(57)【要約】  本発明はサンプルを検査するための装置および方法に関する。装置は、サンプルを保持するためのサンプルホルダーと、１次荷電粒子ビームのアレイを発生するためのマルチビーム荷電粒子発生器と、１次荷電粒子ビームのアレイをサンプル上の分離した集束１次荷電粒子ビームのアレイになるように方向づけるための電磁レンズ系と、１次荷電粒子ビームがサンプルに衝突するとき、あるいは１次荷電粒子ビームがサンプルを通過する透過後に、集束１次荷電粒子ビームによって生成される各フォトンを検出するように構成されているマルチピクセル検出器と、分離した集束１次荷電粒子ビームのアレイの内の少なくとも２個の隣接した集束１次荷電粒子ビームによって生成される各フォトンを搬送し、マルチピクセルフォトン検出器の各ピクセルを識別および／もしくは分離するか、あるいはその各ピクセルの各グループを識別および／もしくは分離するための光学アセンブリとを含む。
2017515283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルを検査するための装置において、
当該装置は、
前記サンプルを保持するためのサンプルホルダーと、
１次荷電粒子ビームのアレイを発生するためのマルチビーム荷電粒子発生器と、
前記１次荷電粒子ビームのアレイを、前記サンプルホルダーにおいて分離した集束１次荷電粒子ビームのアレイになるように方向づけるための電磁レンズ系と、
前記１次荷電粒子ビームが前記サンプルに衝突するときか、もしくは前記１次荷電粒子ビームが前記サンプルを通過した透過後に、前記集束１次荷電粒子ビームによって生成されるフォトンを検出するように構成されているマルチピクセルフォトン検出器と、
前記分離した集束１次荷電粒子ビームのアレイの内の少なくとも２個の隣接した集束１次荷電粒子ビームによって生成されるフォトンを搬送し、前記マルチピクセルフォトン検出器のピクセルを識別および／もしくは分離するか、あるいはそのピクセルのグループを識別および／もしくは分離するための光学アセンブリとを含む
装置。
【請求項２】
前記装置は、カソードルミネッセンス物質の層を含み、
前記サンプルホルダーは、前記荷電粒子が前記サンプルを通過した透過後に、前記カソードルミネッセンス物質の層に衝突するように、前記電磁レンズ系と前記カソードルミネッセンス物質の層との間に前記サンプルを位置決めするように構成されている
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記カソードルミネッセンス物質の層は、光透過支持プレートによって、支持されている
請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記カソードルミネッセンス物質の層は荷電導電層で被覆され、好ましくは当該荷電導電層は、前記電磁レンズ系に面する前記カソードルミネッセンス物質の層の一側に配置されている
請求項２あるいは３に記載の装置。
【請求項５】
前記サンプルホルダーは、前記カソードルミネッセンス物質の層に直接接触するおよび／もしくはそれによって支持されている前記サンプルを位置決めするように構成されている
請求項２，３又は４に記載の装置。
【請求項６】
前記サンプルホルダーは、前記カソードルミネッセンス物質の層から一定の距離に前記サンプルを位置決めするよう構成されている
請求項２，３又は４に記載の装置。
【請求項７】
前記光学装置は、５と５００との間の光学的倍率を持つ前記マルチピクセルフォトン検出器上に、生成されたフォトンを結像するために構成されたレンズ系を含む
請求項１から請求項６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記電磁レンズ系は、前記集束１次荷電粒子ビームが前記サンプルホルダー上の前記サンプルに衝突するサンプル面上の分離したスポットのアレイを投射するように構成されており、更に前記サンプル面上の前記スポットのピッチは、０．３と３０マイクロメータとの間にある
請求項１から請求項７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記マルチピクセルフォトン検出器は、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ、アバランシフォトダイオードのアレイ、あるいはフォトマルチプライヤのアレイである
請求項１から請求項８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
