(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次荷電粒子ビームを発生させるように適合された１次ビーム源装置であって、前記１次ビーム源装置が、熱電界エミッタＴＦＥ源、冷電界エミッタＣＦＥ源、およびカーボンナノチューブからなるグループの中から選択された高輝度低エネルギー幅ビーム源である、１次ビーム源装置と、
球面収差および色収差の補償のうち少なくとも１つを提供するように適合されたミラー補正装置であって、前記ミラー補正装置が３つ以上の別個の電極を備える、ミラー補正装置と、
前記１次荷電粒子ビームを前記ミラー補正装置に伝送し、前記ミラー補正装置によって反射された補償１次荷電粒子ビームから前記１次荷電粒子ビームを分離するように適合された第１のビーム分離器であって、前記補償１次荷電粒子ビームが前記第１のビーム分離器の中心に集束され、前記第１のビーム分離器が少なくとも１つの双極子磁界を発生させるように構成された少なくとも１つの磁気偏向器を有する、第１のビーム分離器と、
前記１次ビーム源装置から発射された前記１次荷電粒子ビームを前記第１のビーム分離器の中心に集束させるように適合されたトランスファレンズと、
前記補償１次荷電粒子ビームを試料上に集束させるように適合された対物レンズであって、前記１次ビーム源装置と前記対物レンズの間を伝搬する前記１次荷電粒子ビームおよび前記補償１次荷電粒子ビームの荷電粒子が、少なくとも１５ｋｅＶの高いビームブーストエネルギーを有し、前記対物レンズは前記補償１次荷電粒子ビームの荷電粒子を約１ｋｅＶ以下の入射エネルギーまで減速させる減速電界静電レンズである、対物レンズと、
前記補償１次荷電粒子ビームを前記試料に伝送し、前記試料から生じた２次荷電粒子ビームから前記補償１次荷電粒子ビームを分離するように適合された第２のビーム分離器と、
を備え、
前記第１のビーム分離器および前記第２のビーム分離器は、無分散結合磁気静電偏向ユニットであり、前記荷電粒子ビーム装置は、約１ｋｅＶ以下の入射エネルギーでおよそサブハーフナノメートル以下の分解能を提供するように構成された、荷電粒子ビーム装置。
【請求項２】
前記第１のビーム分離器と前記第２のビーム分離器の間、または、前記１次ビーム源装置と前記第１のビーム分離器の間に配置された少なくとも１つのコンデンサレンズをさらに備える、請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項３】
前記ミラー補正装置は、前記対物レンズおよび前記少なくとも１つのコンデンサレンズうちの少なくとも１つを補正するように適合されている、請求項２に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項４】
前記１次ビーム源装置、前記トランスファレンズ、前記ミラー補正装置および前記第１のビーム分離器は、収差補償ビーム源装置を形成する、請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項５】
前記第１のビーム分離器と前記第２のビーム分離器の間の光路上に配置された出口開孔をさらに備え、前記出口開孔が、前記第２のビーム分離器へ向かう前記補償１次荷電粒子ビームの開口角を調整するように適合されている、請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項６】
前記１次ビーム源装置と前記第１のビーム分離器の間の光路上に配置された別の開孔をさらに備え、前記別の開孔が、前記第１のビーム分離器上に入射する前記１次荷電粒子ビームの開口角を調整するように適合されている、請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項７】
前記トランスファレンズとコンデンサレンズのうちの少なくとも一方が、少なくとも２つのレンズを備えるレンズシステムに含まれている、請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項８】
荷電粒子ビーム装置を動作させる方法であって、
１次ビーム源装置を用いて１次荷電粒子ビームを発生させるステップであって、前記１次ビーム源装置が、熱電界エミッタＴＦＥ源、冷電界エミッタＣＦＥ源、およびカーボンナノチューブからなるグループの中から選択された高輝度低エネルギー幅ビーム源である、ステップと、
前記１次荷電粒子ビームを第１のビーム分離器の中心に集束させるステップと、
前記荷電粒子ビーム装置の光学部品によって導入された球面収差および色収差のうち少なくとも１つを、ミラー補正装置により補償し、補償１次荷電粒子ビームが提供されるような態様で提供するステップであって、前記ミラー補正装置が３つ以上の別個の電極を備え、前記補償１次荷電粒子ビームは、前記第１のビーム分離器の中心に集束される、ステップと、
前記第１のビーム分離器によって、前記１次荷電粒子ビームから前記補償１次荷電粒子ビームを分離するステップであり、前記第１のビーム分離器が、少なくとも１つの双極子磁界を発生させるように構成された少なくとも１つの磁気偏向器を有する、ステップと、
対物レンズによって、前記補償１次荷電粒子ビームを検査対象の試料上に集束させるステップであって、前記１次ビーム源装置と前記対物レンズの間を伝搬する前記１次荷電粒子ビームおよび前記補償１次荷電粒子ビームの荷電粒子が、少なくとも１５ｋｅＶの高いビームブーストエネルギーを有し、前記対物レンズは前記補償１次荷電粒子ビームの荷電粒子を約１ｋｅＶ以下の入射エネルギーまで減速させる減速電界静電レンズである、ステップと、
第２のビーム分離器によって、前記試料から生じた２次荷電粒子ビームを前記補償１次荷電粒子ビームから分離するステップであり、前記第１のビーム分離器および前記第２のビーム分離器は、無分散結合磁気静電偏向ユニットである、ステップと、
前記試料から生じた前記２次荷電粒子ビームを分析するステップと
を含み、約１ｋｅＶ以下の入射エネルギーでおよそサブハーフナノメートル以下の分解能を提供する、方法。
【請求項９】
前記第１のビーム分離器によって前記１次荷電粒子ビームから分離される前記補償１次荷電粒子ビームは、球面収差および色収差のうち少なくとも１つの補償を提供するように適合された補正波形を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記補正波形は、収差に対して負の収差を含み、
