(57)【要約】【課題】特に走査型電子顕微鏡に用いられる二次荷電粒子検出装置による信号ビームの検出を改善する。【解決手段】信号ビームを検出するための二次荷電粒子検出装置が能動的な検出領域を備えた互いに隔てられた少なくとも２つの検出素子（２２２）を有する検出器構造体（２２０）及び信号ビームを第１の部分と少なくとも１つの第２の部分に分離すると共にこれらを集束させる粒子光学系（２００）を含む。粒子光学系は、アパーチュアプレート（２０１）と、アパーチュアプレートに設けられた少なくとも第１のアパーチュア型開口部（２０２）及びアパーチュアプレートに設けられた少なくとも１つの第２のアパーチュア型開口部（２０４）とを含み、第１のアパーチュア型開口部は、凹状部分を有し、特に、第１のアパーチュア型開口部は、針さし形状を有する。【選択図】図２Ａ
2015023032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号ビームを検出するための二次荷電粒子検出装置であって、
能動的な検出領域を備えた少なくとも２つの検出素子（２２２）を有する検出器構造体（２２０）を含み、前記能動的な検出領域は、隙間（Ｇ）によって互いに隔てられており、
信号ビームを前記信号ビームの第１の部分と前記信号ビームの少なくとも１つの第２の部分に分離するよう構成されていると共に、前記信号ビームの前記第１の部分及び前記信号ビームの前記少なくとも１つの第２の部分を集束させるよう構成された粒子光学系（２００）を含み、
前記粒子光学系は、
アパーチュアプレート（２０１）と、
前記アパーチュアプレートに設けられた少なくとも第１のアパーチュア型開口部（２０２）及び前記アパーチュアプレートに設けられた少なくとも１つの第２のアパーチュア型開口部（２０４）と、を含み、
前記第１のアパーチュア型開口部は、凹状部分を有し、特に、前記第１のアパーチュア型開口部は、針さし形状を有する、検出装置。
【請求項２】
前記信号ビームの前記少なくとも１つの第２の部分は、前記信号ビームの第２、第３、第４及び第５の部分であり、
前記粒子光学系は、前記信号ビームを第１の部分、第２の部分、第３の部分、第４の部分及び第５の部分に分離するよう構成されている、請求項１記載の検出装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの第２のアパーチュア型開口部（２０４）は、少なくとも１つの第２の半径方向外側のアパーチュア型開口部であり、特に、少なくとも４つの外側のアパーチュア型開口部である、請求項１又は２記載の検出装置。
【請求項４】
前記第２のアパーチュア型開口部は、少なくとも１つの真っ直ぐな境界部を備えた周囲を有し、特に、前記真っ直ぐな境界部は、分割バーによって提供される、請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の検出装置。
【請求項５】
前記粒子光学系は、前記信号ビームを前記第１の内側アパーチュア型開口部に通して集束させる集束レンズ（３０１）を更に含む、請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の検出装置。
【請求項６】
前記検出器構造体は、前記アパーチュアプレートに接続されていて、減速電位を提供するよう構成された電圧供給源（９９２）を更に有する、請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の検出装置。
【請求項７】
少なくとも第１の外側部分（６０１）、特に第１の外側部分及び少なくとも２つの第２の外側部分（６１１）を更に含む、請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の検出装置。
【請求項８】
前記粒子光学系は、
一次荷電粒子の走査により導入された前記信号ビームの転位を補償すると共に前記信号ビームを位置合わせする第１の偏向組立体（９０１）と、
オプションとして、一次荷電粒子の走査により導入された前記信号ビームの転位を補償すると共に前記信号ビームを位置合わせする第２の偏向組立体（９０３）とを更に含む、請求項１〜７のうちいずれか１項に記載の検出装置。
【請求項９】
前記アパーチュアプレート（２０１）の厚さは、５ｍｍ以上、代表的には１０ｍｍ〜２０ｍｍである、請求項１〜８のうちいずれか１項に記載の検出装置。
【請求項１０】
前記検出素子（２２２）は、１ｍｍ2以下の能動的な検出領域を有するＰＩＮダイオードである、請求項１〜９のうちいずれか１項に記載の検出装置。
【請求項１１】
前記検出器構造体は、少なくとも８つの検出素子を提供することによって４５°の角度分解能を提供する検出素子を有するよう構成されている、請求項１〜１０のうちいずれか１項に記載の検出装置。
【請求項１２】
荷電粒子ビーム装置であって、
一次荷電粒子ビームを提供する荷電粒子ビーム源と、
信号ビームが生成されるように、前記一次荷電粒子ビームを試料上に集束させる第１の集束素子と、
請求項１〜１１のうちいずれか１項に記載の荷電粒子検出装置と、
を含む荷電粒子ビーム装置。
【請求項１３】
荷電粒子マルチビーム装置であって、請求項１２記載の荷電粒子ビーム装置を少なくとも２つ含む、荷電粒子マルチビーム装置。
【請求項１４】
検出装置を動作させる方法であって、
粒子光学系（２００）のアパーチュアプレート（２０１）にバイアスをかけるステップを含み、
前記粒子光学系は、前記アパーチュアプレートに設けられた少なくとも第１のアパーチュア型開口部（２０２）及び前記アパーチュアプレートに設けられた少なくとも１つの第２のアパーチュア型開口部（２０４）を含み、
前記アパーチュアプレートには、１つの電位が前記第１のアパーチュア型開口部を包囲するようバイアスがかけられ、
前記第１のアパーチュア型開口部は、凹状部分を有し、特に、前記第１のアパーチュア型開口部は、針さし形状を有し、
信号ビームを検出器組立体により検出するステップをさらに含み、
前記検出器組立体は、前記第１のアパーチュア型開口部に対応した少なくとも１つの検出素子及び前記少なくとも１つの第２のアパーチュア型開口部に対応した少なくとも１つの検出素子を含む、方法。
【請求項１５】
前記検出するステップは、１ＧＨｚ以上の帯域幅で実施される、請求項１４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、欠陥調査用途又は限界寸法検査用途等のための荷電粒子ビーム装置に関する。本発明は又、荷電粒子ビーム装置の動作方法に関する。さらに、本発明の実施形態は、例えば電子ビーム検査（ＥＢＩ）用の二次粒子のための荷電粒子経路を有する用途に関する。本発明の実施形態は、特に、荷電粒子ユニット、荷電粒子検出装置、荷電粒子ビーム装置、荷電粒子マルチビーム装置及びこれら装置の動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子ビーム装置は、複数の産業分野において多くの機能を有しており、かかる産業分野としては、製造中の半導体デバイスの検査、リソグラフィ用露光システムの検査、検出装置の検査、試験システムの検査が挙げられるが、これらには限定されない。マイクロメートル及びナノメートル尺度範囲での試料の構造観察及び検査が強く要望されている。
【０００３】
マイクロメートル及びナノメートル尺度プロセス制御、検査又は構造観察は、荷電粒子ビーム、例えば電子ビームを用いて行われる場合が多く、かかるビームを荷電粒子ビーム装置、例えば電子顕微鏡又は電子ビームパターン発生器で生成して集束させる。荷電粒子ビームは、例えば光子ビームと比較して、荷電粒子ビームの波長が短いので優れた空間分解能を提供する。
【０００４】
分解能は別として、スループットは、かかる装置の課題である。広い基板面積をパターニングし又は検査しなければならないので、例えば１０ｃｍ2／分を超えるスループットが望ましい。荷電粒子ビーム装置では、スループットは、像（イメージ）コントラストに二次的（quadratically）に依存している。かくして、コントラストを高める必要がある。
【０００５】
粒子ビームシステム、例えば電子顕微鏡用の粒子検出器、例えば電子検出器を電子ビーム検査（ＥＢＩ）、欠陥調査（ＤＲ）又は限界寸法（ＣＤ）測定、集束イオンビームシステム（ＦＩＢ）等のために用いることができる。電子の一次ビームによるサンプルの照射時、二次粒子、例えば二次電子（ＳＥ）が生じ、これら二次電子は、サンプルのトポグラフィ、その化学的成分、その静電位その他に関する情報を運ぶ。最も単純な検出器では、ＳＥの全てが集められてセンサ、通常はシンチレータ、ピンダイオード（以下、「ＰＩＮダイオード」ともいう）等に導かれる。グレーレベルが集められた電子の数に比例する像が作られる。
【０００６】
高分解能電子光学系は、対物レンズとウェーハとの間に短い作業距離を必要とする。したがって、二次電子収集は、典型的には、対物レンズの上方に位置するコラム（筒）内で行われる。先行技術の電子ビーム画像化システムで通常見受けられる形態が図１に概略的に示されている。エミッタ１０５を含む長さ１０４のコラム、対物レンズ１０及び環状二次電子検出器１１５が試料１２５から作業距離１２０を置いたところに間隔を置いて配置されている。エミッタ１０５からの一次電子ビーム１３０が環状検出器１１５に設けられた開口部１３５を通って試料１２５に方向付けられる。二次電子１４０が一次ビーム１３０を包囲する大きな円錐をなして試料１２５から放出される。二次電子１４０の何割かは、検出器１１５によって収集され、それにより二次電子（ＳＥ）信号１４５が生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
