(57)【要約】　　　（修正有）【課題】　検査された物体上の付加情報を得ることが可能な、電子顕微鏡及びその操作方法を提供する。【解決手段】　走査型電子顕微鏡であって、一次電子ビーム１１を生成するための電子源２４と、一次電子ビームを実質的に物体面内の焦点に集束して、一次電子ビームスポット３５を形成するための対物レンズを備えた一次電子光学機器１７と、電子強度を検出するための電子検出器１５と、対物レンズ２９から成り、焦点の周辺領域から発生する二次電子を二次電子ビームとして検出器に伝達する機能を果たす二次電子光学機器１９とを備える。【選択図】　図１ａ
2004134387.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　電子顕微鏡システムの物体面（７）内に配置可能な物体を検査するための電子顕微鏡システムであって、
　一次電子ビーム（１１）を生成するための電子源（２４）と、
　前記一次電子ビームを集束して、実質的に前記物体面内の点スポットである一次電子ビームスポット（３５）を形成するための対物レンズ（２９）を備えた一次電子光学機器（１７）と、
　電子強度を検出するための、二次元的位置感度検出器である電子検出器（１５）と、
　前記物体面の前記一次電子ビームスポットの周辺領域から二次電子ビームとして発生する二次電子を前記電子検出器に伝達するための、前記対物レンズを備えた二次電子光学機器（１９）とを含むシステム。
【請求項２】
　前記一次電子光学機器において、前記電子源と前記対物レンズとの間に、及び前記二次電子光学機器において、前記対物レンズと前記電子検出器との間に配置されたビームスプリッター（２１）を更に含む請求項１に記載の電子顕微鏡システム。
【請求項３】
　前記二次電子光学機器は、前記対物レンズと前記電子検出器との間の前記二次電子ビームのビーム経路に配置されたエネルギーフィルタ（８１）を更に含む請求項１または２のいずれか１つに記載の電子顕微鏡システム。
【請求項４】
　前記二次電子光学機器は、前記物体面（７）が、略鮮明に前記電子検出器上に結像されるように構成される請求項１から３のいずれか１つに記載の電子顕微鏡システム。
【請求項５】
　前記二次電子光学機器は、前記二次電子光学機器において前記物体面に結合されている回折面（４５）が、略鮮明に前記電子検出器上に結像されるように構成される請求項１から３のいずれか１つに記載の電子顕微鏡システム。
【請求項６】
　前記二次電子光学機器は、前記物体面を略鮮明に前記電子検出器上に結像するための第１モード設定と、前記回折面を略鮮明に前記電子検出器上に結像するための第２モード設定との間で切り換え可能である請求項５に記載の電子顕微鏡システム。
【請求項７】
　前記二次電子光学機器の少なくとも１つの別の結像レンズ（４３）に、前記第１及び第２モード設定に依存して、電圧を印加するための制御器（３７）を更に含む請求項６に記載の電子顕微鏡システム。
【請求項８】
　前記一次電子光学機器は、前記対物レンズに対して前記一次電子ビームを偏向するための第１ビーム偏向器（２７）を含み、前記第１ビーム偏向器を制御し、前記電子検出器から信号を受け取るための制御器（３７）を更に含む請求項１から７のいずれか１つに記載の電子顕微鏡システム。
【請求項９】
　前記一次電子ビームスポット（３５）の直径が５００ｎｍ、１００ｎｍ、５０ｎｍ、１０ｎｍよりも小さい請求項１に記載の電子顕微鏡システム。
【請求項１０】
　電子顕微鏡システムの物体面（７）内に配置可能な物体を検査するための電子顕微鏡システムであって、
　一次電子ビーム（１１）を生成するための電子源（２４）と、
　ビームスプリッター（２１）と、前記ビームスプリッターの下流の、前記一次電子ビームを集束して、前記物体面内に一次電子ビームスポット（３５）を形成するための対物レンズ（２９）と、前記ビームスプリッターの下流の、前記対物レンズに対して前記一次電子ビームを偏向するための第１ビーム偏向器（２７）とを備え、前記電子源から前記物体面までの一次電子ビーム経路を供給するための一次電子光学機器（１７）と、
　電子強度を検出するための、検出ピクセルのアレイを備えた電子検出器（１５）と、
　前記対物レンズと、前記第１ビーム偏向器と、前記対物レンズ及び前記第１ビーム偏向器の下流の前記ビームスプリッターと、前記ビームスプリッターの下流の第２ビーム偏向器（４４）とを備え、前記物体面から前記検出器までの二次電子ビーム経路を供給するための二次電子光学機器（１９）と、
