実施形態によれば、走査型偏光器組立体１２０は、図４に示されているような単一段組立体であるのが良い。変形例として、２段又はそれどころか３段偏光器組立体を設けても良い。それにより、各段は、光軸２に沿う異なる位置に設けられる。

本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な代表的な実施形態によれば、走査型偏光器組立体１２０又は多段走査型偏光器組立体の少なくとも１つの段は、次のように設けられるのが良い。走査型偏光器組立体１２０は、対物レンズ内に設けられる。例えば、上側磁極片６３の少なくとも一部分、下側磁極片の少なくとも一部分及び／又はコイル６２の少なくとも一部分は、走査型偏光器組立体１２０又は多段走査型偏光器組立体の１つの段を包囲する。

さらに別の追加の又は別の具体化例によれば、走査型偏光器組立体１２０又は多段走査型偏光器組立体の少なくとも１つの段は、電極４１０を包囲した状態で又は電極４１０と電極１３０との間に設けられるのが良い。さらに別の追加の又は別の具体化例が設けられても良く、この場合、走査型偏光器組立体１２０又は多段走査型偏光器組立体の少なくとも１つの段は、電極１３０と、検出器及び一次電子ビームを二次電子（信号電子）ビームから分離するビーム分離器（図示せず）から成る群から選択されたコンポーネントとの間に設けられる。

さらに別の実施形態によれば、走査型偏光器組立体１２０又は多段走査型偏光器組立体の少なくとも１つの段のコイルシステムは、代表的には、ＳＥＭの対物レンズ領域の近くに配置される。

図４では、静電浸漬レンズの上側電極４１０が管の形態で提供されている。上述したように、対物レンズに関し、負に帯電した粒子を画像化する場合、この管は、好ましくは、３ｋｅＶを超える正の電位、例えば１０ｋｅＶ、１５ｋｅＶ又は２０ｋｅＶの状態にある。それにより、ビームブースト電位が提供され、即ち、ビームは、高いエネルギーの状態でコラムを通って移動する。図４の実施形態は、下側磁極片６４の下に位置する下側電極１３０を示している。対物レンズの界浸（immersion ）レンズコンポーネントの減速電極である下側電極は、代表的には、試料上に２ｋｅＶ以下、例えば５００ｅＶ又は１ｋｅＶの荷電粒子のランディングエネルギーを提供するような電位（補正なし）の状態にある。

図５は、減速電界走査型顕微鏡、即ちウェーハ画像化システム５００がマルチビームを装置として提供されている更に別の実施形態を示している。代表的には、２本又は３本以上のビームがマルチビーム装置内に提供されるのが良い。一例として、図５は、５本の電子ビームがガンチャンバ５２０内に放出されるよう５つのエミッタ５を示している。エミッタチップは、電圧源４によって加速電位Ｖ_accに付勢され、この電圧源は、アース２と比較して所与の電位をチップに提供する。電極５１２、例えばサプレッサ、エクストラクタ又はアノードが例えばカップのような形状で設けられている。これら電極は、絶縁体５３２によって互いに且つガンチャンバ５２０に対して電気的に絶縁されている。本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な幾つかの実施形態によれば、サプレッサ、エクストラクタ及びアノードから成る群から選択された電極のうちの２本又は３本以上も又提供されるのが良い。代表的には、これら電極５１２は、２本又は３本以上の電子ビームを制御するために電圧供給源（図示せず）によって所与の電位に付勢される。

荷電粒子ビームは、試料５２が収納されている別のチャンバ５３０内を移動する。対物レンズ５６０は、ビームを試料上又は試料平面内にそれぞれ集束させる。それにより、対物レンズは、共通の磁気レンズ部分、即ち、荷電粒子ビームのうちの２本又は３本以上に作用する磁気レンズ部分を有するのが良い。それにより、例えば、１つの共通励振コイルが磁極片ユニット又は磁極片組立体に提供され、この場合、２本又は３本以上の電子ビームが磁極片ユニットを通過するようにさせる数個の開口部が設けられる。１つの共通の励振コイルが例えば１本のビームが開口部１つ当たり集束されるよう磁極片ユニットを励振させる。

図５に示されているように、対物レンズ５６０は、静電レンズ部分を更に有する。例えば、静電レンズ部分は、第１の電極４１０及び第２の電極１３０を有する。例えば、第２の電極１３０は、コントローラ５３４又はコントローラによって制御されるそれぞれの電源に個々に接続されるのが良く、その結果、電極１３０に提供される電位を対応の荷電粒子ビームに作用する走査型偏光器組立体１２０の走査型偏光器と同期させることができる。走査型偏光器組立体は、走査型コントローラ１４２によって制御され、この走査型コントローラ１４２は、偏光器の操作パターンを制御する。コントローラ３４０は、減速電極１３０及び走査型コントローラ１４２のためのコントローラ／電圧供給源１４４に接続され、その結果、同期を提供することができるようになっている。

