JP2021132030A - 高さ測定用の干渉計を有する荷電粒子ビーム装置 - Google Patents

高さ測定用の干渉計を有する荷電粒子ビーム装置 Download PDF

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Abstract

【課題】高さ測定用の干渉計を有する荷電粒子ビーム装置を提供すること。【解決手段】対物レンズアセンブリにより荷電粒子ビームをサンプル上に集束させることと、反射光線を対物レンズアセンブリのボアを通して干渉計に渡すことと、干渉計によりサンプルのｚ位置を干渉計的に決定することとを含む荷電粒子ビーム装置を操作する方法が開示される。荷電粒子源を有する荷電粒子ビーム発生器を含む荷電粒子ビーム装置が開示される。荷電粒子ビームのための荷電粒子経路が、対物レンズアセンブリのボアを通ってサンプルステージの方に延びる。干渉計は、対物レンズアセンブリのボアを通過する反射光線を受け取るように構成される。【選択図】図１

Description

本明細書に記載される実施形態は、検査、欠陥検出、および／または重要な寸法取り用途（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）で使用される荷電粒子ビーム装置に関し得る。実施形態は、さらに、走査型荷電粒子ビーム装置および操作の方法に関し得る。実施形態は、さらに、サンプルの位置を測定するための干渉計を含む装置などの荷電粒子ビーム装置を操作する方法に関し得る。
荷電粒子ビーム装置には、ナノメートルスケールの特徴部をもつ半導体装置の検査などの多くの用途がある。最新の半導体技術は、集積回路の製造中に使用される様々なプロセスの正確な制御に大きく依存する。半導体ウエハは、問題を検出するために荷電粒子ビーム装置で検査することができる。欠陥に関するウエハまたはマスクの検査は、ウエハまたはマスク区域全体の調査を含むことができる。したがって、高い解像度で大きい区域を検査するという課題がある。さらに、可能的ならば、製造スループットが検査プロセスによって制限されないように、検査を迅速に正確に実行することが望ましい。
走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）が、ウエハを検査するために使用されている。ウエハの表面は、細く集束された電子ビームを使用して走査することができる。電子ビームがウエハを照射すると、二次電子および／または後方散乱電子、すなわち、信号電子が生成され、検出され得る。
半導体技術におけるウエハおよびマスクの欠陥検査は、フルウエハ／マスク用途および／またはホットスポット検査をカバーすることができる高解像度および高速検査のツールから利益を得る。電子ビームを使用して、サンプルの高解像度検査を行い、小さい欠陥を検出することができる。特に、２０ｎｍノード以降では、電子ビームベースのイメージングツールの高解像度の潜在能力が、多くの対象の欠陥を検出するために求められている。画像の形態などでのサンプル表面からのデータの迅速で正確な取得は、サンプルへの荷電粒子ビームの正確な集束によって促進される。対物レンズアセンブリとサンプルとの間に安定した集束および／または安定した作動距離を提供する方法が望ましい。
本明細書において、対物レンズアセンブリにより荷電粒子ビームをサンプル上に集束させることと、反射光線を対物レンズアセンブリのボアを通して干渉計に渡すことと、干渉計によりサンプルのｚ位置を干渉計的に決定することとを含む荷電粒子ビーム装置を操作する方法が開示される。
本明細書において、荷電粒子源を含む荷電粒子ビーム発生器と、対物レンズアセンブリのボアを通ってサンプルステージの方に延びる荷電粒子ビームのための荷電粒子経路と、対物レンズアセンブリのボアを通過する反射光線を受け取るように構成された干渉計とを含む荷電粒子ビーム装置が開示される。
実施形態は、さらに、開示された方法を実行するための器機を対象とし、記載された方法の特徴の各々を実行するための器機部分を含む。方法の特徴は、コンピュータおよび／またはコントローラなどのハードウェア構成要素を介して実行され得る。コンピュータおよび／またはコントローラは、適切なソフトウェアなどによって、構成可能であり得る、プログラム可能であり得る、構成され得る、および／またプログラムされ得る。さらに、実施形態はまた、記載された器機によって実行され得る方法を対象とする。実施形態は、器機のすべての機能を実行するための方法の特徴を含む。
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、上述で簡潔に要約されたもののより具体的な説明を得ることができる。添付の図面は実施形態に関し、以下で説明される。
本明細書で説明される実施形態による荷電粒子ビーム装置の概略図である。 本明細書で説明される実施形態による荷電粒子ビーム装置の干渉計を概略的に示す図である。 本明細書で説明される実施形態による荷電粒子ビーム装置の概略図である。 本明細書で説明される実施形態による荷電粒子ビーム装置の概略図である。 本明細書で説明される実施形態による荷電走査装置を操作する方法を示す図である。
次に、様々な実施形態が詳細に参照され、そのうちの１つまたは複数の例が図に示される。図面の以下の説明の中で、同じ参考番号は同じ構成要素を指す。個々の実施形態に関する違いが説明される。各例は、説明のために提供されており、限定を意味しない。さらに、１つの実施形態の一部として図示または説明される特徴は、さらなる実施形態をさらにもたらすために、他の実施形態で、または他の実施形態とともに使用することができる。本説明は、変更および変形を含むように意図される。