交差偏向静電磁界によって、分散補償およびビームアライメントのうち少なくとも１つが実行される、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願の実施形態は、例えば試験システム用途、リソグラフィシステム用途、集積回路試験、欠陥レビュー（Ｄｅｆｅｃｔ  Ｒｅｖｉｅｗ）、微小寸法測定（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）、電子ビーム検査、表面画像化（ＳＥＭ）などに対して適合された荷電粒子ビーム装置に関する。本出願の実施形態はさらに、荷電粒子ビーム装置を動作させる方法に関する。本出願の実施形態はさらに、高輝度電子銃を、例えば欠陥レビュー用途、微小寸法測定用途および電子ビーム検査（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ：ＥＢＩ）用途に対して使用する用途に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体技術では、ナノメートル規模またはサブナノメートル規模の試料を構造化することおよびプロービング（ｐｒｏｂｉｎｇ）することに対する要求が高まっている。マイクロメートル規模およびナノメートル規模のプロセス制御、検査または構造化はしばしば、電子顕微鏡、電子ビームパターン発生装置などの荷電粒子ビーム装置内で発生させ集束させた荷電粒子ビーム、例えば電子ビームを用いて実行される。検査目的において、荷電粒子ビームは、例えば光子ビームに比べて優れた空間分解能を提供する。荷電粒子ビームの波長は光ビームの波長よりも短いためである。
【０００３】
走査電子顕微鏡（ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）などの荷電粒子ビームを使用する検査装置は、複数の産業分野において、限定はされないが、製造中の電子回路の検査、リソグラフィ用の露光システム、検出装置、欠陥検査ツールおよび集積回路試験システムを含む、多くの機能を有する。このような粒子ビームシステムでは、大きな電流密度を有する微細なプローブを使用することができる。例えば、ＳＥＭの場合、１次電子（ｐｒｉｍａｒｙ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ：ＰＥ）ビームは、試料の画像化および分析に使用することができる２次電子（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ：ＳＥ）および／または後方散乱電子（ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ：ＢＳＥ）のような粒子を発生させる。
【０００４】
多くの機器が、１次ビームを試料上に集束させるのに、磁気対物レンズ、静電対物レンズまたは静電磁気複合対物レンズを使用する。いくつかの場合には、対物レンズの電界が同時に、発生した粒子（ＳＥおよびＢＳＥ）を集め、それらの粒子はレンズに入り、検出器上へ誘導される。均一で高効率の電子捕集および検出のため、２次粒子および／または後方散乱粒子は１次ビームから有益に分離される。半導体デバイス技術における特徴サイズの低減に伴って、空間分解能を、低い入射エネルギー（ｌａｎｄｉｎｇ  ｅｎｅｒｇｙ）でサブナノメートル範囲へ増大させることが求められている。特に、空間分解能を制限する可能性がある試料内での散乱を低減させるためには、１ｋｅＶ未満の低い入射エネルギーが必要となる。
【０００５】
電子光学システムに基づく高分解能画像化装置において、低減された収差および／または改良された収差補正は、考慮すべき１つの態様である。収差補正を有する荷電粒子ビーム装置を提供することは有益である。
【０００６】
先行技術のＳＥＭカラムは、対物レンズおよび／またはＳＥＭカラムに含まれるその他の光学部品の回折限界、色収差および／または球面収差のため、達成可能な分解能に限界がある。特に、５ｋｅＶ以下、特に５００ｅＶ以下の低い入射エネルギーでは、色収差が制限因子となる。この態様には、荷電粒子ビームのエネルギー幅を低減させるように適合されたモノクロメータ装置を提供することによって対処することができる。しかしながら、開口角（ａｐｅｒｔｕｒｅ  ａｎｇｌｅ）が拡大するため、球面収差が、分解能の大幅な向上を妨げる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施形態によれば、１次荷電粒子ビームを発生させるように適合された１次ビーム源装置と、球面収差および／または色収差の補償を提供するように適合されたミラー補正装置と、１次荷電粒子ビームをミラー補正装置に伝送し、ミラー補正装置によって反射された補償１次荷電粒子ビームから１次荷電粒子ビームを分離するように適合された第１のビーム分離器であり、少なくとも１つの双極子磁界を発生させるように構成された少なくとも１つの磁気偏向器を有する第１のビーム分離器と、補償１次荷電粒子ビームを試料上に集束させるように適合された対物レンズと、補償１次荷電粒子ビームを対物レンズに導き、試料から生じた２次荷電粒子ビームから補償１次荷電粒子ビームを分離するように適合された第２のビーム分離器とを備える荷電粒子ビーム装置が提供される。
【０００８】
他の実施形態によれば、荷電粒子ビーム装置を動作させる方法が提供される。この方法は、１次荷電粒子ビームを発生させるステップと、荷電粒子ビーム装置の光学部品によって導入された球面収差および／または色収差の、ミラー補正装置による補償を、補償１次荷電粒子ビームが提供されるような態様で提供するステップと、第１のビーム分離器によって、１次荷電粒子ビームから補償１次荷電粒子ビームを分離するステップであり、第１のビーム分離器が、少なくとも１つの双極子磁界を発生させるように構成された磁気偏向器を有するステップと、対物レンズによって、補償１次荷電粒子ビームを検査対象の試料上に集束させるステップと、第２のビーム分離器によって、試料から生じた２次荷電粒子ビームを補償１次荷電粒子ビームから分離するステップと、試料から生じた２次荷電粒子ビームを分析するステップとを含む。
【０００９】
従属請求項、以下の説明および図面には、追加の特徴および詳細が記載されている。
【００１０】
