(57)【要約】【課題】検出方式が改善された荷電粒子装置を提供すること。【解決手段】この装置は、１次荷電粒子ビームを提供する荷電粒子源（１）と、電位を提供する第１のユニット（５）と、電位を提供する第２のユニット（７）と、第１ユニット（５）と第２ユニット（７）の間に位置決めされた中央ユニット（６）とを備える。この中央ユニットは、１次荷電粒子を第１の低エネルギーに減速し、この１次荷電粒子を第２の高エネルギーに加速するために第１および第２のユニットの電位と異なる電位を提供することができる。第１ユニット（５）および／または第２ユニット（７）は、試料（４）のところで放出される２次電子を検出する検出器である。【選択図】  図２ａ
2006278329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次荷電粒子ビームを提供する荷電粒子源（１）と、
第１の電位を提供する第１のユニット（５）と、
第２の電位を提供する第２のユニット（７）と、
前記第１ユニット（５）と前記第２ユニット（７）の間に配され、前記第１ユニットの方向から到達する１次荷電粒子を第１の低エネルギーに減速し、前記第２ユニットに向かって伝播する前記１次荷電粒子を第２の高エネルギーに加速するために前記第１および第２の電位と異なる第３の電位を提供し得る中央ユニット（６）とを備え、
前記第１ユニット（５）および／または前記第２ユニット（７）は、試料（４）で放出される荷電粒子を検出する検出器である、荷電粒子ビーム装置。
【請求項２】
前記１次荷電粒子を第１の高エネルギーに加速する加速ユニット（２）をさらに備え、前記加速ユニットは、前記荷電粒子源（１）と前記第１ユニットの間に位置決めされる、請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項３】
前記１次荷電粒子ビームを最終ビームエネルギーに減速する減速ユニットをさらに備える、請求項１または２に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項４】
試料との間の電位差を提供する電極（９）を備え、それによって減速ユニットが形成される、請求項１または２に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項５】
前記第１の低エネルギーは、最終ビーム照射エネルギーとほぼ同じである、請求項１〜４のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項６】
前記中央ユニット（６）はリングまたは円筒である、請求項１〜５のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項７】
前記リングまたは円筒はセグメント化される、請求項６に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項８】
前記中央ユニット（６）はグリッドである、請求項１〜４のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項９】
前記グリッドの形状は、平面、凸面、または凹面である、請求項８に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１０】
前記第１ユニット（５）および／または前記第２ユニット（７）は、前記１次荷電粒子ビームのクロスオーバ近傍に配置される、請求項１〜９のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１１】
前記第１の高エネルギーおよび／または前記第２の高エネルギーは、最終ビーム照射エネルギーの少なくとも３倍である、請求項１〜１０のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１２】
前記第１ユニットと前記第２ユニットの間隔は４０ｍｍ未満である、請求項１〜１１のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１３】
前記１次荷電粒子ビームを前記試料（４）上で集束させる集束ユニット（１０）をさらに備える、請求項１〜１２のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１４】
前記集束ユニットは、静電気−磁気合成型遅延場対物レンズ（９、１０、１１）を備える、請求項１３に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１５】
前記第１ユニットおよび／または前記第２ユニットは環状検出器である、請求項１〜１４のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１６】
前記第１の高エネルギーおよび／または前記第２の高エネルギーは、少なくとも５ｋｅＶである、請求項１〜１５のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１７】
