JP2021064621A - 高性能検査走査電子顕微鏡装置およびその動作方法 - Google Patents

高性能検査走査電子顕微鏡装置およびその動作方法 Download PDF

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Abstract

【課題】解像度およびスループットを向上させた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、冷電界エミッタを含む荷電粒子源１０１と、荷電粒子源と磁気コンデンサレンズ１０４との間のビーム制限開孔と、第１の内側磁極片４０１および第１の外側磁極片４０２を含む磁気コンデンサレンズであって、荷電粒子源と第１の内側磁極片との間の第１の軸方向距離６０１が約２０ｍｍ以下である、磁気コンデンサレンズと、荷電粒子ビームを１０ｋｅＶ以上のエネルギーに加速するための加速区間２０１と、第２の内側磁極片４０３および第２の外側磁極片４０４を含む磁気対物レンズ３０１であって、第２の内側磁極片と試料の表面との間の第３の軸方向距離６０２が約２０ｍｍ以下である、磁気対物レンズと、減速区間２０２と、を含む。【選択図】図２

Description

本出願の実施形態は、例えば、検査走査電子顕微鏡、試験システム用途、リソグラフィシステム用途、集積回路試験、欠陥レビュー、限界寸法測定用途などに適合された荷電粒子ビーム装置に関する。本出願の実施形態は、荷電粒子ビーム装置を動作させる方法にも関する。さらに、本出願の実施形態は、荷電粒子ビーム装置を使用する検査走査電子装置に関する。
荷電粒子ビーム装置は、製造中の半導体デバイスおよび電子回路の検査、リソグラフィのための露光システム、検出装置、欠陥検査ツール、および集積回路のための試験システムを含むが、これらに限定されない複数の産業分野で広く使用されている。半導体技術は、ナノメートルにおいて、またはサブナノメートルスケールにおいてでさえも、試料を構造化およびプロービングするための高い需要を生み出してきた。プロセス制御、検査および／または構造化は、電子顕微鏡あるいは電子ビームパターン発生器などの荷電粒子ビーム装置において生成、集束される荷電粒子ビーム、例えば、電子ビームを提供する荷電粒子装置の使用にしばしば基づいている。
走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）などの荷電粒子ビームを使用する高性能検査装置は、そのプロービング波長が光ビームの波長よりも短いため、例えば、光子ビーム装置と比較して優れた空間分解能を提供する。例えば、ＳＥＭの場合、一次電子（ＰＥ）ビームは、試料をイメージングおよび分析するために使用することができる二次電子（ＳＥ）および／または後方散乱電子（ＢＳＥ）のような粒子を生成する。特に、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）は、ウエハ上のプロセス欠陥の高スループットの高解像度イメージングに使用することができる。
従来技術のＳＥＭカラムは、高解像度の試料構造を提供することができる。ウエハ検査ＳＥＭは、ウエハなどの試料上のプロセス欠陥の高スループットの高解像度イメージングに使用することができる。多くの機器が、一次ビームを試料上に集束させるために静電レンズまたは複合電磁レンズを使用している。低いランディングエネルギーでナノメートルおよびサブナノメートル範囲の空間分解能で動作する検査装置が必要とされている。
ウエハ上の特徴が小さくなるとともに、解像度およびスループットの要件が増加する。電子光学システムに基づく高解像度イメージング装置の場合は、例えば、高解像度対高プローブ電流、大画像フィールド対小ピクセルサイズは、それぞれ、相反する考慮すべき事項である。これらの相反する要件を満たすことができる走査電子顕微鏡ＳＥＭの電子光学システムは、有益である。
上記を考慮して、請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置が提供される。さらに、請求項１２に記載の荷電粒子ビーム装置を動作させる方法が提供される。さらに、請求項１８に記載の荷電粒子ビーム装置を有する検査走査電子装置が提供される。
