(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチビーム装置における検出デバイスのための結像システムであって、
サンプル表面から前記検出デバイスの複数の検出要素へそれぞれ発せられた複数の荷電粒子ビームを合焦させるための手段と、
前記マルチビーム装置において磁気対物レンズによって引き起こされた前記複数の荷電粒子ビームの回転を打ち消すための手段と、
を備え、
前記回転を打ち消す手段は、磁場を調整することによって前記複数の荷電粒子ビームの前記回転を打ち消す、結像システム。
【請求項２】
前記マルチビーム装置において偏向スキャンユニットによって引き起こされた、前記検出デバイス上での前記複数の荷電粒子ビームのスキャンを打ち消すための手段をさらに備える、請求項１に記載の結像システム。
【請求項３】
前記複数の荷電粒子ビームは複数の低速二次電子ビーム及び複数の後方散乱電子ビームを含む、請求項１に記載の結像システム。
【請求項４】
前記検出デバイスは半導体ダイオード検出器である、請求項１に記載の結像システム。
【請求項５】
前記スキャンを打ち消す手段は前記結像システムの入射側の近くに位置している、請求項２に記載の結像システム。
【請求項６】
前記スキャンを打ち消す手段は前記結像システムの光軸に沿って第１の偏向器及び第２の偏向器を順番に含む、請求項２に記載の結像システム。
【請求項７】
前記合焦させる手段は前記結像システムの光軸に沿ってズームレンズ及び投影レンズを順番に含む、請求項２に記載の結像システム。
【請求項８】
前記磁気対物レンズ及び前記ズームレンズは前記複数の荷電粒子ビームを伝達面に合焦させ、
前記投影レンズは前記伝達面からの前記複数の荷電粒子ビームを前記検出デバイス上の検出面に合焦させる、請求項７に記載の結像システム。
【請求項９】
前記ズームレンズは前記光軸に沿って第１の静電レンズ及び第２の静電レンズを順番に含む、請求項８に記載の結像システム。
【請求項１０】
前記スキャンを打ち消す手段は前記第１の静電レンズと前記第２の静電レンズとの間に位置している、請求項８に記載の結像システム。
【請求項１１】
前記ズームレンズは前記回転を打ち消す手段である磁気レンズを含む、請求項９に記載の結像システム。
【請求項１２】
前記投影レンズは、静電レンズと、前記回転を打ち消す手段である磁気レンズと、を含む、請求項８に記載の結像システム。
【請求項１３】
前記複数の荷電粒子ビームの収差を低減するための、前記伝達面におけるフィールドレンズをさらに備える、請求項８に記載の結像システム。
【請求項１４】
前記フィールドレンズは静電レンズを含む、請求項１３に記載の結像システム。
【請求項１５】
前記フィールドレンズは前記回転を打ち消す手段である磁気レンズを含む、請求項１４に記載の結像システム。
【請求項１６】
少なくとも１つの開口を有するプレートをさらに備え、前記プレートの１つの開口は、前記検出デバイス上における前記複数の荷電粒子ビームの大きさを低減させるためのビーム制限アパーチャとしてのものである、請求項８に記載の結像システム。
【請求項１７】
前記プレートは、大きさが異なる複数の選択可能な開口を含む、請求項１６に記載の結像システム。
【請求項１８】
前記プレートは、前記投影レンズと前記検出デバイスとの間の前記複数の荷電粒子ビームのクロスオーバに位置している、請求項１６に記載の結像システム。
【請求項１９】
前記複数の荷電粒子ビームの非点収差を低減するための非点収差補正装置をさらに備える、請求項８に記載の結像システム。
【請求項２０】
前記非点収差補正装置は前記複数の荷電粒子ビームのクロスオーバに位置している、請求項１９に記載の結像システム。
【請求項２１】
前記複数の荷電粒子ビームを前記検出デバイスの複数の検出要素とそれぞれ整合させるためのアライメント偏向器をさらに備える、請求項８に記載の結像システム。
【請求項２２】
前記アライメント偏向器は前記検出デバイスと前記投影レンズとの間に位置している、請求項２１に記載の結像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（優先権の主張）
[0001]  本出願は、２０１５年１１月３０日に出願され、Ｒｅｎ等に付与された「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｏｆ  Ｐｌｕｒａｌ  Ｃｈａｒｇｅｄ−Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｂｅａｍｓ」と題する米国仮出願第６２／２６０，８２２号の優先権の利益を主張する。その全体的な開示は参照により本願に含まれる。
（関連出願の相互参照）
【０００２】
[0002]  本出願は、２０１６年３月９日に出願され、Ｒｅｎ等に付与された「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｏｆ  Ｐｌｕｒａｌ  Ｃｈａｒｇｅｄ−Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｂｅａｍｓ」と題する米国出願第１５／０６５，３４２号に関する。その全体的な開示は参照により本願に含まれる。
【０００３】
[0003]  本出願は、２０１６年３月２３日に出願され、Ｒｅｎ等に付与された「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｏｆ  Ｐｌｕｒａｌ  Ｃｈａｒｇｅｄ−Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｂｅａｍｓ」と題する米国出願第１５／０７８，３６９号に関する。その全体的な開示は参照により本願に含まれる。
【０００４】
[0004]  本出願は、２０１６年５月１０日に出願され、Ｌｉｕ等に付与された「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｏｆ  Ｐｌｕｒａｌ  Ｃｈａｒｇｅｄ−Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｂｅａｍｓ」と題する米国出願第１５／１５０，８５８号に関する。その全体的な開示は参照により本願に含まれる。
【０００５】
[0005]  本出願は、２０１６年７月１９日に出願され、Ｌｉｕ等に付与された「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｏｆ  Ｐｌｕｒａｌ  Ｃｈａｒｇｅｄ−Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｂｅａｍｓ」と題する米国出願第１５／２１３，７８１号に関する。その全体的な開示は参照により本願に含まれる。
【０００６】
[0006]  本出願は、２０１６年７月２１日に出願され、Ｒｅｎ等に付与された「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｏｆ  Ｐｌｕｒａｌ  Ｃｈａｒｇｅｄ−Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｂｅａｍｓ」と題する米国出願第１５／２１６，２５８号に関する。その全体的な開示は参照により本願に含まれる。
【０００７】
[0007]  本発明は、複数の荷電粒子ビームを用いる荷電粒子装置に関する。さらに具体的には、これは、複数の荷電粒子ビームを使用してサンプル表面上の観察エリアの複数のスキャン領域の像を同時に取得する装置に関する。従って、この装置を用いて、半導体製造業界において高い解像度及び高いスループットでウェーハ／マスク上の欠陥を検査及び／又は調査することができる。
【背景技術】
【０００８】
[0008]  半導体ＩＣチップを製造する際、パターン欠陥及び／又は望ましくない粒子（残留物）が製造プロセス中にウェーハ／マスクの表面に現れることは避けられず、これは歩留まりを大きく低減させる。ＩＣチップの性能に対する要求がますます高度になっているのに応えるため、よりいっそう小さいクリティカルフィーチャディメンションのパターンが採用されるようになっている。これに応じて、光ビームを用いた従来の歩留まり管理ツールは、回折効果のためしだいに役に立たなくなり、電子ビームを用いた歩留まり管理ツールがますます使用されるようになっている。光子ビームに比べ、電子ビームは波長が短く、そのために優れた空間解像度を提供する可能性がある。現在、電子ビームを用いた歩留まり管理ツールは、単一の電子ビームを用いた走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の原理を使用し、従って、より高い解像度を提供できるが、大量生産に適したスループットを提供することはできない。より大きいビーム電流を使用してスループットを増大させることはできるが、ビーム電流と共に増大するクーロン効果によって、優れた空間解像度は根本的に劣化する。
【０００９】
[0009]  スループットの限界を軽減するため、大きい電流を有する単一の電子ビームを使用する代わりに、見込みのある解決策は、各々が小さい電流を有する複数の電子ビームを使用することである。複数の電子ビームは、サンプルの１つの検査対象表面又は観察表面上に複数のプローブスポットを形成する。複数のプローブスポットはそれぞれ、サンプル表面上の大きい観察エリア内の複数の小さいスキャン領域を同時にスキャンすることができる。各プローブスポットの電子は、それらが到達するサンプル表面から二次電子を発生させる。二次電子は、低速二次電子（ｓｌｏｗ  ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ）（エネルギは≦５０ｅＶ）と、後方散乱電子（ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ）（エネルギは電子の表面到達エネルギ（ｌａｎｄｉｎｇ  ｅｎｅｒｇｙ）に近い）を含む。複数の小さいスキャン領域からの二次電子は、複数の電子検出器によってそれぞれ同時に収集できる。その結果、大きい観察エリアの像は、単一のビームを用いて大きい観察エリアをスキャンするよりもはるかに高速で取得することができる。
【００１０】
[0010]  複数の電子ビームは、それぞれ複数の電子源から又は単一の電子源からのいずれかであり得る。前者の場合、複数の電子ビームは通常、それぞれ複数のコラムによって複数の小さいスキャン領域上に合焦されてこれらをスキャンし、各スキャン領域からの二次電子は、対応するコラム内部の１つの電子検出器によって検出される。従って、装置は一般にマルチコラム装置（ｍｕｌｔｉ−ｃｏｌｕｍｎ  ａｐｐａｒａｔｕｓ）と呼ばれる。複数のコラムは独立しているか、又は多軸磁気又は電磁気化合物（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ−ｃｏｍｐｏｕｎｄ）対物レンズを共有することができる（米国第８，２９４，０９５号に示されているもの等）。サンプル表面において、２つの隣接ビーム間のビーム間隔又はピッチは通常３０〜５０ｍｍの大きさである。