本出願の保護の範囲を限定することなく、以下において、荷電粒子ビーム装置またはその構成要素は、荷電粒子ビーム装置または「装置」と呼ぶことができ、それは、電子などの二次または後方散乱粒子を検出するための構成要素を含むことができる。実施形態は、試料画像を取得するために使用することができる電子、イオン、光子、Ｘ線、および／または他の信号の形態の二次および／または後方散乱荷電粒子を検出することができる器機および構成要素を含むことができる。本明細書で説明されるように、検出に関する議論および説明は、走査型電子顕微鏡の電子に関して例示的に説明される。他のタイプの荷電粒子、例えば、陽イオンは、様々な異なる機器における装置によって検出することができる。
本明細書で参照される「試料」または「サンプル」には、限定はしないが、半導体ウエハ、半導体ワークピース、フォトマスク、およびメモリディスクなどのような他のワークピースが含まれる。実施形態は、材料が堆積されるかまたは構造化される任意のワークピースに適用することができる。試料は、構造化されるべき表面または層が堆積される表面、端面、および一般的にはベベルを含むことができる。
本明細書では、「ｕｖ」および「紫外」は交換可能に使用される。
本明細書において、対物レンズアセンブリのターゲット距離は、アセンブリの前端面と、対物レンズアセンブリの焦点面との間の距離とすることができ、サンプルに焦点が合っているとき、サンプルのｚ位置は、対物レンズのターゲット距離にあり得る。対物レンズアセンブリの前端面は、対物レンズアセンブリの集束光学系の前端面、または対物レンズアセンブリの集束光学系の前方にある検出器もしくは他のユニットの前端面とすることができる。本明細書において、光軸は、対物レンズアセンブリの光軸を指すことができ、対物レンズアセンブリのボアの中心に置くことができる。
本明細書において、入射し次いで反射される光線の経路の可変長を指す可変長経路が説明される。可変長経路（および／または入射光線および反射光線）が、概略的に示された干渉計の境界の外部に延びるように概略的に示されている場合でさえ、可変長経路は干渉計の一部であると理解することができる。
本明細書において、同軸および／または平行光線、経路などは、幾何学的完全性からの通常の逸脱が理解されることを意図して説明される。例えば、同軸の線および／または平行光線は、最大０．２°、１°、３°、または５°の角度であり得る。
図１は、一実施形態による、走査型電子顕微鏡などの荷電粒子ビーム装置１を示す。荷電粒子ビーム装置１は、例えば、サンプル検査および／またはリソグラフィに使用することができる。装置は、電子などの荷電粒子を生成するための荷電粒子源を有する荷電粒子ビーム発生器１０２を含む。荷電粒子のビームは、発生源および加速光学系で生成することができる。荷電粒子は、経路１１１によってサンプル１５０の方に誘導される。荷電粒子ビーム１０６のための荷電粒子経路１１１は、対物レンズアセンブリ１１０のボア１１４を通ってステージ１１２の方に延びることができる。対物レンズアセンブリ１１０は、荷電粒子ビーム１０６をサンプル１５０上に集束させることができる。装置は、初期光線１６０を生成することができる光源１０５を含むことができる。初期光線１６０は、入射光線２６５をサンプル１５０に誘導することができる干渉計１３０により分割することができる。ミラー１２０は、入射光線を、対物レンズアセンブリ１１０のボア１１４などを通してサンプル１５０の方に誘導することができる。
サンプル１５０は入射光線２６５を反射し、その結果、反射光線１７０は対物レンズアセンブリ１１０のボア１１４を通過する。反射光線１７０の経路は、入射光線２６５の経路の少なくとも一部と重なり合い、および／または同軸であり得る。入射光線２６５は、特にボア１１４を通して、反射光線１７０に重ね合わされ得る。反射光線および／または入射光線は、対物レンズアセンブリ１１０の前端とサンプル１５０のｚ位置１９０との間の作動距離１９５を含む経路を進むことができる。作動距離１９５は、ステージ１１２の移動により調節可能であるなどの可変であり得る。
反射光線１７０は、特に反射光線１７０がサンプル１５０から対物レンズアセンブリ１１０のボア１１４を通過した後、干渉計１３０によって受け取ることができる。入射光線２６５および反射光線１７０の光路は、特に、サンプル１５０と干渉計１３０との間で重なり合うことができる。
図１に示された装置１は、オプションのビーム誘導アセンブリ１０８を有し、ビーム誘導アセンブリ１０８は、荷電粒子ビーム１０６と入射光線２６５とが位置合わせされるように、荷電粒子ビーム１０６に作用することができる。例えば、ミラー１２０は、ボア１１４の中心を通してなど、対物レンズアセンブリ１１０の光軸０に沿って入射光線を直接誘導することができる。図１に示されるように、荷電粒子ビーム１０６は、ミラー１２０との交差を避けるように伝搬することができる。
ビーム誘導アセンブリ１０８は、荷電粒子を、対物レンズアセンブリ１１０の光軸０に直接沿って、および／またはボア１１４の中心を通ってなど、対物レンズアセンブリ１１０のボア１１４を通過するように誘導することができる。
オプションとして、ビーム誘導アセンブリ１０８を通過する前、荷電粒子ビーム１０６は、対物レンズアセンブリ１１０の光軸０と並行に伝搬する。ビーム誘導アセンブリ１０８は、ビーム１０６が入射光線２６５と並んで伝搬するとき、荷電粒子ビーム１０６を傾斜させることができ、その結果、荷電粒子ビーム１０６は、対物レンズアセンブリ１１０の光軸０に対してある角度で伝搬する。入射光線２６５は、対物レンズアセンブリ１１０において荷電粒子ビーム１０６と重なり合うことができる。ビーム誘導アセンブリ１０８に加えて、任意の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、荷電粒子ビーム１０６をラスタ走査および／またはオフセットするために使用することができるビームスキャナが存在しもよい。
図１に示されるように、ミラー１２０は、ビーム誘導アセンブリ１０８の上流に配置することができる。ミラー１２０は、ビーム発生器１０２とビーム誘導アセンブリ１０８との間に配置することができる。ミラー１２０は、光線と荷電粒子ビーム１０６との位置合わせを支援することなどのために調節可能にすることができる。入射光線２６５は、ボア１１４を通って伝搬するように位置合わせすることができる。
