(57)【要約】      （修正有）【課題】選択装置およびビームスプリッタの機能性を組み合わせることによって、構成要素を減じ、１次電子ビームおよび２次電子ビームの両方のビーム路を短くする。スプリッタで重なる他方のビームは、偏向角度を低減することによって分散を低減する。【解決手段】電子源５１からの１次電子ビーム１１をビームスプリッタ２１へ誘導し、物体平面７へ誘導する。２次電子ビーム１３をビームスプリッタ２１の方へ誘導し、運動エネルギーが所定のエネルギー範囲内にある荷電粒子のみ、エネルギー選択装置２７を構成する磁極構成体２９、３０、３１、３２を介して伝達する。  ビームスプリッタ２１はエネルギー選択装置２７の少なくとも１つの磁極対を含む。電子源５１によって放射された後の１次電子ビーム１１の方向と、ビームスプリッタ２１から出射するときの１次電子ビーム１１の方向との間の角度は、８０度未満、特に６０度未満とする。【選択図】  図１
2004165146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体平面（７）に位置付け可能な物体（３）を検査するための電子顕微鏡システムであって、
１次電子ビームのビーム路を２次電子ビーム（１３）のビーム路から分離するためのビームスプリッタ（２１）と、
前記１次電子ビーム（１１）を生成するための電子源（５１）と、
前記電子源（５１）からの前記１次電子ビーム（１１）を前記ビームスプリッタ（２１）へ誘導するためのビーム誘導システム（５９）と、
前記１次電子ビーム（１１）を前記物体平面（７）へ誘導し、かつ、前記物体平面（７）周辺領域から発散する２次電子を前記２次電子ビーム（１３）として前記ビームスプリッタ（２１）の方へ誘導するための、前記ビームスプリッタ（２１）の下流の前記１次電子ビーム（１１）のビーム路に配置された対物レンズ（１７）と、
前記２次電子ビーム（１３）のビーム路に設けられ、運動エネルギーが所定のエネルギー範囲内にある前記２次電子ビーム（１３）の荷電粒子は伝達するが、運動エネルギーが前記所定のエネルギー範囲外である荷電粒子は実質的に伝達しないエネルギー選択装置であって、複数の磁極対（３５、３７）を有する磁極構成体（２９、３０、３１、３２）を含み、エネルギー選択装置によって伝達された荷電粒子を偏向するための磁界（４７）が各磁極対間に提供されているエネルギー選択装置（２７）とを含む電子顕微鏡システムであって、
前記ビームスプリッタ（２１）が前記エネルギー選択装置（２７）の少なくとも１つの磁極対（３５、３７）を含み、前記電子源（５１）によって放射された後の前記１次電子ビーム（１１）方向と、前記ビームスプリッタ（２１）から出射するときの前記１次電子ビーム（１１）の方向との間の角度が、８０度未満、特に６０度未満であることを特徴とする電子顕微鏡システム。
【請求項２】
前記ビームスプリッタ（２１）は、前記エネルギー選択装置（２７）の少なくとも１つの磁極対（３５、３７）を含み、前記ビーム誘導システム（５９）は、前記１次電子ビーム（１１）のビーム路に、前記１次電子ビームの調整可能な偏向角度（β1、β2）を生成するための２つの離間して配置されるビーム偏向器（６３、６５）を含む請求項１または請求項１の前提部に記載の電子顕微鏡システム。
【請求項３】
前記ビームスプリッタ（２１）に入射する前記１次電子ビーム（１１）の電子の運動エネルギーを調整するためのエネルギー調整装置（５７）と、前記エネルギー調整装置（５７）を制御するためのコントローラ（５５）とをさらに含み、前記コントローラは、前記調整されたエネルギーに依存して前記偏向角度を調整するための前記２つのビーム偏向器をさらに制御する請求項２に記載の電子顕微鏡システム。
【請求項４】
前記コントローラ（５５）は、前記ビームスプリッタ（２１）に入射する前記１次電子ビームの運動エネルギーを表す値と、前記２つのビーム偏向器（６３、６５）の設定を表す対応する値とを格納するためのメモリ（５６）を含む請求項４に記載の電子顕微鏡システム。
【請求項５】
前記スプリッタ（２１）は、前記エネルギー選択装置の少なくとも１つの磁極対（３５、３７）を含み、前記ビーム誘導システム（５９）は、前記１次電子ビーム（１１）のビーム路に配置された調整可能な四重極の力を有する四重極レンズ（６１）を含む請求項１から４のいずれか１つ、または請求項１の前提部に記載の電子顕微鏡システム。