【００１１】
[0011]  後者の場合、ソース変換ユニットが事実上、単一の電子源を複数のサブソースに変換する。ソース変換ユニットは、複数のビーム制限開口を有するビームレット（ｂｅａｍｌｅｔ）形成（又はビームレット制限）手段と、複数の電子光学要素を有する１つの像形成手段とを備えている。複数のビーム制限開口は、単一の電子源によって発生された一次電子ビームを複数のサブビーム又はビームレットに分割し、複数の電子光学要素（米国第７，２４４，９４９号等の円形レンズ、又は関連出願の相互参照等の偏向器）は、複数のビームレットに影響を与えて、単一の電子源の複数の平行な（偏向器を用いる場合は仮想（ｖｉｒｔｕａｌ）であり、円形レンズを用いる場合は実（ｒｅａｌ）である）像を形成する。各像は、１つの対応するビームレットを発する１つのサブソースとして見なすことができる。より多くのビームレットを利用可能とするため、ビームレット間隔はマイクロメートルレベルである。当然、１つの単一のコラム内で１つの一次投影結像システム及び１つの偏向スキャンユニットを用いて、複数の平行な像を複数の小さいスキャン領域にそれぞれ投影し、これらをスキャンする。単一のコラム内で、複数の小さいスキャン領域から発生された複数の二次電子ビームはそれぞれ、１つの電子検出デバイスの複数の検出要素によって検出される。複数の検出要素は、並んで配置された複数の電子検出器（ＰＭＴ、ＳＤＤ等）、又は１つの電子検出器の複数の画素（ｅ−ＣＣＤ及びＳＤＤ等）とすることができる。従って、装置は一般にマルチビーム装置と呼ばれる。
【００１２】
[0012]  図１は、マルチビーム装置の一実施形態（関連出願の相互参照の米国出願第１５／２１６，２５８号）を示す。電子源１０１は、一次光軸１００＿１に沿って、ソースクロスオーバ（ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ）１０１Ｓを有する一次電子ビーム１０２を発生し、その周辺電子はメインアパーチャプレート１７１によって遮断される。可動集光レンズ１１０は一次電子ビーム１０２をコリメートし、ビーム１０２は次いでソース変換ユニット１２０上に垂直に入射する。一次電子ビーム１０２の３つのビームレット１０２＿１、１０２＿２、及び１０２＿３は、それぞれビームレット形成手段１２１の３つのビーム制限開口１２１＿１、１２１＿２、及び１２１＿３を通過し、偏向されて、像形成手段１２２の３つのマイクロ偏向器１２２＿１、１２２＿２、及び１２２＿３によってソースクロスオーバ１０１Ｓの３つの虚像（遠くに位置するのでここで図示するのは難しい）を形成する。対物レンズ１３１は、３つの偏向されたビームレット１０２＿１、１０２＿２、及び１０２＿３をサンプル８の表面７に合焦し、これに応じてその上にソースクロスオーバ１０１Ｓの３つの像１０２＿１Ｓ、１０２＿２Ｓ、及び１０２＿３Ｓを等しい間隔又はピッチＰｓで発生させる。各像は表面７上に１つのプローブスポットを形成し、３つの像は３つのプローブスポット１０２＿１Ｓ、１０２＿２Ｓ、及び１０２＿３Ｓとも呼ばれる。偏向スキャンユニット１３２が、３つのビームレット１０２＿１〜１０２＿３を共に偏向させ、従って３つのプローブスポット１０２＿１Ｓ〜１０２＿３Ｓは、表面７の１つのスキャン領域をそれぞれスキャンする。可動集光レンズ１１０の主平面１１０＿２は、一次光軸１００＿１に沿って所望の範囲内で電気的に移動させることができる。可動集光レンズ１１０の集光力（ｆｏｃｕｓｉｎｇ  ｐｏｗｅｒ）及び主平面の位置を適切に同時に変化させることで、コリメートされた一次電子ビーム１０２の電流密度を変化させることができ、それに応じて３つのプローブスポット１０２＿１Ｓ〜１０２＿３Ｓの電流が変化する。
【００１３】
[0013]  マルチビーム装置において、複数の検出要素はサンプル表面の像面上に配置され、１つの小さいスキャン領域からの各二次電子ビームは１つの対応する検出要素上に合焦される。二次電子の放出はランベルトの法則に従い、大きいエネルギの広がりを有するので、各二次電子ビームの全ての二次電子を対応する検出要素に完全に合焦させることはできない。１つの検出要素によって検出される二次電子は２つの部分に分類することができる。第１の部分は対応する二次電子ビームからのものを含み、第２の部分は他の二次電子ビームからの残りを含む。これら２つの部分はそれぞれ、対応する小さいスキャン領域からの二次電子の収集効率と、複数の小さいスキャン領域間のクロストークレベルとを決定する。これらは双方とも、対応する小さいスキャン領域の像解像度に影響を与える。
【００１４】
[0014]  像面は、一次投影結像システムの対物レンズのみによって形成されたもの（ＵＳ第６，９４３，３４９号等）、又は、ＵＳ第９，０３５，２４９号及び米国出願第１５／０６５，３４２号（図１の１５０）等の、対物レンズと１つの二次投影結像システムによって形成されたものであり得る。第１の場合、像面の位置及びその位置での結像倍率は対物レンズの動作条件と共に変化し、動作条件は、複数のビームレットの表面到達エネルギ及び／又は電流と共に変化する。従って、複数の検出要素は、いくつかの特定の用途で高い収集効率と低いクロストークレベルを提供できるだけである。第２の場合、二次投影結像システムは、対物レンズの動作条件に対して像面の位置及びその位置での結像倍率を保持することができ、従って、表面到達エネルギ及び／又は電流が大きい範囲内で変化する場合であっても高い収集効率と低いクロストークレベルを提供できる。
【００１５】
[0015]  図１において、プローブスポット１０２＿１Ｓによる１０２＿１ｓｅのような、各プローブスポットによって発生された各二次電子ビームは、一次光軸１００＿１の反対方向に沿って進む。途中で対物レンズ１３１によって合焦され、偏向スキャンユニット１３２によって偏向された後、３つの二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ、１０２＿２ｓｅ、及び１０２＿３ｓｅは、ビームセパレータ１６０（ウィーンフィルタ（Ｗｉｅｎ  Ｆｉｌｔｅｒ）等）によって意図的に方向転換され、二次光軸１５０＿１に沿って二次投影結像システム１５０に入射する。二次投影結像システム１５０は、３つの二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ〜１０２＿３ｓｅを、等しいピッチＰｄの３つの検出要素を有する電子検出デバイス１４０上に合焦させる。すなわち、３つの検出要素の内部に３つの二次電子スポットをそれぞれ形成する。従って、電子検出デバイス１４０は、３つのプローブスポット１０２＿１Ｓ、１０２＿２Ｓ、及び１０２＿３Ｓによってそれぞれスキャンされた３つのスキャン領域の像を同時に発生することができる。
【００１６】
[0016]  上述のように、複数のビームレットの表面到達エネルギ及び／又は電流が大きい範囲内で変化する場合であっても高い収集効率と低いクロストークレベルを与えるため、１つの二次投影結像システムは極めて重要である。高い収集効率は高い検査スループットを達成するため特に有利であり、低いクロストークは高い検査解像度を達成するため特に有利である。従って、１つの二次投影結像システムの性能は結局のところ、検査解像度と検査スループットの双方を決定する。本発明は、マルチビーム装置、特に、半導体製造業界において歩留まり管理ツールとして使用されるもののための、先進の性能を有する１つの二次投影結像システムを提供する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
[0017]  本発明の目的は、複数のビームレットの表面到達エネルギ及び／又は電流が大きい範囲内で変化する場合であっても高い収集効率と低いクロストークレベルの双方を備えた二次電子検出を実行する、マルチビーム装置の二次投影結像システムを提供することである。従って、半導体製造業界における歩留まり管理ツールとして、このマルチビーム装置は、多くの適用条件において高い検査解像度と高い検査スループットを達成することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
[0018]  従って、本発明は、サンプルの表面を観察するためのマルチビーム装置であって、電子源と、電子源の下方の集光レンズと、集光レンズの下方のソース変換ユニットと、ソース変換ユニットの下方の対物レンズと、ソース変換ユニットの下方の偏向スキャンユニットと、対物レンズの下方のサンプルステージと、ソース変換ユニットの下方のビームセパレータと、ビームセパレータの上方の、二次投影結像システムと複数の検出要素を有する電子検出デバイスとを備えた検出ユニットと、を備えるマルチビーム装置を提供する。
【００１９】
[0019]  電子源、集光レンズ、ソース変換ユニット、対物レンズ、偏向スキャンユニット、及びビームセパレータは、装置の一次光軸と整合されている。サンプルステージは、表面が対物レンズに対向するようにサンプルを維持する。検出ユニットは装置の二次光軸と整合され、二次光軸は一次光軸に対して平行でない。
【００２０】
[0020]  複数の検出要素は検出面上に配置され、二次投影結像システムは、ズームレンズ、スキャン防止偏向ユニット、及び投影レンズを備える。
【００２１】
[0021]  電子源は一次光軸に沿って一次電子ビームを発生させる。集光レンズは一次電子ビームをある程度合焦させる。ソース変換ユニットは、一次電子ビームを複数のビームレットに変換すると共に、複数のビームレットに電子源の複数の第１の像を形成させる。対物レンズは、複数のビームレットを合焦させて複数の第１の像を表面上に結像し、従ってその上に複数のプローブスポットをそれぞれ形成する。偏向スキャンユニットは、表面上の観察エリア内の複数のスキャン領域上で複数のプローブスポットをそれぞれスキャンするように複数のビームレットを偏向させる。
【００２２】
[0022]  複数のスキャン領域からそれぞれ複数のプローブスポットによって、複数の二次電子ビームが発生され、次いで対物レンズに入射する。対物レンズは途中で複数の二次電子ビームを合焦させる。ビームセパレータは、二次光軸に沿って二次投影結像システムに入射するように複数の二次電子ビームを偏向させる。ズームレンズは複数の二次電子ビームを伝達面に合焦させる。伝達面はズームレンズと投影レンズとの間にある。複数の二次電子ビームは、ズームレンズと伝達面との間に第１のクロスオーバを形成する。
