(57)【要約】  本発明は、荷電粒子ビーム（７）を所定のランディング角度（４２；４２′；４２）で試料上に集束させる集束レンズ（１００）に関し、この集束レンズは、荷電粒子ビーム（７）を試料（３）上に集束させる集束電場（１１０）を発生させる第１のアパーチュア（１０６）を備えた少なくとも１つの第１の電極（２６，１０５，１０５ａ）と、試料（３）により引き起こされる集束電場（１１０）のランディング角度依存性ディストーションを補償する湾曲面（１１５）を備えた修正電極とを有する。修正電極の湾曲面（１１５）により、垂直ランディング角度とは異なるランディング角度での荷電粒子ビームの集束具合を向上させることが可能である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビーム（７）を所定のランディング角度（４２）で試料（３）上に集束させる集束レンズ（１００）であって、
前記荷電粒子ビーム（７）を前記試料（３）上に集束させる集束電場（１１）を発生させる第１のアパーチュア（１０６）を備えた少なくとも第１の電極（２６ａ，９ａ；１０５，１０５ａ；１０７）と、
前記試料により引き起こされる前記集束電場（１１０）のランディング角度依存性ディストーションを補償する湾曲面（１１５）を備えた修正電極とを有する、集束レンズ（１００）。
【請求項２】
前記湾曲面（１１５）は、円錐のような形状のものである、請求項１記載の集束レンズ（１００）。
【請求項３】
前記修正電極の前記湾曲面（１１５）は、前記試料（３）が前記第１の電極（２６ａ，９ａ；１０５，１０５ａ；１０７）に近づくようにするためのスペースを提供するよう開口部（１１８）を一方の側に有する、請求項１又は２記載の集束レンズ（１００）。
【請求項４】
前記修正電極の前記湾曲面（１１５）は、前記第１のアパーチュア（１０６）の対称軸線（８）に関して回転対称であるよう位置合わせされている、請求項１〜３のうちいずれか一に記載の集束レンズ（１００）。
【請求項５】
前記修正電極の前記湾曲面（１１５）は、せいぜい３５０°、好ましくはせいぜい３００°、より好ましくはせいぜい２１０°の覆い角度（１２０）だけ前記対称軸線（８）を包囲している、請求項１〜４のうちいずれか一に記載の集束レンズ（１００）。
【請求項６】
前記修正電極の前記湾曲面（１１５）は、少なくとも１０°、好ましくは少なくとも６０°、より好ましくは少なくとも１８０°の覆い角度（１２０）だけ前記対称軸線（８）を包囲している、請求項１〜５のうちいずれか一に記載の集束レンズ（１００）。
【請求項７】
前記覆い角度（１２０）は、前記第１のアパーチュア（１０６）の平面内で取られる、請求項５又は６記載の集束レンズ（１００）。
【請求項８】
前記修正電極の前記湾曲面（１１５）は、前記少なくとも１つの電極（２６ａ；１０５，１０５ａ）に剛性的に締結されている、請求項１〜７のうちいずれか一に記載の集束レンズ（１００）。
【請求項９】
前記少なくとも第１の電極（２６ａ，９ａ；１０５，１０５ａ；１０７）と前記修正電極（１１５）は、互いに異なる電圧を与える互いに異なる電圧源に電気的に接続されている、請求項１〜８のうちいずれか一に記載の集束レンズ。
【請求項１０】
前記第１の電極（２６ａ，１０５，１０５ａ）は、円錐のような形状のものである、請求項１〜９のうちいずれか一に記載の集束レンズ。
【請求項１１】
前記修正電極の前記湾曲面（１１５）は、等角的（conformally）に前記第１の電極に向いている、請求項１〜１０のうちいずれか一に記載の集束レンズ。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの第１の電極（２６，１０５，１０５ａ）とこれに向いた前記修正電極（１１５）の前記湾曲面（１１５）との間の距離Ｄ１は、１０ｍｍ未満、好ましくは４ｍｍ未満、より好ましくは２ｍｍ未満である、請求項１〜１１のうちいずれか一に記載の集束レンズ。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの前記第１の電極（２６，１０５，１０５ａ）と前記修正電極（１１５）は、互いの間に印加される少なくとも５００Ｖ、好ましく少なくとも２０００Ｖ、より好ましくは少なくとも５０００Ｖの電圧に耐えるよう構成されている、請求項１〜１２のうちいずれか一に記載の集束レンズ。
【請求項１４】
前記修正電極の前記湾曲面（１１５）は、前記円錐のような形状の第１の電極（１０５ａ）を静電遮蔽するよう前記円錐のような形状の第１電極（１０５ａ）のうち２０％以上、好ましくは４０％以上、より好ましくは６０％以上を被覆するよう形作られると共に位置決めされている、請求項１０〜１３のうちいずれか一に記載の集束レンズ。
【請求項１５】
前記修正電極の前記湾曲面（１１５）の前記開口部（１１８）は、前記少なくとも１つの第１の電極（２６ａ，１０５ａ）と前記修正電極の前記湾曲面（１１５）との間の前記距離Ｄ１よりも前記少なくとも１つの第１の電極（１０５ａ）に近いところに位置する前記試料（３）を受け入れるのに十分大きい、請求項３〜１４のうちいずれか一に記載の集束レンズ。
【請求項１６】
前記修正電極の前記湾曲面（１１５）の前記開口部（１１８）のリム（１２６）は、本質的に放物線を描いている、請求項３〜１５のうちいずれか一に記載の集束レンズ。
【請求項１７】
前記試料（３）は、好ましくは直径が３０ｍｍよりも大きく、好ましくは１００ｍｍよりも大きな半導体ウェーハ又はリソグラフィープロセス用のマスクのような平板状デバイスである、請求項１〜１６のうちいずれか一に記載の集束レンズ。
【請求項１８】
前記円錐のような形状の修正電極（１１５）の頂角は、３０°〜１６０°、好ましくは６０°〜１２０°、より好ましくは８５°〜９５°である、請求項２〜１７のうちいずれか一に記載の集束レンズ。
【請求項１９】
前記荷電粒子ビーム（７）を集束させる集束磁場をもたらすコイル（２６）を有する、請求項１〜１８のうちいずれか一に記載の集束レンズ。
【請求項２０】
前記荷電粒子ビーム（７）を集束させる第２のアパーチュア（１０８）を備えた第２の電極（９，９ａ；１０７）を有する、請求項１〜１９のうちいずれか一に記載の集束レンズ。
【請求項２１】
試料（３）を種々の所定のランディング角度（４２）で検査し又は構造観察する荷電粒子ビーム装置（１）であって、
荷電粒子ビーム（７）を発生させる荷電粒子ビーム源（５）と、
前記荷電粒子ビーム（７）を前記試料（３）上に集束させる請求項１〜２０のうちいずれか一に記載の集束レンズ（１００）とを有する、荷電粒子ビーム装置。
【請求項２２】
前記試料（３）を少なくとも２つの互いに異なるランディング角度（４２）相互間で検査し又は構造観察するために前記集束レンズ（１００）の前記対称軸線（８）を前記試料（３）の表面に対して傾動させる傾動機構体（２２）を有する、請求項２１記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項２３】
