(57)【要約】一次荷電粒子ビームＢＲと、サンプル２がこの一次荷電粒子ビームと相互作用した結果としてサンプルから返送される二次粒子ＢＳのビームとを空間的に分離させるためのビーム指向方法及び装置が提供される。一次荷電粒子ビームは、検出器９の開口９Ａを通過する第１軸ＯＡに沿ってビーム指向装置へ指向され、検出器は、この開口の外側に荷電粒子検出領域９Ｂを有している。次いで、一次荷電粒子ビームの軌道に作用して、第１軸に実質的に平行で且つそこから離間された第２軸ＯＡ”に沿ってサンプルへ一次荷電粒子ビームを伝播させる。これは、検出器の開口の外側の検出領域へ二次荷電粒子ビームを伝播させる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次荷電粒子ビームと、該一次荷電粒子ビームとサンプルとの相互作用により生じる二次荷電粒子ビームとを分離させる方法において、
（ａ）上記一次荷電粒子ビームを、検出器の開口を通過する第１軸に沿って指向するステップであって、上記検出器が前記開口の外側に荷電粒子検出領域を有するようなステップと、
（ｂ）上記一次荷電粒子ビームの軌道に作用して、前記第１軸に実質的に平行で且つそこから離間された第２軸に沿って上記サンプルへ上記一次荷電粒子ビームが伝播するようにし、これにより、前記開口の外側の前記検出器の検出領域へ上記二次荷電粒子ビームを伝播させるステップと、
を備えた方法。
【請求項２】
前記作用するステップは、２つの偏向フィールドを発生する偏向アセンブリに上記一次荷電粒子ビームを通過させることを含み、上記２つの偏向フィールドは、上記一次荷電粒子ビームを、上記第１軸に沿ったその伝播から、上記第２軸に沿った上記一次荷電粒子ビームの伝播へと偏向させるものであり、更に、前記２つの偏向フィールドは、上記二次荷電粒子を偏向して、上記二次荷電粒子ビームが前記開口の外側の前記検出器の検出領域へ伝播するようにさせる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記作用するステップは、前記第１軸に平行な光学軸を有する収束アセンブリと、偏向アセンブリとを含むビーム指向装置に上記一次荷電粒子ビームを通過させることを含み、上記偏向アセンブリは、上記一次荷電粒子ビームを、上記第１軸に沿ったその伝播から、上記収束アセンブリの前記光学軸に平行な第２軸に沿った上記一次荷電粒子ビームの伝播へと偏向する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記偏向は、上記収束アセンブリの光学軸に沿った２つの次々の位置で２つの偏向フィールドを上記一次荷電粒子ビームに印加することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１軸は、上記収束アセンブリの光学軸に実質的に平行で且つそこから離間される、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記第２軸は、上記収束アセンブリの光学軸に実質的に一致する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１軸は、上記収束アセンブリの光学軸に実質的に一致する、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記第２軸は、上記収束アセンブリの光学軸に平行で且つそこから離間される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
一次荷電粒子ビームと、該一次荷電粒子ビームとサンプルとの相互作用により生じる二次荷電粒子ビームとを分離させる方法において、
（ａ）上記一次荷電粒子ビームを、検出器の開口を通過する第１軸に沿って偏向アセンブリへと指向するステップであって、上記検出器が前記開口の外側に荷電粒子検出領域を有するようなステップと、
（ｂ）上記一次荷電粒子ビームを上記偏向アセンブリに通過させ、上記一次荷電粒子ビームの軌道に作用して、前記第１軸に実質的に平行で且つそこから離間された第２軸に沿って上記サンプルへ上記一次荷電粒子ビームが伝播するようにし、これにより、前記開口の外側の前記検出器の検出領域へ上記二次荷電粒子ビームを伝播させるステップと、
を備えた方法。
【請求項１０】
一次荷電粒子ビームと、該一次荷電粒子ビームとサンプルとの相互作用により生じる二次荷電粒子ビームとを分離する方法において、
（ａ）上記一次荷電粒子ビームを、検出器の開口を通過する第１軸に沿ってビーム指向装置へと指向するステップであって、上記検出器が前記開口の外側に荷電粒子検出領域を有するようなステップと、
（ｂ）上記一次荷電粒子ビームを、光学軸を定める収束アセンブリ及び偏向アセンブリを含む上記ビーム指向装置に通過させるステップであって、上記偏向アセンブリは、上記収束アセンブリの光学軸に沿って２つの次々の領域に２つの偏向フィールドを各々発生するように動作でき、これにより、上記一次荷電粒子ビームの軌道に作用して、上記第１軸に沿った伝播から、前記第１軸に実質的に平行で且つそこから離間された第２軸に沿って上記サンプルへ至る上記一次荷電粒子ビームの伝播へと上記一次荷電粒子ビームを偏向させ、更に、前記２つの偏向フィールドは、上記二次荷電粒子の軌道に作用して、上記二次荷電粒子ビームが前記開口の外側の前記検出器の検出領域へ伝播するようにさせるステップと、
を備えた方法。
【請求項１１】
一次荷電粒子ビームと、該一次荷電粒子ビームとサンプルとの相互作用により生じる二次荷電粒子ビームとを分離させる方法において、
上記一次荷電粒子ビームを、検出器の開口を通過する第１軸に沿ってビーム指向装置へと指向するステップであって、上記検出器が前記開口の外側に荷電粒子検出領域を有するようなステップと、
上記一次荷電粒子ビームを上記ビーム指向装置に通過させるステップであって、上記ビーム指向装置は、前記第１軸とである角度を形成する光学軸を定める収束アセンブリと、偏向アセンブリとを含み、該偏向アセンブリは、上記一次荷電粒子ビームを、上記第１軸に沿った伝播から、上記収束アセンブリの光学軸に実質的に平行な第２軸に沿って上記サンプルへと至る上記一次荷電粒子ビームの伝播へと偏向すると共に、上記二次荷電粒子ビームの軌道に作用して、前記開口の外側の前記検出器の検出領域へ上記二次荷電粒子ビームを伝播させるように動作できるステップと、
を備えた方法。
【請求項１２】
荷電粒子ビームでサンプルを検査する方法において、
検出器の開口を通過する第１軸に沿ってビーム指向装置に向って伝播する一次荷電粒子ビームを用意するステップであって、上記検出器が前記開口の外側に荷電粒子検出領域を有するようなステップと、
上記一次荷電粒子ビームを、光学軸を定める収束アセンブリと、偏向アセンブリとを含む上記ビーム指向装置に通過させ、これにより、前記一次荷電粒子ビームの軌道に作用して、前記第１軸に平行で且つそこから離間された第２軸に沿って上記一次荷電粒子ビームが伝播するようにさせ、且つ上記一次荷電粒子ビームとサンプルとの間の相互作用で発生された二次荷電粒子ビームが前記開口の外側の検出領域へ伝播するようにさせるステップと、