【請求項６】
前記ビームスプリッタ（２１）に入射する前記１次電子ビーム（１１）の電子の運動エネルギーを調整するためのエネルギー調整装置（５７）と前記エネルギー調整装置（５７）を制御するためのコントローラ（５５）とをさらに含み、前記コントローラは、前記調整されたエネルギーに依存して前記四重極の力を調整するための前記四重極レンズ（６１）をさらに制御する請求項５に記載の電子顕微鏡システム。
【請求項７】
前記コントローラ５５は、前記ビームスプリッタ２１に入射する前記１次電子ビームの運動エネルギーを表す値と、前記２つのビーム偏向器（６３、６５）の設定を表す対応する値とを格納するためのメモリ（５６）を含む請求項６に記載の電子顕微鏡システム。
【請求項８】
物体平面（７ａ）に位置付け可能な物体を検査する電子顕微鏡システムであって、
１次電子ビーム１１ａのビーム路を２次電子ビーム１３ａのビーム路から分離するためのビームスプリッタ（２１ａ）と、
前記１次電子ビーム（１１ａ）を生成するための電子源（５ａ）と、
前記１次電子ビーム（１１ａ）を前記物体平面（７ａ）へ誘導し、かつ、前記物体平面（７ａ）周辺領域から発散する２次電子を前記２次電子ビーム（１３ａ）として前記ビームスプリッタ（２１ａ）の方へ誘導するための、前記ビームスプリッタの下流の前記１次電子ビーム（１１ａ）のビーム路に配置された対物レンズ（１７ａ）とを含む電子顕微鏡システムであって、
少なくとも１つのビーム偏向器（６３ａ、６５ａ）および／または少なくとも１つの四重極レンズ６１ａが前記ビームスプリッタ（２１ａ）の下流の前記２次電子ビーム（１３ａ）のビーム路に配置される電子顕微鏡システム。
【請求項９】
前記ビームスプリッタ（２１ａ）に入射する前記２次電子ビームの電子の運動エネルギーを調整するためのエネルギー調整装置（７３ａ）と前記エネルギー調整装置（７３ａ）を制御するためのコントローラ（５５ａ）とをさらに含み、前記コントローラ（５５）は、前記少なくとも１つのビーム偏向器（６３ａ、６５ａ）および四重極レンズ（６１）をそれぞれ前記調整されたエネルギーに依存してさらに制御する請求項８に記載の電子顕微鏡システム。
【請求項１０】
前記コントローラ（５５ａ）は、前記ビームスプリッタ（２１）に入射する前記２次電子ビームの運動エネルギーを表す値と、前記少なくとも１つのビーム偏向器（６３ａ、６５ａ）および四重極レンズ（６１）のそれぞれの設定を表す対応する値とを格納するためのメモリを含む請求項９に記載の電子顕微鏡システム。
【請求項１１】
前記１次電子ビーム（１１ａ）のビーム路の前記電子源（５１ａ）とビームスプリッタ（２１ａ）との間に設けられ、運動エネルギーが所定のエネルギー範囲内にある前記１次電子ビーム（１１ａ）の荷電粒子の伝達は行うが、運動エネルギーが前記所定のエネルギー範囲外である荷電粒子は実質的に伝達しないエネルギー選択装置（２７ａ）であって、複数の磁極対を有する磁極構成体（２９ａ、３０ａ、３１ａ、３２ａ）を含み、エネルギー選択装置によって伝達された荷電粒子を偏向するための磁界が各磁極対間に提供され、ビームスプリッタ（２１ａ）がエネルギー装置の少なくとも１つの磁極対を含んでいるエネルギー選択装置（２７ａ）をさらに含む請求項８から１０のいずれか１つに記載される電子顕微鏡システム。
【請求項１２】
前記対物レンズ（１７）が、前記物体平面の前記１次電子ビームを微細に集束するために設けられている請求項１から１１のいずれか１つに記載の電子顕微鏡システム。
【請求項１３】
前記対物レンズ（１７ａ）が、前記２次電子ビームによる２次電子検出器に実質的に鮮明に前記物体平面の結像を行う結像ビーム路の一部を形成する請求項１から１２のいずれか１つに記載の電子顕微鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子光学装置に関し、特に物体を検査するための粒子光学装置を含む電子顕微鏡システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子顕微鏡システムでは、物体を検査するために、１次電子ビームを被検物に向け、物体から発散している２次電子を２次電子ビームとして検出器に向け、そこで検出する。検査中の物体の画像は、検出された２次電子の強度から生成することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本出願において、用語「２次電子」は、特に、物体の表面に完全には到達しない、物体で反射される１次電子である鏡電子、物体の表面から放射された電子であり、物体へ向けられた１次電子と実質的に同じ運動エネルギーを有する後方散乱電子、さらに狭い意味での２次電子、すなわち物体に向けられた１次電子よりも低い運動エネルギーを有する、物体から放射された電子もまた含む。