前記傾動機構体（２２）は、垂直のランディング角度（４２）と前記垂直ランディング角度（４２）から少なくとも２０°、好ましくは少なくとも４０°ずれた傾動後ランディング角度（４２）をもたらすよう前記集束レンズ（１００）の前記対称軸線（８）を傾動させることができる、請求項２２記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項２４】
前記傾動機構体（２２）は、前記円錐のような形状の第１の電極（１０５ａ）の円錐の円錐頂角（１２２）の半分である傾動後ランディング角度（４２）をもたらすことができる、請求項２２又は２３記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項２５】
前記集束レンズ（１００）の対称面（１０）は本質的に、傾動平面（１２４）に等しい、請求項２２〜２４のうちいずれか一に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項２６】
試料（３）を荷電粒子ビーム（７）によって互いに異なるランディング角度（４２）で検査し又は構造観察する方法であって、
修正電極を備えた荷電粒子ビーム装置を用意するステップと、
前記試料を前記修正電極に印加された第１の修正電極電圧において第１のランディング角度で検査し又は構造観察するステップと、
前記試料を前記修正電極に印加された第２の修正電極電圧において第２のランディング角度で検査し又は構造観察するステップとを有する、方法。
【請求項２７】
試料（３）を荷電粒子ビーム（７）によって互いに異なるランディング角度（４２）で検査し又は構造観察する方法であって、
第１の電極及び修正電極を備えた荷電粒子ビーム装置を用意するステップと、
前記試料を前記修正電極が前記少なくとも第１の電極に対して第１の位置にある状態で第１のランディング角度で検査し又は構造観察するステップと、
前記試料を前記修正電極が前記少なくとも第１の電極に対して第２の位置にある状態で第２のランディング角度で検査し又は構造観察するステップとを有する、方法。
【請求項２８】
前記荷電粒子ビーム装置は、請求項２１〜２５のうちいずれか一に記載の荷電粒子ビーム装置である、請求項２６又２７記載の方法。
【請求項２９】
前記第１のランディング角度は、前記試料の表面に対して７０°〜１１０°、好ましくは８０°〜１００°、より好ましくは８５°〜９５°の範囲にあるように調節される、請求項２６〜２８のうちいずれか一に記載の方法。
【請求項３０】
前記第２のランディング角度は、前記試料の表面に対して２０°〜７０°、好ましくは３０°〜６０°、より好ましくは４０°〜５０°の範囲にあるように調節される、請求項２６〜２９のうちいずれか一に記載の方法。
【請求項３１】
前記第１の修正電極電圧は、前記試料に印加された試料電圧Ｖｓに等しく又は前記試料電圧Ｖｓと前記第１の電極に印加された第１の電極電圧電圧Ｖ１との間の電圧によって定められた範囲内にあるよう調節される、請求項２７〜３０のうちいずれか一に記載の方法。
【請求項３２】
前記第２の修正電極電圧は、前記試料に印加された試料電圧Ｖｓと前記第１の電極に印加された第１の電極電圧Ｖ１との間の電圧により定められた範囲の外にあるように調節される、請求項２７〜３１のうちいずれか一に記載の方法。
【請求項３３】
前記第２の修正電極電圧は、５０％未満、好ましくは２０％未満、より好ましくは１０％未満の許容誤差で２・Ｖｓ−Ｖ１により与えられた電圧に調節される、請求項３２記載の方法。
【請求項３４】
前記第１及び（又は）前記第２のランディング角度は、請求項２２〜２５のうちいずれか一に記載の傾動機構体によって調節される、請求項２６〜３３のうちいずれか一に記載の方法。
【請求項３５】
前記第２の位置と前記第１の電極との間の距離は、前記第１の位置と前記第１の電極との間の距離の少なくとも２倍、好ましくは少なくとも１０倍、より好ましくは少なくとも１００倍である、請求項２７〜３４のうちいずれか一に記載の方法。
【請求項３６】
荷電粒子ビーム（７）を所定のランディング角度（４２）で試料（３）上に集束させる集束レンズ（１００）であって、
前記荷電粒子ビーム（７）を前記試料（３）上に集束させる集束電場（１１）を発生させる第１のアパーチュア（１０６）を備えた少なくとも第１の電極（２６ａ，９ａ；１０５，１０５ａ；１０７）と、
前記試料により引き起こされる前記集束電場（１１０）のランディング角度依存性ディストーションを補償する円錐のような形状の湾曲面（１１５）を備えた修正電極とを有し、
前記修正電極の前記円錐のような形状の湾曲面（１１５）は、前記試料（３）が前記第１の電極（２６ａ，９ａ；１０５，１０５ａ；１０７）に近づくようにするためのスペースを提供するよう開口部（１１８）を一方の側に有する、集束レンズ（１００）。
【請求項３７】
試料（３）を荷電粒子ビーム（７）により互いに異なるランディング角度（４２）で検査し又は構造観察する方法であって、
第１電極電圧Ｖ１をもつ第１の電極及び修正電極を備えた荷電粒子ビームを用意するステップと、
試料電圧Ｖｓをもつ試料を用意するステップと、
前記試料を前記修正電極に印加された第１の修正電極電圧において第１のランディング角度で検査し又は構造観察するステップと、
前記試料を前記修正電極に印加された第２の修正電極電圧において第２のランディング角度で検査し又は構造観察するステップとを有し、第２の修正電極電圧は、５０％未満の許容誤差で２・Ｖｓ−Ｖ１により与えられる電圧に調節される、方法。
【請求項３８】
試料（３）を荷電粒子ビーム（７）により互いに異なるランディング角度（４２）で検査し又は構造観察する方法であって、
第１電極電圧Ｖ１をもつ第１の電極及び修正電極を備えた荷電粒子ビームを用意するステップと、
試料電圧Ｖｓをもつ試料を用意するステップと、
前記試料を前記修正電極が前記少なくとも第１の電極に対して第１の位置にある状態で第１のランディング角度で検査し又は構造観察するステップと、
前記試料を前記修正電極が前記少なくとも第１の電極に対して第２の位置にある状態で第２のランディング角度で検査し又は構造観察するステップとを有し、第２の修正電極電圧は、５０％未満の許容誤差で２・Ｖｓ−Ｖ１により与えられる電圧に調節される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビームを集束させる集束レンズ、特に、電子顕微鏡の電子ビーム又は集束型イオンビーム装置のイオンビームのための集束レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子顕微鏡、集束型イオンビーム装置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装置は、半導体ウェーハ、マスク、生物学的検体等のような試料又は試験片を検査し又は構造観察するための常に増大する空間分解能を送り出すことが必要とされる。高い空間分解能は、荷電粒子ビームのフォーカス（焦点）スポットサイズが十分小さく作られる場合にのみ達成できる。しかしながら、荷電粒子ビームを小さなスポットサイズに集束させるには、集束電場及び（又は）集束磁場の厳密な制御が必要である。
【０００３】
