JP2019053976A - 荷電粒子ビーム装置、荷電粒子ビーム影響装置、および荷電粒子ビーム装置を動作させる方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高いスループットの荷電粒子ビーム装置を提供する。【解決手段】荷電粒子ビーム装置１００は、光軸Ａに沿って伝播する荷電粒子ビーム１０５を生成するように構成されたビーム源１１０と、荷電粒子ビーム１０５から第１の数のビームレット１３５を生じさせるように構成された第１の数の開孔１２５を有する開孔装置１２０とを含み、第１の数は５以上であり、開孔１２５は、光軸Ａ周りで輪状線上に、輪状線の接線に対する開孔１２５の垂線が均等に隔置されるように配置される。荷電粒子ビーム装置１００は、ビームレット１３５に個々に影響を及ぼすように構成された静電多極装置をさらに含む。【選択図】図１

Description

本明細書に記載する実施形態は、荷電粒子ビーム装置に関し、詳細には、ウエハまたは他の基板などの試験品を検査し、たとえばパターン欠陥を検出するように構成された走査電子顕微鏡に関する。より詳細には、本明細書に記載する実施形態は、特に検査システムの適用分野、試験システムの適用分野、欠陥レビューまたは限界寸法設定の適用分野、表面撮像の適用分野などのための、複数の荷電粒子ビーム、たとえば電子ビームを利用するように構成された荷電粒子ビーム装置に関する。実施形態はさらに、荷電粒子ビーム影響装置および荷電粒子ビーム装置を動作させる方法に関する。

現代の半導体技術では、ナノメートルまたはさらにはナノメートル以下の規模の試験品を構造化および精査することが強く求められてきた。マイクロメートルおよびナノメートル規模のプロセス制御、検査、または構造化は、荷電粒子ビーム、たとえば電子ビームによって行われることが多く、荷電粒子ビームは、電子顕微鏡などの荷電粒子ビーム装置内で生成、成形、偏向、および集束される。検査用としては、荷電粒子ビームは、たとえば光子ビームに比べて、荷電粒子ビームの波長が光線の波長より短いため、優れた空間分解能を提供する。
走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）などの荷電粒子ビームを使用する検査装置は、それだけに限定されるものではないが、電子回路の検査、リソグラフィ用の露光システム、検出装置、欠陥検査ツール、および集積回路用の試験システムを含む複数の産業分野において、多くの役割を果たす。そのような荷電粒子ビームシステムでは、高い電流密度を有する精細なプローブを使用することができる。たとえば、ＳＥＭの場合、１次電子（ＰＥ）ビームは、試験品を撮像および分析するために使用することができる２次電子（ＳＥ）および／または後方散乱電子（ＢＳＥ）と同様に、信号粒子を生成する。
電子ビームに基づくシステムの１つの欠点は、プローブ電流が集束スポット内に制限されることである。分解能が増大（スポットサイズが減少）すると、収差を制御するために開孔角が低減されるため、プローブ電流はさらに減少する。ビーム源の輝度が高ければ高いほど、電子間の相互作用のため、プローブ電流に対して制限された改善しか提供することができない。電子ビームシステムにおける電子間の相互作用を低減するために多くの手法がなされており、たとえば、カラム長さを低減することおよび／またはカラムエネルギーをより強くすることと組み合わせて、最終入射エネルギーへの電子ビームの減速をサンプル直前に遅らせる。しかし、高い分解能で電子ビームのスループットを改善することは、ますます困難になっている。
そのような問題を解決する１つの手法は、単一のカラム内で複数のビーム（本明細書ではビームレットとも呼ぶ）を使用することである。しかし、多ビームシステムの個々のビームレットの誘導、走査、偏向、成形、補正、および／または集束は、サンプル構造をナノスケール分解能において高いスループットで迅速に走査および検査すべきであるとき、特に困難である。

したがって、サンプル構造を検査するために使用される高いスループットおよび良好な電界品質を提供する多ビームシステムとして構成された荷電粒子ビーム装置を提供することが有益であろう。特に、装置を高速ウエハ検査に適用することができるようにデータ収集率を増大させることが可能な荷電粒子ビーム装置を提供することが有益であろう。

上記に照らして、独立請求項によれば、荷電粒子ビーム装置、荷電粒子ビーム影響装置、ならびに荷電粒子ビーム装置を動作させる方法が提供される。これらの実施形態のさらなる態様、利点、および特徴は、従属請求項、説明、および添付の図面から明らかである。
本明細書に記載する１つの態様によれば、荷電粒子ビーム装置が提供される。荷電粒子ビーム装置は、光軸に沿って伝播する荷電粒子ビームを生成するように構成されたビーム源と、荷電粒子ビームから第１の数のビームレットを生じさせるように構成された第１の数の開孔を有する開孔装置であって、第１の数が５以上であり、これらの開孔が、光軸周りで輪状線上に、輪状線の接線に対する開孔の垂線が均等に隔置されるように配置される開孔装置と、ビームレットに個々に影響を及ぼすように構成された静電多極装置とを含む。

本明細書に記載するさらなる態様によれば、試験品を撮像する走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）が提供される。走査電子顕微鏡は、光軸に沿って伝播する１次電子のビームを生成するように構成されたビーム源と、荷電粒子ビームから第１の数のビームレットを生じさせるように構成された第１の数の開孔を有する開孔装置と、ビームレットに個々に影響を及ぼすように構成された静電多極装置と、均等に隔置された走査線に沿って第１の走査方向に試験品上でビームレットを走査するように構成された走査装置とを含む。開孔装置の開孔は、光軸周りで輪状線上に配置される。
本明細書に記載するさらなる態様によれば、荷電粒子ビーム影響装置が提供される。荷電粒子ビーム影響装置は、光軸に沿って伝播する荷電粒子ビームから第１の数のビームレットを生じさせるように構成された第１の数の開孔を有する開孔装置であって、第１の数が５以上であり、これらの開孔が、光軸周りで輪状線上に、輪状線の接線に対する開孔の垂線が均等に隔置されるように配置される開孔装置と、開孔装置と一体化され、ビームレットに個々に影響を及ぼすように構成された静電多極装置とを含む。

