(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子エネルギー分析器装置であって、
荷電粒子の通過のための開口をもつ第１の導電性メッシュであって、第１の側部上で前記荷電粒子を受け取り、前記荷電粒子を第２の側部に受け渡すように配列される、第１のメッシュと、
前記第１のメッシュの前記第２の側部と前記第１の電極との間に、第１のキャビティが形成されるように配列される、第１の電極と、
前記荷電粒子の通過のための開口をもつ第２の導電性メッシュであって、第２の側部上で前記荷電粒子を受け取り、前記荷電粒子を第１の側部に受け渡すように配列される、第２のメッシュと、
前記第２のメッシュの第１の側部と前記第２の電極との間に第２のキャビティが形成されるように配列される、第２の電極と、
前記荷電粒子の通過のための開口をもつ第３の導電性メッシュであって、第１の側部上で前記荷電粒子を受け取り、前記荷電粒子を第２の側部に受け渡すように配列される、第３のメッシュと、
前記荷電粒子が前記第３のメッシュを通過した後に、前記荷電粒子を受け取るように配列される、位置検知荷電粒子検出器と
を備え、
更に、
１次電子ビームを発生するように構成される電子ソースと、
前記１次電子ビームを、ターゲット基板の表面にあるスポットに集束させるように構成される対物レンズと、
前記ターゲット基板の前記表面にわたって、前記１次電子ビームを制御可能に偏向させるように構成されるデフレクタと、
を備え、
前記１次電子ビームが、前記ターゲット基板の前記表面から２次電子を射出させ、
前記荷電粒子は、前記２次電子であり、
前記位置検知荷電粒子検出器は、前記１次電子ビームの光軸の周りに放射状に配置された複数の検出器セグメントを有し、
前記各検出器セグメント間には空間が存在し、
前記各検出器セグメントは、前記光軸と前記ターゲット基板の前記表面との交点を中心に極角方向に回動可能である、
装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、
前記第１のメッシュ、前記第２のメッシュ、および、前記第３のメッシュが、単一のメッシュ構造の一部である、装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の装置であって、
前記第１の電極が、第１の導電性プレートを備え、前記第２の電極が、第２の導電性プレートを備える、装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の装置であって、
前記第１のメッシュ、前記第２のメッシュ、および、前記第３のメッシュが、電気的に接地され、前記第１の電極および前記第２の電極に負の電圧が印加される、装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の装置であって、
前記メッシュを前記電極に電気的に結合する抵抗的側壁
をさらに備える、装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置であって、
前記抵抗的側壁が、電圧ステップダウンアレイを備える、装置。
【請求項７】
請求項５に記載の装置であって、
前記抵抗的側壁が、抵抗性コーティングを施した側壁を備える、装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の装置であって、
前記荷電粒子の軌跡が、前記第１のメッシュを通って前記第１のキャビティに入り、前記第１の電極から離れて偏向し、前記第２のメッシュを通って前記第２のキャビティに入り、前記第２の電極から離れて偏向し、前記第３のメッシュを通って前記第２のキャビティから出る、装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の装置であって、
前記第１のキャビティにおいて静電界を遮蔽するように配列される第１の導電性シールドと、前記第２のキャビティにおいて静電界を遮蔽するように配列される第２の導電性シールドと
をさらに備える装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載の装置であって、
前記位置検知荷電粒子検出器の表面の前に配列される金属メッシュと、
前記金属メッシュと前記表面との間の電圧差によって生成された静電界と
をさらに備える、装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０までのいずれか一項に記載の装置であって、
前記検出器セグメントが、台形の検出器表面を備える、装置。
【請求項１２】
荷電粒子のエネルギーを分析する方法であって、
前記荷電粒子を、第１の導電性メッシュを通過させて、第１のキャビティに入れることと、