前記ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ、アバランシフォトダイオードのアレイ、あるいはフォトマルチプライヤは、検出器ピクセルのアレイが前記１次荷電粒子ビームの個別のビームによって生成される前記個別の光スポットの画像のアレイに一致するように位置している検出器ピクセルのアレイを含んでいる
請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記サンプルホルダーに渡って前記集束された１次荷電粒子ビームを走査するための系と、１次荷電粒子ビーム毎に１個の画像を生成するための制御および信号処理系とを更に含む
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
第１の方向へ一定のスピ−ドで前記サンプルホルダーを移動するための第１のアクチュエータ系と、前記第１の方向に少なくとも略垂直な第２の方向へ前記サンプルホルダーに渡って前記集束１次荷電粒子ビームを走査するための第２のアクチュエータ系と、１次荷電粒子ビーム毎に１個の画像を生成するための制御および信号処理系とを更に含む
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記装置は、１次荷電粒子ビーム毎に個別の画像を前記サンプルの少なくとも一部の１個の組み合わされた画像に組み合わせるための信号処理部を更に含む
請求項１１もしくは１２に記載の装置。
【請求項１４】
装置を使ってサンプルを検査するための方法であって、
当該装置が、
前記サンプルを保持するサンプルホルダーと、
１次荷電粒子ビームのアレイを発生するマルチビーム荷電粒子発生器と、
前記１次荷電粒子ビームのアレイを前記サンプルホルダー内あるいはその上の前記サンプル上で分離した集束１次荷電粒子ビームのアレイとなるように方向づける電磁レンズ系と、
前記１次荷電粒子ビームが前記サンプル上に衝突する際、あるいは前記１次荷電粒子ビームが前記サンプルを通過した透過後に、前各集束１次荷電粒子ビームによって生成されるフォトンを検出するように構成されたマルチピクセルフォトン検出器と、
前記分離した集束１次荷電粒子ビームのアレイの内の少なくとも２個の隣接した１次荷電粒子ビームによって生成されるフォトンを搬送し、前記マルチピクセルフォトン検出器のピクセルを識別および／もしくは分離するか、あるいはそのピクセルのグループを識別および／もしくは分離するための光学アセンブリとを含む
方法。
【請求項１５】
前記装置は、カソードルミネッセンス物質の層を含み、前記サンプルホルダーは、前記電磁レンズ系と前記カソードルミネッセンス物質の層との間において前記サンプルを位置づけるように構成されており、前記サンプルを通過する前記荷電粒子が、前記カソードルミネッセンス物質の層に続いて衝突する
請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄いサンプルを検査するための装置および方法に関する。特に、本発明は、マルチビーム走査型電子顕微鏡などの複数の荷電粒子ビームを用いてサンプルを検査するための装置に関する。本発明は、任意のタイプの各荷電粒子、例えば各電子、各陽電子、各イオンおよびその他に適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
そのような装置は、物理学研究Ａ  ６４５  （２０１１）  ６０−６７にＡ．Ｍｏｈａｎｍｍａｄｉ−ＧｈｅｉｄａｒｉおよびＰ．Ｋｒｕｉｔ「マルチビーム走査型電子顕微鏡の電子光学」原子力機器および方法に例えば開示されている。この刊行物は、各１次荷電粒子ビームのアレイ、特に各１次電子ビームを発生するためのエレクトロンソースを含む電子顕微鏡を開示している。これらの１次荷電粒子ビームは、共通クロスオーバから前記サンプルに向けて前記各電子ビームを方向づけると共に当該各１次荷電粒子ビームを前記サンプル上の個別の各スポットのアレイになるように集束する対物レンズを通過する。前記サンプルの像を形成するために、各ビームからの特性信号を検出することが必要である。電子顕微鏡において、これは２次電子信号あるいは後方散乱電子信号、あるいは透過電子信号の何れかであることが可能である。前記２次電子信号および前記後方散乱電子信号を検出する種々の方法は、ＰＣＴ／ＮＬ２０１３／０５０４１６およびＰＣＴ／ＮＬ２０１３／０５０７４６に夫々開示されてきた。
【０００３】