本明細書に記載するさらなる態様によれば、荷電粒子ビーム装置を動作させる方法が提供される。この方法は、光軸に沿って伝播する荷電粒子ビームを生成するステップと、第１の数のビームレットを生じさせるように、光軸周りで輪状線上に配置された第１の数の開孔を通って荷電粒子ビームを誘導するステップであって、第１の数が５以上である、誘導するステップと、ビームレットに個々に影響を及ぼすステップと、均等に隔置された走査線に沿って第１の走査方向に試験品に対してビームレットを動かすステップとを含む。
実施形態はまた、開示された方法を実施する装置を対象とし、個々の方法の動作を実行する装置部品を含む。これらの方法は、ハードウェア構成要素、適当なソフトウェアによってプログラムされたコンピュータ、これら２つの任意の組合せ、または任意の他の方法によって実行することができる。さらに、実施形態はまた、記載する装置を動作させる方法を対象とする。
本明細書に記載する実施形態と組み合わせることができるさらなる利点、特徴、態様、および詳細は、従属請求項、説明、および図面から明らかである。
本発明の上記の特徴を詳細に理解することができるように、実施形態を参照することによって、上記で簡単に要約した実施形態のより具体的な説明を得ることができる。添付の図面は、１つまたは複数の実施形態に関し、以下に説明されている。

本明細書に記載する実施形態による荷電粒子ビーム装置の概略断面図である。 本明細書に記載する実施形態による荷電粒子ビーム装置の開孔装置の概略底面図である。 本明細書に記載する実施形態による荷電粒子ビーム装置の概略断面図である。 本明細書に記載する実施形態による荷電粒子ビーム影響装置の概略底面図である。 本明細書に記載する実施形態による荷電粒子ビーム装置の概略図である。 本明細書に記載する実施形態による荷電粒子ビーム装置の概略図である。 本明細書に記載する実施形態による荷電粒子ビーム装置を動作させる方法を示す流れ図である。

様々な実施形態を次に詳細に参照する。これらの実施形態の１つまたは複数の例が図に例示されている。以下の図面の説明の範囲内で、同じ参照番号は同じ構成要素を指す。概して、個々の実施形態に対する違いについてのみ説明する。各例は、説明の目的で提供されており、限定であると意味するものではない。さらに、一実施形態の一部であると例示または説明される特徴を他の実施形態でまたは他の実施形態と組み合わせて使用して、さらなる実施形態を得ることができる。説明は、そのような修正形態および変形形態を含むことが意図される。
半導体技術は、集積回路の生産中に使用される様々なプロセスの正確な制御に依存する。たとえば、問題または欠陥の場所を特定するために、ウエハおよびマスクなどの基板を繰返し検査しなければならない。マスクが所定のパターンを正確に画定することを確実にするために、基板処理中に実際に使用する前に、マスクまたはレティクルを検査しなければならない。マイクロリソグラフィでの使用中は、マスクパターン内のいかなる欠陥も基板に伝達されるはずである。欠陥に関する基板、ウエハ、またはマスクなどの試験品の検査は、典型的には、大きい表面積を同等に短い時間内で調査することを含む。この検査は、検査プロセスによる生産スループットの低減を回避するために、可能な限り速く行われるべきである。

試験品を検査してパターン欠陥などの欠陥を検出するために、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用することができる。試験品の表面は、試験品の表面上に集束させることができる荷電粒子ビーム、たとえば電子ビームを使用して走査される。荷電粒子ビームが試験品に当たると、２次荷電粒子（たとえば、２次電子）が生成され、検出される。試験品の位置におけるパターン欠陥は、２次荷電粒子の強度信号を、たとえば試験品の同じ位置に対応する基準信号と比較することによって検出することができる。１つの荷電粒子ビームだけが走査に使用されるとき、走査はかなりの時間を要し、制限されたスループットしか得られない可能性がある。
スループットは、多ビームシステムとして構成された荷電粒子ビーム装置を提供することによって増大させることができる。多ビームシステムでは、複数の荷電粒子ビームレットが生成され、カラム内で互いに隣接して伝播し、その結果、試験品上の２つ以上のスポットを同時に検査することができる。しかし、１つのカラム内で密接した相対距離で伝播する複数のビームレットの制御、成形、および補正は困難である。本明細書に記載する実施形態によれば、高いスループットおよび高い検査精度を同時に提供する荷電粒子ビーム装置１００が提供される。
図１は、本明細書に記載する実施形態による多ビームシステムとして構成された荷電粒子ビーム装置１００の概略断面図である。

荷電粒子ビーム装置１００は、光軸Ａに沿って伝播する荷電粒子ビーム１０５を生成するように構成されたビーム源１１０を含む。ビーム源１１０は、電子ビームを生成するように構成された電子源とすることができる。荷電粒子ビーム１０５は、ビーム源１１０から試験品１０の方へ、カラムを通って、カラムの中心に位置することができる光軸に沿って伝播することができる。ビーム経路に沿ってビーム源と試験品との間には、１つまたは複数の偏向器、ビーム補正器、レンズ装置、開孔、ビーム曲げ器、および／またはビーム分離器（図１には図示せず）などの複数のビーム影響要素を配置することができる。
いくつかの実施形態では、ビーム源１１０は、たとえばスループットを増大させるために、冷電界エミッタ（ＣＦＥ）、ショットキーエミッタ、ＴＦＥ、または別の高電流電子ビーム源の少なくとも１つを含むことができる。高電流とは、１００ミリラドで１０μＡ以上、たとえば最高５ｍＡ、たとえば１００ミリラドで３０μＡ〜１００ミリラドで１ｍＡであると考えられる。典型的な実装形態によれば、電流は、たとえば±１０％の誤差で本質的に均一に分布される。本明細書に記載する他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、ビーム源は、２ｎｍ〜４０ｎｍの直径および／または５ミリラド以上、たとえば５０ミリラド〜２００ミリラドの典型的な放出半角を有することができる。