を備えた方法。
【請求項１３】
上記第１軸は上記サンプルの表面に実質的に垂直である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１軸は上記収束アセンブリの光学軸に実質的に平行である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１軸は上記収束アセンブリの光学軸に実質的に一致し、前記第２軸は上記収束アセンブリの光学軸に平行で且つそこから離間される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１軸は上記収束アセンブリの光学軸から離間される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２軸は上記収束アセンブリの光学軸に実質的に一致する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
上記偏向アセンブリは、上記収束アセンブリの光学軸に沿った次々の位置で２つの偏向フィールドを上記一次荷電粒子ビームに印加することにより上記一次荷電粒子ビームの軌道に作用し、更に、前記偏向フィールドは、上記二次荷電粒子ビームの軌道に作用して、前記開口の外側の検出領域への上記二次荷電粒子ビームの前記伝播を生じさせる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
荷電粒子ビームでサンプルを検査する方法において、
検出器の開口を通過する第１軸に沿ってビーム指向装置に向って伝播する一次荷電粒子ビームを用意するステップであって、上記検出器が前記開口の外側に荷電粒子検出領域を有するようなステップと、
上記一次荷電粒子ビームを上記ビーム指向装置に通過させるステップであって、上記ビーム指向装置は、前記第１軸とである角度を形成する光学軸を定める収束アセンブリと、偏向アセンブリとを含み、これにより、前記一次荷電粒子ビームの軌道に作用して、前記第１軸に平行で且つそこから離間された第２軸に沿って上記一次荷電粒子ビームが伝播するようにさせ、且つ上記一次荷電粒子ビームとサンプルとの間の相互作用で発生された二次荷電粒子ビームが前記開口の外側の検出領域へ伝播するようにさせるステップと、
を備えた方法。
【請求項２０】
上記偏向アセンブリは、上記一次荷電粒子ビームを、上記第１軸に沿ったその伝播から、上記収束アセンブリの光学軸に実質的に平行な第２軸に沿った上記一次荷電粒子ビームの伝播へと偏向する少なくとも１つの偏向フィールドを上記一次荷電粒子ビームに印加することにより上記一次荷電粒子ビームの軌道に作用し、更に、前記少なくとも１つの偏向フィールドは、上記二次荷電粒子ビームを偏向して、前記開口の外側の検出領域への上記二次荷電粒子ビームの前記伝播を生じさせる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
荷電粒子ビーム装置に使用するためのビーム指向装置であって、第１軸に沿ってビーム指向装置に向って伝播する一次荷電粒子ビームを画成すると共に、開口及び該開口の外側の荷電粒子検出領域が形成された検出器を使用し、前記第１軸が上記検出器の前記開口を通過するように上記検出器が受け入れられるビーム指向装置において、
光学軸を定義し、上記一次荷電粒子ビームをサンプルに収束するように動作できる収束アセンブリと、
上記一次荷電粒子ビームの軌道に作用して、前記第１軸に実質的に平行で且つそこから離間された第２軸に沿って上記サンプルに上記一次荷電粒子ビームを指向し、これにより、前記開口の外側の前記検出器の検出領域へ二次荷電粒子ビームを伝播させるよう動作できる偏向アセンブリと、
を備えたビーム指向装置。
【請求項２２】
前記光学軸は上記一次荷電粒子ビーム伝播の前記第１軸に実質的に平行である、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記光学軸は前記第１軸に実質的に一致し、前記第２軸は前記光学軸から離間される、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記光学軸は前記第１軸から離間される、請求項２１に記載の装置。
【請求項２５】
前記第２軸は上記収束アセンブリの光学軸に実質的に一致する、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記偏向アセンブリは、上記収束アセンブリの光学軸に沿って２つの離間された位置に受け入れられる２つの偏向器であって、上記一次荷電粒子ビーム及び上記二次荷電粒子ビームに２つの偏向フィールドを印加するように動作できる２つの偏向器を備えた、請求項２１に記載の装置。
【請求項２７】
前記収束アセンブリは磁気対物レンズを備えた、請求項２１に記載の装置。
【請求項２８】
前記収束アセンブリは、更に、上記サンプルへの上記一次ビーム伝播の方向に対して上記磁気対物レンズの下流に受け入れられた静電浸漬レンズを備えた、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記偏向アセンブリは、上記収束アセンブリの光学軸に沿って２つの離間された位置に受け入れられる２つの偏向器であって、上記一次荷電粒子ビーム及び上記二次荷電粒子ビームに２つの偏向フィールドを印加するように動作できる２つの偏向器を備えた、請求項２７に記載の装置。
【請求項３０】
上記サンプルへの上記一次ビーム伝播の方向に対し、一方の偏向器は上記磁気対物レンズの上流に配置されると共に、他方の偏向器は磁気対物レンズの下流に配置される、請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
上記偏向器は、上記サンプルへの上記一次ビーム伝播の方向に対して上記磁気対物レンズの上流に配置される、請求項２９に記載の装置。
【請求項３２】
一方の偏向器は、上記サンプルへの上記一次ビーム伝播の方向に対して上記磁気対物レンズの上流に配置され、他方の偏向器は、上記磁気対物レンズに隣接して配置される、請求項２９に記載の装置。
【請求項３３】
一方の偏向器は、上記サンプルへの上記一次ビーム伝播の方向に対して上記磁気対物レンズの下流に配置され、他方の偏向器は、上記磁気対物レンズに隣接して配置される、請求項２９に記載の装置。
【請求項３４】
荷電粒子ビーム装置に使用するためのビーム指向装置であって、第１軸に沿ってビーム指向装置に向って伝播する一次荷電粒子ビームを画成すると共に、開口及び該開口の外側の荷電粒子検出領域が形成された検出器を使用し、前記第１軸が上記検出器の前記開口を通過するように上記検出器が受け入れられるビーム指向装置において、
