(57)【要約】      （修正有）【課題】１次荷電粒子ビームの衝突によって試料から発散した２次荷電粒子ビームを画像化する方法を提供する。【解決手段】試料上に入射する１次荷電粒子ビームの入射エネルギー、試料の位置における２次荷電粒子ビームを引き出す引出し場の強さ、１次荷電粒子ビームを試料上に集束させる対物レンズの磁場の強さ、および試料から対物レンズまでの作動距離を含むグループの中から選択される第１の動作パラメータが第１の値にセットされている間に、第１のレンズおよび第２のレンズの励起を制御して、２次荷電粒子ビームを、絞りプレート上の絞りプレートの第１の開口および絞りプレートの第２の開口と重なる第１の領域上にマップし、第１の動作パラメータを第２の値にセットし、第１のレンズおよび第２のレンズの励起を制御して、２次荷電粒子ビームを、絞りプレート上の第１の領域上にマップする。【選択図】図１３ａ
2017017031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次荷電粒子ビームの衝突によって試料から発散した２次荷電粒子ビームを画像化する方法であって、
第１の動作パラメータを第１の値にセットするステップであり、前記第１の動作パラメータが、前記試料上に入射する前記１次荷電粒子ビームの入射エネルギー、前記試料の位置における、前記２次荷電粒子ビームを引き出す引出し場の強さ、前記１次荷電粒子ビームを前記試料上に集束させる対物レンズの磁場の強さ、および前記試料から前記対物レンズまでの作動距離、を含むグループの中から選択されるステップと、
前記第１の動作パラメータが前記第１の値にセットされている間に、第１のレンズおよび第２のレンズの励起を制御して、前記２次荷電粒子ビームを、絞りプレート上の第１の領域上にマップするステップであり、前記第１の領域が、前記絞りプレートの第１の開口および前記絞りプレートの第２の開口と重なるステップと、
前記第１の動作パラメータを、前記第１の値とは異なる第２の値にセットするステップと、
前記第１の動作パラメータが前記第２の値にセットされている間に、前記第１のレンズおよび前記第２のレンズの励起を制御して、前記２次荷電粒子ビームを、前記絞りプレート上の前記第１の領域上にマップするステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記第１の領域が、前記絞りプレートの中心開口とも重なり、前記第１の開口および前記第２の開口が、前記絞りプレートによって画定された光軸に関して、前記中心開口から半径方向外側に位置する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第２の動作パラメータを第３の値にセットするステップであり、前記第２の動作パラメータが、前記試料上に入射する前記１次荷電粒子ビームの入射エネルギー、前記試料の位置における、前記２次荷電粒子ビームを引き出す引出し場の強さ、前記１次荷電粒子ビームを前記試料上に集束させる対物レンズの磁場の強さ、および前記試料から前記対物レンズまでの作動距離、を含むグループの中から選択されるステップと、
前記第２の動作パラメータが前記第３の値にセットされている間に、前記第１のレンズおよび前記第２のレンズの励起を制御して、前記２次荷電粒子ビームを、前記絞りプレート上の第２の領域上にマップするステップであり、前記第２の領域が前記中心開口と完全に重なり、前記第１の領域内に含まれるステップと
を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の動作パラメータが、前記対物レンズの磁場の強さであり、前記第１の動作パラメータが前記第２の値にセットされている間に、前記第１のレンズおよび前記第２のレンズの励起を制御する前記ステップが、前記第１の動作パラメータが前記第１の値にセットされている状況に関して、前記２次荷電粒子ビームのラーモア回転を、前記第１のレンズの磁場によって、または前記第２のレンズの磁場によって、または前記第１のレンズの磁場と前記第２のレンズの磁場の両方によって補償するステップを含む、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
１次荷電粒子ビームの衝突によって試料から発散した２次荷電粒子ビームを画像化する２次荷電粒子画像化システムであって、
検出器配置を備え、前記検出器配置が、
トポグラフィ検出モードにおいて前記２次荷電粒子ビームの第１の２次荷電粒子サブビームを検出する第１の検出要素と、
前記トポグラフィ検出モードにおいて前記２次荷電粒子ビームの第２の２次荷電粒子サブビームを検出する第２の検出要素と
を備え、前記第１の検出要素と前記第２の検出要素が互いに分離されており、
前記２次荷電粒子画像化システムがさらに、
適応２次荷電粒子光学系を備え、前記適応２次荷電粒子光学系が、
前記第１の２次荷電粒子サブビームを通過させる第１の開口および前記第２の２次荷電粒子サブビームを通過させる第２の開口を含む絞りプレートと、
前記２次荷電粒子ビームを前記絞りプレート上にマップするレンズシステムであり、第１のレンズおよび第２のレンズを備えるレンズシステムと、
前記第１のレンズの励起および前記第２のレンズの励起を制御するコントローラと
を備え、
前記２次荷電粒子ビームの伝搬に関して、前記絞りプレートが、前記検出器配置の上流に配置されており、前記第１のレンズが、前記絞りプレートの上流に配置されており、前記第２のレンズが、前記第１のレンズの上流に配置されており、
前記コントローラが、前記第１のレンズの励起と前記第２のレンズの励起とを独立して制御して、前記２次荷電粒子ビームを前記絞りプレート上にマップするように構成されており、前記２次荷電粒子ビームを前記絞りプレート上にマップすることが、前記トポグラフィ検出モードにおいて、少なくとも１つの第１の動作パラメータの変化とは無関係に、前記第１の２次荷電粒子サブビームが前記第１の開口を通過し、前記第２の２次荷電粒子サブビームが前記第２の開口を通過するように実行され、前記少なくとも１つの第１の動作パラメータが、前記試料上に入射する前記１次荷電粒子ビームの入射エネルギー、前記試料の位置における、前記２次荷電粒子ビームを引き出す引出し場の強さ、前記１次荷電粒子ビームを前記試料上に集束させる対物レンズの磁場の強さ、および前記試料から前記対物レンズまでの作動距離、を含むグループの中から選択される
２次荷電粒子画像化システム。
【請求項６】
前記絞りプレートが光軸を画定し、前記第１のレンズおよび前記第２のレンズが前記絞りプレートの前記光軸と整列した、請求項５に記載の２次荷電粒子画像化システム。
【請求項７】
前記絞りプレートが光軸を画定し、
前記検出器配置が、前記光軸が通る中心検出要素をさらに備え、前記第１の検出要素および前記第２の検出要素が前記光軸から半径方向外側に配置されており、
前記絞りプレートが、前記光軸が通る中心開口をさらに備え、前記第１の開口および前記第２の開口が前記光軸から半径方向外側に位置し、
前記コントローラが、前記第１のレンズの励起と前記第２のレンズの励起とを独立して制御して、前記２次荷電粒子ビームを前記絞りプレート上にマップするように構成されており、前記２次荷電粒子ビームを前記絞りプレート上にマップすることが、前記トポグラフィ検出モードにおいて、前記２次荷電粒子ビームの第３の２次荷電粒子サブビームが前記中心開口を通過するように実行される、
請求項５または６に記載の２次荷電粒子画像化システム。
【請求項８】
前記コントローラが、前記第１のレンズの励起と前記第２のレンズの励起とを独立して制御して、前記２次荷電粒子ビームを前記絞りプレート上にマップするように構成されており、前記２次荷電粒子ビームを前記絞りプレート上にマップすることが、明視野検出モードにおいて、少なくとも１つの第２の動作パラメータの変化とは無関係に、前記２次荷電粒子ビームの全体が前記中心開口を通過するように実行され、前記少なくとも１つの第２の動作パラメータが、前記試料上に入射する前記１次荷電粒子ビームの入射エネルギー、前記試料の位置における、前記２次荷電粒子ビームを引き出す引出し場の強さ、前記１次荷電粒子ビームを前記試料上に集束させる対物レンズの磁場の強さ、および前記試料から前記対物レンズまでの作動距離、を含むグループの中から選択され、
前記コントローラが、前記第１のレンズの励起および前記第２のレンズの励起を適合させることによって、前記トポグラフィ検出モードと前記明視野検出モードの間で切り替わるように構成されている、
請求項７に記載の２次荷電粒子画像化システム。
【請求項９】
前記少なくとも１つの第１の動作パラメータと前記少なくとも１つの第２の動作パラメータが、同じ少なくとも１つの動作パラメータである、請求項８に記載の２次荷電粒子画像化システム。
【請求項１０】
前記絞りプレートが光軸を画定し、
前記検出器配置が、整数であるＮ個の追加の検出要素を備え、前記整数Ｎが、ゼロまたはゼロよりも大きな整数であり、
前記絞りプレートが、整数である同じＮ個の追加の開口を備え、前記第１の開口、前記第２の開口および前記Ｎ個の追加の開口が、前記絞りプレートの前記光軸に関して前記絞りプレートがＮ＋２重回転対称性を有するような態様で、前記絞りプレートの前記光軸の周りに位置する、
請求項５から９のいずれかに記載の２次荷電粒子画像化システム。
【請求項１１】
前記第１のレンズと前記第２のレンズのうちの少なくとも一方のレンズが、前記対物レンズのラーモア回転を補償する磁気レンズ部分を備え、前記コントローラが、前記磁気レンズ部分の励起を制御して、前記２次荷電粒子ビームを前記絞りプレート上にマップするように構成されており、前記２次荷電粒子ビームを前記絞りプレート上にマップすることが、前記トポグラフィ検出モードにおいて、前記対物レンズの前記磁場の強さの変化とは無関係に、前記第１の２次荷電粒子サブビームが前記第１の開口を通過し、前記第２の２次荷電粒子サブビームが前記第２の開口を通過するように実行される、請求項５から１０のいずれかに記載の２次荷電粒子画像化システム。
【請求項１２】
前記２次荷電粒子ビームに対して作用するビームベンダをさらに備え、前記ビームベンダが、前記２次荷電粒子ビームの前記伝搬に関して、前記第２のレンズの上流に配置された、請求項５から１１のいずれかに記載の２次荷電粒子画像化システム。
【請求項１３】
以下の（ａ）と（ｂ）のうちの少なくとも一方が当てはまる、請求項１２に記載の２次荷電粒子画像化システム：
（ａ）前記ビームベンダと前記第２のレンズの間の距離が６０ｍｍ以下であること、および
（ｂ）前記ビームベンダと前記第１のレンズの間の距離が５０ｍｍ以上であること。
【請求項１４】
１次荷電粒子ビームを放出する放出器と、
前記１次荷電粒子ビームを試料上に集束させる対物レンズと、
前記試料から発散した２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ビーム分離器と、
前記２次荷電粒子ビームを画像化する請求項５から１３のいずれかに記載の２次荷電粒子画像化システムであり、前記２次荷電粒子ビームの伝搬に関して、前記ビーム分離器の下流に配置された２次荷電粒子画像化システムと
を備える荷電粒子ビーム装置。
【請求項１５】
１次荷電粒子ビームの衝突によって試料から発散した２次荷電粒子ビームを画像化する２次荷電粒子画像化システムであって、
検出器配置を備え、前記検出器配置が、
トポグラフィ検出モードにおいて前記２次荷電粒子ビームの第１の２次荷電粒子サブビームを検出する第１の検出要素と、
前記トポグラフィ検出モードにおいて前記２次荷電粒子ビームの第２の２次荷電粒子サブビームを検出する第２の検出要素と
を備え、前記第１の検出要素と前記第２の検出要素が互いに分離されており、
前記２次荷電粒子画像化システムがさらに、
適応２次荷電粒子光学系を備え、前記適応２次荷電粒子光学系が、
前記第１の２次荷電粒子サブビームを通過させる第１の開口および前記第２の２次荷電粒子サブビームを通過させる第２の開口を含む絞りプレートと、
前記２次荷電粒子ビームを前記絞りプレート上にマップするレンズシステムであり、第１のレンズを備え、前記第１のレンズが、前記１次荷電粒子ビームを前記試料上に集束させる対物レンズのラーモア回転を補償する磁気レンズ部分を備えるレンズシステムと、
前記第１のレンズの励起を制御するコントローラと
を備え、
前記２次荷電粒子ビームの伝搬に関して、前記絞りプレートが、前記検出器配置の上流に配置されており、前記第１のレンズが、前記絞りプレートの上流に配置されており、
前記コントローラが、前記第１のレンズの励起を制御して、前記２次荷電粒子ビームを前記絞りプレート上にマップするように構成されており、前記第１のレンズの励起を制御することが前記磁気レンズ部分の励起を制御することを含み、前記２次荷電粒子ビームを前記絞りプレート上にマップすることが、前記トポグラフィ検出モードにおいて、前記対物レンズの磁界の強さの変化とは無関係に、前記第１の２次荷電粒子サブビームが前記第１の開口を通過し、前記第２の２次荷電粒子サブビームが前記第２の開口を通過するように実行される
２次荷電粒子画像化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載された実施形態は、荷電粒子ビーム装置に関し、詳細には、２次荷電粒子画像化システム、例えば検査システム用途、試験システム用途、リソグラフィシステム用途、欠陥調査（ｄｅｆｅｃｔ  ｒｅｖｉｅｗ）ないし限界寸法測定（ｃｒｉｔｉｃａｌ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｉｎｇ）用途、またはその他の用途向けの２次荷電粒子画像化システムに関する。本明細書に記載された実施形態はさらに、このような装置およびシステムを動作させる方法、ならびに２次荷電粒子ビームを画像化する方法に関する。本明細書に記載された他の実施形態は、２次粒子のための荷電粒子経路、例えば電子ビーム検査（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｅａｍ  ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ：ＥＢＩ）のための荷電粒子経路を有する用途に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子ビーム装置は、複数の産業分野において多くの機能を有する。これには、限定はされないが、製造中の半導体デバイスの検査、リソグラフィ用の露光システム、検出装置および試験システムが含まれる。したがって、マイクロメートル規模およびナノメートル規模の試験体を構造化し検査することに対する高い要求が存在する。