残念ながら、実際には、荷電粒子ビームの近くに何らかの導電性コンポーネント又は部品が存在していると、これは、集束電場を歪める源になる場合がある。したがって、荷電粒子ビームの近くのコンポーネントを動作中、ビームに対して動かすときはいつでも、荷電粒子ビーム源の集束品質が悪影響を受ける場合がある。
【０００４】
また、集束電場ディストーション（歪み）が試料それ自体を動かした場合に生じる。この状況は、例えば荷電粒子ビーム装置を用いて試料を互いに異なるランディング角度で検査し又は構造観察する場合に生じる。ランディング角度は、試料の非検査又は非構造観察表面と到来する（一次）荷電粒子ビームの方向との間の角度を意味している。試料を互いに異なるランディング角度で検査することは、表面トポロジー、化学的表面構造等のような試料の表面に関する情報を著しく増加させることができる。
【０００５】
通常、ランディング角度は、荷電粒子ビーム装置を試料の表面に対して傾動させる或る種の傾動機構体によって調節される。図１ａ及び図１ｂは、半導体ウェーハ３を操作型電子顕微鏡（ＳＥＭ）１によって２つの互いに異なるランディング角度４２で検査する一例を示している。図１ａでは、試料３は、９０°の第１のランディング角度４２で検査され、図１ｂでは、試料は、４５°の第２のランディング角度４２で検査される。図１ａ及び図１ｂでは、ＳＥＭ１は、傾斜したランディング角度を得るために傾動状態になるが、他形式のＳＥＭは、試料が傾斜ランディング角度を得るために傾動状態になるセットアップを使用していることに注目されたい。
【０００６】
図１ａ及び図１ｂのＳＥＭ１は、電子ビーム７を発生させるための電子ビーム源５、例えば、熱電界放出カソードを備えたビーム管２０と、電子ビーム７を最高アノード電圧Ｖanodeによって制御されるエネルギーまで加速するための高電圧ビーム管９と、電子ビーム形状を改善するコンデンサ１１と、磁気集束レンズ１３と、電子ビーム７をウェーハ３上に集束させるための静電型集束レンズ１４とで構成されている。図１ａ及び図１ｂのＳＥＭ１は、一次電子ビーム７によりウェーハ３上に生じる二次荷電粒子１７の信号を検出して評価するためのレンズ内検出器１５を更に有している。
【０００７】
図１ａ及び図１ｂの磁気集束レンズ１３は、一次電子ビーム７のための集束磁場を発生させるよう形作られたコイル２４とヨーク２６とから成っている。図１ａ及び図１ｂの静電型集束レンズ１４は、高電圧ビーム管９の下端部側要素９ａと、ヨーク２６の円錐のような形状の要素２６ａ（「円錐形キャップ」）と、それぞれの要素の頂点のところに設けられたアパーチュア１０６とで構成されている。集束電場は、下端部側要素９ａの幾何学的形状、円錐形キャップの幾何学的形状、これらのアパーチュア１０６の幾何学的形状並びにウェーハ３と円錐形キャップ２６ａとの間の電圧Ｖ１及びウェーハ３と高電圧ビーム管９との間の電圧Ｖ２により定められる（図面を分かりやすくするために電圧Ｖ１、Ｖ２及びＶanodeだけが図１ａに示されている）。判明したことであるが、円錐形キャップ２６ａとウェーハ３との間の電場は、これが一次電子ビーム７を減速するような仕方で調節される場合、集束磁場と組み合わされた場合、プロービング一次電子ビームの空間分解能を増大させることができる。組合せ式静電及び磁気型集束レンズと図１ａのＳＥＭ全体に関する詳細は、ジェイ・フローシェン（J. Frosien），エス・ラニオ（S. Lanio）及びエイチ・ピー・ファウアーバウム（H.P. Feuerbaum）共著の論文，「ハイ・プレシジョン・エレクトロン・オプティカル・システム・フォー・アブソリュート・アンド・シーディー−メジャーメンツ・オン・ラージ・スペシミンズ（High Precision electron optical system for absolute and CD-measurements on large specimens）」，ニュクリアー・インストラメンツ・アンド・メソッズ・イン・フィジックス・リサーチ・エー（Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A），３６３，１９９５年，ｐ．２５〜３０に見受けられる。
【０００８】
図１ｂでは、ウェーハ３を４５°の第２のランディング角度４２で検査するためにビーム管２０をウェーハ３に対して４５°だけ傾動させている。図１ａ及び図１ｂの場合、傾動の制御は傾動機構体２２によって実現され、この傾動駆動体により、ＳＥＭは、ウェーハ上の任意の場所を２つの（少なくとも２つの）互いに異なるランディング角度４２で検査することができる。さらに、ヨーク２６の円錐のような形状の要素２６ａにより、図１ｂで理解できるように、集束レンズ１４と試料３との間の短い作業距離を維持した状態でＳＥＭを傾動させることが可能である。ヨーク２６の円錐のような形状の要素２６ａの円錐状の形は、短い作業距離を放棄する必要なく、傾動時に試料３に触れ又はこれを引っ掻く（これに掻き傷を付ける）のを阻止する。
【０００９】
【非特許文献１】ジェイ・フローシェン（J. Frosien），エス・ラニオ（S. Lanio）及びエイチ・ピー・ファウアーバウム（H.P. Feuerbaum）共著の論文，「ハイ・プレシジョン・エレクトロン・オプティカル・システム・フォー・アブソリュート・アンド・シーディー−メジャーメンツ・オン・ラージ・スペシミンズ（High Precision electron optical system for absolute and CD-measurements on large specimens）」，ニュクリアー・インストラメンツ・アンド・メソッズ・イン・フィジックス・リサーチ・エー（Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A），３６３，１９９５年，ｐ．２５〜３０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図１ａ及び図１ｂの荷電粒子ビーム装置は、互いに異なる所定のランディング角度での試料の検査を可能にする。しかしながら、判明したことであるが、ランディング角度を垂直の方向から遠ざかるように変化させることは、荷電粒子ビーム装置の空間分解能を極度に減少させる場合がある。
【００１１】
したがって、本発明の第１の観点は、試料を検査し又は構造観察するために空間分解能が向上した集束レンズを提供することにある。
【００１２】
本発明の更に別の観点は、試料の表面に対する荷電粒子ビームのランディング角度が９０°から著しくずれた場合であっても高い空間分解能をもたらす集束レンズを提供することにある。
【００１３】
本発明の更に別の観点は、様々なランディング角度を持つ荷電粒子ビームのための優れたフォーカスを提供できる集束レンズを提供することにある。
【００１４】
本発明の観点は又、種々のランディング角度で高い空間分解能をもたらすことができる集束レンズを備えた荷電粒子ビーム装置を提供することにある。
【００１５】
特に、本発明の観点は、種々のランディング角度で高い空間分解能をもたらすことができる組合せ式静電及び磁気型集束レンズを備えた荷電粒子ビーム装置を提供することにある。
【００１６】
上記利点及び他の利点は、請求項１及び請求項３６に記載された集束レンズ、請求項２１に記載された荷電粒子ビーム装置及び請求項２６、請求項３７及び請求項３８に記載された方法によって達成される。