一実施形態によると、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、タングステン先端部を有する冷電界エミッタを含む荷電粒子源と、荷電粒子源から荷電粒子ビームを抽出するように構成された抽出電極アセンブリと、荷電粒子源と磁気コンデンサレンズとの間のビーム制限開孔と、荷電粒子ビームを平行にするように適合され、第１の内側磁極片および第１の外側磁極片を含む磁気コンデンサレンズであって、荷電粒子源と第１の内側磁極片との間の第１の軸方向距離が約２０ｍｍ以下であり、第１の軸方向距離が荷電粒子源と第１の外側磁極片との間の第２の軸方向距離よりも大きい、磁気コンデンサレンズと、荷電粒子ビームを１０ｋｅＶ以上のエネルギーに加速するための加速区間であって、磁気コンデンサレンズの場が加速区間と少なくとも部分的に重なり合う、加速区間と、第２の内側磁極片および第２の外側磁極片を含む磁気対物レンズであって、第２の内側磁極片と試料の表面との間の第３の軸方向距離が約２０ｍｍ以下であり、第３の軸方向距離が第２の外側磁極片と試料の表面との間の第４の軸方向距離よりも大きく、磁気コンデンサレンズと磁気対物レンズとの組合せ作用が荷電粒子ビームを試料の表面上に集束させる、磁気対物レンズと、荷電粒子ビームを１０ｋｅＶ以上のエネルギーから２ｋｅＶ以下のランディングエネルギーに減速させるための減速区間であって、磁気対物レンズの場が減速区間と少なくとも部分的に重なり合う、減速区間と、を含む。
別の実施形態によると、荷電粒子ビーム装置を動作させる方法が提供される。本方法は、タングステン先端部を有する冷電界エミッタを用いて荷電粒子ビームを形成する荷電粒子を生成するステップと、加速区間において荷電粒子を加速するステップと、磁気コンデンサレンズによって荷電粒子ビームを平行にするステップと、磁気コンデンサレンズと内側磁極片および外側磁極片を有する磁気対物レンズとの組合せ作用によって荷電粒子ビームを試料の表面上に集束させるステップであって、磁気対物レンズの内側磁極片と試料の表面との間の軸方向距離が約２０ｍｍ未満であり、軸方向距離が外側磁極片と試料の表面との間のさらなる軸方向距離よりも大きい、ステップと、減速区間において、荷電粒子を試料の表面でランディングエネルギーに減速させるステップと、を含む。
さらなる別の実施形態によると、検査走査電子装置が提供される。検査走査電子装置は、本開示の実施形態による荷電粒子ビーム装置を含む。
さらなる特徴および詳細は、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、上で簡単に要約された本発明のより具体的な説明を、実施形態を参照することによって得ることができる。添付の図面は、本発明の実施形態に関連するものであり、以下に説明する。
一実施形態による荷電粒子ビーム装置の原理構成の概略図である。 図１に示す荷電粒子ビーム装置によって提供される電子エネルギープロファイルを示す図である。 一実施形態による検査走査電子装置を示す図である。
一実施形態の要素は、さらに詳述することなく他の実施形態において有利に利用することができると考えられる。
ここで、本発明の様々な実施形態を詳細に参照し、そのうちの１つまたは複数の例を図に示す。図面の以下の説明の範囲内で、同じ参考番号は、同じ構成要素を指す。全体に、個々の実施形態に関しての相違点のみが記載される。各例は、本発明の説明として提供され、本発明を限定することを意味していない。さらに、一実施形態の一部として示され説明される特徴は、さらなる実施形態を生み出すために他の実施形態に関してまたは他の実施形態と併せて使用され得る。説明は、そのような変更および変形を含むことが意図されている。
以下では、一部の実施形態による荷電粒子ビーム装置またはその構成要素について説明する。本明細書に記載された実施形態は、荷電粒子を生成するように適合された荷電粒子源を含む荷電粒子ビーム装置に関する。さらに、荷電粒子源から荷電粒子を抽出し、荷電粒子ビームを形成するように適合された抽出電極が設けられている。荷電粒子ビームは、コンデンサレンズによって平行にされ、次いで、平行にされた荷電粒子ビームを対物レンズによって試料、例えば、ウエハの表面上に集束させる。対物レンズは、内側磁極片および外側磁極片を含み、内側磁極片は、内側磁極片と試料の表面との間に最大の距離を有するように設計されている。ビーム電流と解像度との相反する要件は、内側磁極片のそのような配置によって有利に提供され得ることが見出された。さらに、例えば、対物レンズは、内側磁極片の内径が内側磁極片と試料の表面との間の距離以上となるように設計されている内側磁極片を有することができる。走査視野と解像度との相反する要件は、内側磁極片のそのような配置によって有利に提供され得ることが見出された。
加えて、本明細書に記載された実施形態は、荷電粒子ビーム装置を動作させる方法に関する。本方法は、荷電粒子源において荷電粒子を生成するステップを含む。荷電粒子ビーム装置の加速区間において、荷電粒子ビームが形成され、荷電粒子が加速される。次いで、荷電粒子ビームを、内側磁極片および外側磁極片を有する対物レンズによって試料の表面上に集束させる。