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器（ｐａｔｔｅｒｎ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）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。荷電粒子ビームは、その短い波長のため、例えば光子ビームと比較して、優れた空間分解能を提供する。
【０００３】
分解能に加え、このような装置の問題はスループットである。大きな基板エリアにパターンを形成し、または大きな基板エリアを検査しなければならないため、例えば１０ｃｍ2／分よりも大きなスループットが望ましい。荷電粒子ビーム装置では、スループットが、画像コントラストに２次関数的に（ｑｕａｄｒａｔｉｃａｌｌｙ）依存する。したがって、コントラストを高めることが求められている。
粒子ビームシステム用の粒子検出器、例えば電子顕微鏡用の電子検出器を、電子ビーム検査（ＥＢＩ）、欠陥調査（ｄｅｆｅｃｔ  ｒｅｖｉｅｗ：ＤＲ）または限界寸法（ｃｒｉｔｉｃａｌ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ：ＣＤ）測定、集束イオンビームシステム（ｆｏｃｕｓｅｄ  ｉｏｎ  ｂｅａｍ  ｓｙｓｔｅｍ：ＦＩＢ）などに対して使用することができる。電子の１次ビームを試料に照射すると、試料のトポグラフィ（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ）、試料の化学成分、試料の静電位などに関する情報を含む２次粒子、例えば２次電子（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ：ＳＥ）が生成される。単純な検出器では、全てのＳＥが集められ、センサに導かれる。集められた電子の数にグレーレベルが比例した画像が生み出される。
【０００４】
高分解能電子光学システムは、対物レンズと試料の間の短い作動距離（ｗｏｒｋｉｎｇ  ｄｉｓｔａｎｃｅ）から利益を得ることができる。したがって、２次電子の捕集は通常、対物レンズの上方のカラム内で実行される。先行技術の電子ビーム画像化システム内において一般的に見られる構成が図１に概略的に示されている。ビーム放出器（ｂｅａｍ  ｅｍｉｔｔｅｒ）１０５、対物レンズ１０および検出器１１５を含み、長さ１０４を有するカラムが、試料１２５からの作動距離１２０のところに間隔をあけて置かれている。図１に示された検出器１１５は、環状の２次電子検出器である。ビーム放出器１０５から放出された１次荷電粒子ビーム１３０は、検出器１１５の開口１３５を通して試料１２５に導かれる。２次荷電粒子ビーム１４０、例えば２次電子ビームが、１次荷電粒子ビーム１３０を取り囲む広角の円錐として、試料１２５から放出される。これらの２次電子の一部が検出器１１５によって集められて２次電子（ＳＥ）信号１４５を生成する。
【０００５】
さらに、多くの用途について、画像化情報が増大し、同時に高速検出が提供されることが望まれている。例えば、電子の１次ビームを試料に照射すると、試料のトポグラフィ、試料の化学成分、試料の静電位などに関する情報を含む２次電子（ＳＥ）が生成される。トポグラフィ情報および／または２次粒子のエネルギーに関する情報が提供される高速検出は、継続的な改良が望まれている困難な課題である。したがって、ＳＥＭベースのツール、特に高スループット欠陥検査または調査ツールにおいて検出の改良が望まれている。これに加えて、またはその代わりに、トポグラフィ情報が画像化されるトポグラフィ検出モード（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｍｏｄｅ）に関しては、例えばクロストークを低減させる、いくつかの信号ビーム束の分離も望まれている。
【０００６】
さらに、作動距離、対物レンズの磁場の強さなどの動作パラメータをある範囲内で変化させて、荷電粒子ビーム装置を動作させることがある。この範囲を以後、動作窓（ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｗｉｎｄｏｗ）と呼ぶ。特にトポグラフィ検出モードに関しては、この動作窓の全体にわたって良好な画像が得られることが望ましい。
【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次荷電粒子ビームの衝突によって試料から発散した２次荷電粒子ビームを画像化する方法が提供される。この方法は、第１の動作パラメータを第１の値にセットするステップを含む。この第１の動作パラメータは、試料上に入射する１次荷電粒子ビームの入射エネルギー（ｌａｎｄｉｎｇ  ｅｎｅｒｇｙ）、試料の位置における、２次荷電粒子ビームを引き出す引出し場（ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ  ｆｉｅｌｄ）の強さ、１次荷電粒子ビームを試料上に集束させる対物レンズの磁場の強さ、および試料から対物レンズまでの作動距離、を含むグループの中から選択される。この方法はさらに、第１の動作パラメータが第１の値にセットされている間に、第１のレンズおよび第２のレンズの励起を制御して、２次荷電粒子ビームを、絞りプレート（ａｐｅｒｔｕｒｅ  ｐｌａｔｅ）上の第１の領域上にマップするステップを含む。この第１の領域は、絞りプレートの第１の開口および絞りプレートの第２の開口と重なる。この方法はさらに、第１の動作パラメータを、第１の値とは異なる第２の値にセットするステップを含む。この方法はさらに、第１の動作パラメータが第２の値にセットされている間に、第１のレンズおよび第２のレンズの励起を制御して、２次荷電粒子ビームを、絞りプレート上の第１の領域上にマップするステップを含む。
【０００８】
他の実施形態によれば、１次荷電粒子ビームの衝突によって試料から発散した２次荷電粒子ビームを画像化する２次荷電粒子画像化システムが提供される。このシステムは、検出器配置（ｄｅｔｅｃｔｏｒ  ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）および適応２次荷電粒子光学系（ａｄａｐｔｉｖｅ  ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  ｃｈａｒｇｅｄ  ｐａｒｔｉｃｌｅ  ｏｐｔｉｃｓ）を含む。検出器配置は、トポグラフィ検出モードにおいて２次荷電粒子ビームの第１の２次荷電粒子サブビームを検出する第１の検出要素を含む。検出器配置はさらに、トポグラフィ検出モードにおいて２次荷電粒子ビームの第２の２次荷電粒子サブビームを検出する第２の検出要素を含む。第１の検出要素と第２の検出要素は互いに分離されている。適応２次荷電粒子光学系は、第１の２次荷電粒子サブビームを通過させる第１の開口および第２の２次荷電粒子サブビームを通過させる第２の開口を含む絞りプレートを含む。適応２次荷電粒子光学系はさらに、２次荷電粒子ビームを絞りプレート上にマップするレンズシステムであり、第１のレンズおよび第２のレンズを含むレンズシステムを含む。適応２次荷電粒子光学系はさらに、第１のレンズの励起および第２のレンズの励起を制御するコントローラを含む。２次荷電粒子ビームの伝搬に関して、絞りプレートは、検出器配置の上流に配置されており、第１のレンズは、絞りプレートの上流に配置されており、第２のレンズは、第１のレンズの上流に配置されている。コントローラは、第１のレンズの励起と第２のレンズの励起とを独立して制御して、２次荷電粒子ビームを絞りプレート上にマップするように構成され、２次荷電粒子ビームを絞りプレート上にマップすることは、トポグラフィ検出モードにおいて、少なくとも１つの第１の動作パラメータの変化とは無関係に、第１の２次荷電粒子サブビームが第１の開口を通過し、第２の２次荷電粒子サブビームが第２の開口を通過するように実行される。この少なくとも１つの第１の動作パラメータは、試料上に入射する１次荷電粒子ビームの入射エネルギー、試料の位置における、２次荷電粒子ビームを引き出す引出し場の強さ、１次荷電粒子ビームを試料上に集束させる対物レンズの磁場の強さ、および試料から対物レンズまでの作動距離、を含むグループの中から選択される。
【０００９】
他の実施形態によれば、荷電粒子ビーム装置が提供される。この荷電粒子ビーム装置は、１次荷電粒子ビームを放出する放出器を含む。荷電粒子ビーム装置はさらに、１次荷電粒子ビームを試料上に集束させる対物レンズを含む。荷電粒子ビーム装置はさらに、試料から発散した２次荷電粒子ビームから１次荷電粒子ビームを分離するビーム分離器を含む。荷電粒子ビーム装置はさらに、２次荷電粒子ビームを画像化する２次荷電粒子ビーム画像化システムを含む。この２次荷電粒子画像化システムは、２次荷電粒子ビームの伝搬に関してビーム分離器の下流に配置される。この２次荷電粒子ビーム画像化システムは、検出器配置および適応２次荷電粒子光学系を含む。検出器配置は、トポグラフィ検出モードにおいて２次荷電粒子ビームの第１の２次荷電粒子サブビームを検出する第１の検出要素を含む。検出器配置はさらに、トポグラフィ検出モードにおいて２次荷電粒子ビームの第２の２次荷電粒子サブビームを検出する第２の検出要素を含む。第１の検出要素と第２の検出要素は互いに分離されている。適応２次荷電粒子光学系は、第１の２次荷電粒子サブビームを通過させる第１の開口および第２の２次荷電粒子サブビームを通過させる第２の開口を含む絞りプレートを含む。適応２次荷電粒子光学系はさらに、２次荷電粒子ビームを絞りプレート上にマップするレンズシステムであり、第１のレンズおよび第２のレンズを含むレンズシステムを含む。適応２次荷電粒子光学系はさらに、第１のレンズの励起および第２のレンズの励起を制御するコントローラを含む。２次荷電粒子ビームの伝搬に関して、絞りプレートは、検出器配置の上流に配置されており、第１のレンズは、絞りプレートの上流に配置されており、第２のレンズは、第１のレンズの上流に配置されている。コントローラは、第１のレンズの励起と第２のレンズの励起とを独立して制御して、２次荷電粒子ビームを絞りプレート上にマップするように構成され、２次荷電粒子ビームを絞りプレート上にマップすることは、トポグラフィ検出モードにおいて、少なくとも１つの第１の動作パラメータの変化とは無関係に、第１の２次荷電粒子サブビームが第１の開口を通過し、第２の２次荷電粒子サブビームが第２の開口を通過するように実行される。この少なくとも１つの第１の動作パラメータは、試料上に入射する１次荷電粒子ビームの入射エネルギー、試料の位置における、２次荷電粒子ビームを引き出す引出し場の強さ、１次荷電粒子ビームを試料上に集束させる対物レンズの磁場の強さ、および試料から対物レンズまでの作動距離、を含むグループの中から選択される。
【００１０】
他の実施形態によれば、１次荷電粒子ビームの衝突によって試料から発散した２次荷電粒子ビームを画像化する２次荷電粒子画像化システムが提供される。このシステムは、検出器配置および適応２次荷電粒子光学系を含む。検出器配置は、トポグラフィ検出モードにおいて２次荷電粒子ビームの第１の２次荷電粒子サブビームを検出する第１の検出要素を含む。検出器配置はさらに、トポグラフィ検出モードにおいて２次荷電粒子ビームの第２の２次荷電粒子サブビームを検出する第２の検出要素を含む。第１の検出要素と第２の検出要素は互いに分離されている。適応２次荷電粒子光学系は、第１の２次荷電粒子サブビームを通過させる第１の開口および第２の２次荷電粒子サブビームを通過させる第２の開口を含む絞りプレートを含む。適応２次荷電粒子光学系はさらに、２次荷電粒子ビームを絞りプレート上にマップするレンズシステムを含む。このレンズシステムは第１のレンズを含み、この第１のレンズは、１次荷電粒子ビームを試料上に集束させる対物レンズのラーモア回転（Ｌａｒｍｏｒ  ｒｏｔａｔｉｏｎ）を補償する磁気レンズ部分を含む。適応２次荷電粒子光学系はさらに、第１のレンズの励起を制御するコントローラを含む。２次荷電粒子ビームの伝搬に関して、絞りプレートは、検出器配置の上流に配置されており、第１のレンズは、絞りプレートの上流に配置されている。コントローラは、第１のレンズの励起を制御して、２次荷電粒子ビームを絞りプレート上にマップするように構成されており、第１のレンズの励起を制御することは、磁気レンズ部分の励起を制御することを含み、２次荷電粒子ビームを絞りプレート上にマップすることは、トポグラフィ検出モードにおいて、対物レンズの磁場の強さの変化とは無関係に、第１の２次荷電粒子サブビームが第１の開口を通過し、第２の２次荷電粒子サブビームが第２の開口を通過するように実行される。
【００１１】
実施形態はさらに、開示されたシステムおよび装置を動作させる方法、および本明細書に記載された実施形態に基づく方法を実行するための開示されたシステムの使用を対象とする。この方法は、手動で実行し、または自動化することができ、例えば、適切なソフトウェアによってプログラムされたコンピュータによって、またはこれらの２つの任意の組合せによって、または他の任意の方式で制御することができる。
【００１２】
本明細書に記載された実施形態と組み合わせることができる他の利点、特徴、態様および詳細は、従属請求項、本説明および添付図面から明らかである。
【００１３】
図面の参照を含む本明細書の残りの部分には、当業者に対する十分かつ実施可能な開示がより具体的に示されている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】知られている電子ビーム画像化システムを示す図である。
【図２ａ】本明細書に記載された実施形態に基づく２次荷電粒子画像化システムを示す図である。
【図２ｂ】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示す図である。
【図３ａ】単一のレンズを含む２次荷電粒子光学系の例を示す図である。
【図３ｂ】単一のレンズを含む２次荷電粒子光学系の例を示す図である。
【図３ｃ】単一のレンズを含む２次荷電粒子光学系の例を示す図である。
【図４ａ】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、異なる入射エネルギー値および引出し場の強さ値のトポグラフィ検出モードで動作させる実施形態を示す図である。
【図４ｂ】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、異なる入射エネルギー値および引出し場の強さ値のトポグラフィ検出モードで動作させる実施形態を示す図である。
【図４ｃ】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、異なる入射エネルギー値および引出し場の強さ値のトポグラフィ検出モードで動作させる実施形態を示す図である。
【図５】本明細書に記載された実施形態に基づく２次荷電粒子画像化システムであって、トポグラフィ検出モードに基づく動作状態にある２次荷電粒子画像化システムを示す図である。