第３のユニット（１７）を備え、前記第３ユニットは、荷電粒子を検出する検出器である、請求項１〜１６のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１８】
前記第２ユニットは検出器であり、前記第２ユニット（７）の検出面は、前記中央ユニット（６）に向いている、請求項１〜１７のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項１９】
前記第３ユニット（１７）の検出面は、前記試料（４）に向いている、請求項１７または１８に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項２０】
前記第１ユニット、前記第２ユニット、および前記中央ユニットは、検出モジュールを形成し、検出対象の荷電粒子は、前記検出モジュール内で減速される、請求項１〜１９のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項２１】
少なくとも１つの検出器はセグメント化された検出器である、請求項１〜２０のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項２２】
前記第２ユニットは、上面から下面まで感知性を有する検出器である、請求項１〜２１のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項２３】
コンデンサレンズ（３）をさらに備える、請求項１〜２２のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項２４】
低電圧用途の走査型電子顕微鏡としての請求項１〜２３のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置の使用。
【請求項２５】
荷電粒子ビーム装置を動作させる方法であって、
ａ．第１のユニットで第１の電位を提供するステップと、
ｂ．第２のユニットで第２の電位を提供するステップと、
ｃ．中央のユニットで第３の電位を提供するステップと、
ｄ．１次荷電粒子ビームを生成するステップと、
ｅ．２次荷電粒子および／または後方散乱荷電粒子のビームを生成するステップとを含み、
前記第３の電位は、前記第１ユニットから到達する前記１次荷電粒子を減速し、前記第２ユニットに向かう前記１次荷電粒子を加速するために提供され、
前記第３の電位は、前記第１の電位を提供する位置と前記第２の電位を提供する位置の間の位置で提供され、さらに、
ｆ．前記第１ユニットおよび／または第２ユニットで、前記２次荷電粒子および／または後方散乱荷電粒子を検出するステップを含む、方法。
【請求項２６】
前記２次荷電粒子および／または後方散乱荷電粒子のビームは、前記１次荷電粒子ビームを試料に送ることによって生成される、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
第３のユニットのところで、前記２次荷電粒子および／または後方散乱荷電粒子を検出するステップをさらに含む、請求項２５または２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記１次荷電粒子を最終ビーム照射エネルギーに減速するステップをさらに含む、請求項２５〜２７のいずれかに記載の方法。
【請求項２９】
前記第１の電位を提供するステップ、前記第２の電位を提供するステップ、および前記第３の電位を提供するステップは、前記１次荷電粒子のエネルギーが、前記第１ユニットを通過する前と、前記第２ユニットを通過した後でほぼ同じであり、かつ／または、前記中央ユニットを通過するとき、前記１次荷電粒子のエネルギーが、前記最終ビーム照射エネルギーとほぼ同じであるように実施される、請求項２５〜２８のいずれかに記載の方法。
【請求項３０】
請求項２５〜２９のいずれかに記載の方法の各ステップを含む試料を分析する方法であって、
試料を提供するステップと、
前記１次荷電粒子ビームを前記試料に送り、それによって、前記２次荷電粒子および／または後方散乱荷電粒子を生成するステップとをさらに含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子光学系に関する。特に、本発明は、検査システム、試験システム、リソグラフィシステムなどに応用する荷電粒子ビーム装置に関する。さらに、本発明は、低電圧用途の走査電子顕微鏡に関する。より詳細には、本発明は、荷電粒子ビーム装置およびその動作方法に関する。
【発明の背景】
【０００２】
荷電粒子ビーム機器は、いくつかの産業分野で用いられる多くの機能を有する。これらの産業分野には、製造中の半導体デバイスの検査、リソグラフィ用の露光システム、検出装置、および試験システムが含まれるが、これらに限定されるものではない。そのため、マイクロメートルおよびナノメートルの尺度で試料を構築し検査することが強く求められている。
【０００３】
