JP7116154B2 - 高解像度の電子ビーム装置 - Google Patents

Description

本開示は電子ビーム装置に関する。

半導体製造産業の進化は、イールドマネジメントに、また特に計測および検査システムに対し常に増大する要求を課している。ウェハサイズが増大する一方でクリティカルディメンションは縮小している。経済は、半導体製造産業を、高イールド、高価値製造を達成するための時間を減少させるよう駆りたてている。したがって、イールドの問題を検出してそれを解消することから総時間を最小化することが、半導体製造業者にとっての投資利益率を決定する。

多くの場合、マイクロメートルおよびナノメートルスケールのプロセス制御、検査または構築は、電子顕微鏡または電子ビームパターン生成器などの電子ビーム装置に集束される電子ビームによってなされる。電子または他の荷電粒子は、それらの短波長により、光子ビームと比べて優れた空間分解能を提供する。

ウェハは走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて検査され得る。図１は、電子ソース１０１、電子ビーム光学コラム１０２（破線で示す）およびサンプル１０３を伴うＳＥＭ内での従来型電子ビーム装置１００を示す。電子ソース１０１は熱電界放出（ＴＦＥ）ソースであってよい。サンプル１０３は半導体ウェハであってよい。電子ビーム光学コラム１０２は一般に、複数の静電および／または磁気レンズと複数のアパーチャを有する。電子ビーム装置１００の性能は、サンプルの電子ビームスポットサイズ（ｄ）対サンプルに届くビーム電流によって最もよく特徴付けられるが、その理由は、電子ビームスポットサイズが分解能に影響し、サンプルに届くビーム電流がスループットに影響するからである。性能（ｄ対ビーム電流、またはｄ＝ｆ（ビーム電流））は、電子ソース１０１と電子ビーム光学コラム１０２の両方によって決まる。

ＳＥＭレビューと検査の広範なアプリケーションをカバーするために、ビーム電流はピコアンペア（ｐＡ）から数百ナノアンペア（ｎＡ）まで変動する。各ビーム電流に関して、サンプルでの光学スポットサイズ（ｄ）は、最高解像度を達成するために最小化されなければならない。これらの理由から、図１においてビーム制限アパーチャ１０４を用いて原ビーム電流（例えば、サンプル１０３に対する可能な限り最高のビーム電流）をもたらし、コラムアパーチャ１０６を用いて、銃レンズの強さを変えて第１のクロスオーバ１０９（ＸＯ１）位置を移動させることによって原ビーム電流からビーム電流を選択する。ビーム電流は、ソースの放出角αによって規定または特徴付けられ、放出角αでソースはコラムに光学的に関連する。選択されたビーム電流を与えられ、集束レンズ１０７を用いて、ビームをサンプル１０３に集束させる対物レンズ１０８を通る最適な開口数（ＮＡ）を選択する。最適なＮＡ（または図１のβ）で、コラムレンズ収差と、電子間のクーロン相互作用が均衡され、総スポットサイズが最小化される。集束レンズ１０７と対物レンズ１０８の間の電子ビームプロファイルには、クロスオーバ１１０（ＸＯ２）がある場合とクロスオーバがない場合があり得る。

電子ビームを放出し集束するための静電銃は、電子ソース１０１（例えば、放出チップ、サプレッサおよびエクストラクタ）と静電銃レンズ１０５から構成されてよい。静電銃レンズ１０５は接地電極と、接地電極間の集束電極を含み得る。集束電極に集束電圧が印加される。接地されていてよいビーム制限アパーチャ１０４が含まれ得る。

アプリケーションの見地から、電子ビーム装置は、ＳＥＭプラットフォームとしてサブナノアンペア未満の低ビーム電流で、レビュープラットフォームとしてサブｎＡからｎＡの中間ビーム電流で、または検査プラットフォームとしてｎＡから数百ｎＡの高ビーム電流で使用され得る。これは、物理的欠陥検査、ホットスポット検査、電圧コントラスト検査またはその他の技法を網羅し得る。

従来型電子ビーム装置の欠点は、光学的性能が、狭ビーム電流範囲でのアプリケーションのうち１つに最適化または限定されるということである。例えば、ＳＥＭレビューツールは低ビーム電流または中間ビーム電流で高解像度の容認できる性能を提供できるが、高ビーム電流での性能は劣る。別の例では、検査ツールは高ビーム電流で容認できる性能を提供できるが、低ビーム電流または中間ビーム電流の性能は劣る。図２は、図１の電子ビーム装置１００のシミュレーション性能を示し、ビーム電流の全範囲ではスポットサイズがどのように変わるかを示している。図１のＴＦＥ電子ソース１０１と静電銃レンズ（ＥＧＬ）１０５が図２のシミュレーションで使用される。ＳＥＭなどの低ビーム電流電子ビームプラットフォームは図１の電子ビーム装置１００での性能は良好であり得るが、検査などの高ビーム電流電子ビームプラットフォームでの性能は劣る。

米国特許出願公開第２００８／０２１１３７６号 米国特許出願公開第２０１６／００３５５３７号

ピコアンペア乃至数百ナノアンペアの異なる電子ビーム電流をもって、電子ビーム装置は、半導体ウェハクリティカルディメンション走査電子顕微鏡、レビュー、および／または検査に広範に使用され得る。電子ビーム装置開発者は、これら全てのアプリケーションを各用途に関して高分解能で１つの機械に統合することを探求してきた。しかしながら、電子ビーム電流に伴って電子ビーム分解能が変わるため、これは困難である。したがって、改良された電子ビーム装置が必要とされる。

第１の実施形態では、電子ビーム装置が提供される。電子ビーム装置は、電子ソースと、第１の静電アノードと、静電アノードと電子ソースの間に配置されたビーム制限アパーチャと、複数の磁極片およびコイルを含む磁気銃レンズと、第１の静電アノードからビーム制限アパーチャの反対側に配置された静電銃レンズと、第２の静電アノードを備えている。電子ソースは、電子を放出するように構成されたチップと、サプレッサとエクストラクタを含む。第１の静電アノードは接地されている。磁気銃レンズは、電子ソース、第１の静電アノードおよびビーム制限アパーチャの両側に配置される。第２の静電アノードは接地され、第１の静電アノードから静電銃レンズの反対側に配置されている。走査電子顕微鏡はこの電子ビーム装置を含んでよい。

電子ビーム装置はさらに、ウェハを保持するように構成されたチャックと、集束レンズと、チャックと集束レンズの間に配置された対物レンズと、第２の静電アノードと集束レンズの間に配置されたコラムアパーチャを含み得る。電子ビーム装置は、電子ビームを、静電銃レンズとコラムアパーチャの間の第１のクロスオーバと、集束レンズと対物レンズの間の第２のクロスオーバを有するように整形するように構成され得る。

電子ソースは、冷電界放出ソースまたは熱電界放出ソースであってよい。

第２の実施形態では方法が提供される。この方法において電子ビームが電子ソースで生成される。電子ビームはエクストラクタで抽出される。電子ビームは、複数の磁極片とコイルを含むとともにビーム制限アパーチャの両側に配置された磁気銃レンズを用いて、ビーム制限アパーチャを介してウェハに向けられる。電子ビームは、ビーム制限アパーチャを通過した後で静電銃レンズを通過する。

電子ビームは、ウェハの画像を生成するために用いられ得る。

一例では、磁気銃レンズが作動され、静電銃レンズは作動されない。

磁気銃レンズは、ビーム電流をビーム電流スイッチング速度で選択するように構成され得る。

電子ビームは、ウェハに到達する前にコラムアパーチャと、集束レンズと対物レンズを通過し得る。電子ビームは、ビーム制限アパーチャとコラムアパーチャの間の第１のクロスオーバと、集束レンズと対物レンズの間の第２のクロスオーバを有するように構成され得る。