　前記対物レンズに対する前記一次電子ビームの偏向を調整するための前記第１ビーム偏向器を制御し、前記一次電子ビームの偏向に依存して前記第２ビーム偏向器を制御するための制御器（３７）とを含むシステム。
【請求項１１】
　一次電子ビーム経路及び二次電子ビーム経路を供給するためのＳＥＭ型装置であって、
　電子源（２４）と、
　前記一次電子ビーム経路及び前記二次電子ビーム経路にそれぞれ配置された、ビームスプリッター（２１）と、対物レンズ（２９）及び第１ビーム偏向器（２７）と、
　前記二次電子ビーム経路内であって前記一次電子ビーム経路外にそれぞれ配置された、第２ビーム偏向器（４４）及び電子検出器（１５）と、
　前記第２偏向器を、前記第１偏向器によってもたらされる偏向に依存して操作するための制御器（３７）とを含むＳＥＭ型装置。
【請求項１２】
　物体（３）の構造情報を得るために前記物体を検査するための方法であって、
　微細に集束された一次電子ビーム（１１）を前記物体上に向けることによって、前記物体上に一次電子ビームスポット（３５）を生成することと、
　二次元的位置感度検出器（１５）を用いて二次電子像を得ることと、
　前記二次電子像から、所定の時間における前記一次電子ビームスポットの位置に対応する前記構造情報を得ることとを含む方法。
【請求項１３】
　前記分析された像は、前記物体が位置する物体面（７）の像である請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
　前記分析された像は、前記物体が位置する物体面（７）に結合された回折面（４５）の像である請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
　位置感度電子検出器の複数のピクセルのサブセット（Ｉ、II、III）のみから前記二次電子像の像情報を得ることを更に含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
　物体（３）を検査するための方法であって、
　対物レンズ（２９）を用いて一次電子ビーム（１１）を前記物体に向けることによって、前記物体上に一次電子ビームスポット（３５）を生成することと、
　検出器を用いて、前記一次電子ビームスポットから発生する二次電子ビーム（１３）の強度を検出することと、
　前記対物レンズに対して前記一次電子ビームを偏向することと、
　前記一次電子ビームの偏向に依存して、前記偏向器に対して前記二次電子ビームを偏向することとを含む方法。
【請求項１７】
　前記二次電子ビームの偏向によって、前記一次電子ビームの偏向によって引き起こされる前記検出された強度の低下が補償される請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
　走査電子顕微鏡型装置であって、
　一次電子の電子源と、
　前記一次電子を受け取り、前記一次電子が当たる物体から発生する二次電子を受け取るためにそれぞれ配置された、ビームスプリッターと、対物レンズ及び第１ビーム偏向器と、
　前記一次電子を受け取るためではなく、前記二次電子を受け取るために、それぞれ配置された第２ビーム偏向器及び電子検出器と、
　前記第１偏向器によってもたらされる前記一次電子の偏向に依存して、前記第２ビーム検出器を操作するための制御器とを含む装置。
【請求項１９】
　物体を検査するための方法であって、
　一次電子を生成し、対物レンズを用いて物体上に前記一次電子を向けることと、
　前記一次電子が当たる前記物体から発生する二次電子の強度を検出することと、
　第１ビーム偏向器によって、前記対物レンズに対して前記一次電子を偏向することと、
　前記一次電子の偏向に依存して、第２ビーム偏向器によって前記検出器に対して前記二次電子を偏向することとを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、物体の構造についての情報を電子顕微鏡的に得るための電子顕微鏡システムに関するものである。本発明は更に、そのような情報を得るための方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
　ＳＥＭ型電子顕微鏡(走査電子顕微鏡)は従来技術から公知である。
【０００３】
