JP2016502732A - サンプルの表面を検査する装置および方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、サンプルを検査する装置および方法に関する。本装置は、一次荷電粒子ビーム（３３）のアレイを生成するための生成器と、光学軸（３８）を有する荷電粒子光学システムとを備える。光学システムは、すべての一次ビーム（３３）を、中間面におけるスポットの第１のアレイに収束するための第１のレンズシステム（３７、３１０）と、すべての一次ビーム（３３）を、サンプル表面（３１５）上のスポットの第２のアレイに収束するための第２のレンズシステム（３１３、３１４）とを備える。本装置は、中間面に、または中間面付近に配置された、位置感応後方散乱荷電粒子検出器（３１１）を備える。第２のレンズシステムは、すべての荷電粒子ビームに対して共通である、電磁気または静電レンズを備える。第２のレンズシステムは、一次ビーム（３３）のアレイを光学軸（３８）の周りに回転させ、荷電粒子スポットの第２のアレイを、ある角度で第１のアレイに対して位置づける、磁気レンズを備えることが好ましい。

Description

本発明は、サンプルの表面を検査する装置および方法に関する。特に、本発明は、マルチビーム型走査電子顕微鏡などの、複数の荷電粒子ビームを使用して、サンプル表面を検査する装置に関する。本発明は、電子、陽電子、およびイオンなどの、任意の種類の荷電粒子に適用することができる。

本発明は、電子などの後方散乱荷電粒子を検出する装置に関する。これらの後方散乱荷電粒子は、一次荷電粒子とほぼ同じエネルギーを有する。通常、荷電粒子は、再び出てくる前に、サンプル内で最大数百電子ボルトを消失すると仮定される。後方散乱荷電粒子の角分布は、一次荷電粒子ビームの角分布よりもかなり大きい。対応する一次荷電粒子ビームの軸の近くを移動する後方散乱荷電粒子は、一次荷電粒子に極めてよく似ている経路に沿って荷電粒子光学システムを通って戻り、一次荷電粒子ビームと同じ面の周りで収束する。

そのような装置は、例えば、米国特許第７，７３２，７６２号明細書に開示される。この米国特許は、使用時に、サンプルの表面に向けて複数の一次電子ビームを発射する電子エミッタを備える電子顕微鏡を開示する。本装置は、電子エミッタとサンプル表面との間の中間面における離間したスポットの第１のアレイに、電子ビームを収束するための、第１のレンズシステムを備える。本装置は、中間面からの一次電子ビームをサンプル表面に向けて導き、サンプル表面上の個々のスポットの第２のアレイに、すべての一次電子ビームを収束するための、第２のレンズシステムをさらに備える。特に、第２のレンズシステムは、一連のレンズを備え、さらに特に、個々の電子ビームに対する個々のマイクロレンズを備えるマイクロレンズアレイを備える。

中間面では、蛍光物質を含む薄いシート状の板が配置される。薄いシートは、開口部を備え、したがって、一次電子ビームが通ることを可能にする。板は、後方散乱電子を収集し、収集した電子を、光子に変換する。光子は、光学レンズシステムによって、光子検出器のアレイに、少なくとも部分的に導かれる。

このシステムの欠点は、サンプル表面上の個々のスポット間の距離が、電子ビーム毎に１つの対物マイクロレンズを使用するために、比較的大きくなることである。したがって、既知のシステムは、小さなサンプルを検出するのにあまり適切ではない。

本発明の目的は、後方散乱電子を検出するための新しい検出装置を提供するサンプル表面を検査するためのマルチ荷電粒子ビーム装置を提供することである。

米国特許第７，７３２，７６２号明細書

第１の態様によれば、本発明は、サンプルの表面を検査する装置を提供する。本装置は、一次荷電粒子ビームのアレイを生成するマルチビーム荷電粒子生成器と、光学軸を有する荷電粒子光学システムとを備え、荷電粒子光学システムは、

中間面における離間したスポットの第１のアレイに、一次荷電粒子ビームを収束するための第１のレンズシステムと、

一次荷電粒子ビームを中間面からサンプル表面に導き、すべての一次荷電粒子ビームを、サンプル表面上の個々のスポットの第２のアレイに収束するために少なくとも一次荷電粒子ビームに対して共通の電磁気または静電対物レンズを備える第２のレンズシステムと
を備え、

本装置は、中間面に、または中間面付近に配置される位置感応後方散乱荷電粒子検出器を備え、前記検出器は、前記一次荷電粒子ビームを通過させるための１つまたは複数の貫通開口を備え、前記第２のレンズシステムは、後方散乱荷電粒子を、サンプル表面上の個々のスポットの第２のアレイから、検出器上の後方散乱荷電粒子スポットのアレイに投射するよう配置される。

少なくとも一次荷電粒子ビームに対して共通である単一対物レンズを使用することにより、すべての一次荷電粒子ビームをサンプル表面上の個々のスポットの第２のアレイに収束するために共通レンズを使用するので、サンプル表面上の個々のスポットを、互いに非常に近接して配置することができる。これにより、本発明のマルチビーム装置は、例えば、サンプル領域が１ｍｍ^２以下の、より小さなサンプルを検査するのにより適切になる。

本出願の文脈では、サンプルの表面は、サンプルの境界面の直ぐ下に物質を含むサンプルの上部層を包囲することが留意される。

本出願の文脈では、前記一次荷電粒子ビームを通すための１つまたは複数の貫通開口が、検出器において１つまたは複数の孔を備えてもよく、検出器に隣接する開口を備えてもよいことがさらに留意される。