静電銃レンズは、ビーム電流をビーム電流スイッチング速度で選択するように構成され得る。

磁気銃レンズと静電銃レンズは、ビーム電流をビーム電流スイッチング速度で選択するように構成され得る。電子ソースは、冷電界放出ソースであってよい。

電子ビームのビーム電流は、０.００１ｎＡ～５００ｎＡであってよく、電子ビームの分解能は２０ｎｍ～８０ｎｍであってよい。スイッチングビーム電流は１秒以下で発生し得る。

本開示の性質と目的のより完全な理解のために、添付の図面と併せた以下の詳細な説明に言及する。

電子ビーム装置の光学系の図である。 図１の温度場エミッタ電子ソースと電子銃を備えた電子ビーム装置でのスポットサイズ対ビーム電流のチャートである。 本開示による電子ソース、静電アノード（接地電極）および磁気銃レンズを備えた磁気銃の実施形態のブロック図である。 磁気銃レンズがビーム電流を選択するように構成された、図３の磁気銃を備えた電子ビーム装置の実施形態のブロック図である。 電子ビーム光学コラム内で静電銃レンズと磁気銃レンズを別個に用いるスポットサイズ対ビーム電流のチャートである。 より高輝度の冷電界放出ソースが磁気銃レンズと使用される図４の電子ビーム装置の実施形態の光学性能のチャートである。 冷電界放出ソースでの電子間のクーロン相互作用の影響の減少を示す図４の電子ビーム装置の実施形態のブロック図である。 本開示による磁気および静電レンズを備えた冷電界放出ソースを装備した混合銃の実施形態のブロック図である。 図８の冷電界放出ソースを装備した混合銃を備えた電子ビーム装置の実施形態のブロック図である。 図８および９の実施形態のスポットサイズ対ビーム電流性能および比較を示すチャートである。 混合光学動作での図８および９の実施形態のスポットサイズ対ビーム電流性能および比較を示すチャートである。 本開示による方法の実施形態のフローチャートである。 本開示による走査電子顕微鏡システムの実施形態である。

クレームに記載された対象を特定の実施形態について説明するが、本明細書に記載の利益と特徴を全て提供するわけではない実施形態を含めて他の実施形態も本開示の範囲内にある。本開示の範囲から逸脱せずに、種々の構造的、論理的、プロセスステップおよび電子的な変更がなされ得る。したがって、開示の範囲は、添付のクレームの範囲を参照することによってのみ定義される。

本明細書で開示する実施形態は、ＳＥＭ、レビューおよび／または検査用途における全ての利用可能なビーム電流向けに高解像度を達成できる。本明細書で開示する実施形態の光学性能は、従来の設計以上の利点を提供する。

電子ビーム装置のサンプルでのスポットサイズ（ｄ）は典型的に５つのスポットサイズ成分を含む。それらは、式１のソース画像ｄ_ｇと、式２の回折収差ぼけｄ_λと、式３の色収差ぼけｄ_ｃと、式４の球面収差ぼけｄ_ｓと、電子間のクーロン相互作用のぼけｄ_Ｃｌである。ぼけｄ_Ｃｌに関しては、本開示内で後で説明される。

式１～４において、ＢＣはビーム電流であり、βはサンプルでのビーム収束角（すなわち、開口数ＮＡ）、Ｂｒはソース輝度であり、ΔＥは熱エネルギ拡散であり、ＣｃとＣｓはそれぞれ総色収差係数と総球面収差係数である。式５および６に定義されるように、ＣｃとＣｓはそれぞれ銃および対物レンズの色および球面収差係数を含む。

式５および６では、Ｃ_{ＣＯＬ－ｓｐ}（Ｃ_{ＳＯＬ－ｓｐ}）およびＣｃ_{ｇｕｎ－ｓｐ}（Ｃ_{Ｓｇｕｎ－ｓｐ}）はそれぞれ、対物レンズと銃レンズの色（球面）収差係数である。これらの変数は、最終画像（例えば、サンプル）側で計算され得る。

電子銃の性能はそれぞれ、銃レンズの色および球面収差係数、すなわち、Ｃ_{Ｃｇｕｎ－ｏｂｊｔ}およびＣ_{Ｓｇｕｎ－ｏｂｊｔ}によって特徴付けられる。これらの変数は、銃レンズの対物側（例えば、ソース側）で計算され得る。したがって、銃レンズ収差情報（Ｃ_{Ｃｇｕｎ－ｏｂｊｔ}およびＣ_{Ｓｇｕｎ－ｏｂｊｔ}）から最終画像（サンプル）側への変換は、式７および８のコラム光学倍率Ｍによって関係付けられる。

式７～９において、光学倍率Ｍは、Ｊａの固定角強度（またはＢｒの固定ソース輝度）の電子ソースを与えられて、ビーム電流ＢＣとともに変動する。ビーム電流は、電子ビームアプリケーションの要求によって選択され得ることに注目されたい。式７～９を用いて実証されるように、ビーム電流を上昇させる（またはマシンスループットを上昇させる）コストは、銃レンズ収差を最終画像に拡大する（またはマシンレゾリューションを損失する）ことである。これは、本明細書に記載の実施形態に適用され得る。

ＴＦＥベースの電子ソースにおいて、式９での角度強度Ｊａは約０.３～０.６ｍＡ／ｓｒであり得る。図１等でのＴＦＥソースでのコラムにおける光学倍率は、サブナノアンペア未満のビーム電流でのＳＥＭ使用向けにはＭ＜＜０．０５に分割され、サブナノアンペアからナノアンペアまでのビーム電流でのレビュー使用向けには０.０１＜Ｍ＜０.２に分割され、また、ナノアンペアから数百ナノアンペアまでのビーム電流での検査使用向けには０.１＜Ｍ＜１.０に分割されてよい。

電子ビーム光学コラムにおいて、総スポットサイズｄに対する各スポットサイズ成分ｄ_ｇ、ｄ_λ、ｄ_ｃおよびｄ_ｓの寄与は、異なるビーム電流範囲ではかなり異なる。電子間のクーロン相互作用を含めずに、総スポットサイズｄは式１０で規定され得る。

図２の低ビーム電流領域（ＬＢＣ）において、回折ぼけｄ_λと色ぼけｄ_ｃは他よりも優勢であり、よって、低ビーム電流領域における最小化された総スポットサイズｄ_ＬＢが式１１によって与えられる。

式１１において、ΔＥはエネルギ拡散である。ビーム電流はＳＥＭに関して低い（サブｎＡ未満）であるという事実により、式９における光学倍率もまた小さくなり得る（Ｍ＜＜０.０５）。したがって、式５と７において、最終画像（サンプル）に対する銃の色収差の寄与は僅かであり得、式５および１１での総色収差係数Ｃｃは対物レンズによって支配され得る（すなわち、Ｃｃ≒Ｃ_{ＣＯＬ－ｓｐ}）。

したがって、低ビーム電流領域では、スポットサイズはビーム電流、銃レンズ収差および電子ソース輝度とは無関係であり得る。

図２の中間ビーム電流領域（ＭＢＣ）において、ソース画像ｄ_ｇと色ぼけｄ_ｃは他よりも支配的であり得、よって中間ビーム電流領域における極小化された総スポットサイズｄ_ＭＢは式１２によって与えられ得る。

したがって、中間ビーム電流領域における最適なスポットサイズは、ビーム電流と、輝度に対するエネルギ拡散のソース率（ΔＥ ／√Ｂｒ）と同時に増加し得る。総色収差係数Ｃｃは、銃および対物レンズ寄与の両方を含み得る。ビーム電流（または式９の光学倍率）の増加とともに、銃色収差Ｃｃ_{ｇｕｎ-ｏｂｊｔ}は、総Ｃｃに僅かなインパクトおよび／または重みを与えるべく、十分に拡大されても拡大されなくてもよい。それは、銃の設計と銃レンズ収差Ｃｃ_{ｇｕｎ-ｏｂｊｔ}に依存するものであり得る。