　ＳＥＭ型電子顕微鏡において、微細に集束されたプローブ形成用一次電子ビームを物体表面に渡って走査させ、物体の電子顕微鏡像を得るために、一体的な二次電子強度が、微細に集束された一次電子ビームによって物体面内に形成されたビームスポットの位置に依存して検出される。そのような電子顕微鏡において、達成可能な像の位置解像度は、物体表面の面内における一次電子ビームのビームスポット径によって実質的に制限される。二次電子は、一体的に検出される、すなわち、位置に無依存である。検出された二次電子強度が物体上の位置に割り当てられて、物体の二次元的位置解像電子顕微鏡像が得られる。検出された二次電子強度が割り当てられる像における位置は、一次電子ビームが集束される物体表面上の位置に対応する。この位置及びこの位置の変化のそれぞれを知っていることは、得られた像の位置解像のために不可欠である。
【０００４】
　ＳＥＭ型電子顕微鏡使用においては通常、顕微鏡の対物レンズの光軸から離れるように一次電子ビームをずらすために、一次電子のビーム経路に偏向システムが設けられる。公知のまたは所定の方法で、電子顕微鏡の対物レンズに対してサンプルをずらすことも可能である。
【０００５】
　二次電子強度が一体的に検出され、電子顕微鏡像における位置情報が物体面内の一次電子ビームスポットの位置を知っていることによって得られるため、従来のＳＥＭ型電子顕微鏡は位置感度検出器を含まない。
【０００６】
　ＳＥＭ型電子顕微鏡の用途は当該技術においてよく知られている。入射一次電子から二次電子を生成する効率が異なる、物体の２つの隣接する部分は像にコントラストをもたらし、ＳＥＭ型電子顕微鏡を用いることによって物体について得られる情報は、二次電子生成効率に差異を示す、そのような構造に限定される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
　本発明は、検査された物体上の付加情報を得ることが可能な、ＳＥＭ型顕微鏡と同様の電子顕微鏡を提供することを目的とする。本発明の更なる目的は、それに対応する電子顕微鏡の操作方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
　本発明は、ＳＥＭ型電子顕微鏡、すなわち、一次電子ビームを生成するための電子源と、前記一次電子ビームを実質的に物体面内の焦点に集束するための対物レンズを備えた一次電子光学機器と、電子強度を検出するための電子検出器と、前記対物レンズを含み、前記焦点の周辺領域から発生する二次電子を二次電子ビームとして前記検出器に伝達する機能を果たす二次電子光学機器とを備えた電子顕微鏡システムから出発している。
【０００９】
　本発明の第１の態様のもとに、本発明者らは、二次元的位置感度検出器を電子検出器として用いた場合、検査対象物体についての付加的な構造情報が、そのような電子顕微鏡システムを用いて得られる可能性を見出した。
【００１０】
　これは、物体面内に点形状の領域になるように集束された集束一次電子によって生成される二次電子が、理想的な例において、空間的な角度の分布を有し、それを検出することにより、物体の構造に関する更なる情報を記録することが可能になるという考察に基づいている。
【００１１】
　ＳＥＭ型電子顕微鏡に位置感度検出器を備えること、及び検出器によって検出される電子像を分析することにより、一次電子ビームスポットが形成される物体のその点上の更なる情報を得ることが可能になる。
【００１２】
　この点で、エネルギーフィルタを二次電子ビームのビーム経路に配置して、特定の範囲の運動エネルギーを有する二次電子のみが検出器に供給されるようにすることが更に有利である。
【００１３】
　二次電子光学機器を、物体面が、二次電子ビームによって略鮮明に電子検出器上に結像されるように設けることができることが好ましい。これによって、検査された物体の材料から、一次電子ビームスポット環境において発生する二次電子の位置分布を検討することが可能になる。このような位置分布により、検査された物体の位置依存の構造についての更なる情報の提供が可能である。
【００１４】
　これに代わり、二次電子のビーム経路における、物体面に結合された回折面が、二次電子ビームによって略鮮明に電子検出器上に結像されることが好ましい。これによって、電子検出器上に位置依存で検出された二次電子強度は、物体面内における二次電子の角度分布を表す。この二次電子の角度分布により、検査された物体の構造に関する付加的な有益情報が提供される。
【００１５】
　本発明の第２の態様のもとに、本発明者らは、複数の検出ピクセルを有する二次電子検出器を含むＳＥＭ型電子顕微鏡において、高品質の二次電子ビーム経路を供給することを提案している。
【００１６】