好ましくは、一次ビームが最も小さな中間面が、後方散乱荷電粒子も収束する面に近接し、その面に、検出器が位置していることが好ましい。

一実施形態において、１つまたは複数の貫通開口は、孔のアレイを備え、孔のアレイの各孔は、一次荷電粒子ビームの前記アレイの１つを通すように配置される。一実施形態において、孔のアレイの孔の直径は、孔の間のピッチより、実質的に小さい。一次荷電粒子ビームが収束する中間面に、または中間面付近に、検出器が少なくとも実質的に配置されるため、一次荷電粒子ビームは、検出器の十分小さな孔を通り、したがって、効率的な検出を可能にするのに十分な検出器の表面領域がある。

しかしながら、本発明に従ってサンプル表面上に互いに非常に近接して個々のスポットを配置することで、後方散乱荷電粒子をサンプル表面上の異なるスポットから分離し、区別することが、より困難になる。例えば、米国特許第７，７３２，７６２号明細書に開示される装置に示すように、後方散乱電子は、蛍光物質の板で、収束した一次ビームの位置に、または位置周辺で結像される。この装置では、後方散乱電子の一部が、蛍光物質の板の開口部を通過し、検出されない。先行技術の装置では、一次ビームと同じスポットで収束されず、蛍光物質の板でぼやけたスポットを形成する後方散乱電子のみを検出することができる。

一方で、このさらなる問題は、一実施形態により解決することができ、この実施形態においては、第２のレンズシステムが配置され、前記中間面からの離間したスポットの第１のアレイを、０．０１から０．２の範囲の倍率でサンプル表面上に結像する。したがって、検出器における隣接スポット間の距離は、同じサンプル表面上の隣接スポットよりも、最大で１００倍の大きさである。

他方で、このさらなる問題は、本発明の一実施形態で解決することができ、この実施形態においては、第２のレンズシステムは、前記中間面からサンプルに向かう途中で、一次荷電粒子ビームのアレイを光学軸の周りに回転させ、光学軸の周りを０度より大きく、好ましくは、１８０度より小さな角度で第１のアレイに対して第２のアレイを位置づけるよう配置される、１つまたは複数の磁気レンズを備える。一実施形態において、後方散乱荷電粒子スポットのアレイを、第１のアレイに対して、光学軸の周りに、０度よりも大きく、好ましくは、３６０度よりも小さな角度で回転させるための、１つまたは複数の磁気レンズが配置される。後者の２つの実施形態を組み合わせることも可能であることに留意されたい。

磁気レンズを使用することによって、第２のアレイの位置は、０から１８０度の間の角度で、第１のアレイに対して回転する。後方散乱荷電粒子は、同じ磁気レンズも通ることが好ましいが、０から１８０度の間の実質的に同じ角度で、第２のアレイに対しても回転する。後方散乱荷電粒子の回転は、一次荷電粒子ビームの回転と同じ回転方向であることに留意されたい。したがって、中間面における位置感応検出器の後方散乱荷電粒子のスポットのアレイは、光学軸の周りを、０度よりも大きく、３６０度よりも小さな角度で、第１のアレイに対して回転する。この回転は、中間面における、または中間面付近における、一次ビームの離間したスポットの第１のアレイに対する後方散乱荷電粒子のスポットのアレイの間に空間分離をもたらし、これにより、第１のアレイの位置から少なくとも実質的に逸脱する位置で後方散乱荷電粒子のスポットのアレイを配置することを可能にする。したがって、回転を慎重に選択することによって、中間面における、または中間面付近における、後方散乱荷電粒子の検出は、一次荷電粒子ビームの通過を少なくとも実質的に妨害しない。本発明による装置では、中間面で少なくとも実質的に収束される後方散乱荷電粒子もまた、検出することができる。

米国特許第７，７３２，７６２号明細書による装置とは反対に、本発明の装置における第２のレンズシステムおよび／または検出器の位置は、ここでは、後方散乱荷電粒子のスポットのぶれを少なくとも実質的に低減するか、または小さなスポットに後方散乱荷電粒子を収束するよう配置することができ、それにより、本発明の検出装置の分解能を向上させる。

一実施形態において、第２のレンズシステムは、後方散乱荷電粒子の共通交差部を通ってサンプル表面上の個々のスポットから、位置感応後方散乱荷電粒子検出器の実質的に個々のスポットに、後方散乱荷電粒子を投射するよう配置される。一実施形態において、開口部は、後方散乱荷電粒子の共通交差部を備える面に、または面付近に配置される。サンプルと検出器との間の、そのような後方散乱ビーム限定開口部は、後方散乱荷電粒子の受け入れ角度を限定し、検出器上の後方散乱粒子の画像におけるコントラストに影響を及ぼすよう使用される。開口部はまた、検出器上の後方散乱粒子のスポットのサイズを制御および制限するために使用することができる。一実施形態において、前記開口部は、開領域を備え、後方散乱荷電粒子がある角度方向で通過することを可能にし、一方で、他の角度方向をブロックする。

一実施形態において、後方散乱荷電粒子スポットのアレイを、第１のアレイに対して、光学軸の周りに、実質的に１８０度の角度で回転させるための、１つまたは複数の磁気レンズが配置される。一実施形態において、検出器は、そこを通る前記一次荷電粒子ビームを通すための、１つの貫通開口を備える。この貫通開口は、検出器に、または検出器の高感度表面に、隣接して配置される。

一実施形態において、位置感応後方散乱荷電粒子検出器は、後方散乱荷電粒子ビーム毎に２つ以上のピクセルを含む。後方散乱スポットより多くのピクセルを有する位置感応後方散乱荷電粒子検出器を使用すると、後方散乱信号が、検出器のピクセルを読み出すことによって取得される。後方散乱スポットが行き着く検出器面における位置を事前に判断する必要はない。