【００２３】
[0023]  投影レンズは次いで、複数の二次電子ビームを検出面に合焦させる。複数の二次電子ビームは、投影レンズと検出面との間に第２のクロスオーバを形成すると共に検出面上に複数の二次電子スポットを形成する。複数の二次電子スポットはそれぞれ複数の検出要素の内部にある。その結果、複数のプローブスポットと複数の検出要素との間に対応関係が確立される。従って、各検出要素は１つの対応するスキャン領域の像信号を発生させる。
【００２４】
[0024]  スキャン防止偏向ユニットは、複数の二次電子スポットの位置を維持するように、これによって対応関係を常に保持するように、複数のプローブスポットが複数のスキャン領域上でスキャンするのに合わせて複数の二次電子ビームを偏向させる。
【００２５】
[0025]  ズームレンズの結像倍率は、表面を異なる条件で観察する場合に対応関係を保持するように調整される。
【００２６】
[0026]  装置は、複数の二次電子ビームの周辺電子を遮断するための二次ビーム制限アパーチャをさらに備え得る。装置は、伝達面に配置されて投影レンズの軸外収差を低減させるフィールドレンズをさらに備え得る。装置は、ビームセパレータによる複数の二次電子ビームの非点収差を補償するための非点収差補正装置をさらに備え得る。装置は、検出ユニットの製造誤差及び／又は組み立て誤差による対応関係の逸脱を補償するためのアライメント偏向器をさらに備え得る。スキャン防止偏向ユニットはビームセパレータとズームレンズとの間にある。
【００２７】
[0027]  一実施形態において、ズームレンズは第１のズームサブレンズ及び第２のズームサブレンズを備え、第２のズームサブレンズは第１のズームサブレンズと伝達面との間にある。スキャン防止偏向ユニットは第１及び第２のズームサブレンズの間にある。スキャン防止偏向ユニットは、二次光軸に沿って第２のズームサブレンズに入射する複数の二次電子ビームを偏向させる。二次投影結像システムは、投影レンズに入射する複数の二次電子ビームの半径方向シフト及び傾斜角を低減させるため伝達面に配置されたフィールドレンズを備える。二次投影結像システムは１つ以上の開口を有する二次ビーム制限アパーチャプレートを備え、１つ以上の開口は、複数の二次電子ビームの周辺電子を遮断するため二次クロスオーバの位置に配置されている。二次投影結像システムは、表面を異なる条件で観察する場合に第２のクロスオーバの位置を保持するように複数の二次電子ビームを曲げるため伝達面に配置されたフィールドレンズを備える。
【００２８】
[0028]  一実施形態において、二次投影結像システムは、ビームセパレータによる複数の二次電子スポットの非点収差を補償するため第１のクロスオーバに又は第１のクロスオーバの近くに配置された非点収差補正装置を備える。
【００２９】
[0029]  一実施形態において、対物レンズは第１の磁気レンズを有する。フィールドレンズは、表面を異なる条件で観察する場合に複数の二次電子スポットの回転変動を打ち消す第２の磁気レンズを有し得る。ズームレンズは、表面を異なる条件で観察する場合に複数の二次電子スポットの回転変動を打ち消す第２の磁気レンズを有し得る。投影レンズは、表面を異なる条件で観察する場合に複数の二次電子スポットの回転変動を打ち消す第２の磁気レンズを有し得る。
【００３０】
[0030]  一実施形態において、二次投影結像システムは、検出ユニットの製造誤差及び／又は組み立て誤差による対応関係の逸脱を補償するため二次ビーム制限アパーチャプレートと検出面との間にあるアライメント偏向器を備える。複数の二次電子ビームはそれぞれ複数の低速二次電子ビームである。複数の二次電子ビームはそれぞれ複数の後方散乱電子ビームである。
【００３１】
[0031]  また、本発明は、サンプルの表面を観察するためのマルチビーム装置であって、電子源と、電子源の下方の集光レンズと、集光レンズの下方のソース変換ユニットと、ソース変換ユニットの下方の対物レンズと、ソース変換ユニットの下方の偏向スキャンユニットと、対物レンズの下方のサンプルステージと、ソース変換ユニットの下方のビームセパレータと、ビームセパレータの上方の、二次投影結像システムと複数の検出要素を有する電子検出デバイスとを備えた検出ユニットと、を備えるマルチビーム装置を提供する。
【００３２】
[0032]  電子源、集光レンズ、ソース変換ユニット、対物レンズ、偏向スキャンユニット、及びビームセパレータは、装置の一次光軸と整合されている。サンプルステージは、表面が対物レンズに対向するようにサンプルを維持する。検出ユニットは装置の二次光軸と整合され、二次光軸は一次光軸に対して平行でない。
【００３３】
[0033]  複数の検出要素は検出面上に配置されている。二次投影結像システムは、ズームレンズ、スキャン防止偏向ユニット、投影レンズ、第１の伝達面における第１のフィールドレンズ、及び第２の伝達面における第２のフィールドレンズを備える。第１及び第２のフィールドレンズはズームレンズと投影レンズとの間にある。第１のフィールドレンズは第２のフィールドレンズと投影レンズとの間にある。
【００３４】
[0034]  電子源は一次光軸に沿って一次電子ビームを発生させる。集光レンズは一次電子ビームをある程度合焦させる。ソース変換ユニットは、一次電子ビームを複数のビームレットに変換すると共に、複数のビームレットに電子源の複数の第１の像を形成させる。対物レンズは複数のビームレットを合焦させて複数の第１の像を表面上に結像し、従ってその上に複数のプローブスポットをそれぞれ形成する。偏向スキャンユニットは、表面上の観察エリア内の複数のスキャン領域上で複数のプローブスポットをそれぞれスキャンするように複数のビームレットを偏向させる。
【００３５】
[0035]  複数のスキャン領域からそれぞれ複数のプローブスポットによって、複数の低速二次電子ビーム及び複数の後方散乱電子ビームが発生され、次いで対物レンズに入射する。対物レンズは途中で複数の低速二次電子ビーム及び複数の後方散乱電子ビームを合焦させる。
【００３６】
[0036]  ビームセパレータが、二次光軸に沿って二次投影結像システムに入射するように複数の低速二次電子ビーム複数の後方散乱電子ビームをそれぞれ偏向させる場合、検出ユニットはＳＳＥモード及びＢＳＥモードにおいて別個に動作する。
【００３７】
[0037]  ＳＳＥモードにおいて、第２のフィールドレンズはオフにされる。ズームレンズは複数の低速二次電子ビームを第１の伝達面に合焦させる。第１のフィールドレンズは複数の低速二次電子ビームを二次光軸の方へ曲げる。投影レンズは複数の低速二次電子ビームを検出面に合焦させる。複数の低速二次電子ビームは次いで、投影レンズと検出面との間にＳＳＥクロスオーバを形成すると共に、検出面上に複数の低速二次電子スポットを形成する。複数の低速二次電子スポットはそれぞれ複数の検出要素の内部にある。その結果、複数のプローブスポットと複数の検出要素との間にＳＳＥ対応関係が確立される。従って、各検出要素は１つの対応するスキャン領域のＳＳＥ像信号を発生させる。
【００３８】
[0038]  ＢＳＥモードにおいて、第１のフィールドレンズはオフにされる。ズームレンズは複数の後方散乱電子ビームを第２の伝達面に合焦させる。第２のフィールドレンズは複数の後方散乱電子ビームを二次光軸の方へ曲げる。投影レンズは複数の後方散乱電子ビームを検出面に合焦させる。複数の後方散乱電子ビームは次いで、投影レンズと検出面との間にＢＳＥクロスオーバを形成すると共に、検出面上に複数の後方散乱電子スポットを形成する。複数の後方散乱電子スポットはそれぞれ複数の検出要素の内部にある。その結果、複数のプローブスポットと複数の検出要素との間にＢＳＥ対応関係が確立される。従って、各検出要素は１つの対応するスキャン領域のＢＳＥ像信号を発生させる。
【００３９】
[0039]  ＳＳＥモードにおいて、スキャン防止偏向ユニットは、複数の低速二次電子スポットの位置を維持するように、これによってＳＳＥ対応関係を常に保持するように、複数のプローブスポットが複数のスキャン領域上でスキャンするのに合わせて複数の低速二次電子ビームを偏向させる。
【００４０】
[0040]  ＢＳＥモードにおいて、スキャン防止偏向ユニットは、複数の後方散乱電子スポットの位置を維持するように、これによってＢＳＥ対応関係を常に保持するように、複数のプローブスポットが複数のスキャン領域上でスキャンするのに合わせて複数の後方散乱電子ビームを偏向させる。
【００４１】
[0041]  表面を異なる条件で観察する場合、ズームレンズの結像倍率は、ＳＳＥ及びＢＳＥモードのそれぞれにおいてＳＳＥ及びＢＳＥ対応関係を保持するように調整される。
【００４２】
[0042]  一実施形態において、二次投影結像システムは、ＳＳＥモードにおいて複数の低速二次電子ビームの周辺電子を遮断するためＳＳＥクロスオーバに配置された第１の二次ビーム制限アパーチャを備える。二次投影結像システムは、ＢＳＥモードにおいて複数の後方散乱電子ビームの周辺電子を遮断するためＢＳＥクロスオーバに配置された第２の二次ビーム制限アパーチャを備える。二次投影結像システムは、ＳＳＥモードにおいてビームセパレータによる複数の低速二次電子ビームの非点収差を補償するための第１の非点収差補正装置を備える。二次投影結像システムは、ＢＳＥモードにおいてビームセパレータによる複数の後方散乱電子ビームの非点収差を補償するための第２の非点収差補正装置を備える。二次投影結像システムはアライメント偏向器を備え、ＳＳＥモード及びＢＳＥモードにおいて、アライメント偏向器は、検出ユニットの製造誤差及び／又は組み立て誤差によるＳＳＥ対応関係及びＢＳＥ対応関係の逸脱をそれぞれ補償する。スキャン防止偏向ユニットはビームセパレータとズームレンズとの間にある。
【００４３】
[0043]  一実施形態において、ズームレンズは第１のズームサブレンズ及び第２のズームサブレンズを備え、第２のズームサブレンズは第１のズームサブレンズと第２のフィールドレンズとの間にある。スキャン防止偏向ユニットは、二次光軸に沿って第２のズームサブレンズに入射するＳＳＥモードにおける複数の低速二次電子ビーム及びＢＳＥモードにおける複数の後方散乱電子ビームをそれぞれ偏向させる。二次投影結像システムは、それぞれ１つ以上の開口を有する第１の二次ビーム制限アパーチャプレート及び第２の二次ビーム制限アパーチャプレートを備える。ＳＳＥモードにおいて、第１の二次ビーム制限アパーチャプレートの１つの開口は複数の低速二次電子ビームの周辺電子を遮断するためＳＳＥクロスオーバに配置され、ＢＳＥモードにおいて、第２の二次ビーム制限アパーチャプレートの１つの開口は複数の後方散乱電子ビームの周辺電子を遮断するためＢＳＥクロスオーバに配置されている。ＳＳＥクロスオーバ及びＢＳＥクロスオーバは、第１のフィールドレンズ及び第２のフィールドレンズをそれぞれ調整することによって共通の位置に設定される。二次投影結像システムは、１つ以上の開口を有する第３の二次ビーム制限アパーチャプレートを備え、１つ以上の開口は、ＳＳＥモード及びＢＳＥモードの各々において共通の位置に配置されている。二次投影結像システムは、第３の二次ビーム制限アパーチャプレートの近くに配置された非点収差補正装置を備え、非点収差補正装置は、ビームセパレータによるＳＳＥモード及びＢＳＥモードにおける複数の低速二次電子スポット及び複数の後方散乱電子スポットの非点収差をそれぞれ補償する。