図２の高ビーム電流領域（ＨＢＣ）において、ソース画像ｄ_ｇおよび球面ぼけｄ_ｓは他よりも支配的であり、よって高ビーム電流領域における極減された総スポットサイズｄ_ＨＢは式１３によって与えられ得る。

したがって、高ビーム電流領域における最適なスポットサイズは、ビーム電流に伴って増加し、同時に輝度に伴って減少し得る。総球面収差係数Ｃｃは、銃および対物レンズ寄与の両方を含み得る。ビーム電流（または式９のＭ）の増加とともに、銃球面収差Ｃｓ_{ｇｕｎ-ｏｂｊｔ}は、総Ｃｓに僅かなインパクトおよび／または重みを与えるべく、十分に拡大されても拡大されなくてもよい。それは、銃の設計と銃レンズ収差Ｃｓ_{ｇｕｎ-ｏｂｊｔ}に依存するものであり得る。

図３に示すように、電子ビームを放出し収束するための磁気銃２００は、磁気銃レンズ（ＭＧＬ）２０７と、放出チップ２０２、サプレッサ２０３およびエクストラクタ２０４を有する電子ソース２０１（破線で示す）を含んでよい。ビーム制限アパーチャ（ＢＬＡ）２０５は、小さすぎる穴での汚染を回避するために接地電極２０６（すなわち、アノード 電極）側に、またはそれに近接して配置され得る。磁気銃レンズ２０７は磁極片２０８とコイル２０９を含み得る。チップ２０２は所与のビームエネルギに関して、接地電極２０６に対して負のバイアスを受け得る。サプレッサ２０３は、電子放出ビーム２１０を整形するためにチップ２０２よりもさらに負のバイアスを受け得る。エクストラクタ２０４は、電子を強くポンピングするためにチップ２０２よりも少なく負のバイアスを受け得る。電子ソース２０１と、接地電子２０６のアノード電極との間のギャップ距離Ｌは、高ビームエネルギでのアーキングを回避するために十分に離されていてよい。

磁極片２０８は、後で図４に示すように、光学軸に沿った磁束分布を狭めて、エクストラクタ２０４とビーム制限アパーチャ２０５の間に磁気レンズを形成するように設計され得る。エクストラクタ２０４とビーム制限アパーチャ２０５の間の仮想磁気銃レンズ位置は、磁気銃レンズがエクストラクタ２０４に接近しすぎている場合に磁気飽和を回避するとともに銃レンズ 収差係数Ｃｃ_{ｇｕｎ－ｏｂｊｔ}およびＣｓ_{ｇｕｎ－ｏｂｊｔ}を極小化するように最適化されてよい。ビーム制限アパーチャ２０５が近いほど、係数が大きくなり得る。高ビームエネルギで励起アンペア回数が上昇した場合に過熱を回避するために、冷却板または冷却リングが磁気コイル２０９に挟設されてよい。コイル２０９と磁極片２０８は、高真空の汚染を回避するために空気に封入されてよい。ビームを収束するときの磁束の使用効率を最大化するために、コイルリングの平均直径は、真空封止システムを収容するために極減され得る。

図４は、図３に示した磁気銃２００を伴う電子ビーム装置２１１における光学画像形成関係を示し、図では磁気銃レンズ２０７がビーム電流を選択するために用いられている。電子ビーム装置２１１は、半導体ウェハであってよいサンプル１０３を含み得る。サンプル１０３はチャック２２１上に保持されてよい。電子ビーム装置２１１は、収束レンズ２１３と、サンプル１０３を伴うチャック２１２と収束レンズ２１３との間に配置された対物レンズ２１４と、電子ソース２０１と集束レンズ２１３の間に配置されたコラムアパーチャ２１２も含み得る。電子ビームは、コラムアパーチャ２１２の上流の第１のクロスオーバ２１５（ＸＯ１）と、集束レンズ２１３と対物レンズ２１４の間の第２のクロスオーバ２１６（ＸＯ２）を有するように整形され得る。

電子銃の光学性能は、銃レンズの色収差係数および球面収差係数（すなわち、それぞれＣｃ_{ｇｕｎ－ｏｂｊｔ}およびＣｓ_{ｇｕｎ-ｏｂｊｔ}）によって特徴付けられ得る。銃レンズの色および球面収差係数は銃レンズの物体側（ソース側）で計算され得る。

磁気銃性能は一般に静電銃性能より良い。図３に示された色収差係数Ｃｃ_{ｇｕｎ－ｏｂｊｔ}および球面収差係数Ｃｓ_{ｇｕｎ-ｏｂｊｔ}は約１０Ｘ～３０Ｘであり、それぞれ、静電銃の色収差係数Ｃｃ_{ｇｕｎ－ｏｂｊｔ}およびＣｓ_{ｇｕｎ-ｏｂｊｔ}よりも約５０Ｘ～３００Ｘ小さい。これらの有意な光学性能差は、以下の２つの機構のうち１つ以上によって引き起こされてよいが、他の機構も可能である。

先ず、図３および図４の磁気銃レンズにおける物体距離は、図１の静電銃レンズにおける物体距離よりも短いが、それは、磁気レンズの磁気収束場が、図３のエクストラクタとアノードの間の加速領域に形成され、静電レンズの静電収束場がアノード以降に形成されるからである。したがって、磁気収束場は加速領域の上に重なることができるが、静電収束場は別の静電場（すなわち、加速場）の上に重なり得ない。電子光学系理論によれば、物体距離が長くなれば、収差がより大きくなる。

第２に、磁気銃レンズにおける穴サイズは静電銃レンズの穴サイズよりもずっと大きい。したがって、磁気収束場内で移動する電子は、静電収束場内で移動する電子と比較してより近軸であり、その結果、前者における第３の、より大きな幾何学的収差は、電子光学系理論によれば後者における幾何学的収差よりもはるかに小さい。

図５は、図１の電子ビーム光学コラム用の静電銃レンズと、図４の同じコラム用の磁気銃レンズを用いてのスポットサイズ対ビーム電流比較を表す。同じＴＦＥソースで、ソースエネルギ拡散ΔＥ 、輝度Ｂｒおよび角度強度Ｊａは、図１と図４の光学コラムにおいてすべて同じである。図４の磁気銃レンズでの大きな分解能改善は、表１に示すように銃レンズ収差の低減によるものであり得る。表１は同じＴＦＥソースを示すが、銃レンズとビーム電流が総ＣｃおよびＣｓ（分解能）を異ならせる可能性がある。

表１において、図４のコラムにおける磁気銃レンズ（ＭＧＬ）では、総ＣｃおよびＣｓはビーム電流とともに僅かに増加する。磁気レンズでは銃レンズ収差（Ｃｃ_{ｇｕｎ－ｏｂｊｔ}およびＣｓ_{ｇｕｎ-ｏｂｊt}）が大きく低減され得るため、対物レンズ収差（Ｃ_{ＣＯＬ－ｓｐ}およびＣ_{ＳＯＬ－ｓｐ}）は、すべてのビーム電流に関して（またはすべての光学倍率Ｍに関して）銃レンズ収差（Ｃｃ_{ｇｕｎ－ｏｂｊｔ}およびＣｓ_{ｇｕｎ-ｏｂｊt}）よりも優勢であり得る。電子ビーム装置における光学倍率は、ＳＥＭ、レビューおよび検査のすべてのアプリケーションでＭ≒０.０１乃至１.０の範囲内であり得る。