前記荷電粒子を第１の導電性プレートから離れて偏向させることと、
前記荷電粒子を、第２の導電性メッシュを通過させて、前記第１のキャビティから出し、第２のキャビティに入れることと、
前記荷電粒子を第２の導電性プレートから離れて偏向させることと、
前記荷電粒子を、第３の導電性メッシュを通過させて、前記第２のキャビティから出すことと、
位置検知検出器を用いて前記荷電粒子を検出することと
を含み、
前記方法は、更に、
電子銃を使用して１次電子ビームを発生することと、
前記１次電子ビームを、ターゲット基板の表面にあるスポットに集束させることと、
前記ターゲット基板の前記表面から２次電子を射出させることと、
前記１次電子ビームを、前記ターゲット基板の前記表面にわたって制御可能に偏向させることと、
を含み、
前記荷電粒子は、前記２次電子であり、
前記位置検知検出器は、前記１次電子ビームの光軸の周りに放射状に配置された複数の検出器セグメントを有し、
前記各検出器セグメント間には空間が存在し、
前記方法は、前記各検出器セグメントを、前記光軸と前記ターゲット基板の前記表面との交点を中心に極角方向に回動させることを更に含む、
方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、
前記第１の導電性メッシュ、前記第２の導電性メッシュ、および、前記第３の導電性メッシュが、単一のメッシュ構造の一部である、方法。
【請求項１４】
請求項１２または請求項１３に記載の方法であって、
前記導電性メッシュが電気的に接地され、前記第１の導電性プレートおよび前記第２の導電性プレートに負の電圧が印加される、方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、
第１の導電性シールドを使用して前記第１のキャビティを遮蔽することと、
第２の導電性シールドを用いて前記第２のキャビティを遮蔽することと
をさらに備える、方法。
【請求項１６】
請求項１２から請求項１５までのいずれか一項に記載の方法であって、
前記検出器表面で発生した３次電子を抑制または除去するように、検出器表面と前記検出器表面の前のメッシュとの間に静電界を印加すること
をさらに含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、発明者Ｋｈａｓｈａｙａｒ  Ｓｈａｄｍａｎにより２００９年７月１７日に出願された「Ｅｎｅｒｇｙ  Ａｎａｌｙｚｅｒ」と題する米国仮特許出願第６１／２２６６８２号に基づく優先権を主張するものであり、その開示は全体的に本明細書に参照として組み込まれる。
【０００２】
本開示は、荷電粒子のエネルギー分析器に関する。
【背景技術】
【０００３】
電子が原子のコアレベルから射出され、空孔を出るとき、より高いエネルギーレベルからの電子は、より低いエネルギーレベル空孔に落ちることがある。この結果、射出された光子の形態で、あるいは、別の電子を放出することによってエネルギーが放出される。このようにして放出される電子は、オージェ電子と呼ばれる。
【０００４】
従来のオージェ電子分光計は、半球形エネルギー分析器、円筒鏡型分析器および双曲線電界分析器を含む。半球形エネルギー分析器および円筒鏡型分析器は直列分光計であり、列様式で完全なスペクトルを収集するために、分光計が走査される。双曲線電界分析器は、完全なスペクトルが並列様式で収集される並列分光計の例である。
【発明の概要】
【０００５】
１つの実施形態は、荷電粒子エネルギー分析器装置に関する。第１のメッシュは、第１の側部上で荷電粒子を受け取り、荷電粒子を第２の側部に受け渡すように配列され、第１の電極は、第１のキャビティが第１のメッシュの第２の側部と第１の電極との間に形成されるように配列される。第２のメッシュは、第２の側部上で荷電粒子を受け取り、荷電粒子を第１の側部に受け渡すように配列され、第２の電極は、第２のキャビティが第２のメッシュの第１の側部と第２の電極との間に第２のキャビティが形成される。最後に、第３のメッシュは、第１の側部上で荷電粒子を受け取り、荷電粒子を第２の側部に受け渡すように配列され、位置検知荷電粒子検出器は、荷電粒子が第３のメッシュを通過した後に、荷電粒子を受け取るように配列される。
【０００６】
別の実施形態は、荷電粒子のエネルギーを分析する方法に関する。荷電粒子は、第１の導電性メッシュを通過して、第１のキャビティに入る。第１のキャビティにおいて、荷電粒子は、第１の導電性プレートから離れて偏向する。次いで、荷電粒子は、第２の導電性メッシュを通過して、第１のキャビティをから出て、第２のキャビティに入る。第２のキャビティにおいて、荷電粒子は、第２の導電性プレートから離れて偏向する。次いで、荷電粒子は、第３の導電性メッシュを通過して、第２のキャビティから出る。荷電粒子は、第２のキャビティを出たあと後に、位置検知検出器を用いて検出される。第１のメッシュ、第２のメッシュおよび第３のメッシュは、別個でも、または単一のメッシュ構造の部分でもよい。