これらの方法の欠点は、前記検出器自体、あるいはビーム分離デバイスのいずれかが前記各１次電子ビームの経路内に配置される必要があることである。これらの方法のその他の欠点は、前記各信号電子ビームを調節するために、前記各１次ビームのための各レンズの励起を、調整する必要がある点である。最後に、検査すべき前記サンプル内の各種コントラスト機構の中には、２次あるいは後方散乱検出よりも、透過検出により適しているものがある。
【０００４】
本発明の目的は、複数の荷電粒子ビームによって生成される信号を検出するための新しい検出装置を提供する、サンプルを検査するためのマルチ荷電粒子ビーム装置を提供することである。
【発明の概要】
【０００５】
第１の態様によれば、本発明はサンプルを検査するための装置に関するものであって、当該装置は：
前記サンプルを保持するためのサンプルホルダーと、
各１次荷電粒子ビームのアレイを発生するためのマルチビーム荷電粒子発生器と、
各１次荷電粒子ビームの前記アレイを前記サンプルホルダーにおける分離した各集束１次荷電粒子ビームのアレイとなるように方向づけるための電磁レンズ系と、
前記各１次荷電粒子ビームが前記サンプルに衝突する時か、あるいは前記サンプルを通過した前記各１次荷電粒子ビームの透過の後に、前記各集束１次荷電粒子ビームによって生成される各フォトンを検出するために配置されているマルチピクセルフォトン検出器と、
分離した各集束１次荷電粒子ビームの前記アレイの内少なくとも２個の隣接した集束１次荷電粒子ビームによって生成される各フォトンを搬送し、前記マルチピクセルフォトン検出器の各ピクセルを識別および／もしくは分離するか、あるいはその各ピクセルの各グループを識別および／もしくは分離するための光学アセンブリとを含んでいる。
【０００６】
２次電子信号および／もしくは後背散乱電子信号を検出する代わりにあるいはそれに加えて、前記各集束１次荷電粒子ビームが前記サンプルに衝突した際、あるいは、前記サンプルを通過した前記各１次荷電粒子ビームの透過の後に、前記各集束１次荷電粒子ビームによって生成される各フォトンを検出するように、本発明の装置は配置されている。また、本発明の装置は、２個もしくはそれ以上の集束１次荷電粒子ビームから前記生成された各フォトンを検出すべくマルチ／ピクセル検出器を具備している。本発明によれば、前記少なくとも２個の隣接した集束１次荷電粒子ビームの１個によって生成される光信号を、前記少なくとも２個の隣接した集束１次荷電粒子ビームの他の１個によって生成される光信号から識別することを可能にする解像度を提供できるように、前記光学アセンブリおよび／もしくは前記マルチピクセルフォトン検出器が配置されている。本発明の装置は、かくして同時的な２個もしくはそれ以上の集束１次荷電粒子ビームの前記生成された各フォトンを個別に検出するための新規な検出装置を提供する。
【０００７】
前記光学アセンブリは、前記電磁レンズ系に面する前記サンプルホルダーの一方の側もしくは前記電磁レンズ系から離隔して面する前記サンプルホルダーの対向した側のいずれかに配置することができることに着目すべきである。
【０００８】
ある物質、特にルミネッセンス物質への各荷電粒子のインパクトに起因して各フォトンの放出を引き起こす現象は、カソードルミネッセンスとして言及される。前記サンプルが１個もしくはそれ以上のカソードルミネッセンス成分を含んでいる場合に、前記各１次荷電粒子ビームが前記サンプル、特にそのカソードルミネッセンス成分に衝突する際、各フォトンは前記各集束された１次荷電粒子ビームによって生成されることに注目される。
【０００９】
ある実施の形態において、前記装置は、カソードルミネッセンス物質の層を含み、ここで前記サンプルホルダーは前記各荷電粒子が前記サンプルを通過した透過の後に、カソードルミネッセンス物質の前記層に衝突するように、前記電磁レンズ系とカソードルミネッセンス物質の前記層との間に前記サンプルを位置決めするように配置されている。この実施の形態では、前記サンプルを介して前記各１次荷電粒子ビームの透過の後に、当該各１次荷電粒子ビームがカソードルミネッセンス物質の前記層に衝突する際、前記各集束された１次荷電粒子ビームによって前記各フォトンが生成されるため、前記サンプルはカソードルミネッセンス成分を有する必要はない。
【００１０】