本明細書に記載する他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、大きいビーム電流を提供することが可能なＴＦＥまたは別の高輝度低減ビーム源、たとえば電子ビーム源は、放出角が増大されて最大１０μＡ〜１００μＡ、たとえば３０μＡを提供するときに輝度が最大値の２０％を超えて低下しないビーム源である。５・１０⁷Ａｍ^-2（ＳＲ）^-1Ｖ^-1の測定された低減輝度を有するショットキーまたはＴＦＥエミッタが現在利用可能であり、ＣＦＥエミッタは、最高５・１０⁹Ａｍ^-2（ＳＲ）^-1Ｖ^-1の測定された低減輝度を有する。このシステムはまた、約１・１０¹¹Ａｍ^-2（ＳＲ）^-1Ｖ^-1の低減輝度を有することができるＨｆＣなどのカーバイドエミッタとともに働くことができる。たとえば、少なくとも５・１０⁷Ａｍ^-2（ＳＲ）^-1Ｖ^-1を有するビームが有益である。
荷電粒子ビーム装置１００は、荷電粒子ビーム１０５から第１の数のビームレット１３５を生じさせるように構成された第１の数の開孔１２５を有する開孔装置１２０をさらに含み、第１の数は５以上である。言い換えれば、開孔装置１２０は、５つ以上のビームレットを生じさせるように構成された５つ以上の開孔を含む。他の実施形態では、開孔装置１２０は、８つ以上のビームレットを生じさせるように構成された８つ以上の開孔を有することができる。開孔装置１２０の開孔はそれぞれ、荷電粒子ビームから１つの荷電粒子ビームレットを生じさせるように構成することができる。

開孔装置１２０は、基板、たとえば平板を含むことができ、開孔１２５は、開口または孔として基板内に形成される。開孔１２５が形成された基板に荷電粒子ビーム１０５が当たると、荷電粒子は、基板内の開孔１２５を通って伝播して、ビームレット１３５を形成することができ、荷電粒子ビーム１０５の残りの部分は、基板によって阻止することができる。開孔装置１２０の少なくとも１つの表面、たとえばビーム源１１０の方へ向けられた開孔装置１２０の表面は、開孔装置１２０上の電荷の蓄積を低減または回避するために、導体または半導体の表面とすることができる。
図２は、開孔装置１２０をより詳細に底面図で、すなわち試験品１０から見て示す。図２に示すように、開孔装置の５つ以上の開孔は、光軸Ａ周りで輪状線１２６上に配置される。輪状線１２６は、必然的ではないが典型的には、円形の線である。したがって、開孔装置１２０を通って荷電粒子ビーム１０５を誘導することによって生成される５つ以上のビームレットは、光軸Ａから本質的に同じ距離を有することができる。ビームレットが光軸Ａから同じ距離を有するようにビームレットを生成すると、ビームレットに影響を及ぼすことで個々のビームレットの類似の収差をもたらし、したがってこれらの収差をより容易に補正することができるという利点がある。さらに、ビームレット１３５は、１つの単一対物レンズによって試験品１０上へ集束させることができ、対物レンズは、それに対応してビームレットをそれぞれ集束させる。

図１の断面図では、５つ以上のビームレットのうち２つのビームレットのみが示されている。たとえば、図１の断面図は、図２に破線で示す断面Ｃに沿って切り取ることができる。したがって、図１に示す２つの開孔は、輪状線１２６の両側に位置する図２の開孔装置１２０の第１の開孔１２１および第２の開孔１２２に対応することができる。開孔装置１２０によって生じる残りの３つ以上のビームレットは、図１に示されていない。
開孔１２５は、光軸Ａ周りで輪状線１２６上に、輪状線１２６の接線１３６に対する開孔１２５の垂線１２８が均等に隔置されるように配置される。「開孔の垂線」とは、開孔の中心と接線１３６との間の接続線であると理解することができ、接続線は接線１３６に直交している。垂線１２８は互いに平行であり、各垂線は共通の接線に直交している。２つの隣接する垂線１２８間の距離Ｄ１は、それぞれ本質的に等しい。

したがって、ビームレット１３５は、第１の数の均等に隔置された走査線に沿って第１の走査方向Ｘ（図１で垂線１２８の方向に対応する）に試験品上で走査することができる。
垂線１２８の方向は、必ずしも第１の走査方向Ｘに対応しないことに留意されたい。たとえば、開孔装置１２０と試験品１０との間に配置することができる磁気レンズ要素によって、ビームレット１３５を光軸周りで一斉に回転させることができる。光軸Ａの周りの共通の回転は、ビームレット間の相対距離を維持し、それによりビームレットは、回転後も（回転された）投影図でやはり均等に隔置される。
本明細書に記載する実施形態によれば、ビームレットが光軸Ａ周りで輪状線上に位置する多ビームシステムが提供される。光軸Ａは、カラムの中心に対応することができる。輪状線上に配置されたビームレットの第１の数が５以上である場合でも、これらのビームレットは投影図で均等に隔置され、それにより本質的に等距離の走査線に沿って第１の走査方向Ｘにビームレットを走査することができる。
５つ以上の開孔が輪状線１２６上で光軸に対して均等に隔置された角度位置で配置されていないときのみ、５つ以上のビームレットを投影図で均等に隔置することができることに留意されたい。図２に示す例では、いくつかの隣接する開孔は、開孔装置の中心に対して９０°の角度を囲むのに対して、他の隣接する開孔は、４５°の角度を囲む。しかし、投影図では、生成されるビームレット間の距離Ｄ１は本質的に等しい。同様に、図４に示す例では、第１の数が８であり（すなわち８つの開孔が８つのビームレットを生じさせる）、これらの開孔は、不均等に隔置された角度位置で配置されており、それにより投影図では、均等に隔置された走査線に沿ってビームレットの走査が可能になる。