【０００７】
他の実施形態、態様および特徴も開示される。
本発明は以下の適用例としても実現可能である。
［適用例１］
荷電粒子エネルギー分析器装置であって、
荷電粒子の通過のための開口をもつ第１の導電性メッシュであって、第１の側部上で前記荷電粒子を受け取り、前記荷電粒子を第２の側部に受け渡すように配列される、第１のメッシュと、
前記第１のメッシュの前記第２の側部と前記第１の電極との間に、第１のキャビティが形成されるように配列される、第１の電極と、
前記荷電粒子の通過のための開口をもつ第２の導電性メッシュであって、第２の側部上で前記荷電粒子を受け取り、前記荷電粒子を第１の側部に受け渡すように配列される、第２のメッシュと、
前記第２のメッシュの第１の側部と前記第２の電極との間に第２のキャビティが形成されるように配列される、第２の電極と、
前記荷電粒子の通過のための開口をもつ第３の導電性メッシュであって、第１の側部上で前記荷電粒子を受け取り、前記荷電粒子を第２の側部に受け渡すように配列される、第３のメッシュと、
前記荷電粒子が前記第３のメッシュを通過した後に、前記荷電粒子を受け取るように配列される、位置検知荷電粒子検出器と
を備える、装置。
［適用例２］
適用例１に記載の装置であって、
前記第１のメッシュ、前記第２のメッシュ、および、前記第３のメッシュが、単一のメッシュ構造の一部である、装置。
［適用例３］
適用例１に記載の装置であって、
前記第１の電極が、第１の導電性プレートを備え、前記第２の電極が、第２の導電性プレートを備える、装置。
［適用例４］
適用例１に記載の装置であって、
前記第１のメッシュ、前記第２のメッシュ、および、前記第３のメッシュが、電気的に接地され、前記第１の電極および前記第２の電極に負の電圧が印加される、装置。
［適用例５］
適用例１に記載の装置であって、
前記メッシュを前記電極に電気的に結合する抵抗的側壁
をさらに備える、装置。
［適用例６］
適用例５に記載の装置であって、
前記抵抗的側壁が、電圧ステップダウンアレイを備える、装置。
［適用例７］
適用例５に記載の装置であって、
前記抵抗的側壁が、抵抗性コーティングを施した側壁を備える、装置。
［適用例８］
適用例１に記載の装置であって、
前記荷電粒子の軌跡が、前記第１のメッシュを通って前記第１のキャビティに入り、前記第１の電極から離れて偏向し、前記第２のメッシュを通って前記第２のキャビティに入り、前記第２の電極から離れて偏向し、前記第３のメッシュを通って前記第２のキャビティから出る、装置。
［適用例９］
適用例１に記載の装置であって、
前記第１のキャビティにおいて静電界を遮蔽するように配列される第１の導電性シールドと、前記第２のキャビティにおいて静電界を遮蔽するように配列される第２の導電性シールドと
をさらに備える装置。
［適用例１０］
適用例１に記載の装置であって、
前記位置検知荷電粒子検出器の表面の前に配列される金属メッシュと、
前記金属メッシュと前記表面との間の電圧差によって生成された静電界と
をさらに備える、装置。
［適用例１１］
適用例１に記載の装置であって、
前記位置検知荷電粒子検出器の検出器セグメント
をさらに備える、装置。
［適用例１２］
適用例１１に記載の装置であって、
前記検出器セグメントが、台形の検出器表面を備える、装置。
［適用例１３］
適用例１１に記載の装置であって、
前記検出器セグメントが、極方向に回転可能である、装置。
［適用例１４］
適用例１に記載の装置であって、
前記荷電粒子が電子を含み、前記装置が、
１次電子ビームを発生するように構成される電子ソースと、
前記１次電子ビームを、ターゲット基板の表面にあるスポットに集束させるように構成される対物レンズと、
前記ターゲット基板の前記表面にわたって、前記１次電子ビームを制御可能に偏向させるように構成されるデフレクタと
をさらに備え、
前記１次電子ビームが、前記ターゲット基板の前記表面から２次電子を射出させ、
前記２次電子の軌跡が、前記第１のキャビティおよび前記第２のキャビティを通過し、前記位置検知荷電粒子検出器によって検出される、
装置。
［適用例１５］
荷電粒子のエネルギーを分析する方法であって、
前記荷電粒子を、第１の導電性メッシュを通過させて、第１のキャビティに入れることと、
前記荷電粒子を第１の導電性プレートから離れて偏向させることと、
前記荷電粒子を、第２の導電性メッシュを通過させて、前記第１のキャビティから出し、第２のキャビティに入れることと、
前記荷電粒子を第２の導電性プレートから離れて偏向させることと、
前記荷電粒子を、第３の導電性メッシュを通過させて、前記第２のキャビティから出すことと、
位置検知検出器を用いて前記荷電粒子を検出することと
を含む、方法。
［適用例１６］