マイクロメートルおよびナノメートルの尺度のプロセス制御、検査、または構築はしばしば、電子ビームなどの荷電粒子ビームによって行われる。これらの荷電粒子ビームは、電子顕微鏡または電子ビームパターン生成器などの荷電粒子ビーム装置内で生成され集束される。荷電粒子ビームでは、それらの波長が短いために、例えば光子ビームよりも優れた空間分解能が得られる。
【０００４】
この場合、検査中の試料が損傷を受けないように注意を払わなければならない。そのため、影響を受けやすい非導電性試料の結像では低電圧顕微法が重要である。１次荷電粒子のエネルギーが小さい（一般に、５ｋｅＶ未満）ために、エネルギーの放散が小さく、影響を受けやすい試料の損傷がない。さらに、絶縁試料の帯電挙動は低電圧で有利なことがある。というのは、試料の１次電子吸収に等しくなるように２次電子放出を制御することができるからである。そのため、低電圧顕微法は、半導体製作プロセスにおけるデバイス構造の寸法測定および検査に興味深いものである。
【０００５】
現在、高分解能低電圧顕微鏡は、先に述べた応用例で使用されている。欧州特許ＥＰ−Ｂ−０３３３０１８号などに記載の先行技術の系では、最終対物レンズとして、静電気−磁気合成液浸レンズを使用する。液浸レンズにより、コラム内でのビームエネルギーを大きくし、試料に当たるビームエネルギーを小さくすることができる。それによって、ベルシュ（Ｂｏｅｒｓｃｈ）効果の低減とビーム照射エネルギーの低減とを組み合わせることができる。
【０００６】
試料に１次荷電粒子が当たった後で放出される後方散乱荷電粒子および／または２次荷電粒子は、対物レンズ内に、または対物レンズの上に配置された検出器によって検出することができる。このレンズ内検出器配置またはレンズ前検出器配置は、レンズに極めて近接して試料を配置することができ、その結果、作動距離が短くなるという利点を有する。作動距離が短いと、結像特性が改善され、特に分解能が向上する。
【０００７】
例えば米国特許第５７８０８５９号に記載の従来技術の系は、２次電子検出効率の点で欠点を有する。というのは、液浸レンズにより、１次荷電粒子ビームの減速電位と同等の電位に２次荷電粒子が加速されるからである。２次荷電粒子のエネルギーが大きいことを考慮すると、これらの粒子の検出はより難しくなる。したがって、従来技術の解決策では、１次ビームを貫通させるための小さな穴を備えた同軸検出器（欧州特許ＥＰ−Ｂ−０３３３０１８号）、または１次電子ビームと２次電子ビームを分離する手段（米国特許第５４２２４８６号）のいずれかを使用する。
【０００８】
本発明の目的は、従来技術の問題および欠点の少なくとも一部を克服する荷電粒子ビーム装置を提供することである。さらに、本発明の目的は、従来技術の問題の少なくとも一部を克服する荷電粒子ビーム装置を動作させる方法を提供することである。
【発明の概要】
【０００９】
本発明の態様によれば、独立請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置、請求項２５に記載の荷電粒子ビーム装置を動作させる方法、および請求項３０に記載の試料を分析する方法が提供される。
【００１０】
本発明のさらなる利点、特徴、態様、および細部は、従属請求項、説明、および添付の図面から明らかになる。
【００１１】
本発明の一態様によれば、
−１次荷電粒子ビームを提供する荷電粒子源と、
−電位を提供する第１のユニットと、
−電位を提供する第２のユニットと、
−第１のユニットと第２のユニットの間に配され、１次荷電粒子を第１の低エネルギーに減速するために第１および第２のユニットの電位と異なる電位を提供し得る中央ユニットとを備え、第１のユニットおよび／または第２のユニットは、試料から放出される荷電粒子を検出する検出器である荷電粒子ビーム装置が提供される。
【００１２】
荷電粒子は、他の荷電粒子に起因する斥力を受ける。したがって、１次荷電粒子ビームは途中で広がる。この問題は原理的に克服することができないので、放出源と試料の間の各荷電粒子の飛行時間を短くすることが望ましい。これは、コラムの長さを短くし、荷電粒子の平均運動エネルギーを大きくすることによって実施し得る。具体的には、荷電粒子の運動エネルギーが小さいコラム部分を最小限に抑えるべきである。本発明が提供する検出モジュールでは、２次粒子および／または後方散乱粒子を検出するための検出モジュールを通過し得る１次荷電粒子がある限定された区域内で減速される。１次荷電粒子ビームの減速は、第１ユニットと中央ユニットの間で実施され、１次荷電粒子ビームの加速は、中央ユニットと第２ユニットの間で実施される。典型的には、第１ユニットと第２ユニットの間隔は、３０ｍｍ未満、さらには、２５ｍｍまたは２０ｍｍ未満である。したがって、１次荷電粒子ビームが遅い区域は最小限に抑えられ、そのため、電子と電子の相互作用が減少する。
【００１３】
別の態様によれば、第１ユニット、第２ユニット、および中央ユニットは検出モジュールを形成し、荷電粒子は、この検出モジュール内で加減速される。
【００１４】
別の態様によれば、１次荷電粒子は、検出モジュール内で、１次荷電粒子ビームの生成後に第１の高エネルギーに加速され、次いで減速され、再度、第２の高エネルギーに加速され、試料に当たる前に再度減速される。
