JP4785830B2 - 高電流密度粒子ビームシステム - Google Patents

Description

本発明は、検査システム用途、試験システム用途、リソグラフィーシステム用途又は同様のものの荷電粒子ビーム装置に関する。本発明はまた、その動作方法に関する。更に本発明は、高電流密度粒子ビーム用途に関する。特に本発明は、荷電粒子ビーム装置、及び荷電粒子装置の使用方法に関する。

荷電粒子ビーム装置は、限定でないが、半導体素子の製造時検査、リソグラフィー用の露光システム、検出素子及び試験システムを含む複数の産業分野において多くの機能を有する。従って、マイクロメータ及びナノメータスケールの範囲内の構造化及び試料検査に対する高い要求が存在する。

マイクロメータ及びナノメータスケールのプロセス制御、検査又は構造化は、例えば電子ビームのような荷電粒子ビームを用いて行われる場合が多く、該荷電粒子ビームは、電子顕微鏡又は電子ビームパターンジェネレータのような荷電粒子ビーム装置で生成され合焦される。荷電粒子ビームは、例えば光子ビームと比較すると、波長が短いことに起因して優れた空間分解能をもたらす。

分解能に加えて、処理能力は、このような装置の課題である。大規模基板面積をパターン化又は検査する必要があるため、例えば１０ｃｍ²／ｍｉｎよりも大きな処理能力、従って、１００ｎＡ又はそれよりも高いレンジの高プローブ電流が望ましい。

しかしながら、粒子−粒子相互作用（ベルシュ効果）により高ビーム電流に対する分解能が制限される。特に１ｋｅＶ前後又はこれを下回るビームエネルギーを用いる用途の低電圧用途においては、粒子相互作用が、高ビーム電流の分解能を制限する。

リソグラフィーシステムにおける粒子−粒子相互作用を低減する１つの手法が、米国特許第６，６３５，８９１号によって提案された。この中では、クロスオーバにおいてリングアパーチャを使用する中空ビーム装置が提案されている。

しかしながら、中空ビームは形成が困難であり、荷電粒子の相互作用が十分に低減されない可能性がある。

米国特許第６，６３５，８９１号公報 欧州特許出願第０３０２５３５３．８号公報 米国特許第４，４１４，４７４号公報

本発明は、改良された荷電粒子システムを提供する。これにより、粒子−粒子相互作用が低減されることが意図される。本発明の態様によれば、独立請求項１、５及び８による荷電粒子ビーム装置と、独立請求項２５による荷電粒子ビーム装置の動作方法とが提供される。

本発明の更なる利点、特徴、態様及び詳細は、従属請求項、説明及び添付図面により明らかになる。

１つの態様による荷電粒子ビーム装置が提供される。本装置は、荷電粒子を放出するエミッタと、断面積及び断面外周を有する複合区域サブビーム荷電粒子ビームを形成する、放出された荷電粒子の一部を遮断するための少なくとも１つのアパーチャを有するアパーチャ構成とを備え、これにより断面外周と断面積との比率が、複合区域サブビーム荷電粒子ビームと同じ断面積を有する円形ビームの断面外周と断面積との比率と比較して少なくとも１５％だけ増大し、複合区域サブビーム荷電粒子ビームを焦点面内の同じ位置上に合焦するための対物レンズを更に備える。

別の態様による荷電粒子ビーム装置が提供され、本装置は、荷電粒子を放出するためのエミッタと、十字状形状を有する複合区域サブビーム荷電粒子ビームを形成する、放出された荷電粒子の一部を遮断するための少なくとも１つのアパーチャを有するアパーチャ構成と、少なくとも２つの独立した荷電粒子ビームを焦点面内の同じ位置上に合焦するための対物レンズとを備える。

更に別の態様による荷電粒子ビーム装置が提供される。本装置は、荷電粒子を放出するためのエミッタと、放出された荷電粒子を少なくとも２つの独立した荷電粒子ビームに分離するための少なくとも２つのアパーチャを有するアパーチャ構成と、少なくとも２つの独立した荷電粒子ビームを合焦するための対物レンズとを備え、これにより独立した荷電粒子ビームが、焦点面内の同じ位置上に合焦される。

従って、各独立した荷電粒子ビーム（束）は、相互関係最適化することができ、及び／又は、束間の相互作用を回避することができる。このようにして、ベルシュ効果に起因する過大な障害がなく、試料上の荷電粒子電流密度を高めることができる。

「焦点面内の同じ位置上に合焦する」とは、焦点面内に１つの連続した粒子プローブを生成することを意味することは理解することができる。

多くの最先端装置とは異なり、本発明の態様によれば、アパーチャ構成の像が、試料上に生成されない点に留意する必要がある。試料上に生成されるプローブは、粒子源、虚像源又はクロスオーバの像である。従って、１つの荷電粒子のスポットは、走査型荷電粒子ビーム装置の対物レンズの焦点面内に発生する。