幾つかの実施形態によれば、走査型偏光器組立体１２０、走査型偏光器及びコイルは、本明細書において説明した実施形態のうちの任意のものに従って提供されるのが良い。それにより、特にＥＢＩ用途に関し、しかしながら、ＣＤ／ＤＲ用途についても、共通のウェーハ画像化と比較して、スループットは、考慮されるべき重要な観点である。本明細書において説明している高い走査速度偏光器組立体及び偏光器は、高いスループットに特に有用である。それにより、スループットを増大させるために冷電界エミッタ（ＣＦＥ）及び熱支援型ＣＦＥも又使用されるのが良い。したがって、走査型偏光器組立体１２０とＣＦＥ又は熱支援型ＣＦＥの組み合わせは、特に有益であり、更に、例えば図５を参照して説明したようなマルチ電子ビーム装置と組み合わせて別の具体化例として有用である。

本明細書において説明した実施形態は、追加のコンポーネント（図示せず）、例えば集光レンズ、静電、磁気又は複合静電磁気型の偏向器、例えばウィーンフィルタ（Wien filter）、静電、磁気又は複合静電‐磁気形式のスチグマトール、静電、磁気又は複合静電‐磁気型の別のレンズ及び／又は一次及び／又は二次荷電粒子のビームに影響を及ぼすと共に／或いは補正する他の光学コンポーネント、例えば偏光器又はアパーチュアを更に有するのが良い。確かに、例示目的で、これらコンポーネントのうちの幾つかが本明細書に記載した図に示されている。理解されるべきこととして、かかるコンポーネントのうちの１つ又は２つ以上を本発明の実施形態に利用することも可能である。

幾つかの実施形態によれば、図６に示されているように試料を画像化する方法が提供される。それにより、特に減速電界走査顕微鏡が利用され、この場合、荷電粒子ビーム、例えば電子ビームが用いられる。ステップ６０２において、荷電粒子ビーム、好ましくは電子ビームを減速電界走査型顕微鏡内で発生させる。ステップ６０４において、このビームを本明細書において説明した実施形態に従って走査型偏光器組立体により画像生成のために試料上に走査させる。上述したように、これは、高速走査パターンで実施されるのが良く、この場合、ＧＨｚ範囲の画素速度及び／又はＭＨｚ範囲の線速度が利用される。ステップ６０６において、荷電粒子ビームを組み合わせ型磁気‐静電対物レンズにより試料上に集束させる。対物レンズは、磁気レンズ部分及び静電レンズ部分を有し、静電レンズ部分は、第１の電極及び第１の電極と試料との間に設けられた第２の電極を有する。代表的には、第２の電極は、試料に衝突させることができるよう荷電粒子ビームを減速させ、即ち、浸漬レンズが第１及び第２の電極によって提供されている。したがって、第２の電極は、所与の電位に付勢される。

幾つかの実施形態によれば、図７に示されているように磁気偏光器組立体を製造する方法が提供されている。ステップ６０２において、少なくとも２つのコイルを用意し、少なくとも２つのコイル中のターンの数は、８以下であり、コイルを形成するワイヤ又はコイルを形成する導体の断面の最大寸法は、０．２ｍｍ以下である。ステップ６０４において、少なくとも２つのコイルから１対のコイルユニットを形成する。ステップ６０６において、ビームを一方向においてウェーハ上に走査させるための少なくとも１つの磁気偏光器を１対のコイルユニットで形成する。代表的な具体化例によれば、各コイルユニット中のコイルの数は、２以上であるのが良く、例えば、各コイルユニット中の２つ又は３つ以上のコイルは、多ワイヤ式ストリング又は積層によって形成される。さらに又、追加的に又は代替的に、エッチング、導電性箔のパターニング、スクリーン印刷、被覆層蒸着（masked layer deposition）及びこれらの組み合わせから成る群から選択されたプロセスによってコイルを形成するワイヤ又はコイルを形成する導体を形成することができる。

上述の説明に照らして、特に高スループット用途向きのＳＥＭ、例えばＥＢＩを提供することができる。それにより、高い速度及び直線性が向上し、かくして精度が向上した磁気走査方式を提供することができる。

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

２ 光軸
１２ 電子ビーム
５０ 試料支持台
５２ 試料
６０ 対物レンズ
６３，６４ 磁極片
１００ 走査型電子顕微鏡
１１０，１３０ 電極
１２０ 磁気偏向器組立体
１４０ コントローラ
２０２Ａ，２０２Ｂ コイルユニット
３０２Ａ，３０２Ｂ，３０４Ａ，３０４Ｂ コイルユニット
２１４，２１５ コネクタ
３２０‐１，３２０‐２ コイル
３２１‐１，３２１‐２ ターン
４００ ウェーハ画像化システム