均等に隔置されていない走査線に沿ってビームレットが走査されるとき、ある時点で、いくつかの密接したビームレットによって走査される区域は重複し、他の縞は走査されないままになる可能性があるため、スループットに損失が生じる。これにより、走査されなかった区域の走査中にいくつかのビームレットが遊休状態になる可能性があるため、スループットの損失を招く。
一方、本明細書に記載する実施形態によれば、均等に隔置された走査線に沿って、すなわち等距離の走査線に沿って、ビームレットを走査することができる。たとえばまず均等に隔置された走査線に沿って第１の走査方向Ｘにビームレットを走査し、それに続いて、試験品の所定の区域が完全に走査されるまで、ビームレットを第２の横断走査方向に動かすことによって、スループットの増大を実現することができる。ビーム線のいくつかの遊休時間を低減する、または完全に回避することができる。その後、試験品を動かしまたは移動させることができ、その際、試験品のさらなる区域をラスタ走査することができる。
いくつかの実施形態によれば、荷電粒子ビーム装置は、均等に隔置された走査線に沿って第１の走査方向Ｘに試験品１０上でビームレット１３５を走査するように構成された走査装置を含むことができる。走査装置は、第１の走査方向Ｘに直交することができる第２の横断走査方向にビームレット１３５を偏向させるように構成してもよい。

荷電粒子ビーム装置１００は、ビームレット１３５に個々に影響を及ぼすように構成された静電多極装置１５０をさらに含む。いくつかの実施形態では、静電多極装置１５０は、開孔装置１２０から下流に配置されており、ビームレット１３５に個々に影響を及ぼすように構成された複数の静電多極子１５１を含み、すなわち関連する静電多極子によって各ビームレットに影響を及ぼすことができる。
本明細書では、「ビームレットに影響を及ぼす」とは、ビームレットの偏向、成形、補正、集束、および／または視準の少なくとも１つまたは複数を行うことであると理解することができる。たとえば、静電多極装置１５０は、複数の静電偏向ユニットを含むことができ、各偏向ユニットは、ビームレット１３５のうちの１つを偏向させるように構成することができる。たとえば、静電多極装置は、複数の静電四極子または八極子を含むことができ、各静電四極子または八極子は、ビームレット１３５のうちの１つの収差を補正するように構成することができる。

静電多極装置は、ビームレットのそれぞれに個々に影響を及ぼすように構成することができる。たとえば、静電多極装置は、第１の数の静電多極子を有することができ、各静電多極子は、第１の数のビームレットのうちの１つに関連しており、それにより関連する静電多極子を介して前記ビームレットに個々に影響を及ぼすことができる。特に、静電多極装置の関連する静電多極子によって、他のビームレットとは本質的に無関係に、ビームレットのそれぞれに影響を及ぼすことができる。いくつかの実施形態では、静電多極装置１５０は、第１の数のビームレットに対応する第１の数の静電多極子１５１を有することができ、それにより他のビームレットとは無関係に、各ビームレットに影響を及ぼすことができ、第１の数は５以上である。
静電多極装置１５０は、開孔装置１２０から下流に配置される。たとえば、図１に例示的に示すように、静電多極装置１５０は、開孔装置からすぐ下流に配置することができ、すなわち開孔装置と静電多極装置との間には別のビーム影響ユニットが存在しない。いくつかの実施形態では、図３に例示的に示すように、静電多極装置１５０を開孔装置１２０に一体化することができる。

静電多極装置１５０を開孔装置１２０から下流に提供すると、開孔装置によって生じた後、ビームレットが試験品上の所定のスポットの方へ正確に伝播するように、ビームレットを偏向、集束、および／または補正することができるため、有益である。隣接するビームレット間の角度距離が等しくない場合、ビームレットが生じた後にビームレットに個々に影響を及ぼすことが特に有益である。これは、単一の静電界によってすべてのビームレットに集合的に影響を及ぼすと、ビームレットに個々に影響を及ぼす場合に比べて、偏向精度および／または補正精度が低減される可能性があるからである。したがって、ビームレットに個々に影響を及ぼすことによって、スループットをさらに増大させることができる。さらに、ビームレットに個々に影響を及ぼすように構成された静電多極装置１５０により、調整および柔軟性の選択肢が増大され、それによりビーム経路およびビーム形状をより容易かつ正確に補正および調整することができる。
いくつかの実施形態では、静電多極装置１５０の静電多極子１５１は、静電双極子、四極子、六極子、または八極子として構成することができる。静電多極装置１５０は、各ビームレット１３５に対して、１つの関連する静電双極子、四極子、六極子、または八極子を含むことができる。
静電双極子は、荷電粒子ビームレットに影響を及ぼす２つの電極を含み、２つの電極は、ビームレットの両側に配置することができる。静電双極子は、ビーム伝播方向に直交する１つの方向にビームレットを偏向させるために使用することができる。

静電四極子は、荷電粒子ビームレットに影響を及ぼす４つの電極を含み、４つの電極は、ビームレット周りで等しい角度位置で配置することができる。静電四極子は、ビーム伝播方向に直交する２つの方向にビームレットを偏向させるため、および／またはビーム収差を補正するために使用することができる。
静電八極子は、荷電粒子ビームレットに影響を及ぼす８つの電極を含み、８つの電極は、ビームレット周りで等しい角度位置で配置することができる。静電八極子は、ビームレットを様々な方向に偏向させるため、および／またはビーム収差を補正するために使用することができる。静電四極子に比べてより高次の収差を補正することができる。
静電多極子は、たとえば静電多極子の電極に対応する電位を印加することによって、ビームの集束および／または焦点ずれに使用することができる可能性もあることに留意されたい。
いくつかの実施形態では、静電多極装置１５０の静電多極子１５１は、関連する開孔から下流に、関連する開孔の中心に対して均等に隔置された角度位置でそれぞれ配置された２つ、４つ、６つ、８つ以上の電極を含む。静電多極子１５１は、それぞれ１つの関連するビームレットの個々の偏向、補正、成形、および／または集束の少なくとも１つを行うように構成することができる。