　より高い結像特性を有する電子検出器に二次電子を供給するために、電子顕微鏡システムは、一次電子ビームと二次電子ビームを互いに分離するためのビームスプリッターを含む。これによって、二次電子ビームを、二次電子ビームのみに作用して二次電子検出の精度を向上させる電子光学部材によって操作することが可能となる。
【００１７】
　二次電子検出精度を向上させるための電子光学部材としては、ビームスプリッターの下流に位置し、対物レンズに対する一次電子ビームスポットの偏向によって二次電子ビームのビーム経路に及ぼされるであろう影響を補償するビーム偏向器がある。
【００１８】
　本願の範囲内において、「二次電子」という用語は、とりわけ、物体において反射された一次電子である鏡電子であり、物体の表面に到達しない鏡電子を意味する。更に、この用語はまた、物体の表面から出射される電子であり、一般的な定義によれば５０ｅＶ．よりも大きいエネルギーを有する後方散乱電子を意味する。更に、この用語はまた、狭義での二次電子、すなわち、物体から出射されるそのような電子であって、一次電子によって生成され、５０ｅＶ．よりも小さい運動エネルギーを有する電子である。
【００１９】
　二次電子光学機器は、物体面が略鮮明に電子検出器上に結像される操作モードから、回折面が略鮮明に電子検出器上に結像される別の操作モードに切り換え可能であることが好ましい。従って、システムは、一次電子ビームスポット環境の位置解像観察のための操作モードから、一次電子ビームスポットで生成された二次電子の角度分布観察のための別の操作モードへの切り換えが可能である。この目的のため、二次電子光学機器は、対物レンズそのものとは別に、少なくとも１つの別の結像レンズを含むことが好ましい。
【００２０】
　検査された物体上の一次電子ビームスポットは、対物レンズに対して物体を移動させることによってずらすことができるが、一次電子光学機器は、対物レンズに対して一次電子ビームを偏向させるための偏向器を含むように設けられることが好ましい。
【００２１】
　電子顕微鏡システムは、電子検出器によって検出された二次電子強度を物体の各位置に割り当てるための制御器を含むことが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
　本発明のその他の有利な特徴と合わせ、上記について、以下の発明の好ましい実施形態の詳細な説明において、添付の図面を参照してより明らかにする。
【００２３】
　図１に模式的に示された電子顕微鏡１は、半導体ウェハー３などの検査対象物体の電子顕微鏡像を生成するのに用いられる。物体３の表面５は、電子顕微鏡１の試料室９における物体面７内に配置される。電子顕微鏡１は、一次電子ビーム１１を半導体ウェハー３の表面５上に向け、物体面７の近傍領域から発生する二次電子は、二次電子ビーム１３として電子顕微鏡１の位置感度検出器１５に向けられる。検出器によって検出された二次電子強度、及び特に、検出された強度の依存性により、電子顕微鏡システム１によって検出される物体３についての構造情報が提供される。
【００２４】
　この目的のため、電子顕微鏡１は、一次電子ビーム１１を導くための一次電子光学機器１７と、二次電子ビーム１３を導くための二次電子光学機器１９とを含む。一次電子光学機器１７及び二次電子光学機器１９は、一次及び二次電子ビーム１１、１３を互いに分離するためのビームスプリッター２１を含む。ビームスプリッター２１と物体面７との間では、一次及び二次電子ビーム１１、１３は、互いに重なり合わさって進み、ビームスプリッター２１と電子検出器１５との間では、二次電子ビーム１３は一次電子ビーム１１から分離される。
【００２５】
　一次電子光学機器１７は、一次電子ビーム１１を生成するための電子源２４と、一次ビーム１１をコリメートするためのコリメートレンズ２３と、ビームスプリッター２１と、ビーム成形レンズ２５と、ビーム偏向器２７と、一次電子ビーム１１に対する集束作用も有する磁気集束レンズ３１及び引き出し電極３３を備えた対物レンズ配列２９とを順次含む。
【００２６】
　一次電子ビーム１１は、対物レンズ配列２９によって物体面７内の焦点３５に集束される。焦点３５は、もちろん、数学的な意味においては理想点ではないが、数ｎｍまでの直径を有する拡大スポットである。例えば、低解像度のＳＥＭ型顕微鏡は約５００ｎｍのビームスポットを生成し、中程度の解像度の顕微鏡は約１００ｎｍのビームスポットを生成し、より高い解像度の顕微鏡は約５０ｎｍのビームスポットを形成し、これは高解像度の顕微鏡については５ｎｍ以下とすることができる。
