(57)【要約】【課題】荷電粒子ビームデバイスのための２次荷電粒子検出システム、及び荷電粒子ビームデバイスにおける２次荷電粒子の検出の方法を提供する。【解決手段】荷電粒子ビームデバイスのための２次荷電粒子検出システムを説明する。検出システムは、１次ビームと被検体上への衝突時に形成される２次ビームとを分離するためのビームスプリッタと、２次ビームを偏向させるためのビーム曲げ器と、２次ビームを集束させるための集束レンズと、２次ビーム粒子を検出するための検出要素と、３つの偏向器とを含み、３つの偏向器のうちの少なくとも第１の偏向器が、ビーム曲げ器と集束レンズの間に設けられ、３つの偏向器のうちの少なくとも第２の偏向器が、集束レンズと検出要素の間に設けられ、３つの偏向器のうちの少なくとも第３の偏向器は、ビームスプリッタと検出要素の間に設けられる。【選択図】図２
2014123565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームデバイスのための２次荷電粒子検出システムであって、
１次ビーム（１３０）と被検体（１３）上への衝突時に形成される２次ビーム（１４０）とを分離するためのビームスプリッタ（１５）と、
前記２次ビームを偏向させるためのビーム曲げ器（４４０）と、
前記２次ビームを集束させるための集束レンズ（３０１）と、
前記２次ビームの粒子を検出するための検出要素（２２２）と、
３つの偏向器と、
を含み、
前記３つの偏向器のうちの少なくとも第１の偏向器（９０１）が、前記ビーム曲げ器（４４０）と前記集束レンズ（３０１）の間に設けられ、
前記３つの偏向器のうちの少なくとも第２の偏向器（９０２）が、前記集束レンズ（３０１）と前記検出要素（２２２）の間に設けられ、
前記３つの偏向器のうちの少なくとも第３の偏向器（９０３）が、前記ビームスプリッタ（１５）と前記検出要素（２２２）の間に設けられている、
ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
少なくとも前記第３の偏向器（９０３）は、前記ビームスプリッタ（１５）と前記ビーム曲げ器（４４０）の間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の２次荷電粒子検出システム。
【請求項３】
少なくとも前記第３の偏向器（９０３）は、前記ビーム曲げ器（４４０）と前記集束レンズ（３０１）の間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の２次荷電粒子検出システム。
【請求項４】
少なくとも前記第３の偏向器（９０３）は、前記集束レンズ（３０１）と前記検出要素（２２２）の間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の２次荷電粒子検出システム。
【請求項５】
エネルギフィルタリング電極（２００）を更に含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の２次荷電粒子検出システム。
【請求項６】
前記エネルギフィルタリング電極（２００）は、前記集束レンズ（３０１）と前記検出要素（２２２）の間に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の２次荷電粒子検出システム。
【請求項７】
トポグラフィ検出器（２１０）を更に含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の２次荷電粒子検出システム。
【請求項８】
前記トポグラフィ検出器（２１０）は、前記集束レンズ（３０１）と前記検出要素（２２２）の間に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の２次荷電粒子検出システム。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の２次荷電粒子検出システム、
を含むことを特徴とする荷電粒子ビームデバイス。
【請求項１０】
荷電粒子ビームデバイスにおける２次荷電粒子の検出の方法であって、
ビーム分離器を用いて１次ビーム（１３０）から２次ビーム（１４０）を分離する段階と、
前記分離された２次ビーム（１４０）をビーム曲げ器（４４０）を用いて偏向させる段階と、
集束レンズ（３０１）を用いて前記２次ビーム（１４０）を検出要素（２２２）上に集束させる段階と、
を含み、
前記２次ビームは、
前記ビーム曲げ器（４４０）と前記集束レンズ（３０１）の間に設けられた少なくとも第１の偏向器（９０１）と、
前記集束レンズ（３０１）と前記検出要素（２２２）の間に設けられた少なくとも第２の偏向器（９０２）と、
前記ビームスプリッタ（１５）と前記検出要素（２２２）の間に設けられた少なくとも第３の偏向器（９０３）と、
によって偏向される、
ことを特徴とする方法。
【請求項１１】
少なくとも前記第３の偏向器（９０３）は、前記ビームスプリッタ（１５）と前記ビーム曲げ器（４４０）の間に設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも前記第３の偏向器（９０３）は、前記ビーム曲げ器（４４０）と前記集束レンズ（３０１）の間に設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも前記第３の偏向器（９０３）は、前記集束レンズ（３０１）と前記検出要素（２２２）の間に設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