【００１７】
本発明の別の利点、特徴、観点及び細部は、特許請求の範囲の記載、本明細書の添付の図面から明らかである。特許請求の範囲は、本発明を一般的な用語で特定する最も重要な非限定的アプローチとして理解されるものである。
【００１８】
請求項１記載の本発明は、荷電粒子ビームを所定のランディング角度で試料上に集束させる集束レンズであって、前記荷電粒子ビームを前記試料上に集束させる集束電場を発生させる第１のアパーチュアを備えた少なくとも第１の電極と、前記試料により引き起こされる前記集束電場のランディング角度依存性ディストーションを補償する湾曲面を備えた修正電極とを有する、集束レンズを含む。
【００１９】
修正電極が湾曲面を有しているので、試料を到来する荷電粒子ビームに対して傾動させた場合であっても少なくとも１つの第１の電極と試料との間の領域における集束電場の回転対称性を向上させることが可能である。これにより、一次荷電粒子ビームを傾斜状態の試料上に集束させる集束レンズの能力が向上し、したがって、これにより、空間分解能の向上が得られる。
【００２０】
本発明は、ランディング角度の変化が空間分解能を減少させることがあるという観察に基づいている。さらに、本発明は、空間分解能の減少が試料を集束レンズに対して傾動させたときに集束電場のディストーションに起因しているという知見に基づいている。さらに、本発明は、修正電極を導入することにより集束電場のディストーションを補償する技術的思想に基づいている。さらに、本発明は、集束電場のランディング角度依存性ディストーションを補償するために湾曲面を有する修正電極を設けるという技術的思想に基づいている。
【００２１】
湾曲面により、修正電極は、集束電場をより回転対称性の高い仕方で付形することができる。好ましくは、修正電極の湾曲面は、円錐のような形状のものである。「円錐のような形状」という用語は、円錐の外被のセグメント又は一部であってよい形状を意味している。円錐のような形状の修正電極を用いると、試料を集束レンズの対称軸線に対して傾けたときでも集束電場の優れた回転対称性をもたらすことが可能である。
【００２２】
好ましくは、前記修正電極の前記湾曲面は、前記試料が前記第１の電極に近づくようにするためのスペースを提供するよう開口部を一方の側に有する。これは、試料を傾動させたときに作業距離を減少させるために使用できる。試料を検査し又は構造観察するための作業距離が短ければ短いほど、達成可能な空間分解能がそれだけ一層高くなる。作業距離は通常、第１の電極と試料との表面との間の距離を意味している。
【００２３】
特に、湾曲面が円錐のような形状である場合、修正電極の湾曲面の側の開口部は、円錐の頂点から底辺に達する。この場合、半導体ウェーハのような開口部よりも大きい表面をもつ試料をかかる開口部が無い場合よりも少なくとも１つの第１の電極の近くに位置決めすることができる。
【００２４】
好ましくは、修正電極の湾曲面は、少なくとも１つの電極の対称軸線を一部のみ包囲するよう形作られると共に寸法決めされている。この場合、湾曲面によって包囲されない領域は好ましくは、湾曲面の一方の側に設けられていて、試料が少なくとも１つの第１の電極に一層近く近づくための接近手段となり得る開口部を表している。さらに、判明したことであるが、対称軸線を部分的にしか包囲しない修正電極は、対称軸線を完全に包囲する電極と比較して、ランディング角度依存性ディストーションのための優れた補償を提供することができる。
【００２５】
好ましくは、前記修正電極の前記湾曲面は、せいぜい３５０°、好ましくはせいぜい３００°、より好ましくはせいぜい２１０°の覆い角度だけ前記対称軸線を包囲している。好ましくは、覆い角度は、少なくとも１つの第１の電極の第１のアパーチュアに平行な平面内の対称軸線から見て修正電極により被覆される角度によって与えられる。覆い角度が小さければ小さいほど、傾けられた状態の試料を検査し又は構造観察するための作業距離を最小限に抑える上で、開口部をそれだけ一層大きく作ることができる。
【００２６】
他方、前記修正電極の前記湾曲面は、少なくとも１０°、好ましくは少なくとも６０°、より好ましくは少なくとも１８０°の覆い角度だけ前記対称軸線を包囲することが好ましい。覆い角度が大きければ大きいほど、傾けられた状態の試料により引き起こされるディストーションに対する集束電場の遮蔽が一層良好になる。好ましくは、覆い角度は、第１のアパーチュアの平面内で取られる。
【００２７】
さらに、好ましくは、修正電極の湾曲面は、対称軸線回りに１８０°の回転に対して非対称であるように形作られると共に位置決めされる。回転対称修正電極の場合、表面が到来する荷電粒子ビームに対して傾けられた試料に起因して生じる電場ディストーションを補償することが可能である。しかしながら、少なくとも第１の電極及び修正電極の湾曲面は、同一の対称平面に関して対称であるように形作られると共に位置決めされる。好ましくは、対称平面は、集束レンズが試料を検査し又は構造観察するために傾けられる平面と一致している。この幾何学的性質は、試料に対する集束レンズの傾動により引き起こされる集束電場のディストーションを補償する特に有効な手立てである。
【００２８】
好ましくは、少なくとも１つの第１の電極は、円錐のような形状である。この場合、修正電極の湾曲面は、集束レンズの外部から見て、円錐のような形状の第１の電極の幾分かの外側部分を被覆するよう形作られると共に位置決めされることが好ましい。このようにすると、修正電極は、集束電場にディストーションを導入する場合のある外部電場から第１の電極を静電遮蔽することができる。さらに、このようにすると、修正電極は、修正電極により被覆されていない第１の電極の側から集束電場に導入される電場ディストーションを能動的に補償するよう使用できる。好ましくは、補償は、修正電極電圧Ｖcを、フォーカススポットサイズを最適化する仕方で調節することにより実施される。
【００２９】
特に、集束レンズを傾斜したランディング角度で動作させる場合、修正電極により被覆されている円錐のような形状の第１の電極の部分が試料の最も近くに位置する円錐のような形状の第１の電極の部分と反対側に位置することが好ましい。このようにすると、修正電極により被覆されていない円錐のような形状の第１の形状の部分は、試料により「被覆されている」ものとして見える。この形態では、試料及び修正電極の電位のバランスをとって試料及び（又は）集束レンズの傾動により生じる電場ディストーションを最小限に抑えることができる。この場合、試料及び修正電極の湾曲面は、試料により引き起こされる電場ディストーションを最小限に抑える電位をもたらす共通静電シールドとなることができる。このようにすると、試料は、荷電粒子ビームの集束品質を最適化するのを助ける電極構造の一部になる。
【００３０】
さらに、試料が荷電粒子ビームを集束させる集束電場を形成する電極構造の一部である場合、試料を円錐のような形状の第１の電極に非常に近付けて動かすことができる。これは、傾動ビーム形態における作業距離を短い状態に保つのを助ける。
【００３１】