別の態様によれば、荷電粒子ビーム装置がＳＥＭの形態で提供される。特に本発明は、高電流（通常１ｋｅＶで５０ｎＡ以下）ＳＥＭに適用される。

従って、別の態様によれば、本荷電粒子装置は更に検出器を含む。一例として、この検出器は対物レンズの上に位置付けることができる。

更なる結果として、更に別の態様によれば、対物レンズの開口は通常２０ｍｍの最大直径を有する。

別の態様によれば、荷電粒子ビーム装置が提供され、少なくとも２つの独立した荷電粒子ビームは、少なくとも２つの独立した荷電粒子ビーム間に相互作用が発生しないような互いに対する距離を有する。その結果、通常本発明の更なる態様に対して、少なくとも２つの独立した荷電粒子ビームは、少なくとも２つのアパーチャの直径の１／２と少なくとも２つのアパーチャの直径の２倍との間の互いに対する距離を有する。通常、その距離及びその直径は概ね同じ寸法とすることができる。これは、絶対値で５と１００μｍの範囲とすることができる。

従って、アパーチャは、束相互作用が無視できるか又は少なくとも制限されるように形成され、互いに対して位置付けられる。

本発明の別の態様によれば、荷電粒子ビーム装置が提供され、少なくとも２つのアパーチャは、長軸及び短軸を有する細長い形状を有する。これにより、長軸は、荷電粒子ビーム装置の光軸に対して半径方向に配置される。

従って、最先端の収差補正素子よりもより容易に実現することができる、任意的収差補正素子を設けることができるような方法で独立した荷電粒子ビームを実現することができる。通常は、更に別の態様によれば本収差補正素子は、球面収差補正素子として、更により一般的には、任意選択で八極子素子によって提供される。

本発明の別の態様によれば、荷電粒子ビーム装置が提供され、少なくとも２つのアパーチャは、荷電粒子ビーム装置の光軸に対して回転対称で配置される。特に、更に別の態様によればアパーチャ構成は、４つのアパーチャを含む。

これらの態様の第１に関して、本発明の更に任意選択的な態様であるアパーチャ構成の均一（同一）な照射がより容易に実現することができる。これらの態様の第２に関して、上述の収差補正は、４つのアパーチャを設けることによって有利に適用することができる。しかしながら、この条件は、検査又は測定装置に対して必須ではない。検査又は測定装置においては、非均一照射もまた実行可能である。

別の態様によれば、独立した荷電粒子ビームが形成される場合には、独立した荷電粒子ビームの数は、５０未満であり、１７未満が好ましく、５未満が更に好ましい。

更に別の態様によれば、荷電粒子ビーム装置は更に、試料全体にわたって荷電粒子ビームを走査するための走査ユニットを含む。一般に別の態様によれば、この走査ユニットは、対物レンズの前方焦点面の後に位置付けられる。更に任意選択的な態様によれば、本位置は、対物レンズの中心周辺（光軸の方向に）となる。

従って、走査ユニットを提供するための１つの代替策は、高電流用途に特に有利な静電型走査ユニットである。他の用途の事象では、磁界型又は静電−磁界型走査ユニットも用いることができる。

上述の態様は、試料上での高電流密度に対して粒子−粒子相互作用効果を低減させる可能性を促進する、いずれかの他の特徴、態様、詳細、或いは、特徴、態様、及び詳細の組合せと組み合わせることができる。

本発明の別の態様によれば、荷電粒子ビーム装置の動作方法が提供される。本方法は、少なくとも２つのアパーチャを有するアパーチャ構成を照射する段階を含み、これにより少なくとも２つ独立した荷電粒子ビームが生成され、対物レンズを用いて少なくとも２つの独立した荷電粒子ビームを試料の同じ位置上に合焦させる段階を更に含む。

更に別の態様によれば、荷電粒子ビーム装置の動作方法が提供され、少なくとも２つのアパーチャが、荷電粒子装置の光軸の周りの円上に設けられる。別の態様によれば任意選択的に本方法を提供することができ、アパーチャ構成は、少なくとも２つのアパーチャが均一に照射されるように照射される。

これにより、独立した荷電粒子ビームに対する同様のイメージング条件を実現できる。従って、収差補正手段、合焦手段、及び誘導、成形又は束への影響を及ぼすための他の手段は、全てのビーム束に対して同様に適用することができる。

上記の態様を使用して、本発明の別の態様による少なくとも２つの独立した荷電粒子ビームの各々を相互作用最適化する段階を含むことが可能になる。

本発明の別の態様によれば、荷電粒子ビーム装置の動作方法が提供され、荷電粒子は、３ｋｅＶを下回るエネルギーで試料上に衝突するようにエネルギーが与えられる。更に、少なくとも２つの独立した荷電粒子ビームを軸外で誘導することによって導入される球面収差の補正段階を含むことができる。