エネルギフィルタリング電極（２００）を用いた前記２次ビームのエネルギフィルタリングの段階を更に含むことを特徴とする請求項１０から請求項１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
トポグラフィ検出器（２１０）を用いた前記２次ビームのトポグラフィ検出の段階を更に含むことを特徴とする請求項１０から請求項１３のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、例えば、検査システム用途、試験システム用途、リソグラフィシステム用途、又は欠陥精査又は臨界寸法決定用途などのための荷電粒子ビームデバイスに関する。特に、本発明の実施形態は、２次ビーム光学系及び検出デバイスに関する。具体的には、実施形態は、荷電粒子ビームデバイスのための２次荷電粒子検出システム、及び荷電粒子ビームデバイスにおける２次荷電粒子の検出の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子ビームシステム、例えば、「電子ビーム検査（ＥＢＩ）」のための電子顕微鏡、「欠陥精査又は臨界寸法」測定、「集束イオンビーム」システム等では、粒子検出器（例えば、電子検出器）が使用される。
【０００３】
荷電粒子ビーム装置は、製造中の半導体デバイスの検査、リソグラフィのための露光システム、検出デバイス、及び試験システムを含むがこれらに限定されない複数の業界において多くの機能を有する。すなわち、マイクロメートル及びナノメートルスケール範囲で被検体を構造化して検査することへの高い需要が存在する。
【０００４】
マイクロメートル及びナノメートルスケールの工程制御、検査、又は構造化は、多くの場合に走査電子顕微鏡又は電子ビームパターン発生器のような荷電粒子ビームデバイス内で発生かつ集束される荷電粒子ビーム、例えば、電子ビームを用いて行われる。荷電粒子ビームは、その短い波長に起因して、例えば、光子ビームと比較して優れた空間分解能を与える。同じく他のタイプの荷電粒子、例えば、正のイオンは、様々な異なる計器においてこのデバイスによって検出することができると考えられる。
【０００５】
１次電子ビームによるサンプル（試料）の照射時には、サンプルのトポグラフィ、化学組成、静電位に関する情報、及び他の情報を担持する２次電子（ＳＥ）が生じる。最も簡単な検出器では、ＳＥの全てが収集され、センサ、通常はシンチレータ、ピンダイオードなどにもたらされる。像が作成され、そのグレーレベルは、収集された電子の個数に比例する。
【０００６】
ＥＢＩにおいて、この種の「明視野（ＢＦ）」検出器が同じく使用される。しかし、トポグラフィ又は面電位の変化に対する感度（電圧コントラストＶＣ）の増強が望ましい。ＶＣは、ＳＥ信号をエネルギフィルタリングすることによって改善することができ、それに対して物理的欠陥からもたらされるトポグラフィ情報は、サンプルでのある一定の射出角度範囲内のＳＥのみを収集する複数のセンサを使用することによって改善することができる。図１に示すＳＥ光学系を有するＥＢＩシステムでは、この改善は、１次ビーム１３０とＳＥ束１４０を分離するビームスプリッタ１５と、ＳＥ束を大きい角度に（典型的には水平射出に向けて９０°に）偏向させるビーム曲げ器４４０と、ビームをセンサに集束かつ位置合わせするためのＳＥ集束レンズ３０１及びアラインメント偏向器９０２とで構成される光学系によって行うことができる。
【０００７】
更に、多くの用途において、結像情報が増強され、同時に高速検出が提供されることが望ましい。例えば、１次電子ビームによるサンプルの照射時には、サンプルのトポグラフィ、化学組成、静電位、及び他のものに関する情報を担持する２次電子（ＳＥ）が生じる。トポグラフィ情報及び／又は２次粒子のエネルギに関する情報が与えられる高速検出は困難な課題であり、継続的な改善が望ましい。従って、ＳＥＭベースのツール、特に高スループットの欠陥検査ツール又は欠陥精査ツールにおける検出の改善が望ましい。従って、強化した結像コントラストは、高スループットの測定及び検査に対して重要な態様である。
【０００８】
従って、検出器への信号粒子の高忠実性伝達を確実にする改善された２次粒子光学系のための手段を提供することが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、従って、光学要素及び関連の電源の個数を可能な限り少なく保ちながら、改善された特徴を有するＳＥ光学系及び検出デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記に鑑みて、請求項９に記載の２次荷電粒子検出システムを含む請求項１に記載の荷電粒子ビームデバイスのための２次荷電粒子検出システムと、請求項１０に記載の荷電粒子ビームデバイスにおける２次荷電粒子の検出の方法とを提供する。
【００１１】
実施形態により、荷電粒子ビームデバイスのための２次荷電粒子検出システムを提供する。検出システムは、１次ビームと被検体上への衝突時に形成される２次ビームとを分離するためのビームスプリッタと、２次ビームを偏向させるためのビーム曲げ器と、２次ビームを集束させるための集束レンズと、２次ビーム粒子を検出するための検出要素と、３つの偏向器とを含み、３つの偏向器のうちの少なくとも第１の偏向器は、ビーム曲げ器と集束レンズの間に設けられ、３つの偏向器のうちの少なくとも第２の偏向器は、集束レンズと検出要素の間に設けられ、３つの偏向器のうちの少なくとも第３の偏向器は、ビームスプリッタと検出要素の間に設けられる。