上に挙げた本開示の諸特徴を詳細に理解することができるように、実施形態を参照することによって、上に概要を示した本開示をより具体的に説明する。添付図面は本開示の実施形態に関し、以下に、添付図面の説明を記す。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態に基づく荷電粒子ビーム装置を概略的に示す図である。
【図２】一実施形態に基づく、収差を補償する収差補償ビーム源装置の詳細図である。
【図３Ａ】他の実施形態に基づく荷電粒子ビーム装置の略図である。
【図３Ｂ】他の実施形態に基づく荷電粒子ビーム装置の略図である。
【図３Ｃ】他の実施形態に基づく荷電粒子ビーム装置の略図である。
【図３Ｄ】他の実施形態に基づく荷電粒子ビーム装置の略図である。
【図４】荷電粒子ビーム源装置を動作させる方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
特段の言及なしに、１つの実施形態の要素を別の実施形態で有利に利用することが企図される。
【００１３】
次に、１つまたは複数の例が図に示されている本開示のさまざまな実施形態を詳細に参照する。図面の以下の説明では、同じ参照符号が同じ構成要素を指す。一般に、個々の実施形態についての相違点だけが記載される。それぞれの例は、本開示を説明するために示されているのであり、本開示を限定するものではない。さらに、１つの実施形態の部分として図示または記載された特徴を、他の実施形態上で使用しまたは他の実施形態とともに使用して、さらに別の実施形態を生み出すこともできる。本明細書の説明は、このような変更および変型を含むことが意図されている。
【００１４】
以下では、いくつかの実施形態に基づく荷電粒子ビーム装置または該装置の構成要素について説明する。本明細書に記載された実施形態は、１次荷電粒子ビームを発生させるように適合された１次ビーム源装置と、球面収差および／または色収差の補償を提供するように適合されたミラー補正装置と、１次荷電粒子ビームをミラー補正装置に伝送し、ミラー補正装置によって反射された補償１次荷電粒子ビームから１次荷電粒子ビームを分離するように適合された第１のビーム分離器と、補償１次荷電粒子ビームを試料上に集束させるように適合された対物レンズと、補償１次荷電粒子ビームを試料に伝送し、試料から生じた２次荷電粒子ビームから補償１次荷電粒子ビームを分離するように適合された第２のビーム分離器とを含む荷電粒子ビーム装置に関する。第１のビーム分離器は、少なくとも１つの双極子磁界を発生させるように構成された少なくとも１つの磁気偏向器を有する。
【００１５】
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる典型的な実施形態によれば、第１のビーム分離器と第２のビーム分離器の間に少なくとも１つのコンデンサレンズを提供することができる。このようにすると、柔軟性を持ち組立てが容易なビーム検査装置を設計することができる。
【００１６】
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる典型的な実施形態によれば、１次ビーム源装置から発射された１次荷電粒子ビームを第１のビーム分離器の中心に集束させるように適合されたトランスファレンズ（ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｌｅｎｓ）を提供することができる。
【００１７】
本明細書に記載されているとおり、荷電粒子ビームを発生させることに関するいくつかの議論および説明は、例示的に、電子顕微鏡内の電子に関してなされている。しかしながら、異なるさまざまな機器内において、この装置によって、他のタイプの荷電粒子、例えば正イオンを提供することもできる。他の実施形態と組み合わせることができる本明細書に記載された実施形態によれば、荷電粒子ビームが電子ビームを表す。
【００１８】
本明細書で言及される「試料」には、限定はされないが、半導体ウエハ、マスク、半導体加工物（ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ）およびその他の加工物、例えばメモリディスクなどが含まれる。検査し、画像化し、材料を堆積させまたは構造化する任意の加工物に対して実施形態を適用することができる。試料は、構造化する表面または層を堆積させる表面を含む。
【００１９】
本明細書で使用される用語「収差」は、荷電粒子ビーム中のレンズ焦点またはプローブの拡大を記述することを意図する。収差は、荷電粒子ビーム伝搬経路上の球面収差もしくは色収差、または荷電粒子ビーム伝搬経路上の球面収差と色収差の両方を含みうる。
【００２０】
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、これらの装置および方法を、電子ビーム検査、微小寸法測定用途および欠陥レビュー用途用に構成することができ、またはこれらの用途に対して適用することができる。「ビーム電流」に言及するときには一般に、その荷電粒子ビームが所定の電荷を運ぶことが理解される。この荷電粒子ビーム装置は特に、高速走査および高速検出に対して使用することができ、例えば、大きなプローブ電流が必要な電子ビーム検査（ＥＢＩ）システムに対して使用することができる。
【００２１】
さらに、本明細書に記載された実施形態は、荷電粒子ビーム装置を動作させる方法に関する。この方法は、１次荷電粒子ビームを発生させるステップと、荷電粒子ビーム装置の光学部品によって導入された球面収差および／または色収差の、ミラー補正装置による補償を、補償１次荷電粒子ビームが提供されるような態様で提供するステップと、第１のビーム分離器によって、１次荷電粒子ビームから補償１次荷電粒子ビームを分離するステップであり、第１のビーム分離器が、少なくとも１つの双極子磁界を発生させるように構成された少なくとも１つの磁気偏向器を有するステップと、対物レンズによって、補償１次荷電粒子ビームを検査対象の試料上に集束させるステップと、第２のビーム分離器によって、試料から生じた２次荷電粒子ビームを補償１次荷電粒子ビームから分離するステップと、試料から生じた２次荷電粒子ビームを分析するステップとを含む。
【００２２】
本明細書で使用される用語「補償１次荷電粒子ビーム」は、荷電粒子ビーム装置の光学部品または荷電粒子ビーム伝搬経路の光学部品によって導入された球面収差および／または色収差を少なくとも部分的に補償することができる１次荷電粒子ビームを記述することを意図する。本明細書で使用される用語「補償１次荷電粒子ビーム」を、収差を必ず完全に補償する荷電粒子ビームとして理解すべきではなく、試料に入射する１次荷電粒子ビーム中にいくらかの収差が残っていてもよい。