別の態様によれば、試料の画像区域は、試料全体を荷電粒子プローブで走査することによって撮像される。その結果、対物レンズは、第１の焦点長さを生成するように励起される。更に画像区域は、少なくとも２回目に撮像され、従って対物レンズは、少なくとも第２の焦点長さを生成するように励起される。焦点連続測定値の組は、重畳されて３次元画像を形成する。

本態様は、相対的に大きな対物角が焦点深度をもたらすので、独立したビーム束を用いて有利に適用することができる。

本発明はまた、開示した方法の各段階を実行するための装置要素を含む、開示した方法を実行するための装置に関する。これらの方法の段階は、ハードウエア構成要素、適切なソフトウエアによってプログラミングされたコンピュータ、両者のいずれかの組合せ、又はいずれかの他の方法によって実現することができる。

本発明の上記に示した態様及び他のより詳細な態様の一部は、以下の説明において記載され、図面を参照しながらその一部が例示される。
以下において本出願の保護範囲を制限することなく、荷電粒子ビーム装置又はその構成要素は、電子ビーム装置又はその構成要素として例示的に参照される。これにより電子ビームは、特に検査又はリソグラフィー向けに利用することができる。本発明は更に、試料イメージを得るために荷電粒子及び／又は他の２次及び／又は後方散乱荷電粒子を使用する装置及び構成要素に適用することができる。

以下の図面の説明では、同じ参照符号は同じ構成要素を示す。一般には、個々の実施形態に関する差異だけを説明する。

図１ａには電子ビーム装置が図示されている。エミッタ１２が電子ビーム１１を放出し、該電子ビームはエキストラクタ１３により引き出され、アノード１４で加速される。コンデンサレンズ１５は、電子ビーム１１を合焦する。図１ａに示す実施例では、電子ビームを成形するアパーチャ１６は、クロスオーバの上に位置付けられる。対物レンズ１８によって試料１９上に合焦される電子ビームは、スキャンデフレクタ１７によって試料全体にわたって走査することができる。

特定の実施形態とは関係なく、対物レンズは通常、回転対称対物レンズの形態で提供される。

参照記号「Ｌ」で示すように、図１ａに示される実施形態は、エミッタ１２と試料１９との間の予め設定された距離を有する。図１ｂでは、エミッタと試料との間に同じ距離Ｌを有するが、第１の改良点を備える実施形態を示す。本実施形態は、荷電粒子装置の光学コラム内でのクロスオーバを回避する。その結果、中間イメージが発生されなくなる。

一般にクロスオーバ内では追加のエネルギー幅が生成される。これは、増大した色収差により性能を低下させる。それでも、主な相互作用制限を有する粒子光学系はまた、クロスオーバモードを許容することができる。

図１ｃに示す実施形態では、第１に、荷電粒子の相互作用を低減するための様々な対策がとられる。これらの対策はまた、１つの実施形態内で組み合わされるが、粒子−粒子相互作用の低減に個々に用いることができる。

図１ｃでは、エミッタと試料との間の距離は、Ｌ＊で示すように減少されている。その結果、電子−電子相互作用が分解能を制限する可能性がある電子ビーム経路が短くなる。更に１次電子ビームは、光学コラム内でより高いポテンシャルまで加速され、減速レンズ又は同様のものにより減速することができる。電子ビーム１１を成形するアパーチャ１６は、図１ａ及び図１ｂに示す実施形態に比べてエミッタ１２により近接して配置されている。アパーチャ１６は、放出された電子の一部を遮断することによりビーム電流を減少させるので、光学コラムを通って進む電子ビームの粒子相互作用がより小さくなる。アパーチャ１６を用いることで、幾何収差及び相互作用制限に関してビーム束の寸法を最適化することができる。加えて、図１ｃの複数の光学コラムを配列することができる。その結果、隣接するコラムの電子ビーム間に相互作用が存在せず、該電子ビームは互いに対して更に遮蔽することができるので、電子ビーム電流の総和を増大させることができる。

本発明による１つの実施形態を図２に示す。ここでは、光軸１を備える電子ビーム装置が示される。放出角α_emでエミッタ１２によって放出された電子は、エキストラクタ１３によって、更にアノード１４によって引き出される。アパーチャ構成２６は、電子の一部を遮断し、そのため複数の電子ビーム（電子ビーム束）が発生する。これらのビーム束は、アパーチャ構成２６から試料１９まで別々に進む。これらのビーム束の各々は、独立した電子ビームである。これらはそれぞれ、制限された相互関係であり且つ最適化された相互関係である。しかしながら、独立した電子ビームは、ある距離だけ互いから隔てられ、その結果、個々の電子ビーム間には相互作用が生じないようになる。