【００１５】
１次ビーム経路の大部分が高エネルギーレベルにあるので、性能の向上が期待される。さらに、検出器の場所がレンズの前にあるので、焦点距離が短くなり、収差係数が小さくなる。検出器の領域内でエネルギーレベルを小さくすることによって、後方散乱電子および／または２次電子の検出効率を高くすることができ、本発明の機器は、試料の穴の底部（例えば、半導体技術におけるコンタクトホール）からの信号を捕らえるのに特に有用である。
【００１６】
上記を考慮すると、電子と電子の相互作用が減少するために、分解能が向上し、この検出方式によって電子の検出効率が向上し得る。
【００１７】
本発明の別の態様によれば、第１のユニットは検出器である。試料から到達する２次電子は、中央ユニットによって減速される。中央ユニットが、試料に対して相対的に負に帯電している場合、２次電子は電位障壁の影響を受ける。この障壁に打ち勝つことができる２次電子は、第１のユニットまで加速され、そこで検出される。
【００１８】
本発明の別の態様によれば、第２ユニットは検出器である。典型的には、少なくとも中央ユニットに面する第２ユニットの検出側は、検出感度を有する。したがって、電位障壁に打ち勝つのに必要なエネルギー未満の２次電子は、第２のユニットに向かって反転し、そこで検出される。
【００１９】
本発明の別の態様によれば、第１および第２のユニットはともに検出器である。
【００２０】
別の態様によれば、円環または円筒の形態とし得る中央ユニットをセグメント化することができ、典型的には４つのセグメントに分ける。それによって、ビームの方向またはビームの位置に関してビームを調整することができる。
【００２１】
本発明の別の態様によれば、荷電粒子ビーム装置は、第２のユニットに隣接して配置される検出器である第３のユニットを備える。典型的には、第２のユニットの感受面は中央ユニットに向いており、第３のユニットの感受面は試料に向いている。
【００２２】
本発明の別の態様によれば、第１ユニット、中央ユニット、第２ユニット、および任意選択の第３ユニットを組み合わせて１つのモジュールにする。
【００２３】
本発明の一態様によれば、試料に当たるときの１次荷電粒子のエネルギー、すなわち最終ビームエネルギーは、１次荷電粒子が中央ユニットにあるときの第１の低エネルギーと桁が同じであり、最も典型的には、これらのエネルギーはほぼ同じである。試料に当たる最終ビームエネルギーは、５ｋｅＶ未満、典型的には１ｋｅＶ未満である。第１の高エネルギーと第２の高エネルギーは、典型的には桁が同じであり、最も典型的には、これらはほぼ同じである。これらの高エネルギーは、約５ｋｅＶ〜３０ｋｅＶである。典型的には、第１および／または第２の高エネルギーは、最終ビームエネルギーの少なくとも３倍であり、例えば１０倍である。
【００２４】
中央ユニットは、グリッド、チューブ、円環、円筒、穴形状の電極などとし得る。電位を提供し、荷電粒子を通過させることができるあらゆる手段が可能である。典型的には、１次荷電粒子が貫通する１つまたは複数の追加の穴を含み得るグリッド電極を適用し得る。このグリッド電極は、平面形状、凸形状、または凹形状に曲げることができる。
【００２５】
典型的には、第１ユニットおよび第２ユニットは、１次荷電粒子ビームのクロスオーバ近傍に配置する。それによって、１次ビームに対する検出器の影響を最小限に抑えることができる。
【００２６】
一般に、第１ユニット、第２ユニット、および／または、存在する場合には第３ユニットは、環状検出器とし得る。これらの検出器は、任意選択でセグメント化することができ、典型的には、１次荷電粒子が貫通する穴を有する。これらの検出器は、シンチレーション検出器、チャネル検出器、ピンダイオードなどとし得る。これらの検出器は、環状セグメント、方位セグメント、例えば４分円セグメント、または環状−方位合成セグメントとし得る。第２ユニットは、両面が感受性の検出器とし得る。第３ユニットを適用する場合、第２ユニットは典型的には、中央ユニットに面する側が感受性の検出器であり、第３ユニットは、試料に向いた側が感受性の検出器である。
【００２７】
この装置に含まれる検出モジュール（検出方式）では、高効率と角度分解能ならびにエネルギー分解能を組み合わせることができる。そのため、液浸レンズ技術によって、依然として、ナノメートルの範囲またはナノメートル未満の範囲の分解能を得ることができる。
【００２８】
本発明の別の態様によれば、荷電粒子ビーム装置はコンデンサレンズを備える。このレンズは、静電気レンズ、磁気レンズ、または静電気−磁気合成レンズとし得る。このコンデンサレンズは、荷電粒子ビーム源の後に配設される加速コンポーネントと組み合わせて１つのモジュールにすることができる。さらに、第１ユニットおよび中央ユニットは、コンデンサレンズの一体部分として働くことができる。
【００２９】
本発明の別の態様は、本明細書で説明する荷電粒子ビーム装置を、低電圧用途の走査型電子顕微鏡として使用することである。この場合、１次荷電粒子は電子であり、２次荷電粒子は、２次電子および／または後方散乱電子である。