【図６】本明細書に記載された実施形態に基づく２次荷電粒子画像化システムであって、明視野検出モード（ｂｒｉｇｈｔ  ｆｉｅｌｄ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｍｏｄｅ）に基づく動作状態にある２次荷電粒子画像化システムを示す図である。
【図７ａ】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、異なる入射エネルギー値および引出し場の強さ値の明視野検出モードで動作させる実施形態を示す図である。
【図７ｂ】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、異なる入射エネルギー値および引出し場の強さ値の明視野検出モードで動作させる実施形態を示す図である。
【図８ａ】本明細書に記載された実施形態に基づく２次荷電粒子画像化システムの絞りプレートを示す図である。
【図８ｂ】本明細書に記載された実施形態に基づく２次荷電粒子画像化システムの検出器配置を示す図である。
【図９】本明細書に記載された実施形態に基づく２次荷電粒子画像化システムの絞りプレートを示す図である。
【図１０】本明細書に記載された実施形態に基づく２次荷電粒子画像化システムを示す図である。
【図１１】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示す図である。
【図１２】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示す図である。
【図１３ａ】本明細書に記載された実施形態に基づく２次荷電粒子画像化システムの絞りプレートを示す図である。
【図１３ｂ】本明細書に記載された実施形態に基づく２次荷電粒子画像化システムの絞りプレートを示す図である。
【図１４】２次荷電粒子ビームを画像化する、本明細書に記載された実施形態に基づく方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、さまざまな例示的な実施形態を詳細に参照する。それぞれの図には、それらの実施形態の１つまたは複数の例が示されている。それぞれの例は、説明のために提供されるのであり、限定を意図したものではない。例えば、１つの実施形態の部分として示されたまたは記載された特徴を、他の実施形態に対して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ができる。本開示は、そのような変更および変形を含むことが意図されている。
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、個々の実施形態に対する相違点だけが記載される。図面に示された構造体は必ずしも一定の尺度では描かれておらず、それらはむしろ、実施形態のより完全な理解を考慮したものである。
【００１６】
本明細書で使用されるとき、用語「試料」は、限定はされないが、半導体ウエハ、半導体加工物、およびメモリディスクなどのその他の加工物を含むことがある。実施形態は、材料が堆積した任意の加工物、検査された任意の加工物、または構造化された任意の加工物に適用することができる。試料は、構造化する表面、画像化する表面、または層が堆積した表面を含むことがある。本明細書で使用されるとき、用語「荷電粒子」は、電子、イオン、原子またはその他の荷電粒子を含むことがある。用語「１次荷電粒子」は、ビーム放出器によって放出され、試料上に導かれている荷電粒子を指す。用語「２次荷電粒子」は、試料のところでもしくは試料中で生成された荷電粒子、および／または後方散乱した荷電粒子を指す。２次電子を信号電子と呼ぶこともある。信号電子は、試料のところでもしくは試料中で生成された電子、後方散乱した電子、および／またはオージェ電子（Ａｕｇｅｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ）を含むことがある。したがって、本明細書で使用されるとき、用語「２次荷電粒子」は、「信号荷電粒子」を指すこともあり、または「信号荷電粒子」によって置き換えられることがある。
【００１７】
本明細書に記載されたとき、荷電粒子ビームを「整形する（ｓｈａｐｉｎｇ）」という用語は、荷電粒子ビームの発散を調整することを含むことがある。本明細書に記載されたとき、荷電粒子ビームを「集束させる（ｆｏｃｕｓｉｎｇ）」という用語は、荷電粒子ビームの発散を低減させることを指すことがある。ビームの荷電粒子を、後続のビーム光学要素に向かって集束させ、または少なくとも平行にして、発散によるまたは荷電粒子の遮断による荷電粒子の損失を減らすことができる。これに対応して、「デフォーカシング（ｄｅｆｏｃｕｓｉｎｇ）」は、発散を増大させることと理解することができる。
【００１８】
本明細書に記載された実施形態は、２次荷電粒子ビームの高速トポグラフィ測定を可能にする２次荷電粒子画像化システムであって、システムの１つまたは複数の動作パラメータを動作窓を横切って変化させることとは無関係に良好な画質が提供される２次荷電粒子画像化システムに関する。図２ａは、本明細書に記載された実施形態に基づく２次荷電粒子画像化システム２００を示す。２次荷電粒子画像化システム２００は、２次荷電粒子ビーム１４０を画像化するように適合されている。この図には、２次荷電粒子ビーム１４０がトポグラフィ検出モードで画像化される動作状態にある２次荷電粒子画像化システム２００が示されている。
２次荷電粒子画像化システム２００は適応２次荷電粒子光学系２１０を含み、適応２次荷電粒子光学系２１０は、レンズシステム２２０、絞りプレート２３０およびコントローラ２４０を含む。レンズシステム２２０は、第１のレンズ２２２および第２のレンズ２２４を含む。図２ａに示されているように、第１のレンズ２２２は、第２のレンズ２２４から距離を置いて配置することができる。第１のレンズと第２のレンズの間の距離は、４０から２００ｍｍの範囲内の距離とすることができる。
【００１９】
絞りプレート２３０は、第１の開口２３２および第２の開口２３４を含む。図２ａに示されているように、第１の開口２３２は、第２の開口２３４から距離を置いて配置することができる。さらに示されているように、絞りプレート２３０は、第１のレンズ２２２および／または第２のレンズ２２４に対して平行に配置することができる。図２ａの図平面に関して、第１のレンズ２２２、第２のレンズ２２４および絞りプレート２３０は、垂直（「上下」）方向に沿って延びる。示されているように、第１の開口２３２は、垂直方向に関して、絞りプレート２３０の上部に形成することができる。第２の開口２３４は、絞りプレート２３０の下部に形成することができる。絞りプレート２３０は光軸２３８を画定することができる。後により詳細に論じるが、光軸２３８は、絞りプレート２３０の中心を通って延びることができる。図２ａの図平面に関して、図２ａに示された光軸２３８は、垂直方向に対して直角な水平（「左右」）方向に沿って延びる。図２ａに示されているように、絞りプレート２３０は、第１のレンズ２２２および／または第２のレンズ２２４から距離を置いて配置することができる。絞りプレートの中心と第１のレンズの中心の間の距離は、４０から２００ｍｍの範囲内の距離とすることができる。図２ａにさらに示されているように、第１のレンズ２２２は、絞りプレート２３０と第２のレンズ２２４の間に配置することができる。
【００２０】
図２ａに示された２次荷電粒子画像化システム２００はさらに検出器配置２５０を含み、検出器配置２５０は、第１の検出要素２５２および第２の検出要素２５４を含む。図２ａに示されているように、第２の検出要素２５４は、第１の検出要素２５２から距離を置いて配置することができる。さらに示されているように、検出器配置２５０のホルダ２５１によって、第１の検出要素２５２および第２の検出要素２５４を支持することができる。ホルダ２５１は、第１の検出要素２５２および／または第２の検出要素２５４がその上に取り付けられたホルダプレートを含むことができる。絞りプレート２３０、第１のレンズ２２２および／または第２のレンズ２２４は、検出器配置２５０によって画定されたおよび／またはホルダ２５１によって画定された平面に対して平行とすることができる。図２ａに示された第１の検出要素２５２は、垂直方向に関して、検出器配置２５０の上部に配置される。図２ａに示された第２の検出要素２５４は、検出器配置２５０の下部に配置される。第１の検出要素２５２および第１の開口２３２は、光軸２３８を含む基準面の第１の側に配置することができる。第２の検出要素２５４および第２の開口２３４は、基準面の第２の側に配置することができる。第２の側は第１の側の反対側にある。
【００２１】
図２ａの図平面では、２次荷電粒子ビーム１４０が右から左へ移動する。２次荷電粒子ビーム１４０は、レンズシステム２２０の第２のレンズ２２４の右手側から第２のレンズ２２４に入る。図２ａに示された２次荷電粒子ビーム１４０は、第２のレンズ２２４、続いてレンズシステム２２０の第１のレンズ２２２内を通って移動する。示されているように、レンズシステム２２０内を通って移動する２次荷電粒子ビーム１４０は、実質的に光軸２３８に沿って移動する。
【００２２】
第１のレンズ２２２および／または第２のレンズ２２４を、２次荷電粒子ビーム１４０を整形し、集束させ、かつ／またはデフォーカシングするように適合させることができる。第１のレンズ２２２および／または第２のレンズ２２４を、２次荷電粒子ビーム１４０の開き角（ｏｐｅｎｉｎｇ  ａｎｇｌｅ）を調整するように適合させることができる。２次荷電粒子ビーム１４０は、希望に応じて発散または収束させることができる。したがって、検出器配置２５０による２次荷電粒子の捕集効率を向上させることができる。２次荷電粒子ビーム１４０の開き角は、２次荷電粒子ビーム１４０の伝搬に関してレンズシステム２２０の上流に配置された後により詳細に論じるビームベンダ（ｂｅａｍ  ｂｅｎｄｅｒ）を出た２次荷電粒子ビーム１４０の開き角とすることができる。
【００２３】
２次荷電粒子ビーム１４０の１つまたは２つの交差を提供するようにレンズシステム２２０を適合させることができる。あるいは、２次荷電粒子ビームが、交差することなく２次荷電粒子画像化システム２００内を通過することを可能にするように、レンズシステムを適合させることもできる。
【００２４】
第１のレンズ２２２は、静電レンズ部分および／または磁気レンズ部分を含むことができる。第１のレンズ２２２を、静電レンズ部分と磁気レンズ部分の両方を含む複合レンズとすることができる。同様に、第２のレンズ２２４は、静電レンズ部分および／または磁気レンズ部分を含むことできる。第１のレンズ２２２の静電レンズ部分および／または第２のレンズ２２４の静電レンズ部分を、２次荷電粒子ビームを整形し、集束させ、かつ／またはデフォーカシングするように適合させることができる。後により詳細に論じるが、第１のレンズ２２２の磁気レンズ部分および／または第２のレンズ２２４の磁気レンズ部分を、対物レンズのラーモア回転を補償するように適合させることができる。
【００２５】
図２ａにさらに示されているように、信号荷電粒子ビームまたは２次荷電粒子ビーム１４０は、第１のレンズ２２２から絞りプレート２３０へ移動することができる。レンズシステム２２０は、２次荷電粒子ビーム１４０を絞りプレート２３０上にマップするように適合されている。２次荷電粒子ビーム１４０が絞りプレート２３０上にマップされるよう、２次荷電粒子ビーム１４０を別々に整形し、集束させ、かつ／またはデフォーカシングするように、第１のレンズ２２２および第２のレンズ２２４を適合させることができる。本明細書で使用されるとき、２次荷電粒子ビームが絞りプレート上に「マップされる」という用語は、２次荷電粒子ビームが絞りプレート上に導かれ、案内され、かつ／または提供されることを指すことがある。
【００２６】
図２ａに示されているように、２次荷電粒子画像化システム２００のトポグラフィ検出モードでは、２次荷電粒子ビーム１４０が、絞りプレート２３０の第１の開口２３２および第２の開口２３４を通過する。レンズシステム２２０から絞りプレート２３０へ移動する２次荷電粒子ビーム１４０がわずかに発散するように、第１のレンズ２２２および／または第２のレンズ２２４によって２次荷電粒子ビーム１４０を整形することができる。したがって、２次荷電粒子ビーム１４０が第１の開口２３２および第２の開口２３４を通過することを容易にすることができる。絞りプレート２３０は電極を含むことができる。この電極は、２次荷電粒子ビームを複数の２次荷電粒子サブビームに分割するように適合された分割電極（ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）とすることができる。この電極に電圧を印加して、絞りプレート２３０のところまたは絞りプレート２３０の近くに減速場（ｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ  ｆｉｅｌｄ）を発生させることができる。この減速場の影響下で、レンズシステム２２０から絞りプレート２３０へ移動している２次荷電粒子を、２次荷電粒子が絞りプレート２３０に近づくにつれて減速させることができる。絞りプレート２３０に近づく２次荷電粒子を減速させることの利点は、絞りプレート２３０の開口に向かって、例えば第１の開口２３２および第２の開口２３４に向かって、２次荷電粒子がより容易に偏向することである。この減速場は、トポグラフィ検出モードにおいて、定められたエネルギー範囲内のエネルギーを有する２次荷電粒子、例えば定められたしきいエネルギー値よりも大きなエネルギーを有する２次荷電粒子が、絞りプレートの開口を通過することができる、エネルギーフィルタを提供することができる。２次荷電粒子ビームのエネルギーフィルタを提供することによって、試料に印加された表面電位の変化に対するシステムの感度（電圧コントラスト（ｖｏｌｔａｇｅ  ｃｏｎｔｒａｓｔ）−ＶＣ）を高めることができる。
【００２７】
２次荷電粒子画像化システム２００のトポグラフィ検出モードでは、２次荷電粒子ビーム１４０の第１のサブビーム１４２が第１の開口２３２を通過する。第１のサブビーム１４２は、第１の開口２３２から第１の検出要素２５２へ移動する。トポグラフィ検出モードでは続いて、第１のサブビーム１４２が第１の検出要素２５２によって検出される。同様に、トポグラフィ検出モードでは、第２のサブビーム１４４が第２の開口２３４を通過する。第２のサブビーム１４４は、第２の開口２３４から第２の検出要素２５４へ移動する。トポグラフィ検出モードでは続いて、第２のサブビーム１４４が第２の検出要素２５４によって検出される。
【００２８】