【０００４】
電子顕微鏡システムにおいて、エネルギーに関して１次電子ビームの電子および２次電子ビームの電子を選択し、それぞれのビームに含まれている電子をそのエネルギースペクトルに関して整形し、特に、それを選択可能なエネルギー範囲に制限することが必要である。
【０００５】
さらに、互いにできるだけ独立してビームを操作することができるように１次電子ビームのビーム路と２次電子ビームのビーム路とを分離する必要がある。可能な操作はまた、上記のエネルギー選択を含み得る。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、より簡単な方法でビームスプリッタの機能性を提供する粒子光学装置を提供することである。
【０００７】
さらに、本発明の目的は、ビームスプリッタの機能性を提供する電子顕微鏡システムを提供することである。
【０００８】
さらに、本発明の目的は、さらにエネルギーフィルタの機能性を有する前記粒子光学装置および電子顕微鏡システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態によると、３つの端部を有するビームスプリッタと、荷電粒子の第１のビームと第２のビームのビームスプリッタへ／からの入射および出射のためのビーム誘導システムであって、ビームスプリッタの３つの端部のうちの１つは、ビームスプリッタからの第１のビームの出射とビームスプリッタへの第２のビームの入射の両方のために設けられているビーム誘導システムと、第１または／および第２のビームのビーム路に設けられ、運動エネルギーが所定のエネルギー範囲内にある荷電の伝達は行うが、運動エネルギーが所定のエネルギー範囲外である荷電粒子を十分な精度で実質的に伝達しないエネルギー選択装置であって、複数の磁極対を有する磁極構成体を含み、エネルギー選択装置によって伝達された荷電粒子を偏向するための磁界が各磁極対間に提供され、ビームスプリッタは、エネルギー選択装置の少なくとも１つの磁極対を含むエネルギー選択装置とを含み粒子光学装置が提案される。
【００１０】
その結果、粒子光学構成要素に最小の費用でビームスプリッタおよびエネルギー選択装置の機能性が提供される。
【００１１】
上記粒子光学装置は、荷電粒子として電子を用いるとは限らない。イオン、ミューオンまたは他の荷電粒子もここに応用することができる。
【００１２】
しかし、このような粒子光学装置の好ましい応用は、電子顕微鏡の分野である。
【００１３】
さらなる実施形態によると、ビームスプリッタは、エネルギー選択装置の少なくとも１つの磁極対を含み、ビームスプリッタの入射以前であって電子源からの放射後の１次電子ビーム方向と、ビームスプリッタから出射するときの１次電子の方向との間の角度が、９０度未満、８０度未満、さらに好ましくは６０度未満である。
【００１４】
ここで、選択装置およびビームスプリッタの機能性を組み合わせることによって、構成要素が減るだけでなく、１次電子ビームおよび２次電子ビームの両方のビーム路が短くなるという大きな利点がある。このような短縮は、電子顕微鏡の結像特性を向上させるために望ましい。それは、それぞれのビームの電子の間のクーロンの反発力のためにビーム路が長くなるに従い、結像特性は悪化するからである。
【００１５】
従来の電子顕微鏡システムから公知のスプリッタにおける１次電子ビームの公知の偏向角度に比べて、エネルギー選択装置と組み合わせて、この角度を上記の好ましい角度まで低減させると以下の利点がある。エネルギー選択装置の磁極構成体は、それぞれの磁極対の間に形成される磁界によってエネルギー選択装置を横切るビームに対し特に高いエネルギー分散を提供するよう構成される。この最大エネルギー分散は、エネルギー選択装置を横ぎるビームにとっては望ましいのであるが、２つのビームが独立して重なることが可能である場合、その場合に限り、スプリッタによる当該ビームに重なる他方のビームによっては望ましくない。