【００４４】
[0044]  一実施形態において、対物レンズは第１の磁気レンズを有する。第１のフィールドレンズは、表面を異なる条件で観察する場合にＳＳＥモードにおける複数の低速二次電子スポットの回転変動を打ち消す第２の磁気レンズを有し得る。第２のフィールドレンズは、表面を異なる条件で観察する場合にＢＳＥモードにおける複数の後方散乱電子スポットの回転変動を打ち消す第３の磁気レンズを有し得る。ズームレンズは、表面を異なる条件で観察する場合にＳＳＥモードにおける複数の低速二次電子スポット及びＢＳＥモードにおける複数の後方散乱電子スポットの回転変動をそれぞれ打ち消す第２の磁気レンズを有し得る。投影レンズは、表面を異なる条件で観察する場合にＳＳＥモードにおける複数の低速二次電子スポット及びＢＳＥモードにおける複数の後方散乱電子スポットの回転変動をそれぞれ打ち消す第２の磁気レンズを有し得る。
【００４５】
[0045]  一実施形態において、二次投影結像システムは、検出ユニットの製造誤差及び／又は組み立て誤差によるＳＳＥ対応関係及びＢＳＥ対応関係の逸脱をそれぞれ補償するアライメント偏向器を備える。
【００４６】
[0046]  また、本発明は、サンプルの表面を観察するためのマルチビーム装置の検出システムを構成する方法であって、ビームセパレータを用いて、表面上で複数のプローブスポットによって発生された複数の二次電子ビームを、装置の二次光軸に沿って進行するように偏向させるステップと、二次光軸と整合されているズームレンズを用いて、複数の二次電子ビームを伝達面に合焦させるステップと、二次光軸と整合されている投影レンズを用いて、伝達面からの複数の二次電子ビームを検出面に合焦させ、その上に複数の二次電子スポットを形成するステップと、検出面上に配置されている複数の検出要素を有する電子検出デバイスを用いて、複数の二次電子スポットをそれぞれ検出するステップと、スキャン防止偏向ユニットを用いて、複数の二次電子スポットの位置を常に保持するように、複数のプローブスポットが表面上の複数のスキャン領域上でスキャンするのに合わせて複数の二次電子ビームを偏向させるステップと、表面を異なる条件で観察する場合に複数の二次電子スポットの位置の半径方向変動及び回転変動を打ち消すようにズームレンズ及び投影レンズを調整するステップと、を含む方法を提供する。
【００４７】
[0047]  方法は、二次ビーム制限アパーチャを用いて複数の二次電子ビームの周辺電子を遮断するステップをさらに含み得る。方法は、フィールドレンズを用いて複数の二次電子スポットの軸外収差を低減させるステップをさらに含み得る。方法は、非点収差補正装置を用いて、ビームセパレータによる複数の二次電子スポットの非点収差を補償するステップをさらに含み得る。方法は、アライメント偏向器を用いて、検出ユニットの製造誤差及び／又は組み立て誤差による複数の二次電子スポットと複数の検出要素との間のシフトを補償するステップをさらに含み得る。
【００４８】
[0048]  また、本発明は、サンプルの表面を観察するためのマルチビーム装置の検出システムを構成する方法であって、ＳＳＥモードにおいて動作するステップ及びＢＳＥモードにおいて動作するステップを含む方法を提供する。ＳＳＥモードにおいて動作するステップは、ビームセパレータを用いて、表面上で複数のプローブスポットによって発生された複数の低速二次電子ビームを、装置の二次光軸に沿って進行するように偏向させるステップと、二次光軸と整合されたズームレンズを用いて、複数の低速二次電子ビームを第１の伝達面に合焦させるステップと、二次光軸と整合され、第１の伝達面に配置された第１のフィールドレンズを用いて、複数の低速二次電子ビームを曲げるステップと、二次光軸と整合された投影レンズを用いて、複数の二次電子ビームを検出面に合焦させ、それらの間にＳＳＥクロスオーバを形成すると共に検出面上に複数の低速二次電子スポットを形成するステップと、検出面上に配置されている複数の検出要素を有する電子検出デバイスを用いて、複数の低速二次電子スポットをそれぞれ検出するステップと、スキャン防止偏向ユニットを用いて、複数の低速二次電子スポットの位置を常に保持するように、複数のプローブスポットが表面上の複数のスキャン領域上でスキャンするのに合わせて複数の低速二次電子ビームを偏向させるステップと、表面を異なる条件で観察する場合に複数の低速二次電子スポットの位置の半径方向変動及び回転変動を打ち消すようにズームレンズ及び投影レンズを調整するステップと、を含む。ＢＳＥモードにおいて動作するステップは、ビームセパレータを用いて、表面上で複数のプローブスポットによって発生された複数の後方散乱電子ビームを、装置の二次光軸に沿って進行するように偏向させるステップと、ズームレンズを用いて、複数の後方散乱電子ビームを第２の伝達面に合焦させるステップと、二次光軸と整合され、第２の伝達面に配置された第２のフィールドレンズを用いて、複数の後方散乱電子ビームを曲げるステップと、投影レンズを用いて、複数の後方散乱ビームを検出面に合焦させ、それらの間にＢＳＥクロスオーバを形成すると共に検出面上に複数の後方散乱電子スポットを形成するステップと、複数の検出要素を用いて、複数の後方散乱電子スポットをそれぞれ検出するステップと、スキャン防止偏向ユニットを用いて、複数の後方散乱電子スポットの位置を常に保持するように、複数のプローブスポットが複数のスキャン領域上でスキャンするのに合わせて複数の後方散乱電子ビームを偏向させるステップと、表面を異なる条件で観察する場合に複数の後方散乱電子スポットの位置の半径方向変動及び回転変動を打ち消すようにズームレンズ及び投影レンズを調整するステップと、を含む。
【００４９】
[0049]  一実施形態において、ＳＳＥモードにおいて動作するステップは、ＳＳＥクロスオーバにおいて第１の二次ビーム制限アパーチャを用いて複数の低速二次電子ビームの周辺電子を遮断するサブステップを含む。ＢＳＥモードにおいて動作するステップは、ＢＳＥクロスオーバにおいて第２の二次ビーム制限アパーチャを用いて複数の後方散乱電子ビームの周辺電子を遮断するサブステップを含む。ＳＳＥクロスオーバ及びＢＳＥクロスオーバは同一の面にあるか又は同一の面の近くにある。ＳＳＥモードにおいて動作するステップは、同一の面の近くに配置された非点収差補正装置を用いて、ビームセパレータによる複数の低速二次電子スポットの非点収差を補償するサブステップを含む。ＢＳＥモードにおいて動作するステップは、非点収差補正装置を用いて、ビームセパレータによる複数の後方散乱電子スポットの非点収差を補償するサブステップを含む。ＳＳＥモードにおいて動作するステップは、アライメント偏向器を用いて、検出ユニットの製造誤差及び／又は組み立て誤差による複数の低速二次電子スポットと複数の検出要素との間のシフトを補償するサブステップを含む。ＢＳＥモードにおいて動作するステップは、アライメント偏向器を用いて、検出ユニットの製造誤差及び／又は組み立て誤差による複数の後方散乱電子スポットと複数の検出要素との間のシフトを補償するサブステップを含む。
【００５０】
[0050]  また、本発明は、マルチビーム装置における検出デバイスのための結像システムであって、サンプル表面から検出デバイスの複数の検出要素へそれぞれ放出された複数の荷電粒子ビームを合焦させるための手段と、マルチビーム装置において磁気対物レンズによって引き起こされた複数の荷電粒子ビームの回転を打ち消すための手段と、を備える結像システムを提供する。
【００５１】
[0051]  一実施形態において、結像システムは、マルチビーム装置において偏向スキャンユニットによって引き起こされた、検出デバイス上での複数の荷電粒子ビームのスキャンを打ち消すための手段をさらに備え得る。複数の荷電粒子ビームは複数の低速二次電子ビーム及び複数の後方散乱電子ビームを含む。検出デバイスは半導体ダイオード検出器である。スキャンを打ち消す手段は結像システムの入射側の近くに位置している。スキャンを打ち消す手段は、結像システムの光軸に沿って第１の偏向器及び第２の偏向器を順番に含む。合焦させる手段は、結像システムの光軸に沿ってズームレンズ及び投影レンズを順番に含む。
【００５２】
[0052]  一実施形態において、磁気対物レンズ及びズームレンズは複数の荷電粒子ビームを伝達面に合焦させ、投影レンズは伝達面からの複数の荷電粒子ビームを検出デバイス上の検出面に合焦させる。ズームレンズは、光軸に沿って第１の静電レンズ及び第２の静電レンズを順番に含む。スキャンを打ち消す手段は第１の静電レンズと第２の静電レンズとの間に位置している。ズームレンズは、回転を打ち消す手段である磁気レンズを含み得る。投影レンズは、静電レンズと、回転を打ち消す手段である磁気レンズと、を含み得る。
【００５３】
[0053]  一実施形態において、結像システムは、複数の荷電粒子ビームの収差を低減するための、伝達面におけるフィールドレンズをさらに備え得る。フィールドレンズは静電レンズを含む。フィールドレンズは、回転を打ち消す手段である磁気レンズを含み得る。
【００５４】
[0054]  一実施形態において、結像システムは、少なくとも１つの開口を有するプレートをさらに備え得る。プレートの１つの開口は、検出デバイス上における複数の荷電粒子ビームの大きさを低減させるためのビーム制限アパーチャとしてのものである。プレートは、大きさが異なる複数の選択可能な開口を含む。プレートは、投影レンズと検出デバイスとの間の複数の荷電粒子ビームのクロスオーバに位置している。
【００５５】
[0055]  一実施形態において、結像システムは、複数の荷電粒子ビームの非点収差を低減するための非点収差補正装置をさらに備え得る。非点収差補正装置は複数の荷電粒子ビームのクロスオーバに位置している。
【００５６】
[0056]  一実施形態において、結像システムは、複数の荷電粒子ビームを検出デバイスの複数の検出要素とそれぞれ整合させるためのアライメント偏向器をさらに備え得る。アライメント偏向器は検出デバイスと投影レンズとの間に位置している。