サンプル１５０において、荷電粒子ビーム１０６と入射光線２６５は、互いに１ｍｍ以内にあり得る。代替として／追加として、ビームは、重なり合う、例えば、同じスポットに当たることなどができる。
対物レンズアセンブリ１１０は、荷電粒子ビーム１０６をサンプル１５０上に集束させること、および／またはイメージングおよび／または検出のためにサンプル１５０からの電子を収集することができる。対物レンズアセンブリ１１０は、荷電粒子のための集束光学系１１９を含むことができ、オプションとして、荷電粒子検出器１８０を含むことができる。オプションの荷電粒子検出器１８０は、対物レンズアセンブリ１１０の前端にあり得る。荷電粒子検出器１８０は、荷電粒子、例えば、入射光線２６５によって生成された光電子、および／またはサンプル１５０の表面からの一次または二次散乱荷電粒子（例えば電子）を検出することができる。
荷電粒子ビーム１０６の荷電粒子は、対物レンズアセンブリ１１０のボア１１４を通過することができる。ボア１１４（直径が、約１ｍｍもしくは２ｍｍ、または１ｍｍ〜２０ｍｍもしくは１ｍｍ〜５ｍｍ、例えば、約５ｍｍ、１０ｍｍ、もしくは２０ｍｍなどとすることができる）は、入射光線２６５および／または反射光線１７０を通すこともできる。対物レンズアセンブリ１１０は、荷電粒子の経路を実質的に再誘導することができる。対物レンズアセンブリ１１０は、入射および／または反射光線１７０の経路にほとんどまたはまったく影響を及ぼさなくすることができる。入射光線２６５は、サンプル１５０に当たって、反射光線１７０を生成し、反射光線１７０は干渉計１３０に到達することができる。
図２は、一実施形態による、荷電粒子ビーム装置１内の干渉計１３０を示す。装置１は、プロセッサ２４０を含むことができ、プロセッサ２４０は、干渉計１３０からの出力に基づいて、サンプル１５０のｚ位置１９０、および／または対物レンズアセンブリ１１０の前端とサンプル１５０との間の作動距離１９５を決定することができる。プロセッサ２４０は、干渉計１３０に、例えば、それの検出器２１０などに通信可能に結合され得る。プロセッサ２４０は、検出器出力に基づいて、ｚ位置１９０および／または作動距離１９５を決定することができる。代替として／追加として、プロセッサ２４０は、ステージ１１２の別の位置センサ、例えば、容量性高さセンサなどに結合されてもよい。ステージ１１２は、ｘ、ｙ、および／またはｚ位置用の容量性センサを有することができ、容量性センサは、ｚ位置の干渉計による決定を増強することができるプロセッサ２４０は、ｘ、ｙ、および／またはｚ位置用の容量性センサ、および／またはステージ１１２をｘ、ｙ、および／またはｚの方に移動させる１つまたは複数のアクチュエータに結合することができる。
ｚ位置１９０および／または作動距離１９５の干渉計による決定は、荷電粒子ビーム１０６のより正確な集束を可能にし、および／またはサンプル焦点の安定性を改善することができる。干渉計による決定は、例えば、測定が最終的に入射光の波長、例えば、レーザ波長に基づくことができるので、較正を必要としない絶対および／または相対位置測定を可能にすることができる。
プロセッサ２４０は、作動距離１９５を対物レンズアセンブリ１１０のターゲット距離１９９と比較することができる。プロセッサ２４０は、サンプル１５０のｚ位置１９０を、ｚ位置１９０、作動距離１９５、およびターゲット距離１９９のうちの少なくとも１つに基づいて調節することができる。対物レンズアセンブリ１１０の前端は、対物レンズアセンブリ１１０の前端にある荷電粒子検出器１８０の前端とすることができる。
干渉計１３０は、初期光線１６０から、入射光線２６５および参照光線２８０を生成するためのビームスプリッタ２２２を含むことができる。干渉計、特に、その検出器２１０は、反射光線１７０および参照光線２８０を含む重ね合わされた光線２７０からの光を受け取ることができる。重ね合わされた光線２７０の検出は、サンプル１５０のｚ位置１９０、および／または対物レンズアセンブリ１１０とサンプル１５０との間の作動距離１９５の決定を可能にすることができる。重ね合わされた光線２７０は、例えば、ビームスプリッタ２２２または第２のビームスプリッタにおいて形成され得る。
一実施形態では、ボア１１４を含むことができ、ボア１１４とサンプル１５０との間を延びることができ、可変長とすることができる経路に沿って、入射光線２６５および反射光線１７０は伝搬する。可変長経路は、対物レンズアセンブリ１１０の前端とサンプル１５０のｚ位置１９０との間の作動距離１９５を含むことができる。可変長経路は、サンプルのｚ位置１９０に応じて変化することができる。可変長経路および荷電粒子経路の一部分は共有され得る。そのような共有経路は、サンプルに向かって対物レンズを通過する経路を含むことができる。共有経路は、対物レンズアセンブリの光軸に沿うことができ、共有経路は、光軸と同軸にすることができる。
参照光線２８０は、干渉計１３０、例えばマイケルソン干渉計のアームに沿って伝搬することができ、アームは、オプションとして、検出器２１０の方に参照光線２８０を反射するための参照ミラー２９０を有する。アームは、ビームスプリッタ２２２と参照ミラー２９０との間を延びることができる。
光線のうちの少なくとも１つ、例えば、初期光線１６０、入射光線２６５、反射光線１７０、参照光線２８０、および重ね合わされた光線２７０のうちの少なくとも１つを変調することが可能である。変調器は、音響光学変調器、チョッパ、および／または参照ミラー２９０などの振動ミラーとすることができる。代替として／追加として、光源１０５が、プロセッサ２４０によって制御され得る変調器を含むことができる。変調は、信号対雑音比を改善し、および／またはサンプル速度の決定を可能にすることができる。代替として／追加として、変調は、ヘテロダイニングを可能にすることができる。例えば、変調は、速度測定を可能にすることができる。レーザ速度計測は、較正を必要としない可能性があり、それは有利であり得る。