【００２３】
図１は、一実施形態に基づく荷電粒子ビーム装置を概略的に示す。参照符号１００は１次ビーム源装置を示す。１次ビーム源装置１００は、熱電界エミッタ（ｔｈｅｒｍａｌ  ｆｉｅｌｄ  ｅｍｉｔｔｅｒ）ＴＦＥ源、冷電界エミッタ（ｃｏｌｄ  ｆｉｅｌｄ  ｅｍｉｔｔｅｒ）ＣＦＥ源およびカーボンナノチューブ源からなるグループの中から選択された高輝度低エネルギー幅ビーム源として設計することができる。１次荷電粒子源を動作させることによって、１次荷電粒子ビーム５０１、例えば１次電子ＰＥのビームを発射し、そのビームを、第１のビーム分離器２０１に向かって発射方向に、例えば光軸５１０に沿って導くことができる。それによって、光軸５１０に沿った１次電子ＰＥのビームの中心線は、第１のビーム分離器２０１の中心を通る。
【００２４】
第１のビーム分離器２０１では、この１次荷電粒子ビームが、ミラー補正装置６００の中心軸とほぼ一致するミラー軸５０６の方向に偏向する。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、第１のビーム分離器２０１は、少なくとも１つの双極子磁界を発生させるように構成された少なくとも１つの磁気偏向器を有する。さらに、第１のビーム分離器２０１は、磁気偏向ビーム分離器、結合交差静電磁界ビーム分離器（ｃｏｍｂｉｎｅｄ  ｃｒｏｓｓｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ−ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｆｉｅｌｄ  ｂｅａｍ  ｓｅｐａｒａｔｏｒ）、２つ、３つまたは４つの磁気偏向器の組合せ（いわゆる２Ｂ、３Ｂまたは４Ｂ偏向器）、磁気偏向器と静電偏向器の組合せ、例えばウィーンフィルタ（Ｗｉｅｎ  ｆｉｌｔｅｒ）および無分散（ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  ｆｒｅｅ）結合磁気静電偏向ユニット、結合交差静電磁界偏向に基づく装置、すなわち結合交差静電磁気偏向ビーム分離器、ならびにこれらの任意の組合せからなるグループの中から選択することができる。
【００２５】
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、１次ビーム源装置１００と第１のビーム分離器２０１の間にトランスファレンズ１０８を配置することができる。トランスファレンズ１０８は、１次ビーム源装置１００から発射された１次荷電粒子ビーム５０１を第１のビーム分離器２０１の中心に集束させるように適合されている。１次荷電粒子ビーム５０１を第１のビーム分離器２０１の中心に集束させることによって、第１のビーム分離器２０１の中心にクロスオーバ焦点５０７を置くことができる。それによって、このようにクロスオーバを配置することにより、第１のビーム分離器２０１は、収差を全く導入しないか、または少なくとも非常に少量の収差だけを導入する。
【００２６】
第１のビーム分離器２０１は、１次荷電粒子ビーム５０１を、ミラー補正装置６００のミラー軸５０６の方向に、例えば少なくとも１つの双極子磁界を発生させるように構成された磁気偏向器によって偏向させる。クロスオーバ焦点５０７は第１のビーム分離器２０１の中心に位置するため、このクロスオーバを、ミラー補正装置６００の補正動作の基礎となる焦点として使用することができる。言い換えると、ミラー補正装置６００は、第１のビーム分離器２０１と調査対象の試料３００との間の荷電粒子ビーム伝搬経路の球面収差および／または色収差を補正するように適合されている。図１に示されているように、このビーム伝搬経路は、限定はされないが、少なくとも１つのコンデンサレンズ１０４、第２のビーム分離器２０２、対物レンズ３０１および制御電極３０２を含むことができる。このようにすると、対物レンズ３０１と少なくとも１つのコンデンサレンズ１０４のうちの少なくとも一方のレンズの球面収差および／または色収差を補償するように、ミラー補正装置６００を調整することができる。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、球面収差および／または色収差を補正するように、ミラー補正装置を適合させることができる。第２のビーム分離器２０２は、少なくとも１つの双極子偏向磁界を有する単純な偏向要素として提供することができる。この少なくとも１つの双極子磁界は、第２のビーム分離器２０２内に提供された磁気偏向器によって発生させることができる。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、第２のビーム分離器を、少なくとも１つの双極子偏向磁界を有する偏向要素とすることができる。
【００２７】
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、コンデンサレンズ１０４に対して出口開孔１０９を提供することができる。出口開孔１０９は、第１のビーム分離器２０１と第２のビーム分離器２０２の間の光路上に配置することができ、また、第２のビーム分離器２０２へ向かう補償１次荷電粒子ビーム５０２の開口角（ｏｐｅｎｉｎｇ  ａｎｇｌｅ）を画定することができるように出口開孔１０９を設計することができる。それによって、第１のビーム分離器２０１と第２のビーム分離器２０２の間のビーム伝搬経路を、単純な方式で柔軟に調整することができる。
【００２８】
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる他の実施形態によれば、第２のビーム分離器２０２を、磁気偏向ビーム分離器、結合交差静電磁界ビーム分離器、２つ、３つまたは４つの磁気偏向器の組合せ、磁気偏向器と静電偏向器の組合せ、ウィーンフィルタ、無分散結合磁気静電偏向ユニット、およびこれらの任意の組合せからなるグループの中から選択することができる。
【００２９】