本方法は、対物レンズの内側磁極片の内径が、例えば、２５ｍｍ以下、２０ｍｍ以下、特に１０ｍｍ以下となるように対物レンズを配置するステップを含む。さらに、内径は、対物レンズの内側磁極片と試料の表面との間の距離以上であってもよい。ビーム伝搬経路および荷電粒子ビームの軸に沿って下流に位置する減速区間において、荷電粒子は、試料の表面で所定のランディングエネルギーに減速する。
さらに、本明細書に記載された実施形態は、荷電粒子ビーム装置を含む走査電子装置に関し、本走査電子装置は、ウエハレビュー、限界寸法測定、または試料検査手順を行うように適合されている。
本明細書に記載されるように、荷電粒子ビームの生成に関する一部の議論および説明は、電子顕微鏡における電子に関して例示的に説明される。しかしながら、他のタイプの荷電粒子、例えば、正イオンが、様々な異なる機器の装置によって提供されてもよい。他の実施形態と組み合わせることができる本明細書に記載された実施形態によると、荷電粒子ビームは、電子ビームと呼ばれる。
本明細書で言及されるような「試料」は、半導体ウエハ、半導体加工物、およびメモリディスクなどの他の加工物などを含むが、これらに限定されない。全体に、「試料の表面」に言及する場合、この表面は、集束させた荷電粒子ビームとの相互作用が行なわれるウエハ表面であると理解される。そのため、試料は、構造化された表面、または層を堆積させた表面を含む。本明細書で言及されるような「試料ホルダ」は、試料ステージなどの機械的に固定されたまたは移動可能な装置を含むが、これに限定されない。
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる一部の実施形態によると、装置および方法は、限界寸法測定プロセスおよび欠陥レビューモニタリングのための電子ビーム検査用に構成され、またはそれに適用することができる。全体に、「ビーム電流」に言及する場合、荷電粒子のビームが所定の電荷を運ぶと理解される。荷電粒子ビーム装置は、特に、高速走査および検出、例えば電子ビーム検査システム（ＥＢＩ）に使用することができる。
図１は、一実施形態による荷電粒子ビーム装置１００の原理構成を概略的に示す。荷電粒子源１０１は、荷電粒子を生成するために設けられている。荷電粒子のビーム経路２００は、荷電粒子ビームの光軸１０６によって規定される。荷電粒子ビームは、荷電粒子源１０１の近傍に位置するコンデンサレンズ１０４によって平行にされる。光軸１０６に沿って下流に、対物レンズ３０１が配置されている。対物レンズ３０１は、試料３００の近傍に位置する。試料３００は、試料ホルダ３０３によって保持されている。対物レンズ３０１に面する試料の表面３０２は、対物レンズ３０１に対して所定の距離に位置する。本明細書に記載された実施形態によると、対物レンズ３０１は、内側磁極片４０３および外側磁極片４０４を含み、内側磁極片４０３の内径は、内側磁極片４０３と試料３００の表面３０２との間の距離以上である。
一部の実施形態によると、磁気対物レンズ、また磁気コンデンサレンズも、軸方向間隙レンズであってもよい。磁気対物レンズの内側磁極片と試料の表面との間の軸方向距離は、磁気対物レンズの外側磁極片と試料との間の軸方向距離よりも大きい。例えば、内側磁極片と外側磁極片との間の間隙は、対物レンズの光軸に沿って延在することができる。例えば、本開示の一部の実施形態によると、磁気対物レンズの内側磁極片と試料の表面との間の軸方向距離は、約２０ｍｍ未満である。
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態によると、荷電粒子源１０１は、冷電界エミッタを含むことができる。このさらなる別の修正形態によると、冷電界エミッタは、鋭い先端部などの先端部１０５を有することができるタングステン単結晶１０２を含むことができ、先端部は、トンネリングによって電界放出するように構成されている。冷電界放出源の利点は、高密度を有する荷電粒子ビームを得ることができるということである。そのような線源の仮想線源サイズは、小さい。高いビーム密度から恩恵を得ることができるようにするため、後続の光学システムは、注意深く設計されている。
図２は、図１に示す荷電粒子ビーム装置１００によって提供される電子エネルギープロファイル２０３を示す。参照番号２００は、荷電粒子源１０１から試料３００の表面３０２への荷電粒子のビーム経路を表す。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態によると、荷電粒子ビーム装置１００は、荷電粒子を所定のエネルギーに加速させるように適合された少なくとも１つの加速区間２０１、および荷電粒子を所定のランディングエネルギーに減速させるように適合された少なくとも１つの減速区間２０２を含む。電子が考慮される場合、加速区間２０１は、荷電粒子を、少なくとも１０ｋｅＶ、特に少なくとも１５ｋｅＶのエネルギーに、特に少なくとも３０ｋｅＶのエネルギーに加速させることができる。