本発明は又、請求項２１に記載された荷電粒子ビーム装置に関する。請求項１〜２６のうちいずれか一に記載の集束レンズを備えた荷電粒子ビーム装置は、試料を９０°からずれたランディング角度で高い空間分解能をもって検査し又は構造観察することができる。好ましくは、本発明の荷電粒子ビーム装置は、集束レンズの光軸を試料の表面に対して傾動させることができ、またこの逆の関係も成り立つようにすることができる傾動機構体を有する。これにより、荷電粒子ビーム装置は、試料を互いに異なるランディング角度で検査し又は構造観察することができ、それにより用途の範囲が広がり又は試料を検査し又は構造観察する精度が高くなる。
【００３２】
好ましくは、荷電粒子ビーム装置の傾動平面は、集束レンズの修正電極の湾曲面の対称平面に本質的に等しい。この場合、修正電極の湾曲面は、荷電粒子ビームの集束品質を向上させるよう集束電場のランディング角度依存性ディストーションを最もよく補償することができる。
【００３３】
本発明は又、請求項２６記載の試料の検査又は構造観察方法に関する。請求項２６の記載によれば、試料を荷電粒子ビームによって互いに異なるランディング角度で検査し又は構造観察する方法は、修正電極を備えた荷電粒子ビーム装置を用意するステップと、前記試料を前記修正電極に印加された第１の修正電極電圧において第１のランディング角度で検査し又は構造観察するステップと、前記試料を前記修正電極に印加された第２の修正電極電圧において第２のランディング角度で検査し又は構造観察するステップとを有する。
【００３４】
荷電粒子ビーム装置を互いに異なるランディング角度で且つ互いに異なる修正電極電圧で動作させることにより、試料をそれぞれの互いに異なるランディング角度とは無関係に高い空間分解能で検査し又は構造観察することができる。好ましくは、前記第１のランディング角度は、前記試料の表面に対して７０°〜１１０°、好ましくは８０°〜１００°、より好ましくは８５°〜９５°の範囲にあるように調節される。ランディング角度が９０°に近ければ近いほど、試料に接近する荷電粒子ビームについて得られる回転対称性がそれだけ一層高くなる。
【００３５】
一般的に言って、前記第２のランディング角度は、前記試料の表面に対して２０°〜７０°、好ましくは３０°〜６０°、より好ましくは４０°〜５０°の範囲にあるように調節されることがことが好ましい。これら範囲内のランディング角度は、第１のランディング角度でプローブ調査することにより得られた情報に加えて、試料の補足的情報を提供できる荷電粒子ビーム動作を容易にする。さらに、第１の電極が円錐のような形状である場合、第２のランディング角度は、円錐のような形状の第１の電極により定められる頂角の半分にほぼ等しくなるよう調節されることが好ましい。このようにすると、試料の最も近くに位置する円錐のような形状の電極の領域は、試料の表面に本質的に平行に延びる。これにより、回転対称性を向上させるための修正電極の使用が特に効果的になる。
【００３６】
好ましくは、前記第１の修正電極電圧は、前記試料に印加された試料電圧Ｖｓに等しく又は前記試料電圧Ｖｓと前記第１の電極に印加された第１の電極電圧電圧Ｖ１との間の電圧によって定められた範囲内にあるよう調節される。かかる電圧の修正電極は、荷電粒子ビームを９０°のランディング角度で動作させたとき、集束電場の回転対称性に及ぼすその変形効果を最小限に抑える。さらに、好ましくは、前記第２の修正電極電圧は、前記試料に印加された試料電圧Ｖｓと前記第１の電極に印加された第１の電極電圧Ｖ１との間の電圧により定められた範囲の外にあるように調節される。かかる電圧の修正電極を用いると、試料の表面に対する荷電粒子ビームの傾動に起因する集束電場の回転対称性に関する変形を本質的に補償することができる。
【００３７】
特に、前記第２の修正電極電圧は、５０％未満、好ましくは２０％未満、より好ましくは１０％未満の許容誤差で２・Ｖｓ−Ｖ１により与えられた電圧に調節されることが好ましい。この式において、Ｖｓは、試料の電圧を表し、Ｖ１は、第１の電極の電圧を表している。かかる第２の修正電極電圧では、集束電場の回転対称性の変形に関する非常に高い度合の補償は、第１の電極が円錐のような形状のものであり、第２のランディング角度が円錐のような形状の第１の電極により定められる頂角の半分にほぼ等しいように調節される場合に達成できる。
【００３８】
さらに、第１及び（又は）第２のランディング角度を荷電粒子ビーム装置の一部である傾動機構体によって調節することが好ましい。このようにすると、試料を互いに異なるランディング角度で高速状態において検査し又は構造観察することが可能である。特に、このようにすると、荷電粒子ビームを包囲している真空を破る必要なく、試料を互いに異なるランディング角度で検査することが可能である。
【００３９】
本発明は又、請求項２７記載の試料の検査又は構造観察方法に関する。請求項２７の記載によれば、試料を荷電粒子ビームによって互いに異なるランディング角度で検査し又は構造観察する方法は、第１の電極及び修正電極を備えた荷電粒子ビーム装置を用意するステップと、前記試料を前記修正電極が前記少なくとも第１の電極に対して第１の位置にある状態で第１のランディング角度で検査し又は構造観察するステップと、前記試料を前記修正電極が前記少なくとも第１の電極に対して第２の位置にある状態で第２のランディング角度で検査し又は構造観察するステップとを有する。
【００４０】
修正電極の位置を第１の電極に対して変化させることにより、修正電極を荷電粒子ビームから遠ざけることが可能である。このようにすると、ランディング角度が試料の表面に対して９０°をなしている場合、集束電場の回転対称性を完全に復元することが可能である。さらに、このようにすると、修正電極の電圧の調整は不要である。修正電極を第１の電極から遠ざける場合、前記第２の位置と前記第１の電極との間の距離は、前記第１の位置と前記第１の電極との間の距離の少なくとも２倍、好ましくは少なくとも１０倍、より好ましくは少なくとも１００倍であることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
本発明の上述の特徴及び他の詳細な特徴のうち幾つかを以下の詳細な説明に記載すると共に図を参照して部分的に説明する。
【００４２】
以下の本発明の詳細な実施形態の説明において、符号は、添付の図、即ち、図１ａ、図１ｂ、図２ａ、図２ｂ、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図３Ｄ及び図４に関している。図面中の図は、本発明の単なる例示の実施形態であることを目的とする本発明の特定の非限定的な実施形態のみを表している。以下の説明は、図面を参照するが、広い意味で理解されるべきであり、かかる説明は、この説明に係る実施形態から外れていて、当業者には明らかな例を含む。請求項１の記載中の用語「集束レンズ」は、例えば電子ビーム又はイオンビームのような荷電粒子のビームを試料又は試験片上に集束させるための集束電場を形成することができるレンズを意味している。「集束レンズ」は又、集束磁場を形成する手段と組み合わせられたレンズを含む。
【００４３】