【００１６】
従って、本発明は、この他方のビームの偏向角度をビームスプリッタにおいて低減することによって他方のビームの分散を低減するという概念に基づいている。従って、ビーム誘導構成体は、上記のより小さな角度でビームスプリッタに１次電子ビームを閉じ込めるよう構成される。
【００１７】
１次電子エネルギーを比較的大きなエネルギー範囲で調整するために、本発明のさらなる実施形態によると、ビーム誘導構成体は、互いに離間して１次電子ビームのビーム路に配置された２つのビーム偏向器を含み、各ビーム偏向器は、１次電子ビームの調整可能な偏向角度を提供する。その結果、１次電子ビームのビーム路において、１次電子ビームのビームスプリッタへの供給または入射のための２つの自由度が存在する。一方で、１次電子ビームがビームスプリッタに入射する角度を変更することができ、他方で、１次電子ビームがビームスプリッタに入射する位置を実質的に独立して調整することができる。
【００１８】
このために、１次電子ビームの運動エネルギーと１次電子ビームがビームスプリッタに入射する角度および位置との両方を調整するコントローラが設けられている。
【００１９】
本発明のさらなる実施形態によると、ここでも比較的大きな範囲で１次電子ビームのエネルギーを調整するために、四重極レンズをビームスプリッタの上流のビーム誘導構成体に配置し、四重極レンズの四重極の力は調整可能である。
【００２０】
ビームスプリッタの磁極対の間に形成される磁界が１次電子ビームに及ぼす効果には、特に、種々の１次電子エネルギーにおいて、ゼロに簡単に補正することができない四重極レンズの効果が含まれる。従って、調整可能な四重極の力を有する分離した四重極レンズが、ビームスプリッタの四重極効果を補正するためにさらに設けられている。
【００２１】
ここで、四重極の力は、１次電子エネルギーに依存して、コントローラによって調整されるのが好ましい。
【００２２】
本発明のさらなる実施形態によると、物体が実質的に単色の１次電子または比較的小さなエネルギー範囲の運動エネルギーを有する１次電子で照射されるように１次電子ビームのビーム路にエネルギー選択装置を含む電子顕微鏡システムを提供する。ここでもまた、ビームスプリッタは、１次電子ビームを２次電子ビームから分離するためにエネルギー選択装置の磁極対を含む。
【００２３】
電子顕微鏡システムの上記の概念は、異なるタイプの電子顕微鏡に応用することができる。一方で、１次電子ビームは物体の所定の位置に微細に集束するプローブ形成ビームであり、２次電子強度は、一体的に、すなわち、位置解像的ではなく検出される。像の位置分解能は、プローブ形成１次電子ビームが物体に集束する位置を知ることによって得られる。これらの顕微鏡のタイプはＳＥＥＭ（走査電子顕微鏡）として当該分野において知られている。一方、これらのタイプの顕微鏡は、物体の延長領域が位置保存的に結像される位置敏感型検出器を有する電子顕微鏡も含む。この領域は、１次電子ビームによって実質的に均等に照射される。これらの顕微鏡タイプは、ＬＥＥＭ（低エネルギー電子顕微鏡）またはＳＥＥＭ（二次電子放出電子顕微鏡）として当該分野において知られている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の実施形態をさらに詳細に図面を参照して説明する。
【００２５】
図１に模式的に示す電子顕微鏡１は、半導体ウェハ３などの被検物の電子顕微鏡像を生成する働きをする。その表面５をサンプル室９の電子顕微鏡１の物体平面７に配置する。電子顕微鏡１は、１次電子ビーム１１を半導体ウェハ３の表面５に向け、物体平面７の周辺領域から発散している２次電子を２次電子ビーム１３として電子顕微鏡１の検出器１５に向ける。そこで検出された２次電子の強度により、生成される物体３の像のための結像が行われる。
【００２６】