表１において、図１のコラム内の静電銃レンズ（ＥＧＬ）では、低ビーム電流（ＬＢＣ）であれば、小倍率（Ｍ＜＜０.０５）はＣｃ_{ｇｕｎ-ｓｐ} ＜＜ Ｃ_{ＣＯＬ－ｓｐ}およびＣｓ_{ｇｕｎ－ｓｐ}＜＜Ｃ_{ＳＯＬ－ｓｐ}をもたらし_、その結果、図５のスポットサイズは、静電銃レンズ（ＥＧＬ）を用いた場合と磁気銃レンズ（ＭＧＬ）を用いた場合では有意な差がないが、それは、最終総ＣｃおよびＣｓがそれぞれ対物レンズＣ_{ＣＯＬ－ｓｐ}およびＣ_{ＳＯＬ－ｓｐ}にほぼ等しいからである。

表１において、図１のコラムにおける静電銃レンズ（ＥＧＬ）では、中間ビーム電流 （ＭＢＣ）であれば、増加する倍率（Ｍ＝０.０２～０.２）はＣ_{Ｃｇｕｎ－ｓｐ}～Ｃ_{ＣＯＬ－ｓｐ}およびＣｓ_{ｇｕｎ－ｓｐ}～Ｃ_{ＳＯＬ－ｓｐ}または総Ｃｃ＞Ｃ_{ＣＯＬ－ｓｐ}およびＣｓ＞Ｃ_{ＳＯＬ－ｓｐ}をもたらし、その結果、図５のスポットサイズは、静電銃レンズ（ＥＧＬ）を用いた場合と磁気銃レンズ（ＭＧＬ）を用いた場合での差の増加を示す。

表１において、図１のコラムにおける静電銃レンズ（ＥＧＬ）では、高ビーム電流であれば、より大きい倍率（Ｍ≒０.１～１.０）がＣ_{Ｃｇｕｎ－ｓｐ}＞＞Ｃ_{ＣＯＬ－ｓｐ}およびＣ_{Ｓｇｕｎ－ｓｐ}＞＞Ｃ_{ＳＯＬ－ｓｐ}または総Ｃｃ＞＞Ｃ_{ＣＯＬ－ｓｐ}およびＣｓ＞＞Ｃ_{ＳＯＬ－ｓｐ}をもたらし、その結果、図５のスポットサイズは、静電銃レンズ（ＥＧＬ）を用いた場合と磁気銃レンズ（ＭＧＬ）を用いた場合での大きな差を示す。

ＴＦＥソースベースの電子ビーム装置において磁気銃レンズ（ＭＧＬ）を用いても、低ビーム電流における分解能を改善できない可能性があるが、図５でわかるように高ビーム電流では分解能を改善する。ＳＥＭ、レビューおよび検査（例えば、物理的欠陥検査、ホットスポット検査および電圧コントラスト検査）の全ての用途をカバーする全ビーム電流範囲において分解能を改善するために、より高輝度の新規の電子ソースが、図４の磁気銃レンズベースの光学コラムと用いられ得る。電子ソースは冷電界放出（ＣＦＥ）ソースであってよい。

図３のＴＦＥソースは所謂ショットキー放出ソースである。ショットキー放出カソードは、チップ半径が約０．２～１．０μｍのＺｒＯ／Ｗ（１００）タイプであってよい。Ｗ上にＺｒＯをコーティングすることによって仕事関数を下げることができ、それは、電子が、１８００Ｋの温度での仕事関数に打ち勝つことを可能にする。エクストラクタ電圧が増加して、チップ上での１．０Ｅ＋７Ｖ／ｍｍ程度の静電場強さに達すると、電子が放出されて、電子ビームプロファイルは図３のサプレッサ電圧によって整形される。式１のソース輝度および／または式９のソース角度強度は、エクストラクタ電圧によって変調され得る。

ＣＦＥソースは波動力学トンネル効果に基づいている。Ｗ上へのＺｒＯコーティングを必要とせずに、電子は、チップ静電場強さがエクストラクタ電圧によって１.０Ｅ＋８Ｖ／ｍｍよりも大きく増加した場合に約０．１μｍの半径の鋭利なタングステンチップから放出され得る。そのような高電場は、フェルミレベルからの電子が波動力学トンネル効果によって電位バリアを貫通できるように、カソードの正面の電位壁の幅を数ナノメートルに減少させる。再び、サプレッサ電圧を用いて電子ビームプロファイルを整形することができ、エクストラクタ電圧を用いて輝度および／または角度強度を変調できる。

図４は、電子ソースがＣＦＥソースなどの高輝度ソースであり磁気銃レンズが図３の構成である第１の実施形態を示す。ＴＦＥソースと比べて、ＣＦＥソースは、表２に示すようにより狭いソースエネルギ拡散と、より高い輝度とより低い角度強度を有し得る。ＣＦＥソースでのより低いＪａにより、光学倍率は、式９により同じビーム電流で約√５Ｘ大きくなり得る。ＣＦＥソースでの輝度に対するソースエネルギ拡散の割合ΔＥ ／√Ｂｒも√２／８Ｘ小さい。

第１の実施形態におけるＣＦＥでのより低い角度強度Ｊａにより、図４の光学コラムでの光 倍率は約√５Ｘ大きく、表３に要約され得るように、磁気銃レンズ収差Ｃ_{ＣＯＬ－ｏｂｊｔ}およびＣ_{ＳＯＬ－ｏｂｊｔ}はサンプル側により大きく拡大され得るということを意味している。

磁気銃レンズベースの電子ビーム装置におけるＴＦＥソースでは、総ＣｃおよびＣｓはビーム電流とともに僅かに増加し得る。したがって、対物レンズ収差（Ｃ_{ＣＯＬ－ｓｐ}およびＣ_{ＳＯＬ－ｓｐ}） は、表１に要約され得るように、全てのビーム電流（または全ての光学倍率Ｍに関して）銃レンズ収差（Ｃ_{Ｃｇｕｎ－ｓｐ}およびＣ_{Ｓｇｕｎ－ｓｐ}）よりも優勢であり得る。

磁気銃レンズベースの電子ビーム装置におけるＣＦＥソースでは、低ビーム電流（ＬＢＣ）であれば、小倍率（Ｍ＜＜０.０５）がＣｃ_{ｇｕｎ-ｓｐ} ＜＜ Ｃ_{ＣＯＬ－ｓｐ}およびＣｓ_{ｇｕｎ－ｓｐ}＜＜Ｃ_{ＳＯＬ－ｓｐ}をもたらし_、その結果、総ＣｃおよびＣｓは、対物レンズＣ_{ＣＯＬ－ｓｐ}およびＣ_{ＳＯＬ－ｓｐ}にほぼ等しくなり得る。ＣＦＥソースベースのコラムにおける光学倍率であっても、それぞれ約√５Ｘ大きくなり得る。

磁気銃レンズベースの電子ビーム装置におけるＣＦＥソースでは、中間ビーム電流 （ＭＢＣ）であれば、ビーム電流増加と角度強度減少の両方による倍率の増加は、ＴＦＥベースのコラムにおける場合よりも大きなＣ_{Ｃｇｕｎ－ｓｐ}およびＣ_{Ｓｇｕｎ－ｓｐ}をもたらし得る。しかしながら、磁気銃レンズベースのコラムにおけるＣｃ_{ｇｕｎ－ｏｂｊｔ}およびＣｓ_{ｇｕｎ－ｏｂｊｔ}が既に減少しているため、これらはＣ_{ＣＯＬ－ｓｐ}およびＣ_{ＳＯＬ－ｓｐ}よりも依然として小さい。これはそれぞれ、Ｃ_{ＣＯＬ－ｓｐ}およびＣ_{ＳＯＬ－ｓｐ}の約１.０５Ｘ～１.１５Ｘよりも少し大きい総ＣｃおよびＣｓをもたらし得る。