第１のサブビーム１４２の２次荷電粒子および／または第２のサブビーム１４４の２次荷電粒子、ならびに、絞りプレート２３０から検出器配置２５０へ移動する２次荷電粒子ビーム１４０の他の潜在的なサブビームの２次荷電粒子を、絞りプレート２３０と検出器配置２５０の間に発生させた加速場（ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ  ｆｉｅｌｄ）によって加速させることができる。これらの２次荷電粒子を、レンズシステム２２０を出た、絞りプレート２３０のところの減速場に入る前の２次荷電粒子と実質的に同じエネルギーまで加速させることができる。検出器配置２５０に近づく２次荷電粒子を加速させることによって、２次荷電粒子ビーム１４０のサブビームを対応する検出要素上に集束させることを可能にする集束効果を提供することができる。したがって、トポグラフィコントラストと明視野画像化とを同時に達成することができる（マルチパースペクティブ（ｍｕｌｔｉ  ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ）画像化）。
【００２９】
第１のレンズ２２２の励起および第２のレンズ２２４の励起を制御するように、図２ａに示されたコントローラ２４０を構成することができる。第１のレンズ２２２の励起の制御は、第１のレンズ２２２の静電レンズ部分の励起を制御すること、および／または第１のレンズ２２２の磁気レンズ部分の励起を制御することを含むことができる。同様のことは、第２のレンズ２２４が静電レンズ部分および／または磁気レンズ部分を含む場合にも当てはまる。
【００３０】
第１のレンズ２２２の静電レンズ部分は、電場を発生させる１つまたは複数の電極を含むことができる。この電極に電位を与えて電場を発生させることができる。この電場は、コントローラ２４０の制御下で発生させることができる。具体的には、この電場の強さを、コントローラ２４０によって制御し、コントローラ２４０によって決定し、かつ／またはコントローラ２４０の制御下で調整することができる。第１のレンズ２２２の磁気レンズ部分はそれぞれ、磁場を発生させる１つまたは複数のコイルを含むことができる。これらのコイルに電流を流して磁場を発生させることができる。この磁場は、コントローラ２４０の制御下で発生させることができる。具体的には、この磁場の強さ、ならびにコイルを流れる電流の方向によって決定される磁場の方向を、コントローラ２４０によって制御し、コントローラ２４０によって決定し、かつ／またはコントローラ２４０の制御下で調整することができる。同様のことは、第２のレンズ２２４に含まれる静電レンズ部分および／または磁気レンズ部分にも当てはまる。本明細書に記載された実施形態によれば、第１のレンズは、静電レンズ部分もしくは磁気レンズ部分、または静電レンズ部分と磁気レンズ部分の両方を含むことができる。本明細書に記載された実施形態によれば、第２のレンズは、静電レンズ部分もしくは磁気レンズ部分、または静電レンズ部分と磁気レンズ部分の両方を含むことができる。第１のレンズおよび／または第２のレンズに対して複合静電磁気レンズ、すなわち静電レンズ部分および磁気レンズ部分を有するレンズを提供することによって、信号荷電粒子ビームを調整する際の自由度、具体的には後述するラーモア回転に関して信号荷電粒子ビームを調整する際の自由度を増大させることができる。
第１のレンズ２２２の励起と第２のレンズ２２４の励起とを独立して制御するように、コントローラ２４０を構成することができる。したがって、コントローラ２４０は、第１のレンズ２２２による２次荷電粒子ビーム１４０の集束、デフォーカシングおよび／または整形を、第２のレンズ２２４による２次荷電粒子ビーム１４０の集束、デフォーカシングおよび／または整形の制御とは無関係に制御することを可能にする。第１のレンズ２２２の励起と第２のレンズ２２４の励起とを独立して制御することによって、２次荷電粒子画像化システム２００のトポグラフィ検出モードにおいて、第１のサブビーム１４２が第１の開口２３２を通過し、第１の検出要素２５２によって検出されること、および第２のサブビーム１４４が第２の開口２３４を通過し、第２の検出要素２５４によって検出されることが提供される。
【００３１】
図２ｂは、本明細書に記載された実施形態に基づく２次荷電粒子画像化システム２００を含む荷電粒子ビーム装置２６０を示す。図２ｂに示された荷電粒子ビーム装置２６０はビーム放出器１０５を含む。図２ｂに示されているように、ビーム放出器１０５によって１次荷電粒子ビーム１３０が放出され、１次荷電粒子ビーム１３０は、ステージ２７０上に配置された試料１２５上に導かれる。図２ｂに示された荷電粒子ビーム装置２６０はさらに対物レンズ１０を含む。１次荷電粒子ビーム１３０を試料１２５上に集束させるように、対物レンズ１０を構成することができる。図２ｂに示されているように、対物レンズは、磁場２８２を発生させる磁気対物レンズ部分２８０を含むことができる。図２ｂにさらに示されているように、磁場２８２は、対物レンズ１０内を通過する１次荷電粒子ビーム１３０に作用することができる。磁場２８２の影響下で、１次荷電粒子ビーム１３０を対物レンズ１０によって集束させることができる。磁場２８２は、調整可能な磁場とすることができる。磁場２８２の強さを調整することにより１次荷電粒子ビーム１３０の発散を調整して、１次荷電粒子ビーム１３０を試料１２５上に集束させることができる。磁気対物レンズ部分２８０の代わりに、または磁気対物レンズ部分２８０に加えて、対物レンズ１０は静電対物レンズ部分（図示せず）を含むことができ、この静電対物レンズ部分は、１次荷電粒子ビーム１３０に作用して、試料１２５上への１次荷電粒子ビーム１３０の集束を容易にする電場を発生させるように構成される。
【００３２】
図２ｂにさらに示されているように、対物レンズ１０は光軸２８４を画定することができる。光軸２８４は、試料１２５によって画定された平面および／またはステージ２７０によって画定された平面に対して直角とすることができる。対物レンズ１０は、試料１２５からの作動距離１２０のところに配置することができる。図２ｂに示されているように、作動距離１２０は、対物レンズ１０と試料１２５の間の、例えば対物レンズ１０によって画定された光軸２８４に対して平行な方向の距離を指すことがある。
【００３３】
作動距離１２０は、調整可能な作動距離とすることができる。作動距離１２０は、対物レンズ１０に対してステージ２７０を、例えば光軸２８４に対して平行な方向に変位させることによって調整することができる。例えば、図２ｂに示された実施形態では、荷電粒子ビーム装置２６０内の固定された位置に対物レンズ１０を配置することができ、光軸２８４に対して平行な方向にステージ２７０を移動させることによって作動距離１２０を調整することができる。作動距離１２０を調整することにより対物レンズ１０に対する試料１２５の位置を調整して、画像化を向上させることができる。
【００３４】
図２ｂにさらに示されているように、荷電粒子ビーム装置２６０は試料電圧源２８５を含むことができる。試料１２５に試料電圧を印加して、試料１２５上に入射する１次荷電粒子ビーム１３０の入射エネルギーを調整するように、試料電圧源２８５を構成することができる。この入射エネルギーの調整は、異なるエネルギーで試料１２５を調べるため、および試料１２５上の異なる構造体を潜在的に解像するために実施することができる。本明細書で使用されるとき、用語「入射エネルギー」は、試料に衝突する１次荷電粒子ビームのエネルギー、例えば試料に衝突する１次荷電粒子ビームの平均エネルギーを指すことがある。この試料電圧の値は、試料に対して１次荷電粒子を加速または減速させる電気力の強さに影響を与える。したがって、試料電圧の値を調整することによって、１次荷電粒子ビームの入射エネルギーを調整することができる。
図２ｂにさらに示されているように、荷電粒子ビーム装置２６０は、ステージ２７０と対物レンズ１０の間に配置することができる１つまたは複数の近接電極（ｐｒｏｘｉ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）２９０を含むことができる。図２ｂに示されているように、近接電極２９０は引出し場２９２を提供することができる。図２ｂに示されているように、引出し場２９２は、２次荷電粒子ビーム１４０に影響を及ぼすことができる。引出し場２９２の強さを調整することによって、試料１２５を出た２次荷電粒子ビーム１４０の加速を調整することができる。
【００３５】
図２ｂにさらに示されているように、試料１２５から２次荷電粒子画像化システム２００へ移動する２次荷電粒子ビーム１４０は、対物レンズ１０内を通過することができる。２次荷電粒子ビーム１４０は、磁場２８２の影響を受けることがある。
図２ｂに示された例示的な荷電粒子ビーム装置２６０は、ステージ２７０、試料電圧源２８５、近接電極２９０および磁気対物レンズ部分２８０を含む。あるいは、本明細書に記載された実施形態によれば、荷電粒子ビーム装置は、これらの構成要素のうちの任意の１つの構成要素またはこれらの構成要素の任意のサブセットを含むことができる。
【００３６】
作動距離１２０、入射エネルギー、引出し場２９２の強さ、および／または磁場２８２の強さは、２次荷電粒子画像化システム２００の動作パラメータである。システム２００の動作窓を横切って変化するこれらの動作パラメータの異なる値に対して、試料１２５を検査することができる。例えば、試料１２５の第１の検査回では、作動距離１２０、入射エネルギー、引出し場の強さおよび／または磁場２８２の強さを、動作窓内の値の第１の構成にセットすることができる。試料１２５の第２の検査回、例えば第１の検査回と比較して後の時点の試料１２５の第２の検査回に対しては、作動距離１２０、入射エネルギー、引出し場の強さおよび／または磁場２８２の強さを、動作窓内の値の第２の構成にセットすることができる。上述のように動作パラメータの異なる構成について試料を検査することにより、さまざまな態様に関する情報、例えば試料の構造、トポグラフィおよび組成に関する情報を提供することができる。
【００３７】
作動距離１２０、入射エネルギー、引出し場２９２の強さ、および／または磁場２８２の強さが調整されている場合、コントローラ２４０の制御下で第１のレンズ２２２の励起と第２のレンズ２２４の励起を別々に調整して、２次荷電粒子ビームの軌道および／または形状を制御することができる。したがって、動作パラメータがセットされた値の構成とは無関係に、本明細書に記載された実施形態は、レンズシステム２２０によって２次荷電粒子ビーム１４０を整形して、２次荷電粒子ビーム１４０が絞りプレート上にマップされるようにする。この点に関して、トポグラフィ検出モードでは、第１のサブビーム１４２が、絞りプレート２３０の第１の開口２３２を通過し、続いて第１の検出要素２５２によって検出され、第２のサブビーム１４４が第２の開口２３４を通過し、続いて第２の検出要素２５４によって検出される。
【００３８】
一実施形態によれば、１次荷電粒子ビームの衝突によって試料から発散した２次荷電粒子ビームを画像化する２次荷電粒子画像化システムが提供される。このシステムは、検出器配置および適応２次荷電粒子光学系を含む。検出器配置は、トポグラフィ検出モードにおいて２次荷電粒子ビームの第１の２次荷電粒子サブビーム、例えば図２ａに示された第１のサブビーム１４２を検出する第１の検出要素を含む。検出器配置はさらに、トポグラフィ検出モードにおいて２次荷電粒子ビームの第２の２次荷電粒子サブビーム、例えば第２のサブビーム１４４を検出する第２の検出要素を含む。第１の検出要素と第２の検出要素は互いに分離されている。適応２次荷電粒子光学系は、絞りプレートと、２次荷電粒子ビームを絞りプレート上にマップするレンズシステムと、コントローラとを含む。絞りプレートは、第１の２次荷電粒子サブビームを通過させる第１の開口、および第２の２次荷電粒子サブビームを通過させる第２の開口を含む。レンズシステムは、第１のレンズおよび第２のレンズを含む。コントローラは、第１のレンズの励起および第２のレンズの励起を制御するように構成される。２次荷電粒子ビームの伝搬に関して、絞りプレートは、検出器配置の上流に配置されており、第１のレンズは、絞りプレートの上流に配置されており、第２のレンズは、第１のレンズの上流に配置されている。コントローラは、第１のレンズの励起と第２のレンズの励起とを独立して制御して、２次荷電粒子ビームを絞りプレート上にマップするように構成され、２次荷電粒子ビームを絞りプレート上にマップすることは、トポグラフィ検出モードにおいて、少なくとも１つの第１の動作パラメータの変化とは無関係に、第１の２次荷電粒子サブビームが第１の開口を通過し、第２の２次荷電粒子サブビームが第２の開口を通過するように実行される。この少なくとも１つの第１の動作パラメータは、試料上に入射する１次荷電粒子ビームの入射エネルギー、試料の位置における、２次荷電粒子ビームを引き出す引出し場の強さ、１次荷電粒子ビームを試料上に集束させる対物レンズの磁場の強さ、および試料から対物レンズまでの作動距離、を含むグループの中から選択される。
【００３９】
２次荷電粒子ビームを集束させる単一のレンズを含む２次荷電粒子画像化システムと比較して、第１のレンズおよび第２のレンズを含む本明細書に記載されたレンズシステムは、２次荷電粒子ビームを整形するより多くの自由度を提供する。したがって、本明細書に記載されたレンズシステムは、以下で論じるようないくつかの利点を提供する。
【００４０】
１つまたは複数の動作パラメータ、例えば前記少なくとも１つの第１の動作パラメータのうちの１つまたは複数の動作パラメータを変化させると、システムによっては、２次荷電粒子ビームの軌道および／または形状、例えば焦点位置および開き角が変化する。したがって、２次荷電粒子ビームが、ターゲット軌道および／またはターゲット形状から逸脱することがあり、それによって画質が不良になることがある。本明細書に記載された実施形態によって提供されるレンズシステムの第１のレンズおよび第２のレンズは、トポグラフィ検出モード（および本明細書に記載された明視野検出モード）において、システムの動作窓を横切る動作パラメータの変化とは無関係に、２次荷電粒子ビームを、ターゲット形状および軌道に従って絞りプレート上にマップすることを可能にする。例えば、第１のレンズおよび第２のレンズを提供する本明細書に記載された実施形態は、以下のうちの少なくとも１つを低減させるかまたは排除することを可能にする：検出器配置に入る２次荷電粒子ビームの交差位置の、絞りプレートによって画定された光軸に沿った軸方向の移動、２次荷電粒子ビームの交差位置の、絞りプレートの光軸に対して直角な平面に対する半径方向の移動、２次荷電粒子ビームの交差位置における２次荷電粒子ビームの開き角の変化、および対物レンズが発生させる磁場の強さの変化に反応した２次荷電粒子ビームのラーモア回転の変化。
【００４１】