【００２７】
　ビーム偏向器２７は、一次電子ビーム１１を対物レンズ配列２９の光軸３９から離れるようにずらし、これによって、物体面7内において焦点３５及び一次電子ビームスポットをずらすために、制御器３７によって制御される。
【００２８】
　二次電子ビーム１３としての二次電子を物体面７から検出器１５に導くために、二次電子光学機器１９は引き出し電極３３を含む。引き出し電極３３は、物体３と電極３３との間に、二次電子を加速する、調整可能な引き出し電界を供給するためのものである。更に、二次電子光学機器１９は、磁気集束レンズ３１と、中間レンズ２５と、二次電子ビーム１３のビーム経路を一次電子ビーム１１から分離するためのビームスプリッター２１と、投射レンズ４３と、位置感度電子検出器１５とを含む。
【００２９】
　投射レンズ４３は、制御器３７によって制御され、電子顕微鏡１を２つの操作モード間で切り換えることができる。
【００３０】
　図１ａに示す第１の操作モードにおいて、対物レンズ配列２９に配置される二次電子ビーム経路の回折面は、以下に更に詳細に説明するように、二次電子の角度分布を解像するために、略鮮明に電子検出器１５の放射感度表面上に結像される。図１ｂに示す第２の操作モードにおいて、物体面７は、以下に説明するように、一次電子ビームスポットの近傍領域において生成される二次電子強度の位置依存性を観察するための位置感度検出器１５上に略鮮明に結像される。
【００３１】
　この目的のために、図１ａ及び図１ｂの２つの操作モードに対応するビーム経路を、非折り曲げ状態で図２に模式的に示す。図２ｂは、物体面７が略鮮明に検出器１５の放射感度表面４２上に結像される、図１ｂに対応する操作モードを示し、一方、図２ａは、回折面４５が略鮮明に放射感度表面４２上に結像される、図１ａに対応する操作モードを示している。
【００３２】
　図２ａ及び図２ｂにおいて二次電子ビーム１３を表すために、角度軌跡を実線で、場の軌跡を破線で示す。角度軌跡４７は、光軸３９に対して角度をもって光軸３９上の物体面７から始まっており、場の軌跡４９は、光軸３９に平行に光軸３９から離間して物体面７から始まっている。
【００３３】
　図２ａのビーム経路から明らかなように、対物レンズ２９は、物体面７から異なった角度で発する角度軌跡４７が、対物レンズ２９を通過した後、光軸３９に略平行に進むように、物体面７から発生する二次電子ビーム１３をコリメートする。場の軌跡４９は、物体面に結合され、そのため交差面でもある回折面４５内で光軸３９と交差する。
【００３４】
　また、その後、伝達レンズ２５が、物体面７の中間像５１が伝達レンズ２５の下流の面５１内に形成されるように、二次電子ビーム１３を集束する。角度軌跡４７は、面５１内で光軸３９と交差し、場の軌跡４９は、光軸３９と並ぶように進む。
【００３５】
　上記に説明する限りにおいて、図２ａ及び図２ｂのビーム経路、すなわち、２つの操作モードのビーム経路は同一である。
【００３６】
　図２ｂに示す第２の操作モードにおいて、投射レンズ４３は電圧を印加され、像面４２内において角度軌跡４７が再び光軸と交差することによって、中間像面５１及び物体面７の像が像面４２内に形成されるように、中間像面５１の下流の二次電子ビーム１３を集束する。場の軌跡４９は、物体面７内における場の軌跡４９の光軸３９からの距離より長い距離だけ光軸３９から離間して、像面４２と交差する。結果として、物体面７の拡大像が像面４２内に形成される。
【００３７】
　図２ａに示す第１の操作モードにおいて、投射レンズ４３は、第２の操作モードに比べて印加される電圧が低い。これは、中間像面５１の下流で互いに離れて進む角度軌跡４７が、伝達レンズ２５を通過した後に略平行に延び、一方で、場の軌跡４９が、像面４２内において光軸３９と交差するようにするためである。このことは、光軸３９に対して異なった角度で物体面７を出る２つの角度軌跡４７が、像面４２上、すなわち位置感度検出器上の、異なった位置に当たるということを意味する。その結果、物体面７から発生する二次電子の角度分布の像が検出器１５上に生成される。
【００３８】
　この操作モードにおいて、回折面４５が略鮮明に像面４２上に結像されるという状況は、光軸３９上の回折面４５から、回折面４５に対して角度をもって発する軌跡（場の軌跡４９）が像面４２内で再び光軸３９と交差するという事実から明らかである。更に、光軸３９から離間して、光軸３９と平行に回折面４５を出る軌跡（角度軌跡４７）は、像面上にも光軸３９から離間して当たる。
【００３９】