図２に示すように、２つの隣接する垂線１２８間の距離Ｄ１は、開孔の数から１を引いた値で輪状線１２６の最大直径を割った値に本質的に対応することができる。たとえば、図２に概略的に示すように、第１の数が５であるとき、２つの隣接する垂線１２８間の距離Ｄ１は、輪状線１２６の直径の４分の１に対応することができる。輪状線１２６上の開孔のそのような配置は、試験品を移動させる前に、試験品上の大きい区域、たとえば広い縞を走査することができるため、有益である。
いくつかの実施形態では、均等に隔置された走査線に沿って第１の走査方向Ｘに試験品上でビームレットを走査するように構成された走査装置を提供することができる。第１の走査方向Ｘは、典型的には、垂線の方向に応じて設定される。たとえば、走査装置は、均等に隔置された走査線に沿って第１の走査方向Ｘに交互に走査し、ビームレットを第２の横断走査方向に動かすことによって、試験品上でビームレットをラスタ走査するように構成することができる。第２の横断走査方向は、第１の走査方向に直交することができる。輪状線１２６の直径以上の幅を有する試験品の縞が完全に走査されるまで、このシーケンスを繰り返すことができる。その際、たとえば前に走査された縞の幅に対応する距離だけ、試験品を別の位置へ移動させることができる。
本明細書に記載する他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態では、静電多極装置１５０は、ビームレット１３５を偏向させるように構成することができ、それにより各ビームレットは、異なるビーム源からくるように見える。たとえば、図１に概略的に示すように、静電多極装置１５０は、ビームレットのそれぞれに対して個々の偏向器を含むことができる。特に、個々の偏向器は、静電双極子、四極子、六極子、または八極子などの静電多極子を含むことができる。複数の静電四極子または八極子を有する静電多極装置１５０を提供することで、静電四極子または八極子を集束、偏向、および補正に利用することができるため、有益となりうる。

図３は、本明細書に記載する実施形態による荷電粒子ビーム装置２００の概略断面図である。図３の荷電粒子ビーム装置２００は、図１の荷電粒子ビーム装置１００の特徴のほとんどを含むことができ、それにより上記の説明を参照することができ、ここではその説明を繰り返さない。
荷電粒子ビーム装置２００は、荷電粒子ビーム１０５を生成するビーム源１１０を含み、荷電粒子ビーム１０５は、ビーム源１１０からカラムを通って検査すべき試験品１０の方へ伝播する。荷電粒子ビーム装置２００は、荷電粒子ビーム影響装置２１０をさらに含む。
図４は、荷電粒子ビーム影響装置２１０をより詳細に底面図で、すなわち試験品１０から見て示す。荷電粒子ビーム影響装置２１０は、開孔装置２２０および静電多極装置２５０を含み、開孔装置２２０と静電多極装置２５０は一体形成することができる。言い換えれば、開孔装置２２０および静電多極装置２５０は、単一の構成要素として一体形成することができ、すなわち互いに接続もしくは固定することができ、または単一の多層基板から形成することができる。

本明細書に記載する他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態では、開孔装置２２０は、絶縁体層を含む基板２２１を含み、基板２２１上に静電多極装置２５０の静電多極子１５１が形成される。
開孔装置２２０の基板２２１内に第１の数の開孔１２５が形成され、第１の数は５以上である。図４の実施形態では、第１の数は８である。開孔１２５は、荷電粒子ビーム１０５から第１の数のビームレット１３５を生じさせるように構成される。したがって、図４の開孔装置２２０は、８つのビームレットを生じさせるように構成される。他の実施形態では、第１の数は、９以上、たとえば１０以上とすることができる。
図４に示すように、開孔１２５は、光軸Ａ周りで輪状線１２６上に、輪状線１２６の接線１３６に対する開孔１２５の垂線１２８が均等に隔置されるように配置される。したがって、投影図において隣接するビームレット間の距離Ｄ２は、それぞれ類似または同一である。距離Ｄ２は、輪状線１２６の直径を７（８から１を引いた値）で割った値にほぼ対応することができる。

したがって、均等に隔置されたまたは等距離の走査線に沿って第１の走査方向Ｘに試験品１０上でビームレット１３５を走査することが可能である。上記の説明が参照され、ここではその説明を繰り返さない。
静電多極装置２５０の静電多極子１５１は、下流、すなわち試験品１０の方を向いている基板２２１の表面上に配置することができる。したがって、開孔のうちの１つを通って伝播することによって生じたビームレットに対して、生じた直後に影響を及ぼすことができ、たとえば基板２２１上に形成することができる関連する静電多極子によって偏向、補正、および／または集束することができる。
図４に詳細に示すように、静電多極装置２５０は、第１の数の開孔１２５に対応する第１の数の静電多極子１５１、すなわち８つの四極子または八極子などの静電多極子を含むことができる。図４の例示的な実施形態では、静電多極子１５１は四極子として構成される。

静電多極子１５１は、４つ以上の電極を含むことができ、これらの電極は、基板２２１の主表面上で開孔のうちの１つ周りで、その開孔を通って伝播した後の１つのビームレットに影響を及ぼすように形成することができる。いくつかの実施形態では、４つ以上の電極はそれぞれ、開孔の中心から同じ距離で配置することができる。いくつかの実施形態では、４つ以上の電極はそれぞれ、開孔のビーム制限エッジからある半径方向距離に配置することができる。たとえば、図４に概略的に示すように、電極１５２は、第１の開孔１２１のビーム制限エッジ１５３からある半径方向距離に配置される。言い換えれば、電極１５２自体がビームレットに対するビーム制限エッジを形成するのではなく、電極１５２は、第１の開孔１２１のビーム制限エッジ１５３に対して半径方向外側に配置される。その結果、ビームレットは、電界が開孔の中心領域内の電界からずれる可能性のある静電多極子の電界のエッジ領域を通って伝播しない。開孔のビーム制限エッジ１５３は、開孔を通って伝播するビームレットの半径方向の延長を制限する。