【００５７】
[0057]  本発明の他の利点は、説明及び例示として本発明のいくつかの実施形態が述べられている以下の記載を添付図面と関連付けて読むことから明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
[0058]  本発明は、同様の参照番号が同様の構造的要素を表す添付図面に関連付けた以下の詳細な説明によって、容易に理解されよう。
【００５９】
【図１】[0059]  マルチビーム装置の従来の構成の概略図である。
【図２】[0060]  本発明の一実施形態に従った二次投影結像システムの概略図である。
【図３Ａ】[0061]  本発明の別の実施形態に従った二次投影結像システムの概略図である。
【図３Ｂ】[0062]  本発明に従った図３Ａの二次投影結像システム内を移動する低速二次電子の概略図である。
【図４Ａ】[0063]  図３Ｂの電子検出デバイス上の二次電子スポットの概略図である。
【図４Ｂ】[0063]  図３Ｂの電子検出デバイス上の二次電子スポットの概略図である。
【図４Ｃ】[0063]  図３Ｂの電子検出デバイス上の二次電子スポットの概略図である。
【図５】[0064]  本発明に従った、図３Ａにおいて動作するスキャン防止偏向ユニットの概略図である。
【図６Ａ】[0065]  本発明に従った、図３Ａにおける電磁化合物投影レンズの構成の概略図である。
【図６Ｂ】[0065]  本発明に従った、図３Ａにおける電磁化合物投影レンズの構成の概略図である。
【図６Ｃ】[0065]  本発明に従った、図３Ａにおける電磁化合物投影レンズの構成の概略図である。
【図７Ａ】[0066]  本発明の別の実施形態に従った二次投影結像システムの概略図である。
【図７Ｂ】[0067]  本発明に従った図７Ａの二次投影結像システム内を移動する低速二次電子の概略図である。
【図８Ａ】[0068]  本発明の別の実施形態に従った二次投影結像システムの概略図である。
【図８Ｂ】[0069]  本発明に従った図８Ａの二次投影結像システム内を移動する低速二次電子の概略図である。
【図９Ａ】[0070]  本発明の別の実施形態に従った二次投影結像システムの概略図である。
【図９Ｂ】[0071]  本発明に従った図９Ａの二次投影結像システム内を移動する低速二次電子の概略図である。
【図９Ｃ】[0072]  本発明に従った図９Ａの二次投影結像システム内を移動する後方散乱電子の概略図である。
【図１０Ａ】[0073]  本発明の別の実施形態に従った二次投影結像システムの概略図である。
【図１０Ｂ】[0074]  本発明の別の実施形態に従った二次投影結像システムの概略図である。
【図１１Ａ】[0075]  本発明の別の実施形態に従った二次投影結像システムの概略図である。
【図１１Ｂ】[0076]  本発明に従った図１１Ａの二次投影結像システム内を移動する低速二次電子の概略図である。
【図１２】[0077]  本発明の別の実施形態に従った二次投影結像システムの概略図である。
【図１３Ａ】[0078]  本発明に従った二次投影結像システムにおいて回転防止機能を実現する２つのオプションのうち１つの概略図である。
【図１３Ｂ】[0078]  本発明に従った二次投影結像システムにおいて回転防止機能を実現する２つのオプションのうち１つの概略図である。
【図１４】[0079]  本発明の別の実施形態に従った二次投影結像システムの概略図である。
【図１５Ａ】[0080]  本発明の別の実施形態に従ったマルチビーム装置の構成の概略図である。
【図１５Ｂ】[0081]  図１５Ａの実施形態に従った１つの検出システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
[0082]  これより、本発明の様々な例示的な実施形態について、本発明のいくつかの例示的な実施形態が示されている添付図面を参照し、さらに充分に説明する。本発明の保護の範囲を限定することなく、実施形態の全ての記載及び図面は例示として電子ビームを参照する。しかしながら、実施形態は、本発明を特定の荷電粒子に限定するために使用されるものではない。
【００６１】
[0083]  図面において、各コンポーネントの及び全てのコンポーネント間の相対的な寸法は明確さのため誇張されることがある。以下の図面の記載内で、同一又は同様の参照番号は同一又は同様のコンポーネント又はエンティティを指し、個々の実施形態に関する相違点のみが記載される。
【００６２】
[0084]  従って、本発明の例示的な実施形態には様々な変更及び代替的な形態が可能であるが、その実施形態を一例として図面に示し、本明細書において詳細に記載する。しかしながら、本発明の例示的な実施形態を開示される特定の形態に限定する意図はなく、逆に、本発明の例示的な実施形態は本発明の範囲内に該当する全ての変更、均等物（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓ）、及び代替を包含することは理解されよう。
【００６３】
[0085]  本発明において、「軸方向の（ａｘｉａｌ）」は、「電子光学要素（円形レンズ又は多極レンズ等）、結像システム、又は装置の光軸方向に」を意味し、「半径方向の（ｒａｄｉａｌ）」は、「光軸に対して垂直な方向に」を意味し、「軸上の（ｏｎ−ａｘｉａｌ）」は、「光軸上又は光軸と整合して」を意味し、「軸外の（ｏｆｆ−ａｘｉｓ）」は、光軸上でない又は光軸と整合しない」を意味する。
【００６４】
[0086]  本発明において、「結像システムは光軸と整合されている」は、「全ての電子光学要素は光軸と整合されている」を意味する。
【００６５】
[0087]  本発明において、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸はデカルト座標を形成する。一次投影結像システムの一次光軸はＺ軸上にあり、一次電子ビームはＺ軸に沿って進行する。
【００６６】
[0088]  本発明において、「一次電子」は、「電子源から放出され、サンプルの観察対象表面又は検査表面に入射する電子」を意味し、「二次電子」は、「一次電子によって表面から発生される電子」を意味する。
【００６７】
[0089]  本発明において、「二次電子ビームクロスオーバ」は、「二次電子ビームの１つのクロスオーバ」を意味し、「二次ビーム制限アパーチャ」は、「１つの二次電子ビームを制限する開口」を意味し、「一次ビーム制限開口」は、「一次ビームレットを制限する開口」を意味する。
【００６８】
[0090]  本発明は、マルチビーム装置のための１つの二次投影結像システムを提案する。どのように二次投影結像システムが１つのマルチビーム装置内で機能するかを明確に説明するため、図１の実施形態１００Ａを一例として取り上げる。明確さのため、３つのビームレットのみを図示するが、ビームレットの数は任意とすることができる。
【００６９】
[0091]  図１において、３つのプローブスポット１０２＿１Ｓ、１０２＿２Ｓ、及び１０２＿３Ｓによってそれぞれ発生された３つの二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ、１０２＿２ｓｅ、及び１０２＿３ｓｅは、一次光軸１００＿１と反対に進み、対物レンズ１３１及び偏向スキャンユニット１３２を順次通過する。次いで、ビームセパレータ１６０（ウィーンフィルタ）が３つの二次電子ビームを偏向させ、二次光軸１５０＿１に沿って二次投影結像システム１５０に入射させる。二次投影結像システム１５０は、３つの二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ〜１０２＿３ｓｅを電子検出デバイス１４０の３つの検出要素上に合焦させる。従って、３つの検出要素は、３つのプローブスポット１０２＿１Ｓ〜１０２＿３Ｓによってスキャンされた３つのスキャン領域の像信号をそれぞれ同時に発生させる。電子検出デバイス１４０及び二次投影結像システム１５０は、１つの検出ユニット１８０を形成する。二次電子ビームの経路上の電子光学要素、すなわち対物レンズ１３１、偏向スキャンユニット１３２、ビームセパレータ１６０、二次投影結像システム１５０、及び電子検出デバイス１４０が、１つの検出システムを形成する。
【００７０】
[0092]  周知のように、二次電子の放出は基本的にランベルトの法則に従い、大きいエネルギの広がりを有する。１つの低速二次電子のエネルギは最大で５０ｅＶであり、大部分はサンプル材料に応じてほぼ１〜５ｅＶであるが、１つの後方散乱電子のエネルギは最大で一次電子の表面到達エネルギであり、大部分はこれに近いエネルギである。従って、低速二次電子及び後方散乱電子のエネルギは大きく異なる。サンプルのフィーチャ及び材料に応じて、通常使用される表面到達エネルギは０．１ｋｅＶ〜５ｋｅＶの範囲であり、これは、低速二次電子ビームと後方散乱電子ビームとの間のエネルギ差にほぼ等しい。しかしながら、そのような大きいエネルギ差は２つの問題を招く。第１に、電子のエネルギが低下するにつれて電子に対する対物レンズ１３１の合焦の影響は増大するので、低速二次電子ビームに対する集光力は後方散乱電子ビームよりも大きい。その結果、各プローブスポット（１０２＿１Ｓ等）について、対物レンズは、低速二次電子ビーム及び後方散乱電子ビームを、２つの異なる結像倍率で２つの異なる像面に合焦させる。第２に、電子のエネルギが低下するにつれて電子に対するビームセパレータ１６０の偏向の影響は増大するので、低速二次電子ビームに対する偏向力は後方散乱電子ビームよりも大きい。結果として、各プローブスポット（１０２＿１Ｓ等）について、ビームセパレータ１６０は、低速二次電子ビーム及び後方散乱電子ビームの双方を同時に偏向させて二次光軸１５０＿１に沿って二次投影結像システム１５０に入射させることができない。従って、従来のＳＥＭとは異なり、１つのプローブスポットによってスキャンされる各スキャン領域について、検出システムは、低速二次電子及び後方散乱電子が一緒に形成した１つの像を検出することができない。従って検出システムは、低速二次電子によって像を検出する１つのモード、又は後方散乱電子によって像を検出する１つのモードのいずれかで動作する。これらは、それぞれＳＳＥモード及びＢＳＥモードと呼ばれる。ＳＳＥモード及びＢＳＥモードにおいて、ビームセパレータ１６０は、低速二次電子ビーム及び後方散乱電子ビームをそれぞれ偏向させて二次光軸１５０＿１に沿って二次投影結像システム１５０に入射させ、二次投影結像システム１５０は、低速二次電子ビーム及び後方散乱電子ビームを電子検出デバイス１４０の検出要素にそれぞれ合焦させる。
【００７１】