【００１２】
別の実施形態により、荷電粒子ビームデバイスにおける２次荷電粒子の検出の方法を提供する。本方法は、ビーム分離器を用いて１次ビームから２次ビームを分離する段階と、分離された２次ビームをビーム曲げ器を用いて偏向させる段階と、集束レンズを用いて２次ビームを検出要素上に集束させる段階とを含み、２次ビームは、ビーム曲げ器と集束レンズの間に設けられた少なくとも第１の偏向器と、集束レンズと検出要素の間に設けられた少なくとも第２の偏向器と、ビームスプリッタと検出要素の間に設けられた少なくとも第３の偏向器とによって偏向される。
【００１３】
上述の実施形態と組み合わせることができる更に別の利点、特徴、態様、及び詳細は、従属請求項、本明細書、及び図面から明らかである。
【００１４】
実施形態はまた、開示する方法を実施するための装置かつ説明する各方法段階を実施するための装置部品を含む装置に関する。これらの方法段階は、ハードウエア構成要素により、適切なソフトウエアによってプログラムされたコンピュータにより、これらの２つのいずれかの組合せにより、又はあらゆる他の方式によって実施することができる。更に、実施形態はまた、説明する装置が作動する方法に関する。それは、装置のあらゆる機能を実施する方法段階、又は装置のあらゆる部品を製造する方法段階を含む。
【００１５】
上記に具陳した本発明の特徴を詳細に理解することができるように、上記に簡単に要約した本発明のより具体的な説明は、実施形態を参照することによって得ることができる。本発明の実施形態に関する添付図面を以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来技術による荷電粒子ビームデバイスにおける検出システムの概略図である。
【図２】本明細書に説明する実施形態による荷電粒子ビームデバイスのための２次荷電粒子検出システムの図である。
【図３】本明細書に説明する実施形態による荷電粒子ビームデバイスのための２次荷電粒子検出システムの図である。
【図４】本明細書に説明する実施形態による荷電粒子ビームデバイスのための２次荷電粒子検出システムの図である。
【図５ａ】本明細書に説明する実施形態による荷電粒子ビームデバイスのための２次荷電粒子検出システムの図である。
【図５ｂ】本明細書に説明する実施形態による荷電粒子ビームデバイスのための２次荷電粒子検出システムの図である。
【図６】本明細書に説明する実施形態による荷電粒子ビームデバイスのための２次荷電粒子検出システムの図である。
【図７】本明細書に説明する実施形態による荷電粒子ビームデバイスにおける荷電粒子の検出の方法のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
ここで、１つ又はそれよりも多くの例を図に示す本発明の様々な実施形態を詳細に参照する。各例は、本発明の説明として提供するものであり、本発明の限定を意味するものではない。例えば、一実施形態の一部として例示又は説明する特徴は、他の実施形態に対して使用するか、又は更に別の実施形態をもたらすために他の実施形態と併用することができる。本発明は、そのような修正及び変形を含むように意図している。
【００１８】
以下では、本出願の保護の範囲を限定することなく、荷電粒子ビームデバイス又はその構成要素は、２次電子又は後方散乱電子の検出を含む荷電粒子ビームデバイスを例示的に指すことになる。本明細書で説明する場合に、２次電子（ＳＥ）への言及は、本明細書で説明するあらゆる２次電子及び／又は後方散乱電子への言及として理解することができる。
【００１９】
以下に続く図面の説明の範囲で、同じ参照番号は、同じ構成要素を指す。総じて、個々の実施形態に対する相違点のみを説明する。
【００２０】
本明細書で言及する「被検体」は、以下に限定されるものではないが、半導体ウェーハ、半導体加工物、及びメモリディスクのような他の加工物、並びに類似のものを含む。本発明の実施形態は、材料がその上に堆積されるか、又は構造化されたあらゆる加工物に適用することができる。被検体は、構造化された又は層がその上に堆積された面と、縁部と、典型的には面取り部とを含む。
【００２１】
実施形態により、荷電粒子ビームデバイスのための２次荷電粒子検出システムを提供する。検出システムは、１次ビームと被検体上への衝突時に形成される２次ビームとを分離するためのビームスプリッタと、２次ビームを偏向させるためのビーム曲げ器と、２次ビームを集束させるための集束レンズと、２次ビーム粒子を検出するための検出要素と、３つの偏向器とを含み、３つの偏向器のうちの少なくとも第１の偏向器が、ビーム曲げ器と集束レンズの間に設けられ、３つの偏向器のうちの少なくとも第２の偏向器が、集束レンズと検出要素の間に設けられ、３つの偏向器のうちの少なくとも第３の偏向器が、ビームスプリッタと検出要素の間に設けられる。
【００２２】
本明細書に説明する実施形態により、改善された２次電子光学系を提供する。その結果、信号の検出中のコントラスト強化に特に注目する。コントラストの改善は、より高速の検査、すなわち、ウェーハ、被検体など検査中のより高いスループットに対する重要なファクタのうちの１つである。特に、電子ビーム検査では、例えば、３００ｍｍのウェーハ上で４０ｎｍのサイズを有する欠陥、従って、走査される区域全体のサイズの僅かに５．６＊１０−１６倍のサイズを有する欠陥を検出する必要があるので、コントラストの改善は重要である。
【００２３】