本発明の荷電粒子ビームの集束は、多種多様な方法で実現できる。例えば、試料の表面に向いた第１のアパーチュアを有する第１の電極によって集束を行うことができる。第１の電極の電圧Ｖ１を第１の電極と試料との間に印加した場合、第１のアパーチュアを通って試料に向かって進む荷電粒子ビームのための集束電場を発生させる電位線が第１のアパーチュアのところに生じる。この形態では、試料及び第１の電極は、「アパーチュアレンズ」とも呼ばれている。集束レンズの焦点距離は、アパーチュアの直径、第１の電極の電圧Ｖ１の大きさ及び荷電粒子ビームの粒子のエネルギーで決まる。当業者であれば、第１の電極及び第２の電極が平らであるか、円錐形であるか又はこれらとは異なる形状のものであるかどうかとは無関係に、アパーチュアレンズをどのように設計して動作させるかについては通常の知識としている。
【００４４】
別の例では、本発明による集束は、第１の電極と第２の電極によって実施でき、これら電極は両方共、それぞれ第１のアパーチュア及び第２のアパーチュアを有し、荷電粒子ビームは、これらアパーチュアを通って試料に向かって進む。この場合、試料に関して第１の電圧Ｖ１を第１の電極に印加すると共に試料と関連したこれとは異なる第２の電圧Ｖ２を第２の電極に印加した場合、電位線が、第１の電極と第２の電極との間に生じることができ、これら電位線は、荷電粒子ビームを集束させる。この形態では、第１の電極と第２の電極は協働して、「浸漬レンズ」と呼ばれるレンズとして働く。好ましくは、第１の電極と第２の電極は、良好な集束をもたらすため、即ち、小さなフォーカスポットサイズをもたらすために互いに対して同軸状に位置合わせされる。この場合も又、当業者であれば、第１の電極及び第２の電極が平らであるか、円錐形であるか又はこれらとは異なる形状のものであるかどうかとは無関係に、アパーチュアレンズをどのように設計して動作させるかについては通常の知識としている。
【００４５】
第３の例では、本発明の例による集束は、第１の電極と第２の電極によって実施でき、これら電極は両方共、それぞれ第１のアパーチュア及び第２のアパーチュアを有し、荷電粒子ビームは、これらアパーチュアを通って試料に向かって進む。加うるに、この集束は又、集束電場の上に重なる集束磁場を生じさせる磁気双極（ダイポール）マグネットによって実施される。かかる組合せ式磁気及び静電型レンズの一例が、図１ａに示されており、その説明は、本明細書の導入部のところ（背景技術の項）に記載されている。
【００４６】
集束レンズの３つの例は、第１のアパーチュアを備えた少なくとも第１の電極が荷電粒子ビームを集束させる集束電場を生じさせることができる方法のうちの幾つかを示そうとするものである。当業者であれば、全て本発明に利用できる荷電粒子ビームを集束させる他の多くの方法があることは通常の知識としているであろう。特に、集束レンズは、上述の第１及び第２の電極に加えて、第３、第４又はそれ以上の電極を有する集束手段を含む場合がある。
【００４７】
本発明のランディング角度は、到来する荷電粒子ビームが試料に当たる角度を意味している。さらに、本明細書における説明の全てにおいて、「傾斜角（又は傾動角）」又は「傾動」操作は、荷電粒子ビームのランディング角度が９０°から著しくずれる集束レンズの操作を意味している。
【００４８】
多くの荷電粒子ビーム用途において、ランディング角度は通常は、９０°であり、即ち、荷電粒子ビームは、試料に垂直方向において当たる。この場合、試料の表面に沿う電位は、到来するビームの軸線に関して回転対称であり、これは、判明しているように、通常最適の集束品質をもたらす。しかしながら、集束レンズを試料に対して傾動させると、或いはこの逆の関係にすると、傾動させた試料の表面上における電位の分布は、到来する荷電粒子ビームの軸線に関してどうしても回転対称ではない。これにより、集束した荷電粒子ビームのスポットサイズが増大し、その結果、荷電粒子ビーム装置の空間分解能が減少する。
【００４９】
図２ａ、図２ｂ、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図３Ｄ及び図４は、集束レンズ１００の好ましい実施形態を示しており、この集束レンズは、例えば、静電型集束レンズ１４の代替例として図１ａ及び図１ｂのＳＥＭの一部であるのがよい。
【００５０】
図２ａ及び図２ｂは、荷電粒子ビーム７を試料３上に２つの互いに異なるランディング角度４２で集束させるための操作中における集束レンズ１００の概略断面図である。図２ａでは、ランディング角度４２は、４５°であり、図２ｂでは、ランディング角度は、９０°である。図２ａ及び図２ｂの断面の切断平面は、図２ａ及び図２ｂにおいて集束レンズ１００を傾動させる傾動平面であるように選択されている。
【００５１】
さらに、例示として挙げるに過ぎないが、図２ａ及び図２ｂの一次荷電粒子ビーム７は、電子ビームであり、しかしながら、集束レンズ１００は、イオンビーム又は任意他の荷電粒子ビームでも役に立つ。さらに、この場合も又一例を挙げるに過ぎないが、図２ａ及び図２ｂの試料３は、半導体ウェーハであるが、試料は、例えばフォトリソグラフィーマスク又は生物学的検体のような任意他の物体であってもよい。
【００５２】
図２ａ及び図２ｂの集束レンズ１００は、第１の電極１０５及び第２の電極１０７で構成されており、第１の電極１０５と第２の電極１０７は共に、それぞれの第１の電圧Ｖ１及び第２の電圧Ｖ２に電気的に接続されている。第１の電極１０５は、円錐のような形状をしており、この第１の電極は、第１のアパーチュア１０６を形成するリム１０５Ｂをその頂点に有している。第１のアパーチュア１０６の形状は、対称軸線８を定め、この対称軸線は、図２ａ及び図２ｂの場合、一次電子ビーム７の経路と本質的に一致している。この対称軸線は又、静電型レンズ１００の光軸と一致している。さらに、図２ａ及び図２ｂの例では、円錐のような形状をしている第１の電極１０５Ａの第１の円錐頂角１２２は、９０°であり、しかしながら、本発明では、０°〜１８０°の任意他の円錐頂角１２２も利用できる。
【００５３】
第２の電極１０７は、本質的に管の形をしており、それにより、第１のアパーチュア１０６の対称軸線８、一次電子ビーム７の経路及び静電型レンズ１００の光軸と本質的に一致した回転対称軸線を備える第２のアパーチュア１０６を提供している。第２の電極１０７も又、円錐のような形状をしていてもよいことに注目されたい。
【００５４】
第１の電極の円錐頂角１２２は、主として、試料３と第１のアパーチュア１０６との間の限定された作業距離に起因してスペース上の理由で選択されていることは注目されるべきである。例えば、図２ａ及び図２ｂの例では、円錐頂角１２２は、４５°のランディング角度４２（図２ａ参照）と９０°のランディング角度４２（図２ｂ参照）の両方でほぼ同一の短い作業距離の荷電粒子ビーム７の都合のよい動作を可能にするために、９０°であるように選択されている。例えば、円錐頂角１２２が９０°よりも大きい場合、集束レンズ１００が試料３に触れ又はこれを引っ掻く（これに掻き傷を付ける）ことなく、集束レンズ１００を同一の作業距離で４５°だけ傾動させることは可能ではない。
【００５５】