対物レンズ構成体１７が、一方ではウェハ３の表面５に１次電子ビーム１１を向け、他方ではウェハ３から出射する２次電子を集め、それを２次電子ビーム１３に整形するために設けられている。対物レンズ構成体１７は、対物レンズ構成体の光軸１９に関して実施的に回転対称的に構成されている。さらに、１次電子ビーム１１および２次ビーム１３のビーム路は、対物レンズ構成体１７を通過する際に重なり合っている。ビームスプリッタ２１が、１次電子ビーム１１および２次電子ビーム１３のビーム路を偏向させるために設けられており、１次電子ビーム１１および２次電子ビーム１３は、図１において、それらがビームスプリッタ２１と物体平面７との間の領域で重なり合うようにビームスプリッタ２１の上で互いに分離している。この２つのビームは、ここで、１次電子ビーム１１および２次電子ビーム１３のビーム断面が、重なり領域において必ずしも常に正確に一致しているわけではないという意味で重なり合っている。むしろ、２つのビーム断面は互いに対してある程度ずれていることもある。しかし、２つのビームは、重なり領域において互いに実質的に平行に延び、ビームスプリッタ２１の１つの端部２３からそれぞれ入射および出射する。
【００２７】
さらに、ビームスプリッタ２１は、１次電子ビーム１１は端部２４から入射し、２次電子ビーム１３は端部２５から出射するというような互いに異なるさらに２つの端部２４および２５を有している。
【００２８】
２次電子ビーム１３のビーム路は、２次電子ビーム１３からの２次電子の運動エネルギーを選択するエネルギー選択装置２７が設けられている。選択されたエネルギー範囲の２次電子だけがエネルギー選択装置２７を通過し、検出器１５に衝突する。
【００２９】
エネルギー選択装置２７は、例えば、ＵＳ４、７４０、７０４（全開示をここに援用する）から公知のような、いわゆるΩタイプのエネルギー選択装置である。
【００３０】
このようなエネルギー選択装置は、４つのフィールド領域２９、３０、３１、３２を含み、これらの外形が図１に模式的に示されており、２次電子ビーム１３が順次これらを通過する。第１のフィールド領域２９は、２次電子ビームを右に９０度偏向する。次にビームは、フィールド領域３０に入り、そこで左に９０度偏向される。次にビームは、フィールド領域３１に入り、そこで左にさらに９０度偏向される。最後に、２次電子ビーム１３は、フィールド領域３２に入り、そこで右に９０度偏向される。フィールド範囲２９から３２に広がる磁界の強さおよびフィールド領域の空間的拡張ならびに互いの相対位置は、２次電子ビームが、実質的にまっすぐに、すなわち対物レンズ構成体１７の光軸１９に実質的に沿ってエネルギー選択装置２７を通過するように選択される。
【００３１】
フィールド領域２９から３２はそれぞれ、図３の断面図にフィールド領域２９として模式的に示されているように、磁極対が備わっている。２つの磁極対３５、３７は、互いに対向する平面３９および４１をそれぞれ有する。そこには電流コンダクタ４５が挿入される閉環形状４３が形成される。溝４３およびその中に挿入された電流コンダクタ４３はそれぞれ、フィールド領域２９の外形に沿って延び、互いに対向する離間して設けられた平面３９、４１の間に磁界が生成されるようにそこを電流が流れる。磁界は図において矢印４７で模式的に示されている。フィールド領域の外形間では、磁界は実質的に均質であるが、フィールド領域２９の端部では、磁界は不均質である。１次電子ビームおよび２次電子ビームはそれぞれ、２つの平面３９、４１間の実質的に中央を通過し、磁界４７によって偏向される。
【００３２】
エネルギー選択装置２７のフィールド領域２９は、エネルギー選択装置２７の２次電子ビーム１３のための第１の偏向フィールドとは別に、１次電子ビーム１１を２次電子ビーム１３に重ねるためのビームスプリッタ２１の磁界もまた備えている。
【００３３】
１次電子ビーム１１は、本実施形態ではグロー陰極として備わっている電子源５１によって生成され、１次電子ビーム１１を整形するための開口絞りを有する陽極５３がそれに対向して配置されている。陰極５１と陽極５３との間に電圧５７が印加され、これは、１次電子ビーム１１の電子を調整可能な運動エネルギーに設定するようにコントローラ５５によって調整可能である。
【００３４】
１次電子ビーム１１は、開口絞り５３を通過したあと、コリメーターレンズ５７によって平行化され光軸１９に対して約４５度の角度の方向に軸６７に沿って進む。コリメーターレンズ５７とビームスプリッタ２１との間には、四重極レンズ６１と、第１のビーム偏向器６３と、第２のビーム偏向器６５とを順に含むビーム誘導構成体５９が設けられている。コリメーターレンズ５７、四重極レンズ６１、２つのビーム偏向器６３、６５は、陰極５１と陽極５３との間に印加された電圧５７により、すなわち、１次電子ビーム１１の運動エネルギーにより、コントローラ５５によって制御される。
【００３５】