この場合に、図１に示す２次ビーム光学系と比較して、複数の改善を加えることができる。図１に示す２次電子光学系は、２次電子の射出角に依存するフィルタリングを行うことができるエネルギフィルタリング及び検出器を提供しない。半球形のビーム曲げ器は、作動条件の特定の組において無非点収差集束を提供することができる。従って、独立した無非点収差制御を与えることはできない。更に、作動条件の特定の組は、ビーム曲げ器を射出する２次ビームを２次電子集束レンズに対して位置合わせする上での柔軟性も制限する。大きい視野を用いた被検体上での１次電子ビームの走査は、２次電子ビーム束の移動をもたらす。更に、この移動は、２次電子ビームを案内するための作動条件の特定の組を用いて補償することができない。２次電子信号のコントラストを強化するためには、２次電子の損失を低減する必要があり、２次電子ビーム中に含まれる可能な限り多くの情報をその検出に向けて保存しなければならない。その結果、上記に加えて光学要素及び関連の電源の個数を可能な限り小さくしなければならない。図２は、本明細書に説明する実施形態による２次電子光学系を含む荷電粒子ビームデバイス２００を示している。デバイスは、１次ビーム１３０を発生させる荷電粒子源１０５を含み、１次ビーム１３０は、対物レンズを通じて被検体１３に向けて誘導される。被検体から放出又は後方散乱された粒子は、被検体に関する情報を担持する２次ビーム１４０を形成する。その結果、情報は、被検体のトポグラフィ、化学組成、静電位、及びその他に関する情報を含むことができる。欠陥を可能な限り高速に検査するためには、より多くの情報量を使用することによってコントラストを強化しなければならない。更に、図２は、実施形態による荷電粒子ビームデバイスのための２次荷電粒子検出システムを示している。２次ビーム１４０は、ビーム分離器１５によって１次ビーム１３０から分離され、ビーム曲げ器４４０に入射する。ビーム分離器は、例えば、少なくとも１つの磁気偏向器、ウィーンフィルタ、又はあらゆる他の手段を含むことができ、電子は、例えば、ローレンツ力に依存する速度に起因して、１次ビームから離れるように向けられる。
【００２４】
ビーム曲げ器４４０は、２次ビーム１４０を集束レンズ３０１に向けて偏向させる。集束レンズ３０１は、検出器アセンブリ２２０の検出要素又はセンサ２２２（シンチレータ、ピンダイオード等）上に２次ビーム１４０を集束させる。例えば、図２に関して例示する実施形態による検出システムは、明視野（ＢＦ）結像に向けて検出器上に２次粒子束を集束させ、以下により詳細に説明する角度分解能を得るために２次粒子束のサイズを適応させるか、又は２次粒子束のサイズをセグメント化された検出器に適応させることを可能にする。実施形態により、２次ビームの経路に沿って３つの偏向器９０３、９０１、及び９０３が設けられる。
【００２５】
実施形態により、荷電粒子ビームデバイスのための２次荷電粒子検出システムを提供する。検出システムは、１次ビームと被検体上への衝突時に形成される２次ビームとを分離するためのビームスプリッタと、２次ビームを偏向させるためのビーム曲げ器と、２次ビームを集束させるための集束レンズと、２次ビーム粒子を検出するための検出要素と、３つの偏向器とを含み、３つの偏向器のうちの少なくとも第１の偏向器が、ビーム曲げ器と集束レンズの間に設けられ、３つの偏向器のうちの少なくとも第２の偏向器が、集束レンズと検出要素の間に設けられ、３つの偏向器のうちの少なくとも第３の偏向器が、ビームスプリッタとビーム曲げ器の間に設けられる。
【００２６】
図２の実施形態において、第１の偏向器９０１は、ビーム曲げ器４４０と集束レンズ３０１の間に配置され、第２の偏向器９０２は、集束レンズ３０１と検出要素２２２の間に設けられ、第３の偏向器９０３は、ビームスプリッタ１５とビーム曲げ器４４０の間に設けられる。第３の偏向器は、ＳＥが図２に関して説明する実施形態を通過する際に通る３つの偏向器のうちの最初のものであることに注意されたい。この偏向器配置は、電子が最初に通過する偏向器、すなわち、第３の偏向器９０３が、１次ビームと２次ビームの分離の可能な限り直後に設けられるという利点を有する。その結果、２次電子ビームがビーム曲げ器４４０に入射する前に対抗走査又はデ・スキャニングを行うことができる。更に、２次電子がビーム曲げ器４４０に入射する際に辿る経路を調節することができる。その結果、２次電子光学系の望ましい光軸への２次電子ビームのアラインメントが改善される。
【００２７】
大きい「視野（ＦＯＶ）」を１次ビームで走査するときには、ＳＥ束は、それに応じて移動し始め、一般的にＳＥ束は、センサにわたって走査を行う。小さいセンサでは、この走査は、ＦＯＶの縁部に向けて信号損失をもたらす可能性がある。角度フィルタリングモードでは、この走査は、ＦＯＶにわたって感度変化をもたらす可能性がある。エネルギフィルタリングモードでは、この走査は、ＦＯＶにわたってフィルタリング閾値を変化させる可能性がある。これらの効果を回避するために、ＳＥ信号取り込みの改善に向けて３つの偏向器が設けられた本明細書に説明する実施形態によるＳＥ光学系により、ＳＥ束にデ・スキャニング（反走査、対抗走査）信号を印加しなければならない。
【００２８】
本明細書に説明する他の実施形態と組み合わせることができる典型的な実施形態により、対抗走査は、ＳＥ束がＳＥ集束レンズ、及び／又は存在し得るフィルタリングデバイスに入射する前に与えられる。従って、図３に示すように、集束レンズ３０１に入射する前に、ＳＥ光学系の軸線上へのアラインメント及びこの軸線に沿ったアラインメントを可能にするために、レンズの前に２つの偏向器が設けられる。本明細書に説明する実施形態がない場合には、集束及び角度／エネルギ分解能は、ＰＥビーム位置に依存することになる。