本開示の実施形態によると、抽出電極３０７を設けることができる。抽出電極は、放射機構に抽出電界を印加するために正電圧を有することができる。冷電界エミッタの抽出の主なメカニズムは、先端部表面の表面電位障壁を介したトンネル効果である。この効果は、抽出電極３０７の抽出電界によって制御することができる。さらに、一部の実施形態によると、抽出電極は、電子を加速する。抽出電極は、加速区間２０１の一部を構成することができる。加速電極３０８は、加速区間の一部として設けることができる。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる一部の実施形態によると、加速区間は、エミッタから加速電極３０８まで延在することができる。加速電界強度は、約３ｋＶ／ｍｍ、またはそれをわずかに上回ってもよい。加速は、例えば、最大３０ｋＶとすることができる。電子は、加速電極３０８から電極３０９まで高エネルギーで進むことができる。電極は、減速区間２０２の一部として設けることができる。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる一部の実施形態によると、減速区間は、電極３０９から試料またはプロキシ電極（ｐｒｏｘｉ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）まで延在することができる。減速電界強度は、約３ｋＶ／ｍｍ、またはそれをわずかに上回ってもよい。電子は、電極３０９とプロキシ電極などのさらなる電極との間、または電極３０９と試料との間の電位差によって減速させることができる。例えば、プロキシ電極は、対物レンズと試料との間に設けることができる。減速区間および加速区間は、対物レンズおよびコンデンサレンズのそれぞれの場と重なり合ってもよい。
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態によると、コンデンサレンズ１０４は、コンデンサレンズ１０４の場が荷電粒子ビーム経路２００内部の加速区間２０１と少なくとも部分的に重なり合うように配置することができる。一部の実施形態によると、電極、例えば、抽出電極は、加速区間を提供するために荷電粒子源１０１とコンデンサレンズとの間に設けることができる。
減速区間２０２は、荷電粒子を、高エネルギーから約３ｋｅＶ以下、特に約１ｋｅＶ以下のランディングエネルギーに減速させることができる。
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態によると、対物レンズ３０１は、対物レンズ３０１の場が荷電粒子ビーム経路２００内部の減速区間２０２と少なくとも部分的に重なり合うように配置することができる。一部の実施形態によると、減速区間を提供するために対物レンズと試料支持体との間にさらなる電極が設けられてもよい。さらなる電極は、対物レンズの静電レンズ部分として作用することができる。
加速区間２０１と減速区間２０２との間では、荷電粒子のビーム経路２００に沿った荷電粒子のエネルギーは、ほぼ一定であってもよく、すなわち荷電粒子、この場合、電子のエネルギーは、３０ｋｅＶ以上などの、約１０ｋｅＶ以上のレベルにあってもよい。本開示の文脈では、所定のランディングエネルギーは、荷電粒子とウエハ構造、すなわちウエハ表面３０２にランディングする前の試料３００の表面３０２または表面領域上の構造との相互作用に適したエネルギーである。
本明細書に記載されるように、荷電粒子ビームの生成に関する一部の議論および説明は、電子に対して例示的に記載されている。この意味合いにおいて、図２は、電子のエネルギープロファイル２０３を示す。加速区間２０１では、荷電粒子のエネルギーは、低レベルから高レベルに増加し、減速区間２０２では、荷電粒子のエネルギーは、高レベルから、試料３００の表面３０２上で、荷電粒子、例えば、電子のランディングエネルギーに減少する。荷電粒子の加速および減速は、光軸１０６、すなわち荷電粒子ビームの軸とほぼ一致するビーム伝搬経路２００に沿って行なわれる。
図２に示すように、荷電粒子ビーム装置１００は、少なくとも１つのコンデンサレンズ１０４および少なくとも１つの対物レンズ３０１を含む。２つのレンズの組合せ作用は、荷電粒子源１０１から生じる荷電粒子を平行にすることによる電子ビームの形成と、試料３００の表面３０２上の特定位置への電子ビームの集束との両方を提供する。表面３０２上の特定位置における電子ビームのスポットは、所定のサイズを有することができる。さらに、試料３００の表面３０２のその位置における電子ビームの所定のプローブ電流を供給することができる。