電子顕微鏡１は、エネルギー選択装置２７のフィールド領域２９から３２に設けられた磁界の大きさが、１次電子ビーム１１のエネルギーとは独立するように構成されている。従って、エネルギー選択装置２７のフィールド領域２９において１次電子ビーム１１が受ける偏向は、１次電子ビームのエネルギーに依存する。しかし、２次電子ビーム１３との所望の重なりにおいて１次電子ビーム１１をそのエネルギーと実質的に独立させるために、図２に模式的に示すように、ビーム偏向器６３、６５が、１次電子ビーム１１をエネルギー依存的に偏向させるようにコントローラ５５によって制御される。１次電子ビーム１１の運動エネルギーが、Ｅmin＝２０ｋｅＶとＥmax＝２４ｋｅＶとの間の範囲で可変であるとすると、エネルギーＥ0＝２２ｋｅＶは、その範囲のほぼ中間である。エネルギーＥ0において、１次電子ビーム１１は、光軸１９に対して実質的に４５度でビームスプリッタ２１に向かって軸６７に沿って実質的にまっすぐ進む。そして、端部２４を介してビームスプリッタに入射し、４５度偏向して、端部２３を介してビームスプリッタ２１から光軸１９に沿って出射する。
【００３６】
１次電子ビーム１１が、より高いエネルギーＥmaxを有する場合、第１の偏向器６３は、１次電子ビームを左にβ1の角度偏向するようにコントローラによって制御される。次に１次電子ビーム１１は、軸６７からずれた第２の偏向器６５に入射し、そしてそのビーム偏向器は、１次電子ビーム１１を右にβ2の角度偏向する。１次電子ビーム１１は、次いで、軸６７から左に変位Δ分ずれ、軸６７に関してαの角度でビームスプリッタ２１の端部２４に入射する。変位Δおよび角度αは、より高いエネルギーＥmaxを有する１次電子ビーム１１が、光軸１９に沿って同様にスプリッタ２１から出射するように４５度より小さな角度で偏向されるように選択される。
【００３７】
１次電子ビーム１１が、より低いエネルギーＥminを有する場合、偏向器６３および６４は、１次電子ビームが偏向器６３によって右に、偏向器６５によって左に偏向されるように制御され、軸６７から右にずれて、ここでもまた、より低いエネルギーで実質的に光軸１９に沿ってスプリッタ２１から出射するような軸６７に対する角度でスプリッタ２４に入射する。数値ＥminとＥmaxとの間にある１次電子ビーム１１のエネルギーで、偏向器６３、６５はより小さな偏向角度β1、β2でコントローラ５５によってそれに応じて制御される。
【００３８】
偏向器６３、６５は、静電偏向器または磁気偏向器として設けることができる。エネルギーフィルタ２７およびスプリッタ２９により近く配置された偏向器６５を少なくとも設けると、偏向器６５の標遊磁界がエネルギーフィルタ２７およびビームスプリッタ２１それぞれに対し影響を与えないという静電的な利点がある。
【００３９】
磁極３５、３７の間に形成された磁界４７はその端部において不均質であり、１次電子ビーム１１は、異なる角度αでフィールド領域２９に入射するので、フィールド領域２９は、１次電子ビーム１１に対し、その端部フィールドにより異なる四重極効果を発揮する。これを補正するために、四重極レンズ６１が設けられている。これは、四重極レンズ６１の四重極効果およびフィールド領域２９の四重極効果が互いに実質的に打ち消すように１次電子ビーム１１のエネルギーによってコントローラ５５により制御される。
【００４０】
より高度な正確さを得るために、四重極レンズ６１を１つ設けるのではなく、２つ設けることもできる。コントローラ４５は、偏向角度β1およびβ2、ならびに四重極レンズ６１の四重極効果および複数の四重極レンズの四重極効果をそれぞれ調整するためのメモリ５６を含む。メモリ５６は、１次電子ビームの複数のエネルギー数値、そこから導出された偏向角度β1およびβ2の設定に関連する物性または偏向器６３、６５の導出された対応の帯電量を格納し、四重極レンズ６１または複数の四重極レンズのそれぞれ対応する四重極効果または帯電量を格納する。
【００４１】
対物レンズ構成体１７は、電極７１をさらなる構成要素として含み、これに、ウェハ３の表面５と電極７１との間の電気引出しフィールドを提供するためにウェハに対する調整可能電圧７３を印加し、これにより、一方で物体平面７から遠ざかるよう２次電子を加速し、他方で物体表面５に当たる前に１次電子ビーム１１の電子を減速させる。
【００４２】