【００２９】
実施形態により、集束レンズは、アインツェルレンズである。実施形態により、集束レンズは、減速モードにあり、必要な集束電圧を低く保つ。他の実施形態と組み合わせることができる更に別の実施形態により、集束レンズ３０１は、公知のＳＥ光学系と比較してセンサにより近く、従って、倍率約１の伝達レンズとして機能する。その結果、走査中にＳＥ束の望ましくない移動の付加的な拡大及び不要な増幅を導入することが回避される。更に、集束レンズをセンサの近くに変位させることにより、必要な集束電圧も低下することになる。
【００３０】
実施形態により、ビーム曲げ器４４０は、半球形ビーム曲げ器である。ビーム曲げ器は、ほぼ球面でほぼ同心の２つの電極を含み、２つの電圧（Ｖｂｅｎｄ正及びＶｂｅｎｄ負）によって適正に励起された場合に、ほぼ無非点収差の集束と共に大きい角度の偏向場を発生させる。球面形状からのずれ及び電極の相対位置は、六重極成分が発生しないように設計することができる。
【００３１】
実施形態により、ビーム曲げ器電圧は、必要とされる合計偏向角、例えば、９０°に達し、集束がほぼ無非点収差であるように設定される。半球形ビーム曲げ器は、一般的に対物レンズの上方にある第１のＳＥクロスオーバーをＳＥ集束レンズの前にある第２のクロスオーバーに無非点収差で集束する。この集束は、２次ビームがビーム曲げ器を射出した後のＳＥ集束レンズの光軸上への大雑把なアラインメントである。しかし、ＳＥが通過する最初の偏向器である第３の偏向器９０３がない場合には、これは、他の要件、例えば、無非点収差と相反する可能性がある曲げ電圧Ｖｂｅｎｄ正及びＶｂｅｎｄ負の特定の選択に対してのみ与えることができる。従って、本明細書に説明する実施形態のうちのいずれかによるＳＥ光学系が設けられない限り、半球形セクターは、一般的に独立した無非点収差制御を持たない。１次電子ビームのランディングエネルギＥｐｅのあらゆる任意の選択に対して、ＳＥ束の光軸をＳＥ光学系の光軸に位置合わせするためには、一般的に半球形ビーム曲げ器を設けなければならないという考察に同じ根拠が適用される。
【００３２】
しかし、ＳＥが通過する最初の偏向器である第３の偏向器９０３がない場合には、これは、Ｅｐｅの変化が、収集されたＳＥのエネルギの変化をもたらし、それによってビームスプリッタの内側でビーム分離角の変化がもたらされるので、独立して与えられない場合がある。その結果、これは、ビーム曲げ器によってＳＥ集束レンズの中心に図２の上下方向に調節することしかできず、偏向器９０３がない場合には、レンズ中心に図２の作図面に対して垂直な方向に位置合わせする手段が存在しない。その結果、ここに示す図に示す第１の偏向器、第２の偏向器、及び第３の偏向器は、１つの方向にのみ設けられているが、これらの偏向器は、例えば、図の紙面内に１つ、図紙面に対して直角に１つという２つの方向に少なくとも二重極の偏向場を与えることができることに注意されたい。従って、本明細書に説明する実施形態により、これらの偏向器は、少なくとも２次元の偏向を与える。以上のことを考慮すると、偏向器９０３がない場合には、光軸は、一般的に１方向に偏心し、両方の方向に傾斜されることになる。その結果、結像の光学品質は、可能な限り良好ということにはならない。従って、一般的なＳＥ光学系は、本明細書に説明する実施形態のうちのいずれかによるＳＥ光学系が設けられない限り、ＳＥ集束レンズへの２つの直交方向の独立したアラインメントを与えない。
【００３３】
実施形態により、第２の偏向器９０３は、対抗走査信号を追加する機能を有する直交偏向場を発生させるようになっている。第１の偏向器９０１は、直交二重極偏向場を発生させるようになっている。この要素の近くにはＳＥクロスオーバーが形成されるので、この要素内での高次の多重極の発生は、それ程有効ではない可能性がある。しかし、ＳＥビームが集束レンズに入射する前に電位補正を行うことができるので、多数の極、例えば、８つを有することができる。実施形態により、第２の偏向器９０２、すなわち、レンズ９０１と検出器２２２の間に設けられた偏向器は、アラインメント目的で直交二重極場を発生させるが、ビーム曲げ器の六重極が不十分にしか抑制されないか又は意図的に全く抑制されない場合には、六重極成分を発生させることができる。実施形態により、レンズと検出器の間に設けられる偏向器を八重極要素として選択し、レンズと検出器の間に設けられる偏向器の向きを八重極の上側の極と下側の極とが図２の作図面に関して自己対称である（すなわち、作図面において鏡像反転された場合に、八重極の上側の極と下側の極とがそれら自体の上に位置付けされる）ように選択することが有利である。八重極は、常に偏向場を任意の方位角の向きに回転させることを可能にするので、絶対に必要なわけではないが、この選択は、ビーム曲げ器の収差を補正するのに必要な四重極成分と六重極成分の間のより明白な関係をもたらす。制御電子機器は、直交偏向場、直交四重極無非点収差場、直交六重極補正場、及び８つの極への精密集束のための共通バイアスを発生させるようになっている。対抗走査信号を追加することもできる。
【００３４】
図３に図示の実施形態において、第１の偏向器９０１は、ビーム曲げ器４４０と集束レンズ３０１の間に配置され、第２の偏向器９０２は、集束レンズ３０１と検出要素２２２の間に設けられ、ＳＥが通過する最初の偏向器である第３の偏向器９０３は、ビーム曲げ器４４０と集束レンズ３０１の間に設けられる。
【００３５】