　電子顕微鏡１において、検出器１５によって検出された二次電子強度が、位置解像的な方法で評価されず、単に、検出器１５によって検出された一体的な電子強度が評価に用いられる場合、前述の操作モードは従来の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の操作モードに一致する。この場合、制御器３７は、物体面７内の焦点の位置及び一次電子ビームスポット３５に対応する位置に、像において一体的に検出された電子強度を割り当てることになる。
【００４０】
　位置感度検出器１５を用いることによって得られる付加的な情報は、検査された物体３の構造の解明に役立つ。図１ａ及び図１ｂに示す２つの操作モードにおいて、物体面７から発生する二次電子の角度分布または位置分布を選択的に検査することができる。
【００４１】
　二次ビーム経路１９は更に、本実施形態において、ビームスプリッター２１と投射レンズ４３との間に配置されているビーム偏向器４４を含む。ビーム偏向器４４は、偏向器２７による一次電子ビームの走査によって、二次電子ビーム１３にもたらされる影響を補償するために、制御器３７によって制御される。これによって、一次ビームの偏向に無依存の、安定した静止画像が、偏向器１５上の物体面内に生成される。
【００４２】
　この点において、図１ａ及び図１ｂに示す単一偏向器４４に代えて、二重偏向器を設けることも可能である。二重偏向器は、ビーム方向が互いに離れた２つの偏向器を含むことになる。これは、同じ位置においてのみ一次電子ビームの偏向に無依存であるような像を位置感度検出器上に生成するためである。
【００４３】
　図３は、側面部５１及びプラトー部５３を有する構造面を備えた検査された物体３の一部を示している。
【００４４】
　図３は、３つの状態を表している。１つの状態においては、一次電子ビーム１１は、焦点３５がプラトー部５３上に形成されるように、物体３に向けられる。別の状態においては、焦点３５は左側面部５１上に形成され、更に別の状態においては、スポットが右側面部５１上に形成される。図３の矢印５５は、一次電子によって誘導された二次電子を表している。
【００４５】
　一次電子ビーム１１がプラトー部５３のような水平方向表面上に当たる場合、物体３から発生する二次電子５５の角度分布は、光軸３９について略対称的である。
【００４６】
　この場合、二次電子は、図４において参照番号５９で示される位置感度検出器１５の領域上に当たる。図４に、位置感度検出器１５の放射感度表面、すなわち像面４２を模式的に示す。検出器１５は像面４２内に、面４２内における二次元アレイとして配置される複数の放射感度素子、すなわちピクセル６１を含む。検出器は、各ピクセル６１上に当たる電子強度を集約する。ある期間内に各ピクセル６１によって検出され集約された強度は、制御器３７による読出しが可能である。光軸３９は、検出器１５、すなわち検出器１５のピクセル６１のフィールドの中心に交差し、その結果、水平表面５３から発生する二次電子が検出器１５に当たる領域５９の中心は同様に軸３９に対して合わされる。
【００４７】
　図３の左側面部５１から出射される二次電子５５は、光軸３９の左手側に最大値がある角度分布を有する。これらの二次電子は、検出器１５上の光軸３９の右手側に当たるように、二次電子光学機器１９を通って検出器１５に導かれる。従って、これら二次電子の強度の大部分は、図４に示す像面４２上の領域６３内に当たる。図３の右側面部５１から発生する二次電子４５は、検出器１５上の光軸３９の左手側に当たる。
【００４８】
　図４から明らかなように、図１ａ及び図２ａに示した第１の操作モードにおける検出器１５の位置情報を評価することによって、物体３から出射される二次電子の角度分布についての有益情報が提供される。像面４２内の二次電子強度の位置依存性から、物体の表面形態に関する情報を得ることができる。例えば、傾斜表面を非傾斜表面と区別することができる。
【００４９】
　各物点について、制御器３７によって、従来のＳＥＭにおけるように、単に一体的な二次電子強度を処理するのではなく、一次電子ビームによって走査される物体面７上の各位置について読み出されなければならない検出器１５の複数のピクセル５１を処理しなければならないため、データ処理により多くの費用が必要となる。
【００５０】