【００３０】
本発明の別の態様では、荷電粒子ビーム装置を動作させる方法が提供される。この方法は、
ａ）２次荷電粒子ビームを生成するために、１次荷電粒子ビームを試料に送るステップと、
ｂ）１次荷電粒子を第１の高エネルギーに加速するステップと、
ｃ）１次荷電粒子を第１の低エネルギーに減速するステップと、
ｄ）１次荷電粒子を第２の高エネルギーに加速するステップと、
ｅ）２次荷電粒子ビームを生成するステップと、
ｆ）２次荷電粒子を第１のユニットおよび／または第２のユニットに送る電位を提供するステップと、
ｇ）第１のユニットおよび／または第２のユニットで２次荷電粒子を検出するステップとを含み、上記の２次荷電粒子を第１のユニットおよび／または第２のユニットに送る電位により、１次荷電粒子が第１の低エネルギーに減速され、１次荷電粒子が第２の高エネルギーに加速される。
【００３１】
本発明の別の態様によれば、試料を分析する方法が提供される。この方法はさらに、試料を提供するステップと、この試料に１次荷電粒子ビームを送り、それによって２次荷電粒子ビームを生成するステップとを含む。
【００３２】
本発明はさらに、ここで開示する方法を動作させ、またそれを作成する方法を対象とする。さらに、本発明は、ここで説明する各方法ステップを実施する機器部分を含めて、ここで開示する方法を実施する機器も対象とする。これらの方法ステップは、ハードウエアコンポーネント、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、これら２つの任意の組合せ、または他の任意のやり方によって実施し得る。
【００３３】
以下の説明では、本発明の上記で示した態様および他のより詳細な態様の一部を説明し、図を参照して部分的に例示する。
【発明の詳細説明】
【００３４】
以下の図面の説明では、同じ参照数字は、同じ構成要素を指す。概ね、個々の実施形態に関する差異のみを説明する。これらの図面には、本発明の理解の助けとなる要素のみを示すことを理解されたい。
【００３５】
本願の保護範囲を限定することなく、以下では、荷電粒子ビーム装置またはその構成要素は、特に電子顕微鏡による検査またはリソグラフィに利用することができる。本発明はさらに、イオンなどの荷電粒子、および／または他の２次および／または後方散乱による荷電粒子の他の放出源を使用して試料の像を取得する機器及び構成要素に適用し得る。
【００３６】
特別に説明を設けないが、本願で言及する電位および電圧は、試料の電位に対する相対電位として理解されたい。
【００３７】
典型的には、本発明による荷電粒子ビーム装置は、試料から放出される２次電子および／または後方散乱電子とともに働くように用いられる。
【００３８】
２次電子は、１次電子と試料原子の外郭電子との非弾性衝突に起因する。その結果、これらの電子は、それぞれの殻から出るのに十分なエネルギーを得る。これらの電子の運動エネルギーは一般に小さい。反射電子または後方散乱電子は、試料の原子との衝突によって偏向された１次ビームの電子である。これらの電子の典型的なエネルギー範囲は、全１次電子エネルギーから２次電子エネルギーのレベルまで及ぶものである。以下の考察では、２次電子と後方散乱電子を区別する必要はない。したがって、区別が不要なときには、簡単にするために、２次電子および後方散乱電子を「２次電子」と称する。そのため、２次荷電粒子および後方散乱荷電粒子を「２次荷電粒子」と称する。
【００３９】
図１ａに、本発明の第１実施形態を示す。電子源１は、１次電子ビーム８を生成する。次いで、１次電子ビーム８は、加速器２で高エネルギーに加速される。その後、このビームは、磁気レンズユニット３で取り囲まれたコラム部分１２内を伝播する。レンズユニット３は、第１のユニット５、すなわち検出器と、第２のユニット７、すなわち電極の近くの領域にビーム８のクロスオーバを生成する。図１ａに示すように、第１実施形態のクロスオーバは、中央ユニット６内に配置される。一般に、この実施形態を限定することなく、クロスオーバは、第１ユニット５、第２ユニット７、および中央ユニット６によって形成される検出モジュール内に位置する。コラム部分１２は、第１の検出器である第１ユニット５に連結され、第１の検出器の検出面は、コラム部分１２に面する側の反対側である。加速ユニット２の下部電極、コラム部分１２、および第１ユニット５の電位は同じである。この電位は、例えば、５ｋＶ、１０ｋＶ、または２０ｋＶである。これらの例の間の値、またはこれらの例よりも大きい値も可能である。
【００４０】
円筒電極として示す中央ユニット６は、正の電位に接続される。この電位は、この実施形態では検出器である第１ユニット５の電位よりも低い。したがって、１次荷電粒子ビーム８は、検出器と円筒電極の間で減速される。その後に配置された第２ユニット７、例えば電極または第２の検出器は、中央ユニット６よりも電位が高い。荷電粒子８は、円筒電極と第２ユニット７の間の領域で加速され、試料に向かう途中、電極９の下端に達するまで、このエネルギーを維持する。電極９および第２ユニット７を形成する電極の電位は同じである。第１ユニットおよび第２ユニットは、検出能力があることに加えて、加減速用の手段として働く。電極１１は遅延電極として働く。低電圧応用例を実現するために、１次電子が減速される。電極９および電極１１は、これらの間の電位差のために減速ユニットを形成する。この荷電粒子ビーム装置は、集束用の対物レンズ１０を含む。