前記第１軸とである角度を形成する光学軸を定義し、上記一次荷電粒子ビームをサンプルに収束するように動作できる収束アセンブリと、
上記一次荷電粒子ビームの軌道に作用して、上記第１軸に実質的に平行な第２軸に沿って上記サンプルに上記一次荷電粒子ビームを指向し、これにより、前記開口の外側の前記検出器の検出領域へ二次荷電粒子ビームを伝播させるよう動作できる偏向アセンブリと、
を備えたビーム指向装置。
【請求項３５】
サンプルを検査するための荷電粒子ビーム装置において、
粒子ソースにより発生された荷電粒子の一次ビームがアノード管の長手軸に実質的に平行な第１軸に沿って伝播するスペースを画成するアノード管と、
開口が形成されると共に、前記開口の外側に荷電粒子検出領域を有する検出器であって、前記第１軸が前記開口に交差するように受け入れられた検出器と、
前記検出器の開口を通過した上記一次荷電粒子ビームの経路に受け入れられるビーム指向装置であって、光学軸を定めると共に上記一次荷電粒子ビームを上記サンプルに収束するように動作できる収束アセンブリと、偏向アセンブリとを備え、該偏向アセンブリは、上記一次荷電粒子ビームの軌道に作用して、前記第１軸に実質的に平行で且つそこから離間された第２軸に沿って上記一次荷電粒子ビームを上記サンプルに指向すると共に、二次荷電粒子ビームの軌道にも作用して、前記開口の外側の前記検出器の領域へ上記二次荷電粒子ビームを伝播させるよう動作できるものであるビーム指向装置と、
を備えた荷電粒子ビーム装置。
【請求項３６】
前記第１軸は上記収束アセンブリの光学軸に実質的に平行である、請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
前記光学軸は前記第１軸に実質的に一致し、前記第２軸は前記光学軸から離間される、請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
前記光学軸は前記第１軸から離間される、請求項３５に記載の装置。
【請求項３９】
前記第２軸は上記収束アセンブリの光学軸に実質的に一致する、請求項３８に記載の装置。
【請求項４０】
前記偏向アセンブリは、上記収束アセンブリの光学軸に沿って２つの離間された位置に受け入れられる２つの偏向器であって、上記一次荷電粒子ビーム及び上記二次荷電粒子ビームに２つの偏向フィールドを印加するように動作できる２つの偏向器を備えた、請求項３５に記載の装置。
【請求項４１】
前記収束アセンブリは磁気対物レンズを備えた、請求項３５に記載の装置。
【請求項４２】
前記収束アセンブリは、更に、上記サンプルへの上記一次ビーム伝播の方向に対して上記磁気対物レンズの下流に受け入れられた静電浸漬レンズを備えた、請求項４１に記載の装置。
【請求項４３】
サンプルを検査するための荷電粒子ビーム装置において、
粒子ソースにより発生された荷電粒子の一次ビームがアノード管の長手軸に実質的に平行な第１軸に沿って伝播するスペースを画成するアノード管と、
開口が形成されると共に、前記開口の外側に荷電粒子検出領域を有する検出器であって、前記第１軸が前記開口に交差するように受け入れられる検出器と、
前記検出器の開口を通過した上記一次荷電粒子ビームの経路に受け入れられるビーム指向装置であって、前記第１軸とである角度を形成する光学軸を定めると共に、上記一次荷電粒子ビームを上記サンプルに収束するように動作できる収束アセンブリと、上記一次荷電粒子ビームの軌道に作用して、上記収束アセンブリの光学軸に実質的に平行な第２軸に沿って上記サンプルへ上記一次荷電粒子ビームを伝播させると共に、二次荷電粒子ビームの軌道にも作用して、前記開口の外側の前記検出器の領域へ上記二次荷電粒子ビームを伝播させるよう動作できる偏向アセンブリと、を含むビーム指向装置と、
を備えた荷電粒子ビーム装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、電子、陽電子又はイオンのような荷電粒子の収束ビームをサンプルに照射することによりサンプルを検査するためのビーム指向装置及びこれを使用した荷電粒子ビーム装置に係る。このような装置は、特に半導体ウェハを検査するための走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の形態で使用される。
【発明の背景】
【０００２】
走査電子顕微鏡法は、半導体ウェハの製造に広く利用される既知の技術で、臨界寸法計測学的ツール、いわゆるＣＤ−ＳＥＭ（臨界寸法走査電子顕微鏡）、及び欠陥検査計測学的ツールＳＥＭ、いわゆるＤＲ−ＳＥＭ（欠陥検査走査電子顕微鏡）に利用されている。ＳＥＭにおいては、検査されるべきサンプルの表面領域が、装置の光学軸に沿って進行する通常は電子である荷電粒子の一次ビームにより二次元的に走査される。サンプルにこの一次電子ビームを照射すると、二次（又は後方散乱）電子が解放され、二次電子ビームを形成する。これら二次電子は、一次電子ビームが入射するサンプルの側に解放され、後方に移動して検出器により捕獲され、検出器は、このように検出された二次電子ビームに比例する出力電子信号を発生する。二次電子のエネルギー及び／又はエネルギー分布は、サンプルの性質及び組成を表わす。
【０００３】
ＳＥＭは、通常、電子ビームソース、電子ビームカラム、及び検出ユニット等の主たる構造部分を備えている。電子ビームカラムは、とりわけ、ビーム整列手段（いわゆる「整列コイル」）と、一次ビームドリフトスペースを画成するアノード管に沿って配置されたビーム整形手段（無収差装置）とを備えると共に、一次電子ビームをサンプルに向け且つ二次電子を１つ以上の検出ユニットに向けるための収束手段を備えている。この収束アセンブリは、通常、対物レンズ構成体及び走査コイルを含む。
【０００４】
像の解像度を高めると共に像の取得性を改善するためには、一次電子ビームの影響をできるだけ少なくして、二次電子ビームを完全に検出しなければならない。像の解像度を高めることは、収束及び偏向の色収差を減少することで達成できる。本出願の譲受人に譲渡されたＷＯ０１／４５１３６号は、サンプルに向って伝播する一次電子ビームの１つ又は２つの偏向、即ちレンズ前偏向、レンズ内偏向又はその両方を使用することにより色収差を補償する偏向及び収束技術を開示している。二次電子を完全に検出するには、一次電子と二次電子との間の空間的分離と、二次電子の効果的検出（電子のロスが最小の状態で）とが必要である。
【０００５】
多くの場合に、検出器は、カラムを通る一次ビーム伝播経路の外側で対物レンズの上に受け入れられる。二次電子を検出器に向けるために、直交する電界及び磁界の発生器（ウイーンフィルタとして知られている）が使用される（例えば、米国特許第５，８９４，１２４号、第５，９００，６２９号）。ウイーンフィルタにより充分に偏向されない二次電子の検出を保証するために、電子が衝突したときに二次電子を発生できる材料で作られたターゲット又は抽出電極が付加的に使用される。このようなターゲットにはアパーチャーが形成され、収束手段に向う一次ビーム伝播の軸がこのアパーチャーと交差し、従って、アパーチャーが一次ビームホールとして働くようにターゲットが配置される。