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態によると、試料３００の表面３０２上の特定位置に電子ビームを集束させるステップは、コンデンサレンズ１０４の場と対物レンズ３０１の場との組合せ作用を提供するステップを含むことができる。特に、コンデンサレンズ１０４および対物レンズ３０１は、コンデンサレンズ１０４の場と対物レンズ３０１の場との両方の組合せ作用によって荷電粒子ビームを試料の表面上に集束させるように、互いに対して配置することができる。
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態によると、コンデンサレンズ１０４は、磁気コンデンサレンズとして設けることができる。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができるさらなる別の実施形態によると、対物レンズ３０１は、磁気対物レンズとして設けることができる。減速は、複合磁気静電対物レンズを有するようにさらなる静電レンズ構成要素として作用することができる。
さらなる別の代替形態によると、コンデンサレンズ１０４および対物レンズ３０１は、互いに対しておよび荷電粒子ビームの軸１０６に対してほぼ対称に配置することができる。コンデンサレンズ１０４および対物レンズ３０１のこの対称の配置は、荷電粒子ビーム装置１００の構成を簡略化することができるという利点を有する。
例えば、本明細書に記載された実施形態は、荷電粒子ビーム装置を提供する。本装置は、タングステン先端部を有する冷電界エミッタを含む荷電粒子源１０１と、荷電粒子源から荷電粒子ビームを抽出するように構成された抽出電極アセンブリまたは抽出電極３０７と、を含む。磁気コンデンサレンズ１０４は、荷電粒子ビームを平行にするように適合されている。コンデンサレンズは、第１の内側磁極片４０１および第１の外側磁極片４０２を含み、荷電粒子源と第１の内側磁極片との間の第１の軸方向距離６０１が約２０ｍｍ以下であり、第１の軸方向距離は、荷電粒子ビーム源と第１の外側磁極片との間の第２の軸方向距離６０３よりも大きい。磁気対物レンズ３０１は、第２の内側磁極片４０３および第２の外側磁極片４０４を含む。第２の内側磁極片と試料の表面との間の第３の軸方向距離６０２は、約２０ｍｍ以下であり、第３の軸方向距離は、第２の外側磁極片と試料の表面との間の第４の軸方向距離６０５よりも大きい。磁気コンデンサレンズと磁気対物レンズとの組合せ作用は、荷電粒子ビームを試料の表面上に集束させる。
第１の軸方向距離６０１および第３の軸方向距離６０３は、実質的に同じあってもよい。さらに、第２の軸方向距離６０３および第４の軸方向距離６０５は、実質的に同じであってもよい。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができるさらなる実施形態によると、コンデンサレンズは内側磁極片および外側磁極片を含み、内側磁極片は、内側磁極片の内径が内側磁極片とエミッタの先端部との間の距離以上になるように設計されている。
さらに、本明細書に記載された実施形態は、荷電粒子ビーム装置１００を動作させる方法に関する。本方法は、荷電粒子源１０１によって荷電粒子を生成するステップを提供する。加速区間２０１では、荷電粒子ビームが形成され、荷電粒子は、約１０ｋｅＶ以上の所定の荷電粒子エネルギーに加速される。荷電粒子ビームは、コンデンサレンズ１０４によって平行にされる。一実施形態によると、コンデンサレンズ１０４は、内側磁極片４０１および外側磁極片４０２を含む。荷電粒子ビームは、荷電粒子ビームの光軸１０６と一致することができるビーム伝搬経路２００に沿って伝播する。対物レンズ３０１の位置において、荷電粒子ビームを対物レンズ３０１によって試料３００の表面３０２上に集束させる。
対物レンズ３０１は、内径６００を有する内側磁極片４０３と、外側磁極片４０４と、を含むように設計されており、内側磁極片４０３の内径６００は、内側磁極片４０３と試料３００の表面３０２との間の距離６０２以上である。減速区間２０２では、荷電粒子は、試料３００の表面３０２で所定のランディングエネルギーに減速され、ランディングエネルギーは、約２ｋｅＶ以下、特に約１ｋｅＶ以下である。
図３は、別の実施形態による検査走査電子装置を示す。検査走査電子装置は、少なくとも１つのコンデンサレンズ１０４および少なくとも１つの対物レンズ３０１を有する荷電粒子ビーム装置１００を含む。荷電粒子ビーム装置１００は、荷電粒子、例えば、電子を生成するように適合された荷電粒子源１０１を含む。電子の線源は、冷電界放出型のものとすることができ、冷電界放出型は、荷電粒子源１０１に位置する放射面から電子の電界放出を提供する。冷電界放出型電子源は、室温近くで、または室温未満で動作させることができるという利点を有する。ここでは、主な放出メカニズムは、印加された抽出電界によって制御される表面電位障壁を介したトンネル効果である。