さらに、画像化情報が増やされると共に高速検出が提供されることが多くの用途にとって望ましい。例えば、電子の一次ビームによるサンプルの照射時、サンプルのトポグラフィ、その化学的成分、その静電位その他に関する情報を運ぶ二次電子（ＳＥ）が生じる。トポグラフィに関する情報及び／又は二次粒子のエネルギーに関する情報を備えた高速検出の実現が課題であり、これについて不断の技術改良が望まれる。したがって、ＳＥＭ利用ツール、特に高スループット欠陥調査又は調査ツールにおける検出の改善が望まれている。追加的に又は代替的に、例えばクロストークの減少した幾つかの信号ビーム束の分離がトポグラフィ画像化等の検出にとって望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の説明に照らして、独立形式の請求項１に記載の二次荷電粒子検出装置、請求項１１記載の荷電粒子ビーム装置、請求項１２記載の荷電粒子マルチビーム装置、及び独立形式の請求項１３に記載された検出装置の動作方法が提供される。本発明の実施形態の別の観点、別の利点及び別の特徴は、従属形式の請求項の記載、本明細書及び添付の図面から明らかである。
【０００９】
一実施形態によれば、信号ビームを検出するための二次荷電粒子検出装置が提供される。この検出装置は、アクティブな又は能動的な検出領域を備えた少なくとも２つの検出素子を有する検出器構造体を含み、能動的な検出領域は、隙間によって互いに隔てられ、この検出装置は、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の部分に分離するよう構成されていると共に信号ビームの第１の部分及び信号ビームの少なくとも１つの第２の部分を集束させるよう構成された粒子光学系を更に含む。粒子光学系は、アパーチュアプレートと、アパーチュアプレートに設けられた少なくとも第１のアパーチュア型開口部及びアパーチュアプレートに設けられた少なくとも１つの第２のアパーチュア型開口部とを含み、第１のアパーチュア型開口部は、凹状部分を有する。
【００１０】
別の実施形態によれば、荷電粒子ビーム装置が提供される。この荷電粒子ビーム装置は、一次荷電粒子ビームを提供する荷電粒子ビーム源と、一次荷電粒子ビームを試料上に集束させる第１の集束素子とを含み、信号ビームが生成され、この荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子検出装置を更に含む。荷電粒子検出装置は、能動的な検出領域を備えた少なくとも２つの検出素子を有する検出器構造体を含み、能動的な検出領域は、隙間によって互いに隔てられ、この荷電粒子検出装置は、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の部分に分離するよう構成されていると共に信号ビームの第１の部分及び信号ビームの少なくとも１つの第２の部分を集束させるよう構成された粒子光学系を更に含む。粒子光学系は、アパーチュアプレートと、アパーチュアプレートに設けられた少なくとも第１のアパーチュア型開口部及びアパーチュアプレートに設けられた少なくとも１つの第２のアパーチュア型開口部とを含み、第１のアパーチュア型開口部は、凹状部分を有する。
【００１１】
別の実施形態によれば、荷電粒子マルチビーム装置が提供される。この荷電粒子マルチビーム装置は、少なくとも２つの荷電粒子ビーム装置を含む。少なくとも２つの荷電粒子ビーム装置の各々は、一次荷電粒子ビームを提供する荷電粒子ビーム源と、一次荷電粒子ビームを試料上に集束させる第１の集束素子とを含み、信号ビームが生成され、この荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子検出装置を更に含む。荷電粒子検出装置は、能動的な検出領域を備えた少なくとも２つの検出素子を有する検出器構造体を含み、能動的な検出領域は、隙間によって互いに隔てられ、この荷電粒子検出装置は、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の部分に分離するよう構成されていると共に信号ビームの第１の部分及び信号ビームの少なくとも１つの第２の部分を集束させるよう構成された粒子光学系を更に含む。粒子光学系は、アパーチュアプレートと、アパーチュアプレートに設けられた少なくとも第１のアパーチュア型開口部及びアパーチュアプレートに設けられた少なくとも１つの第２のアパーチュア型開口部とを含み、第１のアパーチュア型開口部は、凹状部分を有する。
【００１２】
別の実施形態よれば、検出装置を動作させる方法が提供される。この方法は、粒子光学系のアパーチュアプレートにバイアスをかけるステップを含み、粒子光学系は、アパーチュアプレートに設けられた少なくとも第１のアパーチュア型開口部及びアパーチュアプレートに設けられた少なくとも１つの第２のアパーチュア型開口部を含み、アパーチュアプレートには、１つの電位が第１のアパーチュア型開口部を包囲するようバイアスがかけられ、第１のアパーチュア型開口部は、凹状部分を有し、この方法は、信号ビームを検出器組立体により検出するステップを更に含み、検出器組立体は、第１のアパーチュア型開口部に対応した少なくとも１つの検出素子及び少なくとも１つの第２のアパーチュア型開口部に対応した少なくとも１つの検出素子を含む。
【００１３】
実施形態は又、開示する方法を実施する装置に関し、実施形態は、説明する方法ステップの各々を実施する装置部品を含む。これら方法ステップは、ハードウェアコンポーネント、適当なソフトウェアによりプログラムされたコンピュータ、これら２つの任意の組み合わせ又は任意他の仕方での組み合わせによって実施されるのが良い。さらに、実施形態は又、説明する装置の動作方法又は製造方法に関する。本発明は、装置の全ての機能を実行する方法ステップを含む。
【００１４】
本発明の上述の特徴を細部にわたって理解することができるように上記において概要説明した本発明の具体的な説明が実施形態を参照して行う。添付の図面は、本発明の実施形態に関しており、これらについて次のように簡単に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】技術の現状による検出方式を概略的に示す図である。
【図２Ａ】本発明において説明する実施形態としての二次粒子光学系及び検出組立体を示す図である。
【図２Ｂ】本発明において説明する実施形態としての二次粒子光学系及び検出組立体を示す図である。
【図２Ｃ】本明細書において説明する実施形態としての検出器構造体の図である。
【図２Ｄ】本明細書において説明する実施形態としての二次粒子光学系及び検出組立体を示す図である。
【図２Ｅ】本明細書において説明する実施形態としての二次粒子光学系を示す図である。
【図３Ａ】本明細書において説明する実施形態としての二次粒子光学系及び検出組立体を示す図である。
【図３Ｂ】本明細書において説明する実施形態としての二次粒子光学系及び更に別の検出組立体を示す図である。
【図４】アパーチュアプレートを含む二次粒子光学系を示す図である。
【図５】本明細書において説明する実施形態としてのアパーチュアプレートを含む二次粒子光学系を示す図であり、中央開口部が凹状部分を有し、即ち、針さし（pincushion）形状を有する状態を示す図である。
【図６Ａ】アパーチュアプレート及びそのバイアスがけに関する別の実施形態を示す図である。
【図６Ｂ】アパーチュアプレート及びそのバイアスがけに関する別の実施形態を示す図である。
【図７Ａ】本明細書において説明する実施形態としての二次粒子光学系及び検出組立体に利用できると共にウィーンフィルタ型分離ユニットを含むシステムの略図である。
【図７Ｂ】ウィーンフィルタ型分離ユニットを用いて実現可能な他のビーム経路を概略的に示す図である。
【図７Ｃ】ウィーンフィルタ型分離ユニットを用いて実現可能な他のビーム経路を概略的に示す図である。
【図７Ｄ】ウィーンフィルタ型分離ユニットを用いて実現可能な他のビーム経路を概略的に示す図である。
【図８Ａ】本明細書において説明する実施形態としての二次粒子光学系及び検出組立体に利用できると共に磁気双極子（ダイポール）ビーム分離ユニットを含む実施形態の略図である。
【図８Ｂ】磁気双極子ビーム分離ユニットを用いて実現できる他のビーム経路を概略的に示す図である。
【図８Ｃ】磁気双極子ビーム分離ユニットを用いて実現できる他のビーム経路を概略的に示す図である。
【図８Ｄ】磁気双極子ビーム分離ユニットを用いて実現できる他のビーム経路を概略的に示す図である。
【図９Ａ】本明細書において説明する実施形態としての荷電粒子ユニットの概略側面図である。
【図９Ｂ】本明細書において説明する実施形態としての荷電粒子ユニットの概略側面図である。
【図９Ｃ】本明細書において説明する実施形態としての二次粒子光学系及び検出組立体を有する荷電粒子ビームの概略側面図である。
【図１０】本明細書において説明する実施形態としての荷電粒子ビーム装置の概略側面図である。
【図１１】本明細書において説明する実施形態としての荷電粒子マルチビーム装置の概略側面図である。
【図１２】本明細書において説明する実施形態としての荷電粒子マルチビーム装置の概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明の種々の実施形態を詳細に参照し、これら実施形態の１つ又は２つ以上の実施例が図示されている。図面の以下の説明の範囲内において、同一の参照符号は、同一のコンポーネントを示している。一般に、個々の実施形態に関する相違点のみを説明する。各実施例は、本発明の説明のために提供されており、本発明を限定するものではない。例えば、一実施形態の一部として図示され又は説明される特徴を他の実施形態に又はこれと関連して使用することができ、それにより更に別の実施形態が得られる。本発明は、かかる改造例及び変形例を含むものである。
【００１７】
本願の保護範囲を限定するものではなく、以下の説明において、荷電粒子ビーム装置又はそのコンポーネントは、例示として二次電子の検出を含む荷電粒子ビーム装置と称する。本発明は、更に、試料画像を得る目的で粒子、例えば電子若しくはイオン、光子、Ｘ線又は他の信号の形態をした二次及び／又は後方散乱荷電粒子を検出する装置及びコンポーネントに利用できる。一般に、粒子と言った場合、これは、粒子が光子である光信号並びに粒子がイオン、原子、電子又は他の粒子である粒子と理解されるべきである。
【００１８】
本明細書において説明するように、検出に関する議論及び説明は、走査型電子顕微鏡における電子に関して例示的に行われている。しかしながら、他形式の荷電粒子、例えば正イオンは、多種多様な機器内に設けられた荷電粒子装置によって検出できる。