[0093]  上述のように、ビームレット１０２＿１〜１０２＿３の表面到達エネルギは、様々な検査用途において０．１ｋｅＶ〜５ｋｅＶの範囲で変化し得る。表面到達エネルギは、単一の電子源１０１のポテンシャル又はサンプル８のポテンシャルの一方又は双方を変動させることによって変化され得る。従って、対物レンズ１３１の励起は、３つのビームレットに対応した集光力を提供するように調整する必要があり、これに応じて、低速二次電子ビーム及び後方散乱電子ビームのための対物レンズ１３１の集光力は様々に変動する。このため、低速二次電子ビーム及び後方散乱電子ビームによってそれぞれ形成される像の位置及び倍率は、表面到達エネルギと共に変化する。さらに、対物レンズ１３１は通常、収差が小さいという理由から磁気レンズ又は電磁気化合物レンズである。この場合、低速二次電子ビーム及び後方散乱電子ビームによってそれぞれ形成される像の回転も、表面到達エネルギと共に変化する。前述した像の変動によって、二次電子ビームが電子検出デバイス１４０上に形成する二次電子スポットの位置は、対応する検出要素によって二次電子ビームを検出できないほどに移動し得る。従って、二次投影結像システム１５０は、結像倍率の変動を排除するためのズーム機能と、像回転の変動を排除するための回転防止機能とを備える必要がある。
【００７２】
[0094]  二次電子スポットの位置は、３つのスキャン領域をスキャンする３つのプローブスポット１０２＿１Ｓ〜１０２＿３Ｓと共に移動するので、対応するプローブスポットが近隣スキャン領域に隣接した場所に移動した場合（すなわち、各スキャン領域の大きさがピッチＰｓに近い、又は、二次電子に対する偏向スキャンユニット１３２の偏向の影響が大きすぎる場合）、二次電子スポットの各々は、隣接する検出要素に部分的に入射する可能性がある。隣接する検出要素によって検出された二次電子は、３つのスキャン領域の像のオーバーラップを発生させる。そのような像のオーバーラップは像解像度を劣化させるので、排除する必要がある。このため、二次投影結像システムは、３つの二次電子スポットを常に対応する検出要素内に保持するための１つのスキャン防止機能を有する必要がある。
【００７３】
[0095]  次に、二次投影結像システム１５０のいくつかの実施形態を検出システム全体と共に図示し記載する。図１に従い、３つのプローブスポットに対する３つ二次電子ビームのみを図示するが、二次電子ビームの数は任意とすることができる。サンプル８から開始する検出システム全体内で、第１の部分は一次光軸１００＿１に沿っており、第２の部分は二次光軸１５０＿１に沿っている。明確さのため、第１の部分を二次光軸１５０＿１に沿って回転させるので、検出システム全体を１つの直線の光軸に沿って図示することができる。
【００７４】
[0096]  図２は、検出システム１００−１Ｄにおける二次投影結像システム１５０の一実施形態１５０−１を示す。実施形態１５０−１は、ズームレンズ１５１、投影レンズ１５２、及びスキャン防止偏向ユニット１５７を含み、これらは全て二次光軸１５０＿１と整合されている。電子検出デバイス１４０の検出要素１４０＿１、１４０＿２、及び１４０＿３は検出面ＳＰ３上に配置されている。ズームレンズ１５１、投影レンズ１５２、及び対物レンズ１３１は共に、サンプル表面７を検出面ＳＰ３に投影する。すなわち、偏向スキャンユニット１３２がオフである場合、二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ〜１０２＿３ｓｅを合焦させて、検出要素１４０＿１、１４０＿２、及び１４０＿３上に二次電子スポットをそれぞれ形成する。偏向スキャンユニット１３２がビームレット１０２＿１〜１０２＿３で３つのスキャン領域をスキャンする間、スキャン防止偏向ユニット１５７は二次電子スポットを対応する検出要素内に保持する。
【００７５】
[0097]  サンプル表面７から検出面ＳＰ３への全結像倍率Ｍは、式（１）においてＰｄ及びＰｓに関して選択される。
【数１】
0006641011.tif 000002
このように、サンプル表面上の各プローブスポットは１つの検出要素上に結像され、これによって、複数のプローブスポットと複数の検出要素との対応関係を保証する。プローブスポットピッチＰｄは、異なる検査用途では異なる可能性があり、これに応じて倍率Ｍは常に変化する。
【００７６】
[0098]  ズームレンズ１５１は、２つの静電レンズ１５１＿１１及び１５１＿１２を含む。ズームレンズ１５１の像面は常に伝達面ＳＰ２にある。ＳＳＥモード及びＢＳＥモードにおける伝達面ＳＰ２の位置は異なり、固定されている。投影レンズ１５２は、１つの静電レンズ１５２＿１１及び１つの磁気レンズ１５２＿１２を備え、その像面は常に検出面ＳＰ３にある。サンプル表面７から伝達面ＳＰ２への第１の結像倍率Ｍ１は対物レンズ１３１及びズームレンズ１５１によって実現され、伝達面ＳＰ２から検出面ＳＰ３への第２の結像倍率Ｍ２は投影レンズ１５２によって実現され、サンプル表面７から検出面ＳＰ３への全結像倍率ＭはＭ１＊Ｍ２に等しい。第２の結像倍率Ｍ２は、ＳＳＥモードでは第１の結像倍率Ｍ１よりも大きいことが好ましい。
【００７７】
[0099]  ズームレンズ１５１はズーム機能を実行する。２つの静電レンズ１５１＿１１及び１５１＿１２の集光力を調整することで、全結像倍率Ｍの所望の値を達成するように結合倍率Ｍ１を変動させることができる。投影レンズ１５２は回転防止機能を実行する。磁気レンズ１５２＿１２の磁場及び静電レンズ１５２＿１１の集光力を調整することで、検出面ＳＰ３上での全像回転及び結合倍率Ｍ２を常に同一に維持することができる。スキャン防止偏向ユニット１５７はスキャン防止機能を実行する。偏向スキャンユニット１３２によって二次電子ビームを同期的に偏向させることで、検出面ＳＰ３上での３つの二次電子スポットの変位を実質的に打ち消すことができる。この結果、複数のプローブスポットと複数の検出要素との対応関係を常に維持することができる。
【００７８】
[00100]  基本的に、スキャン防止偏向ユニット１５７は、検出面ＳＰ３よりも前段の任意の面に配置することができる。偏向スキャンユニット１３２によって発生する二次電子ビームの偏向に由来するズームレンズ１５１及び投影レンズ１５２の追加収差を低減するため、スキャン防止偏向ユニット１５７はズームレンズ１５１よりも前段に配置する方が良い。従って二次電子ビームは、まるで偏向スキャンユニット１３２がオフであるかのようにズームレンズ１５１及び投影レンズ１５２を通過する。しかしながらこの場合、ズームレンズ１５１はビームセパレータ１６０から離して配置しなければならず、結果として大きい初期収差を発生する。図３Ａの検出システム１００−２Ｄの二次投影結像システム１５０の実施形態１５０−２におけるように、ズームレンズ１５１の静電レンズ１５１＿１１と１５１＿１２との間にスキャン防止偏向ユニット１５７を配置することは、初期収差と追加収差の双方を軽減するための好適なバランスである。
【００７９】
[00101]  図３Ｂは、どのように検出システム１００−２ＤがＳＳＥモードで動作するかを示す。最初に、対物レンズ１３１は、３つのプローブスポット１０２＿１Ｓ、１０２＿２Ｓ、及び１０２＿３Ｓからの３つの低速二次電子ビーム１０２＿１ｓｓｅ、１０２＿２ｓｓｅ、及び１０２＿３ｓｓｅを合焦し、３つのプローブスポットの第１の二次電子像を像面ＳＰ１＿ｓｓｅ上に形成する。像面ＳＰ１＿ｓｓｅはズームレンズ１５１の下方にあり、対物レンズ１３１の動作条件の変化と共に移動する。ビームセパレータ１６０は、３つの低速二次電子ビーム１０２＿１ｓｓｅ〜１０２＿３ｓｓｅを偏向させて、二次光軸１５０＿１に沿って二次投影結像システム１５０−２に入射させる。次いでズームレンズ１５１は、３つの低速二次電子ビーム１０２＿１ｓｓｅ〜１０２＿３ｓｓｅを合焦し、３つのプローブスポットの第２の二次電子像を伝達面ＳＰ２上に形成する。投影レンズ１５２は、３つの低速二次電子ビーム１０２＿１ｓｓｅ〜１０２＿３ｓｓｅを合焦して、３つのプローブスポットの第３の二次電子像を検出面ＳＰ３上に形成し、これらは次いで、３つの検出要素１４０＿１、１４０＿２、及び１４０＿３内部に、３つの低速二次電子スポット１０２＿１ｓｓｅＰ、１０２＿２ｓｓｅＰ、及び１０２＿３ｓｓｅＰをそれぞれ形成する。ＢＳＥモードでは、検出システム１００−２Ｄは同様に動作するが、像面ＳＰ１＿ｓｓｅ及び伝達面ＳＰ２の位置はＳＳＥモードのものとは異なる。
【００８０】
[00102]  スキャン防止偏向ユニット１５７は、３つの低速二次電子ビーム１０２＿１ｓｓｅ〜１０２＿３ｓｓｅに対する偏向スキャンユニット１３２の影響を補償する。偏向スキャンユニット１３２が３つのビームレットを偏向させてサンプル表面７上の対応するスキャン領域をスキャンすると、３つの低速二次電子ビーム１０２＿１ｓｓｅ〜１０２＿３ｓｓｅはどちらかに偏向される。この偏向は、検出面ＳＰ３において、低速二次電子スポット１０２＿１ｓｓｅＰ〜１０２＿３ｓｓｅＰを、図４Ａに示されている元の位置から図４Ｂのような新しい位置にシフトさせる。一方で、各低速二次電子ビームの一部は対応する検出要素内部にないので、各低速二次電子ビームの収集効率は低下する。他方で、２つの低速二次電子スポットは部分的に同時に１つの検出要素内部にある。例えば、１４０＿１内部に１０２＿１ｓｓｅＰ及び１０２＿２ｓｓｅＰがある。１つの検出要素からの像信号はサンプル表面７上の２以上のスキャン領域からの情報を含むので、クロストークが発生する。
【００８１】
[00103]  クロストークを回避するため、スキャン防止偏向ユニット１５７は、３つの低速二次電子ビームを偏向させて、検出面ＳＰ３上の低速二次電子スポットのシフトを打ち消す必要がある。図５にスキャン防止偏向ユニット１５７の一実施形態１５７−１が示されている。これは、２つの（より多い可能性もある）スキャン防止偏向器１５７＿１１及び１５７＿１２を含む。実施形態１５７−１は、ＳＳＥモード及びＢＳＥモードの双方で同様に動作するが、ここでは低速二次電子ビーム１０２＿１ｓｓｅを一例として取り上げる。偏向スキャンユニット１３２が３つのビームレットを偏向させない場合、低速二次電子ビーム１０２＿１ｓｓｅは、ズームレンズ１５１及び投影レンズ１５２を二次光軸１５０＿１に沿って通過し、検出要素１４０＿１の中央に到達する。この経路は太線で示されている。偏向スキャンユニット１３２が３つのビームレットをサンプル表面７上の対応するスキャン領域の中央から離れた場所へ偏向させると、低速二次電子ビーム１０２＿１ｓｓｅは、静電レンズ１５１＿１１に入射する際、二次光軸１５０＿１からシフトすると共に二次光軸１５０＿１に対して傾斜する。この経路は細線で示されている。スキャン防止偏向ユニット１５７が使用されない場合、低速二次電子ビーム１０２＿１ｓｓｅは、破線の経路に沿って静電レンズ１５１＿１２及び投影レンズ１５２を通過し、一部が検出要素１４０＿１に到達する。静電レンズ１５１＿１２及び投影レンズ１５２の軸外収差は増大し、従って低速二次電子スポット１０２＿１ｓｓｅＰは大きくなる。スポットの拡大はクロストークを悪化させる。スキャン防止偏向ユニット１５７が使用される場合、第１のスキャン防止偏向器１５７＿１１は、第２のスキャン防止偏向器１５７＿１２の中央を実質的に通過するように低速二次電子ビーム１０２＿１ｓｓｅを偏向させ、従って第２のスキャン防止偏向器１５７＿１２は、二次光軸１５０＿１に沿って進行するように低速二次電子ビーム１０２＿１ｓｓｅを後方に偏向させる。このように、低速二次電子ビーム１０２＿１ｓｓｅは、偏向スキャンユニット１３２が３つのビームレットを偏向させない場合と同じ経路に沿って静電レンズ１５１＿１２及び投影レンズ１５２を通過する、すなわち太線に沿って進行して、検出要素１４０＿１の中央に到達する。