光源１０５は、サンプルに当たる（例えば、入射光線２６５として）ことによって、光電子および／または電荷キャリアを生成するのに十分および／または適切であり得る。光源は、サンプルによって部分的に吸収され得る。入射光線２６５がサンプル１５０に当たるとき、電荷キャリアと反射光線１７０を同時に生成することは望ましいことがある。例えば、光源１０５は紫外レーザである。光源は、サンプルのバンドギャップを上回る、例えば、シリコンのバンドギャップを上回ることができる。光源は、サンプルの仕事関数を上回る、例えば、シリコンの仕事関数を上回ることができる。生成される初期光線１６０は、可視レーザおよび／または赤外レーザからのものであってもよい。他の用途では、特に、サンプルのバンドギャップ未満のレーザ波長、例えば、赤外レーザを使用して反射光線１７０を生成することが望ましいことがある、赤外レーザは、電荷キャリアおよび光電子を生成しないようにすることができる。
光源１０５に加えて、第２の光源を使用することも可能である。光源１０５は、入射光線２６５と、間接的に反射光線１７０とを生成することができる。第２の光源は、励起光線を生成することができ、励起光線は、ボアを通る入射光線２６５と同軸にすることができる。励起光線は、サンプルによる吸収によって電荷キャリアおよび／または光電子を生成することができ、一方、光源１０５は、バンドギャップ未満とし、キャリアおよび／または光電子を生成させないようにできる。サンプル１５０での第１および第２の光線のそれぞれの中心は、例えばサンプルに当たる励起光線が対物レンズアセンブリ１１０の焦点に位置合わせされるようにオフセットされてもよい。
一実施形態では、ビーム誘導アセンブリ１０８は、荷電粒子ビーム１０６を、対物レンズアセンブリ１１０のボア１１４を通る入射光線２６５の光路に重ね合わされるように誘導することができる。
図３は、一実施形態による、荷電粒子ビーム装置１を示し、荷電粒子ビーム装置１は、ビーム誘導アセンブリ１０８の第１のビームベンダ３８１および第２のビームベンダ３８２をもつビーム誘導アセンブリ１０８を含む。装置１は、複数のビームベンダを有することができる。ミラー１２０は、図示のように、ビーム誘導アセンブリ１０８の上流にあり得る。ミラー１２０は、ビームベンダ間にあってもよい。荷電粒子経路１１１は、ミラー１２０のところで入射光線２６５と平行にすることができる。第１のビームベンダ３８１は、ビーム１０６が入射光線２６５と並んで伝搬するとき、荷電粒子ビーム１０６を傾斜させることができる。荷電粒子ビーム１０６は、荷電粒子ビーム１０６が第１のビームベンダ３８１を通過した後などに、対物レンズアセンブリ１１０の光軸に対してある角度で伝搬することができる。
荷電粒子ビームは、続いて、第１のビームベンダ３８１の下流にある第２のビームベンダ３８２により修正され得る。荷電粒子ビーム１０６は、第２のビームベンダ３８２を通過した後、対物レンズアセンブリ１１０の光軸と同軸に伝搬することができる。オプションとして、入射光線２６５は、第２のビームベンダ３８２を通過した後、対物レンズアセンブリ１１０の光軸と同軸である。
代替として／追加として、ミラー１２０、例えば光線ミラー（ｂｅａｍ ｍｉｒｒｏｒ）は、第１のビームベンダ３８１と第２のビームベンダ３８２との間にあってもよい。
図４は、一実施形態による、荷電粒子ビーム装置１を示し、荷電粒子ビーム装置１は、ビーム誘導アセンブリ１０８の第１のビームベンダ３８１および第２のビームベンダ３８２をもつビーム誘導アセンブリ１０８を含む。図４に示された実施形態は、さらに、ビームオフセットアセンブリ４８０を示し、ビームオフセットアセンブリ４８０は第３のビームベンダ４８１と第４のビームベンダ４８２とを有することができる。ビームオフセットアセンブリ４８０は、荷電粒子ビーム１０６に作用して、ビーム１０６を、入射光線２６５および／または対物レンズアセンブリ１１０の光軸０と平行にさせながら、同軸であることから横方向に（ｘおよび／またはｙ方向に）変位させることができる。
ミラー１２０は、オフセットアセンブリ４８０とビーム誘導アセンブリ１０８との間に位置させることができる。荷電粒子ビーム１０６がビームオフセットアセンブリ４８０に達する前、荷電粒子ビーム１０６は、対物レンズアセンブリ１１０の光軸０と実質的におよび／または名目上同軸にすることができる。
オフセットアセンブリ４８０は、荷電粒子ビーム１０６を、ビーム１０６が対物レンズアセンブリ１１０の光軸０と平行で非同軸に伝搬するようにオフセットさせることができる。例えば、荷電粒子ビーム１０６は、荷電粒子ビーム１０６が対物レンズアセンブリ１１０の光軸０に対してある角度で伝搬するように第３のビームベンダ４８１により傾斜され、荷電粒子ビーム１０６は、続いて、第３のビームベンダ４８１の下流にある第４のビームベンダ４８２により修正され得る。ミラー１２０のところで、荷電粒子ビーム１０６は、対物レンズアセンブリ１１０の光軸０と平行であり、対物レンズアセンブリ１１０の光軸０からオフセットされ得る。
オフセットアセンブリ４８０は、荷電粒子ビーム１０６のより良好な制御を可能にし、および／または入射光線２６５とのより容易な位置合わせを可能にすることができる。入射光線２６５がサンプル１５０に当たるサンプルのスポットに荷電粒子ビーム１０６を照射させることが望ましい可能性がある。荷電粒子ビーム１０６によって照射されるスポットは、サンプル１５０における入射光線２６５のビームウェストよりも小さくてもよい。代替として／追加として、荷電粒子ビーム１０６は、サンプル１５０おいて入射光線２６５から変位したスポットを照射することができる。代替として／追加として、荷電粒子ビーム１０６は、サンプル１５０上の入射光線２６５の焦点から１ｍｍ以内のスポットを照射することができる。
ビームオフセットアセンブリ４８０および／またはビーム誘導アセンブリ１０８に加えて、装置１は、サンプル１５０の全体にわたって荷電粒子ビーム１０６をラスタ走査するためのスキャナを含むことができる。
任意の他の実施形態と組み合わせることができ、オフセットアセンブリの２つのビームベンダおよびビーム誘導アセンブリの２つのビームベンダ（図４に示されているような）と、ラスタ走査のためのオプションのビームスキャナとが存在する一実施形態が想定される。