【００１９】
他の実施形態と組み合わせ可能な本明細書の実施形態によれば、信号ビームを二次粒子のビーム又は二次ビーム、即ち二次及び／又は後方散乱粒子という。代表的には、信号ビーム又は二次ビームは、試料への一次ビームの衝突によって生じる。一次ビームは、荷電粒子ビーム源により生じ、そして検査又は画像化されるべき試料上に案内及び偏向される。
【００２０】
本明細書において用いられる「試料」という用語は、半導体ウェーハ、半導体ワーク及び他の加工物、例えばメモリディスク等を含むが、これらには限定されない。本発明の実施形態は、材料を蒸着させ又は構造観察される任意の加工物に利用できる。試料は、構造観察される表面又は層が蒸着される表面、エッジ及び代表的にはベベルを有する。本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な幾つかの実施形態によれば、装置及び方法は、電子ビーム検査、限界寸法検査分野及び欠陥検査用途向きに構成され又は利用される。
【００２１】
一般に、荷電粒子ビームの集束と言った場合、荷電粒子のビームを発散度に関して減少させることであると理解されたい。これは、ビームの荷電粒子を次のビーム光学素子に向かって集束（合焦）させ又は少なくとも視準して発散度に起因した又は荷電粒子の遮断に起因した荷電粒子の損失を減少させることを意味している。これに対応して、脱焦は、発散度を増大させることと理解されたい。
【００２２】
ＥＢＩ用途の場合、上述したような明視野（ＢＦ）検出器が用いられるが、これは、トポグラフィ又は表面電位（電圧コントラスト‐ＶＣ）の変化に十分敏感であるとは言えない。ＶＣは、ＳＥ信号をフィルタ処理することによって高めることができ、他方、物理的欠陥に起因して生じるトポグラフィ情報を高めるには、サンプルのところの或る特定の取り出し角度範囲内のＳＥのみを収集する多数のセンサを用いるのが良い。本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な代表的な実施形態によれば、トポグラフィ検出器は、別々に読み取り可能な４つ又は５つ以上のセグメント（中央ＢＦ領域の有無は問わない）に分割可能である。次に、信号を組み合わせて（例えば、減算して）コントラストを高めるのが良い。エネルギー又は角度フィルタ処理を含む有意義なマルチパースペクティブ（multi-perspective）画像化のため、ＳＥにより運ばれる情報が保存されることが必要であり、他方、ビームは、サンプルからセンサに伝えられる。かくして、本明細書において説明する実施形態によれば、光学系又は光学システム（ＳＥ光学系）が提供される。幾つかの実施形態によれば、ＳＥ光学系は、一次ビームとＳＥ束を分離するビームスプリッタと、１つ又は２つ以上の集束レンズと、位置合わせ偏向器とを含むのが良い。
【００２３】
欠陥検査ツール及び調査ツール又は限界寸法検査ツールに関し、例えばトポグラフィのような向上したコントラストを生じさせるには、これらの開始角度に基づいて二次粒子を検出するのが良い。それにより、検査した特徴部及び／又は欠陥のコントラストの向上を得ることができる。開始角度に応じた二次粒子ビームの検出のため、個々の検出素子への二次ビームの分離が実施される。しかしながら、特に本明細書において説明する実施形態で言及する高速検出用途に関し、個々のセグメント（これらセグメントは、これらセグメント相互間に死角がない状態で密に実装され、即ち、センサ素子相互間にそれほど大きな隙間を備えていない）を含むセンサを製造することは、困難である。
【００２４】
特にＥＢＩ用途に関し、高スループットが望ましく、その結果、極めて迅速なセンサが要望される。したがって、ＰＩＮコードを用いるのが良い。しかしながら、得ることができる帯域幅は、ダイオードのサイズで決まり、１ｍｍ2以下のセンサ面積が利用されるのが通例である。したがって、検出器構造体中の死角が検出速度を上げると増大する。
【００２５】
本明細書において説明する実施形態は、高速トポグラフィ測定を可能にする検出器構造体及び二次ビーム光学系を提供する。本明細書において説明する幾つかの実施形態は、更に全ＳＥが単一の検出器に達するＢＦ画像化とトポグラフィ画像化を容易に切り換えることができるようにする高速検出器を提供し、少なくとも２つのセンサ、代表的には、大きな開始角度の４象限用の少なくとも４つのセンサが提供される。加うるに、低角ＳＥ用の中央検出器を設けるのが良い。本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な幾つかの実施形態によれば、両方の画像化モードにおいて、ＳＥも又これらのエネルギーに応じてフィルタ処理することができ、その結果、或る特定のしきい値を超えるエネルギーを含むＳＥだけがセンサ、即ち検出器構造体に達するようになる。
【００２６】
本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な実施形態によれば、信号ビームの検出のための二次荷電粒子検出装置が提供される。この二次荷電粒子検出装置は、能動的な検出領域を備えた少なくとも２つの検出素子を有する検出器構造体を含み、能動的な検出領域は、隙間によって互いに隔てられ、この二次荷電粒子検出装置は、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の部分に分離するよう構成されていると共に信号ビームの第１の部分及び信号ビームの少なくとも１つの第２の部分を集束させるよう構成された粒子光学系を更に含む。粒子光学系は、アパーチュアプレートと、このアパーチュアプレートに設けられた少なくとも第１の内側アパーチュア型開口部及びアパーチュアプレートに設けられた少なくとも１つの第２の半径方向外側のアパーチュア型開口部とを含み、アパーチュアプレートには、第１のアパーチュア型開口部及び少なくとも１つの第２のアパーチュア型開口部を包囲した一電位に合わせてアパーチュアプレートにバイアスがかけられるよう構成されている。
【００２７】
図２Ａは、検出素子２２２を含む検出器構造体２２０を示している。図２Ａ及び図２Ｃで理解できるように、検出素子２２２は、これら検出素子２２２相互間の隙間によって互いに隔てられている。検出素子２２２は、検出器構造体２２０のホルダ２２４によって支持されている。
【００２８】
本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な代表的な実施形態によれば、検出素子２２２相互間の離隔距離（即ち隙間）は、検出素子２２２の能動的領域と対応の寸法と少なくとも同一の長さを有する。典型的な実施形態によれば、隙間は、１ｍｍから１０ｍｍまでの範囲にあるのが良い。上述の隙間寸法と代替的に又はこれに追加して利用できる隙間の代表的な比Ｇ／Ｌ及び対応の能動的領域の長さは、１以上且つ７以下であるのが良い。
【００２９】
本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な更に別の実施形態によれば、検出素子２２２は、二次粒子、例えば二次電子を検出するためのセンサとして用いられるＰＩＮダイオードであるのが良い。本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な更に別の実施形態によれば、光軸２に沿って伝搬する信号ビームの分離のための装置及び方法は又、他の検出器、例えばシンチレータ、アバランシェフォトダイード（ＡＰＤ）等を含む検出器組立体にも利用できる。
【００３０】
本明細書において説明するように、二次粒子又は二次電子は、後方散乱粒子／電子か試料への一次荷電粒子ビームの衝突に起因して生じる粒子／電子かのいずれかであると理解される。
【００３１】
ＰＩＮダイオードは、１ＧＨｚから１０ＧＨｚまでの範囲又は２ＧＨｚ以上のこれらの広い帯域幅に照らして高速検出用途に利用できる。それにより、ＰＩＮダイオードの能動的領域は、検出速度を制限する。即ち、ＰＩＮダイオードの能動的領域が広ければ広いほど、検出速度は、それだけ一層遅くなる。したがって、ＰＩＮダイオードの能動的領域は、２ＧＨｚ以上の所望の検出速度を提供するために１ｍｍ2以下の面積に縮小される。検出素子２２２の能動的領域のサイズは、これら検出素子相互間の隙間と比較した場合の検出面積の比を定める。したがって、高速検出のための所望の帯域幅を有する検出器構造体２２０は、検出素子の能動的領域相互間に隙間を備える。したがって、検出素子２２２の設計により定められる空間的分離が与えられる。
【００３２】
本明細書において説明する実施形態によれば、二次粒子光学系２００が提供される。図２Ａ及び図２Ｂに示されているように、粒子光学系２００は、２つ又は３つ以上のアパーチュア型開口部を備えた少なくともアパーチュアプレート２０１を含む。アパーチュアプレート２０１は減速電位にバイアスをかけることができる。それにより、検出素子２２２の加速と組み合わせたアパーチュアプレート２０１の減速は、二次粒子、例えば二次電子ビームの分離及び集束を可能にするよう実施される。２つ又は３つ以上のアパーチュア型開口部に照らして、互いに異なる検出素子上への二次ビームの分離を実施するのが良い。代表的な実施形態によれば、アパーチュアプレート２０１は、中央のアパーチュア型開口部２０２及び少なくとも２つの半径方向外側のアパーチュア型開口部２０４を有する。代表的には、４つの外側アパーチュア型開口部２０４を設けるのが良い。
【００３３】
代表的な実施形態によれば、二次光学系２００は、少なくとも４つの外側アパーチュア型開口部又は外側穴の群によって包囲された単一の中央アパーチュア型開口部又は穴を備えたアパーチュアプレート２０１を含む。それにより、中心を、例えば、信号ビーム束の光軸によって定めることができる。アパーチュアプレートは、この光軸に垂直に配置されるのが良い。検出器組立体２２０の検出素子２２２は、プレートの後ろに、例えばアパーチュアに平行な平面内に配置される。
【００３４】