一実施形態において、位置感応後方散乱荷電粒子検出器は、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ、後方散乱荷電粒子から信号を直接取得する、アバランシェフォトダイオード、光電子増倍管またはＰＮ接合半導体検出器のアレイである。

一実施形態において、位置感応後方散乱荷電粒子検出器は、前記中間面か、または前記中間面付近に、少なくとも実質的に配置される蛍光スクリーンと、蛍光スクリーンから、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ、またはアバランシェフォトダイオードもしくは光電子増倍管のアレイに光子を運ぶ光学構成とを備える。

一実施形態において、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ、アバランシェフォトダイオードまたは光電子増倍管のアレイは、検出器ピクセルのアレイが、個々の後方散乱ビームの画像のアレイと一致するよう配置される。

一実施形態において、サンプル表面上の離間したスポットの第２のアレイにおけるスポットの間のピッチは、０．３から３０マイクロメートルの間である。

一実施形態において、第２のレンズシステムは、サンプル上の一次荷電粒子を走査するための、磁気および／または静電荷電粒子偏向器を備える。一実施形態において、磁気および／または静電荷電粒子偏向器は、走査中に検出器上の後方散乱荷電粒子スポットのアレイの実質的に静止した位置を取得するために、配置される、および／または制御可能である。磁気偏向器は、サンプルから検出器へ移動する荷電粒子と反対方向に、サンプルに向かう途中で荷電粒子を偏向する。後者は、一次ビームを走査している間、検出器上の後方散乱電子スポットの移動を引き起こす。逆に、静電偏向器は、荷電粒子のビームを、粒子の方向とは無関係な方向に偏向する。したがって、静電偏向器を使用することで、検出器上のスポットが移動しなくなることを確実にすると思われる。しかしながら、磁気レンズによる画像の回転による移動の可能性が残っている。磁気および静電偏向器のダブルシステムは、走査中の検出器上のスポット位置を確実に安定させるために、設定を動作中に選択可能な、十分な調整可能パラメータをもたらす。

一実施形態において、第２のレンズシステムは、共通交差部を通る一次荷電粒子ビームを投射するよう配置され、本装置は、前記共通交差部を備える面に、または前記共通交差部を備える面の近くに、少なくとも実質的に位置づけられる、位置感応二次電子検出器を備える。オランダ国特許出願第２００９０５３号明細書でより詳細に説明するように、この実施形態は、二次電子が検出可能である検出システムを提供する。この実施形態は、二次電子と一次荷電粒子との間のエネルギー差を使用する。例えば、ＳＥＭでは、一次電子のエネルギーは、通常、１ｋｅＶから３０ｋｅＶであり、二次電子のエネルギーは、通常、０ｅＶから５０ｅＶである。このエネルギー差の結果は、第２のレンズシステムが、二次電子に対してよりも一次荷電粒子に対して異なる働きをするということである。一方で、第２のレンズシステムは、すべての一次荷電粒子ビームを、サンプル表面上の個々のスポットのアレイに収束するよう配置される。他方で、同じレンズシステムは、二次電子ビームを、共通交差部の面に向けて方向づけるよう使用される。二次電子は、一次荷電粒子のエネルギーよりかなり低いエネルギーを有するので、レンズシステムは、共通交差部を本質的に取り囲む領域上に二次電子を拡散するよう配置される。したがって、前記共通交差部を備える面では、または前記共通交差部を備える面付近では、ほとんどの二次電子ビームは、共通交差部ですべて収束する一次荷電粒子ビームから空間的に分離される。後方散乱荷電粒子が、共通交差部で少なくとも実質的に収束され、したがって、二次電子ビームから空間的に分離されることにも留意されたい。

前記共通交差部を備える面に、または前記共通交差部を備える面付近に、少なくとも実質的に、位置感応二次電子検出器を配置することによって、好ましくは、共通交差部に隣接する、および／または取り囲むように配置することによって、ほとんどの二次電子ビームを、一次荷電粒子ビームまたは後方散乱荷電粒子に対していかなる干渉をすることなく、検出することが可能となる。

したがって、本発明による、特に、この実施形態による装置では、後方散乱荷電粒子は、本装置の荷電光学コラムに配置された検出器を使用して検出可能である。さらに、後方散乱荷電粒子および二次電子の両方は、別々に、実質的に同時に、検出することができる。

第２の態様によれば、本発明は、以下のステップを含む、サンプルの表面を検査する方法を提供する。すなわち、
マルチビーム荷電粒子生成器を使用して、一次荷電粒子ビームのアレイを生成するステップと、
第１のレンズシステムを使用して、中間面における離間したスポットの第１のアレイに、一次荷電粒子ビームを収束するステップと、
第２のレンズシステムを使用して、一次荷電粒子ビームを中間面からサンプル表面に向けて導き、少なくとも一次荷電粒子ビームに対して共通である電磁気または静電対物レンズを使用して、すべての一次荷電粒子ビームを、サンプル表面上の個々のスポットの第２のアレイに収束するステップと、
後方散乱荷電粒子を、サンプル表面上の個々のスポットの第２のアレイから、前記第２のレンズシステムを使用して、中間面上の後方散乱荷電粒子スポットのアレイに投射するステップと、中間面に、または中間面付近に位置づけられる位置感応後方散乱荷電粒子検出器を使用して、前記後方散乱荷電粒子を検出するステップとを含み、前記検出器は、前記一次荷電粒子ビームが通るための、１つまたは複数の貫通開口を備える。

一実施形態において、第２のレンズシステムは、前記中間面からサンプルに向かう途中で、一次荷電粒子ビームのアレイを光学軸の周りに回転させ、光学軸の周りを０度より大きく、好ましくは、１８０度より小さな角度で第１のアレイに対して第２のアレイを位置づけるよう配置される、１つまたは複数の磁気レンズを備える。一実施形態において、後方散乱荷電粒子スポットのアレイを、第１のアレイに対して、光学軸の周りに、０度よりも大きく、好ましくは、３６０度よりも小さな角度で回転させるための、１つまたは複数の磁気レンズが配置される。