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、１次ビーム源装置、トランスファレンズ、ミラー補正装置および第１のビーム分離器が、収差補償ビーム源装置を形成することができる。図２は、一実施形態に基づく収差補償ビーム源装置７００の詳細図である。図２に示されているように、収差補償ビーム源装置７００は、１次ビーム源装置１００と、ミラー補正装置６００と、収差補償ビーム源装置７００の荷電粒子ビーム伝搬経路上に提供された光学部品とを含む。１次ビーム源装置１００は電子銃１０１を含み、電子銃１０１は、カソード１０６、アノード１０２、およびアノード１０２とカソード１０６の間に配置された引出し電極１０３を有する。走査電子顕微鏡ＳＥＭに対しては、１次電子ＰＥのビームを、補償１次荷電粒子ビーム５０２として、ＳＥＭカラムの残りの部分に向かって発射するように、収差補償ビーム源装置７００が適合される。このようにすると、図２に示された配置を、収差補償ＳＥＭビーム源とみなすことができる。すなわち、従来のＳＥＭ装置内の従来のＳＥＭ源の代わりに、図２に示された「ビーム分離器−補正ミラー−トランスファレンズ−電子銃」配置を使用することができる。
【００３０】
例えば図３Ａ、図３Ｂおよび図３Ｃに示されているように、本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる他の実施形態によれば、源１００と第１のビーム分離器２０１の間に、コンデンサレンズ１０４およびコンデンサレンズ３０８を含むコンデンサレンズシステムを配置することができる。２つのコンデンサレンズを有するこのコンデンサレンズシステムは、源サイズ、開口角およびクロスオーバの位置を決定するように構成されている。特に、第１のビーム分離器２０１内のクロスオーバの位置は、２つ以上のコンデンサレンズを有するコンデンサレンズシステムによって提供することができる。
【００３１】
図３Ａは、１次ビーム源装置、例えば電子銃１０１を含む１次ビーム源装置によって１次荷電粒子ビーム５０１を発生させる実施形態を示す。１次ビーム源装置１００と第１のビーム分離器２０１の間の光学経路上に、開孔１０７、例えばビーム制限開孔を配置することができる。開孔１０７を使用して、第１のビーム分離器２０１に入射する１次荷電粒子ビーム５０１の開口角を調整することができる。さらに、開孔１０７を使用して、ミラー光学系に入る荷電粒子ビームの開口角を制御することもできる。典型的な実施形態によれば、開孔１０７を提供して、システム開孔またはこの光学システムの開孔を決定することもでき、すなわち、試料上でのプローブの形成に寄与する目的に使用される荷電粒子を規定することもできる。
【００３２】
いくつかの実施形態によれば、開孔１０７を単開孔、すなわち１つの開孔開口（ａｐｅｒｔｕｒｅ  ｏｐｅｎｉｎｇ）を有する開孔とすることができる。この開孔は、光軸に対して固定することができ、または、例えばアライメントのために光軸に対して可動とすることができる。他の実施形態によれば、開孔１０７を、開孔に２つ以上の開孔開口が提供された多開孔とすることもできる。例えば、特に開孔１０７がビーム制限開孔であるときに、開孔を通過する電流を変化させることができるように、それらの開孔開口は異なるサイズを有することができる。その場合には、その多開孔配置の前後に、個々の開孔に電子ビームを導き、そのビームを光軸５１０に戻す偏向器（図示せず）が必要となる。
【００３３】
図３Ｂは、図３Ａに関して説明した実施形態と同様のまたは同等の実施形態を示す。図３Ｂでは、開孔１０７が、第１のビーム分離器２０１と第２のビーム分離器２０２の間に提供されている。上で述べたとおり、図３Ｂに示された開孔１０７は、単開孔または多開孔とすることができる。さらに、開孔１０７は可動または固定とすることができる。
【００３４】
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる他の実施形態によれば、図３Ｃに示された別の交差静電磁界要素３０７によって、分散補正を提供することができる。結合静電磁気偏向器としての要素３０７によって、分散を補償することができる。光学配置の光学性能および複雑さに対して不利な影響を及ぼすことなく、１次および２次荷電粒子ビーム用の追加のビームアライメント光学系を提供することができる。
【００３５】
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、ミラー補正装置６００はいくつかの別個のミラー電極を含むことができ、それらのミラー電極の数は３つ、典型的には４つ、特に５つ以上である。このようにすると、球面収差もしくは色収差または球面収差と色収差の両方の収差係数範囲（ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｒａｎｇｅ）の補償に対する柔軟性を向上させることができる。
【００３６】
電極の数を増やすと、球面収差もしくは色収差または球面収差と色収差の両方の収差係数範囲の補償に対する柔軟性がより大きくなる。このことはさらに、ミラーパラメータ（例えば焦点位置、球面収差係数および色収差係数）を概して独立して制御することを可能にする。
【００３７】
ミラー補正装置６００のミラー軸５０６の方向に偏向された１次荷電粒子ビーム５０１はミラー補正装置６００によって反射され、そのようにして、補償１次荷電粒子ビーム５０２として、第１のビーム分離器２０１のクロスオーバ焦点５０７に集束する。補償１次荷電粒子ビーム５０２は次いで第２のビーム分離器２０２に向かって偏向し、第２のビーム分離器２０２は、補償１次荷電粒子ビーム５０２を入射軸５０４の方向に偏向させ、調査対象の試料３００上へ導くことができる。
【００３８】
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、前記少なくとも１つのコンデンサレンズ１０４またはコンデンサレンズシステムはそれぞれ、第１のビーム分離器２０１と第２のビーム分離器２０２の間、または例えば図３Ａ、図３Ｂおよび図３Ｃに示されているように１次ビーム源装置１００と第１のビーム分離器２０１の間に配置することができる。したがって、コンデンサ光学系は、トランスファレンズ１０８とコンデンサレンズ１０４の組合せまたはトランスファレンズシステムとコンデンサレンズシステムの組合せを含むことができる。コンデンサ光学系は、限定はされないが、少なくとも２つの別個のレンズを含むレンズシステムを含むことができる。コンデンサ光学系を、補償１次荷電粒子ビーム５０２を第２のビーム分離器２０２に向かって導き、次いで対物レンズ３０１を使用して調査対象の試料３００上に導くように適合させることができる。制御電極３０２は、対物レンズ３０１と試料３００の間の荷電粒子ビーム伝搬経路上に配置することができる。制御電極３０２を、とりわけ試料３００の位置における電界強度を調整し、したがって表面からの２次粒子の引出しを調整するように適合させることができる。補償１次荷電粒子ビーム５０２の荷電粒子が試料３００に衝突する際の入射エネルギーは、電子銃１０１と試料３００の間の電圧差によって規定される。