トポグラフィ測定モードのための代表的な動作条件によれば、信号ビーム、例えばＳＥ束は、僅かに末広がりに作られ、アパーチュアプレートにはＳＥを減速すると共にＳＥがアパーチュアプレートに近づくようにするようバイアスがかけられる。電子が低速である場合、電子は、アパーチュアプレートのアパーチュア型開口部に向かって容易に偏向され、このことは、ＳＥ束が中央部分（低角ＳＥ）と大きな極性開始角度を備えると共に少なくとも４つの方位角方向周りに集められたＳＥに対応する少なくとも４つの外側束の群に分けられる。二次粒子は、アパーチュア型開口部の通過後、再びかなり高いエネルギー、例えばアパーチュアプレートの減速電界に入る前に二次粒子が持っていたのとほぼ同じエネルギーまで再び加速される。代表的な実施形態によれば、二次粒子は、減速前には約２０ｋｅＶ〜３０ｋｅＶ、例えば３０ｋｅＶのエネルギーを有するのが良い。これら二次粒子は、アパーチュアプレートの通過時、１００ｅＶ〜１５ｋｅＶ、例えば５ｋｅＶのエネルギーまで減速される。しかる後、二次粒子は、検出素子２２２に向かって約２０ｋｅＶ〜５０ｋｅＶ、例えば３０ｋｅＶのエネルギーまで加速される。この加速は、分離された束を小さな検出素子上に集中させることができる集束効果を有する。アパーチュアプレートの後ろに位置する二次粒子、例えば信号ビームの二次電子の分布状態は、アパーチュアプレートの穴の投影像であるわけはなく、減速は、上述のように構成されていなければアパーチュアプレートに当たって失われるに過ぎない二次粒子をこれらの穴に偏向させ、アパーチュアプレートと検出素子との間の加速電界は、信号ビームの個々の束を集中させ、これら信号ビームの個々の束は、アパーチュアプレート及び検出素子のバイアスがけを行わなければ、小形高速センサにとって大きすぎることになる。
【００３５】
さらに別の実施形態によれば、減速アパーチュアプレートとほぼ同じ設計の追加の制御電極を用いると、軌道を微調整することができる。それにより、幾つかの実施形態によれば、図２Ｂに示されている電極とほぼ同じ電極を用いることができる。追加の制御プレートは、集束装置として働くことができる。しかしながら、図２Ｄに示されている設計を用いると、正又は負のバイアスをかけることによって個々の束をセンサに半径方向に位置合わせする偏向装置としてプレート２０３を動作させることができる。それにより、幾つかの実施形態によれば、バイアスがかけられるよう構成可能なプレート２０３及び／又は偏向素子３０２、例えば磁極片又は電極を提供するのが良い。それにより、偏向電極は、ビームを半径方向に動かすことができる。束を検出素子に合わせて調節するための電界を付形するための凹部３０３が設けられるのが良い。両方のオプション、即ちプレート２０１とプレート２０３が図３Ｂに示されており、図３Ｂでは、追加の制御電極は、内側部分がアパーチュアプレート２０１とほぼ同じであるように点線が付けられた状態で示されており、これに対し、点線付き部分がない状態で、図２Ｄの設計とほぼ同じ断面が得られている。
【００３６】
本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な幾つかの実施形態によれば、図２Ｂに示されている二次粒子光学系２００を設けるのが良い。アパーチュアプレート２０１に設けられた中央アパーチュア型開口部２０２は、図２Ｃの中央検出素子２２２に対応している。外側アパーチュア型開口部２０４は、図２Ｃの外側検出素子２２２に対応している。典型的な実施形態によれば、アパーチュア型開口部の直径又は対応の寸法は、中央アパーチュア型開口部２０２について１ｍｍ〜４ｍｍであるのが良い。外側アパーチュア型開口部２０４に関し、直径又は対応の寸法は、３ｍｍ〜１０ｍｍであるのが良い。
【００３７】
図２Ｅに示されているように、粒子光学系２００のアパーチュアプレート２０１は、円形ではないアパーチュア型開口部２０４を更に有するのが良い。接線方向伸長部を有し又はリング等の一部分の形態に形作られたアパーチュア型開口部は、アパーチュアプレート２０１の死角、即ち、信号粒子、例えば信号電子がアパーチュアプレートの開口部を通過することができない領域を減少させることができる。内側開口部２０２の点線で図２Ｅに更に示されているように、内側開口部は、オプションであって良い。したがって、外側開口部だけが本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な幾つかの実施形態に従って提供される場合がある。かかる場合、開口部２０４の半径方向長さを増大させることも又可能である。外側開口部２０４のみを備えたアパーチュアプレートを追加のエネルギー選択の有無とは無関係にトポグラフィ測定に用いることができる。
【００３８】
種々の実施形態によれば、アパーチュアプレート２０１に設けられた第１の開口部及び／又は少なくとも１つの第２の開口部は、丸形開口部、アパーチュアプレートのセクタ（扇形）の一部分、例えば環状体又は類似の形状のセクタから成る群から選択された形状を有することができる。それにより、丸形開口部を信号ビーム束のこれらの有利な集束特性に照らして考慮するのが良い。他の形状の結果として、アパーチュアプレートに生じる死角が小さくなる場合があり、かくして信号粒子の良好な収集効率が得られる。
【００３９】
図２Ｃに示されているように、検出器構造体２２０は、図２Ｂに示された二次ビーム光学系２００の領域に対応した５つの検出素子２２２を有している。本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な代表的な実施形態によれば、５つの領域及び対応の検出素子２２２が設けられる。それにより、中央領域と中央検出素子及び４つの外側領域と４つの外側検出素子が設けられるのが良い。したがって、試料から放出される二次粒子を開始角度によって識別することができ、即ち、中央検出素子が二次粒子を検出するか外側検出素子が二次粒子を検出するかを識別することができる。さらに、開始角度の方向の分離が外側領域に対応した大きな開始角度について実施されるのが良い。それにより、検出器構造体の外側検出素子が二次粒子を測定するかチャネルが二次粒子を測定するかに応じて、開始角度の方向を求めることができる。
【００４０】
図２Ｃは、能動的検出領域相互間の隙間Ｇと比較して参照符号Ｌで示された検出領域のサイズを更に示している。したがって、検出器構造体２２０は、検出素子の能動的領域相互間に死角を有する。上述したように、これは、検出器構造体の帯域幅に反比例の関係で対応するセンサの能動的領域のサイズに起因している。
【００４１】
図３Ａに示されているように、二次粒子光学系２００は、アパーチュアプレート２０１を含むのが良く、二次粒子を集束させるよう構成された集束レンズ３０１を更に含むのが良い。それにより、図３Ａに示されているように、全体として末広がりの二次粒子ビームを集束させてこれが中央アパーチュア型開口部２０２のところでアパーチュアプレート２０１を通過することができ、そしてこの二次粒子ビームを中央検出素子２２２のところで検出することができるようにする。
【００４２】
本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な更に別の実施形態によれば、図３Ｂに示されているように、集束レンズ３０１をオフに切り換え又はこれを動作させて二次粒子がアパーチュアプレート２０１のアパーチュア型開口部のサイズに合ったビーム直径に形成されるようにするのが良い。それにより、二次粒子は、アパーチュア型開口部の全てを通過する。上述の説明に照らして、トポグラフィコントラスト及び中央ＢＦ画像化を同時に実現することができる（マルチパースペクティブ画像化）。
【００４３】
本明細書において説明する実施形態によれば、検出装置は、二次粒子、即ちＳＥの束に含まれている角度及びエネルギーに関する情報を分析することができる。それにより、十分に高いエネルギーを含む粒子だけがアパーチュアプレートのアパーチュア型開口部を通過することができるような電位へのバイアスをアパーチュアプレートにかけることによってエネルギーに関する情報を提供することができる。集束レンズ３０１は、信号ビームの開き角度の調節を可能にする。信号ビームを必要に応じて末広がりに又は先細に作ることができる。それにより、二次粒子の収集効率を向上させることができる。さらに、トポグラフィ画像化モードとエネルギーフィルタ処理画像化モードを切り換えることが可能になる。
【００４４】
したがって、本明細書において説明する実施形態は、集束レンズの動作に関し、この場合、二次粒子ビームの発散度は、集束レンズに起因して変化する。一動作モードに関し、ビームの発散度は、ビームがアパーチュアプレートのところに、結果的に最大量の二次粒子がアパーチュア型開口部のうちの少なくとも１つ、即ち内側アパーチュア型開口部又は外側アパーチュア開口部のうちの１つを通過するようなビーム直径を有するよう設定されるのが良い。この動作モードでは、信号粒子、例えば信号電子をこれらの開始角度に依存して検出することができる。別の動作モードでは、粒子ビームの発散度は、本質的に全ての二次粒子、例えば二次電子が内側アパーチュア型開口部を通過する集束レンズに起因して変化する。それにより、全ての信号粒子は、１つの検出素子２２２で検出される。
【００４５】
本明細書において説明する実施形態によれば、粒子光学系、特にアパーチュアプレート２０１が図５、図６Ａ及び図６Ｂに示されているように設けられる。それにより、例えば図４に示されているような基本的アパーチュアプレートの性能を種々の観点について向上させることができる。図４に示されているように、５つの穴（それぞれ、２０２，２０４）を備えたアパーチュアプレート２０１は、かなり広い遮断又は中実領域を備えた断面を有する。破線で示された円は、衝突ＳＥ束の断面を示している。
【００４６】