【００８２】
[00104]  投影レンズ１５２の磁気レンズ１５２＿１２は、３つの低速二次電子ビーム１０２＿１ｓｓｅ〜１０２＿３ｓｓｅの回転に対する対物レンズ１３１の影響を補償する。対物レンズ１３１が１つの磁気レンズを含む場合、３つの低速二次電子ビームは、磁気レンズを通過する際に一次光軸１００＿１を中心に回転し、回転角はその磁場と共に変化する。このため、何らかの理由（３つのビームレット１０２＿１〜１０２＿３の表面到達エネルギの変化等）によって磁場が変化すると、３つの低速二次電子スポット１０２＿１ｓｓｅＰ〜１０２＿３ｓｓｅＰは、図４Ａの最初の位置から図４Ｃのような新しい位置へ、二次光軸１５０＿１を中心に回転する。従って、ビームレットが２Ｄアレイに配列されている場合、３つの低速二次電子ビーム１０２＿１ｓｓｅ〜１０２＿３ｓｓｅの収集効率が低下すると共にクロストークが現れる。この場合、磁気レンズ１５２＿１２の磁場を調整して３つの低速二次電子ビーム１０２＿１ｓｓｅ〜１０２＿３ｓｓｅを反対方向に回転させることで、対物レンズ１３１の磁場の変化による３つの低速二次電子スポット１０２＿１ｓｓｅＰ〜１０２＿３ｓｓｅＰの回転変動を打ち消す。
【００８３】
[00105]  図６Ａ〜図６Ｃは、回転防止機能を実行することができる投影レンズ１５２の１つの構成をそれぞれ示す。図６Ａの構成１５２−１において、静電レンズ１５２＿１１は磁気レンズ１５２＿１２の内部にあり、３つの電極１５２＿１１＿ｅ１、１５２＿１１＿ｅ２、及び１５２＿１１＿ｅ３を含む。静電レンズ１５２＿１１はアインツェルレンズ（ｅｉｎｚｅｌ  ｌｅｎｓ）として実行できる。静電レンズ１５２＿１１の静電場及び磁気レンズ１５２＿１２の磁場は大きく離れているので、結像倍率Ｍ２は磁気レンズ１５２＿１２の磁場変動と共に変化する。従って、磁気レンズ１５２＿１２が回転防止機能を実行するように調整される場合、ズームレンズ１５１によって結像倍率Ｍ２の変動を補償する必要がある。この複雑な手順を回避するため、図６Ｂに示す実施形態１５２−２におけるように、静電レンズ１５２＿１１の静電場の中心及び磁気レンズ１５２＿１２の電場の中心が一致することが好ましい。電極１５２＿１１＿ｅ３及び１５２＿１１＿ｅ１の双方が接地されている場合、それらは、図６Ｃに示す実施形態１５２−３におけるように、磁気レンズ１５２＿１２の上部及び下部の磁極片で置き換えることができる。
【００８４】
[00106]  高い収集効率と低いクロストークレベルを得るため、明らかに、二次電子スポットはできる限り小さくする方が良い。すなわち、ズームレンズ１５１及び投影レンズ１５２の収差はできる限り低減する方が良い。１つの解決策は、フィールドレンズを用いて軸外二次電子スポットの収差を低減することである。図３Ｂにおいて、２つの軸外低速二次電子ビーム１０２＿２ｓｓｅ及び１０２＿３ｓｓｅは、大きい半径方向シフト及び傾斜角で投影レンズ１５２に入射し、従って大きい軸外収差を有する。図７Ａは、検出システム１００−３Ｄにおける二次投影結像システム１５０の一実施形態１５０−３を示す。図７Ａにおいて、フィールドレンズ１５３及びフィールドレンズ１５４は、それぞれＳＳＥモードの伝達面ＳＰ２＿１及びＢＳＥモードの伝達面ＳＰ２＿２に配置され、双方とも二次光軸１５０＿１と整合されている。二次投影結像システム１５０がＳＳＥモード及びＢＳＥモードのうち一方で動作するだけでよい場合は、それに対応するフィールドレンズのみが配置される。図７Ｂは、どのようにフィールドレンズ１５３がＳＳＥモードで動作するかを示す。図３Ｂと比較すると、フィールドレンズ１５３は、軸上低速二次電子ビーム１０２＿１ｓｓｅ及び全結像倍率Ｍに影響を及ぼすことなく、低速二次電子ビーム１０２＿２ｓｓｅ及び１０２＿３ｓｓｅを二次光軸１０５＿１の方へ曲げる。図７Ｂにおいて、二次電子ビーム１０２＿２ｓｓｅ及び１０２＿３ｓｓｅは投影レンズ１５２の中央を通過するように曲げられる。すなわち、半径方向シフトはほとんど排除されるが、傾斜角は大きい。実際には、フィールドレンズ１５３は、低速二次電子スポット１０２＿２ｓｓｅＰ及び１０２＿３ｓｓｅＰをできる限り小さくするように半径方向シフトと傾斜角のバランスを取るよう調整することができる。
【００８５】
[00107]  別の解決策は、ビーム制限アパーチャを用いて１つの二次電子ビームの周辺電子を遮断することである。これは、周辺電子が通常大きい収差を有するからである。図８Ａは、検出システム１００−４Ｄにおける二次投影結像システム１５０の一実施形態１５０−４を示す。１つの開口１５５＿Ａを有する二次ビーム制限アパーチャプレート１５５が投影レンズ１５２の上方に配置されている。開口１５５＿Ａは、二次光軸１５０＿１と整合され、二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ〜１０２＿３ｓｅの最後のクロスオーバにあるか又はこの近くにある。図８Ｂは、どのように開口１５５＿ＡがＳＳＥモードで動作するかを示す。図３Ｂと比較すると、開口１５５＿Ａは最後のクロスオーバＣＯ３に配置され、従って３つの低速二次電子ビーム１０２＿１ｓｓｅ〜１０２＿３ｓｓｅの周辺電子を一斉に遮断することができる。ＳＳＥモード及びＢＳＥモードにおけるクロスオーバの位置は異なり、ビームレット１０２＿１〜１０２＿３の表面到達エネルギ及び対物レンズ１３１の動作条件によって変化するので、開口１５５＿Ａが極めて良好に動作できるのは、対応するクロスオーバの位置と合致するように移動しないいくつかの用途の事例だけである。図９Ａは、検出システム１００−５Ｄにおける二次投影結像システム１５０の一実施形態１５０−５を示す。ＳＳＥモード及びＢＳＥモードにおける最後のクロスオーバの位置は同一の面に固定されている。従って、ビーム制限アパーチャプレート１５５の開口１５５＿Ａは、あらゆる用途の事例において良好な性能を有する。
【００８６】
[00108]  図７Ａと同様、図９Ａでは、フィールドレンズ１５３及びフィールドレンズ１５４は、それぞれＳＳＥモードの伝達面ＳＰ２＿１及びＢＳＥモードの伝達面ＳＰ２＿２に配置され、双方とも二次光軸１５０＿１と整合されている。二次投影結像システム１５０がＳＳＥモード及びＢＳＥモードのうち一方で動作するだけでよい場合は、それに対応するフィールドレンズのみが配置される。ＳＳＥモード及びＢＳＥモードの各々において、対応するフィールドレンズは軸外二次電子ビームを曲げて、その最後のクロスオーバを開口１５５＿Ａに又はこの極めて近くに持っていく。図９Ｂに示すようなＳＳＥモードでは、フィールドレンズ１５４はオフであるか又は存在せず、フィールドレンズ１５３は、低速二次電子ビーム１０２＿２ｓｓｅ及び１０２＿３ｓｓｅを二次光軸１５０＿１の方へ曲げて開口１５５＿Ａを通過させる。図９Ｃに示すようなＢＳＥモードでは、フィールドレンズ１５３はオフであるか又は存在せず、フィールドレンズ１５４は、後方散乱電子ビーム１０２＿２ｂｅ及び１０２＿３ｂｅを二次光軸１５０＿１の方へ曲げて開口１５５＿Ａを通過させる。ＳＳＥモード及びＢＳＥモードにおいて、フィールドレンズ１５３及びフィールドレンズ１５４は投影レンズ１５２の収差を低減し、同時に最後のクロスオーバの位置を保持する。
【００８７】
[00109]  使用される開口１５５＿Ａの半径方向の大きさが小さくなればなるほど、検出要素１４０＿１、１４０＿２、及び１４０＿３の収集効率が低くなると共に像信号のクロストークが小さくなる。従って、収集効率とクロストークレベルを比較検討することによって半径方向の大きさが選択される。ＳＳＥモード及びＢＳＥモードにおける最適な半径方向の大きさは異なる可能性がある。各モードが最適な半径方向の大きさで動作できるようにするため、図１０Ａに示す検出システム１００−６−１Ｄにおける二次投影結像システム１５０の実施形態１５０−６−１におけるように、ビーム制限アパーチャプレート１５５は２つ以上の開口を有することができる。図１０Ａにおいて、ビーム制限アパーチャプレート１５５は２つの開口１５５＿１及び１５５＿２を有し、二次光軸１５０＿１に対して垂直に移動させることができる。開口１５５＿１及び開口１５５＿２は、それぞれＳＳＥモード及びＢＳＥモードに最適な半径方向の大きさを有する。実施形態１５０−６がＳＳＥモードで動作する場合、ビーム制限アパーチャプレート１５５は、開口１５５＿１を二次光軸１５０＿１と整合させるように移動される。実施形態１５０−６がＢＳＥモードで動作する場合、ビーム制限アパーチャプレート１５５は、開口１５５＿２を二次光軸１５０＿１と整合させるように移動される。ビーム制限アパーチャプレート１５５が、各モードで半径方向の大きさが異なる２つ以上の開口を有する場合、異なる度合いで収集効率及びクロストークレベルのバランスを取ることができる。
【００８８】
[00110]  いくつかの用途では、ＳＳＥモード及びＢＳＥモードにおける二次電子ビームの最後のクロスオーバの最適な位置は異なる可能性がある。従って、図１０Ｂに示す検出システム１００−６−２Ｄにおける二次投影結像システム１５０の実施形態１５０−６−２におけるように、二次光軸１５０＿１に沿った投影レンズ１５２の上方の異なる位置に配置された２つの別個の二次ビーム制限アパーチャプレートを使用することができる。図１０Ｂにおいて、第１の二次ビーム制限アパーチャプレート１５５及び第２の二次ビーム制限アパーチャプレート１５６は、それぞれＳＳＥモード及びＢＳＥモードにおける二次電子ビームの最後のクロスオーバの最適な位置に配置され、これらは各々、異なるように収集効率及びクロストークレベルのバランスを取るため半径方向の大きさが異なる１つ以上の開口を有することができる。ＳＳＥモードでは、フィールドレンズ１５３が、低速二次電子ビーム１０２＿２ｓｓｅ及び１０２＿３ｓｓｅ（図９Ｂを参照のこと）を曲げて、第１の二次ビーム制限アパーチャプレート１５５の１つの開口において１つのクロスオーバを形成する。この開口は、二次光軸１５０＿１と整合され、所望の半径方向の大きさを有する。従って第２の二次ビーム制限アパーチャプレート１５６は、離れる方へ移動させるか、又は１つの充分に大きい開口を二次光軸１５０＿１と整合させることができる。ＢＳＥモードでは、フィールドレンズ１５４が、後方散乱電子ビーム１０２＿２ｂｅ及び１０２＿３ｂｅ（図９ｃを参照のこと）を曲げて、第２の二次ビーム制限アパーチャプレート１５６の１つの開口において１つのクロスオーバを形成する。この開口は、二次光軸１５０＿１と整合され、所望の半径方向の大きさを有する。従って第１の二次ビーム制限アパーチャプレート１５５は、離れる方へ移動させるか、又は１つの充分に大きい開口を二次光軸１５０＿１と整合させることができる。