一実施形態において、後方散乱荷電粒子スポットのアレイを、第１のアレイに対して、光学軸の周りに、実質的に１８０度の角度で回転させるための、１つまたは複数の磁気レンズが配置される。一実施形態において、検出器は、そこを通る前記一次荷電粒子ビームを通すための、１つの貫通開口を備える。

一実施形態において、第２のレンズシステムは、サンプル上の一次荷電粒子を走査するための、磁気および／または静電荷電粒子偏向器を備える。一実施形態において、磁気および／または静電荷電粒子偏向器は、走査中に検出器上の後方散乱荷電粒子スポットのアレイの実質的に静止した位置を取得するために、配置される、および／または制御可能である。

一実施形態において、サンプル表面は、第１の方向に一定速度で移動し、一方、一次荷電粒子ビームは、第１の方向に少なくとも実質的に垂直な第２の方向に繰り返し走査される。これにより、走査荷電粒子ビーム顕微鏡でサンプルを調べる新しい方法、すなわち、オフライン顕微鏡法を提供する。オフライン顕微鏡法では、完全サンプル表面、例えば、１平方ミリメートルの領域が、ナノメートル分解能で走査および結像された後、この完全サンプル表面が、専門家、例えば、生物学者が利用可能となり、顕微鏡の後ろではなく、コンピュータ上で画像を調査および／または検査される。

第３の態様によれば、本発明は、サンプルの表面を検査する装置を提供し、本装置は、一次荷電粒子ビームのアレイを生成するためのマルチビーム荷電粒子生成器と、光学軸を有する荷電粒子光学システムとを備え、本荷電粒子光学システムは、
中間面における離間したスポットの第１のアレイに、一次荷電粒子ビームを収束するための、第１のレンズシステムと、
一次荷電粒子ビームを、中間面から、サンプル表面に向けて方向づけ、すべての一次荷電粒子ビームを、サンプル表面上の個々のスポットの第２のアレイに収束する、第２のレンズシステムと
を備え、
本装置は、中間面に、または中間面付近に少なくとも実質的に配置された位置感応後方散乱荷電粒子検出器を備え、第２のレンズシステムは、少なくとも一次荷電粒子ビームに対して共通であり、第２のアレイを第１のアレイに対して、光学軸の周りに０度より大きく、１８０度より小さな角度で配置するよう、光学軸の周りに一次荷電粒子ビームのアレイを回転させるよう配置される、電磁気レンズを備える。

一実施形態において、第２のレンズシステムは、単一対物レンズを備える。一実施形態において、この単一対物レンズは、一次荷電粒子ビームのアレイが光学軸の周りを回転するよう配置される電磁気レンズである。代替実施形態において、単一対物レンズは、電磁気レンズとサンプルとの間の追加レンズである。この代替実施形態において、単一対物レンズは、電磁気レンズまたは静電レンズを備える。

本明細書で説明され、示されるさまざまな態様および特徴は、個々に、可能な限り、適用することができる。これらの個々の態様、特に、添付の独立請求項で説明する態様および特徴は、分割特許出願の主題とすることができる。

本発明は、添付図面に示す例示的実施形態に基づいて、説明する。

図１は、本発明によるマルチビーム走査電子顕微鏡（ＭＢＳＥＭ）の一例を示す図である。 図２は、本発明によるＭＢＳＥＭの第２の例のビーム経路の一部を示す図である。 図３は、本発明によるＭＢＳＥＭの第３の例のビーム経路の一部を示す図である。 図４は、その中間面における、本発明によるＭＢＳＥＭの一例のビーム経路の模式的な断面図である。 図５は、その中間面における、本発明によるＭＢＳＥＭのさらなる例のビーム経路の模式的な断面図である。 図６は、本発明によるマルチビーム走査電子顕微鏡（ＭＢＳＥＭ）のさらなる例を示す図である。

図１は、本発明のマルチビーム走査電子顕微鏡（ＭＢＳＥＭ）の一例である。
ＭＢＳＥＭ１は、一次荷電粒子ビーム３のアレイ、この場合では、一次電子ビーム３のアレイを生成するための、マルチビーム荷電粒子生成器２を備える。マルチビーム電子生成器２は、発散電子ビーム５を生成するための、少なくとも１つの電子源４を備える。発散電子ビーム５は、開口レンズアレイ６によって収束された一次電子ビーム３のアレイに分割される。一次電子ビーム３は、矢印Ｐで模式的に示すように、後に、サンプル１５に向けて方向づけられる。

ソース４の複数画像は、加速レンズ７の物体主面に位置づけられる。加速レンズ７は、一次電子ビーム３を、光学軸８に向けて方向づけ、すべての一次電子ビーム３の第１の共通交差部９を生成する。

第１の共通交差部９は、磁気集光レンズ１０によって、電流制限開口部の役目を果たす可変開口部１６上に結像される。可変開口部１６では、すべての一次電子ビーム３の第２の共通交差部が生成される。

ＭＢＳＥＭは、一次荷電粒子ビームを、可変開口部１６の共通交差部から、サンプル表面１５に向けて方向づけ、すべての一次荷電粒子ビーム３を、サンプル表面１５上の個々のスポットのアレイに収束するための、レンズシステム１３、１４を備える。レンズシステムは、可変開口部１６を、対物レンズ１４のコマフリー面に結像し、対物レンズ１４が、サンプル表面１５に収束された一次電子ビームのアレイを生成するための、中間磁気レンズ１３を備える。