本明細書に記載する他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、荷電粒子ビーム影響装置２１０は、基板２２１を含み、基板２２１は、ビームレットを形成するための開孔１２５を提供し、かつ静電多極装置の電極を開孔から下流で保持するように構成される。
静電多極子１５１の電極は、基板２２１の表面上に、開孔のうちの１つに対して等しく隔置された角度位置で配置することができる。基板２２１は、平板の基板、たとえば多層ウエハなどのウエハとすることができる。たとえば、基板２２１は、少なくとも１つの絶縁体層を有する多層ウエハとすることができ、絶縁体層上に電極が形成される。
本明細書に開示する他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態では、開孔は、丸いまたは円形の横断面形状を有することができる。したがって、開孔を通って広角の荷電粒子ビームを誘導することによって、丸いまたは円形の荷電粒子ビームレットを生成することができる。開孔は、１ｍｍ以下、特に５００μｍ以下、より詳細には２００μｍ以下、またはさらには１００μｍ以下の直径を有することができる。
本明細書に開示する実施形態による荷電粒子ビーム影響装置２１０の製造は、静電多極子１５１の電極のいくつかまたはすべてがシリコンまたはドープされたシリコンを含むとき、簡略化することができる。平坦な基板上に配置されたシリコン電極は、ＳＯＩ基板（絶縁体上シリコン）から小型化された形態で特に容易に形成することができる。結晶シリコンまたはドープされたシリコンの導電率は、静電多極子の電極を形成するのに十分なものとすることができる。他の実装形態では、静電多極子１５１の電極は、金属を含むことができる。さらに、他の材料系も、ＳＯＩウエハに類似の絶縁体層および半導体層を有する多層ウエハ構造を提供するのに適している可能性がある。

静電多極子１５１の電極は、それぞれの電位に接続可能になるように構成することができる。たとえば、電圧供給を提供して、各電極をそれぞれの電圧に接続することができる。いくつかの場合、各電極をそれぞれの接続線に結合して、その電極を電圧供給に接続することができる。接続線は、基板の絶縁体層内に少なくとも部分的に一体化することができる。いくつかの実施形態では、接続線は、基板２２１の表面上に少なくとも部分的に提供することができる。たとえば、電極をそれぞれの電位に接続する接続線は、電極と同じ材料から作ることができる。
いくつかの実施形態では、基板は、絶縁体層２２２を含むことができ、絶縁体層２２２上に電極が形成され、基板は、電極が形成された側に対して絶縁体層２２２の反対側に、半導体または導体材料を含むさらなる層２２３を含むことができる（図６参照）。さらなる層２２３は、荷電粒子ビーム影響装置２１０の上流側に向けることができる。さらなる層２２３は、金属または半導体、特にシリコンから作ることができる。いくつかの実装形態では、電極とさらなる層２２３の両方をシリコンから作ることができ、絶縁体層２２２は、ＳｉＯ₂またはサファイアなどの別の絶縁体を含むことができる。基板の表面上の電荷の蓄積を低減または回避することができる。たとえば、さらなる層２２３を接地電位などの電位に接続することができる。
電極は、多層基板上にマスクを施し、最初に均一である上層のいくつかの部分を除去することによって基板２２１上に形成することができ、その結果、上層の残り部分が電極を形成する。

電極は、シリコンを含むことができ、またはシリコンからなることができる。電極を製造するために、ＳＯＩウエハの上層とすることができる最初に均一であるシリコン層を部分的に除去、たとえばエッチングすることができ、その結果、シリコン層の残り部分が電極を形成する。電極は、図４に示すように、本質的に台形の形状とすることができ、開孔周りで均等に隔置された角度位置で配置することができる。本明細書に記載する他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態では、電極は、それぞれ開孔のうちの１つの周りで３０°未満、特に１５°未満の角度範囲にわたって延びることができる。
図５は、本明細書に記載する実施形態による荷電粒子ビーム装置１００の概略断面図である。荷電粒子ビーム装置１００は、図１に示す実施形態に類似のビーム源１１０、開孔装置１２０、および静電多極装置１５０を含むことができ、それにより上記の説明を参照することができ、ここではその説明を繰り返さない。
荷電粒子ビーム１０５は、ビーム源１１０によって生成され、開孔装置１２０を通って誘導される。開孔装置１２０は、荷電粒子ビームから第１の数のビームレット１３５を形成するように構成される。第１の数は５以上であるが、図５の断面図には２つのビームレット１３５のみが示されている。ビームレット１３５は、静電多極装置１５０を通って伝播する。ビームレット１３５はそれぞれ、そのビームレットに個々に影響を及ぼすように構成された静電多極装置１５０の関連する静電多極子１５１を通って伝播することができる。

たとえば、ビームレット１３５は、静電多極装置によって偏向させることができ、それにより各ビームレットは、異なるビーム源からくるように見える。別法または追加として、適当な静電多極子場を印加することによって、ビームレットのビーム収差を補正することができる。
ビームレットは、試験品の位置で生成された２次電子および／または後方散乱電子をビームレット１３５から分離するように構成されたビーム分離装置１９５を通って伝播してもよい。
第１の走査方向Ｘおよび／または第１の走査方向Ｘに直交することができる第２の横断走査方向に試験品１０上でビームレット１３５を走査する走査装置１４０を提供することができる。第１の走査方向Ｘは、図５の断面に直交することができる。５つ以上のビームレットは、第１の走査方向Ｘに延びる等距離の走査線に沿って走査することができる。