【００４１】
一般に、図１ａの実施形態に限定されることなく、粒子ビーム源は、典型的には、電子ビーム源様の熱放出器、冷電界または熱電界型の放出器、ショットキ型放出器、あるいは光電陰極である。１次荷電粒子ビームのビーム増強を含む系では、加速器後のエネルギーおよび第２検出器後のエネルギーは、遅延場電極後に試料に照射される最終エネルギーよりもかなり大きい。典型的には、加速器後の１次荷電粒子のエネルギーは、第２検出器後の１次荷電粒子のエネルギーと同等または全く同じであるが、必ずしもそうではない。さらに、中央ユニットでの１次荷電粒子のエネルギーは、加速器後のエネルギーよりも小さい。このエネルギーは、最終照射エネルギーと同等または全く同じになるように選択し得る。
【００４２】
一般に、図１ａの実施形態に限定されることなく、中央ユニット６として、円筒電極の代わりに、穴形状の電極、リング電極、またはグリッド電極を適用し得る。図１ｂに、グリッド電極の一例を示す。このようなグリッドは、１次荷電粒子をより良好に貫通させるための中央の穴を含み得る。
【００４３】
一般に、この場合も図１ａの実施形態に限定されることなく、本明細書で説明する検出器は、シンチレーション検出器、チャネル検出器、ピンダイオード、または、試料のところで放出される２次粒子の検出に適した他の検出器とし得る。
【００４４】
第２ユニット７も検出器として扱うことができる。中央ユニット６が負にバイアスされている場合、反転した２次電子は、下側の検出器によって検出し得る。例えば、図２ａおよび図２ｂに関して、これらの実施形態の例を示す。
【００４５】
図１ｂは、中央ユニット６がグリッド電極として示されている点で図１ａと異なる。さらに、この図面の右側に、放出源１から試料に向かう途中の１次荷電粒子の典型的なエネルギーを視覚化したエネルギー線図を示す。
【００４６】
これらの粒子は、コラムのほとんどの部分に向かう経路において、ビーム増強電位に加速される。典型的には、このエネルギーは、５ｋｅＶよりも大きく、例えば、１２ｋｅＶである。これらの電子は、第１ユニット５、すなわち検出器の下側の面までこのエネルギーを維持する。この面の電位は、加速ユニット２の下部電極と同じ電位とし得る。ただし、加速ユニット２の下部電極、コラム部分１２、および検出器の電位が必ずしも同じである必要はないことを付け加えておく。例えば、コラム部分１２が、加速ユニット２にも検出器にも接触しない場合、コラム部分１２のエネルギーは、加速ユニット２および検出器のエネルギーよりも大きくし得るはずである。
【００４７】
中央ユニット６の電位はより低い。その結果、電子８は遅くなる。グリッドのところで、これらの電子の運動エネルギーはその最下点に達する。グリッドの後で、あるいは、図１ａに示す円筒の場合にはこの円筒電極の後で、これらの電子は再度、中央ユニット６の電位よりも本質的に電位が高い第２ユニット７に向かって加速される。図１ｂのエネルギー線図では、電極７の後の粒子の運動エネルギーは、加速器２の下部電極と、第１検出器である第１ユニット５との間のエネルギーと同じである。ただし、これは、単なる例と理解されたい。それぞれの装置２、１２、５、７、９に異なる電位を適用することができ、そのため一般に、異なる運動エネルギーが可能である。
【００４８】
これらの電子は、コラム部分９の下端までこの運動エネルギーを維持する。この端部と遅延電極１１の間では、これらの電子はそれらの電子の最終エネルギーに減速され、このエネルギーで、試料４に当たるはずである。
【００４９】
図１ａおよび図１ｂに示す実施形態も、コンデンサレンズ、ウィーンフィルタなどの静電気、磁気、または静電気−磁気合成タイプの偏向器、静電気、磁気、または静電気−磁気合成タイプの走査型偏向器、静電気、磁気、または静電気−磁気合成タイプの非点補正装置、静電気、磁気、または静電気−磁気合成タイプの別のレンズ、および／または、偏向器または開口などの１次および／または２次の荷電粒子ビームに影響を及ぼし、かつ／または補正する他の光学コンポーネントなど、（図示しない）追加のコンポーネントを含み得る。実際、例として、以下の図面の一部に、これらのコンポーネントの一部を示す。これらは、他の実施形態でも適用し得るはずであることを理解されたい。
【００５０】
図２ａに、図１ｂと類似の実施形態を示す。ただし、ここでは、グリットとして示す中央ユニット６には、負のバイアスがかかっている。したがって、放出源１で放出される１次荷電粒子ビームは、図１ｂの減速よりも大きく減速される。しかし、１次荷電粒子ビームは、グリッドの後で、検出器である第１ユニット５、または図１ｂの実施形態では検出器である第２ユニット７に向かって直接加速されるので、電子と電子の相互作用が分解能に及ぼす悪影響はわずかである。