さらに、ＭＢＳＥＭは、サンプル表面１５上に収束された一次電子ビームのアレイを走査するための、走査コイル１８を備える。

図１に示すようなＭＢＳＥＭでは、後方散乱荷電粒子を検出するのに適切な少なくとも２つの代替位置が存在する。

第１の位置は、中間磁気レンズ１３と対物レンズ１４との間とすることができる。この場合、中間磁気レンズ１３は、図１に示すように、位置感応後方散乱荷電粒子検出器１１が配置される中間面における離間したスポットの第１のアレイに、一次電子ビーム３を収束する第１のレンズシステムの少なくとも一部である。対物レンズ１４は、一次電子ビーム３を、検出器１１面からサンプル１５の表面に向けて方向づけ、すべての一次荷電粒子ビーム３を個々のスポットの第２のアレイに収束する第２のレンズシステムの少なくとも一部である。対物レンズ１４は、以下の図４および図５の説明でより詳細に説明するように、一次電子ビーム３に対して共通であり、一次電子ビーム３のアレイを光学軸８の周りに回転させて、検出器１１面で第１のアレイに対して、光学軸８の周りに０度より大きく、１８０度より小さな角度で、標的１５に第２のアレイを位置づける、電磁気レンズを備える。

第２の位置は、開口レンズアレイ６と磁気集光レンズ１０との間とすることができる。この場合、開口レンズアレイ６は、図１に示すように、位置感応後方散乱荷電粒子検出器１２が配置される中間面における離間したスポットの第１のアレイに、一次電子ビーム３を収束する第１のレンズシステムの少なくとも一部である。磁気集光レンズ１０は、一次電子ビーム３を、検出器１２面からサンプル１５の表面に向けて方向づけ、すべての一次荷電粒子ビーム３を個々のスポットの第２のアレイに収束する第２のレンズシステムの少なくとも一部である。第２のレンズシステムは、一次電子ビーム３に対して共通の電磁気レンズを備える。磁気集光レンズ１０、中間磁気レンズ１３、および対物レンズ１４の１つまたは複数は、電磁気レンズを備え、以下の図４および図５の説明でより詳細に説明するように、一次電子ビーム３のアレイを光学軸８の周りに回転させて、検出器１２面で第１のアレイに対して、光学軸８の周りに０度より大きく、１８０度より小さな角度で、標的１５に第２のアレイを位置づけるように配置される。

後方散乱電子を検出するために、検出器は、第１の検出器１１の位置に配置されるか、または第２の検出器１２の位置に配置されることに留意されたい。後方散乱電子検出器１１、１２は、サンプル表面１５の各単一一次電子ビームスポットの個々の後方散乱電子画像を取得するよう配置される。これは、サンプル表面１５が、このＭＢＳＥＭ１で走査される場合に、複数画像を、単一走査期間における同じ時点で取得することが可能であることを意味する。

図２は、図１の同じセットアップの模式的で簡易化された表現を示し、特に、図２で示す例は、図１の２つの共通交差部の代わりに、可変開口部２１６の位置における１つの共通交差部のみを示す。ただ１つの共通交差部のみを使用する場合、図１に示すような磁気集光レンズ１０は、省略することができる。

この場合も、図２に示すようなセットアップでは、後方散乱荷電粒子を検出するのに適切な２つの位置が存在する。

第１の位置は、中間磁気レンズ２１３と対物レンズ２１４との間とすることができる。この場合、中間磁気レンズ２１３は、図２に示すように、位置感応後方散乱電子検出器２１１が配置される中間面における離間したスポットの第１のアレイに、一次電子ビーム２３を収束する第１のレンズシステムの少なくとも一部である。対物レンズ２１４は、一次電子ビーム２３を、検出器２１１面からサンプル２１５の表面に向けて方向づけ、すべての一次荷電粒子ビーム２３を個々のスポットの第２のアレイに収束する第２のレンズシステムの少なくとも一部である。対物レンズ２１４は、以下の図４および図５の説明でより詳細に説明するように、一次電子ビーム２３に対して共通であり、一次電子ビーム２３のアレイを光学軸２８の周りに回転させて、検出器２１１面で第１のアレイに対して、光学軸２８の周りに０度より大きく、１８０度より小さな角度で、標的２１５に第２のアレイを位置づける、電磁気レンズを備える。

対物レンズ２１４では、可変開口部２１７が、サンプル２１５と検出器２１１との間の後方散乱ビーム限定開口部として配置されることに留意されたい。後方散乱ビーム限定開口部２１７は、後方散乱電子の受け入れ角度を限定し、検出器２１１上の後方散乱粒子の画像におけるコントラストに影響を及ぼすよう使用される。開口部２１７はまた、検出器２１１上の後方散乱粒子のスポットのサイズを制御および制限するために使用することができる。

あるいは、位置感応電子検出器２１２は、中間磁気レンズ２１３上の第２の位置に配置される。検出器２１２より上には、第１のレンズシステム（図示せず）が配置され、これは、例えば、図１に示すようなマルチ電子ビーム生成器２と同じであり、図２に示すように、位置感応後方散乱荷電粒子検出器２１２が配置される中間面における離間したスポットの第１のアレイに、一次電子ビーム２３を収束する。中間磁気レンズ２１３は、一次電子ビーム２３を、検出器２１２面からサンプル２１５の表面に向けて方向づけ、すべての一次荷電粒子ビーム２３を個々のスポットの第２のアレイに収束する第２のレンズシステムの少なくとも一部である。第２のレンズシステムは、一次電子ビーム２３に対して共通の電磁気レンズを備える。中間磁気レンズ２１３および対物レンズ２１４の１つまたは複数は、電磁気レンズを備え、以下の図４および図５の説明でより詳細に説明するように、一次電子ビーム２３のアレイを光学軸２８の周りに回転させて、検出器２１２面で第１のアレイに対して、光学軸８の周りに０度より大きく、１８０度より小さな角度で、標的２１５に第２のアレイを位置づけるように配置される。