図５は、本明細書で説明される一実施形態による荷電走査装置を操作する方法５００を示す。この方法は、対物レンズアセンブリにより荷電粒子ビームをサンプル上に集束させること（操作５１０を参照）と、反射光線を対物レンズアセンブリのボアを通して干渉計に渡すこと（操作５２０を参照）と、干渉計によりサンプルのｚ位置を干渉計的に決定すること（操作５３０を参照）とを含むことができる。
例として、以下の特に列挙された実施形態が、本明細書により開示される。
実施形態１。
対物レンズアセンブリ（１１０）により荷電粒子ビーム（１０６）をサンプル上に集束させること（５１０）と、
反射光線（１７０）を対物レンズアセンブリ（１１０）のボア（１１４）を通して干渉計（１３０）に渡すこと（５２０）と、
干渉計（１３０）によりサンプル（１５０）のｚ位置（１９０）を干渉計的に決定すること（５３０）と
を含む、荷電粒子ビーム装置（１）を操作する方法（５００）。
実施形態２。
対物レンズアセンブリ（１１０）のボア（１１４）に入射光線（２６５）を通すことと、
入射光線（２６５）をサンプルから反射させることによって反射光線（１７０）を生成することと、オプションとして、
入射光線がサンプルに当たるサンプルのスポットを照射するように荷電粒子ビームを誘導することであり、オプションとして、スポットが、サンプルにおける入射光のビームウェストよりも小さい、誘導することと、オプションとして、
荷電粒子ビームをサンプルのスポットの１ｍｍ以内に誘導すること
をさらに含む、任意の先の列挙された実施形態に記載の荷電粒子ビーム装置を操作する方法。
実施形態３。
対物レンズアセンブリの前端とサンプル（１５０）の表面との間の作動距離（１９５）をサンプルのｚ位置（１９０）に基づいて決定することと、オプションとして、
作動距離（１９５）を対物レンズアセンブリ（１１０）のターゲット距離（１９９）と比較することと、オプションとして
サンプルのｚ位置を、ｚ位置、作動距離、およびターゲット距離のうちの少なくとも１つに基づいて調節することと
をさらに含み、
オプションとして、対物レンズアセンブリの前端が、対物レンズアセンブリの前端にある荷電粒子検出器の前端である、任意の先の列挙された実施形態に記載の荷電粒子ビーム装置を操作する方法。
実施形態４。
検出器（２１０）により反射光線（１７０）および参照光線（２８０）を検出すること
をさらに含み、
サンプル（１５０）のｚ位置（１９０）を干渉計的に決定するために検出される重ね合わされた光線（２７０）を形成するように反射光線（１７０）と参照光線（２８０）とを重ね合わせること
をさらにオプションとして含む、任意の先の列挙された実施形態に記載の荷電粒子ビーム装置を操作する方法。
実施形態５。
レーザなどの光源（１０５）により初期光線（１６０）を作り出すことと、
ビームスプリッタ（２２２）などにより、入射光線（２６５）と参照光線とを形成するために光線を分割することと、
ミラー（１２０）により入射光線（２６５）を対物レンズアセンブリの方に、オプションとしてボア（１１４）の中心を通して誘導することと
をさらに含み、
ミラーが、オプションとして、ビーム誘導アセンブリのビームベンダ間に配置され、オプションとして、
入射光線（２６５）が、対物レンズアセンブリ内で粒子ビーム（１０６）と重なり合い、オプションとして、
入射光線（２６５）と粒子ビーム（１０６）とは、対物レンズアセンブリを通って、対物レンズアセンブリ（１１０）の光軸に沿って同軸で伝搬し、オプションとして、
ミラーは、位置合わせのために調節可能である、任意の先の列挙された実施形態に記載の荷電粒子ビーム装置を操作する方法。
実施形態６。
荷電粒子源により荷電粒子を生成することと、
荷電粒子から荷電粒子ビーム（１０６）を生成することと、
ビーム誘導アセンブリ（１０８）により対物レンズアセンブリ（１１０）のボア（１１４）を通過するように荷電粒子を誘導することと、
オプションとして、ビーム誘導アセンブリ（１０８）により、対物レンズアセンブリ（１１０）のボア（１１４）を通って入射光線（２６５）と同軸に伝搬するように荷電粒子ビーム（１０６）を誘導することと
をさらに含み、その上オプションとして、
ビーム誘導アセンブリ（１０８）の第１のビームベンダ（３８１）および第２のビームベンダ（３８２）により荷電粒子ビームを誘導すること
を含み、オプションとして、
ミラー（１２０）が、ビーム誘導アセンブリ（１０８）の上流にあるか、または第１のビームベンダ（３８１）と第２のビームベンダ（３８２）との間にある、任意の先の列挙された実施形態に記載の荷電粒子ビーム装置を操作する方法。
実施形態７。
荷電粒子ビームが対物レンズアセンブリ（１１０）のボアを通る入射光線の光路に重ね合わされるように、ビーム誘導アセンブリ（１０８）などにより荷電粒子ビームを誘導すること
をさらに含む、任意の先の列挙された実施形態に記載の荷電粒子ビーム装置を操作する方法。
実施形態８。
ビーム誘導アセンブリ（１０８）を通過する前、荷電粒子ビームが、対物レンズアセンブリ（１１０）の光軸と平行に伝搬し、
荷電粒子ビーム（１０６）を誘導することが、ビーム誘導アセンブリ（１０８）を用いて前記荷電粒子ビームに作用することを含み、前記作用することが、
荷電粒子ビーム（１０６）が対物レンズアセンブリ（１１０）の光軸に対してある角度で伝搬するように、荷電粒子ビーム（１０６）が入射光線（２６５）と並んで伝搬するとき、ビーム誘導アセンブリ（１０８）の第１のビームベンダ（３８１）により荷電粒子ビーム（１０６）を傾斜させること、オプションとして、
荷電粒子ビーム（１０６）が対物レンズアセンブリ（１１０）の光軸と同軸に伝搬するように、第１のビームベンダ（３８１）の下流にある第２のビームベンダ（３８２）により荷電粒子ビームを修正すること
を含み、オプションとして、
入射光線（２６５）が対物レンズアセンブリ（１１０）の光軸と同軸である、任意の先の列挙された実施形態に記載の荷電粒子ビーム装置を操作する方法。