　これは、検出器１５のピクセル６１を列単位で一体的に読み出し、複数列６５を組み合せてグループＩ、II、IIIとすることにより簡略化が可能である（図４参照）。各グループの列群６５の一体的な二次電子強度は合計され、各信号を供給する。従って、制御器３７は、水平表面と左側または右側に傾斜する側面部との区別をするために３つの電子強度を処理するだけでよい。グループＩの一体的な信号は、一次電子ビーム１１が水平表面上、すなわちプラトー部５３上に入射する時に高い値を有する。グループIIとグループIIIとの間の一体的な強度の差は、一次電子ビーム１１が側面部５１上に当たる時により高い値を有し、この場合、そのような差の算術符号は側面部の向きを表している。
【００５１】
　また、例えば、図４の円線６７内に位置するピクセル６１を組み合せてグループにすること、及びこのグループ６７の検出された強度を合計することが可能である。これは、水平表面については、より正確な二次電子の角度解像度が不要となり、合計することによって削減されたデータ量が物体の構造を特徴付けるのに充分であるという考察に基づいている。
【００５２】
　光軸３９を中心とする環状であってもよいような領域６７を選択することによって、開口絞りのような機能をもたらし、「仮想開口」とすることも可能である。
【００５３】
　一次電子ビーム１１が物体３の結晶領域に当たる時、二次電子は結晶構造によって決まる特定の角度分布を有することも知られている。この場合、結晶材料には二次電子強度が高くなる特有の角度値がある。特定の角度でもたらされるこれらの高い強度は、ブラッグピークとも呼ばれている。
【００５４】
　これを図５に模式的に示す。この図において、黒丸７１は、像面４２内のそのようなブラッグピークの位置を示している。これらのピークの強度を検出するために、検出器１５の全てのピクセル６１が制御器に３７によって読み出されるわけではない。ピーク７１の各位置の周辺領域７３内に位置するピクセル６１のみが読み出される。これによっても、処理対象データの量が削減されることになる。
【００５５】
　図６は、二次電子の生成機構を示している。物体３の表面５上のビームスポット３５に当たる一次電子ビーム１１の一次電子は、非弾性相互作用によって物体表面５に、直接、二次電子ＳＥ１を放出する。二次電子ＳＥ１は、一次電子ビーム１１の入射点から発生する。また、一次電子ＰＥは、物体３に侵入し、そこでいわゆる相互作用容積７５内部で複数回の弾性相互作用を受け、焦点３５から離間して後方散乱電子ＢＳＥとして物体から発生し、ここで、散乱により、物体３から別の二次電子ＳＥ２が放出される。二次電子ＳＥ２も、焦点３５から離間して物体から発生する。相互作用容積７５内で起こる散乱プロセス及び機構は、材料によって異なり、とりわけ材料の組成及び構造に依存する。これは、二次電子が物体表面５から発生する点である焦点３５からの距離を評価することによって、検査された材料の構造に関する結論を導き出すことができることを意味する。
【００５６】
　また、このことから、焦点３５から離間して物体表面５から発生する電子は、焦点３５に近接している位置及び焦点３５から離間した発生位置の両方において、物体に関する情報を担っていることも明らかである。従来のＳＥＭにおいて、焦点３５に発生する電子とこの焦点３５から離間して発生する電子とを区別することは不可能である。このことは解像度の損失につながる。しかし、図１に示す電子顕微鏡１を用いれば、これらの二次電子を区別することができ、物体表面５の、焦点３５周辺の所定の最大半径内から発生する電子のみが評価に算入されるという点で解像度を高めることができる。
【００５７】
　図１から図６を参照して説明した各実施形態の別の形態を以下に説明する。この目的のために、図１から図６に示された部材と同じ構造または機能を有する部材には図１から図６と同様の参照番号を付すが、区別する目的で付加的に文字を添えている。
【００５８】
　図7に模式的に示された電子顕微鏡１ａは、図１に示された電子顕微鏡と同様の構造及び機能を有している。一方、図７に示す電子顕微鏡１ａは、顕微鏡１ａの二次電子光学機器１９ａ内に配置されるエネルギーセレクタ８１を含む。選択されたエネルギー範囲の二次電子のみが、エネルギーセレクタ８１を通過することができ、位置感度検出器１５上に当たる。エネルギーセレクタ８１は、像保存性を有する、すなわち、二次電子ビーム１３ａに含まれる位置情報を破壊することがないように設けられる。
【００５９】
　顕微鏡１ａにおいて用いられるエネルギーセレクタ８１は、例えば、本願において参照対象として全て開示されている米国特許第４，７４０，７０４号から公知のように、いわゆるΩ型のエネルギーセレクタである。
【００６０】