図３は、後方散乱電子を検出するためのＭＢＳＥＭにおける光学セットアップのさらなる例を示す。このセットアップでは、位置感応後方散乱電子検出器３１１は、コリメーティングレンズ３１０と収束レンズ３１３との間に配置される。加速レンズ３７およびコリメーティングレンズ３１０は、図３に示すように、位置感応後方散乱電子検出器３１１が配置される中間面における離間したスポットの第１のアレイに、一次電子ビーム３３を収束する第１のレンズシステムの少なくとも一部である。収束レンズ３１３および対物レンズ３１４は、一次電子ビーム３３を、検出器３１１面からサンプル３１５の表面に向けて方向づけ、すべての一次荷電粒子ビーム３３を個々のスポットの第２のアレイに収束する第２のレンズシステムの少なくとも一部である。収束レンズ３１３および対物レンズ３１４の１つまたは複数は、以下の図４および図５の説明でより詳細に説明するように、一次電子ビーム３３に対して共通であり、一次電子ビーム３３のアレイを光学軸３８の周りに回転させて、検出器３１１面で第１のアレイに対して、光学軸３８の周りに０度より大きく、１８０度より小さな角度で、標的３１５に第２のアレイを位置づける、電磁気レンズを備える。対物レンズ３１４では、可変開口部３１７が、サンプル３１５と検出器３１１との間に後方散乱ビーム限定開口部として配置される。

収束レンズ３１３を、一次電子ビーム３３のアレイを光学軸３８の周りに回転させるための電磁気レンズとして使用する場合、対物レンズ３１４はまた、静電レンズとすることができる。静電レンズは、光学軸３８の周りに、電子ビームの回転をもたらさないことに留意されたい。

光学軸８、２８、３８の周りを電子ビーム３、１３、３３が回転することの効果は、図４および図５で実証する。
図４は、表面がサンプルと向かい合う、位置感応後方散乱電子検出器４１１の一例の表面の模式図を示す。検出器４１１は、一次荷電粒子ビーム４２を荷電粒子源２からサンプル表面１５に向かう途中で通過させるための、孔４２のアレイを備える。検出器４１１は、荷電粒子ビーム４３が収束する中間面に、または中間面付近に、実質的に配置されるので、検出器４１１は、一次荷電粒子ビーム４３が最小になる面に配置される。したがって、検出器４１１にある孔４２は、後方散乱荷電粒子を検出するのに十分な表面領域を残すために、十分小さい。孔４２は、荷電粒子ビーム４３が、離間したスポットの第１のアレイに収束する位置に配置される。

検出器４１１と、すべての荷電粒子ビームに対して共通であり、一次ビームのアレイを光学軸４８の周りに回転させるよう配置される電磁気レンズとの間で、サンプル表面上の個々のスポットの第２のアレイの位置は、孔４２に対して、０から１８０度で、回転される。後方散乱荷電粒子はまた、同じ電磁気レンズ通り、０から１８０度の間の実質的に同じ角度で、第２のアレイに対して回転する。したがって、中間面における位置感応検出器４１１の後方散乱荷電粒子のスポット４４のアレイは、光学軸４８の周りを、０度よりも大きく、３６０度よりも小さな角度で、一次荷電粒子ビーム４３に対して回転する。この回転は、孔４２に対する後方散乱荷電粒子のスポット４４のアレイの間に空間分離をもたらし、一次ビーム４３の位置から少なくとも実質的に逸脱する位置で後方散乱荷電粒子のスポット４４のアレイを配置することを可能にする。後方散乱荷電粒子４４は、検出器の表面に衝突する場合、読み取られる信号に変換され、このデータは、保管および／またはさらなる評価のためにコンピュータに転送される。

図４における例に示すように、一次ビーム４３が最小で、一次ビーム４３が孔４２を通る面は、後方散乱荷電粒子がまた小スポット４４に収束する面付近にあるか、または面に配置される。

位置感応検出器４１１の表面は、多数のピクセルによって覆われ、検出器４１１上の後方散乱荷電粒子のスポット４４は、スポット４４の１つまたは複数が、孔４２の１つまたは複数上にない限り、検出可能である。多数のピクセル、すなわち、後方散乱スポット４４よりはるかに多いピクセルを有する位置感応検出器４１１を使用する場合、後方散乱スポット４４が、検出器４１１上に正確に行き着くことを事前に判断する必要はない。

図５は、表面がサンプルと向かい合う、位置感応後方散乱電子検出器５１１のさらなる例の表面の模式図を示す。この検出器５１１は、孔のアレイを備えない。代わりに、検出器５１１は、光学軸５８に隣接して配置され、荷電粒子光学システムの光学ビーム経路の半分を実質的にカバーする。他の半分は、検出器５１１に遮断されることなく、一次荷電粒子ビーム５３を、荷電粒子源２からサンプル表面１５に向かう途中で通過させる。

この場合も、電磁気レンズは、検出器５１１とサンプルとの間に配置され、レンズは、すべての荷電粒子ビームに対して共通であり、一次ビーム５３のアレイを、光学軸５８の周りに回転させるよう配置される。この例において、サンプル表面上の個々のスポットの第２のアレイの位置は、一次ビーム５３に対して、光学軸５８の周りを約９０度の角度で回転する。後方散乱荷電粒子はまた、同じ電磁気レンズを通り、第２のアレイに対して、同じ方向に、約９０度の実質的に同じ角度で、回転する。したがって、中間面における位置感応検出器５１１の後方散乱荷電粒子のスポット５４のアレイは、光学軸５８の周りを、約１８０度の角度で、一次荷電粒子ビーム５３に対して回転する。この回転のため、後方散乱荷電粒子のスポット５４のアレイは、検出器５１１が配置される光学ビーム経路の側に動かされる。後方散乱荷電粒子５４は、検出器５１１の表面に衝突する場合、読み取られる信号に変換され、このデータは、保管および／またはさらなる評価のためにコンピュータに転送される。