適用例１５に記載の方法であって、
前記第１の導電性メッシュ、前記第２の導電性メッシュ、および、前記第３の導電性メッシュが、単一のメッシュ構造の一部である、方法。
［適用例１７］
適用例１５に記載の方法であって、
前記導電性メッシュが電気的に接地され、前記第１の導電性プレートおよび前記第２の導電性プレートに負の電圧が印加される、方法。
［適用例１８］
適用例１７に記載の方法であって、
第１の導電性シールドを使用して前記第１のキャビティを遮蔽することと、
第２の導電性シールドを用いて前記第２のキャビティを遮蔽することと
をさらに備える、方法。
［適用例１９］
適用例１５に記載の方法であって、
前記荷電粒子が電子を含み、前記方法が、
電子銃を使用して１次電子ビームを発生することと、
前記１次電子ビームを、ターゲット基板の表面にあるスポットに集束させることと、
前記ターゲット基板の前記表面から２次電子を射出させることと、
前記１次電子ビームを、前記ターゲット基板の前記表面にわたって制御可能に偏向させることと
をさらに含み、
前記ターゲット基板の前記表面から射出される前記２次電子の軌跡が、前記第１のキャビティおよび前記第２のキャビティを通って進み、前記位置検知荷電粒子検出器によって検出される、
方法。
［適用例２０］
適用例１５に記載の方法であって、
前記検出器表面で発生した３次電子を抑制または除去するように、検出器表面と前記検出器表面の前のメッシュとの間に静電界を印加すること
をさらに含む、方法。
［適用例２１］
適用例１５に記載の方法であって、
前記位置検知荷電粒子検出器のセグメントの極回転をさらに備える、方法。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】従来のエネルギー分析器を含む走査電子顕微鏡の選択構成要素を示す断面図である。
【図２】さらに詳細な従来のエネルギー分析器と、その中の電子軌跡とを示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態によるマルチキャビティエネルギー分析器を含む走査電子顕微鏡の選択構成要素を示す断面図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態によるマルチキャビティエネルギー分析器をさらに詳細に示す断面図である。
【図４Ｂ】図４Ａのマルチキャビティエネルギー分析器上で重畳される電子軌跡を示す図である。
【図５】セグメント化された検出器表面の例示的な実装形態を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による例示的な電圧ステップダウンアレイを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、従来のエネルギー分析器１１０を含む走査電子顕微鏡の選択構成要素を示す断面図である。図示のように、１次電子ビーム１０１は、電子銃１１１から発し、光軸に沿って電子ビーム対物レンズ１０２を通って進んで、ターゲット基板１０８の表面上に集束する。
【００１０】
対物レンズ１０２は、光軸を中心にして構成される。対物レンズ１０２は、内側極片１０３と外側極片１０４とを備えることができる。対物レンズ１０２は、（磁気コイルのような）電磁デバイスで構成することができ、それにより、基板１０８の表面のスポット上に１次電子ビーム１０１を集束させるために使用され得る磁界が発生する。デフレクタ１１２は、たとえば、ラスタパターンの表面にわたってビームスポットを走査するように、制御可能な方法で１次電子ビーム１０１を偏向させるために使用することができる。
【００１１】
エネルギー分析器１１０は、１次電子ビームの衝突に起因して基板１０８から射出された２次電子を検出するように配置される。図２に関して、エネルギー分析器１１０の動作について以下にさらに説明される。
【００１２】
図２は、さらに詳細な従来のエネルギー分析器１１０と、その中の電子軌跡２１２とを示す断面図である。図２では、この装置の光軸は、ｚ軸となるように規定される。したがって、１次電子ビーム１０１は、ｚ軸上を進み、次いでターゲット基板１０８に衝突する。図２のＲ軸は、ｚ軸からの半径距離を示す。
【００１３】
図示のように、ｚ軸を中心にして、エネルギー分析器１１０を放射状に配列することができる。エネルギー分析器１１０は、電気的に接地された環状導電性メッシュ２０２と、負の電圧−Ｖでバイアスされる環状導電性プレート２０４とを含む。
【００１４】
内側側壁２０６および外側側壁２０８によって、メッシュ２０２とプレート２０４とを電気的に結合することができる。メッシュ２０２、プレート２０４ならびに側壁（２０６および２０８）は、一緒に、メッシュ２０２からプレート２０４に及ぶ比較的一様な静電界（Ｅフィールド）２１３が存在するチャンバまたはキャビティを形成する。