【００５１】
試料４のところで放出される２次電子は、それらのエネルギーに応じて、中央ユニット６によってもたらされる電位障壁に打ち勝つこともできるし、打ち勝つことができないこともある。２次電子のエネルギーが電位障壁よりも大きい場合、これらの２次電子は、グリッドを通過し、第１ユニット５に向かって再度加速され、そこで検出される。図２ａでは、これらの電子を参照数字１４で標示する。他の２次電子は、グリッドに起因する電位に打ち勝つには遅すぎる。これらの２次電子は、上方向に移動し続ける代わりに、方向変更され、第２ユニット７に向かって移動し、そこで検出される。図２ａに、２つの異なる粒子経路の例を示す。経路１３ａに従う粒子は、電位障壁に打ち勝つにほぼ充分な大きさのエネルギーをもっている。この経路は、グリッド近傍またはグリッドのところで反転する。経路１３ｂに従う粒子のエネルギーはより小さく、グリッドに向かう途中のより早い時点で反転する。これらの粒子は、第２ユニット７に戻るように加速され、そこで検出される。
【００５２】
図２ｂは、減速電極１１がない点で図２ａと異なる。１次荷電粒子を減速する遅延場は、集束レンズ１０の電極９と試料４の間で生成される。円筒形状の電極９は、例えば、７〜１０ｋＶとすることができ、試料は、例えば、接地電位とし得るはずである。そのため、減速ユニットは、電極９および試料によって画定される。
【００５３】
中央ユニットの電圧を調整することによって、第１および第２のユニットで検出される電子の割合および角度分布を制御することができる。これは、それぞれの測定タスクおよび／または試料の組成に応じて、情報収集プロセスを制御し得ることを意味する。第１および第２のユニットがともに検出器である場合、信号電子はすべて情報入力として使用されることになり、すなわち、電子の損失がない。そのため、情報の損失もない。中央ユニット６の電位に応じて、第１または第２の検出器上での２次電子の分布が変化することになる。
【００５４】
これまで述べた実施形態で示したように、中央ユニットに適切な電圧を印加することによって、２次荷電粒子の流れに影響を及ぼし、方向づけることができる。先にすでに述べたように、下記の表における中央ユニット内の電位は、試料の電圧に対して相対的に理解しなければならない。中央ユニットがグリッドの場合、このグリッドに印加する電圧は、中央ユニット内の電位と同じである。中央ユニットが円筒などの場合、中央ユニット内の電位は一般に、印加される電圧と異なる。一般に、ここで考察する実施形態に限定されることなく、以下の可能性がある。より深く理解するために、以下に、後方散乱電子および２次電子を個々に列挙する。
【表１】
2006278329.tif 000003
【００５５】
この表ならびに以下では、第１および第２のユニットがともに検出器である本発明を説明する。したがって、「第１検出器」という用語を「第１ユニット」という用語と同義に用い、「第２検出器」という用語を「第２ユニット」という用語と同義に用い、「第３検出器」という用語を「第３ユニット」という用語と同義に用いる。
【００５６】
図３に、セグメント化された第１、第２、および／または第３の検出器を示す。１次荷電粒子を通過させ、第２または第３の検出器の場合には２次荷電粒子も通過させる穴１５を有する検出器は、４つの異なるセグメント１６ａ〜１６ｄを備える。したがって、上記で説明した情報は、試料から放出される２次電子の開始角度に関する追加の方向感度とともに収集することができる。一般に、この検出器のセグメント数は、２、４、８、またはそれよりも多くし得る。これらの検出器は、典型的には、環状、方位、または環状−方位を組み合わせてセグメント化される。
【００５７】
図４に、本発明の別の実施形態を示す。図２ａおよび図２ｂと比較すると、２つの違いがある。第１に、磁気コンデンサレンズの代わりに静電コンデンサレンズ３が示されている。第２に、大きな軸外運動量を伴う、２次電子のビーム経路の例１５が示されている。大角度で進行する電子は、第２検出器内の穴に到達せず、第２検出器の下面に当たる。第２検出器は、上面から下面まで感知性（感受性）があるので、これらの電子も検出することができる。この場合、本発明による荷電粒子ビーム装置では、下から極めて大きな角度で検出が行われる。
【００５８】
図５に、下からの電子を検出することができる別の大角度検出ユニットを示す。第２検出器７に隣接する第３検出器１７が含まれる。この第３検出器は、試料に向かう側に感受性を有する。図５では、これは、第３検出器１７の下面である。したがって、軸外運動量が大きい粒子１５は、この検出器で別に検出される。一般に、図５の実施形態に限定されることなく、典型的には、第２および／または第３の検出器は、典型的には、環状、方位、または環状−方位を組み合わせてセグメント化される。
【００５９】