一実施形態において、位置感応後方散乱荷電粒子検出器４１１、５１１は、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ、または後方散乱荷電粒子から信号を直接取得する、アバランシェフォトダイオード、光電子増倍管もしくはＰＮ接合半導体検出器のアレイである。代替実施形態において、検出器４１１、５１１は、中間面の蛍光スクリーンと、ＣＣＤカメラなどの、光子を蛍光スクリーンから光子検出器に搬送する光学構成とを備え、それらは、オランダ国特許出願第２００９０５３号明細書でより詳細に説明され、参照により本明細書に組み込まれる。

図６は、図１に示し、上記で詳細に説明したのと本質的に同じＭＢＳＥＭを示し、後方散乱電子検出器１２が、開口レンズアレイ６と磁気集光レンズ１０との間に配置される。図６に示すようなＭＢＳＥＭは、さらに、共通交差部を備える面か、または面付近に、この場合では、可変開口部１６の直下に、少なくとも実質的に位置づけられる、位置感応二次電子検出器１７を備える。この二次電子検出器１７は、サンプル表面１５上の各単一一次電子ビームスポットの個々の二次電子画像を取得するよう配置され、後方散乱電子検出器１２は、サンプル表面１５上の各単一一次電子ビームスポットの個々の後方散乱電子画像を取得するよう配置される。これは、サンプル表面１５が、このＭＢＳＥＭ１で走査される場合に、後方散乱電子および二次電子の複数画像を、単一走査期間における同じ時点で取得することが可能であることを意味する。

要約すると、本発明は、サンプルを検査する装置および方法に関する。本装置は、一次荷電粒子ビームのアレイを生成する生成器と、光学軸を有する荷電粒子光学システムとを備える。光学システムは、すべての一次ビームを、中間面におけるスポットの第１のアレイに収束するための第１のレンズシステムと、すべての一次ビームを、サンプル表面上のスポットの第２のアレイに収束するための第２のレンズシステムとを備える。本装置は、中間面に、または中間面付近に配置された、位置感応後方散乱荷電粒子検出器を備える。第２のレンズシステムは、すべての荷電粒子ビームに対して共通である、電磁気または静電レンズを備える。第２のレンズシステムは、一次ビームのアレイを光学軸の周りに回転させ、第２のアレイを、ある角度で第１のアレイに対して位置づける、磁気レンズを備えることが好ましい。

上記の説明は、好適な実施形態の動作を示すことを意図しており、本発明の範囲を限定することを意味していないことが理解される。上記の説明から、当業者には、多くの変形が、本発明の主旨および範囲によってさらに包含されることが明らかであろう。

Claims (27)