【００１５】
ターゲット基板１０８から射出される２次電子に関する電子軌跡２１２を示す。図示のように、軌跡２１２が極角θのある特定の範囲内にある２次電子は、メッシュ２０２を通過し、エネルギー分析器１１０のチャンバに入ることができる。
【００１６】
電子が負に帯電しているので、Ｅフィールド２１３は、電子軌跡２１２がプレート２０４から離れて偏向するように下向きの力を提供する。偏向した電子は、メッシュ２０２を通過して、位置検知検出器２１０に衝突する。
【００１７】
よりエネルギーが高い電子はより遠くまで進み、ｚ軸からさらに離れた位置で位置検知検出器２１０に衝突する。例示のために、図２は、様々な初期極角θをもつが、３つの例示的なエネルギーレベルのうちの１つをもつ電子の軌跡を示す。より低いエネルギーレベルの電子は、位置検知検出器２１０に沿ってより近接した半径方向位置２１４に着く。中間のエネルギーレベルの電子は、位置検知検出器２１０に沿って中間の半径方向位置２１６に着く。最後に、より高いエネルギーレベルの電子は、位置検知検出器２１０に沿ってより遠い半径方向位置２１８に着く。
【００１８】
図２のエネルギー分析器１１０の設計に関する１つの問題は、位置検知検出器２１０とターゲット基板１０８との間には、検出チェーンスタック２１１のための空間がごくわずかしかないということである。マイクロチャネルプレート検出器のコンテキストでは、検出チェーンスタック２１１とは、検出器の利得を増大させるために使用される複数のマイクロチャネルプレートを指す。そのような検出チェーンスタック２１１が必要な場合、検出器２１０の径方向範囲が制限され、それにより、並行して検出することができるエネルギーの範囲が低減される。
【００１９】
図３は、本発明の一実施形態によるマルチキャビティエネルギー分析器３１０を含む走査電子顕微鏡の選択構成要素を示す断面図である。図示のように、１次電子ビーム１０１は、電子銃１１１から発し、光軸に沿って電子ビーム対物レンズ１０２を通って進んで、ターゲット基板１０８の表面上に集束する。
【００２０】
対物レンズ１０２は、光軸を中心にして構成される。対物レンズ１０２は、内側極片１０３と外側極片１０４とを備えることができる。対物レンズ１０２は、（磁気コイルのような）電磁デバイスで構成することができ、それにより、基板１０８の表面のスポット上に１次電子ビーム１０１を集束させるために使用され得る磁界が発生する。デフレクタ１１２は、たとえば、ラスタパターンの表面にわたってビームスポットを走査するように、制御可能な方法で１次電子ビーム１０１を偏向させるために使用することができる。
【００２１】
本発明の一実施形態によると、マルチキャビティエネルギー分析器３１０は、１次電子ビーム１０１の衝突に起因して基板１０８から射出される２次（または散乱した）電子を検出し、分析するように配置される。図４Ａおよび図４Ｂに関して、マルチキャビティエネルギー分析器３１０の動作を以下のさらに説明する。
【００２２】
図４Ａは、本発明の一実施形態によるマルチキャビティエネルギー分析器３１０をさらに詳細に示す断面図である。図４Ｂは、図４Ａのマルチキャビティエネルギー分析器３１０上で重畳される電子軌跡４２０を示す。図４Ａおよび図４Ｂでは、装置の光軸は、ｚ軸となるように規定される。したがって、１次電子ビーム１０１は、ｚ軸上を進み、次いでターゲット基板１０８に衝突する。このＲ軸は、ｚ軸からの半径距離を示す。
【００２３】
マルチキャビティエネルギー分析器３１０は、ｚ軸を中心にして、放射状に対称に配列され得る。その場合、マルチキャビティエネルギー分析器３１０は、電気的に接地された環状導電性中央メッシュ４０２（内側部分４０２−ａ、中間部分４０２−ｂおよび外側部分４０２−ｃを備える）と、負の電圧−Ｖでバイアスされる第１の環状導電性電極（「頂部電極」）４０４と、負の電圧−Ｖでバイアスされる第２の頂部環状導電性電極（「底部電極」）４１２とを含む。一実施形態では、頂部電極および底部電極（４０４および４１２）は、環状の金属プレートを備えることができる。他の実施形態では、これらの電極の一方または両方は、ワイヤメッシュを備えることができる。頂部電極および底部電極（４０４および４１２）をワイヤメッシュとして実装することは、３次電子を生成する表面積が低減されるという点で有利である。
【００２４】
中央メッシュの内側部分４０２−ａの内側端部と頂部電極４０４の内側端部とを電気的に結合するように、頂部内部抵抗的側壁４０６を構成することができる。中央メッシュの中間部分４０２−ｂの外側端部と頂部電極４０４の外側端部を電気的に結合するように、頂部外部抵抗的側壁４０７を構成することができる。中央メッシュの内側部分および中間部分（４０２−ａおよび４０２−ｂ）と、頂部電極４０４と、頂部内側抵抗的側壁および頂部外側抵抗的側壁（４０６および４０７）とは、一緒に、中央メッシュの内側部分および中間部分（４０２−ａおよび４０２−ｂ）から頂部電極４０４に及ぶ比較的一様な静電界（Ｅフィールド）４１１が存在する第１の（頂部）キャビティ（またはチャンバ）４１０を形成する。電気的に接地された上方シールド４０８は、上方チャンバ４１０を収容し、検出器チェーンスタック４２１または他の構成要素から漂遊電界からＥフィールド４１１を遮蔽するように配列することができる。