ある実施の形態において、カソードルミネッセンス物質の前記層は光透過支持プレートによって支持されている。一方、支持プレートの使用はカソードルミネッセンス物質の薄い層の使用を可能にする。他方、前記光透過支持プレートの使用は前記生成された各フォトンをして前記支持プレートを通過させると共に、カソードルミネッセンス物質の前記薄い層から離隔して面する前記支持プレートの一側において前記光学アセンブリと前記マルチピクセルフォトン検出器とを配置することを可能にする。
【００１１】
ある実施の形態において、カソードルミネッセンス物質の前記層は、荷電導電層で被覆され、好ましくは当該荷電導電層が前記電磁レンズ系に面するカソードルミネッセンス物質の前記層の一側において配置されている。前記荷電導電層は、前記各衝突する荷電粒子によって誘導される表面電荷を広げるか、および・もしくは取り除くことを可能にする。好ましくは、使用に際して、前記荷電導電層は、グランドポテンシャルに結果的に接続状態にされ前記表面電荷を運び出す。
【００１２】
ある実施の形態において、前記サンプルホルダーは、カソードルミネッセンス物質の前記層に直接接触して前記サンプルを位置決めすべく配置されるおよび／もしくはそれによって支持される。
【００１３】
代替的な実施の形態において、前記サンプルホルダーは、カソードルミネッセンス物質の前記層から一定の距離に前記サンプルを位置決めすべく配置される。前記サンプルをカソードルミネッセンス物質の前記層から一定の距離に位置決めすることによって、前記サンプルにおいて散乱していなかった前記各荷電粒子ビームによって生成された前記各光信号は、前記サンプルにおいて散乱していた前記各荷電粒子ビームによって、特に各荷電粒子ビームについて生成された前記各光信号から識別できる。
【００１４】
更に、前記カソードルミネッセンス物質から一定の距離に前記サンプルを配置することによって、明るい各フィールド画像あるいは暗い各フィールド画像を生成できる。この必要な距離は要求された電子エネルギーおよびコントラストに依存する。また、異なった各方向に散乱する各電子を識別することも可能である。
【００１５】
ある実施の形態において、前記光学装置は、５と５００との間の光学的倍率を持つ前記マルチピクセルフォトン検出器上に、前記生成された各フォトンを結像するために配置されているレンズ系を含んでいる。
【００１６】
ある実施の形態において、前記電磁レンズ系は、前記各集束１次荷電粒子ビームが前記サンプルホルダー上の前記サンプルに衝突する前記サンプル面上の分離した各スポットのアレイを投射すべく配置されており、ここでサンプル面上の前記各スポット間のピッチは、０．３と３０マイクロメータとの間にある。これらのビームは、前記サンプルあるいは前記カソードルミネッセンス物質内の前記各電子の散乱範囲が前記各電子ビーム間の距離よりも小さいように、好ましくは充分分離されている。５ｋＶの各電子にとって、この散乱範囲は典型的には３００−５００  ｎｍである。より高いエネルギーの各電子にとっては、これはそれ以上である。この状況においては、カソードルミネッセンス物質の薄い層を、前記薄い層における横方向の散乱範囲が、前記各集束１次荷電粒子ビーム間の距離よりも小さいように使用することも可能である。
【００１７】
ある実施の形態においては、前記マルチピクセルフォトン検出器は、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ、各アバランシフォトダイオードのアレイ、あるいは各フォトマルチプライヤのアレイである。
【００１８】
ある実施の形態において、前記ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ、各アバランシフォトダイオードのアレイ、あるいは各フォトマルチプライヤは、各検出器ピクセルのアレイが前記１次荷電粒子ビームの個別の各ビームによって生成される前記個別の各光スポットの各画像のアレイに一致するように、位置している各検出器ピクセルの前記アレイを含んでいる。特に、前記光学アセンブリは、各画像の前記アレイになる前記各１次荷電粒子ビームの前記各個別のビームによって生成される前記個別の各光スポットを投射するかあるいは結像する。
【００１９】
ある実施の形態においては、前記装置は、前記集束された各１次荷電粒子ビームを前記サンプルホルダーに渡って走査するための系を更に含んでいる。使用に際して、サンプルが前記サンプルホルダー上もしくはその内で配置される場合、前記走査系が、前記サンプルに渡って前記集束された各１次粒子ビームを走査するために配置されている。ある実施の形態においては、前記装置は、前記走査系および／もしくは前記検出器を制御するため、および／もしくは１次荷電粒子ビーム毎に一個の画像を生成するための、制御および信号処理系を更に含んでいる。