【０００６】
著しい慎重さを必要とし且つ調整が困難なウイーンフィルタの使用を排除するために、ＷＯ９９／２６２７２号は、１つ以上の入射角の一次ビームでサンプルを走査することを示唆している。この技術によれば、一次ビームは、収束アセンブリの光学軸に対して対角方向に延びるように指向されると共に、一次ビーム経路の外側に受け入れられた検出器の平面の下に配置された再指向ユニットにより光学軸へと再指向される。また、再指向ユニットは、一次電子と二次電子を分離するという意味で二次電子にも影響を及ぼす。
【０００７】
本出願の譲受人に譲渡された前記出版物ＷＯ０１／４５１３６の技術は、収束アセンブリに向って伝播する一次電子ビームの経路に配置された一次ビームホールで形成された二次電子検出器を使用する。ここでは、検出器の下流に（サンプルに向う一次電子ビームの伝播方向に対して）偏向システムが配置され、これは、サンプルの表面とある角度を形成する軸に沿って一次電子ビームがサンプルに当たるように一次電子ビームの軌道に作用するよう動作する（いわゆる「傾斜モード」）。これは、パターン化された表面の検査及び／又は測定に関連した特定の種類の検査システムの別の問題を解消することに向けられる。パターンは、通常、複数の離間されたグルーブの形態である。狭いグルーブ内に位置する異物粒子の存在を検出するためには、表面に対して走査ビームを傾斜するのが望ましい。一般に、傾斜メカニズムは、荷電粒子ビームカラムに対してサンプルキャリアを機械的に傾斜するか（例えば、米国特許第５，７３４，１６４号、第５，８９４，１２４号、第６，０３７，５８９号）或いはカラムを機械的に傾斜する（例えば、米国特許第５，３２９，１２５号）ことにより実施できる。ＷＯ０１／４５１３６号の技術は、単一又は二重の偏向を使用して一次電子ビームの軌道に作用することにより傾斜メカニズムを得ている。しかしながら、ＷＯ０１／４５１３６号のカラム構成は、上述した傾斜モードの動作で二次電子の有効な検出を与えるが、一次ビームの通常の入射、即ちサンプルの表面に実質的に垂直のビーム入射で動作するときには、二次電子、特に高速電子を検出する（いわゆるＨＡＲモード）のに問題がある。
【発明の概要】
【０００８】
従って、この技術では、新規なビーム指向方法及び装置、並びにこれを使用した荷電粒子ビーム装置を提供することにより、荷電粒子ビームでのサンプルの検査を改善することが要望される。
【０００９】
本発明の主たる考え方は、検出器に開口を設け、この開口の外側に検出領域があり、一次ビーム伝播軸が開口に交差するように一次荷電粒子ビームの経路に検出器を受け入れ、それ故、開口が一次ビームホールとして働くようにした検出器で二次荷電粒子ビームを有効に検出することより成る。これは、いわゆる「カラム内検出器」である。本発明は、ビーム指向装置を通して伝播する一次及び二次荷電粒子ビームの軌道に作用して、サンプル上への一次荷電粒子ビームの望ましい入射を生じさせると共に、一次ビームホールの外側の検出器の領域への二次ビームの伝播を生じさせる。
【００１０】
ここで使用する「一次ビーム」又は「一次荷電粒子ビーム」という語は、ソース（カソード）により発生された荷電粒子で形成されて、サンプルへと指向され、検出されるべき「二次ビーム」（「二次荷電粒子ビーム」とも称される）を形成する荷電粒子を叩き出すような荷電粒子ビームを意味する。
【００１１】
前記したことは、第１のビーム伝播軸に沿ってビーム指向装置に入る一次ビームを偏向して、第１軸から離間された第２軸に沿ってサンプルに一次ビームが入射するようにし、これにより、一次ビームホールの外側の検出器の領域に向けて二次ビームを伝播させることにより実施される。
【００１２】
本発明は、荷電粒子ビーム装置に対してサンプルを傾斜させたり又はそれとは逆に傾斜させたりする必要なく、「通常」及び「傾斜」の両動作モードで動作することができる。ここで使用する「通常モード」という語は、実質的にゼロの入射角で、即ちサンプルの表面に実質的に垂直の状態で一次ビームがサンプルに入射することを意味する。また、ここで使用する「傾斜モード」という語は、サンプルの表面とである非ゼロ角度を形成する軸に沿って一次ビームがサンプルに入射することを意味する。
【００１３】
従って、本発明の１つの態様によれば、一次荷電粒子ビームと、該一次荷電粒子ビームとサンプルとの相互作用により生じる二次荷電粒子ビームとを分離させる方法において、
（ａ）一次荷電粒子ビームを、検出器の開口を通過する第１軸に沿って指向するステップであって、上記検出器は前記開口の外側に荷電粒子検出領域を有するようなステップと、
（ｂ）一次荷電粒子ビームの軌道に作用して、前記第１軸に実質的に平行で且つそこから離間された第２軸に沿ってサンプルへ一次荷電粒子ビームを伝播させ、これにより、前記開口の外側の前記検出器の検出領域へ二次荷電粒子ビームを伝播させるステップと、
を備えた方法が提供される。
【００１４】
本発明は、その別の広い態様によれば、一次及び二次の荷電粒子ビームを分離する上記技術を使用して荷電粒子ビームでサンプルを検査する方法を提供する。
【００１５】
第１軸（通常アノード管の長手軸により定義される）がサンプルの表面に実質的に垂直になるように構成されるのが好ましい。また、本発明は、サンプルの平面に対して傾斜されたアノード管（第１軸を定める）を有する種類のカラムでも動作する。この場合、一次荷電粒子ビームの軌道に作用して、前記第１軸とである角度を形成する第２軸に沿って一次荷電粒子ビームを伝播させる。
【００１６】
本発明の更に別の態様によれば、一次荷電粒子ビームと、該一次荷電粒子ビームとサンプルとの相互作用により生じる二次荷電粒子ビームとを分離させる方法において、
−検出器の開口を通過する第１軸に沿ってビーム指向装置に向かい一次荷電粒子ビームを指向するステップであって、上記検出器は前記開口の外側に荷電粒子検出領域を有するようなステップと、
−一次荷電粒子ビームをビーム指向装置に通過させるステップであって、ビーム指向装置は、前記第１軸とである角度を形成する光学軸を定める収束アセンブリと、偏向アセンブリとを含み、該偏向アセンブリは、一次荷電粒子ビームを、第１軸に沿った伝播から、収束アセンブリの光学軸に実質的に平行な第２軸に沿ってサンプルへと至る一次荷電粒子ビームの伝播へと偏向すると共に、二次荷電粒子ビームの軌道に作用して、前記開口の外側の前記検出器の検出領域へ二次荷電粒子ビームを伝播させるように動作できるステップと、
を備えた方法が提供される。
【００１７】
一般的に述べると、サンプルに一次荷電粒子ビームが入射する第２軸は、第１軸とサンプルとの交差位置から離間された位置においてサンプルに交差する。
【００１８】