【００２５】
中央メッシュの中間部分４０２−ｂの内側端部と底部電極４１２の内側端部とを電気的に結合するように、底部内部抵抗的側壁４１４を構成することができる。中央メッシュの外側部分４０２−ｃの外側端部と底部電極４１２の外側端部とを電気的に結合するように、底部外部抵抗的側壁４１５を構成することができる。中央メッシュの中間部分および外側部分（４０２−ｂおよび４０２−ｃ）と、底部電極４１２と、底部内側抵抗的側壁および外側抵抗的側壁（４１４および４１５）とは、一緒に、中央メッシュの中間部分および外側部分（４０２−ｂおよび４０２−ｃ）から底部電極４１２に及ぶ比較的一様な静電界（Ｅフィールド）４１９が存在する第２の（底部）キャビティ（またはチャンバ）４１８を形成する。電気的に接地された下方シールド４１６は、漂遊電界および２次電子からのＥフィールド４１９を遮蔽するように、底部内部抵抗的側壁４１４の内側とすることができる。
【００２６】
図４Ｂに、１次電子ビーム１０１の衝突に起因してターゲット基板１０８から射出された２次電子（ＳＥ）に関する電子軌跡４２０が示される。図示のように、軌跡４２０が極角θの許容範囲内にある２次電子は、マルチキャビティエネルギー分析器３１０の上方チャンバ４１０に入るように、アパーチャおよび中央メッシュの内側部分ｃ４０２−ａを通過することができる。アパーチャは、ＳＥ極角の許容範囲を制限するように構成される環状スリットの形態であり得る。たとえば、ＳＥ極角の許容範囲は、基板１０８の表面に関して３０度に集中する。
【００２７】
電子が負に帯電しているので、上方チャンバ４１０中のＥフィールド４１１は下向き力を提供し、それにより、電子軌跡４２０が頂部電極４０４から離れて偏向する（ミラーリングされる）。この第１の偏向後、電子は、中央メッシュの中間部分４０２−ｂを通過して、マルチキャビティエネルギー分析器３１０の下方チャンバ４１８に入る。
【００２８】
電子が負に帯電しているので、下方チャンバ４１８中のＥフィールド４１９は上向き（反発）力を提供し、それにより、電子軌跡４２０は、底部電極４１２から離れて偏向される（ミラーリングされる）。この第２の偏向後、電子は、中央メッシュの外側部分４０２−ｃを通過して、位置検知検出器４２１に衝突する。したがって、この実施形態では、２次電子は、中央メッシュ４０２を３回通過してから検出器にぶつかる。
【００２９】
図４Ａに示すように、位置検知検出器４２１の前にワイヤメッシュ４３０を構成してもよいことを留意されたい。ワイヤメッシュ４３０と位置検知検出器４２１との間の電位差を生成することによって、これら２つの間に調整可能な静電界を生成することができる。静電界は、メッシュ４３０のほうへ、または検出器４２１の前面のいずれかのほうへ向くことができる。
【００３０】
フィールドの方向および強度は、検出器表面において生成される３次電子を抑制するか、またはそれらを除去するように構成され得る。検出器表面で発生した３次電子を抑制するために、静電界は、検出器表面とは反対に向くように構成される。検出器表面で発生した３次電子を除去するために、静電界は、検出器表面の方を向くように構成される。静電界は、アナライザ焦点にも寄与する。
【００３１】
よりエネルギーが高い２次電子は、より遠くまで進み、ｚ軸からさらに離れた位置で位置検知検出器４２１に衝突する。例示のために、図４Ｂは、様々な初期極角θをもつが、３つの例示的なエネルギーレベルのうちの１つをもつ２次電子の軌跡を示す。より低いエネルギーレベルの２次電子は、位置検知検出器４２１に沿ってより近接した半径方向位置４２３に着く。中間のエネルギーレベルの２次電子は、位置検知検出器４２１に沿って中間の半径方向位置４２４に着く。最後に、高いエネルギーレベルの２次電子は、位置検知検出器４２１に沿った遠い半径方向位置４２５に着く。本発明の一実施形態によれば、位置検知検出器４２１によって検出可能な最も低いエネルギーレベルは、Ｕ＝ｅＶであり、位置検知検出器４２１によって検出可能な最も高いエネルギーレベルは、Ｕ＝２ｅＶであり、ここで、ｅは電子電荷であり、−Ｖは電極４０４および４１２に印加される電位である。
【００３２】