実施形態により、荷電粒子ビームデバイスのための２次荷電粒子検出システムを提供する。検出システムは、１次ビームと被検体上への衝突時に形成される２次ビームとを分離するためのビームスプリッタと、２次ビームを偏向させるためのビーム曲げ器と、２次ビームを集束させるための集束レンズと、２次ビーム粒子を検出するための検出要素と、３つの偏向器とを含み、３つの偏向器のうちの少なくとも第１の偏向器が、ビーム曲げ器と集束レンズの間に設けられ、３つの偏向器のうちの少なくとも第２の偏向器が、集束レンズと検出要素の間に設けられ、３つの偏向器のうちの少なくとも第３の偏向器が、集束レンズと検出要素の間に設けられる。
【００３６】
図４の実施形態において、第１の偏向器９０１は、ビーム曲げ器４４０と集束レンズ３０１の間に配置され、第２の偏向器９０２は、集束レンズ３０１と検出要素２２２の間に設けられ、第３の偏向器９０３は、集束レンズ３０１と検出要素２２２の間に設けられる。
【００３７】
図３及び図４の実施形態における第３の偏向器９０３の配置（すなわち、図３ではビーム曲げ器４４０と集束レンズ３０１の間、図４では集束レンズ３０１と検出要素２２２の間）は、ビームスプリッタとビーム曲げ器の間に位置決めされた場合の第３の偏向器に対する電位空間制限（ＳＥビームとＰＥビームの間の不十分な分離）が、図２に関して記載した実施形態、並びに図５Ａ、図５Ｂ、及び図６に関して以下に説明する実施形態と比較してそれ程重大ではないという利点を有する。しかし、第３の偏向器は、１つ又はそれよりも多くのセンサ要素を有するセンサアセンブリ上へのＳＥ信号ビームのアラインメント及び／又は結像を依然として改善する。それに応じて信号発生、従って、コントラストを改善することができる。この改善は、上述したように、特にＥＢＩ用途においてより良好なスループットをもたらす。
【００３８】
以下では、図２、並びに図５Ａ、図５Ｂ、及び図６に示す実施形態、更にその作動の方法に言及する。実施形態により、必要とされる合計偏向角、例えば、９０°に達し、かつ集束がほぼ無非点収差であるようにビーム曲げ器電圧を設定することにより、光軸がビームスプリッタを抜け出た後のセンサ上への光軸の大雑把なアラインメントを与えることができる。その後に、光軸の２次元精密アラインメントを与えるＡからＤまでの様々な可能性がある。Ａ）曲げ器とレンズの間に設けられた第１の偏向器９０１を用いて集束レンズの中心に対して位置合わせする。その結果、例えば、ＳＥの像を決定する間にレンズのフォーカス揺動を基準として使用する段階を設けることができる。そのような手順は、調節することが比較的容易である。しかし、性能を制限する可能性がある残留軸線傾斜が残る可能性がある。Ｂ）ビーム曲げ器を使用することにより、例えば、曲げ器とレンズの間に設けられた第１の偏向器９０１の中心に対して少なくとも図２における更に重要な上下方向にピボット点を位置合わせすることができる。曲げ器とレンズの間に設けられた第１の偏向器９０１を用いて、集束レンズへのその後の芯出し（フォーカス揺動を用いた）を与えることができる。この芯出しは、制御することがより困難であるが、上下方向の軸線傾斜を除去することができる。上述のピボット点を同じく直交方向に確立するのに、曲げ器の上流又は少なくとも偏向器９０１の上流に設けられた第３の偏向器９０３を使用することができ、軸線傾斜を完全に補償することができる。この理想的な場合には、ＳＥ束軸線を集束レンズの光軸と一致させることができる。Ｄ）第２の偏向器により、センサへのＳＥ束の精密アラインメントを与えることができる。
【００３９】
本明細書に説明する他の実施形態と組み合わせることができる更に別の実施形態により、２次ビーム束をデ・スキャンするのに、ＡからＣまでの様々な手法がある。Ａ）ビームスプリッタ１５とビーム曲げ器４４０の間に配置された第３の偏向器９０３を用いるデ・スキャニングは、ＦＯＶの中心で始まるＳＥ束の軸線に対する軸外位置から発するＳＥ束のずれを補償することができるという利点を有する。ＳＥ束は、ビーム曲げ器内とＳＥ集束レンズ内の両方に対して軸線の近くになるので、ＳＥ束に加えられる収差は最小にされることになる。Ｂ）第１の偏向器を用いたデ・スキャニングは、この偏向器の位置の近くにＳＥクロスオーバーが形成されるので、通常は機能しないことになる。従って、クロスオーバーの移動は、センサに結像されるだけでなく、時に拡大されることになる。しかし、この偏向器を走査と同期して作動させることにより、ＳＥ束をレンズの中心に保つことができ、従って、分解能を改善することができる。Ｃ）第２の偏向器を用いたデ・スキャニングは、好ましさは最低であるが、最も現実的なシナリオである。ＳＥクロスオーバーの像をセンサ上で固定状態に保つことができるが、その形状は、ＦＯＶの内側の開始位置に基づいて、システムにわたるＳＥ束の光路の差に起因して変化する可能性がある。
【００４０】
実施形態により、ＳＥの集束（又は必要に応じて例えば角度フィルタリングのための指定の状態への脱集束）は、ビーム曲げ器の設定と集束レンズの励起との正しい組合せによって達成される。
【００４１】
ビーム曲げ器設定は、ビーム曲げ器の対称性に関する非点収差の１つの成分にしか影響を及ぼさないので、軸上非点収差の補正を２つの直交方向において行うことができる。更に別の補正要素内で、第２の直交非点収差補正器（四重極）構成要素を励起することができる。ビーム曲げ器が平均値に設定され、従って、ビーム曲げ器の非点収差が完全には補正されないマルチコラムシステムでは、例えば、八重極要素により、又は互いに対して４５°だけ回転された２つの四重極の組として、独立した２次元非点収差補正器を設けることができる。