　エネルギーセレクタは、４つのフィールド領域８３、８４、８５及び８６を含み、その概略が模式的に図７に示されている。二次電子ビーム１３ａは、これらのフィールド領域を順次横切る。第１のフィールド領域８３は、二次電子ビーム１３ａを右に９０°偏向する。次に、ビームはフィールド領域８４に入射し、そこで左に９０°偏向される。その後、ビームはフィールド領域８５に入射し、そこで更に左に９０°偏向される。最後に、二次電子ビーム１３ａはフィールド領域８６に入射し、そこで再び右に９０°偏向される。一対ずつの磁極によってフィールド領域８３から８６のそれぞれに供給される磁界は、その強度、空間的拡張状態及び互いに対する配置に関する限り、二次電子ビームがエネルギーセレクタ８１を略一直線的に、すなわち、対物レンズ配列２９ａの光軸３９ａに略沿って通過するように選択される。
【００６１】
　エネルギーセレクタ８１における二次電子ビーム１３ａのための第１の偏向場８３は、一次電子ビーム１３ａを二次電子ビーム１１ａから分離するための磁界も供給する。従って、エネルギーフィルタ８１のフィールド領域８３は、ビームスプリッター２１ａの機能も有している。一次電子ビーム１１ａは、カソード２１ａ及びカソード２１ａに対向して配置されるアノード２２を含む放射源によって生成され、調整可能な電圧源２０を介してバイアスをかけられる。
【００６２】
　偏向器１５ａの正面の二次電子ビーム１３ａのビーム経路に設けられた投射レンズ２３ａは、図１から図６を参照して上記に既に説明してきたように、制御器３７ａによって制御され、検出器１５ａが物体面７ａから発生する二次電子の角度分布を検出する第１の操作モードから、検出器１５ａが物体面７ａから発生する二次電子の位置依存性を検出する第２の操作モードになるように電子顕微鏡１ａを切り換えることができる。
【００６３】
　上記に既に説明したように、一次電子ビームによって誘導され、物体から対物レンズに向かって進む全ての電子を、本願において二次電子と呼ぶ。従って、これら全ての種類の電子は、記載の用途の範囲内に含まれるが、図６には「鏡電子」は図示されていない。しかし、そのような鏡電子を用いる測定、すなわち、物体表面に渡る電界の測定のために好ましい用途もある。そのような場合、二次電子(鏡電子)を位置解像的に観察することによって、物体表面に渡り、例えば操作電圧を供給された電気回路によって生成される電界の強度及び方向が直接的に表される。
【００６４】
　図７の実施形態を参照して説明したエネルギーフィルタはＯ型である。しかし、もちろん、通常、α型エネルギーフィルタと呼ばれる種類のような、他の種類のエネルギーフィルタを用いることも可能である。
【００６５】
　上記の各実施形態の別の形態として、電子源と一次電子ビームの代わりにそれぞれ、同様に実質的に物体面内の点に集束可能な別のエネルギー型の電源及びビームを用いることが考えられる。その例としては、フォトンビームまたはイオンビームが挙げられる。
【００６６】
　このように、本発明を、最も実用的で好ましいと考えられる実施形態において、ここに示し、説明してきたが、本発明の範囲内での逸脱は可能であると認められる。従って、本発明の範囲はここに開示された詳細な説明に限定されるべきではなく、如何なるそしてあらゆる同等の方法及び装置も含むようにクレームの範囲を完全に包含するものとされるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１ａ】本発明による電子顕微鏡システムの第１の実施形態を２種類の異なる設定において模式的に示す図。
【図１ｂ】本発明による電子顕微鏡システムの第１の実施形態を２種類の異なる設定において模式的に示す図。
【図２ａ】図１ａ、図１ｂに示した電子顕微鏡システムを通過するビーム経路を２種類の設定において模式的に示す図。
【図２ｂ】図１ａ、図１ｂに示した電子顕微鏡システムを通過するビーム経路を２種類の設定において模式的に示す図。
【図３】物体における二次電子の角度分布を示す略図。
【図４】図３の略図に示された物体において検出された位置依存の二次電子強度を模式的に示す図。
【図５】別の物体についての図４と同様の図。
【図６】生成された二次電子の位置依存性を示す図。
【図７】本発明による電子顕微鏡システムの別の実施形態を示す図。
【図１ａ】
2004134387.tif 000003
【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
2004134387000001.pdf