図４Ａおよび図４Ｂのマルチキャビティエネルギー分析器３１０の１つの利点は、検出チェーンスタック４２２（たとえば、検出利得を増加させるためのマイクロチャネルプレートのスタック）のための空間は、ターゲット基板１０８の近接度によって制約されないことである。これにより、高利得が必要とされる場合でも、位置検知検出器４２１の径方向の範囲が完全に使用できるようになる。マルチキャビティエネルギー分析器３１０の別の利点は、アナライザキャビティの内部で生成される３次電子からのバックグラウンド信号を低減するということである。これは、３次電子が（より真っ直ぐな単一のミラー経路と比較して）検出器表面までダブルミラーＳ湾曲経路を辿る可能性が低くなるためである。
【００３３】
図４Ｂに示されるように、マルチキャビティエネルギー分析器３１０内の電子の軌跡４２０は、「Ｓ」型曲線を辿る。したがって、マルチキャビティエネルギー分析器３１０は、「Ｓ曲線」エネルギー分析器として想起され得る。また、マルチキャビティエネルギー分析器３１０は、少なくとも２つのミラー電極を使用するので、「タンデムミラー」エネルギー分析器であると見なすことができる。
【００３４】
本発明の一実施形態によれば、位置検知検出器４２１の表面平面は、メッシュ４０２の平面に関して約＋１１度傾斜している。（対照的に、図２の位置検知検出器２１０は、約−１１度の対頂角で傾斜している。）出願人は、この＋１１度の傾斜位置において、１次集束条件および２次集束条件が同時に満たされ、それにより、かなり大きい極角開口に対して優れたエネルギー分解能が提供されると判断した。たとえば、２０度にわたる極角開口に対して、１％以下のエネルギー分解能が達成された。
【００３５】
ｚ軸（電子カラムの光軸）を中心にして検出器の傾斜位置を回転させることにより、円錐形状が生じる。そのような円錐形の検出器表面を構築することは、いくらか問題がある場合がある。したがって、本発明の一実施形態によれば、台形のアノードを備えるセグメント化された検出器表面を使用して、円錐形状に近似させることができる。
【００３６】
図５は、セグメント化された検出器表面の例示的な実装形態を示す図である。いくつかの台形セグメント５０２は、ｚ軸（電子カラムの光軸）の周りに配置されるものとして示される。他の実装形態は、様々な数のセグメント５０２を有することができる。円錐形の検出器表面にいっそう近似させるために、より多くのセグメントを使用することができる。示されるように、検出器表面の内側縁部５０４は下方にあり、すなわち、ターゲット基板１０８により近接し、検出器表面の外側縁部５０６は上方にあり、すなわちターゲット基板１０８からより遠くにある。
【００３７】
平坦な検出器表面上のアノードをもつ理想的なランディングパターンに近似させるために、検出器表面上のアノード形状を楕円形状にしてもよい。したがって、図５は、また、各検出器表面上に配置される、いくつかの例示的な楕円形形状のアノード回線５０８を示す。焦点面は実際には円錐形上なので、楕円形形状はうまく動作する、
【００３８】
さらに、検出器表面がセグメント化される（また、セグメント間に十分な空間がある）場合、各セグメントは、原点（Ｒ＝０、ｚ＝０）を中心にして極方向に回転可能であり得る。これにより、エネルギー分析器は、より高い取り出し角またはより低い取り出し角に関連付けられた極範囲をサンプリングすることができるようになる。
【００３９】
本発明の一実施形態によれば、（たとえば、約２０度にわたる）大きい極角開口は、方位角Φの完全な３６０度範囲にわたる検出器表面と結合することができる。出願人は、そのような構成を用いると、マルチキャビティエネルギー分析器３１０は、２次電子流の約３０％の相当な割合を収集することが可能であると判断した。さらに、上述の集束条件は電子エネルギーとは無関係なので、ある範囲のエネルギーの並列取得を同時に行うことができる。
【００４０】
最大理論高低エネルギー比がほぼ２．０なるように、検出器平面の高エネルギー電子と低エネルギー電子とをオーバーラップさせることによって、並列に検出することができるエネルギーの範囲を制限することができることを留意されたい。この場合、たとえば、低エネルギーＵLから高エネルギーＵHまでの所望のエネルギー範囲からのスペクトルは、およそＮ＝ｌｏｇ（ＵH／ＵL）／ｌｏｇ（２）個のステップで取得することができる。
【００４１】
図６は、本発明の一実施形態による電圧ステップダウンアレイを使用して実装される抵抗的側壁を示す断面図である。この場合、図示される電圧ステップダウンアレイは、頂部電極４０４と中央メッシュ４０２との間に配列された頂部内側抵抗的側壁４０６のために使用される。同じ基本構造を、エネルギー分析器の他の抵抗的側壁（４０７、４１４および４１５）のために使用することができる。
【００４２】
図示のように、一連のレール６０２を使用して抵抗的側壁４０６を形成することができ、それらのレール６０２にはステップダウン電圧が印加される。例示される特定の例では、側壁４０６に対して７つのレール６０２があり、ステップダウン電圧は、１／８Ｖずつ増分するが、ここで、−Ｖは頂部電極４０４に適用される電圧であり、中央メッシュ４０２は電気的接地にある。（キャビティがセグメント化される場合、対応する内側レールおよび外側レールの端部を、径方向のレールセグメントによって接続することができる。）