ビーム指向装置は、光学軸を定める収束アセンブリ（対物レンズ構成体を含む）と、該収束アセンブリの光学軸に対する一次及び二次ビームの各々の軌道に作用する偏向フィールドを発生するように動作できる変更アセンブリとを備えている。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態では、ビーム指向装置に向う一次ビーム伝播の第１軸は、収束アセンブリの光学軸に実質的に平行である。これは、収束アセンブリの光学軸に一致する第１軸に沿うか、又は収束アセンブリの光学軸から離間された第１軸に沿って一次ビームをビーム指向装置に指向することにより実施できる。この場合に、少なくとも２つの偏向フィールドを使用して、一次及び二次ビームの経路間を分離すると共に、一次ビームホールの外側の検出器の領域へ二次ビームが伝播するように確保する。２つの偏向フィールドは、レンズ前であってもよいし、レンズ前及びレンズ内であってもよいし、レンズ内及びレンズ後であってもよい（対物レンズに対する偏向器の位置に関して）。収束及び偏向の色収差を排除又は少なくとも著しく減少するために、同じ２つの偏向フィールドか或いは１つ又は２つの付加的な偏向フィールドのいずれかを使用することができる。
【００２０】
本発明の別の実施形態では、ビーム指向装置に向って一次ビームが伝播する第１軸が、収束アセンブリの光学軸に対して傾斜される。この場合に、一次及び二次ビームの経路間を首尾良く分離する（即ち、二次ビームが検出器の一次ビームホールを通過するのを防止する）のに、ビーム指向装置内に単一の偏向フィールドを設ければ充分である。
【００２１】
一次ビームを、ある非ゼロの入射角でサンプルに入射させることが望ましい（傾斜モード）。更に、傾斜モードを選択的に適用し、即ちサンプルの選択的な位置に適用しながら、その位置及び他の位置を通常モードで検査できる場合もある。傾斜モードを適用できるようにするために、一次ビームの軌道及び二次ビームの軌道が少なくとも２つの偏向フィールドにより適切に作用される。
【００２２】
従って、本発明の更に別の広い態様によれば、荷電粒子ビーム装置に使用するためのビーム指向装置であって、第１軸に沿ってビーム指向装置に向って伝播する一次荷電粒子ビームを画成すると共に、開口及び該開口の外側の荷電粒子検出領域が形成された検出器を使用し、前記第１軸が前記開口を通過するように検出器が受け入れられるビーム指向装置において、
−光学軸を定める収束アセンブリであって、一次荷電粒子ビームをサンプルに収束するように動作できる収束アセンブリと、
−一次荷電粒子ビームの軌道に作用して、前記第１軸に実質的に平行で且つそこから離間された第２軸に沿ってサンプルに一次荷電粒子ビームを指向し、これにより、前記開口の外側の前記検出器の検出領域へ二次荷電粒子ビームの伝播を生じさせるように動作できる偏向アセンブリと、
を備えたビーム指向装置が提供される。
【００２３】
また、本発明によれば、サンプルを検査するための荷電粒子ビーム装置において、
−粒子のソースにより発生された荷電粒子の一次ビームがアノード管の長手軸に実質的に平行な第１軸に沿って伝播するスペースを画成するアノード管と、
−開口が形成されると共に、前記開口の外側に荷電粒子検出領域を有する検出器であって、前記第１軸が前記開口に交差するように受け入れられた検出器と、
−前記検出器の開口を通過した一次荷電粒子ビームの経路に受け入れられるビーム指向装置であって、光学軸を定めると共に一次荷電粒子ビームをサンプルに収束するように動作できる収束アセンブリと、偏向アセンブリとを備え、該偏向アセンブリは、一次荷電粒子ビームの軌道に作用して、前記第１軸に実質的に平行で且つそこから離間された第２軸に沿って一次荷電粒子ビームをサンプルに指向すると共に、二次荷電粒子ビームの軌道にも作用して、前記開口の外側の前記検出器の領域へ二次荷電粒子ビームを伝播させるよう動作できるものであるビーム指向装置と、
を備えた荷電粒子ビーム装置が提供される。
【００２４】
本発明の好ましい実施形態によれば、ビーム指向装置は、収束アセンブリの光学軸がアノード管の長手軸に平行となるように受け入れられる。偏向アセンブリは、光学軸に沿った次々の領域において一次荷電粒子ビームの軌道に順次に作用し、ひいては、二次荷電粒子ビームの軌道に順次に作用するように受け入れられて動作される少なくとも２つの偏向器を備えている。
【００２５】
上述したことは、収束アセンブリの光学軸をアノード管の長手軸に実質的に一致させることにより実施できる。換言すれば、一次ビームは、実質的に収束アセンブリの光学軸に沿ってビーム指向装置に入る。この状況では、通常モードにおいて、一次ビームは、光学軸とサンプルの表面との間の交差位置から離間された位置でサンプルにヒットする。傾斜モードについては、一次ビームが、ある入射角でサンプルに当たり、光学軸がサンプルと交差する位置、又は通常モードでの一次ビーム入射位置のいずれかにおいてサンプルにヒットする。或いは又、収束アセンブリの光学軸は、アノード管の長手軸から離間することができる。これは、実質的に光学軸及び収束アセンブリに沿ってサンプルに一次ビームを通常に入射させることができる。
【００２６】
本発明の別の実施形態によれば、アノード管の長手軸（第１軸を定める）が収束アセンブリの光学軸に対して傾斜される。この場合に、偏向アセンブリは、収束アセンブリの光学軸に実質的に一致する第２軸に沿ってサンプルへの一次荷電粒子ビーム伝播を与えるように動作できる。
【００２７】
荷電粒子ビームは、電子ビームでもよいし、収束イオンビーム（ＦＩＢ）でもよい。本発明は、像形成、測定、計測、点検、欠陥検査、等の目的で、例えば、半導体ウェハのような試料に適用されるＳＥＭ等のツールに使用することができる。例えば、本発明は、ＣＤ測定、ラインプロフィール測定、フォトリソグラフィープロセス後に通常実行される銅相互接続部検査／測定、自動欠陥分類、等々に使用することができる。
【００２８】
より詳細には、本発明は、ウェハ、マスク又はレチクルを検査するためのＳＥＭシステムに使用され、それ故、この用途に関して以下に説明する。
【００２９】
本発明を理解すると共に、本発明をいかに実施できるか明らかにするために、添付図面を参照して好ましい実施形態を一例として以下に説明するが、これに限定されるものではない。
【好ましい実施形態の詳細な説明】
【００３０】
図１を参照すれば、１で一般的に示されたＳＥＭシステムの主要素が、検査されるべきウェハ２に関連して示されている。システム１は、通常、小さな先端５（いわゆる「電子銃」）を有する電子ビームソース４と、荷電粒子ビーム装置６とを備えている。この装置６は、一次ビームドリフトスペースを画成するアノード管７と、ビーム指向装置８と、該ビーム指向装置８の上流（ウェハ２に向う一次ビーム伝播の方向に対して）に配置された検出器９とを備えている。また、この装置６は、通常、ビームブランク手段と、多数のアパーチャー（一次ビームの直径を定める最終アパーチャー及び整列コイルを含む）と、無収差構成体も備えている。これら要素は、本発明の部分を構成するものではなく、それらの構造及び動作は、それ自体知られており、それ故、ここでは詳細に説明しない。