ビーム束（独立した電子ビーム）は、光学系を通って単独で進む。その結果、図２に参照符号２１ａ及び２１ｂで示す電子ビームは、コンデンサレンズ１５及びスキャンデフレクタ１７を通過し、対物レンズ１８によって試料上の共通プローブ内に合焦されるようになる。荷電粒子ビーム束は、同じ位置上に合焦される。この位置は、最大寸法２００ｎｍを有するものとして定義することができる。従って、対物レンズ１８は、独立した電子ビームを焦点面内の同じ焦点上に合焦する。

特定の実施形態に関係なく、本発明の１つの態様は、概ね以下のように説明することができる。荷電粒子は、単一のエミッタから放出される。更に、少なくとも２つの独立したビーム束が、単一のエミッタによって放出された荷電粒子から発生する。独立したビーム束は、実質的に平行に光学コラムを通って導かれ、対物レンズによって１つの荷電粒子プローブ内に合焦される。

本明細書で説明される特定の実施形態に関係なく、レンズ及び特に対物レンズは、静電型、磁界型及び静電−磁界複合型のいずれであってもよい。従って、Ｆｒｏｓｉｅｎによる欧州特許出願第０３０２５３５３．８号に記載の高精度レンズも１つの選択肢として用いることができる。

図１ｂに関して既に説明したように、限定ではないが、クロスオーバの無いビーム経路が有利と考えることができる。電子ビーム束２１ａ及び２１ｂの各々がビーム電流に関して最適化されているので、ｎ個の電子ビーム束の提供により試料上の電子電流密度をｎ倍に増大することができる。

その結果、アパーチャ構成２６は、エミッタに近接して配置され、独立した電子ビームへの分離が光学コラム内で可能な限り速やかに行われるようになる。図２に示す実施形態では、アパーチャ構成並びにビーム束は、光軸１に対して対称的に配置される。従って電子ビームコラムの光学イメージング特性は、電子ビーム２１ａ及び２１ｂに対して同様である。

しかしながら、一般に、電子ビームが大きく軸外を進む電子ビーム経路を提供することは不利であると考えるべきである。更に、図２に示すようなアパーチャ構成２６は、軸外のアパーチャ位置を有する。その結果、球面収差が増大することになる。一般に、電子プローブの直径は、以下のように記述することができる。
Ｄ_probe＝（Ｄ² _spherical＋Ｄ² _chromatic＋Ｄ² _interaction）^1/2
球面収差はアパーチャ角αの三乗に依存し、
Ｄ_spherical＝Ｃ_sα³
となる。

従って、軸外のビーム束の提供は、起こり得る収差を最小にする一般教示に矛盾する。しかしながら、図２に示すシステムは以下のように記述する方がよい。
Ｄ_{spherical enlargement}＝３Ｃ_sα_Bα²
ここで、αはアパーチャの中心と光軸との間の角度である。よって球面収差は、単にアパーチャと光軸との間の角度の二乗と共に増大する。

特に、いずれにしても支配的な相互作用である高電流密度を有する用途においては、球面収差は、特定の角度までは無視することができる。それにもかかわらず、光軸１からの電子束の距離Ｄ／２は、独立した電子ビーム間にいかなる相互作用をも導入することなく可能な限り小さくすべきである。標準的な設計基準は、アパーチャの開口及びアパーチャ間距離が同じオーダーであることとすることができる。

次に、アパーチャ構成の実施形態を図３ａから図３ｄに関して説明する。図３ａでは、２つのアパーチャ３６ａが、光軸の周りに二回対称で配置される。従って電子束は距離Ｄ₁を有する。アパーチャの寸法は参照記号Ｓ₁で示される。アパーチャは、光軸１の周りの仮想円上に配置される。図３ｂでは、３つのアパーチャが三回対称で配置される。アパーチャの数が増えたことにより、アパーチャの寸法が減少しない限り電子ビーム間の距離は減少する。

従って図３ｂでのアパーチャ構成２６ｂにおいて、電子束間の距離Ｄ₂は、アパーチャ寸法Ｓ₁より小さいアパーチャ寸法Ｓ₂を有することで実現される。図３ｃに示すアパーチャ構成２６ｃのアパーチャ３６は、電子ビーム間距離Ｄ₃を実現するために、更に寸法が縮小される。図３ｃの４つのアパーチャは、光軸１の周りに四回対称で配置される。

上述の実施形態とは異なる別の実施形態が図３ｄに示されている。これによればリングが分割されてアパーチャ３６を形成する。その結果、アパーチャ構成２６ｄは、光軸１の周りに八回対称の８つのアパーチャを含む。

上述の図３ａから図３ｄまでの実施形態は、Ｄ₁からＤ₄までの様々な距離を有するアパーチャ構成の実施例であり、各距離はどのような束間相互作用をも有さないために十分に大きくされる。それでもなお、異なる数のアパーチャを備えたアパーチャ構成を実現することができる。更に、光軸１の周りの対称的な編成は、以下に説明する幾つかの利点を有する代表的な構成である。しかしながら、本発明はこれに限定されない。