Claims (15)

1. 一次電子ビームを走査させるよう構成され、特に、ウェーハ画像化システム（４００）のためのアップグレードキットを提供するようになった磁気偏向器組立体（１２０）であって、
   前記磁気偏向器組立体は、前記一次電子ビームを一方向でウェーハ上に走査するための少なくとも１つの磁気偏向器を含み、
   前記少なくとも１つの磁気偏向器は、１対のコイルユニット（３０２Ａ，３０２Ｂ；３０４Ａ，３０４Ｂ）を形成する少なくとも２つのコイル（３２０‐１，３２０‐２）を有し、
   前記少なくとも２つのコイル中のターン（３２１‐１，３２１‐２）の数は、８以下であり、
   コイルを形成するワイヤ又はコイルを形成する導体の断面の最大寸法は、０．２ｍｍ以下である、磁気偏向器組立体。
2. 各コイルユニット中のコイルの数は、２以上である、請求項１記載の磁気偏向器組立体。
3. 各コイルユニット中の前記２つ以上のコイルは、多ワイヤ式ストリング又は積層によって形成されている、請求項２記載の磁気偏向器組立体。
4. 各コイルユニットの前記多ワイヤ式ストリングの各ワイヤ（３２０‐１，３２０‐２）は、前記多ワイヤ式ストリングの前記ワイヤによって形成された前記コイルに電流を提供するために第１のコネクタ（２１４）及び第２のコネクタ（２１５）に接続されている、請求項３記載の磁気偏向器組立体。
5. 各多ワイヤ式ストリング又は積層のワイヤの本数は、２〜１０である、請求項３又は４記載の磁気偏向器組立体。
6. 前記走査型偏向器組立体は、軟磁性材料によって包囲されている、請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の磁気偏向器組立体。
7. 前記軟磁性材料は、フェライトである、請求項６記載の磁気偏向器組立体。
8. 前記磁気走査型偏向器組立体は、一ステージに１〜６個の磁気偏向器を含み、各磁気偏向器は、１対のコイルを有し、前記１対のコイルの各々のターンの数は、８以下であり、前記コイルを形成するワイヤ又は前記コイルを形成する導体の断面の最大寸法は、０．２ｍｍ以下である、請求項１〜７のうちいずれか一項に記載の磁気偏向器組立体。
9. 前記コイルを形成するワイヤ又は前記コイルを形成する導体は、エッチング、導電性箔のパターニング、スクリーン印刷、被覆層蒸着、及びこれらの組み合わせから成る群から選択されたプロセスによって形成される、請求項１〜８のうちいずれか一項に記載の磁気偏光器組立体。
10. 前記磁気偏光器は、少なくとも１枚のプリント回路板によって提供される、請求項１〜９のうちいずれ一項に記載の磁気偏光器組立体。
11. ウェーハを画像化するよう構成されたウェーハ画像化システムであって、
    電子ビームをもたらすようになったエミッタチップを有するエミッタと、
    前記電子ビームを前記ウェーハ上に集束させるよう構成された対物レンズと、
    前記エミッタチップと前記対物レンズとの間に設けられた少なくとも１つの集光レンズと、
    前記ウェーハの画像を発生させるよう前記電子ビームを前記ウェーハ上に走査させるための請求項１〜９のうちいずれか一項に記載の磁気偏光器組立体（１２０）と、を含む、システム。
12. 前記磁気偏光器組立体は、光軸に沿う方向に互いに離れて位置する少なくとも２つのステージを含む、請求項１１記載のシステム。
13. 前記エミッタは、冷電界エミッタ又は熱支援型冷電界エミッタである、請求項１１又は１２記載のシステム。
14. 前記磁気偏向器は、前記対物レンズ内に設けられている、請求項１１〜１３のうちいずれか一項に記載のシステム。
15. ウェーハの画像を発生させるために電子ビームを前記ウェーハ上で走査させる磁気偏向器組立体を製造する方法であって、
    少なくとも２つのコイルを用意するステップを含み、前記少なくとも２つのコイルのターンの数は、８以下であり、コイルを形成するワイヤ又はコイルを形成する導体の断面の最大寸法は、０．２ｍｍ以下であり、
    前記少なくとも２つのコイルで１対のコイルユニットを形成するステップを更に含み、
    前記１対のコイルユニットから、一方向に前記電子ビームを前記ウェーハ上に走査させるための少なくとも１つの磁気偏向器を形成するステップを更に含み、特に、各コイルユニットのコイルの数は、２以上であり、各コイルユニットの前記２つ以上のコイルは、多ワイヤ式ストリング又は積層によって形成され、特に、前記コイルを形成するワイヤ又は前記コイルを形成する導体は、エッチング、導電性箔のパターニング、スクリーン印刷、被覆層蒸着、及びこれらの組み合わせから成る群から選択されたプロセスによって形成される、方法。

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