したがって、動作窓内の動作パラメータの全ての構成に対して良好な画質を提供することができる。２次荷電粒子ビームを集束させる単一のレンズを含むシステムと比較して、本明細書に記載された実施形態は、より大きな動作窓に対して良好な画質を提供する。具体的には、本明細書に記載された実施形態が良好な画質を提供することができる動作パラメータの構成の集合は、２次荷電粒子ビームを集束させる単一のレンズを含むシステムと比較して大きい。
【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本明細書に記載された実施形態によれば、作動距離は、０．１ｍｍから５ｍｍ、より具体的には０．２ｍｍから３ｍｍ、よりいっそう具体的には０．５から２ｍｍの範囲内の距離とすることができ、または０．１ｍｍから５ｍｍ、より具体的には０．２ｍｍから３ｍｍ、よりいっそう具体的には０．５から２ｍｍの範囲内で変化させることができ、例えば１ｍｍとすることができる。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、２次荷電粒子が電子である荷電粒子ビーム装置に関して、入射エネルギーは、０から２０ｋｅＶ、より具体的には０．１から１０ｋｅＶ、よりいっそう具体的には０．１から６ｋｅＶの範囲内のエネルギーとすることができ、または０から２０ｋｅＶ、より具体的には０．１から１０ｋｅＶ、よりいっそう具体的には０．１から６ｋｅＶの範囲内で変化させることができる。引出し場は、０から５０００Ｖ／ｍｍ、より具体的には０から４０００Ｖ／ｍｍ、よりいっそう具体的には０から３０００Ｖ／ｍｍの範囲内とすることができ、または０から５０００Ｖ／ｍｍ、より具体的には０から４０００Ｖ／ｍｍ、よりいっそう具体的には０から３０００Ｖ／ｍｍの範囲内で変化させることができる。
【００４３】
第１のレンズおよび第２のレンズを提供する本明細書に記載された実施形態の他の利点を、図３ａ〜ｃおよび４ａ〜ｃに関して論じる。図３ａ〜ｃおよび４ａ〜ｃの議論では２次荷電粒子が電子である。
【００４４】
図３ａは、電子ビームシステム３００を、入射エネルギー６ｋｅＶ、引出し場３０００Ｖ／ｍｍのトポグラフィ検出モードで動作させた例を示す。図３ａに示されているように、単一のレンズ３１０内の交差位置３１２で、２次荷電粒子ビーム１４０の交差が起こる。したがって、交差位置３１２から離れていく２次荷電粒子ビーム１４０の開き角に影響を及ぼすように単一のレンズ３１０を適合させることはできない。対照的に、第１のレンズおよび第２のレンズを含む本明細書に記載されたレンズシステムを使用すると、開き角を調整および制御することができる。２次荷電粒子ビーム１４０の交差が例えばレンズシステムの第１のレンズ内で起こるとしても、第１のレンズから距離に置いて配置された第２のレンズによって開き角に影響を及ぼすこと、例えば開き角を大きくすることができる。
【００４５】
図３ｂは、電子ビームシステム３００を、入射エネルギー１ｋｅＶ、引出し場８０Ｖ／ｍｍのトポグラフィ検出モードで動作させた例を示す。図３ｂに示されているように、単一のレンズ３１０の上流の２次荷電粒子ビーム１４０の開き角３１６は大きく、開き角３１６の大きさは、単一のレンズ３１０に入る２次荷電粒子ビームの直径が単一のレンズ３１０の内径３１８よりも大きくなるような大きさである。したがって、２次荷電粒子ビームの一部は単一のレンズ３１０を通過することができず、したがってそれらの部分は失われ、検出されない。対照的に、第１のレンズおよび第２のレンズを含む本明細書に記載されたレンズシステムを使用すると、第１のレンズおよび第２のレンズによって２次荷電粒子ビームに影響を及ぼして、２次荷電粒子ビームの全体がレンズシステムを通過し、検出器配置に到達することができるようにすることができる。例えば、２次荷電粒子ビームの直径が小さい位置、例えば図３ｂに示された単一のレンズ３１０の左側に第１のレンズを配置することができる。
【００４６】
図３ｃは、電子ビームシステム３００を、入射エネルギー０．１ｋｅＶ、引出し場１０００Ｖ／ｍｍのトポグラフィ検出モードで動作させた例を示す。図３ｃに示されているように、単一のレンズ３１０を通過する２次荷電粒子ビーム１４０は細い。したがって、単一のレンズ３１０の励起を強くし、２次荷電粒子ビーム１４０に追加の交差を提供したとしても、２次荷電粒子ビーム１４０の開き角が十分には大きくならない可能性がある。したがって、弱い検出信号だけが提供される可能性がある。対照的に、第１のレンズおよび第２のレンズを含む本明細書に記載されたレンズシステムを使用すると、細い２次荷電粒子ビームであっても、第１のレンズおよび第２のレンズによって、２次荷電粒子ビームを、強い検出信号が生成されるように整形することができる。
図４ａ〜ｃは、第１のレンズ２２２と第２のレンズ２２４とを含むレンズシステム２２０を含む荷電粒子ビーム装置を、異なる入射エネルギー値および引出し場値のトポグラフィ検出モードで動作させる実施形態を示す。図４ａは、荷電粒子ビーム装置を、入射エネルギー６ｋｅＶ、引出し場３０００Ｖ／ｍｍで動作させた実施形態を示す。図４ｂは、荷電粒子ビーム装置を、入射エネルギー６ｋｅＶ、引出し場８０Ｖ／ｍｍで動作させた実施形態を示す。図４ｃは、荷電粒子ビーム装置を、入射エネルギー０．１ｋｅＶ、引出し場１０００Ｖ／ｍｍで動作させた実施形態を示す。示されているように、たとえ、図４ａ〜ｃに示された実施形態が、異なる構成の入射エネルギーおよび引出し場を含むとしても、２次荷電粒子ビーム１４０は絞りプレート２３０上にマップされ、第１のサブビーム１４２は第１の開口２３２を通過し、第２のサブビーム１４４は第２の開口２３４を通過し、第３のサブビーム５４６は中心開口５２０を通過する。
【００４７】
図５および６は、本明細書に記載された実施形態に基づく２次荷電粒子画像化システム２００を示す。図５および６に示された検出器配置２５０は中心検出要素５１０を含む。示されているように、中心検出要素５１０は、第１の検出要素２５２と第２の検出要素２５４の間に配置することができる。中心検出要素５１０はホルダ２５１に固定することができる。図５および６に示された絞りプレート２３０は中心開口５２０を含む。示されているように、中心開口５２０は、第１の開口２３２と第２の開口２３４の間に形成することができる。
【００４８】
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５に示されているように、絞りプレート２３０は光軸２３８を画定することができる。第１のレンズ２２２および第２のレンズ２２４を、絞りプレートの光軸２３８と整列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、光軸２３８は、絞りプレート２３０の中心開口５２０を通過することができる。第１の開口２３２および／または第２の開口２３４は、光軸２３８から半径方向外側に配置することができる。
【００４９】
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、光軸２３８は、中心検出要素５１０を貫いて延びることができる。光軸２３８は、絞りプレート２３０によって画定された平面、ホルダ２５１によって画定された平面、第１のレンズ２２２によって画定された平面、および／または第２のレンズ２２４によって画定された平面に対して直角または実質的に直角とすることができる。「実質的に直角な」という用語は、９０から１１０度の間の角度を指すことがある。光軸２３８を、絞りプレート２３０、ホルダ２５１、第１のレンズ２２２および／または第２のレンズ２２４の対称軸とすることができる。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、第１の検出要素２５２および第２の検出要素２５４は、光軸２３８から半径方向外側に配置することができる。第２のレンズ２２４から第１のレンズ２２２へ移動する２次荷電粒子ビーム１４０は実質的に光軸２３８に沿って移動することができる。
【００５０】
図２ａと同様に、図５に示された２次荷電粒子画像化システム２００も、トポグラフィ検出モードに基づく動作状態にある。図５に示された実施形態によれば、２次荷電粒子ビーム１４０は、絞りプレート２３０の第１の開口２３２、第２の開口２３４および中心開口５２０を通過する。示されているように、絞りプレート２３０の中心開口５２０のところに、２次荷電粒子ビーム１４０の第３のサブビーム５４６を形成することができる。この第３のサブビームは、絞りプレート２３０に近づいた後に、光軸２３８に対して比較的に小さな角度をなす経路に沿って移動する２次荷電粒子からなることができる。第１のサブビーム１４２および第２のサブビーム１４４は、絞りプレート２３０に近づいた後に、光軸２３８に対して比較的に大きな角度をなす経路に沿って移動する２次荷電粒子からなることができる。
トポグラフィ検出モードでは、第３のサブビーム５４６が中心開口５２０を通過することができる。第３のサブビーム５４６は、中心開口５２０から中心検出要素５１０へ移動することができる。トポグラフィ検出モードでは続いて、第３のサブビーム５４６を中心検出要素５１０によって検出することができる。
【００５１】
本明細書に記載された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のレンズ２２２の励起と第２のレンズ２２４の励起とを独立して制御して、２次荷電粒子ビーム１４０を絞りプレート２３０上にマップするように、コントローラ２４０を構成することができ、この２次荷電粒子ビーム１４０を絞りプレート２３０上にマップすることは、トポグラフィ検出モードにおいて、第３のサブビーム５４６などの２次荷電粒子ビーム１４０の第３の２次荷電粒子サブビームが、中心開口５２０を通過することができるように実行される。コントローラ２４０の制御下で第１のレンズ２２２の励起と第２のレンズ２２４の励起を別々に調整することによって、第１のサブビーム１４２、第２のサブビーム１４４および第３のサブビーム５４６はそれぞれ、本明細書に記載された前記少なくとも１つの動作パラメータの変化とは無関係に、第１の開口２３２、第２の開口２３４および中心開口５２０を通過することができる。
【００５２】
図６に示された２次荷電粒子画像化システム２００は、明視野検出モードに基づく動作状態にある。図６に示されているように、明視野検出モードでは、２次荷電粒子ビーム１４０の全体が中心開口５２０を通過することができる。図６にさらに示されているように、明視野検出モードでは、２次荷電粒子ビーム１４０が、中心開口５２０から中心検出要素５１０へ移動することができる。この点に関して、２次荷電粒子ビームは、実質的に光軸２３８に沿って移動することができる。明視野検出モードでは続いて、２次荷電粒子ビーム１４０の全体を中心検出要素５１０によって検出することができる。明視野検出モードでは、２次荷電粒子ビーム１４０を検出するのに、第１の検出要素２５２および第２の検出要素２５４が利用されないことがある。
【００５３】
明視野検出モードでは、絞りプレート２３０のところの減速場をオフにすることができる。あるいは、明視野検出モードにおいて減速場を発生させることもできる。この減速場はエネルギーフィルタを提供することができる。いくつかの実施形態によれば、明視野検出モードにおいて、エネルギーフィルタが使用されると、絞りプレート２３０の中心開口５２０の中心に２次荷電粒子を集束させることができる。
【００５４】
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のレンズ２２２の励起と第２のレンズ２２４の励起とを独立して制御して、２次荷電粒子ビーム１４０を絞りプレート２３０上にマップするように、コントローラ２４０を構成することができ、この２次荷電粒子ビーム１４０を絞りプレート２３０上にマップすることは、明視野検出モードにおいて、少なくとも１つの第２の動作パラメータの変化とは無関係に、２次荷電粒子ビーム１４０の全体が中心開口５２０を通過するように実行される。この少なくとも１つの第２の動作パラメータは、図２ｂに示されている、試料上に入射する１次荷電粒子ビームの入射エネルギー、試料の位置における、２次荷電粒子ビームを引き出す引出し場の強さ、１次荷電粒子ビームを試料上に集束させる対物レンズの磁場の強さ、および試料から対物レンズまでの作動距離、を含むグループの中から選択することができる。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、前記少なくとも１つの第１の動作パラメータは、この少なくとも１つの第２の動作パラメータと同じ動作パラメータである。
図７ａ〜ｂは、第１のレンズ２２２および第２のレンズ２２４を提供する荷電粒子ビーム装置が、異なる入射エネルギー値および引出し場値の明視野検出モードに従って動作する実施形態を示す。図７ａは、荷電粒子ビーム装置を、入射エネルギー１ｋｅＶ、引出し場０Ｖ／ｍｍで動作させた実施形態を示す。図７ｂは、荷電粒子ビーム装置を、入射エネルギー１ｋｅＶ、引出し場３０００Ｖ／ｍｍで動作させた実施形態を示す。示されているように、図７ａ〜ｂに示されたそれぞれの実施形態によれば、２次荷電粒子ビーム１４０は絞りプレート２３０上にマップされ、２次荷電粒子ビーム１４０はその全体が中心開口５２０を通過する。
【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のレンズ２２２の励起および第２のレンズ２２４の励起を適合させることによって、トポグラフィ検出モードと明視野検出モードの間で切り替わるように、コントローラ２４０を構成することができる。第１の時刻において、コントローラ２４０の制御の下で、第１のレンズ２２２の励起および第２のレンズ２２４の励起を第１の構成にセットして、２次荷電粒子ビーム１４０をトポグラフィ検出モードで画像化することができる。第２の時刻、例えば第１の時刻の後の第２の時刻には、コントローラ２４０の制御の下で、第１のレンズ２２２の励起および第２のレンズ２２４の励起を第２の構成にセットして、２次荷電粒子ビーム１４０を明視野検出モードで画像化することができる。したがって、システムの柔軟性（ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ）が高まる。
【００５６】
トポグラフィ検出モードだけまたは明視野検出モードだけに従って動作するように構成されたシステムと比較して、トポグラフィ検出モードと明視野検出モードの間で切り替わるように構成されたコントローラを有することの利点は、例えばトポグラフィ情報、試料上の欠陥、試料の化学成分などに関係した試料の複数の態様を、単一のシステムによって分析することができることである。
【００５７】