実施形態９。
荷電粒子ビームが対物レンズアセンブリの光軸と平行で非同軸に伝搬するように、オフセットアセンブリ（４８０）により荷電粒子ビームをオフセットさせること
をさらに含み、オフセットさせることが、オプションとして、
荷電粒子ビーム（１０６）が対物レンズアセンブリ（１１０）の光軸に対してある角度で伝搬するように、第３のビームベンダ（４８１）により荷電粒子ビーム（１０６）を傾斜させることと、
荷電粒子ビーム（１０６）が対物レンズアセンブリ（１１０）の光軸と同軸に伝搬し、対物レンズアセンブリの光軸からオフセットするように、第３のビームベンダ（４８１）の下流にある第４のビームベンダ（４８２）により荷電粒子ビームを修正することと
を含み、オプションとして、
ミラー（１２０）が、オフセットアセンブリ（４８０）とビーム誘導アセンブリ（１０８）との間にある、列挙された実施形態８に記載の荷電粒子ビーム装置を操作する方法。
実施形態１０。
初期光線、入射光線、反射光線、参照光線、参照ミラーの位置、およびステージの位置のうちの少なくとも１つを変調すること、オプションとして、音響光学変調器および／または震動参照ミラーにより変調すること
をさらに含む、任意の先行する列挙された実施形態に記載の荷電粒子ビーム装置を操作する方法。
実施形態１１。
光線をサンプルに当てることによって光電子および／または電荷キャリアを生成すること
をさらに含む、任意の先行する列挙された実施形態に記載の荷電粒子ビーム装置を操作する方法。
実施形態１２。
ＵＶ、可視、または赤外レーザなどのレーザにより初期光線を生成すること
をさらに含む、任意の先行する列挙された実施形態に記載の荷電粒子ビーム装置を操作する方法。
実施形態１３。
荷電粒子源を含む荷電粒子ビーム発生器（１０２）と、
対物レンズアセンブリのボア（１１４）を通ってステージ（１１２）の方に延びる荷電粒子ビーム（１０６）のための荷電粒子経路（１１１）と、
対物レンズアセンブリ（１１０）のボア（１１４）を通過する反射光線（１７０）を受け取るように構成された干渉計（１３０）と
を含む荷電粒子ビーム装置（１）。
実施形態１４。
干渉計（１３０）からの出力に基づいてサンプル（１５０）のｚ位置を決定するためのプロセッサ（２４０）と、
サンプルの方に、ボアの中心を通って、オプションとして、対物レンズアセンブリの光軸と同軸に入射光線を誘導するように構成されたミラーと
をさらに含み、
ミラーがオプションとして調節可能であり、
対物レンズアセンブリの光軸がボアの中心を通過する、列挙された実施形態１３に記載の荷電粒子ビーム装置（１）。
実施形態１５。
初期光線を生成するための光源
をさらに含み、
干渉計（１１３）が、
初期光線から、入射光線および参照光線を生成するためのビームスプリッタと、
反射光線および参照光線を含む重ね合わされた光線からの光を受け取るように構成された検出器と、
入射光線および反射光線のための可変長経路であり、ボアを通って延びる、可変長経路と
を含み、
可変長経路がサンプルのｚ位置に応じて変化し、オプションとして、
共有経路が、サンプルの方に対物レンズアセンブリを通過する可変長経路および荷電粒子経路の一部であり、オプションとして、
共有経路が、対物レンズアセンブリの光軸に沿っており、共有経路が、光軸と同軸であり、オプションとして、
参照光線が、マイケルソン干渉計のアームに沿って伝搬し、アームが、オプションとして、検出器の方に参照光線を反射するための参照ミラーを有する、列挙された実施形態１３または１４に記載の荷電粒子ビーム装置（１）。
実施形態１６。
初期光線、入射光線、反射光線、参照光線、および重ね合わされたビームのうちの少なくとも１つを変調するための変調器であり、変調器が、オプションとして、音響光学変調器、チョッパ、または参照ミラーなどの振動ミラーである、変調器
をさらに含む、列挙された実施形態１３〜１５のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置（１）。
実施形態１７。
第１のビームベンダおよび第２のビームベンダをオプションとして含むビーム誘導アセンブリ（１０８）と、オプションとして、
第３のビームベンダおよび第４のビームベンダをオプションとして含むビームオフセットアセンブリと
をさらに含み、
ミラーが第１のビームベンダと第２のビームベンダとの間に配置されるか、またはミラーがビームオフセットアセンブリとビーム誘導アセンブリとの間に配置される、列挙された実施形態１３〜１６のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置（１）。
実施形態１８。
光源が、赤外レーザ、ｕｖレーザ、または可視レーザなどのレーザであり、
レーザ波長が、オプションとして、サンプルのバンドギャップ未満であるか、またはオプションとして、サンプルの仕事関数を上回るなどのサンプルのバンドギャップを上回り、
例えば、レーザ波長が、シリコンにおいて電荷キャリアを作り出すのに十分であり、オプションとして、
レーザが光電子を作り出すのに十分である、列挙された実施形態１５〜１７のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置（１）。
実施形態１９。
ボアを通る入射光線と同軸にすることができ、サンプルによる吸収によって電荷キャリアおよび／または光電子を生成することができる励起光線を生成する第２の光源
をさらに含む、列挙された実施形態１３〜１８のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置（１）。
前述は、開示された装置および操作の方法の実施形態に関するが、本開示の実施形態の他のおよびさらなる実施形態は、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく考案することができ、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲によって決定される。
０ 対物レンズアセンブリの光軸