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態によると、荷電粒子源１０１は、単結晶１０２として設けることができる。さらなる別の修正形態によると、単結晶１０２の材料は、タングステンとすることができる。さらに、タングステン単結晶１０２として形成された荷電粒子源１０１は、荷電粒子を放出するように適合された鋭い先端部１０５を含むことができる。例えば、タングステン単結晶１０２は、鋭い先端部１０５の形態にエッチングすることができる。例えば、単結晶は、（３、１、０）配向を有することができる。
図３に示すように、抽出電極３０７は、コンデンサレンズ１０４と対物レンズ３０１との間に設けられている。抽出電極３０７は、荷電粒子源１０１から荷電粒子を抽出し、荷電粒子ビームを形成するように適合されている。電子が荷電粒子を表すと考えられる場合、線源１０１に対して正電圧が抽出電極３０７に印加され、すなわち、抽出電極は、荷電粒子源１０１の単結晶１０２の先端部１０５に対して正電位を有する。
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態によると、抽出電極は、ビーム制限開孔を含むことができ、ビーム制限開孔は、荷電粒子、例えば、電子が通過するように適合されている。
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができ、図３に例示的に示されるようなさらなる実施形態によると、ビーム制限開孔１０７は、コンデンサレンズ１０４と対物レンズ３０１との間に設けることができる。例えば、ビーム制限開孔１０７は、ビーム制限開孔１０７の中心が荷電粒子ビームの光軸１０６とほぼ一致するように配置することができる。
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態によると、荷電粒子ビームを試料３００の表面３０２上に集束させるように設計されている対物レンズ３０１は、内側磁極片４０３および外側磁極片４０４を含む。対物レンズ３０１の内側磁極片４０３は、図３の参照番号６００によって表される直径を有する。
レンズ配置の一実施形態によると、対物レンズ３０１の設計は、対物レンズ３０１の内側磁極片４０３の直径６００と、試料３００の表面３０２からの、すなわち、ウエハ面からの内側磁極片４０３の距離６０２との比が１以上になるようにすることができる。言いかえれば、対物レンズ３０１の内側磁極片４０３の内径６００は、内側磁極片４０３と試料３００の表面３０２との間の距離６０２以上にすることができる。
本明細書に記載された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ると、コンデンサレンズ１０４の設計におけるレンズ配置は、コンデンサレンズ１０４の内側磁極片４０１の直径６０４と、荷電粒子源１０１の先端部１０５からの内側磁極片４０１の距離６０１との比が１以上になるようにすることができる。
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態によると、対物レンズ３０１の内側磁極片４０３と試料３００の表面３０２との間の軸方向距離６０２は、約２５ｍｍ未満、特に、約１０ｍｍ未満とすることができる。試料３００の表面３０２に対する対物レンズ３０１のそのような配置の利点は、対物レンズ３０１の集束特性を改善することができるということである。言いかえれば、軸方向距離６０２、すなわち、試料３００の表面３０２、すなわちウエハ面に対する対物レンズ３０１の内側磁極片４０３のウエハ側距離が、対物レンズ３０１の集束特性の品質を決定することができる。
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態によると、コンデンサレンズ１０４は、内側磁極片４０１および外側磁極片４０２を含むことができる。このさらなる別の修正形態によると、荷電粒子源１０１、または荷電粒子源１０１の単結晶１０２の先端部１０５それぞれと、コンデンサレンズ１０４の内側磁極片４０１との間の軸方向距離６０１は、約２０ｍｍ未満、特に、約１０ｍｍ未満とすることができる。荷電粒子源１０１のエミッタ先端部１０５に対するコンデンサレンズ１０４のそのような配置の利点は、コンデンサレンズ１０４のコリメーション特性を改善することができるということである。言いかえれば、軸方向距離６０１、すなわち、荷電粒子源１０１の先端部１０５に対するコンデンサレンズ１０４の内側磁極片４０１の線源側の距離がコンデンサレンズ１０４のコリメーション特性の品質を決定することができる。