図６ａおよび図６ｂに、本発明による荷電粒子ビーム装置の別の実施形態の一部を示す。この荷電粒子ビーム装置の上部に注目されたい。図６ａには、加速ユニット２の陽極、コンデンサレンズ３、および第１ユニットが１つのコンポーネントに統合された実施形態を示す。加速ユニット２の陽極は、同時に、コンデンサレンズ３の上部電極でもある。検出器である第１ユニット５は、コンデンサレンズ３の下部電極として働く。コラム長さが短くなることにより、有効ビーム経路がさらに短くなる。
【００６０】
図６ｂに、穴１８を有するグリッドとして中央ユニット６を示す。この穴形状のグリッドは、本明細書で示す他の実施形態の中央ユニットとして使用することもできるはずである。
【００６１】
さらに、図６ｂには、静電コンデンサ３の上部電極が、同時に、加速ユニット２の抽出電極としても働くところを示す。さらに、この上部検出器は、コンデンサレンズの集束電極として働く。穴付きグリッド６は、コンデンサレンズ３の第３電極として働く。
【００６２】
図６ａおよび図６ｂに示す系の部分は、他の実施形態で、それらに対応する部分の代わりに使用することもできる。
【００６３】
図７に、図６ｂに示すコンデンサレンズを有する本発明の別の実施形態を示す。さらに、中央ユニット６を湾曲グリッドとして示す。それによって、この中央ユニットおよび周囲の検出器によってもたらされる電界が整形される。図７の実施形態はさらに、第３検出器１７を備える。ただし、この検出器は割愛することもできるはずである。
【００６４】
図８に、径方向に隙間がある液浸レンズ１０を有する本発明の別の実施形態を示す。この種の対物レンズにより、試料４の表面で磁界および電界が許容し得る大きさの応用例で高分解能が得られる。一般に、図８の実施形態に限定されることなく、あらゆる対物レンズのタイプを上記で示した検出器系と組み合わせることができる。そのため、ビーム増強電位を考慮すると、典型的には、ビーム照射エネルギーを小さくする液浸レンズを使用し得る。
【００６５】
図９に、本発明の別の実施形態を示す。コンデンサレンズ３なしの荷電粒子ビーム装置を示す。さらに、この荷電粒子ビーム装置は、１次粒子ビームを最終ビームエネルギーに減速する液浸レンズ１１’を有する。この液浸レンズを静電レンズとして示す。この静電液浸レンズは、典型的には、２つまたは３つの電極からなる。集束レンズ１０は、試料４の下に配置される単極磁気レンズとして示す。ただし、この磁気レンズは任意に設けられるものであり、動作には液浸レンズ１１’だけでも十分である。一般に、あらゆる実施形態で、試料と対物レンズの間に、あるいは、対物レンズ内に（図示しない）走査コンポーネントを設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１ａ】本発明による荷電粒子ビーム装置の第１実施形態の概略図である。
【図１ｂ】本発明による荷電粒子ビーム装置の第２実施形態の概略図である。
【図２ａ】本発明による荷電粒子ビーム装置の第３実施形態の概略図である。
【図２ｂ】本発明による荷電粒子ビーム装置の第４実施形態の概略図である。
【図３】他の実施形態で使用可能なセグメント化された検出器の概略図である。
【図４】本発明による荷電粒子ビーム装置の第５実施形態の概略図である。
【図５】第３の検出器を有する本発明による荷電粒子ビーム装置の第６実施形態の概略図である。
【図６ａ】本発明による荷電粒子ビーム装置の第７実施形態の一部の概略図であり、荷電粒子ビーム源と中央ユニットの間の部分のみを示す。
【図６ｂ】本発明による荷電粒子ビーム装置の第８実施形態の一部の概略図であり、荷電粒子ビーム源と中央ユニットの間の部分のみを示す。
【図７】本発明による荷電粒子ビーム装置の第９実施形態の概略図である
【図８】本発明による荷電粒子ビーム装置の第１０実施形態の概略図である。
【図９】本発明による荷電粒子ビーム装置の第１１実施形態の概略図である。
【符号の説明】
【００６７】
１  電子源
２  加速器
３  磁気レンズユニット、コンデンサレンズ
４  試料
５  第１ユニット
６  中央ユニット
７  第２ユニット
８  １次電子ビーム
９  電極
１０  対物レンズ
１１  電極
１１’  液浸レンズ
１２  コラム部分
１３ａ  経路
１３ｂ  経路
１４  電子
１５  穴、ビーム経路、粒子
１６ａ  セグメント
１６ｂ  セグメント
１６ｃ  セグメント
１６ｄ  セグメント
１７  第３検出器
１８  穴
【図１ａ】
2006278329.tif 000004
【図１ｂ】
2006278329.tif 000005
【図２ａ】
2006278329.tif 000006
【図２ｂ】
2006278329.tif 000007
【図３】
2006278329.tif 000008
【図４】
2006278329.tif 000009
【図５】
2006278329.tif 000010
【図６ａ】
2006278329.tif 000011
【図６ｂ】
2006278329.tif 000012
【図７】
2006278329.tif 000013
【図８】
2006278329.tif 000014
【図９】
2006278329.tif 000015
【外国語明細書】
2006278329000001.pdf