引出しフィールドは、エネルギー選択装置２７に入射する際の運動エネルギーまで２次電子を加速する。引出しフィールドを変更することによって、エネルギー選択装置２７の固定設定で、エネルギー選択装置を通過する２次電子のエネルギーを選択することもできる。これは、物体からそれらが出射される直前の２次電子のエネルギーに当てはまる。
【００４３】
対物レンズ構成体１７は、１次電子ビームおよび２次電子のそれぞれの集束に本質的に寄与する磁界を生成する磁気１次コイル７５をさらに含む。偏向コイル７７が、コイル７５内に配置され、これにより、物体表面７のより大きな領域を走査するために光軸１９から遠ざかるように１次電子ビームを偏向させることができる。
【００４４】
対物レンズ構成体１７とエネルギー選択装置２７との間の、２次電子ビーム１３がエネルギー選択装置２７に入射する以前に、さらにフィールドコイル７９が設けられており、このフィールドコイルは、特に、２次電子ビーム１３のビーム路をエネルギー選択装置２７の設定に合わせる働きをする。エネルギー選択装置２７は、同様にコントローラ５５によって、エネルギー選択装置２７により伝達されるエネルギー範囲を選択するよう制御可能である。
【００４５】
さらなるフィールドコイル８１が、エネルギー選択装置２７と検出器１５との間に設けられている。
【００４６】
１次電子ビーム１１が物体平面において対物レンズ構成体１７によって微細に集束され、物体平面７の領域を体系的に走査するための偏向コイル７７によって偏向されるように、ＳＥＭとして電子顕微鏡１を操作することができる。ここで、偏向器は、必ずしも位置敏感型検出器である必要はない。像の位置分解能は、１次電子ビーム１１が向けられている物体平面７における位置を知ることによって得られる。各場合に検出された２次電子強度が、これらの位置に割り当てられた像にある。
【００４７】
しかし、電子顕微鏡をＬＥＥＭまたはＳＥＥＭとして操作することもできる。１次電子ビーム１１は、このとき、物体平面７のより大きな領域を同時に照射する。対物レンズ構成体１７は、他の構成要素とともに、２次電子ビーム１３のビーム誘導の一部を形成し、それによって、実質的に、１次電子ビーム１１によって照射される物体平面７の領域が検出器１５の表面領域に結像されるように最適化されている。ここで検出器１５は位置敏感型検出器である。
【００４８】
図１から図３を参照して説明した実施形態の変形例を以下に説明する。構造または／および機能において図１から図３の構成要素と対応する構成要素は、同じ参照番号で示されるが、明確にするために追加の文字が補われている。参照は上記の全記載にわたって行われる。
【００４９】
図４に模式的に示される電子顕微鏡１ａは、光軸１９ａを有する対物レンズ構成体１７ａを含む。対物レンズ構成体１７ａは、１次電子ビーム１１ａおよび２次電子ビーム１３ａに対しそれぞれ、集束磁気コイル７５ａと、引出しフィールドを形成する電極７１ａと、１次電子ビーム１１ａおよび２次電子ビーム１３ａを偏向する偏向コイル７７ａとを含む。
【００５０】
図１の電子顕微鏡とは違い、図４の電子顕微鏡１ａでは、エネルギー選択装置２７ａは、２次電子ビーム１３ａのビーム路ではなく、１次電子ビーム１１ａのビーム路に配置されている。
【００５１】
１次電子ビームのビーム路にエネルギー選択装置２７ａを配置することによって、１次電子のエネルギースペクトルを制限することができる。それに関する利点の１つは、特に、対物レンズ構成体１７ａの１次電子ビームのビーム路に配置された光学構成要素の色収差が減少することである。
【００５２】
電子源５１ａによって放射され、陽極絞り５３ａによって加速された１次電子ビーム１１ａは実質的に光軸１９ａに沿って進み、コリメータレンズ５７ａを通過したあと、エネルギー選択装置２７ａのフィールド領域３２ａに入射する。１次電子ビーム１１ａは、フィールド領域３２ａによって、まず左に９０度、次に、さらなるフィールド領域３１ａによって右に９０度、フィールド領域３０ａによって右にさらに９０度、次に、フィールド領域２１ａによって再度左に９０度偏向され、フィールドレンズ７９ａを通過した後、光軸１９ａに沿って対物レンズ構成体７５ａに入射する。
【００５３】