【００４２】
原理的には、第２の偏向器が第１の偏向器に対して４５°だけ回転されている場合には、第１及び第２の偏向器を使用することができる。しかし、ＳＥクロスオーバーが第１の偏向器のほぼ内側にある場合には、その四重極構成要素は、ビームに対して影響を与えないことになる。従って、第２の偏向器を八重極として設計することにより、必要な非点収差補正器の場を発生させることが可能になる。
【００４３】
ビーム曲げ器及びＳＥフォーカスが平均値に設定され、従って、全てのコラムにおいてフォーカスが同時に完全には補正されないマルチコラムシステムにおいて、精密フォーカス制御を与えることができる。精密なフォーカスは、定電圧を有する偏向器、好ましくは、他の偏向器と比較して最も均一な効果をもたらすことになる第２の八重極偏向器をバイアスすることによって達成することができる。
【００４４】
外乱のない角度フィルタリングに対しては、ビーム曲げ器六重極の補正が重要である可能性がある。この補正は、以下の手段（又はその組合せ）によって達成することができる。Ａ）静電偏向器が使用される場合に、偏向場を有する六重極場を相殺するために偏向器の電極の球面形状及び相対位置を修正する段階を使用することができる。Ｂ）適切な要素、例えば、第２の偏向器の八重極の内側で補償六重極を励起することができる。Ｃ）更に別の付加的又は代替的な修正により、六重極の向きは既知であるので、六重極の補正に対して適切な向きを有する単一の６極要素を有することで十分であると考えられる。
【００４５】
実施形態により、荷電粒子ビームデバイスのための２次荷電粒子検出システムを提供する。検出システムは、１次ビームと被検体上への衝突時に形成される２次ビームとを分離するためのビームスプリッタと、２次ビームを偏向させるためのビーム曲げ器と、２次ビームを集束させるための集束レンズと、２次ビーム粒子を検出するための検出要素と、３つの偏向器とを含み、３つの偏向器のうちの少なくとも第１の偏向器が、ビーム曲げ器と集束レンズの間に設けられ、３つの偏向器のうちの少なくとも第２の偏向器が、集束レンズと検出要素の間に設けられ、３つの偏向器のうちの少なくとも第３の偏向器が、ビーム曲げ器と集束レンズの間に設けられる。
【００４６】
実施形態により、実施形態で説明する荷電粒子ビームデバイスのための２次荷電粒子検出システムは、更に、エネルギフィルタリング電極を含む。
【００４７】
更に別の実施形態により、エネルギフィルタリング電極は、集束レンズと検出要素の間に設けられる。
【００４８】
図５ａは、集束レンズ３０１と検出要素２２２の間に配置されたエネルギフィルタリング電極２００（又は減速電極）を含む荷電粒子ビームデバイスのための２次荷電粒子検出システムの実施形態を示している。実施形態により、エネルギフィルタリング電極２００は、２次粒子束のエネルギフィルタリングを可能にする。本明細書に説明する他の実施形態と組み合わせることができる更に別の実施形態により、エネルギフィルタリング電極は、被検体に印加される電圧に近い電圧に対してバイアスすることができるチューブ又はプレートとすることができる。
【００４９】
電子ビームは、円筒の形態で設けられたフィルタ２００に入射する。円筒内には、円筒のバイアスに起因して電位鞍点が印加される。十分に大きいエネルギを有する電子は、電位鞍点（電位の丘）を通過することができる。他の電子は、後方に経路変更される。しかし、全ての電子が、同じ電位鞍点による影響を受ける。全ての電子に同じ鞍点電位による影響を受けさせるためには、円筒の開口部が、定められた十分に大きいサイズを必要とする。それによってフィルタの透過性は増大する。格子上への電子の入射に起因する損失はなく、不十分に集束されたビームに起因するいずれの損失も殆どない。
【００５０】
実施形態により、図５ｂに示すように、検出システム内の光軸の周囲に更に別の検出要素２２４又はセンサを配置することができる。
【００５１】
その結果、エネルギフィルタリング検出器は、以下の特徴を含むことができる。例えば、荷電粒子のビームをこれらの粒子のエネルギに従って低エネルギビームと高エネルギビームに分割するために、上述のフィルタ２００の形態の分割器が設けられる。高エネルギビームを検出するための前面検出器２２２と、低エネルギビームを検出するための少なくとも１つの背面検出器２２４とが設けられ、分割器は、少なくとも１つの背面検出器と前面検出器との間に位置決めされる。少なくとも１つの背面検出器及び／又は前面検出器は、入射する荷電粒子ビームからの粒子の空間分解能を与えるようにセグメント化される。
【００５２】
実施形態により、実施形態で説明する荷電粒子ビームデバイスのための２次荷電粒子検出システムは、トポグラフィ検出器を更に含む。更に別の実施形態により、トポグラフィ検出器は、集束レンズと検出要素の間に設けられる。
【００５３】
図６は、集束レンズ３０１と検出要素２２２の間に配置されたプレート２０１を有するトポグラフィ検出器２１０を含む荷電粒子ビームデバイスのための２次荷電粒子検出システムの実施形態を示している。その結果、例えばコントラストを更に強化するために、検査した特徴部のトポグラフィ情報を使用することができる。トポグラフィ検出器は、通常は、別個に読み取ることができる４つ又はそれよりも多くの領域（中心ＢＦ区域を有するか又は持たない）に分割される。その後に、コントラストを改善するために、信号を組み合わせる（例えば、引き算する）ことができる。
【００５４】