磁気銃レンズベースの電子ビーム装置におけるＣＦＥソースでは、高ビーム電流（ＨＢＣ）であれば、ビーム電流の増加および角度強度の減少両方によるより大きな倍率は、ＴＦＥベースのコラムの場合よりも大きいＣ_{Ｃｇｕｎ－ｓｐ}およびＣ_{Ｓｇｕｎ－ｓｐ}をもたらし得る。しかしながら、磁気銃レンズベースのコラムにおけるＣ_{ｃｇｕｎ－ｏｂｊｔ}およびＣ_{Ｓｇｕｎ－ｏｂｊｔ}が既に減少しているため、これらはＣ_{ＣＯＬ－ｓｐ}およびＣ_{ＳＯＬ－ｓｐ}よりも依然として小さくなり得る。これはそれぞれ、Ｃ_{ＣＯＬ－ｓｐ}およびＣ_{ＳＯＬ－ｓｐ}の約１.１５Ｘ～１.５Ｘよりも有意に大きい総ＣｃおよびＣｓをもたらし得る。

図４の第１の実施形態の光学コラムでＣＦＥソースと磁気銃レンズ（ＭＧＬ）によって、ビーム電流の全範囲における分解能は、図６でわかり得るように改善する。

低ビーム電流（ＬＢＣ）では、式１１で与えられるスポットサイズｄ_ＬＢは、総色収差係数Ｃｃおよびソースエネルギ拡散ΔＥによって制御される。ＣＦＥソースでのΔＥは、ＴＦＥソースでの場合よりも約０.２５Ｘ低くなり得る。ＣＦＥソースでの総Ｃｃは、ＴＦＥソースの場合と等しくあってよく、表３の対物レンズＣ_{ＣＯＬ－ｓｐ}と概ね等しい。したがって、ＣＦＥソースでの分解能はＴＦＥソースでの分解能を上回り得る。

中間ビーム電流（ＭＢＣ）では、式１２で与えられるスポットサイズｄ_ＭＢは、総色収差係数Ｃｃと、輝度に対するソースエネルギ拡散の割合（ΔＥ／√Ｂｒ）によって制御される。表３によれば、ＣｃはＣ_{ＣＯＬ－ｓｐ}よりも少し大きいだけであり得る（ＴＦＥソースでのＣｃとほぼ同じである）。しかしながら、ＣＦＥソースでの割合（ΔＥ ／√Ｂｒ）は、ＴＦＥソースでの割合よりも約 √２／８Ｘ小さくあり得る。式１２での結合結果として、ＣＦＥソースでの分解能はＴＦＥソースでの分解能を上回り得る。

高ビーム電流（ＨＢＣ）では、式１３で与えられるスポットサイズｄ_ＨＢは、Ｃｓ^１／４での総球面収差係数と、１／Ｂｒ^３／８でのソース輝度によって制御される。表２および表３によれば、ＣＦＥソースでのＢｒはＴＦＥソースでのＢｒよりも約２Ｘ大きいが、ＣＦＥソースでのＣｓは最大でもＴＦＥソースでのＣｓよりも最大で１．５Ｘ大きくあり得る。しかしながら、式１３での結合結果として、ＣＦＥソースでのＣｓ^１／４／Ｂｒ^３／８はＴＦＥしてソースでの場合よりも依然として約１５％小さくあり得る。したがって、ＣＦＥソースでの分解能はＴＦＥソースでの分解能を上回り得る。

ＣＦＥベースのコラムにおける幾何学的収差は図４のＴＦＥベースのコラムの場合よりも小さいという事実に加えて、前者のコラムにおける電子間のクーロン相互作用ｄ_ｃｌのぼけは、後者のコラムの場合よりも小さく、それは、図７でわかるように、前者コラムにおける電子ビーム量が後者コラムの場合より大きい、または電子量密度が後者コラムの場合よりも小さいからである。同じビーム電流を前提として、ＣＦＥでの放出角（αｃ）はＴＦＥでの放出角（ατ）よりも大きくなり得るが、それは、前者の角度強度が後者の角度強度よりも約５Ｘ低いからである（表２に示すように）。

図３および４の第１の実施形態において、ＣＦＥベースの磁気銃レンズでの光学性能は、電流密度（同じスポットサイズ、ビーム電流差を前提として）と分解能（同じビーム電流、スポットサイズ差を前提として）の両方においてＴＦＥベースの磁気銃レンズコラムよりも改善している。しかしながら、ビーム電流を選択および／または変更する高速スイッチングが改善され得る。

例えば、高分解能モードから高スループットモードまでの欠陥レビューアプリケーション、または、物理的欠陥検査から電圧コントラスト検査までの電子ビーム検査アプリケーションにおいて、ビーム電流は迅速に変更および／または異なって選択される必要がある。図３と図４の第１の実施形態における磁気銃レンズは、ビーム電流を変更および／または選択する高速スイッチャーとしての使用は困難であり得る。

図８は、磁気および静電レンズでＣＦＥソースでの混合銃２１７が示されている第２の実施形態を示す。ＣＦＥ-ＭＧＬ／ＥＧＬ混合銃画像形成光学系が図９に示されている。

図８および図９の第２の実施形態の構成および光学系において、最初に磁気銃レンズを用いて電子ビームをテレセントリック様ビームに集束させ、磁気レンズの低い銃収差を利用してよい。次に、静電銃レンズを用いて高速度のビーム電流を選択してよい。

図８および図９でわかるように、電子ビーム装置２２０は、電子ソース２０１、第１の静電アノード２０６（接地電極）、ビーム制限アパーチャ２０５、磁気銃レンズ２０７、静電銃レンズ２１８および第２の静電アノード２１９（接地電極）を含み得る。電子ソース２０１は、電子を放出するように構成されたチップ２０２と、サプレッサ２０３とエクストラクタ２０４を含み得る。電子ソース２０１は、冷電界放出（ＣＦＥ）ソースまたは熱電界放出 （ＴＦＥ）ソースであり得る。第１の静電アノード２０６は接地されていてよい。ビーム制限アパーチャ２０５は第１の静電アノード２０６と電子ソース２０１の間に配置され得る。磁気銃レンズ２０７は複数の磁極片２０８とコイル２０９を含み得る。磁気銃レンズ２０７は図３の場合のような設計を有してよい。磁気銃レンズ２０７は電子ソース２０１、第１の静電アノード２０６およびビーム制限アパーチャ２０５の両側に配置され得る。静電銃レンズ２１８は第１の静電アノード２０６からビーム制限アパーチャ２０５の反対側に配置され得る。第２の静電アノード２１９は接地されてよく、第１の静電アノード２０６から静電銃レンズ２１８の反対側に配置され得る。

静電銃レンズ２１８は、図８に示すようなアインツェルレンズまたはユニポテンシャルレンズ、あるいは加速レンズまたは減速レンズ（２ポテンシャルレンズ）であってよい。静電銃レンズ２１８は、ビーム制限アパーチャ２０５が磁気銃レンズ２０７と静電銃レンズ２１８の間に挟設されて原ビーム電流を制御するように、電子ビームパスに対してビーム制限アパーチャ２０５に続いて配置され得る。ビーム制限アパーチャ２０５は接地して第１の静電アノード２０６の一部であり得る。ビーム制限アパーチャ２０５は高ビームエネルギの使用を可能にするためにエクストラクタ２０４から十分離れて配置され得る。磁極片２０８およびコイル２０９を除いて、図８のチップ２０２から第２の静電アノード２１９までの全静電構成要素は高真空に封止されてよい。