図５に示されているように、本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な幾つかの実施形態によれば、信号粒子用に構成された粒子光学系５００の一部をなすアパーチュアプレート５０１は、外側領域５０３、例えば円形本体を有する。穴５０４相互間の領域は、分割又は仕切りバー５０５によって提供されている。したがって、穴相互間の領域は、細いように又は幅が狭いように縮小されている。中央穴５０２が例えば針さし形状を備えている。本明細書において説明する実施形態によれば、針さし形状を有する穴は、変形例では、凹状部分、即ち開口部の中央に向かって内側に曲げられた部分を有するものとして説明される。それにより、外側穴のポテンシャル分布を平滑にすることができ、それにより特に外側穴の良好な集束特性が得られる。本明細書において説明する幾つかの実施形態によれば、外側穴５０３は、バー、例えば分割バー５０５によって少なくとも２つの側が画定される。したがって、外側穴は、これら外側穴の周長の少なくとも３０％の長さのところに真っ直ぐな境界部を有する。本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な本明細書において説明する更に別の実施形態によれば、中央穴５０２は、周囲に少なくとも２つ、代表的には少なくとも４つの凹状領域を有し、例えば針さし形状を有する。
【００４７】
上述の説明に照らして、アパーチュアプレートのところでの信号電子の損失分の減少を代表的には約３０％から５％未満にすることが可能である。これは、とりわけ、装置の正面から見た断面を縮小することによって達成される。即ち、本明細書において説明する実施形態は、断面に中実材料を備えた減少領域を有する。
【００４８】
開口部の円形設計の使用を放棄したにもかかわらず、サブレンズ（部分レンズ）の静電位がほぼ回転対称であるように幾何学的形状を付形することにより、及び／又は、装置の前に強力な減速電界をかけると共にビーム分離器の後に強力な加速電界をかけることによって、ビームレットの良好な収束を達成できる。良好な集束により、大径ピンダイオードが用いられる場合に作業窓が大きくなると共に／或いは小形ピンダイオードの使用が可能になり、かくして検出器帯域幅の増大が可能である。
【００４９】
本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な更に別の実施形態によれば、図示のように、アパーチュアプレート２０１，５０１，６０１は、少なくとも５ｍｍの厚さを有する。この厚さは、軸方向又は信号粒子の光軸の方向における延長によって得られる。代表的には、軸方向又は信号粒子の光軸の方向における厚さ又は延長分は、１０ｍｍ〜２０ｍｍである。それにより、ビームレット（beamlet ）の離隔距離の増大を達成することができる。代表的には、中央ビームレットと外側ビームレットとの間の１０ｍｍの離隔距離を達成することができる。これにより、直径５ｍｍの標準型ピンダイオードの利用が可能であり、しかもセンサ素子の実現可能な設計が可能である。さらに、アパーチュアとセンサとの間の加速電界のリーチスルーがアパーチュアプレートの厚さによって影響を受けることに照らして、動作電圧の低下は、装置の延長に起因して得られ、即ち、軸方向又は信号粒子の光軸の方向における最小厚さ又は最小延長分に起因して得られる有利な副次的作用結果である。これは、良好な高電圧イミュニティ、信頼性及び安定性を達成するのを助けると共に装置の実現可能な設計を可能にする。
【００５０】
本発明によれば、アパーチュアプレート２０１，５０１，６０１は、最小厚さを有するプレートとして説明される。変形例として、アパーチュアプレートは、管として説明可能であり、これらの用語を区別なく用いることができる。しかしながら、半径方向寸法は、代表的には、大抵の場合アパーチュアプレートとして言及される場合には軸方向寸法よりも大きい。さらに、本明細書において管又は管状構造体と言った場合、かかる言及は、幾つかの実施形態としてのアパーチュアプレートの最小厚さを考慮に入れている。
【００５１】
図６Ａ及び図６Ｂに示されているように、ビームレットの調節可能な分離によって更に追加の又は別の改造例を提供することができる。これにより、ビームレットをセンサに対して常時心出しすることができるようにする微調整が可能である。本明細書において説明する実施形態によれば、調節可能な分離を可能にするには、外側領域（図５の例えば符号５０３を参照されたい）又はビーム分離器の外側管、即ちアパーチュアプレートを分割するのが良い。したがって、幾つかの実施形態は、開口部６０４、第１の外側部分６０１及び第２の外側部分６１１を分離するための分割バー６０５を含む。例えば、第１の外側部分６０１は、分割バー６０５と組み合わせたＴ字形断面を有するのが良い。それにより、少なくとも４つのＴ字形構造体を含む中央十字形部分が提供される。中央穴６０２が本質的に十字形断面の中心に設けられる。４つのＴ字形構造体は、中央開口部６０２を包囲し、各Ｔ字形構造体は、分割バー６０５及び第１の外側部分６０１によって提供されている。
【００５２】
中央十字形部分にはＶfocへのバイアスがかけられている。これは、図６Ａに示されており、電力供給源６３１が中央十字形部分に接続されている。４つの第２の外側部分６１１、例えば４つの追加の偏向プレート（外側ビームレット１つ当たり１つ）に装置の中央部分に対して±ΔＶへのバイアスをかけるのが良く、即ち、ゼロでない電圧が中央部分の電位に正又は負の状態で加えられる。第２の電圧供給源６３２が電圧を第２の外側部分に印加し又は第１の電力供給源の電圧に対するオフセット電圧を第２の外側部分６１１に印加するよう設けられている。したがって、オプションとして外側ビームレットの内方又は外方偏向を生じさせることが可能である。
【００５３】
中央部分が図６Ａ及び図６Ｂに示された４つの開口部６０４に相当する十字形として記載されている場合であっても、３つの開口部、５つの開口部、６個の開口部又はそれ以上の数の開口部を設けたとしても、その結果として、中央部分のそれに対応した形状が形成でき、かかる数の開口部は、図６Ａ及び図６Ｂを参照して説明する実施形態の更に別の改造例であると見なされるべきである。
【００５４】
図６Ａ及び図６Ｂを参照して説明する実施形態は、別の自由度をアパーチュアプレート６０１のバイアスがけに追加する。集束とビーム分離が一般に互いに連係されるが、装置の設計により、焦点の許容できないほどの劣化なしにビームレットの相互分離を変更することが可能である。これは、コラム動作のばらつき、例えば一次ビームの互いに異なるランディングエネルギーにより、又、抽出電界、局所トポグラフィ等の変化により生じるＳＥエネルギー又は角度分布のばらつきを補償するために使用できる。
【００５５】
上述した幾つかの実施形態によれば、アパーチュアプレートの厚さは、アパーチュアとセンサとの間の加速電界のリーチスルーを決定するよう調節可能である。さらに別の追加の又は別の実施形態によれば、アパーチュアプレート、例えば加速電界に向いた側に設けられている上述の追加の特徴部は、加速電界の空間分布に影響を与えるよう配置されるのが良い。さらに別の追加の又は別の実施形態によれば、内側アパーチュア型開口部、例えば中央アパーチュア型開口部のアパーチュア直径と外側アパーチュア型開口部のアパーチュア直径の比は、様々であって良い。代表的な例によれば、外側アパーチュア型開口部の直径は、内側アパーチュア型開口部の直径の少なくとも２倍であるのが良い。しかしながら、この値は、外側アパーチュア型開口部の数に依存する場合がある。即ち、外側アパーチュア型開口部の数が多ければ多いほど、上述の直径の比は、それだけ一層小さくなる。例えば、アパーチュアプレートが規則的なパターンで、例えば六角形パターンをなして多数の同一の穴を有する場合、直径の比は、１まで小さくなるであろう。代表的な実施形態によれば、アパーチュア型開口部は、丸形であっても良く或いは任意他の所望の形状、例えば環状体、リング等の一部分の形状を有しても良い。
【００５６】
他の実施形態と組み合わせ可能な幾つかの実施形態によれば、４つの外側アパーチュア型開口部が設けられるのが良い。それにより、検出装置は、２つの互いに直交する方向におけるトポグラフィに敏感である。これは又、ウェーハ構造体が２つの別々の垂直方向を有していることに関連している。代表的な動作方法によれば、検出器を画像化されるべき物体、例えばウェーハ構造体の所望のトポグラフィに関して最大の感度を得るための第１の角度まで回転させるのが良い。さらに、検出器を第１の角度と比較して４５°だけ回転させても良く、その目的は、規則的な構造体からの信号を抑制し、欠陥コントラストを高めることにある。それにより、かかる実施形態の更に別の具体化例によれば、８つの外側アパーチュア型開口部を利用することができる。検出器の回転角度を上述したように選択することによって、全ての第２のアパーチュア型開口部（例えば、開口部番号１、番号３、番号５及び番号７）及び８つの外側検出素子のうちの対応の検出素子が画像化されるべき物体の規則的な構造体を検出することができ、他方、間に位置するアパーチュア型開口部（例えば、開口部番号２、番号４、番号６及び番号８）及び対応の検出素子は、欠陥に対して敏感であろう。上述の変形例は、別個独立に又は組み合わせた状態で、高い検出効率、即ち、分割アパーチュアに対する二次粒子の少ない損失及び検出器に対する二次粒子の少ない損失並びに開始角度に依存する二次粒子の良好な識別を得るよう利用できる。
【００５７】
幾つかの実施形態によれば、検出装置をトポグラフィ測定モードと一検出チャネルモード（one-detection-channel mode）との間で切り換えることができる。１００％ＢＦ像を作り出すことができる。それにより、アパーチュアプレートに信号ビームの電位へのバイアスをかけることによって減速をオフに切り換えることができる。さらに、集束レンズ３０１は、ビームを集束させるよう制御され、その結果、このビームが対応の中央検出素子２２２上で検出可能に中央アパーチュア２０２を完全に通過することができるようにする。さらに別の動作モードによれば、信号ビームを中央アパーチュア型開口部の中心に向かって集束させるのが良く、減速電圧をアパーチュアプレートに印加するのが良い。それによりエネルギーフィルタを提供することができ、この場合、十分に高いエネルギーを持つ信号粒子だけがアパーチュア型開口部を通過することができる。強すぎる減速作用を与えた信号粒子は、アパーチュアプレートのところで反射される。したがって、エネルギーフィルタを提供することができる。同様に、これ又上述した外側アパーチュア型開口部を利用するトポグラフィ動作モードをエネルギーフィルタ処理と組み合わせるのが良く、そのようにするために、アパーチュアプレートの減速電圧を上昇させ、ついには、開始エネルギーの最も低い信号粒子が反射されるようにする。したがって、開始エネルギーの大きな信号粒子だけがアパーチュアプレートの開口部のうちの１つを通過して対応の検出素子に向かって加速されて信号発生を可能にするよう検出される。