アパーチャの対称的な編成は、電子銃の放射特性に関して有利と考えることができる。例えばＴＦＥからの代表的な放出角は、α_emission＝１０〜１ラジアンの値を有し、均一な電流密度を示す。従って、アパーチャは、均一に照射されるように、この放出角内に配置されるべきである。これにより、全ての電子ビーム束の均一な電流密度が得られる。従って、上述の対称性は、全てのアパーチャに対して同じ照射を行う上で有利と考えることができる。

一般的に、特定の実施形態いずれにも関係なく、光軸からのアパーチャの距離は、球面収差の影響を可能な限り小さく維持するために可能な限り小さくすべきである。しかしながら、この距離は、異なる電子束が互いに相互作用を及ぼさない程十分に大きくする必要がある。

本発明による別の実施形態が図８ａから図８ｄに示されている。ここでは四回対称アパーチャ構成８６ａから８６ｄが示される。９０度でのこの回転対称は、結果として発生する球面収差が通常の荷電粒子ビーム検査又は試験装置に存在し得る八極子素子を用いて補正することができる利点を有する。しかしながら、二回対称（図３ａで説明したような）を有するアパーチャ構成もまた使用可能であり、導入される収差を同様に容易に補正することができる。

図８ａは、４つのアパーチャ３６ａから３６ｄを有するアパーチャ構成を示す。該アパーチャは矩形形状である。通常、アパーチャの長い方の寸法が半径方向に向けられる。従って、導入される球面収差は、有利には修正可能な球面収差である。

別の実施形態（図８ａを参照）はまた４つのアパーチャを有する。しかしながら、アパーチャは、本質的にはアパーチャ構成８６ｂの中央に位置するはずの光軸に向って更に延びる。

図８ｃでは、アパーチャは更に中心に向って延びている。これにより十字型アパーチャが実現する。このようなアパーチャ構成は、もはや独立した電子ビーム（束）を形成しない。しかしながら、同じ発明の概念が依然として当てはまる。アパーチャの外周とアパーチャ面積との比率が、円形アパーチャに比べて大きいので、電子−電子相互作用は減少する。十字の４つのアームの端部でアパーチャを通過する電子は、これらの距離に起因して隣接するアームからの電子と相互作用しない。

アパーチャ構成８６ｃのアパーチャは、複合区域サブビーム電子ビームを形成する。すなわち、複数の区域内にサブビームが存在するが、しかしながらサブビームは、結合されて単一ビームを形成する。

十字形状のアーム（３６ａ〜３６ｄ）の間の距離は、中心からの距離と共に増大するので、図８ｄによる形状も実現することは可能である。ここでは、十字型のアームは、十字型アパーチャの中心からの距離と共に幅が広くなる。

次に、本発明の別の態様を図４ａから図４ｄに示される実施形態を参照しながら説明する。図１ｃに関して既に説明したように、電子−電子相互作用が発生する可能性のあるビーム経路は短くなくてはならない。アパーチャ構成がエミッタ１２に更に近接して位置することによって、電子が相互作用することができる短い経路と、電子ビームが分離される長い経路とがもたらされる。従ってこれは、図４ａから図４ｄに示される実施形態のいずれかが実現される場合に有利と考えることができる。図４ａでは、アパーチャ構成２６は、アノード１４の後に直接配置される。用語「直接配置される」とは、本明細書ではアノード１４とアパーチャ構成２６との間にレンズ又は同様のものなどの空間を占める構成要素が無いものとして理解されたい。

図４ｂでは、独立した電子ビーム束に電子を分離することは、図４ａに比べてエミッタにより接近して達成される。その結果アノードは、少なくとも２つの開口を有することによって、アパーチャ構成４４を組み込むように形成される。図４ｃでは、エキストラクタが、アパーチャ構成４３を組み込むように形成され、これにより、独立した電子ビーム束への電子の分離は、エミッタに更に近接して実現される。

上述のように、一方ではアパーチャ構成は、エミッタに近接すべきである。他方では、アパーチャは、電子銃の均一な放射角の範囲内にあるべきであり、独立したビーム束間の距離は十分に大きい必要がある。よって、特定の電子銃の特性放出角を与えると、アパーチャ構成のエミッタからの距離及びアパーチャ距離を最適化することができる。放出角（半角）が１０〜１ラジアンの範囲内にある代表的な値は、照射源又は虚像源から離れたアパーチャ構成に対して半径１ｍｍの照射円を生じる。１ｍｍ離れたアパーチャ構成に対して、照射円は、１００マイクロメータの半径を有する。ここでは、例えば１０マイクロメータの寸法を備えるアパーチャを位置付けることができる。

別の実施形態が図４ｄに示される。本実施形態では、図４ａのアパーチャ構成２６は追加の開口を有する。この開口は、該開口を通る電子ビームが実質的に光軸に沿って進むように位置付けられる。図４ｄのアパーチャ構成４６の軸上開口は、例えば、追加の測定モードに用いることができる。その結果、電子ビームコラムは、軸上電子ビームを用いて動作することができる。この軸上電子ビームモードは、調節目的又は低電流測定を行う必要がある場合に用いることができる。