【００３１】
アノード管７の長手軸は、ビーム指向装置８に向う一次ビーム伝播（ここには示さず）の第１軸ＯＡ’を定める。検出器９は、中央開口９Ａが形成されると共に、該開口９Ａの外側に検出領域９Ｂを有するプレート（又はディスク）のような形状にされる。検出器９は、アノード管７の長手軸が中央開口を通過し、従って、中央開口が一次ビームホール９ａとして働くように配置されたいわゆる「カラム内検出器」である。ビーム指向装置８は、収束アセンブリ１０及び偏向アセンブリ１１より成る。一次ビームでウェハを二次元走査するための付加的な走査コイル（図示せず）が収束アセンブリの付近に従来のやり方で設けられてもよい。
【００３２】
ここに示す実施例では、ビーム指向装置８は、本出願の譲受人に譲渡された出願中の米国特許出願第０９／４７９，６６４号に開示された収束アセンブリを使用する。しかしながら、収束アセンブリの他の適当な設計も使用できることを理解されたい。
【００３３】
従って、ここに示す実施例では、収束アセンブリ１０は、通常、２つの磁極１２ａ及び１２ｂで形成された磁気レンズである対物レンズ１２と、多数の電極、ここでは、３つの電極１４ａ、１４ｂ及び１４ｃで形成された遅延静電浸漬レンズ１４とで構成される。アノード管７の下端は、第１電極１４ａとして働き、ウェハの表面は、第２電極１４ｃとして働き、更に、第３電極１４ｂは、これら電極１４ａと１４ｃとの間に配置されて、ウェハの付近に形成された電界を調整するように働く。他の適当な設計の静電浸漬レンズも考えられる。これらレンズ１２及び１４は、一緒に、対物レンズ構成体をなし、収束アセンブリ１０の光学軸ＯＡを定める。ここに示す実施例では、軸ＯＡ’及びＯＡは実質的に一致する。
【００３４】
静電レンズ１４は、ウェハ２の最も近くで電子を減速するように働く。これは、次のことに関連している。即ち、ＳＥＭでは、一次電子ビームの「スポット」サイズを数ナノメーターまで減少するために（即ち、像の解像度を高くするために）、数十キロボルト以上の加速電圧を使用して、著しく加速された一次電子ビームが通常発生される。しかしながら、レジスト構造体及び集積回路へのダメージを防止すると共に、論理学的試料の場合には、このような高エネルギーの一次ビームで試料が不所望に荷電されるのを防止するために、偏向され収束された一次ビームの経路に遅延フィールドが与えられて、収束及び偏向の収差を減少する。一次電子ビームの着陸エネルギーは、カソードとサンプルとの間の電位差により定義される。希望の電子加速を達成するために、カソード５とアノード７との間に適切な電位差を与えねばならない。例えば、カソード電圧は、約（−１）ｋＶであり、アノード電圧は、約（＋８）ｋＶである。従って、電子は、９ｋｅＶの速度を有する磁気レンズ１２に向ってそれらの経路上で加速される。遅延フィールドを形成するために、静電レンズ１４の第２電極１４ｃ（ウェハの表面）に印加される電圧は、通常、アノード７の電圧より実質的に低い。例えば、ウェハが接地され（Ｖ２＝０）、電極がバイアスされる場合があり、即ち次の電圧がカソード５、アノード７及び第３電極１４ｂに各々印加されてもよい。（−１）ｋＶ；（＋８）ｋＶ；及び（＋３）ｋＶ。
【００３５】
静電レンズを実際の物理的素子として設けるのは任意であることに注意されたい。電子減速の同じ効果、即ち遅延電界の発生が、アノード及びウェハに、又はアノード、磁極及びウェハに適切な電圧を印加することにより達成されてもよい。電気的パラメータの２つの考えられる例は、次の通りである。
【００３６】
（１）ウェハは（−５）ｋＶにバイアスされ、アノード電圧は０に等しく且つカソード電圧は（−６）ｋＶである。
【００３７】
（２）ウェハは（−３）ｋＶにバイアスされ、磁極片電圧は０に等しく、且つアノード及びカソード電圧は各々（＋５）ｋＶ及び（−４）ｋＶである。
【００３８】
減速された一次電子ビームは、走査エリア内でウェハ表面に当たり、二次電子を叩き出す。例えば、一次電子を減速する間に静電レンズ１４により発生された電界は、二次電子の加速フィールドとして働き、従って、サンプルの表面から離れる（検出器に向かって）二次電子の伝播を形成する。
【００３９】
偏向アセンブリ１１は、２つの偏向器１６及び１８で構成され、これらは、ここに示す実施例では、各々、ウェハに向う一次ビーム伝播の方向に対していわゆるレンズ内及びレンズ後偏向器である。これらの用語は、対物レンズ１２の磁極に対する偏向器の位置に対応するが、両偏向器は、全レンズ構成体１０の収束フィールド内に配置されていることを理解されたい。第１偏向器１６は、磁気レンズギャップ内（即ち磁極１２Ａと１２Ｂとの間）に取り付けられ、第２偏向器１８は、レンズ１４により発生された静電フィールド内に取り付けられる。第２偏向器１８は、磁気式でもよいし（ここに示す実施例のように）、又は静電式、例えば、コンデンサプレートの形態でもよい。偏向器１６及び１８は、以下に詳細に述べるように、第２軸に沿ってサンプルに一次ビームを入射させると共に、一次ビームホール９ａの外側の領域９ｂ内の検出エリアへ二次電子ビームを伝播させるように一緒に動作する。走査の目的で同じ又は付加的な偏向器を使用できることに注意されたい。
【００４０】
本発明により解決されるべき問題、即ち一次電子ビームとサンプルとの間の相互作用により発生された二次電子ビームを「カラム内検出器」で効果的に検出することを示した図２Ａ−２Ｂ及び図３Ａ−３Ｂを参照して以下に説明する。上述したように、これを達成するためには、二次ビームを、一次ビームホール９ａの外側の領域９ｂ内の検出エリアへ指向して、一次ビームホールにおける二次電子のロスを防止しなければならない。
【００４１】
図２Ａ及び２Ｂの実施例では、ビーム指向装置を通る一次ビーム経路に偏向フィールドが設けられていない。一次電子ビームＢｐは、第１軸ＯＡ’に沿ってアノード管７を経て伝播し（実質的にアノード管７の長手軸に沿って）、検出器９の開口９ａ（一次ビームホール）を通過し、次いで、第１軸ＯＡ’と実質的に一致する収束アセンブリの光学軸ＯＡに沿ってウェハ２に当たる。両実施例において、アノード管７の下端（図１に示す静電レンズの電極１４Ａ）は、８ｋＶに等しい電圧Ｖａｎｏｄｅに維持される。
【００４２】
図２Ａの実施例では、静電レンズのカップ電極（図１の１４Ｂ）に電圧が供給されず、即ちＶｃｕｐ＝０Ｖである。この場合、静電レンズによりウェハの付近に形成される電界は、低勾配フィールドである。従って、静電レンズは、二次電子Ｂｓのための短焦点レンズとして働く。その結果、二次電子Ｂｓは、ウェハ２の付近で光学軸ＯＡにクロスオーバーし、一次ビームホール９ａの両側で検出器９の領域９ｂへ指向されることになる。図３Ａは、この動作条件（Ｖｃｕｐ＝０Ｖ、通常入射）及び視野又はラスタサイズ２μｍで取得された像を示す。図示されたように、一次電子が照射された全ウェハの領域を観察することができる。