【００３９】
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、荷電粒子ビームカラム内で１次ビーム源装置１００と対物レンズ３０１の間を伝播する１次荷電粒子ビーム５０１および／または補償１次荷電粒子ビーム５０２の荷電粒子は、少なくとも８ｋｅＶ、典型的には少なくとも１５ｋｅＶの高いビームブーストエネルギー（ｂｅａｍ  ｂｏｏｓｔ  ｅｎｅｒｇｙ）、特に少なくとも３０ｋｅＶのエネルギーを有する。
【００４０】
一方、他の変更または代替実施形態によれば、対物レンズ３０１内および／または対物レンズ３０１と試料３００の間で、補償１次荷電粒子ビーム５０２の荷電粒子が、約１ｋｅＶ以下、典型的には約５００ｅＶ以下の入射エネルギーまで減速される。したがって、高エネルギー荷電粒子ビーム伝搬経路を有し、かつ／または入射エネルギーに比べて約１０〜５０倍のビームエネルギーをカラム内において有する高エネルギービーム装置でも、電子−電子相互作用などの荷電粒子間の相互作用に起因する広幅化効果（ｂｒｏａｄｅｎｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔ）および収差を低減させることができる。広幅化効果および収差を低減させることによって、本明細書に記載された実施形態に基づく荷電粒子ビーム装置の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）としての適用は、複数の産業分野において、限定はされないが、製造中の電子回路の検査、リソグラフィ用の露光システム、検出装置などを含む、多くの機能を有することができる。
【００４１】
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、対物レンズ３０１を、減速電界静電レンズと静電磁気複合レンズとからなるグループから選択された低収差短焦点距離レンズとして提供することができる。補償１次荷電粒子ビーム５０２を試料３００上に低入射エネルギーで微細に集束させることを達成することができる。
【００４２】
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、対物レンズ３０１または対物レンズシステムの球面収差および／または色収差に対して収差補償を実行することができる。これに加えてまたはその代わりに、コンデンサレンズ１０４またはコンデンサレンズシステムがシステム全体の収差に寄与する場合には、コンデンサレンズ１０４の球面収差および／または色収差に対して収差補償を実行することもできる。上で述べた収差は、色収差もしくは球面収差またはその両方を含むことができる。
【００４３】
ここで、トランスファレンズ１０８を、コンデンサ光学系の部分とみなすことができることを指摘しておく。他方で、トランスファレンズ１０８を、少なくとも２つの別個のレンズを含むレンズシステムとして提供することができる。
【００４４】
ミラー補正装置６００によって反射された、収差補償情報を既に含む補償１次荷電粒子ビーム５０２は次いで、試料３００をプロービングするための１次荷電粒子ビームとして使用される。補償１次荷電粒子ビーム５０２を使用して試料３００をプロービングするとき、例えばＳＥＭカラムの場合、１次電子ビームは、試料３００の画像化および分析に使用することができる２次電子ＳＥおよび／または後方散乱電子のような粒子を発生させる。試料３００を分析するために、第２のビーム分離器２０２によって、試料３００から生じた２次荷電粒子ビーム５０３が補償１次荷電粒子ビーム５０２から分離され、荷電粒子ビーム検出装置４００に向かって導かれる。それによって、例えば走査電子顕微鏡ＳＥＭの場合、試料３００から放出された２次電子ＳＥが対物レンズ３０１を通過することができ、次いで、それらの２次電子ＳＥを、荷電粒子ビーム検出装置４００によって検出することができる。
【００４５】
それによって、球面収差および色収差を補正する補正装置が組み込まれた単純なＳＥＭアーキテクチャを提供することができる。本明細書のさまざまな実施形態に記載されたミラー補正装置構成は、多極補正器（ｍｕｌｔｉｐｏｌｅ  ｃｏｒｒｅｃｔｏｒ）に比べて光学部品の数が少ないため、ロバストなアーキテクチャを提供することができる。本明細書に記載された実施形態に基づくＳＥＭアーキテクチャは、およそ１／２ナノメートル以下（サブハーフナノメートル）の分解能を低入射エネルギーで提供することができる。さらに、２次電子ＳＥを検出するための柔軟な配置および後方散乱電子ＢＳＥを検出するための柔軟な配置をそれぞれ提供することができる。それに加えて、実施形態に基づくＳＥＭアーキテクチャは、汎用性のある１次電子ビーム／２次電子ビーム分離および軸上での検出を提供する。
【００４６】
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、ミラー補正装置６００はいくつかの別個の電極を含むことができ、それらの電極の数は３つ、典型的には４つ、特に５以上である。図１に関して上で論じたとおり、電極の数を増やすと、球面収差と色収差の両方の収差係数範囲の補償に対する柔軟性をより大きくすることができる。
【００４７】
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、第１のビーム分離器２０１を、少なくとも１つの双極子偏向磁界を有する単純な偏向要素として提供することができる。この少なくとも１つの双極子磁界は、第１のビーム分離器２０１内に提供された磁気偏向器によって発生させることができる。さらに、またはその代わりに、第１のビーム分離器２０１を、偏向扇形磁界ビーム分離器または結合交差静電磁界ビーム分離器として設計することもできる。１次ビーム源装置１００によって１次荷電粒子ビーム５０１を発生させる。１次ビーム源装置１００と第１のビーム分離器２０１の間の光学経路上に、開孔１０７を配置することができる。このようにすると、源出口開孔１０７を使用して、第１のビーム分離器２０１に入射する１次荷電粒子ビーム５０１の開口角を調整することができる。さらに、開孔１０７を使用して、ミラー光学系に入る荷電粒子ビームの開口角を制御することもできる。