円錐のような形状は、図１ａに示したように、第１の電極１０５と磁気型集束レンズ１３のヨーク２６を組み合わせる設計を可能にすることは更に注目されるべきである。円錐形の形を備えた又は備えていない組合せ式静電−磁気型レンズも又、米国特許第４，８３１，２６６号明細書の図１及び図２並びにその説明中に記載されており、かかる米国特許の当該記載部分を本明細書の一部とする。米国特許第４，８３１，２６６号明細書の図２は又、光電圧ビーム管９を集束レンズ１００内に組み込み、それにより低エネルギー電子顕微鏡のフォーカスとして（焦点）品質を向上させるのに役立たせる仕方を示している。
【００５６】
円錐のような形状の第１の電極１０５及び第２の電極１０７は、回転対称集束電場１１０を発生させるために互いに対して完全な回転対称性を示しているが、修正又は補正電極１１５は、図２ａ、図２ｂ、図３Ａ〜図３Ｃ及び図４から理解できるようにそうなってはいない。これとは異なり、修正電極の湾曲面１１５の形状は、湾曲面１１５が対称軸線８を包囲する程度を制限する開口部１１８を有している（図３Ｃ及び図３Ｄ及び図４参照）。図３Ｃ及び図３Ｄ並びに図４の開口部１１８のサイズは、開口部１１８が設けられていない場合、即ち対称軸線８を完全に包囲している円錐のような形状の修正電極の場合よりも円錐のような形状の第１の電極１０５をウェーハ３に一層近く位置決めするのに十分大きい。同時に、開口部１１８のサイズは、集束電場１１０の回転対称性を損なう外部電場からの十分な遮蔽を可能にするほど小さい。
【００５７】
図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図３Ｄ及び図４は、対称軸線８に垂直な平面内における図２ａ及び図２ｂの集束レンズ１００の互いに異なる断面を示す図である。良好な理解を得るため、図３Ｂ、図３Ｃ及び図３Ｄの断面の切断線は、図３Ａに破線３Ｂ、３Ｃ、３Ｄとして示され、図３Ａの断面の切断線は、図３Ｂ、図３Ｃ及び図３Ｄに破線３Ａとして示されている。さらに、切断線３Ｃは、円錐のような形状の第１の電極１０５の第１のアパーチュア１０６の平面内に延び、切断線３Ｂは、第１のアパーチュア１０６及び修正電極１１５の上方に位置する平面内に延び、切断線３Ｄは、第１のアパーチュア１０６の下方に延びている。さらに、図４は、図２ａ、図２ｂ及び図３Ａ〜図３Ｄの円錐のような形状をした第１の電極１０５ａ及び修正電極１１５を立体図の状態で概略的に示している。
【００５８】
図３Ａ〜図３Ｄ及び図４の円錐のような形状の第１の電極１０５は、頂角が９０°、円錐高さが数ミリメートルの円錐である。円錐のような形状の第１の電極１０５ａの頂点は、一次荷電粒子ビーム７を試料３に向かって通過させることができる第１のアパーチュア１０６をもたらすよう切頭されている。円錐のような形状の第１の電極１０５ａは、図１ａ及び図１ｂに示すヨーク２６の「円錐形キャップ」２６であるのがよい。さらに、第１のアパーチュア１０６の直径は、用途に応じて１〜６ｍｍである。
【００５９】
図３Ａ〜図３Ｄ及び図４の修正電極１１５は、集束レンズ１００の外部から見て、円錐のような形状の第１の電極１０５の相当多くの領域を覆っている。修正電極１１５は、本質的に円錐のようであるが、これは、開口部１１８により凹んでおり、この開口部は、修正電極の湾曲面１１５が対称軸線８を包囲する程度を制限している。開口部１１８の寸法形状は、第１のアパーチュア１０６の平面に平行な平面内において対称軸線８から見て修正電極１１５により覆われた角度を定める覆い角度１２０のサイズによって定められることは注目されたい（図３Ａ〜図３Ｄ参照）。さらに、第１のアパーチュア１０６の平面内における修正電極１１５の覆い角度１２０（図３Ｃ参照）は代表的には、１８０°よりも大きく、これに対し、第１のアパーチュア１０６の平面の下方に位置する切断線３Ｄのところにおける修正電極１１５の覆い角度１２０は、１８０°以下である（図３Ｄ参照）。このようにすると、ウェーハ３を修正電極１１５が対称軸線８を完全に包囲する場合と比較して、円錐のような形状の第１の電極１０５ａに一層近く配置することができる。覆い角度の詳細な値は、所与の集束レンズのそれぞれの詳細な設計で決まり、当業者であればかかる値を容易に導き出すことができる。
【００６０】
図２ａ、図２ｂ、図３Ａ〜図３Ｄ及び図４に示すような修正電極１１５の形状では、開口部１１８の形状を定める修正電極１１５のリム１２６は又、集束レンズ１００を４５°のランディング角度４２で動作させたときに、本質的に試料３と平行に延びる平面を定める。このようにすると、ウェーハ３と修正電極１１５は一緒になって、集束電場１１０に高度の回転対称性を与える、円錐のような形状の第１の電極１０５ａのためのエンクロージャ（図３Ｃ参照）を形成するよう位置決めできる。それと同時に、試料と円錐のような形状の第１の電極１０５ａとの間の距離Ｄ２を、集束レンズの空間分解能に合わせて、円錐のような形状の第１の電極１０５ａと修正電極１１５との間の距離Ｄ１よりも短くすることができる。さらに、図４の開口部１１８のリム１２６は、本質的に放物線の形状を有していることに注目されたい。さらに、図４の修正電極は、円錐のような形状の第１の電極１０５ａを静電遮蔽するよう円錐のような形状の第１の電極１０５ａを４０％以上覆っている。
【００６１】
図２ａ、図２ｂ及び図３Ａ〜図３Ｄの断面図は、第１の電極１０５ａ、第２の電極１０７及び修正電極１１５の互いに対する同軸位置合わせ状態を示している。さらに、円錐のような形状の第１の電極１０５ａと修正電極１１５の円錐頂角１２２が同一なので、円錐のような形状の第１の電極１０５ａと内面１１７との間の距離Ｄ１は、一定である。好ましい実施形態では、距離Ｄ１は、約４ｍｍである。
【００６２】
図２ａの例では、第２の電極１０７は、＋８ｋＶという第２の電極の電圧Ｖ２の状態にあり（この電圧は、図１ａの高電圧ビーム管９の電圧であるのがよい）、第１の電極１０５は、３ｋＶという第１の電極の電圧Ｖ１の状態にあり、修正電極１１５は、−３ｋＶという修正電極ボルトＶｃの状態にあり、ウェーハ３は、地電位の状態にある（Ｖｓ＝０）。円錐のような形状の第１の電極１０５ａ及び修正電極１１５の円錐頂角１２２が９０°であり且つランディング角度４２′が４５°なので、円錐のような形状の第１の電極１０５ａの外面の一方の側は、ウェーハ３に平行に延び、これに対し、円錐のような形状の第１の電極１０５ａの他方の側は、修正電極１１５の内面１１７に平行に延びる。このようにすると、円錐のような形状の第１の電極１０５ａとウェーハ１０３との間又は円錐のような形状の第１の電極１０５ａと修正電極１１５の内面１１７との間の静電位線１２８は、それぞれの表面に平行に延びる（図２ａ参照）。その結果、一次電子ビーム７の位置において、図２ａの紙面内で対称である第１のアパーチュア１０６とウェーハ３との間の電位線１２８が得られる。この対称性により、修正電極１１５が設けられていない場合と比較して、一次電子ビーム７の集束具合が大幅に向上する。
【００６３】