図８ａは、本明細書に記載された実施形態に基づく２次荷電粒子画像化システムの絞りプレート２３０の正面図を示す。第１の開口２３２、第２の開口２３４および中心開口５２０に加えて、絞りプレート２３０は、図８ａに示された２つの追加の開口８３６、８３８などの追加の開口を含むことができる。図８ａに示された絞りプレート２３０は、５つの開口２３２、２３４、５２０、８３６および８３８を含む。第１の開口２３２、第２の開口２３４および追加の開口８３６、８３８は、絞りプレート２３０が、光軸２３８に関して４重（ｆｏｕｒ−ｆｏｌｄ）回転対称性を有するような態様で、光軸２３８の周りに位置する。第１の開口２３２、第２の開口２３４および追加の開口８３６、８３８は、光軸２３８に関して半径方向外側の開口である。中心開口５２０の直径または対応する寸法は１ｍｍから４ｍｍとすることができる。第１の開口２３２、第２の開口２３４および／または追加の開口８３６、８３８については、直径または対応する寸法を３ｍｍから１５ｍｍとすることができる。第１の開口の中心と第２の開口の中心の間の距離は、４から１５ｍｍの範囲内の距離とすることができる。
【００５８】
図８ｂは、本明細書に記載された実施形態に基づく２次荷電粒子画像化システムの検出器配置２５０の正面図を示す。第１の検出要素２５２、第２の検出要素２５４および中心検出要素５１０に加えて、検出器配置２５０は、図８ｂに示された２つの追加の検出要素８５６、８５８などの追加の検出要素を含むことができる。図８ｂに示された検出器配置２５０は、５つの検出要素２５２、２５４、５１０、８５６および８５８、すなわち図８ａに示された絞りプレート２３０に提供された開口の数と同数の検出要素を含む。図８ｂに示された５つの検出要素はそれぞれ、図８ａに示された絞りプレート２３０の対応する１つの開口に関連付けられている。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、検出器配置２５０は、整数であるＮ個の追加の検出要素を含む。整数Ｎは、ゼロまたはゼロよりも大きな整数である。絞りプレート２３０は、整数である同じＮ個の追加の開口を備えることができ、第１の開口２３２、第２の開口２３４およびＮ個の追加の開口は、絞りプレート２３０の光軸２３８に関して絞りプレート２３０がＮ＋２重回転対称性を有するような態様で、絞りプレート２３０の光軸２３８の周りに位置する。
例えば第１の検出要素２５２、第２の検出要素２５４および／または中心検出要素５１０などの検出器配置２５０の検出要素は例えば、ピンダイオード検出器またはシンチレータ検出器とすることができる。特にＥＢＩ用途では高いスループットが望まれ、その結果、非常に高速なセンサが必要になる。したがって、ピンダイオード検出器を使用することができる。得られる帯域幅は、ピンダイオード検出器のサイズに依存することがある。１ｍｍ2以下のセンサ面積を利用することができる。
【００５９】
検出器配置２５０の第１の検出要素２５２、第２の検出要素２５４、中心検出要素５１０および／または追加の検出要素は、互いに空間的に分離することができる別々の検出器とすることができる。検出器配置の検出要素によって得られる個々の信号を結合して（例えば減算して）、コントラストを高めることができる。例えば互いに近くに配置された検出要素と比較して、例えば空間的に分離された検出要素を有するセグメント化されたピンダイオードは、能動セグメントを分離するピンダイオードエリアに関する問題（例えば帯電、信号損失、クロストーク）をより容易に解決することができるという利点を提供する。さらに、空間的に分離された検出要素は、より安価であり、より短い開発サイクルおよびセンサ設計における改良された柔軟性を有し、市場に出るまでの時間がより短い。
【００６０】
第１の検出要素と第２の検出要素の間の距離は、１から２０ｍｍの範囲内の距離とすることができる。第１の検出要素と中心検出要素の間の距離は、１から１４ｍｍの範囲内の距離とすることができる。
例えば明視野検出器と比較して、本明細書に記載された複数の検出要素を含む検出器配置２５０では、試料のトポグラフィの変化、例えば物理的な欠陥に起因するトポグラフィの変化に対する感度が高まる。それらの複数の検出要素は、試料位置における射出角（ｔａｋｅ−ｏｆｆ  ａｎｇｌｅ）がある範囲内にある２次荷電粒子だけを集めることができる。したがって、例えば欠陥検査ツールおよび欠陥調査ツールまたは限界寸法測定ツールで検査する検査対象の特徴および／または欠陥のコントラストを高めることができる。
【００６１】
検出器配置２５０は、統合された検出器配置とすることができる。第１の検出要素２５２、第２の検出要素２５４および／または中心検出要素５１０を検出器配置に統合することができる。この統合された検出器配置内において、検出器配置２５０の検出要素を互いに分離することができる。検出器配置２５０の検出要素は、検出器配置２５０内にまたは検出器配置２５０のところに、動かないように位置決めすることができる。検出器配置２５０の検出要素は、検出器配置２５０のホルダまたはホルダプレート上に固定することができる。
【００６２】
図９に示されているように、絞りプレート２３０は外側部分９０３、例えば円形の本体を有することができる、第１の開口２３２、第２の開口２３４、中心開口５２０および追加の開口８３６、８３８の間のエリアは分割バー９０５によって提供される。したがって、開口間のエリアを、例えば図８ａに示された絞りプレート２３０と比較して、より狭くすることができる。図９に示された絞りプレート２３０では、中心開口５２０の形状が例えば針刺し（ｐｉｎｃｕｓｈｉｏｎ）形である。図９に示された中心開口５２０は、凹形部分、すなわち開口の中心に向かって内側へ曲げられた部分を有する。図９に示された中心開口５２０は、その周界に、少なくとも４つの凹形領域を有する。したがって、外側の開口内、例えば第１の開口２３２、第２の開口２３４および追加の開口８３６、８３８内の電位分布をなだらかにすることができ、これは、特に外側の開口において、より良好な集束特性につながる。図９にさらに示されているように、バー、例えば分割バー９０５によって、外側の開口の少なくとも２つの辺を画定することができる。したがって、外側の開口は、開口の周界の少なくとも３０％の長さのまっすぐな境界を有する。
上記のことを考慮すると、絞りプレートにおける２次荷電粒子の損失を、典型的には約３０％から５％未満に低減させることが可能である。この２次荷電粒子の損失の低減はとりわけ、装置の衝突断面積（ｈｅａｄ−ｏｎ  ｃｒｏｓｓ−ｓｅｃｔｉｏｎ）を低減させることによって達成される。すなわち、本明細書に記載された実施形態は、断面内の固体材料が存在する面積が小さい。
【００６３】
絞りプレートの厚さは５ｍｍ以上とすることができ、より具体的には１０ｍｍから２０ｍｍとすることができる。絞りプレートの厚さは、絞りプレートの軸方向の厚さ、および／または絞りプレートによって画定された光軸に対して平行な方向の厚さとすることができる。厚さを１０ｍｍから２０ｍｍにすることによって、２次荷電粒子ビームのサブビームの分離を増大させることができる。分離が増大することにより、検出要素、例えば第１の検出要素、第２の検出要素および／または中心検出要素が直径５ｍｍの標準ピンダイオードである検出器配置を利用することができる。したがって、検出器配置の実行可能な設計を提供することができる。さらに、絞りプレートと検出器配置の間に発生させる加速場のリーチスルー（ｒｅａｃｈ−ｔｈｒｏｕｇｈ）が、絞りプレートの厚さの影響を受けることを考慮すると、絞りプレートの最小厚さが少なくとも５ｍｍであることの有益な副次的効果は、低減された動作電圧である。したがって、より良好な高電圧イミュニティ（ｉｍｍｕｎｉｔｙ）、信頼性および安定性を提供することができる。
【００６４】
図１０は、本明細書に記載された実施形態に基づく２次荷電粒子画像化システム２００を示す。２次荷電粒子画像化システム２００は、２次荷電粒子ビーム１４０を曲げるビームベンダ１０１０を含む。ビームベンダは例えば半球状の扇形とすることができる。ビームベンダに入る２次荷電粒子ビームの移動方向が、ビームベンダを出た２次荷電粒子ビームの移動方向と比較したときに異なるように、２次荷電粒子ビームの方向を変えるよう、ビームベンダを適合させることができる。ビームベンダは、１次荷電粒子ビームからより遠ざかる方向へ２次荷電粒子ビームを導くように配置することができる。
【００６５】
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、２次荷電粒子ビーム１４０に作用するビームベンダ１０１０は、２次荷電粒子ビーム１４０の伝搬に関して第２のレンズ２２４の上流に配置される。その代わりに、またはこれに加えて、このビームベンダを、本明細書に記載されたビーム分離器の下流に配置することもできる。図１０の図平面では、ビームベンダ１０１０が、第２のレンズ２２４の右側に配置されている。示されているように、２次荷電粒子ビーム１４０は、下方からビームベンダ１０１０に入り、ビームベンダ１０１０内を移動する。ビームベンダを出た２次荷電粒子ビーム１４０は、実質的に水平な方向に沿って移動する。２次荷電粒子ビーム１４０は、ビームベンダ１０１０からレンズシステム２２０の第２のレンズ２２４へ移動する。図１０に示されているように、第２のレンズ２２４は、２次荷電粒子ビーム１４０の伝搬に関してビームベンダ１０１０の下流に直接に配置することができる。第２のレンズ２２４を、ビームベンダ１０１０を出た２次荷電粒子ビーム１４０に作用する次の要素とすることができる。本明細書に記載された２次荷電粒子ビームの開き角は、ビームベンダ１０１０を出た２次荷電粒子ビームの開き角とすることができる。
【００６６】
ビームベンダ１０１０のできるだけ近くに第２のレンズ２２４を配置すること、およびビームベンダ１０１０から十分に離して第１のレンズ２２２を配置することは有益であると考えられる。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、ビームベンダ１０１０と第２のレンズ２２４の間の距離は、６０ｍｍ以下、具体的には４５ｍｍ以下、より具体的には２０ｍｍから３５ｍｍである。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、ビームベンダ１０１０と第１のレンズ２２２の間の距離は、５０ｍｍ以上、より具体的には１００ｍｍ以上、例えば１１５ｍｍから１８０ｍｍである。
図１０にさらに示されているように、２次荷電粒子画像化システム２００は、２次荷電粒子ビーム１４０に影響を及ぼす１つまたは複数の偏向要素を含むことができる。１つまたは複数の偏向要素を提供することによって、２次荷電粒子ビーム１４０が試料から検出器配置２５０へ伝達されるときに、２次荷電粒子によって運ばれる情報が、より容易に保存される。示されているように、ビームベンダ１０１０と検出器配置２５０の間に、第１の偏向要素１０２２および第２の偏向要素１０２４を配置することができる。代替実施形態によれば、２次荷電粒子画像化システム２００は、第１の偏向要素１０２２を含み第２の偏向要素１０２４を含まないこと、もしくは、第２の偏向要素１０２４を含み第１の偏向要素１０２２を含まないことができ、または、ビームベンダ１０１０と検出器配置２５０の間に配置された追加の偏向要素を含むことができる。ビームベンダ１０１０と第２のレンズ２２４の間に第３の偏向要素（図示せず）を提供することができる。あるいは、２次荷電粒子ビーム１４０の伝搬に関してビームベンダ１０１０の上流に、第３の偏向要素を提供することもできる。例えば、本明細書に記載されたビーム分離器とビームベンダの間に第３の偏向要素を提供することができる。第３の偏向要素は、検出器配置上での２次荷電粒子ビームの位置合わせおよび／または画像化を改良する。したがって、信号生成、したがってコントラストを改良することができる。この改良された信号生成は、特にＥＢＩ用途においてスループットをより良好にする。この第３の偏向要素を、ビームベンダ１０１０を出た２次荷電粒子ビーム１４０が通過する次の偏向要素とすることができる。この第３の偏向要素は、２次荷電粒子ビーム１４０の伝搬に関してビームベンダ１０１０の上流に直接に配置することができる。あるいは、第１のレンズ２２２と検出器配置２５０の間に第３の偏向要素を提供することもできる。上に述べたようにビームベンダと第２のレンズの間または第１のレンズと検出器配置の間に第３の偏向要素を提供することには、例えば（２次荷電粒子ビームと１次荷電粒子ビームの間の分離が不十分な）ビーム分離器とビームベンダの間に第３の偏向要素が置かれることと比較して、第３の偏向要素に対する潜在的な空間的制約がそれほど厳しくないという利点がある。ビーム分離器とビームベンダの間に第３の偏向要素を配置すると、２次荷電粒子ビームの改良された逆走査（ａｎｔｉ−ｓｃａｎｎｉｎｇ）を提供することができる。具体的には、視野の中心から始まる２次荷電粒子ビームの軸に関して軸から外れた位置から発散した２次荷電粒子ビームの偏差を、より容易に補償することができる。
【００６７】
図１０に示されているように、第２の偏向要素１０２４は、第１のレンズ２２２と第２のレンズ２２４の間に配置することができる。第２の偏向要素１０２４は、第２のレンズ２２４から第１のレンズ２２２へ移動する２次荷電粒子ビーム１４０に影響を及ぼすことができる。第１の偏向要素１０２２は、絞りプレート２３０と第１のレンズ２２２の間に配置することができる。第１の偏向要素１０２２は、第１のレンズ２２２から絞りプレート２３０へ移動する２次荷電粒子ビーム１４０に影響を及ぼすことができる。図１０に示されているように、第１の偏向要素１０２２および／または第２の偏向要素１０２４を、光軸２３８と整列させることができる。光軸２３８は、第１の偏向要素１０２２内および／または第２の偏向要素１０２４内を通って縦方向に延びることができる。
【００６８】
２次荷電粒子ビームに影響を及ぼす、例えば図１０に示された第１の偏向要素１０２２および／または第２の偏向要素１０２４などの偏向要素は、静電偏向部分および／または磁気偏向部分を含むことができる。静電偏向部分は、静電２重極要素、静電４重極要素、またはより高次の静電多重極要素を含むことができる。磁気偏向部分は、磁気２重極要素、磁気４重極要素、またはより高次の磁気多重極要素を含むことができる。偏向要素は、絞りプレートによって画定された光軸の両側および／または２次荷電粒子ビームの両側に配置された２枚の偏向プレートを含むことができる。２方向に偏向させるために、直交する２つの双極場を提供することができ、または１つの双極場を可能にするように動作させることができる２つの偏向器を提供することができる。この１つの双極場は、これらの２つの偏向器の動作に従って回転させることができる。例えば、これらの２つの偏向器の個々の場は別々に、７０°から１１０°、例えば９０°の角度を囲むことができる。図１０に示されているように、第１の偏向要素１０２２および／または第２の偏向要素１０２４はそれぞれ、２次荷電粒子ビームを第１の方向に偏向させる２枚の偏向プレートを含むことができる。