１ 荷電粒子ビーム装置
１０２ 荷電粒子ビーム発生器
１０５ 光源
１０６ 荷電粒子ビーム
１０６ 粒子ビーム
１０８ ビーム誘導アセンブリ
１１０ 対物レンズアセンブリ
１１１ 荷電粒子経路
１１２ ステージ
１１４ ボア
１１９ 集束光学系
１２０ ミラー
１３０ 干渉計
１５０ サンプル
１６０ 初期光線
１７０ 反射光線
１８０ 荷電粒子検出器
１９０ サンプルのｚ位置
１９５ 作動距離
１９９ ターゲット距離
２１０ 検出器
２２２ ビームスプリッタ
２４０ プロセッサ
２６５ 入射光線
２７０ 重ね合わされた光線
２８０ 参照光線
２９０ 参照ミラー
３８１ 第１のビームベンダ
３８２ 第２のビームベンダ
４８０ ビームオフセットアセンブリ
４８０ オフセットアセンブリ
４８１ 第３のビームベンダ
４８２ 第４のビームベンダ

Claims (20)

  1. 対物レンズアセンブリにより荷電粒子ビームをサンプル上に集束させることと、
    反射光線を前記対物レンズアセンブリのボアを通して干渉計に渡すことと、
    前記干渉計により前記サンプルのｚ位置を干渉計的に決定することと
    を含む荷電粒子ビーム装置を操作する方法。
  2. 前記対物レンズアセンブリの前記ボアに入射光線を通すことと、
    前記入射光線を前記サンプルから反射させることによって前記反射光線を生成することと、
    前記入射光線が前記サンプルに当たる前記サンプルのスポットを照射するように前記荷電粒子ビームを誘導することであり、前記スポットが、前記サンプルにおける前記入射光線のビームウェストよりも小さい、誘導することと、
    前記荷電粒子ビームを前記サンプル上の前記入射光線の焦点の１ｍｍ以内に誘導することと
    をさらに含む、請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置を操作する方法。
  3. 前記対物レンズアセンブリの前端と前記サンプルの表面との間の作動距離を前記サンプルの前記ｚ位置に基づいて決定することと、
    前記作動距離を前記対物レンズアセンブリのターゲット距離と比較することと、
    前記サンプルの前記ｚ位置を、前記ｚ位置、前記作動距離、および前記ターゲット距離のうちの少なくとも１つに基づいて調節することと
    をさらに含む、請求項１または２に記載の荷電粒子ビーム装置を操作する方法。
  4. 検出器により前記反射光線および参照光線を検出することと、
    前記サンプルの前記ｚ位置を干渉計的に決定するために検出される重ね合わされた光線を形成するように前記反射光線と前記参照光線とを重ね合わせることと
    をさらに含む、請求項１〜３のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置を操作する方法。
  5. レーザである光源により初期光線を生成することと、
    ビームスプリッタにより、前記入射光線と前記参照光線とを形成するために前記初期光線を分割することと、
    ミラーにより前記入射光線を前記対物レンズアセンブリの方に、前記ボアの中心を通して誘導することと
    をさらに含み、
    前記ミラーが、ビーム誘導アセンブリのビームベンダ間に配置され、
    前記入射光線が、前記対物レンズアセンブリにおいて前記荷電粒子ビームと重なり合い、
    前記入射光線と前記荷電粒子ビームとは、前記対物レンズアセンブリを通って、前記対物レンズアセンブリの光軸に沿って同軸で伝搬し、
    前記ミラーが、位置合わせのために調節可能である、請求項１〜４のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置を操作する方法。
  6. 荷電粒子源により荷電粒子を生成することと、
    前記荷電粒子から前記荷電粒子ビームを生成することと、
    ビーム誘導アセンブリにより前記対物レンズアセンブリの前記ボアを通過するように前記荷電粒子を誘導することと、
    前記ビーム誘導アセンブリにより前記対物レンズアセンブリの前記ボアを通って前記入射光線と同軸に伝搬するように前記荷電粒子ビームを誘導することと
    前記ビーム誘導アセンブリの第１のビームベンダおよび第２のビームベンダにより前記荷電粒子ビームを誘導することと
    をさらに含み、
    前記ミラーが、前記ビーム誘導アセンブリの上流にあるか、または前記第１のビームベンダと前記第２のビームベンダとの間にある、請求項１〜５のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置を操作する方法。
  7. 前記荷電粒子ビームが前記対物レンズアセンブリの前記ボアを通る前記入射光線の光路に重ね合わされるように、ビーム誘導アセンブリにより前記荷電粒子ビームを誘導すること
    をさらに含む、請求項１〜６のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置を操作する方法。
  8. 前記ビーム誘導アセンブリを通過する前に、前記荷電粒子ビームが、前記対物レンズアセンブリの前記光軸と平行に伝搬し、
    前記荷電粒子ビームを誘導することが、前記ビーム誘導アセンブリを用いて前記荷電粒子ビームに作用することを含み、前記作用することが、
    前記荷電粒子ビームが前記対物レンズアセンブリの前記光軸に対してある角度で伝搬するように、前記荷電粒子ビームが前記入射光線と並んで伝搬するとき、前記ビーム誘導アセンブリの第１のビームベンダにより前記荷電粒子ビームを傾斜させること、および
    前記荷電粒子ビームが前記対物レンズアセンブリの前記光軸と同軸に伝搬するように、前記第１のビームベンダの下流にある第２のビームベンダにより前記荷電粒子ビームを修正すること
    を含み、
    前記入射光線が、前記対物レンズアセンブリの前記光軸と同軸である、請求項１〜７のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置を操作する方法。