【００５８】
上述したように、本明細書において説明する実施形態としての粒子光学系２００は、信号ビーム、例えばＳＥ束を複数の小さな束に分割する。例えば、これは、中央の内側束（開始角度の低いＳＥ）及び極性開始角度の大きい番号１、２、４、８又はそれ以上の外側束であるのが良い。それにより、各部分束を平均方位角を中心として心出しするのが良い。代表的な具体化例では、外側束の数は、２つの寸法方向におけるトポグラフィ感度を得るために少なくとも４であるのが良い。しかしながら、これよりも大きい数も又採用可能である。
【００５９】
本明細書において説明する実施形態によれば、束、即ち信号ビームの部分は、検出器組立体の個々の検出素子を用いて検出される。検出素子は、図２Ｃに示されているように隙間Ｇだけ空間分離されている。例えば、検出素子は、電子検出器（ｐｉｎダイオード、シンチレータ等）であるのが良い。したがって、密に配置された検出素子、例えばセグメント化ｐｉｎダイオード等の使用を回避することができる。それにより、能動的セグメントを分離するｐｉｎダイオード領域に関連した問題、例えば充電、信号ロス及び／又はクロストークの発生を回避することができる。セグメント化検出器の高価な且つ複雑な開発サイクルを回避することができる。さらにもう１つ、センサ設計における融通性が高くなり、その結果、迅速な製品化までの時間サイクルが得られる。
【００６０】
本明細書において説明する実施形態によれば、二次ビーム光学系２００は、荷電粒子ビーム装置のために利用され、この場合、二次ビーム又は信号ビームは、一次ビーム、即ち、試料上で案内されている一次ビームから分離され、それにより一次ビームが試料上に当たると共に信号ビーム又は二次ビームが結果的に生じる。
【００６１】
一次電子ビームと二次電子ビームを分離する２つの主要な方法が存在し、これら方法の両方は、磁界を横切る移動中の電子に加わる力が電子の速度に依存するという事実を利用する。これは、ローレンツ力の法則により説明される基本的な原理である。一次電子と二次電子は、本質的に互いに逆方向に移動するので、２つの束に作用する力は、横方向磁界中を移動しているときに方向が逆になるであろう。
【００６２】
考えられるビーム分離器の１つは、ウィーンフィルタである。本発明の実施形態としてのウィーンフィルタ構成が図７Ａに概略的に示されている。エミッタ２０５が一次電子ビーム１３０を放出し、この一次電子ビームは、ウィーン型運動量‐分散フィルタ２１５を通過し、そして対物レンズ１０によってサンプル１２５上に集束される。二次電子ビーム１４０が対物レンズ１０及びウィーン型フィルタ２１５を一次電子ビーム１３０の方向とは逆の方向に通過する。ウィーンフィルタは、一次電子ビーム１３０がウィーンフィルタ２１５によって影響を受けないで通り、他方、二次電子ビーム１４０がウィーンフィルタ２１５を通過しているときに二次電子ビーム１４０が曲げられて二次電子ビーム１４０が一次電子ビーム１３０に対して傾けられた状態でコラムから出るように構成されているのが良い。二次電子を一次電子ビームからいったん分離すると、二次電子ビームを例えば二次電子光学系２００、即ち、荷電粒子を偏向させると共に集束させる荷電粒子ユニットによって一次電子ビームに影響を及ぼさないで集束させると共にフィルタ処理するのが良い。電子検出器２２０が二次電子を検出し、検出素子２２０の各々について、即ち、検出チャネルの各々について二次電子信号１４５を生じさせる。一次ビーム及び二次ビームは、試料平面上の同一の物理的空間を実際に占めるが、これらビームは、説明を分かりやすくするために図７Ａでは別々の矢印で描かれている。
【００６３】
ウィーンフィルタは、互いに交差する電界と磁界を利用し、これら磁界の大きさは、一次ビームに加わる正味の力がゼロであり、二次ビームに加わる偏向（横方向）力が生じるように調節される。
【００６４】
ウィーンフィルタ２１５の使用の仕方について概略的な図が図７Ｂ及び図７Ｃに更に示されている。それにより、ウィーンフィルタ内の電界と磁界は、図７Ｂでは、一次荷電粒子ビームが影響を受けないように調節される。これとは対照的に、図７Ｃでは、電界と磁界は、二次電子粒子ビームが影響を受けないよう調節される。それにもかかわらず、両方の実施形態は、一次ビームと二次ビームの分離を利用している。かくして、集束又はフィルタ処理を一次荷電粒子ビームに影響を及ぼさないで二次荷電粒子のビームに利用することができる。さらに、図７Ｄに示されている別のオプションによれば、両方のビームを或る程度偏向させ、それによりビーム分離が達成されるようにすることが可能である。例えば、本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な幾つかの実施形態によれば、アクロマート（色消し）１／２（二分の一）Ｅ×Ｂウィーンフィルタが提供されるのが良い。それにより、一次ビームを色収差補正的に偏向させるのが良く、すると一次ビームと二次ビームが互いに分離される。
【００６５】
一次ビームと二次ビームを分離する別の方法は、電界を用いないで磁気偏向を用いることである。図８Ａは、本発明の実施形態としての磁気ビーム分離器光学系の構成を概略的に示している。エミッタ２０５が一次電子ビーム１３０を生じさせ、この一次電子ビームは、先ず、第１の磁気偏向器４１５によって偏向され、その結果、一次電子ビーム１３０が角度をなして二次磁気偏向器４２０に入る。一次ビームに対する磁気ビーム分離器の影響を小さく保つためには、第１の磁気偏向器４１５での偏向角を１０°未満に保つ必要がある。一次電子ビームは、二次磁気偏向器４２０を通過して試料１２５に方向付けられる。次に、ビーム１４０の二次電子が第２の磁気偏向器４２０によって偏向され、その結果、一次ビーム１３０と二次ビーム１４０の全分離角αは、第１の磁気偏向器４１５中の一次ビームの全偏向角のほぼ２倍になる（１５〜２０°）。この分離は、ビームベンダであるセクタ４４０を一次ビーム１３０から機械的に隔離して二次ビーム１４０を偏向させるのに足るほど強力に作ることができるのに十分であり、その結果、二次電子は、今や、一次ビームに対して大きな角度、即ち、３０°〜１００°の角度をなして移動しているようになる。
【００６６】
一般に、本明細書において開示する実施形態と組み合わす場合のあるセクタは、静電セクタであっても良く磁気セクタであっても良く静電と磁気の組み合わせセクタであっても良い。静電セクタに必要な空間は、磁気部分を含むセクタに必要な空間よりも狭いので、代表的には、静電セクタが用いられる。
【００６７】
少なくとも一寸法方向に発散度（集束）の減少を既に実施したセクタ４４０に続き、１組の二次電子光学系２００が設けられ、この１組の二次電子光学系は、二次電子の開始角度に応じて二次電子を更に集束させると共に偏向させる。注目すべきこととして、この形態の採用の結果として、コラムがシフトされる場合があり、即ち、一次ビーム光学系の上側部分（例えば、エミッタ２０５及びパート１磁気偏向器４１５）が下側部分（例えば、パート２磁気偏向器４２０及び対物レンズ１０）から側方にシフトされる。かくして、エミッタ２０５は、試料１２５の視線ビューをもたない。二次電子ビーム１４０は、二次電子光学系２００の通過後、電子検出器組立体２２０によって検出され、それにより検出素子の各々又は検出チャネルの各々にとってそれぞれの二次電子信号１４５が生じる。
【００６８】
広角ビーム分離を達成するため、ビームベンダ又はセクタをビーム分離器の後ろに使用するのが良い。一次ビームは、完全に遮蔽され、したがって、セクタ電界及び／又は磁界の影響を受けない。セクタ４４０は、静電セクタであっても良く磁気セクタであっても良く又はこれら両方のセクタであっても良い。空間が検討事項である場合、静電ビームベンダが用いられる。
【００６９】
図８Ａは、一次及び二次荷電粒子ビームに影響を及ぼす磁気偏向器で実現された特定の実施形態を示している。図８Ｂ及び図８Ｃは、一般に実現可能な用途を概略的に示している。これらビーム経路を他の実施形態の任意他の細部と組み合わせることができる。
【００７０】
磁気偏向器４２０が図示されている。図８Ｂでは、一次荷電粒子ビームは、規定された入射角で磁気偏向器に入り、そして試料に向かって偏向される。試料から放出された二次電子のビームは、磁気偏向器のその途中まで入って光コラムの方へ戻り、そして偏向されて一次荷電粒子ビームと二次荷電粒子ビームが分離されるようになる。磁気偏向器４２０は、一次荷電粒子ビームと二次荷電粒子ビームとの間の分離ユニットとして作用する。
【００７１】
図８Ｂに示された一般的な使用法を図８Ｃ及び図８Ｄに示されている互いに異なる実施形態に適用することができる。図８Ｃでは、電子を放出する銃（ガン）４０５は、試料への衝突における電子方向に対して傾けられている。放出された電子及び試料に当たる電子の平行な一次電子ビーム方向が必要な場合、別の磁気偏向器４１５を用いて磁気偏向器４２０によって導入されるビーム傾斜を補償するのが良い。この場合も又、これら概略的なビーム経路を荷電粒子光学系の別の細部を示す任意他の実施形態を組み合わせることができる。
【００７２】
図９Ａ及び図９Ｂを参照して別の実施形態について説明する。図９Ａは、セクタ４４０を示している。セクタ４４０は、電子ビームを曲げるのに役立つ負に帯電したＵ字形曲がり部５３５及び正に帯電したＵ字形曲がり部５２５を有している。オプションとして、１対のセクタ側板が設けられるのが良い。それにより、電子ビームは、一寸法方向に集束され、更に高エネルギー状態に維持され、それにより高速検出に影響を及ぼす場合のある飛行時間効果が回避される。第２の寸法方向における集束は、四極素子５４５内で生じる。それにより、セクタ４４０と四極素子は、二重集束セクタユニットを形成する。さらに、二重集束を得るために四極素子の代わりにシリンダーレンズを用いることが可能な場合がある。