エネルギ又は角度のフィルタリングを含む多視点結像では、ビームがサンプルからセンサに伝達される間に、ＳＥによって担持される情報を保存しなければならない。本明細書に説明する実施形態によるＳＥ光学系を有するＥＢＩシステムでは、これは、１次ビーム１３０とＳＥ束１４０を分離するビームスプリッタ１５と、ＳＥ束を大きい角度に（水平射出に対して典型的に９０°に）偏向させるビーム曲げ器４４０と、ＳＥ集束レンズ３０１と、ビームをセンサに集束かつ位置合わせするための第１、第２、及び第３のアラインメント偏向器とを含む光学系によって与えられる。
【００５５】
実施形態により、トポグラフィ検出器２１０は、複数の別個のセンサチャンネルを用いたトポグラフィ結像を可能にするが、ＢＦ結像及びエネルギフィルタリングモードに切り換えることもできる。
【００５６】
実施形態により、２次荷電粒子検出システムを含む荷電粒子ビームデバイスを提供する。検出システムは、１次ビームと被検体上への衝突時に形成される２次ビームとを分離するためのビームスプリッタと、２次ビームを偏向させるためのビーム曲げ器と、２次ビームを集束させるための集束レンズと、２次ビーム粒子を検出するための検出要素と、３つの偏向器とを含み、３つの偏向器のうちの少なくとも第１の偏向器が、ビーム曲げ器と集束レンズの間に設けられ、３つの偏向器のうちの少なくとも第２の偏向器が、集束レンズと検出要素の間に設けられ、３つの偏向器のうちの少なくとも第３の偏向器が、ビームスプリッタと検出要素の間に設けられる。
【００５７】
一実施形態により、本明細書に説明する実施形態によるＳＥ光学系の一部とすることができる信号ビームの検出のための２次荷電粒子検出デバイスを提供する。デバイスは、間隙によって分離された能動検出区域を有する少なくとも２つの検出要素を有する検出器配置と、信号ビームを信号ビームの第１の部分と信号ビームの少なくとも１つの第２の部分とに分離するように構成され、かつ信号ビームの第１の部分と信号ビームの少なくとも１つの第２の部分とを集束させるように構成された粒子光学系とを含む。粒子光学系は、開口プレートと、開口プレート内の少なくとも第１の絞り開口部と、開口プレート内の少なくとも１つの第２の絞り開口部とを含み、開口プレートは、第１の絞り開口部及び少なくとも１つの第２の絞り開口部を取り囲む１つの電位に対してバイアスされるように構成される。
【００５８】
本明細書に説明する実施形態により、ＳＥ粒子光学系は、２つ又はそれよりも多くの絞り開口部を有する少なくとも開口プレート２０１を含む。開口プレート２０１は、減速電位に対してバイアスすることができる。その結果、開口プレート２０１の減速は、検出要素２２２の加速との組合せで、２次粒子、例えば、２次電子ビームの分離及び集束に向けて構成される。２つ又はそれよりも多くの絞り開口部により、異なる検出要素上での２次ビームの分離を提供することができる。典型的な実施形態により、開口プレート２０１は、中心絞り開口部２０２と、少なくとも２つの半径方向に外側の絞り開口部２０４とを有する。典型的には、４つの外側絞り開口部２０４を設けることができる。
【００５９】
別の実施形態により、荷電粒子ビームデバイスにおける２次荷電粒子の検出の方法を提供する。本方法は、ビーム分離器を用いて１次ビームから２次ビームを分離する段階と、分離された２次ビームをビーム曲げ器を用いて偏向させる段階と、集束レンズを用いて２次ビームを検出要素上に集束させる段階とを含み、２次ビームは、ビーム曲げ器と集束レンズの間に設けられた少なくとも第１の偏向器と、集束レンズと検出要素の間に設けられた少なくとも第２の偏向器と、ビームスプリッタと検出要素の間に設けられた少なくとも第３の偏向器とによって偏向される。
【００６０】
図７は、本明細書に説明する実施形態による荷電粒子ビームデバイスにおける２次荷電粒子の検出の方法のブロック図を示している。本方法は、ビーム分離器を用いて１次ビームから２次ビームを分離する段階１０１と、分離された２次ビームをビーム曲げ器又は主偏向器を用いて偏向させる段階１０２と、集束レンズを用いて２次ビームを検出要素上に集束させる段階１０３とを含み、２次ビームの集束は、ビーム曲げ器又は主偏向器内の最小の収差平面が検出要素上に結像されるように行われる。
【００６１】
以上は、本発明の実施形態に関するものであるが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく本発明の他の実施形態及び更に別の実施形態を案出することができ、本発明の範囲は、以下に続く特許請求によって決定される。
【符号の説明】
【００６２】
１０  対物レンズ
１３  被検体
１５  ビーム分離器
１０５  放出源
１３０  １次電子ビーム
１４０  ２次電子ビーム
２００  エネルギフィルタリング電極
２１０  トポグラフィ検出器
２２０  検出器配置
２２２  検出要素
３０１  ＳＥ集束レンズ
４４０  ビーム曲げ器／主偏向器
９０１  第１の偏向器
９０２  第２の偏向器
９０３  第３の偏向器
【図１】
2014123565.tif 000003
【図２】
2014123565.tif 000004
【図３】
2014123565.tif 000005
【図４】
2014123565.tif 000006
【図５ａ】
2014123565.tif 000007
【図５ｂ】
2014123565.tif 000008
【図６】
2014123565.tif 000009
【図７】
2014123565.tif 000010
【外国語明細書】
2014123565000001.pdf