図２ｂは、ランディング角度４２が９０°である状況を示している。この場合、第１の電極１０５の第１の電圧Ｖ１と第２の電極１０７の第２の電圧Ｖ２は、一次電子ビーム７を同一の焦点距離で試料３上に差し向けるために、図２ａと本質的に同じままである。しかしながら、図２ｂでは、修正電極電圧Ｖｃは、集束電場１１０の回転対称性をできるだけ良好に復元するために、著しく変化させてある。これは、修正電極電圧Ｖｃを試料３の試料電圧Ｖｓよりも僅かに正の電圧に調節することにより達成される。
【００６４】
図２ａの電位線１２８の対称性は、平面対称性を示すに過ぎず、完全な回転対称性を示すものではないものと言える。したがって、一次電子ビーム７の集束は、対称軸線８に関して完全対称性を持つ集束電場の場合ほど良好ではない場合がある。しかしながら、傾動操作での修正電極１１５による平面対称性は、修正電極が全く設けられていない場合と比べて集束について顕著に向上している。
【００６５】
また、修正電極１１５が存在していることにより、一次電子ビーム７のランディング角度４２が試料３の表面に垂直である場合、対称軸線８に関する集束電場１１０の回転対称性が損なわれる場合があると言える。しかしながら、この状況では、集束電場１１０の回転対称性のディストーションが最小限に抑えられる値への修正電極電圧Ｖｃの調節が可能である。このようにすると、修正電極の電圧Ｖｃをそれに応じて調節することにより一次電子ビーム７の集束の度合をランディング角度４２について最適化することができる。
【００６６】
図２ａ及び図２ｂに開示した第１の電極１０５の第１の電圧Ｖ１の値、第２の電極１０７の第２の電圧Ｖ２の値及び修正電極１１５の修正電極電圧Ｖｃの値は、図１ａに示すような種類のＳＥＭの代表的な用途に関している。この場合、第１の電極１０５及び修正電極１１５を互いに対し少なくとも５００Ｖ、好ましくは少なくとも２０００Ｖ、より好ましくは少なくとも５０００Ｖの電圧に耐えるよう構成することが必要である。第１の電極１０５と修正電極１１５との間に高い電圧がかかっている状態では、強い集束電場１１０の回転対称性を制御することが可能である。このように互いに密接した電極相互間のかかる高電圧破壊抵抗を達成することは、当該技術分野において公知の標準技術を用いることにより実施できる。
【００６７】
図２ａ及び図２ｂでは、修正電極１１５は、第１の電極が一方向又はこれと逆の方向に傾動状態になると、第１の電極１０５と共に動く。というのは、修正電極１１５は、図示していない機械的構造により第１の電極１０５にしっかりと締結されているからである。かかる設計は、製造及び取り扱いが機械的観点から容易である。かかる設計は又、どのようなランディング角度４２で最善であるのがどのような修正電極電圧Ｖｃであるかが問題になった場合に再現可能である。
【００６８】
しかしながら、本発明の集束レンズの別の設計は、第１の電極１０５に対して動くことができる修正電極１１５を含む場合がある。かかる設計は、修正電極１１５を第１の電極１０５に対して動かすのにモータを必要とする場合があるのでより複雑であるが、荷電粒子ビームの集束具合の向上は顕著である場合がある。例えば、可動修正電極１１５を用いた場合、集束電極１００を垂直なランディング角度で動作させたときに修正電極１１５を邪魔にならないように動かすことができる。このようにすると、最適の集束品質を得るために、完全回転対称性が復元される。これと同様に、可動修正電極１１５は、集束具合を最適化するために２つのパラメータ、即ち、修正電極位置及び修正電極電圧Ｖｃを提供する。これにより、融通性が大幅に向上し、それにより集束レンズの集束品質が更に一段と向上する。
【００６９】
図２ａ、図２ｂ、図３Ａ〜図３Ｄ及び図４の修正電極１１５の形状は、本発明の範囲に属する他の多くの可能性のうちの１つに過ぎない。図４の修正電極の形状及び位置は、一次電子ビームを４５°のランディング角度４２で動作させる最適モードを表している。他のランディング角度４２が好ましい場合、第１の電極１０５及び修正電極１１５の他の形状又は位置が好ましいことが言える。この場合、当業者は、本発明による集束具合の向上を得るためにどのような電極の形状及び位置決めを取るべきかについては通常の知識としている。当業者は又、修正電極１１５の覆い角度１２０が大きければ大きいほど、試料３又は他の外部電位運搬構造体に起因するディストーションからの集束電場１１０の遮蔽が一層良好になることも又通常の知識としているであろう。他方、当業者であれば又、覆い角度１２０が大き過ぎる場合、集束レンズ１００が短い作業距離で傾動状態になる場合、修正電極１１５が邪魔になることも通常の知識としているであろう。したがって、修正電極１１５の覆い角度１２０は、集束レンズ１００を動作させるランディング角度４２の範囲に応じて選択されるべきである。
【００７０】
本発明の集束レンズの集束品質を向上させる別のオプションとしては、２つ、３つ又は４つ以上の電極セグメントの状態にセグメント化される修正電極１１５を用いて互いに異なる修正電極電圧Ｖｃを各セグメントに印加することが挙げられる。修正電極１１５のセグメント化も又、種々のランディング角度４２での傾斜状態の試料に起因する電場のディストーションを補償する上で融通性が向上する。
【００７１】
本発明の集束レンズは好ましくは、９０°から著しくずれたランディング角度で試料を検査し又は構造観察する荷電粒子ビーム装置の一部である。例えば、図２ａ、図２ｂ及び図４に示す集束レンズは、図１ａ及び図１ｂのＳＥＭに良好に使用できる。このようにすると、組合せ式磁気及び静電型レンズを用いて種々のランディング角度で且つ２ｍｍ未満の作業距離で試料を検査することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１ａ】円錐のような形状をした集束レンズを有し、半導体ウェーハを検査するために垂直ランディング角度で動作する当該技術分野において知られているスキャン型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を示す図である。
【図１ｂ】ウェーハを４５°のランディング角度で検査するために図１ａのスキャン型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を傾動させた状態を示す図である。
【図２ａ】ウェーハを４５°のランディング角度で検査するために本発明の集束レンズを傾動させた状態を示す図である。
【図２ｂ】ウェーハを垂直ランディング角度で検査するために図２ａの集束レンズが垂直位置にある状態を示す図である。
【図３Ａ】断面を示す線３Ｂ，３Ｃ，３Ｄを指示した図２ａの集束レンズの断面図である。
【図３Ｂ】第２の電極及び円錐のような形状の第１の電極を通る図３Ａの断面線３Ｂに沿って取った断面図である。
【図３Ｃ】修正電極及び円錐のような形状の第１の電極を通る図３Ａの断面線３Ｃに沿って取った断面図である。
【図３Ｄ】修正電極だけを通る図３Ａの断面線３Ｄに沿って取った断面図である。
【図４】本発明の集束レンズの概略立体図であり、図３Ａ〜図３Ｄに示すような修正電極により被覆された円錐のような形状をした第１の電極を示す図である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【国際調査報告】
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