図３に示すように、検査走査電子装置では、荷電粒子ビーム装置１００は、走査偏向器ユニット５００を備える。走査偏向器ユニット５００は、光軸１０６に沿って伝播する荷電粒子ビームを試料３００の表面３０２を横切って走査するように適合されている。走査偏向器ユニット５００は、例えば、走査コイルまたは１対の偏向板として設けられてもよい。それによって、荷電粒子ビームは、例えば、試料表面３０２の矩形領域にわたってラスター様式で表面３０２を横切って走査され得る。
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態によると、走査偏向器ユニットは、抽出電極３０７と対物レンズ３０１との間に配置することができる。この別の修正形態によると、走査偏向器ユニット５００は、対物レンズ３０１の場の近傍に配置することができる。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態によると、走査偏向器ユニット５００によって提供される達成可能な走査視野のサイズは、対物レンズ３０１の内側磁極片４０３の直径６００と、ウエハ面３０２からの内側磁極片４０３の距離６０２との比によって決定される。この別の修正形態によると、図３に示す直径６００と距離６０２との比は、少なくとも１、特に少なくとも２である。
本明細書に記載された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ると、装置および方法は、限界寸法測定用途および欠陥レビュー用途のための電子ビーム検査システム用に構成することができ、またはそれに適用することができる。特に、本明細書に記載された実施形態による荷電粒子ビーム装置は、例えば、欠陥レビュー用途のために、集積回路を試験するために、限界寸法測定解析のために、高速走査などのために設計することができる荷電粒子ビーム検査装置として使用することができる。特に、電子が荷電粒子として使用される場合、荷電粒子ビーム検査装置は、電子ビーム検査（ＥＢＩ）装置として設計することができる。
前述の事項は、本発明の実施形態を対象としているが、本発明の他のおよびさらなる実施形態が本発明の基本的な範囲から逸脱することなく考案されてもよく、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
１００ 荷電粒子ビーム装置
１０１ 荷電粒子源、線源
１０２ タングステン単結晶
１０４ コンデンサレンズ
１０５ エミッタ先端部、鋭い先端部
１０６ 光軸
１０７ ビーム制限開孔
２００ ビーム伝搬経路、ビーム経路
２０１ 加速区間
２０２ 減速区間
２０３ 電子エネルギープロファイル
３００ 試料
３０１ 対物レンズ
３０２ ウエハ表面、表面
３０３ 試料ホルダ
３０７ 抽出電極
３０８ 加速電極
３０９ 電極
４０１ 内側磁極片
４０２ 外側磁極片
４０３ 内側磁極片
４０４ 外側磁極片
５００ 走査偏向器ユニット
６００ 内径、直径
６０１ 第１の軸方向距離
６０２ 第３の軸方向距離
６０３ 第２の軸方向距離
６０４ 直径
６０５ 第４の軸方向距離

Claims (17)

  1. タングステン先端部を有する冷電界エミッタを含む荷電粒子源と、
    前記荷電粒子源から荷電粒子ビームを抽出するように構成された抽出電極アセンブリと、
    前記荷電粒子源と磁気コンデンサレンズとの間のビーム制限開孔と、
    前記荷電粒子ビームを平行にするように適合され、第１の内側磁極片および第１の外側磁極片を含む前記磁気コンデンサレンズであって、前記荷電粒子源と前記第１の内側磁極片との間の第１の軸方向距離が約２０ｍｍ以下であり、前記第１の軸方向距離が前記荷電粒子源と前記第１の外側磁極片との間の第２の軸方向距離よりも大きい、前記磁気コンデンサレンズと、
    前記荷電粒子ビームを１０ｋｅＶ以上のエネルギーに加速するための加速区間であって、前記磁気コンデンサレンズの場が前記加速区間と少なくとも部分的に重なり合う、加速区間と、
    第２の内側磁極片および第２の外側磁極片を含む磁気対物レンズであって、前記第２の内側磁極片と試料の表面との間の第３の軸方向距離が約２０ｍｍ以下であり、前記第３の軸方向距離が前記第２の外側磁極片と前記試料の前記表面との間の第４の軸方向距離よりも大きく、前記磁気コンデンサレンズと前記磁気対物レンズとの組合せ作用が前記荷電粒子ビームを前記試料の前記表面上に集束させる、磁気対物レンズと、
    前記荷電粒子ビームを１０ｋｅＶ以上の前記エネルギーから２ｋｅＶ以下のランディングエネルギーに減速させるための減速区間であって、前記磁気対物レンズの場が前記減速区間と少なくとも部分的に重なり合う、減速区間と、