【００４３】
図２Ｂ及び３Ｂは、通常入射の一次ビームＢｐ及び高アスペクト比（ＨＡＲ）モードでの状態を示し、これは、典型的な場合であって、図１の構造において、約３ｋＶのＶｃｕｐを電極１４Ｂに印加することにより達成できる。この場合には、ウェハの付近の電界が高勾配フィールドであり、それ故、二次電子Ｂｓは、一次ビームとウェハとの相互作用の位置Ｌ１から実質的に光学軸ＯＡに沿って伝播し、一次ビームホール９ａにおいて失われる。その結果、黒いスポットがウェハの像形成領域の中央エリアをカバーする（ラスタ）。
【００４４】
図４を参照すれば、ＨＡＲモード（Ｖｃｕｐ＝３ｋＶ）で動作する図１のビーム指向装置８を通るビームの伝播が概略的に示されている。一次ビームＢｐは、第１軸ＯＡ’に沿ってアノード管７を経て伝播し、検出器９の一次ビームホール９ａを通過し、次いで、ビーム指向装置８に入る。本発明の好ましい実施形態では、第１軸ＯＡ’は、収束アセンブリの光学軸ＯＡに一般的に平行であり、ここに示す実施例では、光学軸に実質的に一致する。ビーム指向装置では、一次ビームＢｐは、第１偏向器１６の第１偏向フィールドにより光学軸ＯＡから離れる方向に偏向され（光学軸とで数度の角度、好ましくは、１−３度の角度を形成し）、次いで、第２偏向器１８の第２偏向フィールドにより偏向されて、一次ビーム伝播の第１軸ＯＡ’に平行で且つそこから離間された第２軸ＯＡ”に沿って伝播する。この第２軸ＯＡ”は、ウェハ表面と第１軸ＯＡ’との交差位置Ｌ２から離間された（例えば、約５０−１００μｍの距離）位置Ｌ１においてウェハの表面に交差する。
【００４５】
二次ビームＢｓは、位置Ｌ１から軸ＯＡ”に沿って（一般的に、収束アセンブリの光学軸に平行な軸に沿って）伝播して、やがて、第２偏向器１８の偏向フィールドに入り、これは、ビームＢｓを軸ＯＡ”から離れるように偏向する。次いで、第１偏向器１６の偏向フィールドが二次ビームＢｓを逆方向に（第１の偏向フィールドの場合に比して）偏向し、これにより、軸ＯＡ”’に沿って検出器の領域９ｂへ至る二次ビーム伝播を確保する。ここに示す実施例では、軸ＯＡ”’は、光学軸ＯＡ（及び第１軸ＯＡ’）に平行である。しかしながら、これは、必要な条件ではないことを理解されたい。
【００４６】
図５Ａ及び５Ｂは、０．０５Ａ及び０．０７Ａの電流が偏向器１６及び１８に供給され、一次ビームホール９ａが１ｍｍ直径である図４の前記状況で得られた実験結果を示している。これら２つの実験において、ＦＯＶの値は、各々、８２０μｍ及び２μｍである。図示されたように、ＦＯＶ値が高くても（図５Ａ）、黒いスポット（一次ビームホール）は、照射領域の中心エリアからシフトされ、ＦＯＶ値を減少することにより（図５Ｂ）、照射領域全体を見ることができる。
【００４７】
図６は、図１のビーム指向装置８の傾斜モードの動作を示す。これは、偏向器１６及び１８に流れる電流を（通常モードで使用された電流に比して）、例えば、各々、０．７Ａ及び０．６Ａに増加することにより達成される。図示されたように、一次ビームＢｐは、偏向器１６及び１８の偏向フィールドにより順次作用されて、その結果、軸ＯＡ”に沿ってウェハ２の位置Ｌ１に一次ビームが入射し、光学軸ＯＡとである角度θ（例えば、１５°の角度）を形成する。二次ビームＢｓは、最初、位置Ｌ１から収束アセンブリの光学軸ＯＡに平行な軸に沿って伝播し、次いで、偏向器１８及び１６により順次偏向されて、軸ＯＡ”’に沿って検出器の領域９ｂに向かって伝播する。
【００４８】
上述したように、傾斜モードは、パターン化された表面（即ち複数のグルーブが形成された）の検査を許し、いわゆる「側壁像形成」で、グルーブの壁に位置する異物粒子を検出し、及び／又はグルーブの寸法を測定することができる。一次ビームがウェハの表面に入射する角度が小さくても（３°−６°）、これらの目的に対して充分である。ほとんどの場合、この「傾斜」モードを選択的に適用することが望まれる。これは、ウェハの次々のエリアが通常モードで特定の位置において（即ち特定のエリアに対して）連続的に検査される間に、システムを「傾斜」モードにスイッチしなければならないことを意味する。
【００４９】
図７Ａ−７Ｃを参照すれば、本発明の別の実施形態の３つの実施例が示されている。理解を容易にするために、図１の荷電粒子ビーム装置１、並びに図７Ａ−７Ｃの装置１０６Ａ、１０６Ｂ及び１０６Ｃにおいて同一の要素を示すのに同じ参照番号が使用される。これらの実施例では、図１の実施例とは異なり、アノード管７の長手軸ＯＡ’（即ちビーム指向装置８に向う一次ビーム伝播の第１軸）と、収束アセンブリの光学軸ＯＡとが、離間平行関係に整列されて、各々、位置Ｌ２及びＬ１においてウェハの表面に交差する。
【００５０】
ビーム指向装置１０８Ａ（図７Ａ）は、対物レンズ平面１２の上流で光学軸ＯＡに沿って離間関係で受け入れられた偏向器１１６Ａ及び１１８Ｂを用いた二重レンズ前偏向を使用する。任意であるが、例えば、偏向器１１６Ａ及び１１８Ａとは別々に動作するように、付加的なレンズ内及びレンズ後走査偏向器２０及び２２が設けられて、一次ビームが光学軸ＯＡに入射する傾斜モードを与える。ここに示す実施例では、これら偏向器２０及び２２の動作は、示されていない。従って、第１軸ＯＡ’に沿って伝播する一次電子ビームＢｐは、検出器９の一次ビームホール９Ａを通過して、偏向器１１６Ａの偏向フィールドに入り、これは、一次電子ビームＢｐを光学軸ＯＡに向けて偏向する。一次電子ビームは、次いで、偏向器１１８Ａの偏向フィールドにより逆方向に偏向され、光学軸ＯＡに実質的に一致する軸ＯＡ”に沿ってウェハ２に向うビーム伝播が形成される。従って、一次電子ビームＢｐがウェハの位置Ｌ１に当たって二次ビームＢｓを叩き出し、これは、ウェハから光学軸ＯＡに平行な軸に沿って戻るように伝播する。偏向器１１８Ａ及び１１６Ａの同じ偏向フィールドが二次ビームＢｓの軌道に順次作用して、軸ＯＡ”’に沿って検出器の領域９Ｂへ至る伝播を生じさせる。
【００５１】
図７Ｂのビーム指向装置１０８Ｂは、１つのレンズ前偏向及び１つのレンズ内偏向、即ち偏向器１１６Ｂ及び１１８Ｂにより形成される二重偏向を使用する。例えば、偏向器１１８Ｂと一緒に動作して希望の傾斜モードを与えるために、付加的なレンズ後偏向器２２が任意に設けられてもよい。装置１０８Ｂを通る一次及び二次ビーム伝播が、改めて説明するまでもなく、図示されている。一次ビームホール９Ａの外側の検出領域９Ｂによる二次ビームＢｓの検出が与えられる。
【００５２】
図７Ｃは、２つの偏向器、即ちレンズ内偏向器１１６Ｃ及びレンズ後偏向器１１８Ｃを使用して、一次及び二次ビームの軌道に作用するビーム指向装置１０８Ｃを示している。上述したように、図１の収束アセンブリ（磁気対物レンズ１２及び静電レンズ１４）を使用するときには、レンズ前及びレンズ内偏向器が両方とも全収束アセンブリの収束フィールド内に収容される。図７Ｃでは、通常動作モードの場合の一次及び二次ビーム伝播機構が実線で示されており、傾斜モードの場合が破線で示されている。通常モードから傾斜モードへの切り換えは、偏向器の電気的パラメータを適当に変化させる（偏向器のコイルの電流を増加させる）ことで達成される。上述した実施例でも傾斜モードが同様に得られることを理解されたい。