それでも軸上電子ビーム束は、他の電子ビーム束と組み合わせて使用して、電子ビーム束の相互作用が十分小さい限りは高電流密度測定モードを実現することができる。

図５に示す実施形態では、別の任意選択の機能が含まれる。上述のように、少なくとも２つの独立した電子ビーム（束）は、大きな相互作用が生じ得ないように分離される。各独立したビームは最適化された相互関係とすることができるので、試料上のビーム電流密度は、ｎ個の電子ビーム束に対しｎ倍に増大することができる。その結果、軸外のビーム経路であるために球面収差が導入される。動作条件によっては、球面収差が無視できる場合と、又は無視できない場合がある。例えば超高電流密度を用いる一部の用途に対しては、試料上の電子プローブの寸法制限は、依然として相互作用によって支配されることになる。しかしながら、他の用途では、操作条件を有し、収差制限が電子ビーム装置の分解能に有意な影響を与えることになる動作条件を有する場合がある。

球面収差が無視できない事象では、球面収差補正素子５２（図５を参照）をシステム内に含めることができる。図５では、エミッタ１２によって放出された電子は、図２に関して説明したのと同じ素子を通る。コンデンサレンズ１５を通過した後に、独立した電子ビームが補正素子５２を通過する。スキャニングデフレクタ５７は、補正素子の下に置かれ、例えば対物レンズ１８内に位置付けられてもよい。独立した電子ビーム束は、対物レンズ１８によって試料１９の同じ区域上に合焦される。その結果、単一電子プローブが試料上に実現される。

球面収差補正素子５２は、例えば米国特許第４，４１４，４７４号から公知の六極子素子とすることができる。しかしながら、本発明の１つの任意選択の態様によれば、別の構成を使用してもよい。４つの電子ビーム束だけを有するアパーチャ構成２６では八極子素子を用いることができる。従って、本発明の更に別の任意選択の態様によれば、４つの電子ビーム束の球面収差を補正するのに単一の八極子素子で十分である。球面収差補正に通常は使用されないこのような単一素子がより容易に実現され、特定のビーム束配置に特に好適である。これは図６に関してより詳しく説明する。

球面収差補正素子５２は、磁界型、静電型又は静電−磁界複合型のいずれかであってもよい。図６では、電極６２を備えた静電型補正素子５２が示されている。同様に磁界型又は静電磁界複合型とすることができるこの八極子補正素子は、図６に示すアパーチャ構成２６と特に良好に適合する電界分布を有する。

アパーチャ構成２６は、４つの矩形のアパーチャを有し、ここではより長い側面は半径方向に配向される。このスリット状アパーチャは、単一の八極子素子によって有利には二方向で補正可能な電子ビーム束形状をもたらす。

別の実施形態に関して既に説明された構成要素に加えて、図６では検出器６１を示している。本発明では、１次電子ビームの電子ビーム束は互いに独立して進む。それでも独立した電子ビームは、同じ焦点に集まる。従って、従来の検出方式を用いることが可能になる。図６では、対物レンズ１８の上に位置付けられたリング形の検出器６１が示されている。検出器６１は、後方散乱電子、２次電子、他の荷電粒子又は１次電子ビームの衝突時に試料１９から放出される光子を収集する。

次に、別の検出方式組みを図７ａ及び図７ｂに関して説明する。図７ａは、電子が直線光軸にほぼ沿ってエミッタから試料まで通過する電子ビームコラムを示す。対物レンズの上にはウィーンフィルタ素子７３が設けられる。ウィーンフィルタ素子は、励起すると、予め設定されたエネルギーを有する一次電子が擾乱されないようにしてフィルタ素子７３を通過するような磁界及び電界を有する。しかしながら、一次電子と異なる方向を有する荷電粒子は、電界と磁界との組合せによって偏向される。その結果、試料から放出された２次粒子及び試料から対物レンズを通過した２次粒子は、検出器６１ａに向って偏向される。

検出方式に関する別の実施形態が図７ｂに示される。ここでは２つのデフレクタ７４ａ及び７４ｂが使用される。これに限定されるものではないが、この実施例のデフレクタは、磁界型デフレクタとして示される。エミッタ１２は、電子ビーム１１を放出し、該電子ビームは、エキストラクタ１３によって引き出され、更にアノード１４によって成形される。アパーチャ構成２６によって形成された独立した電子ビーム束は、コンデンサレンズ１５を通過した後に第１のデフレクタ７４ａで偏向される。その結果、独立した電子ビームは、第１の光軸１ａ及び第２の光軸１ｂに非平行で進む。第２のデフレクタ７４ｂは、独立した電子ビームを第２の光軸１ｂに実質的に平行に進むように偏向させる。その後、独立した電子ビームは、対物レンズ１８によって共通電子プローブ内に合焦される。更に、試料上の望ましい衝突位置に応じて、スキャニングデフレクタ５７は、独立した電子ビームを試料全体にわたって走査するのに用いることができる。対物レンズを通り電子ビームコラム内を上方に進む２次及び／又は後方散乱荷電粒子は、第２のデフレクタ７４ｂによって偏向される。磁界型デフレクタの偏向は２次及び／又は後方散乱荷電粒子の方向に依存するので、これらの粒子は、検出器６１ｂに向って偏向される。