エネルギー選択装置２７ａのフィールド領域２１ａは同様に、スプリッタ２１ａと物体平面７ａとの間で一致する１次電子ビーム１１ａおよび２次電子ビーム１３ａのビーム路を分離するビームスプリッタとして働く。２次電子ビーム１３ａは端部２４ａを介してフィールド領域２１ａから出射し、２つの偏向器６５ａ、６３ａ、四重極レンズ６１ａおよび２つのさらなるレンズ５７ａおよび８１ａを通過し、検出器１５ａに衝突する。偏向器６５ａ、６３ａおよび四重極レンズ６１ａは、ここでも、図２を参照して１次電子ビームについてすでに説明したのと同様に、検出器１５ａの像を２次電子ビーム１３ａの特定の所望のエネルギーに適合させるよう働く。従って、コントローラ５５ａは、ビームスプリッタに入射する２次電子ビームの所定のエネルギー値またはそこから導出された値、および偏向器６３ａ、６３ｂおよび四重極レンズ５７ａの帯電量の対応する関連値を格納するメモリ５６ａを含む。
【００５４】
エネルギー選択装置２７ａを適切に制御することによって、電子顕微鏡１ａでは、１次電子の運動エネルギーを所望のエネルギー帯域に調整することができる。
【００５５】
電子顕微鏡１ａもまた、図１から図３を参照して説明した電子顕微鏡に関して上にすでに述べたようにＳＥＭまたはＬＥＥＭおよびＳＥＥＭとして用いることができる。
【００５６】
重要な局面は、エネルギーフィルタは、それ自体正確に調整することが困難である一群の電子光学要素であるということである。エネルギーフィルタに入射する１次電子ビームのエネルギーを変化させる際に正確に調整設定することは困難である。従って、電圧７３ａを変化させることによって、試料３ａに当たる１次電子のエネルギ−を変化させる。しかし、このような電圧７３ａの変化はまた、ビームスプリッタに入射する２次電子ビームのエネルギーも変化させ、それによって起こされた誤差およびずれは、偏向器６３ａ、６５ａおよび四重極レンズ６１ａのエネルギー依存制御によって補正される。この点に関して、本発明の原理は、ビームスプリッタの上流の１次電子ビームまたはビームスプリッタの下流の２次電子ビームのエネルギーの変化が難しい、または要求された精度では不可能なビームスプリッタを有する電子顕微鏡システムにも応用できる。
【００５７】
上記の実施形態において、対物レンズ構成体１７は、光軸１９に関して回転対称的な構成を有し、偏向器７７は、物体平面７の１次電子ビームをこの光軸から遠ざかるように偏向させるために設けられている。しかし、回転対称に構成されていない対物レンズ構成体を用いることも想定することができる。この例は、１次電子ビームをより大きく偏向させるために、ビームを通過させるための光軸を横切る細長いスリットを含むスリットレンズである。このようなレンズは、出願人の同時係属中の米国特許出願第１０／１８５、７２９号に記載されており、その全開示を参照により本明細書に援用する。
【００５８】
上記の実施形態は、たった２つのレンズが物体平面とエネルギー選択装置との間に配置されていて、すなわち、対物レンズ１７およびフィールドコイル７９である。しかし、全体としてのシムテムの１つのまたは他の光学特性を高めるためにさらにレンズを設けることも可能である。
【００５９】
上記の実施形態では、ただ１つの１次電子ビームを物体に向けて、ただ１つの２次電子ビームを物体から離し、検出器へ向けている。しかし、互いに分離された複数の１次電子ビームを物体に向ける、または／かつ互いに分離された複数の２次電子ビームを物体から１つまたはそれ以上の検出器に向ける電子顕微鏡において上記の粒子光学構成要素を用いることも可能である。この点に関して、ビーム路に設けられた１つまたはそれ以上の粒子光学構成要素が、それぞれ、磁界または電界を提供する１つの構成要素として実現され、そこで、このように提供されたフィールドに入射する複数のビームはそれぞれ共通に整形され偏向されてもよい。例えば、複数の１次電子ビームを干渉性の孔を有する対物レンズ構成体を通過させ物体に向けることもできるし、またそれを物体に集束させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明による電子顕微鏡システムの第１の実施形態の模式図
【図２】図１の電子顕微鏡システムのビームスプリッタ内のビーム路の模式図
【図３】図２のビームスプリッタの断面図
【図４】本発明による電子顕微鏡システムの第２の実施形態の模式図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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