【００５３】
従って、図７Ａ−７Ｃの前記実施例では、図４の実施例と同様に、一次ビームＢｐが光学軸ＯＡに平行な軸ＯＡ”に沿ってウェハ２に当たる（図７Ａ−７Ｃでは、実質的に光学軸に沿って、及び図４では、光学軸から離間された軸に沿って）。従って、二次電子ビームＢｓは、常に、一次ビームホール９ａの外側の検出領域の領域９ｂに指向される。
【００５４】
図８Ａ及び８Ｂを参照すれば、本発明の更に別の実施形態による荷電粒子ビーム装置２０６が示されている。ここでは、アノード管（第１軸ＯＡ’）と、検出器２０９の中心軸とが、ビーム指向装置２０８の収束アセンブリの光学軸ＯＡとである角度を形成し、例えば、約１−２°の角度を形成する。ビーム指向装置２０８の偏向器２１６及び２１８は、２つのレンズ前偏向器でもよいし、１つのレンズ前偏向器と１つのレンズ内偏向器でもよいし、或いは１つのレンズ内偏向器と１つのレンズ後偏向器でもよい。図８Ａは、通常モードでのビーム伝播機構を例示し、図８Ｂは、傾斜モードでのビーム伝播機構を例示している。
【００５５】
図８Ａに示すように、一次ビームＢｐは、一次ビームホール９Ｂを通過する第１軸ＯＡ’に沿ってビーム指向装置２０８に向って伝播し、偏向器２１６のみにより偏向されて、第１軸ＯＡ’とである角度を形成する第２軸ＯＡ１”（光学軸ＯＡに実質的に一致する）に沿ってウェハ２に当たる。軸ＯＡ”は、第１軸ＯＡ’とウェハ表面との交差位置Ｌ２から離間された位置Ｌ１においてウェハの表面に交差する。二次電子ビームＢｓは、光学軸ＯＡに沿って戻るように伝播し、同じ偏向器２１６のみにより偏向されて、一次ビームホール９ａの外側の検出器の領域９ｂへと伝播する。
【００５６】
図８Ｂに示すように、一次ビームＢｐは、検出器の一次ビームホール９Ａを通過する第１軸ＯＡ’に沿って伝播し、次いで、偏向器２１６及び２１８により順次逆方向に偏向される。その結果、一次ビームが第２軸ＯＡ’に沿ってウェハの位置Ｌ１に入射する。この位置から叩き出された二次ビームＢｓは、光学軸ＯＡに平行な軸に沿って戻るように伝播し、偏向器２１８及び２１６により順次偏向されて、ＯＡ”’に沿って一次ビームホールの外側の検出領域９Ｂへ伝播する。
【００５７】
図８Ａ及び８Ｂの構成では、本発明の目的に対して、即ち通常モードで動作するときに一次ビームと二次ビームを分離して二次ビームを検出領域９ｂへ向けるために、第２偏向器を設けるのは任意であることを理解されたい。しかしながら、「傾斜モード」で動作できるようにするために、少なくとも２つの偏向器を設けるのが好ましい。
【００５８】
また、入射ビームを傾斜することによる成功裡な「側壁像形成」は、抽出電界（又は「ブースティング電圧」）が使用されないとき、即ち次の条件が果たされるときに達成できることにも注意されたい。
【００５９】
【数１】
2005525679.tif 000003
この場合に、第２の偏向器を設けることで偏向の色収差に著しく影響することはないが、この偏向器を適切に動作することにより入射ビームの成功裡な傾斜を与え、即ち「通常」及び「傾斜」モードにおいてウェハの同じ位置を検査できるようになる。しかしながら、抽出フィールドを与えることで、像形成が通常改善される。
【００６０】
当業者であれば、特許請求の範囲に規定された本発明の範囲から逸脱せずに、上述した本発明の実施形態に種々の変更や修正が適用されてもよいことが容易に明らかであろう。本発明により構成され動作されるビーム指向装置及び荷電粒子ビーム装置は、いかなる点検、計測、欠陥検査又は同様のツールに使用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の一実施形態による荷電粒子ビーム装置を使用するＳＥＭシステムを概略的に示す図である。
【図２Ａ】従来のビーム指向装置を通して一次及び二次ビームが伝播するところを装置の異なる作用パラメータにおいて概略的に示す図で、本発明のビーム指向装置により解決されるべき問題を示す図である。
【図２Ｂ】従来のビーム指向装置を通して一次及び二次ビームが伝播するところを装置の異なる作用パラメータにおいて概略的に示す図で、本発明のビーム指向装置により解決されるべき問題を示す図である。
【図３Ａ】図２Ａの状況で得られたサンプルの像を示す図である。
【図３Ｂ】図２Ｂの状況で得られたサンプルの像を示す図である。
【図４】本発明のビーム指向装置における一次及び二次ビームの伝播を示す図である。
【図５Ａ】本発明のビーム指向装置で得られたサンブルの像を示す図である。
【図５Ｂ】本発明のビーム指向装置で得られたサンブルの像を示す図である。
【図６】本発明のビーム指向装置の傾斜モードの動作を概略的に示す図である。
【図７Ａ】本発明の別の実施形態に基づく荷電粒子ビーム装置の一実施例を示す図である。
【図７Ｂ】本発明の別の実施形態に基づく荷電粒子ビーム装置の別の実施例を示す図である。
【図７Ｃ】本発明の別の実施形態に基づく荷電粒子ビーム装置の更に別の実施例を示す図である。
【図８Ａ】本発明の更に別の実施形態に基づく荷電粒子ビーム装置の概略図で、通常モードでのビーム伝播状態を例示する図である。
【図８Ｂ】本発明の更に別の実施形態に基づく荷電粒子ビーム装置の概略図で、傾斜モードでのビーム伝播状態を例示する図である。
【符号の説明】
【００６２】
１・・・ＳＥＭシステム、２・・・ウェハ、４・・・電子ビームソース、５・・・小さな先端、６・・・荷電粒子ビーム装置、７・・・アノード管、８・・・ビーム指向装置、９・・・検出器、９Ａ・・・開口、９Ｂ・・・検出領域、１０・・・収束アセンブリ、１１・・・偏向アセンブリ、１２・・・対物レンズ、１２ａ、１２ｂ・・・磁極片、１４・・・遅延静電浸漬レンズ、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ・・・電極、１６、１８・・・偏向器
【図１】
2005525679.tif 000004
2005525679.tif 000005
2005525679.tif 000006
【図４】
2005525679.tif 000007
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【図６】
2005525679.tif 000009
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【国際調査報告】
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2005525679.tif 000016
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