上記の例示的な実施形態に関して説明したように、ビーム−相互作用の無い幾つかの独立した電子ビームを提供することによって、試料上でのビーム電流密度を増大させることができる。その結果、分解能の相互作用制限を克服することができる。図１ａから図１ｃに関して説明したように、他の対策もまた、相互作用制限を低減するのに用いることができる。上述の実施形態、態様及び／又は詳細の全てに対し、図１ｃに関して説明された特徴は、個別に又はこれらの特徴のどのように組合せて付加することができる。すなわち、１つ、２つ、３つ、４つ又は５つの対策が、以下のグループ：すなわち、荷電粒子をより高いエネルギーまで加速することができること、幾つかのコラムを配列することができること、コラムの長さを短縮することができること、各荷電粒子ビーム束を相互作用に関し最適化することができること、及び荷電粒子コラム内でのビーム成形の目的又は同様のもののために遮断される荷電粒子が、可能な限りエミッタに近接して遮断されることにより荷電粒子間に起こり得る相互作用がより短い経路まで低減されることの中から任意に選定することができる。

ここで、別の態様を図２を参照して説明する。距離Ｄを有し、従って軸外を進む独立した電子ビームの図において、欠陥のあるアパーチャ角α_objは、軸上の電子ビームを有するシステムと比べて相対的に大きい。その結果、焦点深度が低減される。この作用は、３次元画像の構成に用いることができる。本態様によれば、検査されるべき試料面積は数回測定される。対物レンズ１８は、幾つかの測定値の範囲内で異なる焦点長さを有するように励磁される。異なる焦点長さの各々は、１つの焦点層を基準とする。これにより、１組の焦点連続測定値が得られる。これらの焦点連続測定値は、重畳することができる。これにより３次元画像が得られる。

荷電粒子ビームコラム内での粒子−粒子相互作用に関係する幾つかの影響を図示する３つの荷電粒子ビームコラムの概略側面図である。 荷電粒子ビームコラム内での粒子−粒子相互作用に関係する幾つかの影響を図示する３つの荷電粒子ビームコラムの概略側面図である。 荷電粒子ビームコラム内での粒子−粒子相互作用に関係する幾つかの影響を図示する３つの荷電粒子ビームコラムの概略側面図である。 本発明の１つの実施形態による荷電粒子ビーム装置の概略側面図である。 本発明の実施形態のアパーチャ構成を示す概略図である。 本発明の実施形態のアパーチャ構成を示す概略図である。 本発明の実施形態のアパーチャ構成を示す概略図である。 本発明の実施形態のアパーチャ構成を示す概略図である。 荷電粒子ビーム装置内のアパーチャ構成位置に関係する実施形態の概略側面図である。 荷電粒子ビーム装置内のアパーチャ構成位置に関係する実施形態の概略側面図である。 荷電粒子ビーム装置内のアパーチャ構成位置に関係する実施形態の概略側面図である。 荷電粒子ビーム装置内のアパーチャ構成位置に関係する実施形態の概略側面図である。 収差補正素子が含まれる本発明の実施形態による荷電粒子ビーム装置の概略側面図である。 収差補正素子と検出器とが含まれる本発明の１つの実施形態による荷電粒子ビーム装置の概略側面図である。 検出方式を本発明の実施形態と組合せ可能な荷電粒子ビーム装置の概略側面図である。 検出方式を本発明の実施形態と組合せ可能な荷電粒子ビーム装置の概略側面図である。 本発明による別のアパーチャ構成の概略平面図である。 本発明による別のアパーチャ構成の概略平面図である。 本発明による別のアパーチャ構成の概略平面図である。 本発明による別のアパーチャ構成の概略平面図である。

符号の説明

１２ エミッタ
１８ 対物レンズ
２６ アパーチャ構成
３６ アパーチャ

Claims (17)