【００８９】
[00111]  ビームセパレータ１６０は、二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ〜１０２＿３ｓｅを偏向させて二次光軸１５０＿１に沿って二次投影結像システム１５０に入射させる場合、非点収差を発生する。非点収差は検出面ＳＰ３上の二次電子スポットを拡大し、これによって収集効率が低下すると共にクロストークが増大する。１つの非点収差補正装置を用いて非点収差を補償することができる。全ての二次電子ビームに等しく影響を与えるため、非点収差補正装置は二次電子ビームのクロスオーバに又はその近くに配置する方が良い。二次投影結像システム１５０がＳＳＥモード及びＢＳＥモードのうち一方で動作するだけでよい場合は、図１１Ａに示す検出システム１００−７Ｄにおける二次投影結像システム１５０の実施形態１５０−７におけるように、非点収差補正装置は、最後から２番目のクロスオーバ（図８ＢのＣＯ２）及び最後のクロスオーバ（図８ＢのＣＯ３）のうち一方又はその近くとすることができる。図１１Ａにおいて、非点収差補正装置１５８は、伝達面ＳＰ２の下方で最後から２番目のクロスオーバに配置されている。図１１Ｂは、非点収差補正装置１５８がＳＳＥモード用である場合を示している。
【００９０】
[00112]  二次投影結像システム１５０がＳＳＥモード及びＢＳＥモードの各々で動作する必要がある場合、非点収差補正装置は最後のクロスオーバに又はその近くにある方が良い。ＳＳＥモード及びＢＳＥモードにおける最後から２番目のクロスオーバの位置は明らかに離れており、１つの非点収差補正装置がこれら双方で動作することはできない。従って、２つの非点収差補正装置をそれぞれＳＳＥモード及びＢＳＥモードの最後から２番目のクロスオーバに又はその近くに配置しなければならない。ＳＳＥモード及びＢＳＥモードの最後のクロスオーバの位置はフィールドレンズによって同一の場所に調整できるので、図１２に示す検出システム１００−８Ｄにおける二次投影結像システム１５０の実施形態１５０−８におけるように、ＳＳＥモード及びＢＳＥモードは単に１つの非点収差補正装置を共有することができる。
【００９１】
[00113]  図９Ａと同様に、図１２では、フィールドレンズ１５３及びフィールドレンズ１５４は、それぞれＳＳＥモードの伝達面ＳＰ２＿１及びＢＳＥモードの伝達面ＳＰ２＿２に配置され、双方とも二次光軸１５０＿１と整合されている。ＳＳＥモード及びＢＳＥモードの各々において、フィールドレンズ１５３及び１５４のうち対応するものが二次電子ビームを曲げて、その最後のクロスオーバを、二次ビーム制限アパーチャプレート１５５の開口１５５＿Ａに又はその極めて近くに持っていく。非点収差補正装置１５８は、二次光軸１５０＿１と整合され、二次ビーム制限アパーチャプレート１５５の近く（その上方又は下方）にある。
【００９２】
[00114]  二次投影結像システム１５０の前述の実施形態において、回転防止機能は投影レンズ１５２によって実行される。実際には、回転防止機能は、ズームレンズ１５１、又は対応するフィールドレンズ（１５３又は１５４）、又は１つの余分な磁気レンズによって実行することができる。図１３Ａに示す検出システム１００−９−１Ｄの二次投影結像システム１５０の実施形態１５０−９−１において、フィールドレンズ１５３は１つの静電レンズ１５３＿１１及び１つの磁気レンズ１５３＿１２を含む。磁気レンズ１５３＿１２の磁場は回転防止機能を実現するように調整され、磁気レンズ１５３＿１２の磁場に基づいて静電レンズ１５３＿１１の集光力を調整することによってフィールドレンズ１５３の所望の曲げ機能が実行される。図１３Ｂに示す検出システム１００−９−２Ｄの二次投影結像システム１５０の実施形態１５０−９−２では、１つの磁気レンズ１５１＿１３がズームレンズ１５１の静電レンズ１５１＿１２に追加され、これによって電磁気化合物レンズ１５１＿１２ｃを形成している。同様に、磁気レンズ１５１＿１３は、静電レンズ１５１＿１１にも追加されて１つの電磁気化合物レンズ１５１＿１１ｃを形成するか、又は単に２つの静電レンズ１５１＿１１及び１５１＿１２の間に配置することができる。磁気レンズ１５１＿１３の磁場は回転防止機能を実現するように調整され、磁気レンズ１５１＿１３の磁場に基づいて静電レンズ１５１＿１１及び１５１＿１２の集光力を調整することによってズームレンズ１５１の所望のズーム機能が実行される。図１３Ａにおけるフィールドレンズ１５３及び図１３Ｂにおける電磁気化合物レンズ１５１＿１２ｃ又は電磁気化合物レンズ１５１＿１１ｃ（図示せず）は、それぞれ図６Ａ〜図６Ｃに示された投影レンズ１５２の構成のうち１つを使用することができる。
【００９３】
[00115]  二次投影結像システム１５０の前述の実施形態において、ズームレンズ１５１、投影レンズ１５２、及び電子検出デバイス１４０の中央の検出要素（ここでは１４０＿１）は、二次光軸１５０＿１と整合されている。実際、それら全てを完璧に製造し、それら全てを正しい位置で組み立てることはほとんど不可能であるので、検出面ＳＰ３上の二次電子スポットは、対応する検出要素からシフトする可能性がある。二次電子スポットを対応する検出要素と一致させるには、電子検出デバイス１４０を移動させるか、又は二次電子スポットを移動させる。比較的、二次電子スポットを移動させる方が簡単であり、柔軟に行える。これを実行するため、二次投影結像システム１５０の前述の実施形態において、投影レンズ１５２の上方に１つのアライメント偏向器を配置し、電子検出デバイス１４０の実際の位置に対して二次電子スポットを移動させるように二次電子ビームを偏向させることができる。例えば、１つのアライメント偏向器１５９が図１１Ａの実施形態１５０−７の投影レンズ１５２の上方に配置され、図１４に示されている。図１４の新たな実施形態は１５０−１０と表記されている。図１４はさらに、１つの二次ビーム制限アパーチャプレート１５５が使用される場合、アライメント偏向器１５９はその上に配置されることを示す。投影レンズ１５２の上方で１つの非点収差補正装置を使用する（図１２等）二次投影結像システム１５０の実施形態では、非点収差補正装置は、１つの非点収差補正装置及び１つのアライメント偏向器として同時に機能できる多極構造を有するように設計することができる。
【００９４】
[00116]  図１では、ビームセパレータ１６０の下方に偏向スキャンユニット１３２があり、これによって二次電子ビーム１０２＿１ｓｅ〜１０２＿３ｓｅに影響を与える。従って、検出面ＳＰ３上における１つの二次電子スポットの変位について、第１の部分はサンプル表面７上の対応するプローブスポットの変位及び全倍率Ｍに由来し、第２の部分は偏向スキャンユニット１３２の偏向の影響によるものである。図１５のマルチビーム装置の実施形態２００Ａにおけるように、偏向スキャンユニット１３２がビームセパレータ１６０の上方にある場合、第２の部分は存在しない。この場合、二次投影結像システム１５０は前述の実施形態の任意のものを利用できる。図１５Ｂにおいて、対応する検出システムの一実施形態２００−１Ｄは図３Ａに示された実施形態１５１−２を使用し、スキャン防止偏向ユニット１５７は二次電子スポットの変位の第１の部分を打ち消すだけでよい。さらに、各スキャン領域の大きさがピッチＰｄ及び隣接プローブスポットの各々よりもある程度小さい場合は、スキャン防止偏向ユニット１５７を除去することも可能である。
【００９５】
[00117]  要約すると、本発明の目的は、複数のビームレットの表面到達エネルギ及び／又は電流が大きい範囲内で変化する場合であっても高い収集効率と低いクロストークレベルの双方を備えた二次電子検出を実行する、マルチビーム装置の二次投影結像システムを提供することである。半導体製造業界における歩留まり管理ツールとして、マルチビーム装置は従って、多くの適用条件において高い検査解像度と高い検査スループットを達成することができる。二次投影結像システムは基本的に、１つのズームレンズ、１つの投影レンズ、及び１つのスキャン防止偏向ユニットを使用する。複数のビームレットの表面到達エネルギの変動と、それに対応するマルチビーム装置の対物レンズの動作条件の変動に対して、ズームレンズ及び投影レンズは、それぞれズーム機能及び回転防止機能を実行して、サンプル表面から検出面までの全結像倍率及び全像回転を維持する。従って、検出面における電子検出デバイスの複数の検出要素は、複数のビームレットによって発生した複数の二次電子ビームをそれぞれ検出することができる。スキャン防止偏向ユニットはスキャン防止機能を実行する。これは、偏向スキャンユニットが小さいスキャン領域上で複数のビームレットをスキャンする場合、二次電子ビームを同期的に偏向させて複数の二次電子ビームの表面到達位置を検出面上に維持する。二次投影結像システムはさらに、検出面上での複数の二次電子ビームの大きさを低減させ、従って複数の二次電子ビームの収集効率を増大させると共に複数の二次電子ビーム間のクロストークを軽減させる、１つのフィールドレンズ及び／又は二次ビーム制限アパーチャを備えることができる。また、二次投影結像システムは、ズームレンズ、投影レンズ、及び電子検出デバイスの製造誤差及び／又は組み立て誤差に由来する複数の二次電子ビームと複数の検出要素との間の不整合を排除する１つのアライメント偏向器も使用することができる。また、ズームレンズ又はフィールドレンズは、内部に１つの磁気レンズを使用している場合、回転防止機能も実行することができる。
【００９６】
[00118]  本発明についてその好適な実施形態に関連付けて説明したが、この後特許請求される本発明の精神及び範囲から逸脱することなく他の変更及び変形も実施可能であることは理解されよう。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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