荷電粒子ビーム装置１００は、ビームレット１３５を試験品１０上へ集束させるように構成された対物レンズ１９０をさらに含むことができる。対物レンズ１９０は、磁気レンズ部分および静電レンズ部分を含む組合せ型の磁気−静電対物レンズとすることができる。
複合型の磁気−静電レンズの静電部分は、静電減速レンズとすることができる。そのような複合型の磁気−静電レンズを使用することで、ＳＥＭの場合は数百電子ボルトなどの低い入射エネルギーで優れた分解能が得られる。そのような低入射エネルギーは、特に現代の半導体産業において、放射線感受性の試験品の帯電および／または損傷を回避するのに有益である。しかし、いくつかの場合、磁気レンズのみまたは静電レンズのみを使用することもできる。
対物レンズ１９０は、ビームレットを集束させることができるだけでなく、ビームレットを光軸周りで回転させることもできる。この効果は、２次元の図面で示すことが困難であり、当業者にはこの効果がよく知られているため、図示されていない。静電多極装置の効果と対物レンズの効果とを組み合わせるため、それぞれビームレットのうちの１つに対応する複数のスポットが試験品上に生じる。

ビームレットが試験品１０の表面に当たると、これらのビームレットは、試験品の原子の原子核および電子との一連の複雑な相互作用を受ける。これらの相互作用は、異なるエネルギーの電子、Ｘ線、熱、および光などの様々な２次生成物をもたらす。これらの２次生成物の多くは、サンプルの画像の作成および追加データの収集に使用される。試験品の調査または画像形成にとって主に重要な２次生成物は、比較的低いエネルギー（１〜５０ｅＶ）において様々な角度で試験品から逃げる２次電子である。対物レンズを通って試験品から抽出される信号電子は、１次ビームレットから分離され、検出装置に到達する。
したがって、第１の数のビームレット１３５は、第１の数のスポットで試験品１０と相互作用し、それにより２次または後方散乱電子の複数のビームレットが試験品１０から放出される。
試験品１０は、少なくとも１つの方向に、たとえば第１の走査方向Ｘに直交する方向に試験品を動かすように構成された可動ステージ１１上で保持することができる。いくつかの実施形態では、可動ステージ１１は、試験品を２つ以上の方向に動かすように構成することができる。

いくつかの実施形態では、２次または後方散乱電子の複数のビームレットを第１の数のビームレット１３５から分離するために、ビーム分離装置１９５を提供することができる。２次または後方散乱電子のビームレットは、検出装置１８０の方へ誘導することができる。
いくつかの実施形態では、試験品１０から放出された２次荷電粒子および／または後方散乱荷電粒子を検出するように構成された検出装置１８０を提供することができる。検出装置１８０は、それぞれビームレット１３５のうちの１つによって生成される２次または後方散乱電子を検出するように構成された複数の区分に細分することができる。たとえば、図５に示す検出装置１８０は、第１のビームレットによって生成される２次荷電粒子を検出するように構成された第１の検出区分１８１と、第２のビームレットによって生成される２次荷電粒子を検出するように構成された第２の検出区分１８２とを含む。さらなる検出区分を提供することもできる。検出区分の数は、第１の数に対応することができ、それにより各ビームレットが、関連する検出区分を有する。

図６は、本明細書に記載する実施形態による荷電粒子ビーム装置２００の概略断面図である。荷電粒子ビーム装置２００は、図５に示す荷電粒子ビーム装置１００に本質的に対応し、それにより上記の説明を参照することができ、ここではその説明を繰り返さない。しかし、互いから空間的に分離された開孔装置および静電多極装置ではなく、図４に示す荷電粒子ビーム影響装置２１０を提供することができる。
荷電粒子ビーム影響装置２１０は、荷電粒子ビーム１０５から第１の数のビームレット１３５を生じさせるように構成された第１の数の開孔を有する開孔装置２２０と、開孔装置２２０と一体形成された静電多極装置２５０とを含む。静電多極装置２５０は、ビームレット１３５に個々に影響を及ぼすように構成された複数の静電多極子１５１を含む。
開孔１２５は、光軸Ａ周りで輪状線上に、輪状線の接線に対する開孔の垂線が均等に隔置されるように配置される。したがって、等距離の走査線に沿って第１の走査方向Ｘにビームレットを走査することができる。
荷電粒子ビーム影響装置２１０は、静電多極子１５１の電極がその上に形成された絶縁体層２２２と、導体または半導体層とすることができるさらなる層２２３とを有する基板を含むことができる。開孔１２５は、基板内に、たとえばエッチングプロセスで形成することができる。

図７は、本明細書に記載する実施形態による荷電粒子ビーム装置を動作させる方法を示す流れ図である。
ボックス７１０で、荷電粒子ビーム、特に電子ビームが生じ、光軸Ａに沿って伝播する。
ボックス７２０で、光軸周りで輪状線上に配置された第１の数の開孔を通って荷電粒子ビームを誘導することによって、第１の数のビームレットが生じ、第１の数は５以上である。
ボックス７３０で、ビームレットは、個々に影響を受け、たとえば個々に偏向、補正、集束、および／または成形される。たとえば、静電多極装置の関連する静電多極子によって、各ビームレットに影響を及ぼすことができる。
ビームレットは、静電多極装置によって偏向させることができる。追加または別法として、静電多極装置によって、ビームレットのビーム収差を補正することができる。
ボックス７４０で、ビームレットは、均等に隔置された走査線に沿って第１の走査方向Ｘに試験品に対して動かされる。

等距離の走査線に沿って第１の走査方向に、かつ第２の横断走査方向に、試験品上でビームレットを動かすことによって、試験品をラスタ走査することができる。第２の横断走査方向は、第１の走査方向に直交することができる。第１の走査方向Ｘおよび第２の横断走査方向におけるラスタ走査は、試験品の所定の区域が走査されるまで繰り返すことができる。その後、たとえば可動ステージによって、試験品を動かすことができる。
ボックス７５０で、この方法は、試験品によって放出される２次および／または後方散乱荷電粒子を検出することをさらに含むことができ、ビームレットのそれぞれによって生成される２次および／または後方散乱荷電粒子は、特に区分けされた検出装置の一区分によって個々に検出される。
上記は特有の実施形態を対象とするが、その基本的な範囲から逸脱することなく、他のさらなる実施形態を考案することができ、その範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