1. サンプルの表面を検査する装置であって、
   前記装置は、一次荷電粒子ビームのアレイを生成するためのマルチビーム荷電粒子生成器と、光学軸を有する荷電粒子光学システムとを備え、前記荷電粒子光学システムは、
   中間面における離間したスポットの第１のアレイに、前記一次荷電粒子ビームを収束するための、第１のレンズシステムと、
   前記一次荷電粒子ビームを前記中間面から前記サンプル表面に導き、すべての一次荷電粒子ビームを、前記サンプル表面上の個々のスポットの第２のアレイに収束するために少なくとも前記一次荷電粒子ビームに対して共通の電磁気または静電対物レンズを備える、第２のレンズシステムと、を備え、
   前記装置は、前記中間面に、または前記中間面付近に配置される位置感応後方散乱荷電粒子検出器を備え、前記検出器は、前記一次荷電粒子ビームを通過させるための１つまたは複数の貫通開口を備え、前記第２のレンズシステムは、後方散乱荷電粒子を、前記サンプル表面上の個々のスポットの前記第２のアレイから、前記検出器上の後方散乱荷電粒子スポットのアレイに投射するよう配置される
   装置。
2. 前記１つまたは複数の貫通開口は、孔のアレイを備え、前記孔のアレイの各孔は、前記一次荷電粒子ビームのアレイの１つを通すように配置される
   請求項１に記載の装置。
3. 前記孔のアレイの前記孔の直径は、前記孔の間のピッチより、実質的に小さい
   請求項２に記載の装置。
4. 前記第２のレンズシステムは、前記中間面から前記サンプルに向かう途中、前記一次荷電粒子ビームのアレイを前記光学軸の周りに回転させ、前記第２のアレイを前記光学軸の周りに０度より大きく、好ましくは、１８０度より小さな角度で前記第１のアレイに対して位置づけるよう配置される、１つまたは複数の磁気レンズを備える
   請求項１、２、または３に記載の装置。
5. 前記１つまたは複数の磁気レンズが、前記後方散乱荷電粒子スポットのアレイを、前記第１のアレイに対して、前記光学軸の周りに、０度よりも大きく、好ましくは、３６０度よりも小さな角度で回転させるように配置される
   請求項４に記載の装置。
6. 前記１つまたは複数の磁気レンズが、前記後方散乱荷電粒子スポットのアレイを、前記第１のアレイに対して、前記光学軸の周りに、実質的に１８０度の角度で回転させるように配置され
   請求項５に記載の装置。
7. 前記検出器は、前記一次荷電粒子ビームを通すための、１つの貫通開口を備える
   請求項６に記載の装置。
8. 前記第２のレンズシステムが、前記後方散乱荷電粒子を、前記後方散乱荷電粒子の共通交差部を通って前記サンプル表面上の前記個々のスポットから、前記位置感応後方散乱荷電粒子検出器の実質的に個々のスポットに投射するように配置される
   請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
9. 開口部は、前記後方散乱荷電粒子の前記共通交差部を備える前記面に、または前記面付近に配置される
   請求項８に記載の装置。
10. 前記開口部は、開領域を備え、前記後方散乱荷電粒子がある角度方向で通過することを可能にし、一方で、他の角度方向をブロックする
    請求項９に記載の装置。
11. 前記位置感応後方散乱荷電粒子検出器は、後方散乱荷電粒子ビーム毎に２つ以上のピクセルを含む
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記位置感応後方散乱荷電粒子検出器は、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ、または後方散乱荷電粒子から信号を直接取得する、アバランシェフォトダイオード、光電子増倍管もしくはＰＮ接合半導体検出器のアレイである
    請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記位置感応後方散乱荷電粒子検出器は、前記中間面か、または前記中間面付近に、少なくとも実質的に配置される蛍光スクリーンと、前記蛍光スクリーンから、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ、またはアバランシェフォトダイオードもしくは光電子増倍管のアレイに光子を運ぶ光学構成とを備える
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
14. 前記ＣＣＤカメラ、前記ＣＭＯＳカメラ、またはアバランシェフォトダイオードもしくは光電子増倍管の前記アレイは、検出器ピクセルの前記アレイが、前記個々の後方散乱ビームの画像の前記アレイと一致するよう配置される
    請求項１３に記載の装置。
15. 前記第２のレンズシステムが、前記中間面からの離間したスポットの前記第１のアレイを、０．０１から０．２の範囲の倍率でサンプル表面上に結像するように配置される
    請求項１から１４のいずれか一項に記載の装置。
16. 前記サンプル表面上の離間したスポットの前記第２のアレイにおける前記スポットの間の前記ピッチは、０．３から３０マイクロメートルの間である
    請求項１から１５のいずれか一項に記載の装置。
17. 前記第２のレンズシステムは、共通交差部を通る前記一次荷電粒子ビームを投射するように配置され、前記装置は、前記共通交差部を備える面に、または前記共通交差部を備える面の近くに、少なくとも実質的に位置づけられる、位置感応二次電子検出器を備える
    請求項１から１６のいずれか一項に記載の装置。
18. 前記第２のレンズシステムが、前記サンプル上の前記一次荷電粒子を走査するための、磁気および／または静電荷電粒子偏向器を備える
    請求項１から１７のいずれか一項に記載の装置。
19. 前記磁気および／または静電荷電粒子偏向器は、走査中に前記検出器上の前記後方散乱荷電粒子スポットのアレイの実質的に静止した位置を取得するために、配置される、および／または制御可能である
    請求項１８に記載の装置。
20. サンプルの表面を検査する方法であって、
    前記方法は、
    マルチビーム荷電粒子生成器を使用して、一次荷電粒子ビームのアレイを生成するステップと、
    第１のレンズシステムを使用して、中間面における離間したスポットの第１のアレイに、前記一次荷電粒子を収束するステップと、
    第２のレンズシステムを使用して、一次荷電粒子ビームを前記中間面から前記サンプル表面に向けて導き、少なくとも前記一次荷電粒子ビームに対して共通である電磁気または静電対物レンズを使用して、すべての一次荷電粒子ビームを、前記サンプル表面上の個々のスポットの第２のアレイに収束するステップと、
    後方散乱荷電粒子を、前記サンプル表面上の個々のスポットの前記第２のアレイから、前記第２のレンズシステムを使用して、前記中間面上の後方散乱荷電粒子スポットのアレイに投射するステップと、
    前記中間面に、または前記中間面付近に位置づけられる位置感応後方散乱荷電粒子検出器を使用して、前記後方散乱荷電粒子を検出するステップと
    を含み、前記検出器は、前記一次荷電粒子ビームを通すための１つまたは複数の貫通開口を備える
    方法。
21. 前記第２のレンズシステムは、前記中間面から前記サンプルに向かう途中、前記一次荷電粒子ビームのアレイを前記光学軸の周りに回転させ、前記第２のアレイを、前記光学軸の周りに０度より大きく、好ましくは、１８０度より小さな角度で前記第１のアレイに対して位置づけるよう配置される１つまたは複数の磁気レンズを備える
    請求項２０に記載の方法。
22. 前記１つまたは複数の磁気レンズが配置され、前記後方散乱荷電粒子スポットのアレイを、前記第１のアレイに対して、前記光学軸の周りに、０度よりも大きく、好ましくは、３６０度よりも小さな角度で回転させる
    請求項２１に記載の方法。
23. 前記１つまたは複数の磁気レンズが配置され、前記後方散乱荷電粒子スポットのアレイを、前記第１のアレイに対して、前記光学軸の周りに、実質的に１８０度の角度で回転させる
    請求項２２に記載の方法。
24. 前記検出器は、前記一次荷電粒子ビームを通すための１つの貫通開口を備える
    請求項２３に記載の方法。
25. 前記第２のレンズシステムは、磁気および／または静電荷電粒子偏向器を備え、前記サンプル上の前記一次荷電粒子を走査する
    請求項２０から２４のいずれか一項に記載の方法。
26. 前記磁気および／または静電荷電粒子偏向器は、走査中に前記検出器上の前記後方散乱荷電粒子スポットのアレイの実質的に静止した位置を取得するために、配置される、および／または制御可能である
    請求項２５に記載の方法。
27. 前記サンプル表面が、第１の方向に一定速度で移動し、一方、前記一次荷電粒子ビームが、前記第１の方向に少なくとも実質的に垂直な第２の方向に繰り返し走査される
    請求項２５または２６に記載の方法。

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