電子ビーム装置２２０はさらに、半導体ウェハなどのサンプル１０３を保持するように構成されたチャック２２１と、集束レンズ２１３と、サンプル１０３を保持するチャック２２１と集束レンズ２１３との間に配置された対物レンズ２１４と、第２の静電アノード２１９と集束レンズ２１３との間に配置されたコラムアパーチャ２１２を含み得る。電子ビーム装置２２０は、電子ビームを、静電銃レンズ２１８とコラムアパーチャ２１２の間の第１のクロスオーバ２１５（ＸＯ１）と、集束レンズ２１３と対物レンズ２１４の間の第２のクロスオーバ２１６（ＸＯ２）を有するように整形するよう構成され得る。

走査電子顕微鏡は、本明細書に記載の、図８および９の実施形態のような電子ビーム装置の実施形態を含み得る。

磁気銃レンズ（ＭＧＬ）および静電銃レンズ（ＥＧＬ）ＭＧＬ／ＥＧＬとして例示してきたが、他のデュアルレンズ混合銃も可能である。例えば、ＭＧＬ／ＭＧＬ、ＥＧＬ／ＭＧＬ、またはＥＧＬ/ＥＧＬである。これらのデュアルレンズの任意の組み合わせが図９の光学系に組み込まれてよい。これらの他のデュアルレンズの組み合わせは、図９に示したＭＧＬおよびＥＧＬを、所望のペアのレンズと交換することを含み得る。各デュアルレンズ混合銃の実施形態は、１つ以上のアプリケーション向けの容認できる性能を提供するように構成され得る。

図１０は、図８および図９における第２の実施形態の光学系でのスポットサイズ対ビーム電流性能および比較を示す。磁気銃レンズ／静電銃レンズ混合銃におけるＣＦＥソースで、より大きなビーム電流範囲における光学性能（低ビーム電流におけるＳＥＭ、中間ビーム電流でのレビューから、高ビーム電流のローエンドでのホットスポット／物理的欠陥検査まで）が、高速ビーム電流スイッチング能力とともに改善する。電圧コントラスト検査に関する非常に高いビーム電流領域では通常、分解能はＴＦＥ－静電銃レンズベースの光学系よりも上であり得る。

図１１は第３の実施形態を示す。第３の実施形態における光学操作は、第１と第２の実施形態における混合光学操作である。全ビーム電流領域は、アプリケーションの要求に従って比較的低いビーム電流範囲と比較的高いビーム電流範囲に分割されてよい。比較的低いビーム電流範囲ではビーム電流高速スイッチングが必要となる可能性があり、比較的高いビーム電流範囲では、ビーム電流高速スイッチングは必要でない可能性がある。したがって、第２の実施形態での磁気銃レンズ／静電銃レンズの混合操作を比較的低いビーム電流で使用して、高解像度とビーム電流高速スイッチング両方を活用してよい。磁気銃レンズのみの操作（静電銃レンズをオフにする）を比較的高いビーム電流に用いて、高ビーム電流での高分解能を活用してよい。

図１１を図１０と比較すると、第３の実施形態は、大きな比較的低いビーム電流範囲における高速ビーム電流スイッチング性能の損失なくビーム電流における分解能を改善する。

図１２は、方法３００の実施形態のフローチャートである。３０１で、電子ビームが電子ソースで生成される。３０２で、電子ビームはエクストラクタで抽出される。３０３で、電子ビームは、ビーム制限アパーチャを通って磁気銃レンズを用いてウェハに向けられる。磁気銃レンズは複数の磁極片およびコイルを含み、ビーム制限アパーチャの両側に配置される。３０４で、電子ビームは、ビーム制限アパーチャを通過した後で静電銃レンズを通過する。電子ビームはウェハの画像を生成するために用いられ得る。

電子ビームは、ウェハに達する前に、コラムアパーチャ、集束レンズおよび対物レンズを通過できる。一例では、電子ビームは、ビーム制限アパーチャとコラムアパーチャの間の第１のクロスオーバと、集束レンズと対物レンズの間の第２のクロスオーバを有するように構成される。

磁気銃レンズと静電銃レンズは操作中に両方とも作動されてよいが、操作中に静電銃レンズは作動されなくてもよい（すなわち、操作中に磁気銃レンズのみが作動されてよい）。

磁気銃レンズは、ビーム電流をビーム電流スイッチング速度で選択するように構成され得る。静電銃レンズはさらに、ビーム電流をビーム電流スイッチング速度で選択するように構成され得る。磁気銃レンズと静電銃レンズは、ビーム電流をビーム電流スイッチング速度で選択するように構成され得る。磁気銃レンズおよび／または静電銃レンズがビーム電流をビーム電流スイッチング速度で選択するように構成されているかに拘らず、電子ソースは冷電界放出ソースであってよい。

電子ビーム装置は、サブナノアンペア未満（例えば、約０.００１ｎＡ～０.１ｎＡ）の低ビーム電流でのＳＥＭプラットフォームとして、サブｎＡ～ｎＡ（例えば、約０.０５ｎＡ～５ｎＡ）の中間ビーム電流でのレビュープラットフォームとして、ｎＡ～数百ｎＡ（例えば、約１ｎＡ～５００ｎＡ）の高ビーム電流での検査プラットフォームとして使用され得る。これは、物理的欠陥検査、ホットスポット検査、電圧コントラスト検査またはその他の技法をカバーし得る。

電子ビームのビーム電流は０.００１ｎＡ～５００ｎＡであり得る。ＳＥＭアプリケーション向けのスポットサイズは３５ｎｍ～６５ｎｍであってよい。本明細書に記載の実施形態を用いると、電子ビームの分解能は約２０ｎｍ～８０ｎｍであり得る。

例示的レビューアプリケーションにおいて、高分解能モードは、約０.０５ｎＡ～０.２ｎＡのビーム電流を用いてよく、高スループットモードは約０.５ｎＡ～５ｎＡのビーム電流を用いてよい。例示的ウェハ検査アプリケーションにおいて、ホットスポットまたは物理的欠陥検査は約１ｎＡ～２０ｎＡのビーム電流を用いてよく、電圧コントラスト検査は時として５０ｎＡ～５００ｎＡのビーム電流を用いてよい。これらのアプリケーションにおけるビーム電流スイッチングは、秒程度以下の速さのスイッチングを要求し得る。

電子間のクーロン相互作用によって誘起されたぼけは、所与のビーム電流を搬送する電子ビームの量のサイズに直接関係し得る。ｒ（ｚ）を光学軸ｚに沿った電子ビームの半径とすると、電子量密度ｎ（ｚ）は式１４によって与えられる。

電子の平均分離距離ｄ（ｚ）は式１５によって与えられる。

電子分離距離ｄ（ｚ）が大きくなるほど、電子間クーロン力は弱くなるが、それは、電子間クーロン力が分離距離ｄ（ｚ）の二乗に反比例するからである。図７に示すように、ＣＦＥベースの光学系での電子分離距離はＴＦＥベースの光学系での電子分離距離よりも大きい。したがって、ＣＦＥベースの光学系でのクーロン相互作用ぼけは、ＴＦＥベースの光学系よりも減少される。減少パーセンテージはビーム電流によって異なり得る。ビーム電流が高くなるほど、クーロン効果のぼけがより減少し得る。全スポットサイズ対ビーム電流プロットに電子間のクーロン相互作用が含まれる。