１０ 試験品
１１ 可動ステージ
１００ 荷電粒子ビーム装置
１０５ 荷電粒子ビーム
１１０ ビーム源
１２０ 開孔装置
１２１ 第１の開孔
１２２ 第２の開孔
１２５ 開孔
１２６ 輪状線
１２８ 垂線
１３５ ビームレット
１３６ 接線
１４０ 走査装置
１５０ 静電多極装置
１５１ 静電多極子
１５２ 電極
１５３ ビーム制限エッジ
１８０ 検出装置
１８１ 第１の検出区分
１８２ 第２の検出区分
１９０ 対物レンズ
１９５ ビーム分離装置
２００ 荷電粒子ビーム装置
２１０ 荷電粒子ビーム影響装置
２２０ 開孔装置
２２１ 基板
２２２ 絶縁体層
２２３ さらなる層
２５０ 静電多極装置
Ａ 光軸
Ｄ１ 距離
Ｄ２ 距離
Ｘ 第１の走査方向

Claims (15)

1. 光軸（Ａ）に沿って伝播する荷電粒子ビーム（１０５）を生成するように構成されたビーム源（１１０）と、
   前記荷電粒子ビーム（１０５）から第１の数のビームレット（１３５）を生じさせるように構成された第１の数の開孔（１２５）を有する開孔装置（１２０、２２０）であって、前記第１の数が５以上であり、前記開孔（１２５）が、前記光軸（Ａ）周りで輪状線（１２６）上に、前記輪状線（１２６）の接線（１３６）に対する前記開孔（１２５）の垂線（１２８）が均等に隔置されるように配置される開孔装置（１２０、２２０）と、
   前記ビームレット（１３５）に個々に影響を及ぼすように構成された静電多極装置（１５０、２５０）と
   を備える荷電粒子ビーム装置（１００）。
2. 前記静電多極装置（２５０）と前記開孔装置（２２０）が一体形成される、請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置。
3. 前記開孔装置（２２０）は、基板（２２１）を備え、前記基板（２２１）上に前記静電多極装置（２５０）の静電多極子が形成される、請求項１または２に記載の荷電粒子ビーム装置。
4. 前記静電多極装置（１５０、２５０）は、前記第１の数のビームレット（１３５）に個々に影響を及ぼすように構成された複数の静電多極子（１５１）を備える、請求項１から３までのいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置。
5. 前記静電多極装置は、複数の双極子、四極子、もしくは八極子を備え、または前記静電多極子（１５１）は、関連する開孔から下流に、前記関連する開孔の中心に対して均等に隔置された角度位置でそれぞれ配置された４つ、６つ、８つ以上の電極を備える、請求項４に記載の荷電粒子ビーム装置。
6. ２つの隣接する垂線（１２８）間の距離（Ｄ１、Ｄ２）が、前記第１の数から１を引いた値で前記輪状線（１２６）の直径を割った値に本質的に対応する、請求項１から５までのいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置。
7. 均等に隔置された走査線に沿って第１の走査方向（Ｘ）に試験品（１０）上で前記ビームレットを走査するように構成された走査装置（１４０）
   をさらに備える、請求項１から６までのいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置。
8. 前記走査装置（１４０）は、前記均等に隔置された走査線に沿って前記第１の走査方向（Ｘ）に交互に走査し、前記ビームレット（１３５）を第２の横断走査方向に動かすことによって、前記試験品（１０）上で前記ビームレット（１３５）をラスタ走査するように構成される、請求項７に記載の荷電粒子ビーム装置。
9. 前記静電多極装置（１５０、２５０）は、前記ビームレットのそれぞれに対して個々の偏向器を備える、請求項１から８までのいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置。
10. 前記ビームレット（１３５）を試験品（１０）上へ集束させるように構成された対物レンズ（１９０）と、
    前記試験品（１０）から放出された２次荷電粒子および／または後方散乱荷電粒子を検出するように構成された検出装置（１８０）と
    をさらに備える、請求項１から９までのいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置。
11. 光軸（Ａ）に沿って伝播する荷電粒子ビームから第１の数のビームレット（１３５）を生じさせるように構成された第１の数の開孔（１２５）を有する開孔装置（２２０）であって、前記第１の数が５以上であり、前記開孔（１２５）が、前記光軸（Ａ）周りで輪状線（１２６）上に、前記輪状線（１２６）の接線（１３６）に対する前記開孔（１２５）の垂線（１２８）が均等に隔置されるように配置される開孔装置（２２０）と、
    前記開孔装置（２２０）と一体化され、前記ビームレット（１３５）に個々に影響を及ぼすように構成された静電多極装置（２５０）と
    を備える荷電粒子ビーム影響装置（２１０）。
12. 光軸（Ａ）に沿って伝播する荷電粒子ビーム（１０５）を生成するステップと、
    第１の数のビームレット（１３５）を生じさせるように、前記光軸周りで輪状線（１２６）上に配置された第１の数の開孔（１２５）を通って前記荷電粒子ビームを誘導するステップであって、前記第１の数が５以上である、誘導するステップと、
    前記ビームレットに個々に影響を及ぼすステップと、
    均等に隔置された走査線に沿って第１の走査方向（Ｘ）に試験品（１０）に対して前記ビームレット（１３５）を動かすステップと
    を含む、荷電粒子ビーム装置を動作させる方法。
13. 前記試験品（１０）によって放出される２次および／または後方散乱荷電粒子を検出するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記ビームレット（１３５）によって生成される前記２次および／または後方散乱荷電粒子は、検出装置（１８０）のそれぞれの検出区分によって検出される、請求項１２に記載の方法。
15. 前記ビームレットに個々に影響を及ぼすステップが、前記ビームレットの個々の偏向、集束、および補正の少なくとも１つを含む、請求項１２から１４までのいずれか１項に記載の方法。

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