【００４８】
ミラー補正装置６００に導かれたときの１次荷電粒子ビーム５０１の開口角５０９は、１次ビーム源装置１００から発射された１次荷電粒子ビーム５０１を第１のビーム分離器２０１の中心に集束させるトランスファレンズ１０８の効果によって提供される立体角にほぼ一致する。さらに、電子銃１０１の仮想銃クロスオーバ点５０８の像を第１のビーム分離器２０１の中心に結ぶように、トランスファレンズ１０８を適合させることができる。それによって、第１のビーム分離器２０１の中心にクロスオーバ焦点５０７を置くことができ、したがって、第１のビーム分離器２０１に起因する収差を回避しまたは少なくとも低減させることができる。
【００４９】
図３Ｄは、他の実施形態に基づく荷電粒子ビーム装置の略図である。図３Ｄに示された荷電粒子ビーム装置の構成は、２つの検出器、すなわち第１の荷電粒子ビーム検出器４０１および第２の荷電粒子ビーム検出器４０２を含む。第１の荷電粒子ビーム検出器４０１は、図１および２に関して上で説明した検出装置４００に対応する。
【００５０】
第２の荷電粒子ビーム検出器４０２は、２次荷電粒子ビーム５０３の２次荷電粒子を対物レンズと第２のビーム分離器２０２の間で検出するように適合された、ほぼ環状の検出装置またはセグメント化された検出装置である。
【００５１】
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、図３Ｄに示された荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビーム伝搬経路上に配置された３つの追加のビーム偏向器２０３、２０４および２０５を含み、これらの追加のビーム偏向器は、荷電粒子ビームパラメータをさらに改良するように適合されており、特に、ビーム分散を少なくとも部分的に補償するように適合されている。
【００５２】
図４は、荷電粒子ビーム源装置を動作させる方法を示す流れ図である。図４に示されているように、手順の開始（ブロック８０１）後、１次ビーム源装置１００によって１次荷電粒子ビーム５０１を発生させる（ブロック８０２）。次いで、ブロック８０３で、この手順は、第１のビーム分離器２０１を介して、１次荷電粒子ビーム５０１をミラー補正装置６００に伝送すること、ならびにミラー補正装置６００によって、荷電粒子ビーム装置の光学部品によって導入された球面収差および／または色収差を、補償１次荷電粒子ビーム５０２が提供されるような態様で補償することを提供する。
【００５３】
さらに、ブロック８０４で、第１のビーム分離器２０１によって、ミラー補正装置６００から受け取った補償１次荷電粒子ビーム５０２から１次荷電粒子ビーム５０１を分離する。この第１のビーム分離器は、少なくとも１つの双極子磁界を発生させるように構成された少なくとも１つの磁気偏向器を有する。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、１次荷電粒子ビーム５０１と補償１次荷電粒子ビーム５０２の両方を、第１のビーム分離器２０１の中心に集束させる。このようにすると、補償１次荷電粒子ビーム５０２が、源ビーム、すなわち１次荷電粒子ビーム５０１から、例えば収差を導入することなしに分離される。このようにすると、第１のビーム分離器２０１を出るときに第１のビーム分離器２０１によって１次荷電粒子ビーム５０１から分離された補償１次荷電粒子ビーム５０２は、球面収差および／または色収差、例えば完成した光学構成内に配置された光学部品の球面収差および／または色収差の補償を提供するように適合された補正波形を有する。
【００５４】
本明細書で使用されるとき、用語「補償１次荷電粒子ビーム」は時に、荷電粒子ビーム装置の光学部品および／または荷電粒子ビーム伝搬経路上に配置された光学部品によって導入される収差に対して「負の」収差を有する荷電粒子ビームと呼ばれる。一実施形態によれば、第１のビーム分離器２０１の中心の１次ビーム源装置１００の像によって、仮想ビーム源を表すことができる。発射束（ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｂｕｎｄｌｅ）を有するこの仮想ビーム源は、収差補正に対して少なくとも部分的に使用することができる波形情報を含むことができる。この波形情報は、補正装置によって生み出される対応するそれぞれの「負の」収差によって表すことができる。
【００５５】
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、第１のビーム分離器によって１次荷電粒子ビームから分離された補償１次荷電粒子ビームは、球面収差と色収差のうちの少なくとも一方の収差の補償を提供するように適合された補正波形を含むことができる。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、この補正波形は、光学システムの光学部品または光学システム内に配置された光学部品の収差に対して負の収差を含むことによって提供することができる。それによって、対応するそれぞれの負の収差を有する補正波形により、光学部品の球面収差および／または色収差を少なくとも部分的に補償することができる。
【００５６】
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、この荷電粒子ビーム装置内で分散補償を提供することができる。例えば図３Ｃに示された要素３０７などの交差偏向静電磁界を有する少なくとも１つの要素によって、分散補償および／またはビームアライメントを実行することができる。
【００５７】
次いで、ブロック８０５で、対物レンズ３０１によって、補償１次荷電粒子ビーム５０２を検査対象の試料３００上に集束させる。試料３００から生じた２次荷電粒子ビーム５０３を補償１次荷電粒子ビーム５０２から分離する（ブロック８０６）ために、第２のビーム分離器２０２が提供される。試料３００から生じた２次荷電粒子ビーム５０３を、荷電粒子ビーム検出器４０１、４０２（例えば図３Ｄ参照）で分析する（ブロック８０７）。この手順はブロック８０８で終了となる。
【００５８】