1. 走査型荷電粒子ビーム装置であって、
   荷電粒子を放出するためのエミッタ（１２）と、
   試料上で前記荷電粒子を走査する走査ユニットと、
   十字状形状を有する複合区域サブビーム荷電粒子ビームを形成する、放出された荷電粒子の一部を遮断するための少なくとも１つのアパーチャ（３６）を有するアパーチャ構成（２６；８６）と、
   前記複合区域サブビーム荷電粒子ビームを合焦するための対物レンズ（１８）と、
   を備え、
   前記エミッタ、前記アパーチャ構成、コンデンサレンズ、および前記走査ユニットを有する前記荷電粒子ビーム装置が、粒子源、虚像源又はクロスオーバの像である前記試料上にプローブを生成するために、前記複合区域サブビーム荷電粒子ビームを焦点面内の同じ位置上に合焦するように構成されていることを特徴とする装置。
2. 前記アパーチャ構成が、断面積及び断面外周とを有し、前記断面外周と前記断面積との比率が、前記複合区域サブビーム荷電粒子ビームと同じ断面積を有する円形ビームの断面外周と断面積との比率と比較して、少なくとも１５％だけ増大することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記断面外周と断面積との前記比率が、同じ断面積を有する円形ビームの断面外周と断面積との比率と比較して少なくとも４０％だけ増大することを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記複合区域サブビーム荷電粒子ビームが、前記装置の光軸の周りに４回対称で提供されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の装置。
5. 少なくとも１つのアパーチャを有する前記アパーチャ構成（２６；８６a、ｂ）が、少なくとも２つのアパーチャ（３６）を含み、前記複合区域サブビーム荷電粒子ビームが、少なくとも２つの独立した荷電粒子ビームとして提供されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つの請求項に記載の装置。
6. 少なくとも１つのアパーチャを有する前記アパーチャ構成（２６；８６a、ｂ）が、４つのアパーチャ（３６）を含み、前記複合区域サブビーム荷電粒子ビームが、４つの独立した荷電粒子ビームとして提供されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つの請求項に記載の装置。
7. 前記少なくとも２つの独立した荷電粒子ビームまたは前記４つの独立した荷電粒子ビームが、該少なくとも２つの独立した荷電粒子ビームの間に相互作用が発生しないような互いに対する距離（Ｄ）を有することを特徴とする請求項５または６のいずれか１つの請求項に記載の装置。
8. 前記少なくとも２つの独立した荷電粒子ビームまたは前記４つの独立した荷電粒子ビームが、互いに対する距離（Ｄ）を有し、前記距離が、前記少なくとも２つのアパーチャ（３６）の直径とほぼ同じ寸法を有することを特徴とする請求項５または６のいずれか１つの請求項に記載の装置。
9. 前記少なくとも２つのアパーチャ（３６）または前記４つのアパーチャ（３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ）が、セグメント化された環状アパーチャによって形成されることを特徴とする請求項５または６のいずれか１つの請求項に記載の装置。
10. 前記少なくとも２つのアパーチャ（３６）または前記４つのアパーチャ（３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ）が、長軸及び短軸を有する細長い形状を有し、前記長軸が、前記荷電粒子ビーム装置の光軸（１）に対して半径方向に配置されることを特徴とする請求項５または６のいずれか１つの請求項に記載の装置。
11. 前記アパーチャ構成の少なくとも１つのアパーチャが、４つの連結された細長いアパーチャによって形成された十字状形状を有することを特徴とする請求項６に記載の装置。
12. 球面収差補正素子（５２）を更に備える前記請求項１ないし１１のいずれか１つの請求項に記載の装置。
13. 前記球面収差補正素子（５２）が、八極子素子によって提供されることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
14. 前記アパーチャ構成（２６；８６）が、放出源又は虚像源（１２）と、前記放出源に最も近接して位置付けられた荷電粒子ビームレンズとの間に位置付けられることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
15. 荷電粒子ビーム装置の動作方法であって、
    前記放出された荷電粒子の一部を遮断するための少なくとも１つのアパーチャ（３６）を有し、断面積及び断面外周を有する複合区域サブビーム荷電粒子ビームを形成するアパーチャ構成（２６；８６）を照射する段階を含み、
    これにより前記断面外周と断面積との比率が、前記複合区域サブビーム荷電粒子ビームと同じ断面積を有する円形ビームの断面外周と断面積との比率と比較して、少なくとも１５％だけ増大され、
    前記方法が更に、
    対物レンズ（１８）を用いて前記複合区域サブビーム荷電粒子ビームを、粒子源、虚像源又はクロスオーバの像である試料（１９）上にプローブを生成するために該試料（１９）の同じ位置上に合焦させる段階と、
    走査ユニットによって、前記試料を前記ビームで走査する段階と、
    を含む荷電粒子ビーム装置の動作方法。
16. 前記照射段階が、前記荷電粒子ビーム装置の光軸（１）の周りの円上で少なくとも２つの独立した荷電粒子ビームを生成する段階を含む請求項１５に記載の荷電粒子ビーム装置の動作方法。
17. 前記荷電粒子が、３ｋｅＶを下回るエネルギーを用いて試料（１９）上に衝突するようにエネルギーが与えられることを特徴とする請求項１５または１６のいずれか１つの請求項に記載の荷電粒子ビーム装置の動作方法。

Images