本明細書に記載の実施形態は、図１３のシステム４００などのシステムに含まれるか、またはそのようなシステムで実行されてよい。システム４００は、少なくとも１つのエネルギソースと１つの検出器を含む出力取得サブシステムを含む。出力取得サブシステムは電子ビームベースの出力取得サブシステムであってよい。例えば、一実施形態では、ウェハ４０４に向けられるエネルギは電子を含み、ウェハ４０４から検出されるエネルギは電子を含む。このように、エネルギソースは電子ビームソース４０２であり得る。図１３に示したそのような一実施形態において、出力取得サブシステムは、制御ユニット４０７に結合された電子光学コラム４０１を含む。制御ユニット４０７は、１つ以上のプロセッサ４０８と、１つ以上のメモリ４０９を含み得る。各プロセッサ４０８はメモリ４０９のうち１つ以上と電子的に通信してよい。一実施形態では、１つ以上のプロセッサ４０８は通信可能に結合されている。これに関連して、１つ以上のプロセッサ４０８はウェハ４０４の画像を受信して、その画像を制御ユニット４０７のメモリ４０９に記憶してよい。制御ユニット４０７はさらに、少なくとも１つのプロセッサ４０８と電子的に通信する通信ポート４１０を含み得る。

図１３にも示すように、電子光学コラム４０１は１つ以上の要素４０３によってウェハ４０４に集束される電子を生成するように構成された電子ビームソース４０２を含む。電子ビームソース４０２は１つのエミッタを含んでよく、１つ以上の要素４０３は、例えば、銃レンズ（例えば、磁気銃レンズおよび／または静電銃レンズ）、アノード、ビーム制限アパーチャ、ゲートバルブ、ビーム電流選択アパーチャ、対物レンズ、および／または走査サブシステムを含んでよい。電子コラム４０１は、当技術分野で知られる任意の他の適切な要素を含んでよい。１つのみの電子ビームソース４０２が示されているが、システム４００は複数の電子ビームソース４０２を含んでよい。

電子ビームソース４０２および要素４０３は、図３および４または図８および９に示された実施形態の構成要素であってよい、または、それら構成要素を含んでよい。

ウェハ４０４から戻った電子（例えば、二次電子）は、１つ以上の要素４０５によって検出器４０６に集束されてよい。１つ以上の要素４０５は、例えば、走査サブシステムを含んでよく、要素（複数可）４０３に含まれた同じ走査サブシステムであってよい。電子コラム４０１は、当技術分野で知られる任意の他の適切な要素を含んでよい。

図１３では電子コラム４０１は、電子がウェハ４０４に斜めの入射角で向けられてウェハから別の斜角で散乱されるように構成されているものとして示されているが、電子ビームは任意の適切な角度でウェハに向けられウェハから散乱されてよいことを理解されたい。それに加えて、電子ビームベースの出力取得サブシステムは、複数のモードを用いてウェハ４０４（例えば、異なる照明角度、集光角度等で）の画像を生成するように構成されてよい。電子ビームベースの出力取得サブシステムの複数のモードは、出力取得サブシステムのいずれの画像生成パラメータとも異なっていてよい。

制御ユニット４０７は、検出器４０６またはシステム４００の別の構成要素と電子的に通信してよい。検出器４０６は、ウェハ４０４の表面から戻った電子を検出して、それによってウェハ４０４の電子ビーム画像を形成してよい。電子ビーム画像は、任意の適切な電子ビーム画像を含んでよい。制御ユニット４０７は、本明細書に記載の実施形態のうちいずれに従って構成されてもよい。制御ユニット４０７はさらに、検出器４０６の出力および／または電子ビーム画像を用いて他の機能または付加的なステップを実行するように構成されてよい。

制御ユニット４０７は実際には、ハードウェア、ソフトウェアおよびファームウェアの任意の組み合わせによって実施されてよいことを理解されたい。さらに、本明細書に記載の制御ユニットの機能は、１つのユニットによって実行されても、または異なる構成要素に分割して、次に構成要素それぞれがハードウェア、ソフトウェアおよびファームウェアの任意の組み合わせによって実施されてもよい。制御ユニット４０７が種々の方法および機能を実施するためのプログラムコードまたは命令は、メモリ４０９などのコントローラ可読記憶媒体、制御ユニット４０７内、制御ユニット４０７の外部、またはそれらの組み合わせに記憶されてよい。

本明細書において、図１３は電子ビームベースの出力取得サブシステムの構成を全般的に図示するために提供されていることに注目すべきである。本明細書に記載の電子ビームベースの出力取得サブシステム構成は、商業的出力取得システムを設計するにあたり通常実行されるように出力取得サブシステムの性能を最適化するために変更されてよい。それに加えて、本明細書に記載のシステムまたはその構成要素は、既存のシステムを用いて（例えば、既存のシステムに本明細書に記載の機能性を追加することによって）実施されてよい。そのようなシステムのいくつかに、本明細書に記載の方法はシステムのオプションの機能性として提供されてよい（例えばシステムの他の機能性に加えて）。

欠陥レビューシステムの一環として開示されたが、本明細書に記載の制御ユニット４０７または方法は、検査システムでの使用向けに構成されてもよい。別の実施形態では、本明細書に記載の制御ユニット４０７または方法は、計測システムでの使用向けに構成されてもよい。したがって、本明細書に記載の実施形態は、異なるアプリケーションに多少適切である異なるイメージング能力を有するシステム向けのいくつかの方式に合わせられ得る分類のいくつかの構成を記載する。

特に、本明細書に記載の実施形態は、検出器４０６または欠陥レビューツールの別の構成要素、マスク検査手段、仮想検査手段または他のデバイスの構成要素であるか、またはそこに結合されたコンピュータノードまたはコンピュータクラスタにインストールされてよい。こうして、本明細書に記載の実施形態は、限定はしないが、ウェハ検査、マスク検査、電子ビーム検査およびレビュー、計測またはその他の用途を含む種々の用途に用いられ得る出力を生成してよい。図１３に示したシステム４００の特性は、出力を生成する対象である試料に基づいて上記のように修正され得る。

本明細書に記載の制御ユニット４０７、他のシステム（複数可）、または他のサブシステム（複数可）は、パーソナルコンピュータシステム、ワークステーション、イメージコンピュータ、メインフレームコンピュータシステム、ワークステーション、ネットワーク機器、インターネット機器、パラレルプロセッサ、または他のデバイスを含む種々の形態を取ってよい。一般に、用語「制御ユニット」は、メモリ媒体からの命令を実行する１つ以上のプロセッサを有する任意のデバイスを包含するように広範に定義されてよい。サブシステム（複数可）またはシステム（複数可）はさらに、パラレルプロセッサ等の当技術分野で知られる任意の適切なプロセッサを含んでよい。さらに、サブシステム（複数可）またはシステム（複数可）は、スタンドアローンまたはネットワークツールとしての、高速処理およびソフトウェアを備えたプラットフォームを含んでよい。

システムが２つ以上のサブシステムを含む場合、異なるサブシステムは、画像、データ、情報、命令等がサブシステム間で送信され得るように互いに結合されてよい。例えば、１つのサブシステムは、当技術分野で知られる任意の適切な有線および／または無線伝送媒体を含み得る任意の適切な伝送媒体によって付加的なサブシステム（複数可）に結合されてよい。２つ以上のそのようなサブシステムが共有コンピュータ可読記憶媒体（図示せず）によって有効に結合されてもよい。

別の実施形態では、制御ユニット４０７はシステム４００の種々の構成要素またはサブシステムのいずれかに、当技術分野で知られる任意の方式で通信可能に結合されてよい。さらに、制御ユニット４０７は、有線および／または無線部分を含み得る適切な伝送媒体によって他のシステムからデータまたは情報（例えば、ブロードバンドプラズマ（ＢＢＰ）ツールなどの検査システムからの検査結果、設計データ等を含む遠隔データベース）を受信および／または取得するように構成されてよい。こうして、伝送媒体は制御ユニット４０７と、システム４００の他のサブシステムまたはシステム４００の外部のシステムとの間のデータリンクとして働き得る。