【００６９】
例えば明視野検出モードにおいて、２次荷電粒子ビームを絞りプレートの光軸と整列させるように、２次荷電粒子ビームに影響を及ぼす偏向要素を適合させることができる。これに加えて、またはその代わりに、偏向要素、例えば本明細書に記載された第３の偏向要素を、２次荷電粒子ビームを逆走査するように適合させることもできる。１次荷電粒子ビームが試料を横切って走査される荷電粒子ビーム装置内で、２次荷電粒子ビームを逆走査することができる。試料を横切って１次荷電粒子ビームを走査すると、２次荷電粒子ビームが不必要に偏向することがあり、検出器配置に衝突する２次荷電粒子ビームの位置、および／または絞りプレートに対する２次荷電粒子ビームの位置が、試料を横切って走査されている１次荷電粒子ビームの位置に依存することがある。この依存性の結果、検出品質が不良になったり、画像がぼやけたりすることがある。例えば図１０に示された第１の偏向要素１０２２および／または第２の偏向要素１０２４によって２次荷電粒子ビームを逆走査することによって、１次荷電粒子ビームの走査に起因する２次荷電粒子ビームの偏向を補償することができ、かつ／または、試料を横切って走査されている１次荷電粒子ビームの位置とは無関係に、２次荷電粒子ビームを、ターゲット軸、例えば絞りプレートによって画定された光軸、と整列させることができる。したがって、２次荷電粒子ビームのオフアクシス収差（ｏｆｆ−ａｘｉｓ  ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ）を防ぐことができる。２次荷電粒子ビームの逆走査は、大きな視野を有する荷電粒子ビーム装置に対して特に有益であることがある。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、荷電粒子ビーム装置の視野を５００μｍ以上にすることができる。
【００７０】
偏向要素を用いて２次荷電粒子ビームを逆走査するため、その偏向要素に偏向電圧を印加することができる。この偏向電圧を１次荷電粒子ビームの走査と同期させて、１次荷電粒子ビームの走査に起因する２次荷電粒子ビームの偏向を補償することができる。
【００７１】
２次荷電粒子ビームを逆走査するように構成された偏向要素を、２次荷電粒子ビームの伝搬に関して、絞りプレートの上流、第１のレンズの上流、および／または第１のレンズと第２のレンズの間に配置することができる。絞りプレートの下流で２次荷電粒子ビームを逆走査することと比較して、絞りプレートの上流で逆走査することには、２次荷電粒子ビームをターゲット軸とより容易に整列させることができるという利点がある。さらに、絞りプレートのところにエネルギーフィルタが提供されるシステムでは、絞りプレートの上流で逆走査することが有利なことがある。エネルギーフィルタは、光軸２３８に対する２次荷電粒子ビームの位置に対して増強された感度を有するためである。
【００７２】
図１０にさらに示されているように、第１のレンズ２２２は、磁場を発生させるように適合された第１の磁気レンズ部分１０３０を含むことができる。第１の磁気レンズ部分１０３０は、磁場を発生させるコイルを含むことができる。第１の磁気レンズ部分１０３０は鉄被覆（ｉｒｏｎ  ｃｌａｄｄｉｎｇ）を有することができる。同様に、第２のレンズ２２４は、第２の磁気レンズ部分１０４０を含むことができる。第２の磁気レンズ部分１０４０は、第１の磁気レンズ部分１０３０と同様の成分を含むことができる。２次荷電粒子ビーム１４０のラーモア回転を補償するように、第１の磁気レンズ部分１０３０および／または第２の磁気レンズ部分１０４０を適合させることができる。ラーモア回転は、荷電粒子ビーム装置の対物レンズが発生させる磁場の強さ、例えば図２ｂに示された磁場２８２の強さが変化することによって、２次荷電粒子ビーム１４０に導入されることがある。２次荷電粒子ビーム１４０を回転させるように、第１の磁気レンズ部分１０３０および／または第２の磁気レンズ部分１０４０を適合させることができる。２次荷電粒子ビーム１４０のこの回転は、絞りプレート２３０によって画定された光軸２３８を軸とした回転とすることができ、時計回りまたは逆時計回りの回転とすることができる。２次荷電粒子ビーム１４０を第１の角度Ａ1だけ回転させるように、第１の磁気レンズ部分１０３０を適合させることができる。第１の角度Ａ1は、−４５から４５度の範囲内の角度とすることができる。したがって、第１の磁気レンズ部分によって、−４５から４５度のラーモア回転を補償することができる。２次荷電粒子ビーム１４０を第２の角度Ａ2だけ回転させるように、第２の磁気レンズ部分１０４０を適合させることができる。第２の角度Ａ2は、−４５から４５度の範囲内の角度とすることができる。したがって、第２の磁気レンズ部分によって、−４５から４５度のラーモア回転を補償することができる。第１のレンズが第１の磁気レンズ部分を含み、第２のレンズが第２の磁気レンズ部分を含む、例えば図１０に示されたレンズシステム２２０などのレンズシステムを、−｜Ａ1｜−｜Ａ2｜から｜Ａ1｜＋｜Ａ2｜の範囲内の合計角度だけ２次荷電粒子ビームを回転させるように適合させることができる。ここで、｜Ａ1｜および｜Ａ2｜はそれぞれＡ1およびＡ2の絶対値を表す。したがって、このレンズシステムによって、−｜Ａ1｜−｜Ａ2｜から｜Ａ1｜＋｜Ａ2｜の範囲内のラーモア回転を補償することができる。例えば、−９０から９０度の間のラーモア回転を補償することができる。
【００７３】
第１のレンズに含まれる第１の磁気レンズ部分および／または第２のレンズに含まれる第２の磁気レンズ部分を用いて２次荷電粒子ビームのラーモア回転を補償する利点は、ラーモア回転を補償するのに、絞りプレートおよび／または検出器配置を機械的に回転させる必要がないことである。
【００７４】
図１０に示された例示的な実施形態によれば、第１のレンズ２２２が、静電レンズ部分（図示せず）と第１の磁気レンズ部分１０３０とを含む複合レンズである。静電レンズ部分は含むが、第１の磁気レンズ部分は含まない第１のレンズと比較して、複合レンズは、２次荷電粒子ビームに影響を及ぼす追加の自由度を提供する。具体的には、第１の磁気レンズ部分１０３０によって提供されるこのような２つの追加の自由度は、第１の磁気レンズ部分１０３０に含まれるコイルを流れる電流の大きさおよび方向を含むことができる。同様のことは、第２のレンズが複合レンズである実施形態にも当てはまる。
【００７５】
第１の磁気レンズ部分１０３０が発生させる磁場が、絞りプレート２３０上への２次荷電粒子ビーム１４０の集束に影響を与えることがある。このような集束効果は、第１のレンズ２２２の静電レンズ部分の励起を適切な値にセットすることによって補償し、またはさらに大きくすることができる。例えば、静電レンズ部分の屈折力を小さくまたは大きくすることによって、この集束効果に影響を与えることができる。したがって、２次荷電粒子ビーム１４０を、所望のとおりに整形し、集束させ、かつ／またはデフォーカシングすることができる。したがって、第１の磁気レンズ部分１０３０と静電レンズ部分の組み合わされた作用によって、第１のレンズ２２２は、対物レンズのラーモア回転の補償と、２次荷電粒子ビーム１４０の整形、焦点合わせおよび／またはデフォーカシングの両方を可能にすることができる。同様のことは、第２のレンズが複合レンズである実施形態にも当てはまる。
【００７６】
図１０に示された実施形態によれば、第１のレンズ２２２と第２のレンズ２２４の両方が磁気レンズ部分を含むが、本明細書に記載された他の実施形態によれば、第１のレンズ２２２と第２のレンズ２２４のうちの一方のレンズだけが、ラーモア回転を補償する磁気レンズ部分を含むこともできる。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１のレンズと第２のレンズのうちの少なくとも一方のレンズが、対物レンズのラーモア回転を補償する磁気レンズ部分を備える。磁気レンズ部分の励起を制御、決定および／または調整して、２次荷電粒子ビームを絞りプレート上にマップするようにコントローラを構成することができ、この２次荷電粒子ビームを絞りプレート上にマップすることは、トポグラフィ検出モードにおいて、対物レンズの磁場の強さの変化とは無関係に、第１の２次荷電粒子サブビームが第１の開口を通過し、第２の２次荷電粒子サブビームが第２の開口を通過するように実行される。
【００７７】
図１０に示された例示的な２次荷電粒子画像化システム２００は、ビームベンダ１０１０、第１の偏向要素１０２２、第２の偏向要素１０２４、第１の磁気レンズ部分１０３０および第２の磁気レンズ部分１０４０を含む。あるいは、本明細書に記載された実施形態によれば、この２次荷電粒子画像化システムは、これらの構成要素のうちの任意の１つの構成要素またはこれらの構成要素の任意の組合せを含むことができる。
【００７８】
他の実施形態によれば、１次荷電粒子ビームの衝突によって試料から発散した２次荷電粒子ビームを画像化する２次荷電粒子画像化システムが提供される。この２次荷電粒子画像化システムは、本明細書に記載された検出器配置を含む。２次荷電粒子画像化システムはさらに適応２次荷電粒子光学系を含む。この適応２次荷電粒子光学系は、本明細書に記載された絞りプレートを含む。適応２次荷電粒子光学系はさらに、２次荷電粒子ビームを絞りプレート上にマップするレンズシステムを含む。このレンズシステムは第１のレンズを含み、この第１のレンズは、１次荷電粒子ビームを試料上に集束させる対物レンズのラーモア回転を補償する磁気レンズ部分を含む。適応２次荷電粒子光学系はさらに、第１のレンズの励起を制御するコントローラを含む。２次荷電粒子ビームの伝搬に関して、絞りプレートは、検出器配置の上流に配置されており、第１のレンズは、絞りプレートの上流に配置されている。コントローラは、第１のレンズの励起を制御して、２次荷電粒子ビームを絞りプレート上にマップするように構成されており、第１のレンズの励起を制御することは、磁気レンズ部分の励起を制御することを含み、２次荷電粒子ビームを絞りプレート上にマップすることは、トポグラフィ検出モードにおいて、対物レンズの磁界の強さの変化とは無関係に、第１の２次荷電粒子サブビームが第１の開口を通過し、第２の２次荷電粒子サブビームが第２の開口を通過するように実行される。
【００７９】
他の実施形態によれば、図１１〜１２に示されているように、荷電粒子ビーム装置２６０が提供される。荷電粒子ビーム装置２６０は、１次荷電粒子ビーム１３０を放出するビーム放出器１０５を含む。ビーム放出器１０５は例えば電子銃とすることができる。荷電粒子ビーム装置はさらに、１次荷電粒子ビーム１３０を試料１２５上に集束させる対物レンズ１０を含む。荷電粒子ビーム装置２６０はさらに、試料１２５から発散した２次荷電粒子ビーム１４０から１次荷電粒子ビーム１３０を分離するビーム分離器１１１０を含む。荷電粒子ビーム装置２６０はさらに、本明細書に記載された実施形態に基づく２次荷電粒子画像化システム２００を含む。２次荷電粒子画像化システム２００は、２次荷電粒子ビーム１４０の伝搬に関してビーム分離器１１１０の下流に配置することができる。
【００８０】
図１１に示されているように、ビーム放出器１０５から放出された１次荷電粒子ビーム１３０は、ビーム放出器１０５からビーム分離器１１１０へ移動することができる。さらに示されているように、ビーム分離器１１１０内で１次荷電粒子ビーム１３０を偏向させることができる。さらに示されているように、１次荷電粒子ビーム１３０は、ビーム分離器１１１０から、１次荷電粒子ビーム１３０を試料１２５上に集束させるように適合された対物レンズ１０へ移動することができる。図１１に示された例示的な実施形態によれば、１次荷電粒子ビーム１３０は、対物レンズ１０を介してビーム分離器１１１０から試料１２５へ移動するときに、対物レンズ１０によって画定された光軸２８４に沿って移動する。１次荷電粒子ビーム１３０が試料１２５に衝突すると、２次荷電粒子ビーム１４０が生成される。図１１に示されているように、２次荷電粒子ビーム１４０は、試料１２５からビーム分離器１１１０へ移動することができ、この際、２次荷電粒子ビーム１４０は、１次荷電粒子ビーム１３０とは反対方向に移動することができる。ビーム分離器１１１０は、１次荷電粒子ビーム１３０および２次荷電粒子ビーム１４０に対して作用する。ビーム分離器１１１０は、２次荷電粒子ビーム１４０から１次荷電粒子ビーム１３０を分離するように適合されている。示されているように、ビーム分離器１１１０内で２次荷電粒子ビーム１４０を偏向させることができる。この偏向は、ビーム分離器を出た２次荷電粒子ビームが、１次荷電粒子ビーム１３０から離れる方向へ導かれるような態様の偏向とすることができる。２次荷電粒子ビーム１４０は、ビーム分離器１１１０から２次荷電粒子画像化システム２００へ移動する。
【００８１】
ビーム分離器１１１０は、例えば１つまたは複数のコイルを含む、磁場を発生させるように適合された磁気ビーム分離部分を含むことができる。これに加えて、またはその代わりに、ビーム分離器１１１０は、例えば１つまたは複数の電極を含む、電場を発生させるように適合された静電ビーム分離部分を含むこともできる。この電場および／または磁場は、ビーム分離器１１１０を通過している１次荷電粒子ビーム１３０および２次荷電粒子ビーム１４０に作用することができる。この磁場および／または電場の影響下で、１次荷電粒子ビーム１３０および／または２次荷電粒子ビームを、ビーム分離器１１１０内で偏向させることができる。
例えば図２ｂを参照して上で説明したとおり、荷電粒子ビーム装置２６０はさらに、以下のうちの少なくとも１つを含むことができる：作動距離１２０を変化させるため対物レンズ１０に対して可動とすることができるステージ２７０；１次荷電粒子ビーム１３０の入射エネルギーを変化させるように適合された試料電圧源２８５；２次荷電粒子ビーム１４０に作用する引出し場２９２の強さを変化させるように適合された１つまたは複数の近接電極２９０；対物レンズ１０内に含まれる、磁場２８２を発生させるように適合された磁気対物レンズ部分２８０。上でさらに説明したとおり、コントローラ２４０の動作の下で、例えばトポグラフィ検出モードまたは明視野検出モードにおいて、前記少なくとも１つの第１の動作パラメータの変化および／または前記少なくとも１つの第２の動作パラメータの変化とは無関係に、２次荷電粒子ビーム１４０を絞りプレート２３０上にマップすることができる。
【００８２】
図１２は、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２６０を示す。図１１の場合と同様に、図１２に示された荷電粒子ビーム装置２６０は、本明細書に記載された実施形態に基づく２次荷電粒子画像化システム２００を含む。図１２に示された２次荷電粒子画像化システム２００は、上で論じたビームベンダ１０１０を含む。上でさらに論じたとおり、２次荷電粒子ビーム１４０は、ビーム分離器１１１０によって、１次荷電粒子ビーム１３０から離れる方向へ導かれる。図１２に示されているように、ビームベンダは、１次荷電粒子ビーム１３０からより遠ざかる方向へ２次荷電粒子ビーム１４０を導くことができる。