【００７３】
電子ビームは、本明細書において説明するように二次ビーム光学系２００に入る。しかる後、高速でありしかも開始角度と相関関係をなすトポグラフィ情報を含む検出を検出器組立体２２０によって実施することができる。
【００７４】
図９Ｂの別の実施形態では、半球形セクタ５７０が用いられている。半球形に鑑みて、このセクタに入った電子ビームは、両方の寸法方向に集束される。かくして、二重集束セクタユニット５７０には、必要な追加の集束ユニットはない。二次粒子の結果として、上述したように信号が発生する。
【００７５】
本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な更に別の実施形態によれば、図９Ｂは、電圧供給源９９２，９９４，９９６を更に示している。電圧供給源９９２は、アパーチュアプレート２０１にバイアスをかけるためにアパーチュアプレート２０１に接続されている。それにより、上述したような減速電界を提供することができる。代表的な例によれば、減速電界は、約２０ｋｅＶ〜３０ｋｅＶの粒子エネルギーの減少分に対応することができる。電圧供給源９９４は、二次粒子を検出素子２２２に向かって加速するために検出素子２２２に接続されている。それにより、この場合も又集束が提供される。加速電界は、約２０ｋｅＶ〜３０ｋｅＶの粒子エネルギーの増大分に対応することができる。
【００７６】
別の実施形態（図示せず）によれば、二重集束セクタユニット（図４Ａでは符号４４０，５４５で示され又は図９Ｂでは符号５７０で示されている）の集束を追加の集束ユニットを用いて支援するのが良い。かくして、二重集束セクタユニットは、追加のレンズ、例えばアインゼル（Einzel）レンズを更に含むのが良い。この追加のレンズは又、セクタのピントをフィルタ、例えばアパーチュアプレートの中央開口部内に形成された電位サドルの位置に対応した位置に動かすよう利用できる。
【００７７】
次に、図９Ｃを参照して別の観点について説明するが、一実施形態としての検出光学系が示されている。図９Ｃは、偏向角度増大ユニットとして働くセクタ４４０を示している。例えば３°〜１５°の角度だけ光軸から既に隔てられた二次電子ビームは、検出器組立体２２０に向かって更に偏向される。
【００７８】
一般に、静電ビームベンダは、円筒形か半球形かのいずれかである場合がある。円筒形形式には、ビームを曲げると、二次電子が一方の平面内に集束され、他方の平面内には集束されないという欠点がある。半球形ビームベンダは、二次ビームを両方の平面内に集束させる。円筒形セクタを横方向平面内の集束を達成するためにバイアスがかけられる側部プレートと共に使用するのが良く、それにより、半球形セクタとほぼ同じ集束特性を生じる。
【００７９】
図９Ｃは、かかる円筒形セクタの略図である。側部プレート（図示せず）をセクタ電極５２５，５３５相互間の隙間の前及び後に位置決めするのが良い（この図の透視図に関して）。代表的な実施形態によれば、信号ビームの第１のクロスオーバが本質的に対物レンズ１０内に又はその直後に提供される。信号ビームの第２のクロスオーバが、代表的には、セクタ４４０の後ろに提供される。第３のクロスオーバが集束レンズ３０１の集束行為によって動作モード（これについては、例えば図３Ａを参照されたい）に応じて提供されるのが良い。
【００８０】
本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な更に別の実施形態によれば、粒子光学系２００は、図９Ｃに示されているような別の素子を含むのが良い。特に、ＥＢＩ用途及び一次電子ビームの走査が検出に影響を及ぼす広い視野、例えば、５０μｍ×５０μｍ以上の走査面積を有する他の用途の場合、二次光学系２００のために別の光学素子を利用するのが良い。それにより、粒子光学系は、信号ビームがビーム分割アパーチュアプレート２０１に入る前に信号ビーム、例えばＳＥ束を整形することができる。本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な代表的な実施形態によれば、粒子光学系は、集束レンズ３０１及び／又は１つ又は２つ以上の偏向組立体９０１／９０３を含むのが良い。
【００８１】
幾つかの実施形態によれば、集束レンズが設けられるのが良い。集束レンズは、信号ビームを中央検出素子上に集束させて明視野像を生じさせる。変形例として、集束レンズは、信号ビームを中央アパーチュア内の電位サドル上に集束させ、他方、アパーチュアプレートには、エネルギーフィルタ処理像を発生させるためにバイアス電圧がかけられる。さらに別の変形例によれば、集束レンズ３０１は、信号ビームを末広がりにすることができ又は信号ビームの発散度を調節して信号ビームの直径を減速アパーチュアプレートの直径に合わせて調節するようにすることができる。したがって、集束レンズを用いると、互いに異なる動作モード、即ち画像化モードを切り換えることができる。
【００８２】
本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な更に別の実施形態によれば、粒子光学系２００は、１つ又は２つ以上の偏向組立体を更に含むのが良い。それにより、偏向組立体９０１，９０３は、信号ビーム、例えばＳＥ束をアパーチュアプレートに位置合わせするよう制御可能である。追加的に又は代替的に、偏向組立体は、信号ビームをデスキャン（de-scan ）するために制御できる。即ち、試料に当たった際に信号ビームを発生させる一次ビームの走査の結果として生じる信号ビームの運動を補償するために偏向（デスキャン又は脱走査、アンチスキャン又は走査防止（anti-scan ）、又はカウンタースキャン又は対抗走査（counter-scan））が行われる。
【００８３】
代表的な実施形態によれば、走査防止を特に広い視野（ＦＯＶ）を備えたシステムで利用するのが良い。例えば１００μｍ×１００μｍ以上の広いＦＯＶの場合、一次ビームの走査によっても、信号ビームが偏向される。信号ビームのこの偏向を補償しない場合、かかる偏向の結果として、検出器上での信号ビームの運動が生じ、このことは、検出結果が一様ではなく、ＦＯＶ内のビーム位置で決まることを意味する。かかる運動は、信号ビームに影響を及ぼす粒子光学系全体（例えば、対物レンズ、ビームスプリッタ、ビームベンダ及び集束レンズを含む）が像走査運動を検出素子上に拡大する場合に、特に顕著であろう。
【００８４】
代表的な実施形態によれば、偏向組立体９０１，９０３の各々に関し、偏向電圧に接続可能な少なくとも４枚で１組をなす偏向プレートを設けるのが良い。偏向電圧を一次ビームの像走査と同期させて増幅させるのが良く且つ／或いは回転させて一次ビーム走査により生じた信号ビームの偏向がセンサ平面内における信号ビームの運動を打ち消すようにするのが良い。
【００８５】
幾つかの実施形態によれば、偏向組立体、例えばデスキャン偏向器を中央開口部の中心上に固定されたＳＥ束の光軸をウェーハ上のＰＥビーム位置とは無関係に保つよう、示唆された検出器組立体のすぐ前に配置するのが良い。しかしながら、代表的な例によれば、デスキャンも又、二次粒子発生後にできるだけ早く行われるのが良い。これにより、信号ビームに関して一定の軸線が確立され、この軸線は、かくして、信号ビームの集束素子に容易に位置合わせ可能である。したがって、信号ビームが集束素子の軸外れ状態で移動している間における信号ビームの集束に起因して生じる信号ビームの収差を回避することができる。
【００８６】
図９Ｃに示されているように、第１の偏向組立体９０１は、信号ビームをデスキャンして信号ビームを集束レンズ３０１に位置合わせすることができる。第１の偏向組立体９０１の偏向により、信号ビームの光軸に対するビーム傾きが導入される場合がある。第２の偏向組立体９０３によってこのビーム傾きを補償することができる。第２の偏向組立体は、アパーチュアプレート２０１上への位置合わせ具合を一段と向上させることができる。
【００８７】
二次電子ビーム１４０は、対物レンズ１０に設けられた開口部４１０及びプレート５２０に設けられた開口部を通過してセクタ４４０に入る。セクタ４４０は、二次電子ビーム４０５を曲げるのに役立つ負に帯電したＵ字形曲がり部５３５及び正に帯電したＵ字形曲がり部５２５を有する。さらに、１対のセクタ側板が設けられている。それにより、二次電子ビーム４０５は、これがＳＥ位置合わせ四極素子を通っているときに位置合わせされ、これがＳＥ集束レンズ４５０を通っているときに集束される。次に、二次電子ビーム４０５は、接地プレート４５５に設けられた開口部及びＳＥ光学系２００に設けられた開口部を通過して電子検出器組立体２２０に至る。
【００８８】
側部プレートが設けられていない円筒形セクタの欠点は、このセクタがＳＥビームを一方の平面（この紙面の上下）に集束させ、他方の平面（紙面に出入りする方向）には集束させないということにある。このように集束しないという事態は、円筒形セクタの側部に電極を配置してこの平面内での集束作用を強制的に実施することによって補償できる。セクタによる一様な集束作用に関して２つの動因が存在する。一方の動因は、高速検出器上に小さなスポットを設けることであり、他方の動因は、フィルタが二次ビームのエネルギーと方向の両方に対して敏感なので良好なエネルギーフィルタ処理を可能にすることにある。
【００８９】
かくして、フィルタは、二次電子のほぼ焦点に配置されるべきである。
【００９０】
図１０は、本発明の実施形態としてのウェーハ検査システム９００の略図であり、このウェーハ検査システムは、図２〜図６を参照して上述した電子光学サブシステムを採用している。電子ビームコラム９０２がｅ‐ビーム（電子ビーム）源９０４、磁気ビーム分離器９０６及び一次ビーム９１０をｘ‐ｙステージ９１５上に支持されたウェーハ９１２に当てる対物レンズ９０８を収容している。ウェーハ９１２からの二次電子がビーム分離器９０６、セクタ９１４及び集束・偏向素子２００を通過して検出器２２０に至る。検出器２２０から信号は、画像化エレクトロニクス９２０に送られる。
【００９１】