制御ユニット４０７は、システム４００の構成要素に、任意の適切な方式で（例えば、有線および／または無線伝送媒体を含み得る１つ以上の伝送媒体を介して）結合されて、制御ユニット４０７がシステム４００によって生成された出力を受信できるようにしてもよい。制御ユニット４０７は、その出力を用いていくつかの機能を実行するように構成されてよい。別の例では、制御ユニット４０７は、出力に欠陥レビューを実行せずに出力をメモリ４０９または他の記憶媒体に送信するように構成されてもよい。制御ユニット４０７はさらに、本明細書に記載のように構成されてよい。

別の実施形態は、コンピュータ実装命令を実行するためにコントローラで実施可能なプログラム命令を記憶する非一時的コンピュータ可読媒体に関する。特に、図１３に示すように、制御ユニット４０７は、制御ユニット４０７で実行可能なプログラム命令を含む非一時的コンピュータ可読媒体を備えたメモリ４０９または他の電子データストレージ媒体を含み得る。コンピュータ実装方法は、本明細書に記載の任意の方法（複数可）の任意のステップ（複数可）を含んでよい。メモリ４０９または他の電子データストレージ媒体は、磁気もしくは光学ディスク、磁気テープまたは当技術分野で知られる任意の他の適切な非一時的コンピュータ可読媒体等のストレージ媒体であってよい。

プログラム命令は、とりわけ、手順ベースの技法、構成要素ベースの技法、および／またはオブジェクト指向技法を含む種々の方式のうちいずれで実装されてもよい。例えば、プログラム命令は、要望に応じて、アクティブＸコントロール、Ｃ＋＋オブジェクト、ジャバビーンズ、マイクロソフトファウンデーションクラス（ＭＦＣ）、ＳＳＥ（ストリーミングＳＩＭＤエクステンション）または他の技術もしくは方法を用いて実行されてよい。

いくつかの実施形態では、本明細書に記載の方法およびシステム４００の種々のステップ、機能および／または動作は、以下のうち１つ以上によって実行されてよい：電子回路、論理ゲート、マルチプレクサ、プログラマブルロジックデバイス、ＡＳＩＣ、アナログもしくはデジタルコントロール／スイッチ、マイクロコントローラまたはコンピューティングシステム。本明細書に記載のような方法を実施するプログラム命令は、キャリア媒体で伝送されても、またはキャリア媒体に記憶されてもよい。キャリア媒体は、リードオンリーメモリ、ランダムアクセスメモリ、磁気または光学ディスク、不揮発性メモリ、固体メモリ、磁気テ－プなどの記憶媒体を含んでよい。キャリア媒体は、ワイヤ、ケーブルまたはワイヤレス伝送リンクなどの伝送媒体を含んでよい。例えば、本開示を通して説明される種々のステップは、単一の制御ユニット４０７（または１つのコンピュータシステム）によって実行されてもよいし、または、複数の制御ユニット４０７（または複数のコンピュータシステム）によって実行されてもよい。さらに、システム４００の異なるサブシステムは、１つ以上のコンピューティングまたは論理システムを含んでよい。したがって、上記の記述は、本発明への限定としてではなく、単に例示として解釈されるべきである。

方法のステップそれぞれは本明細書に記載のように実行されてよい。方法は、本明細書に記載のコントローラおよび／またはコンピュータサブシステム（複数可）またはシステム（複数可）によって実行され得る任意の他のステップ（複数可）も含んでよい。ステップは、本明細書に記載の実施形態のいずれかに従って構成され得る１つ以上のコンピュータシステムによって実行され得る。さらに、上記の方法は、本明細書に記載のシステム実施形態のいずれによって実行されてもよい。

本開示を、１つ以上の特定の実施形態に関して説明してきたが、本開示の範囲から逸脱せずに本開示の他の実施形態もなされ得ることが理解されよう。したがって、本開示は添付の特許請求の範囲およびその合理的な解釈によってのみ限定されると見なされる。

Claims (18)

1. 電子ビーム装置であって、
   電子を放出するように構成されたチップと、サプレッサと、エクストラクタとを含む電子ソースと、
   接地された第１の静電アノードと、
   前記静電アノードと前記電子ソースの間に配置されたビーム制限アパーチャと、
   複数の磁極片とコイルを含む磁気銃レンズであって、前記電子ソース、前記第１の静電アノードおよび前記ビーム制限アパーチャの両側に配置された磁気銃レンズと、
   前記第１の静電アノードから前記ビーム制限アパーチャの反対側に配置された静電銃レンズと、
   接地された第２の静電アノードであって、前記第１の静電アノードから前記静電銃レンズの反対側に配置された第２の静電アノードと、を備える電子ビーム装置。
2. ウェハを保持するように構成されたチャックと、
   集束レンズと、
   前記チャックと前記集束レンズの間に配置された対物レンズと、
   前記第２の静電アノードと前記集束レンズの間に配置されたコラムアパーチャと、
   をさらに備えた請求項１に記載の電子ビーム装置。
3. 前記電子ビーム装置は、前記電子ビームを、前記静電銃レンズと前記コラムアパーチャの間の第１のクロスオーバと、前記集束レンズと前記対物レンズの間の第２のクロスオーバを有するように整形するよう構成されている請求項２に記載の電子ビーム装置。
4. 前記電子ソースは冷電界放出ソースである請求項１に記載の電子ビーム装置。
5. 前記電子ソースは熱電界放出ソースである請求項１に記載の電子ビーム装置。
6. 請求項１に記載の電子ビーム装置を含む走査電子顕微鏡。
7. 電子ソースで電子ビームを生成し、
   エクストラクタで前記電子ビームを抽出し、
   前記電子ソースと接地された第１の静電アノードとの間にビーム制限アパーチャが配置され、前記電子ソース、ビーム制限アパーチャ及び前記静電アノードの両側に配置され、複数の磁極片およびコイルを含む磁気銃レンズを用いて、前記ビーム制限アパーチャを通してウェハに電子ビームを向け、
   前記電子ビームが前記ビーム制限アパーチャを通過した後で前記電子ビームを静電銃レンズ及び接地された第２の静電アノードを通して通過させることを含む方法。
8. 前記電子ビームを用いて前記ウェハの画像を生成することをさらに含む請求項７に記載の方法。
9. 前記磁気銃レンズが作動され、前記静電銃レンズは作動されないことを含む請求項７に記載の方法。
10. 前記磁気銃レンズは、ビーム電流のスイッチング速度の高低に応じた大きさのビーム電流を選択するように構成されている請求項７に記載の方法。
11. 前記電子ビームがウェハに到達する前に前記電子ビームをコラムアパーチャ、集束レンズおよび対物レンズを通って通過させることをさらに含む請求項７に記載の方法。
12. 前記電子ビームは前記ビーム制限アパーチャと前記コラムアパーチャの間の第１のクロスオーバと、前記集束レンズと前記対物レンズの間の第２のクロスオーバを有するように構成される請求項１１に記載の方法。
13. 前記静電銃レンズは、ビーム電流の大きさをビーム電流のスイッチング速度の高低に応じて選択するように構成されている請求項７に記載の方法。
14. 前記磁気銃レンズと前記静電銃レンズは、ビーム電流のスイッチング速度の高低に応じた大きさのビーム電流を選択するように構成されている請求項７に記載の方法。
15. 前記電子ソースは冷電界放出ソースである請求項１４に記載の方法。
16. 前記電子ビームのビーム電流は０.００１ｎＡ～５００ｎＡである請求項７に記載の方法。
17. 前記電子ビームの分解能は２０ｎｍ～８０ｎｍである請求項１６に記載の方法。
18. ビーム電流のスイッチングは１秒以下で発生する請求項７に記載の方法。

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