本明細書では、１次ビーム源装置１００と対物レンズ３０１の間を伝播する１次荷電粒子ビーム５０１および／または補償１次荷電粒子ビーム５０２の荷電粒子が、少なくとも８ｋｅＶ、典型的には少なくとも１５ｋｅＶの高いビームブーストエネルギー、特に少なくとも３０ｋｅＶのエネルギーを有する。１次ビーム源装置１００内で電子ビームを発生させた場合、電子銃１０１およびそのアノード１０２はそれぞれ、中間ビームエネルギー（ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ  ｂｅａｍ  ｅｎｅｒｇｙ）への大きな電子加速を提供する。
【００５９】
さらに、対物レンズ３０１内および／または対物レンズ３０１と試料３００の間で、補償１次荷電粒子ビーム５０２の荷電粒子は、約５ｋｅＶ以下、典型的には約５００ｅＶ以下の入射エネルギーまで減速される。この中間ビーム加速システムは、最初の高い粒子ビームエネルギーを１次荷電粒子ビーム５０１、５０２に提供することができる。荷電粒子は次いで、試料３００にぶつかる直前にある入射エネルギーまで減速される。カラム内で荷電粒子が誘導される加速電圧Ｖaccと荷電粒子が試料３００にぶつかる入射電圧Ｖlandingのエネルギー比またはビーム電圧比Ｖacc／Ｖlandingは、少なくとも約５以上、例えば１０以上、例えば１０〜１００とすることができる。
【００６０】
これに加えてまたはその代わりに、荷電粒子ビームが、その荷電粒子の入射エネルギーで試料３００に衝突する前に、図１および３に示された制御電極３０２を使用して、１次荷電粒子ビームを減速することもできる。制御電極３０２を使用して、試料表面の２次粒子を解放する引出し電界を調整することもできる。他の変更または代替実施形態によれば、試料３００をバイアスすることによって、試料上の１次電子の入射エネルギーを規定することができる。それによって、電子ビームの入射エネルギーを調整することができる。
【００６１】
以前の収差補正アセンブリ、例えば多極補正器またはミラー補正器を使用して球面収差および／または色収差を補正する以前の収差補正アセンブリと比較して、本明細書に記載された実施形態は、低減された複雑さを有し、例えばビームスプリッタ、トランスファレンズなどをその有効な動作のために含む複雑な適応レイパス（ａｄａｐｔｉｏｎ  ｒａｙ  ｐａｔｈ）を回避することができる。これに応じて、球面収差および／または色収差を補正するミラー補正器を含む単純でロバストなＳＥＭカラムアーキテクチャを提供することができる。実施形態は、以前に検討された、トランスファレンズと組み合わされた非常に複雑なビーム分割要素を回避する。このロバストな解決策は、ＣＤ、ＤＲまたはＥＢＩ用途で使用されるプロセス診断ツール内での適用を可能にする。サブナノメートルの分解能を提供することができる。
【００６２】
本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、これらの装置および方法を、電子ビーム検査システム、微小寸法測定用途および欠陥レビュー用途用に構成することができ、またはこれらの用途に対して適用することができる。特に、本明細書に記載された実施形態に基づく荷電粒子ビーム装置を、荷電粒子ビーム検査装置として使用することができ、この荷電粒子ビーム検査装置は、例えば欠陥レビュー用途、集積回路試験、微小寸法測定分析、高速走査などの用途向けに設計することができる。特に、荷電粒子として電子が使用される場合には、この荷電粒子ビーム検査装置を、電子ビーム検査（ＥＢＩ）装置として設計することができる。
【００６３】
特に、熱電界エミッタＴＦＥ、冷電界エミッタＣＦＥまたはカーボンナノチューブを含む高輝度低エネルギー幅電子源を提供することができる。さらに、低収差短焦点距離対物レンズ３０１を使用することができ、この低収差短焦点距離対物レンズ３０１は、軸方向または半径方向の磁気ギャップを有する静電磁気複合レンズとして、もしくは減速電界静電レンズとして、または他の同種のレンズとして設計することができる。さらに、カラム内において、約８ｋｅＶ以上、例えば１５ｋｅＶ以上、３０ｋｅＶ以上の荷電粒子（例えば電子）の高いビームブーストエネルギーを達成することができ、その際には、対物レンズ内または対物レンズ３０１と試料３００の間での荷電粒子ビームの低入射エネルギーへの減速を提供することができる。
【００６４】
以上の説明は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲を逸脱することなく本開示の他の追加の実施形態を考案することができる。本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
【符号の説明】
【００６５】
１００  １次ビーム源装置
１０１  電子銃
１０２  アノード
１０３  引出し電極
１０４  コンデンサレンズ
１０６  カソード
１０７  開孔
１０８  トランスファレンズ
１０９  出口開孔
２０１  第１のビーム分離器
２０２  第２のビーム分離器
２０３  ビーム偏向器
２０４  ビーム偏向器
２０５  ビーム偏向器
３００  試料
３０１  対物レンズ
３０２  制御電極
３０７  交差静電磁界要素
３０８  コンデンサレンズ
４００  荷電粒子ビーム検出装置
４０１  第１の荷電粒子ビーム検出器
４０２  第２の荷電粒子ビーム検出器
５０１  １次荷電粒子ビーム
５０２  補償１次荷電粒子ビーム
５０３  ２次荷電粒子ビーム
５０４  入射軸
５０６  ミラー軸
５０７  クロスオーバ焦点
５０８  仮想銃クロスオーバ点
５０９  開口角
５１０  光軸
６００  ミラー補正装置
７００  収差補償ビーム源装置
ＰＥ  １次電子
ＳＥ  ２次電子
【図１】
0006802628.tif 000002
【図２】
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【図３Ａ】
0006802628.tif 000004
【図３Ｂ】
0006802628.tif 000005
【図３Ｃ】
0006802628.tif 000006
【図３Ｄ】
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【図４】
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