【００８３】
図１３ａ〜ｂは、本明細書に記載された実施形態に基づく２次荷電粒子画像化システムの絞りプレートの正面図を示す。図１３ａは、トポグラフィ検出モードにおいて絞りプレート２３０を通過している２次荷電粒子ビーム１４０を示す。トポグラフィ検出モードでは、２次荷電粒子ビーム１４０が、前記少なくとも１つの第１の動作パラメータの変化とは無関係に、絞りプレート２３０の第１の領域１３１０上にマップされる。この第１の領域は、トポグラフィ検出モードにおいて、前記少なくとも１つの第１の動作パラメータの変化とは無関係に絞りプレート２３０を通過している２次荷電粒子ビームの、図平面に関する断面に対応することがある。
【００８４】
図１３ａに示された例示的な第１の領域１３１０は円板の形状を有する。示されているように、第１の領域１３１０は境界１３１２を有し、図１３ａに示された例示的な第１の領域１３１０に関しては境界１３１２が円形の境界である。したがって、図１３ａに示された第１の領域１３１０は、トポグラフィ検出モードにおいて、前記少なくとも１つの第１の動作パラメータの変化とは無関係に絞りプレート２３０を通過している２次荷電粒子ビーム１４０の、図平面に関する円板形の断面に対応することがある。図１３ａにさらに示されているように、第１の領域１３１０は、第１の開口２３２、第２の開口２３４および／または追加の開口８３６、８３８と部分的に重なることがある。図平面に関する中心開口５２０の断面が、第１の領域１３１０の中に含まれることがある。図１３ａにさらに示されているように、光軸２３８は、第１の領域１３１０の中心を通って延びることができる。
【００８５】
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、基準方向に沿った第１の領域のサイズは、基準方向に沿った絞りプレートのサイズの１％から７０％、例えば５０％とすることができる。図１３ａに示されているように第１の領域１３１０および絞りプレート２３０がそれぞれ円板の形状を有する例示的なケースでは、基準方向に沿った第１の領域のサイズを第１の領域の直径とすることができ、基準方向に沿った絞りプレートのサイズを絞りプレートの直径とすることができる。
レンズシステム２２２および２２４によって領域１３１０のサイズを調整することにより、トポグラフィコントラストを最適化することができる。サイズを小さくすると、例えば絞りプレートのサイズの１０％〜２５％にすると、ウエハ上での出発角度が大きい電子だけが外側ダイオード上で検出され、信号強度は犠牲になる。領域１３１０のサイズを大きくすると、例えば絞りプレートのサイズの４０％〜７０％にすると、ウエハ上での出発角度の大きな部分が外側ダイオード上に集められ、信号強度は増大し、トポグラフィコントラストは潜在的に低下する。検出する特徴に応じて、一方または他方の設定が有益になることがある。
【００８６】
トポグラフィ検出モードにおいて、図１３ａに示されているように第１の領域１３１０上にマップされた２次荷電粒子ビーム１４０は、中心開口５２０、第１の開口２３２、第２の開口２３４および追加の開口８３６、８３８に入ることができる。したがって、上で述べたとおり、トポグラフィ検出モードの間、第１の２次荷電粒子サブビームは第１の開口２３２を通過することができ、第２の２次荷電粒子サブビームは第２の開口２３４を通過することができ、かつ／または第３の２次荷電粒子サブビームは中心開口５２０を通過することができる。２次荷電粒子ビーム１４０の追加のサブビームは、図１３ａに示された追加の開口８３６、８３８を通過することができる。
【００８７】
図１３ｂは、明視野検出モードにおいて絞りプレート２３０を通過している２次荷電粒子ビーム１４０を示す。明視野検出モードでは、２次荷電粒子ビーム１４０が、前記少なくとも１つの第２の動作パラメータの変化とは無関係に、絞りプレート２３０の第２の領域１３２０上にマップされる。この第２の領域は、明視野検出モードにおいて、前記少なくとも１つの第２の動作パラメータの変化とは無関係に絞りプレートを通過している２次荷電粒子ビームの、図平面に関する断面に対応することがある。
【００８８】
図１３ｂに示された例示的な第２の領域１３２０は実質的に円板の形状を有する。示されているように、第２の領域１３２０は境界１３２２を有し、図１３ｂに示された例示的な第２の領域１３２０に関しては境界１３２２が円形の境界である。図１３ｂに示された第２の領域１３２０は、明視野検出モードにおいて絞りプレート２３０を通過している２次荷電粒子ビーム１４０の、図平面に関する円板形の断面に対応することがある。
図１３ｂに示されているように、図平面に関する中心開口５２０の断面は第２の領域１３２０を含む。図１３ｂに示された第２の領域１３２０は、第１の開口２３２とも、第２の開口２３４とも、また追加の開口８３６、８３８のいずれとも重ならないか、または本質的に重ならない。したがって、明視野検出モードにおいて、２次荷電粒子ビーム１４０は、中心開口５２０には入るが、第１の開口２３２にも、第２の開口２３４にも、また追加の開口８３６、８３８のいずれにも入らない。明視野検出モードでは、２次荷電粒子ビーム１４０の全体が中心開口５２０を通過することができる。
他の実施形態によれば、図１４に示されているように、１次荷電粒子ビームの衝突によって試料から発散した２次荷電粒子ビームを画像化する方法が提供される。図１４の参照符号１４１０によって示されているように、この方法は、本明細書に記載された第１の動作パラメータを第１の値にセットするステップを含む。この方法はさらに、図１４の参照符号１４２０によって示されているように、第１の動作パラメータが第１の値にセットされている間に、第１のレンズおよび第２のレンズの励起を制御して、２次荷電粒子ビームを、絞りプレート上の第１の領域上にマップするステップを含む。この第１のレンズおよび第２のレンズは、本明細書に記載されたレンズシステムに含まれることがある。この第１の領域は、絞りプレートの第１の開口および絞りプレートの第２の開口と重なる。図１４の参照符号１４３０によって示されているように、この方法はさらに、第１の動作パラメータを、第１の値とは異なる第２の値にセットするステップを含む。この方法はさらに、図１４の参照符号１４４０によって示されているように、第１の動作パラメータが第２の値にセットされている間に、第１のレンズおよび第２のレンズの励起を制御して、２次荷電粒子ビームを、絞りプレート上の第１の領域上にマップするステップを含む。
【００８９】
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の領域は、本明細書に記載された絞りプレートの中心開口と重なることができる。本明細書に記載されたトポグラフィ検出モードでは、２次荷電粒子ビームを、絞りプレート上の第１の領域にマップすることができる。
【００９０】
例えば図１３ａに示されているように、第１の開口および／または第２の開口は、第１の領域と部分的に重なることができる。絞りプレートは、絞りプレート平面を画定することができる。例えば、図１３ａ〜１３ｂに示された実施形態に関して、絞りプレート平面は図平面を指すことがある。第１の領域を、絞りプレート平面に含めることができる。絞りプレートによって画定された光軸は、第１の領域の中心を通って延びることができる。絞りプレート平面は、第１の開口、第２の開口および／または中心開口を横切って広がることができる。図１３ａに示されているように、絞りプレート平面に関する第１の開口の断面の一部分を、第１の領域に含めることができる。図１３ａにさらに示されているように、絞りプレート平面に関する第１の開口の断面の別の部分を、第１の領域の外側に置くことができる。同様に、絞りプレート平面に関する第２の開口の断面の一部分を、第１の領域に含めることができる。絞りプレート平面に関する第２の開口の断面の別の部分を、第１の領域の外側に置くことができる。図１３ａに示されているように、絞りプレート平面に関する中心開口の断面を、第１の領域に含めることができる。
【００９１】
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、この方法はさらに、本明細書に記載された第２の動作パラメータを第３の値にセットするステップを含む。この方法はさらに、第２の動作パラメータが第３の値にセットされている間に、第１のレンズおよび第２のレンズの励起を制御して、２次荷電粒子ビームを、絞りプレート上の第２の領域上にマップするステップを含む。この第２の領域は中心開口と完全に重なり、第１の領域内に含まれる。すなわち、第２の領域は、中心開口内にあるか、または中心開口に等しい。したがって、第２の領域は、中心開口の範囲を超えて広がらない。すなわち中心開口と完全に重なる。
【００９２】
本明細書に記載された明視野検出モードでは、２次荷電粒子ビームを、絞りプレート上の第２の領域上にマップすることができる。絞りプレートによって画定された光軸は、第２の領域の中心を通って延びることができる。第２の領域は、第１の領域とは異なる領域とすることができる。
第２の領域を、絞りプレート平面に含めることができる。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の領域の面積を、絞りプレート平面に関する中心開口の断面積と実質的に同じにすることができる。こられの２つの面積が「実質的に同じ」であるという用語は、これらの２つの面積の比が０．０１から１．１の範囲にあることを指すことがある。第２の領域の面積は、中心開口の面積の１％から１１０％とすることができる。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１３ｂに示されているように、第２の領域を、絞りプレート平面に関する中心開口の断面に含めることができる。２次荷電粒子ビームは、どの部分も、絞りプレートの中心開口の外側を通過することができない。
第１の開口および／または第２の開口は、第２の領域から距離を置いて配置することができ、かつ／または第２の領域と重ならないようにすることができる。
【００９３】
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の動作パラメータを、第１の動作パラメータと同じパラメータとすることができる。第３の値は第１の値と同じ値とすることができ、または第１の値とは異なる値とすることができる。第３の値は第２の値と同じ値とすることができ、または第２の値とは異なる値とすることができる。
【００９４】
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の動作パラメータを、第１の動作パラメータとは異なるパラメータとすることができる。
【００９５】
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の動作パラメータが、対物レンズの磁場の強さである。第１の動作パラメータが第２の値にセットされている間に、第１のレンズおよび第２のレンズの励起を制御するステップは、第１の動作パラメータが第１の値にセットされている状況に関して、２次荷電粒子ビームのラーモア回転を補償するステップを含む。この点に関して、ラーモア回転は、第１のレンズの磁場によって、または第２のレンズの磁場によって、または第１のレンズの磁場と第２のレンズの磁場の両方によって補償することができる。
以上の説明は、本発明のいくつかの実施形態を対象としているが、以下の特許請求項によって決定される範囲から逸脱することなく、他の追加の実施形態を考案することができる。
【符号の説明】
【００９６】
１０  対物レンズ
１０４  長さ
１０５  ビーム放出器
１１５  検出器
１２０  作動距離
１２５  試料
１３０  １次荷電粒子ビーム
１３５  開口
１４０  ２次荷電粒子ビーム
１４２  第１のサブビーム
１４４  第２のサブビーム
１４５  ２次電子（ＳＥ）信号
２００  ２次荷電粒子画像化システム
２１０  適応２次荷電粒子光学系
２２０  レンズシステム
２２２  第１のレンズ
２２４  第２のレンズ
２３０  絞りプレート
２３２  第１の開口
２３４  第２の開口
２３８  光軸
２４０  コントローラ
２５０  検出器配置
２５１  ホルダ
２５２  第１の検出要素
２５４  第２の検出要素
２６０  荷電粒子ビーム装置
２７０  ステージ
２８０  磁気対物レンズ部分
２８２  磁場
２８４  光軸
２８５  試料電圧源
２９０  近接電極
２９２  引出し場
３００  電子ビームシステム
３１０  単一のレンズ
３１２  交差位置
３１６  開き角
３１８  内径
５１０  中心検出要素
５２０  中心開口
５４６  第３のサブビーム
８３６  追加の開口
８３８  追加の開口
８５６  追加の検出要素
８５８  追加の検出要素
９０３  外側部分
９０５  分割バー
１０１０  ビームベンダ
１０２２  第１の偏向要素
１０２４  第２の偏向要素
１０３０  第１の磁気レンズ部分
１０４０  第２の磁気レンズ部分
１１１０  ビーム分離器
１３１０  第１の領域
１３１２  境界
１３２０  第２の領域
１３２２  境界
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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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６】
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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９】
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【図１０】
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【図１１】
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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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【外国語明細書】
2017017031000001.pdf