    を備える、荷電粒子ビーム装置。
  2. 前記第１の内側磁極片が第１の内径を有し、前記第１の内径が前記第１の軸方向距離以上である、請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置。
  3. 前記第２の内側磁極片が第２の内径を有し、前記第２の内径が前記第３の軸方向距離以上である、請求項１または２に記載の荷電粒子ビーム装置。
  4. 前記ビーム制限開孔が前記抽出電極アセンブリに含まれている、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. 前記磁気対物レンズが軸方向間隙レンズである、請求項１から４までのいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置。
  6. 前記荷電粒子源と前記磁気コンデンサレンズの前記第１の内側磁極片との間の前記第１の軸方向距離が約１０ｍｍ以下である、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. 前記磁気コンデンサレンズおよび前記磁気対物レンズが前記荷電粒子ビームの軸に沿って互いにほぼ対称に配置されている、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. 前記磁気対物レンズの前記第２の内側磁極片と前記試料の前記表面との間の前記第３の軸方向距離が約１０ｍｍ未満である、請求項１から７までのいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置。
  9. 前記ビーム制限開孔が、前記荷電粒子ビームを軸方向に前記ビーム制限開孔を通過させて、前記荷電粒子ビームの前記ビーム電流を低減させるように構成されている、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. 前記タングステン先端部が（３、１、０）配向を有するタングステン単結晶である、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. 前記荷電粒子ビームを前記試料の前記表面を横切って走査するように適合された走査偏向器ユニットであって、前記抽出電極と前記磁気対物レンズとの間に配置され、特に、前記磁気対物レンズの場の近傍に配置されている、走査偏向器ユニット
    をさらに備える、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置。
  12. タングステン先端部を有する冷電界エミッタを用いて荷電粒子ビームを形成する荷電粒子を生成するステップと、
    加速区間において前記荷電粒子を加速するステップと、
    磁気コンデンサレンズによって前記荷電粒子ビームを平行にするステップと、
    前記磁気コンデンサレンズと、内側磁極片および外側磁極片を有する磁気対物レンズとの組合せ作用によって前記荷電粒子ビームを試料の表面上に集束させるステップであって、前記磁気対物レンズの前記内側磁極片と前記試料の前記表面との間の軸方向距離が約２０ｍｍ未満であり、前記軸方向距離が前記外側磁極片と前記試料の前記表面との間のさらなる軸方向距離よりも大きい、ステップと、
    減速区間において、前記荷電粒子を前記試料の前記表面のランディングエネルギーに減速させるステップと、
    を含む、荷電粒子ビーム装置を動作させる方法。
  13. 前記磁気対物レンズが軸方向間隙レンズである、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記磁気コンデンサレンズの場が前記加速区間と少なくとも部分的に重なり合う、請求項１２または１３に記載の方法。
  15. 前記磁気対物レンズの場が前記減速区間と少なくとも部分的に重なり合う、請求項１２から１４までのいずれか１項に記載の方法。
  16. 前記加速区間において、前記荷電粒子が、少なくとも１０ｋｅＶ、特に少なくとも１５ｋｅＶのエネルギーに、特に少なくとも３０ｋｅＶのエネルギーに加速され、および／または前記減速区間において、前記荷電粒子が、約３ｋｅＶ以下、特に約１ｋｅＶ以下のランディングエネルギーに減速される、請求項１２から１５までのいずれか１項に記載の方法。
  17. 請求項１から１１までのいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置
    を備える走査電子装置。
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