【００４３】
代替実施形態では、抵抗的側壁（４０６、４０７、４１４および４１５）は、抵抗性コーティングを有する側壁を備えることができる。このような実施形態では、抵抗性コーティングは、電圧を、頂部電極４０４（または底部電極４１２）から中央メッシュ４０２まで連続的な（すなわち、アナログな）様式で遷移させるのが効果的である。
【００４４】
ｚ軸の周りに放射状に対称（または、ほぼ放射状に対称）であるマルチキャビティエネルギー分析器３１０の実施形態について上述したが、ｚ軸の周りに放射状に非対称である他の実施形態を実装してもよい。マルチキャビティエネルギー分析器３１０は、一般に、３つの電極を備え、２枚の平行プレートは、その間に配置されるメッシュに関して負にバイアスされる。これらの電極の表面は、任意の特定の形状を有する必要はない。電極の形状は、実際には、たとえば、矩形でも円形でもよい。電極は、一般に、異なる内側半径および外側半径を有し、１つまたは複数のセクタを形成するために、制限された範囲の方位角のいずれかにわたるか、または完全２πラジアン（３６０度）を占める。内側半径内で開口は、顕微鏡の対物レンズのための空間を提供し、この空間は１次電子をガイドする。
【００４５】
上記の説明は、荷電粒子がエネルギー分析器によって検出される際に電子を用いる実施形態に重点をおくが、他の実施形態を使用して、他の荷電粒子を検出してもよい。とえば、検出される荷電粒子は、負または正に帯電したイオンであり得る。検出される荷電粒子が正に帯電したイオンである場合、頂部電極および底部電極（４０４および４１２）は正となり、電圧ステップダウンアレイ（４０６、４０７、４１４および４１５）は、正の電圧をステップダウンする。
【００４６】
さらに、上述した実施形態では、中央メッシュ４０２は、電気的に接地されるものとして記載されているが、他の実施形態によれば、中央メッシュ４０２は接地される必要はない。たとえば、中央メッシュ４０２を、電気的に分離し、比較的小さい電圧でバイアスすることができる。
【００４７】
さらに、本発明の好ましい実施形態によれば、中央メッシュ４０２は、主に半径方向に延長されるワイヤから構成することができる。この実施形態では、荷電粒子軌跡の径方向の混乱は、方位方向に延びているクロスワイヤを最小限に抑えることによって、低減されるのが有利である。
【００４８】
上記で説明した図は、必ずしも一定の縮尺でなくて、例示的なものであり、特定の実装形態に限定することを意図するものではない。界浸対物レンズの具体的な寸法、ジオメトリおよびレンズ電流は、変動し、各実装形態に左右される。
【００４９】
上述の発明は、自動検査システムにおいて使用することができ、製造環境におけるウエハ、Ｘ線マスクおよび同様の基板の検査に適用することができる。本発明の主な使用は、ウエハ、光マスク、Ｘ線マスク、電子ビーム近接マスク、およびステンシルマスクの検査に関することが予想されるが、本明細書で開示される技法は、任意の材料（場合によっては生物学的なサンプルを含む）の高速電子ビーム結像に適用可能とすることができる。
【００５０】
上記の説明では、本発明の実施形態の完全な理解を与えるために、多数の具体的な詳細が提供される。しかしながら、例示した本発明の実施形態の上記の説明は、網羅することを意図するものでも、発明を開示された正確な形態に限定するものでもない。当業者には、具体的な詳細のうちの１つまたは複数を用いずに、または、他の方法、構成要素などを用いて、本発明を実行することができることが認識されよう。他の例では、周知の構造または動作は、本発明の態様を不明瞭にしないように、詳細に図示または記載されていない。本発明の特定の実施形態、および本発明に関する例について、例示のために本明細書に記載してきたが、当業者には認識されるように、本発明の範囲内において、様々な等価修正形態が可能である。
【００５１】
上記の詳細な説明に照らして、本発明に対してこれらの修正を行うことができる。添付の特許請求の範囲において使用される用語は、本発明を明細書および特許請求の範囲において開示される特定の実施形態に限定するものとして解釈するべきではない。そうではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって判断されるべきであり、請求項解釈の確立された原則したがって解釈されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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