  9. 前記荷電粒子ビームが前記対物レンズアセンブリの前記光軸と平行で非同軸に伝搬するように、前記オフセットアセンブリにより前記荷電粒子ビームをオフセットさせること
    をさらに含み、前記オフセットさせることが、
    前記荷電粒子ビームが前記対物レンズアセンブリの前記光軸に対してある角度で伝搬するように、第３のビームベンダにより前記荷電粒子ビームを傾斜させることと、
    前記荷電粒子ビームが前記対物レンズアセンブリの前記光軸と同軸に伝搬し、前記対物レンズアセンブリの前記光軸からオフセットするように、前記第３のビームベンダの下流にある第４のビームベンダにより前記荷電粒子ビームを修正することと
    を含み、
    前記ミラーが、前記オフセットアセンブリと前記ビーム誘導アセンブリとの間に位置する、請求項１〜８のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置を操作する方法。
  10. 前記初期光線、前記入射光線、前記反射光線、前記参照光線、参照ミラーの位置、およびステージの位置のうちの少なくとも１つを変調することであり、前記変調することが、音響光学変調器および／または振動参照ミラーによるものである、変調すること
    をさらに含む、請求項１〜９のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置を操作する方法。
  11. 前記入射光線を前記サンプルに当てることによって光電子および／または電荷キャリアを生成すること
    をさらに含む、請求項１〜１０のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置を操作する方法。
  12. ＵＶ、可視、または赤外レーザなどのレーザにより前記初期光線を生成すること
    をさらに含む、請求項１〜１１のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置を操作する方法。
  13. 荷電粒子源を含む荷電粒子ビーム発生器と、
    対物レンズアセンブリのボアを通ってステージの方に延びる荷電粒子ビームのための荷電粒子経路と、
    前記対物レンズアセンブリの前記ボアを通過する反射光線を受け取るように構成された干渉計と
    を含む荷電粒子ビーム装置。
  14. 前記干渉計からの出力に基づいてサンプルのｚ位置を決定するためのプロセッサと、
    前記サンプルの方に、前記ボアの中心を通って、任意に、前記対物レンズアセンブリの光軸と同軸に入射光線を誘導するように構成されたミラーと
    をさらに含み、
    前記ミラーが調節可能であってもよく、
    前記対物レンズアセンブリの前記光軸が前記ボアの前記中心を通過する、請求項１３に記載の荷電粒子ビーム装置。
  15. 初期光線を生成するための光源
    をさらに含み、
    前記干渉計が、
    前記初期光線から、入射光線および参照光線を生成するためのビームスプリッタと、
    反射光線および前記参照光線を含む重ね合わされた光線からの光を受け取るように構成された検出器と、
    前記入射光線および前記反射光線のための可変長経路であり、前記ボアを通って延びる、可変長経路と
    を含み、
    前記可変長経路がサンプルのｚ位置に応じて変化し、
    共有経路が、前記サンプルの方に前記対物レンズアセンブリを通過する前記可変長経路および前記荷電粒子経路の一部であり、
    前記共有経路が、前記対物レンズアセンブリの光軸に沿っており、前記共有経路が、前記光軸と同軸であり、
    前記参照光線が、マイケルソン干渉計のアームに沿って伝搬し、前記アームが、前記検出器の方に前記参照光線を反射するための参照ミラーを有してもよい、請求項１３または１４に記載の荷電粒子ビーム装置。
  16. 前記初期光線、前記入射光線、前記反射光線、前記参照光線、および重ね合わされたビームのうちの少なくとも１つを変調するための変調器であり、前記変調器が、音響光学変調器、チョッパ、または前記参照ミラーである振動ミラーである、変調器
    をさらに含む、請求項１３〜１５のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置。
  17. 第１のビームベンダおよび第２のビームベンダを含むビーム誘導アセンブリと、
    第３のビームベンダおよび第４のビームベンダを含むビームオフセットアセンブリと
    をさらに含み、
    ミラーが前記第１のビームベンダと前記第２のビームベンダとの間に配置されるか、またはミラーが前記ビームオフセットアセンブリと前記ビーム誘導アセンブリとの間に配置される、
    請求項１３〜１６のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置。
  18. 前記光源が、赤外レーザ、ｕｖレーザ、または可視レーザなどのレーザであり、
    レーザ波長が、前記サンプルのバンドギャップ未満であるか、または前記サンプルの前記バンドギャップを上回る、請求項１３〜１７のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置。
  19. 前記レーザが、シリコンにおいて電荷キャリアおよび／または光電子を生成するのに十分な波長を有する、請求項１３〜１８のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置。
  20. 前記ボアを通る前記入射光線と同軸であり、前記サンプルによる吸収によって電荷キャリアおよび／または光電子を生成する励起光線を生成する第２の光源
    をさらに含む、請求項１３〜１９のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置。
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