ウェーハ９１２及びステージ９１５は、隔離フレーム９２４上に支持された真空チャンバ９２２内に納められている。真空ポンプ９２６が動作中、チャンバ９２２及びコラム９０２内に適当な真空を維持する。ウェーハ９１２は、ウェーハハンドラサブシステム９２８によってチャンバ９２２内に配置されたりこれから取り出されたりする。
【００９２】
ウェーハ検査システム９００は、例えば制御プロセッサ、画像プロセッサ及び画像メモリを含むコンピュータシステム９３０によって制御される。コンピュータシステム９３０は、入力／出力装置９３４、例えばキーボード及びポインティング装置又はヒューマンインタラクション（人との対話）を可能にする他の適当な装置及びディスプレイ９３６を含むワークステーション９３２と通信状態にある。制御プロセッサ９３０は、バス９３８を介して制御回路、例えば一次電子ビーム９１０を調節するＰＥビーム制御部９４０、検出器２２０に当たる適当な二次電子ビームを生じさせるためにコラム９０２の集束・偏向素子を制御するＳＥ光学系制御部９４２、ウェーハ９１２に対する一次ビーム９１０の当て具合を制御するＰＥ位置合わせ・偏向制御部９４４、真空ポンプ９２６を制御する真空ポンプ制御部９４６、ウェーハ電圧制御部９４８、ステージ制御部９５０及びハンドラ制御部９５２と通信する。制御プロセッサ９３０は又、記憶、処理及び画像分析のためにバス９３８を介して画像化エレクトロニクス９２０から画像化データを受け取る。
【００９３】
単一コラムシステムで可能なスループットよりも大きなスループットを提供するために、マルチコラムシステムも又想定される。図１１は、ウェーハ９１２の多数の領域の同時検査を可能にするためにｅ‐ビームコラム１０１０，１０１５，１０２０の列１００５を含むマルチコラムｅ‐ビームウェーハ検査システム１０００を概略的に示している。
【００９４】
図１１には、３つのサブユニットを含むマルチコラム装置が示されている。当業者には理解されるように、任意適当な他の数を利用することができる。例えば、５本、１０本又は１５本の電子ビームの列をなした状態で配列することができる。
【００９５】
さらに、数個の列を隣接して位置決めすることが可能である。それにより、試料に当たる電子ビームのアレイが実現される。分離された荷電粒子ビームにとって十分な空間を提供するため、例えば、２つの列を代表的には互いに隣接して配列するのが良い。それにもかかわらず、空間上の制約がない場合、３つ、５つ又は任意他の適当な数の列も又利用することができる。
【００９６】
数個のサブコラムを、一線をなして、アレイをなして又は他のパターンをなして配置するため、単一ビームコラムの場合、通常、単一電子ビームに個々に作用するコンポーネントのうちの幾つかを組み合わせるのが良い。かくして、１つのエミッタアレイは、全ての電子ビームを放出し又は１つの対物レンズがマルチビーム装置の全てのビームを集束させる。以下に例示が与えられている。
【００９７】
多数のビームをアレイ状に配置する別の実施形態が図１２に示されている。この図では、各ビームについて追加的にマルチアパーチュアが設けられている。かくして、偏向器を用いて互いに異なるアパーチュアを選択するのが良い。本出願人と同一の譲受人に譲渡された欧州特許出願第０３００６７１６号明細書に開示されているようなマルチアパーチュアのアパーチュア型開口部の選択に関する追加の詳細も又利用するのが良い。
【００９８】
装置１３０は、ハウジング１３１及び試料チャンバ１３５を有している。このハウジング並びに試料チャンバは、真空ポートを介して排気されるのが良い。試料チャンバ内では、試料１３は、試料ステージ１３６上に置かれ、この試料ステージは、試料を２つの方向に別個独立に動かすことができる。試料の制御のため、運動制御ユニット１３６′が試料ステージ１３６に連結されている。４本の電子ビーム１２の各々がそれ自体の光軸１１を有する。ビームは、エミッタアレイ１３２によって放出される。エミッタアレイは、制御ユニット１３２′によって制御され、即ち、ビーム電流、アノード電位及び各電子ビームのための試料１３に対する走査と電子ビームの考えられる同期がそれぞれ制御される。各電子ビームのためのアインゼルレンズモジュールを含むマルチレンズシステム（系）１３３が４本の荷電粒子ビームのためのコンデンサレンズとして用いられる。レンズシステム１３３は、制御ユニット１３３′によって制御される。制御ユニットを共通制御部１３９に接続するのが良い。
【００９９】
一般に、図１２の実施形態を参照するまでもなく、単一ビーム又はマルチビームコラムが代表的には各一次電子ビームのための少なくとも２つの集束素子を有する。複数枚のレンズ（又は少なくとも１枚のレンズ）が電子ビームをレンズ相互間の高い電位（ビームブースト電位）状態にあるようにさせることができる浸漬レンズであれば有利である。さらに、一変形例によれば、放出されたビームを付形するのに組み合わせ型銃‐コンデンサレンズが好ましい。
【０１００】
電子ビームを試料１３上に集束させるため、全ての電子ビームについて磁気静電複合レンズ１３４が用いられる。それにより、磁気サブレンズは、共通励起コイルを共有し、各電子ビームに関し、静電サブレンズが複合レンズ内に組み込まれる。磁気静電複合レンズのコンポーネントは、制御ユニット１３４′によって制御される。
【０１０１】
図１２では、静電レンズ１３３及び磁気静電複合レンズ１３４が例示的に用いられている。これとは異なり、２つの静電レンズを用いることができ、即ち、コンデンサレンズ及び対物レンズとして用いることができる。変形例として、２つの磁気静電複合レンズを用いることができ、即ち、コンデンサレンズ及び対物レンズとして用いることができる。しかしながら、コンデンサレンズが必要なく、たった１枚のマルチビームレンズを用いることも又可能である。それにより、静電レンズ又は磁気静電複合レンズを用いることができる。さらに、近接電極８２及びそれぞれの制御ユニット８２′が提供され、それにより、４本の電子ビームの各々に対応した抽出電界が実現される。加うるに、各電子ビーム１２に関し、ビームブースト電位を提供する電極１３７が提供される。上述のコンポーネントのほかに、偏向スイッチシステムが各電子ビームについて設けられる。
【０１０２】
図８Ａ〜図８Ｄに示された磁気偏向システムとは対照的に、４つの偏向器の組み合わせは、エミッタサブユニットの光軸と共通した対物レンズサブユニットの光軸を見込んでいる。第１の偏向ステージ１４は、電子ビーム１２をアパーチュアユニット４１内で用いられているアパーチュアの種類に応じて、左又は右に偏向させる。各電子ビームに関し、アパーチュアユニット４１は、大電流測定モードについては大きなアパーチュアを含み、高分解能測定モードのために小さなアパーチュアを含む。
【０１０３】
二次電子は、各電子ビームについて設けられたセクタ４４０によって一次電子ビームから分離される。図１２の略図に記載されたビーム分離は、図の平面内に示されている。これは、図面を分かりやすくするためにのみ行われている。一般に、ビーム分離及びかくして検出ユニットの配置状態は又、図の平面に直交した寸法方向に実現できる。
【０１０４】
二次電子の検出のため、集束・偏向光学系２００が設けられている。全ての検出ユニットは、コントローラ１６′／４４′によって制御され、これに対し、各偏向ステージ１４は、制御ユニット１４′によって制御される。
【０１０５】
上述の内容は、本発明の実施形態に関するが、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別の実施形態を想到でき、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲の記載に基づいて定められる。
【符号の説明】
【０１０６】
１０  対物レンズ
１０４  コラム（筒）長さ
１０５  エミッタ
１１５  環状二次電子検出器
１２５  試料
１３０  一次電子ビーム
１３５  開口部
１４０  二次電子
１４５  二次電子信号
２００  粒子光学系又は二次電子光学系
２０１  アパーチュアプレート
２０２  内側アパーチュア型開口部
２０４  外側アパーチュア型開口部
２１５  ウィーン型運動量‐分散フィルタ
２２０  検出器構造体
２２２  検出素子
３０１  集束レンズ
４００  セクタ
５４５  四極素子
９００  ウェーハ検査システム
９０１，９０３  偏向組立体
９０２  コラム
９２０  画像化エレクトロニクス
９２２  チャンバ
９２６  真空ポンプ
９３０  制御プロセッサ
９４０  ＰＥビーム制御部
９４２  ＳＥ光学系制御部
９９２  電圧供給源
【図１】
2015023032.tif 000003
【図２Ａ】
2015023032.tif 000004
【図２Ｂ】
2015023032.tif 000005
【図２Ｃ】
2015023032.tif 000006
【図２Ｄ】
2015023032.tif 000007
【図２Ｅ】
2015023032.tif 000008
【図３Ａ】
2015023032.tif 000009
【図３Ｂ】
2015023032.tif 000010
【図４】
2015023032.tif 000011
【図５】
2015023032.tif 000012
【図６Ａ】
2015023032.tif 000013
【図６Ｂ】
2015023032.tif 000014
【図７Ａ】
2015023032.tif 000015
【図７Ｂ】
2015023032.tif 000016
【図７Ｃ】
2015023032.tif 000017
【図７Ｄ】
2015023032.tif 000018
【図８Ａ】
2015023032.tif 000019
【図８Ｂ】
2015023032.tif 000020
【図８Ｃ】
2015023032.tif 000021
【図８Ｄ】
2015023032.tif 000022
【図９Ａ】
2015023032.tif 000023
【図９Ｂ】
2015023032.tif 000024
【図９Ｃ】
2015023032.tif 000025
【図１０】
2015023032.tif 000026
【図１１】
2015023032.tif 000027
【図１２】
2015023032.tif 000028