【００２０】
ある実施の形態において、前記装置は、第１の方向にある一定のスピ−ドで前記サンプルホルダーを動かすための第１のアクチュエータ系と、前記第１の方向に少なくとも略垂直な第２の方向に、前記サンプルホルダーに渡って前記集束された各１次荷電粒子のビームを走査するための第２のアクチュエータ系とを含んでいる。ある実施の形態において、前記装置は、前記第１および第２のアクチュエータ系と、および／もしくは前記検出器を制御するための、および／もしくは１次荷電粒子ビーム毎に一個の画像を生成するための、制御及び信号処理系を更に含んでいる。
【００２１】
ある実施の形態において、前記装置は、１次荷電粒子ビーム毎に前記個別の画像を前記サンプルの少なくとも一部の１個の組み合わされた画像にするために組み合わせるための信号処理部を更に含んでいる。
【００２２】
ある実施の形態において、前記各１次荷電粒子ビームは、各電子ビームを含んでいる。
【００２３】
第２の態様によれば、本発明は、装置を用いて、サンプルを検査するための方法に関し、当該装置は：
前記サンプルを保持するサンプルホルダーと、
各１次荷電粒子ビームのアレイを発生するマルチビーム荷電粒子発生器と、
各１次荷電粒子ビームの前記アレイを前記サンプルホルダー内あるいはその上の前記サンプル上で分離した各集束１次荷電粒子ビームのアレイとなるように方向づける電磁レンズ系と、
前記各１次荷電粒子ビームが前記サンプルに衝突する際、あるいは前記サンプルを通った各１次荷電粒子ビームの透過の後に、前記各集束１次荷電粒子ビームによって生成される各フォトンを検出すべく配置されたマルチピクセルフォトン検出器と、
分離した各集束１次荷電粒子ビームの前記アレイの内少なくとも２個の隣接した各１次荷電粒子ビームによって生成される前記各フォトンを搬送し前記マルチピクセルフォトン検出器の各ピクセルを識別および／もしくは分離する、あるいはその各ピクセルの各グループを識別および／もしくは分離するための光学アセンブリとを含む。
【００２４】
前記方法のある実施の形態において、前記装置は、カソードルミネッセンス物質の層を含み、ここで前記サンプルホルダーは、前記電磁レンズ系とカソードルミネッセンスの前記層との間に前記サンプルを位置づけるべく配置されており、前記サンプルを通過する前記各荷電粒子が、カソードルミネッセンス物質の前記層に続いて衝突する。
【００２５】
本明細書において記載され且つ示される種々の態様および特徴は、可能なところではどこでも、個別に適用可能である。これらの個別の態様、特に添付された各独立の請求項に記載された前記各態様および各特徴は、各分割出願の主題になることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
本発明は添付された図面に示される例示的な実施の形態に基づいて明らかになるだろう。
【図１】図１はマルチビーム走査型電子顕微鏡（ＭＢＳＥＭ）の一例を示す。
【図２】図２は本発明に係る検出装置の第１の実施の形態を示す。
【図３】図３はカソードルミネッセンス層の頂部のサンプルの配置を示す。
【図４】図４は本発明に係る検出装置の第２の実施の形態を示す。
【図５】図５はカソードルミネッセンス層からの一定距離における前記サンプルの配置を示す。
【図６】図６は検出装置の検出エリアのセグメンテーションの一例を示す。
【図７】図７Ａおよび７Ｂは、光透過支持プレートの頂部の薄いカソードルミネッセンス層の一例を示す。
【図８】図８は、荷電導電層を備えたカソードルミネッセンス層の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、本発明のマルチビーム走査型電子顕微鏡（ＭＢＳＥＭ）の一例を示す。このＭＢＳＥＭ  １は、各１次荷電粒子ビームのアレイ、この場合、各１次電子ビーム３のアレイを発生するためのマルチビーム荷電粒子発生器２を含んでいる。当該マルチビーム荷電粒子発生器２は、発散する電子ビーム５を発生するための少なくとも１個のエレクトロンソース４を含んでいる。当該発散する電子ビーム５は、アパチャレンズアレイ６によって各集束１次電子ビーム３のアレイにスプリットされる。これらの１次電子ビーム３は、矢印Ｐによって概略的に示されるように、サンプルホルダー１５０内で続いてサンプル１５に向けて方向づけられる。
【００２８】
前記ソース４の前記各複数の画像は、アクセレレ―タレンズ７のオブジェクトプリンシプル平面上に位置づけされる。前記アクセレレ―タレンズ７は、前記各１次電子ビーム３を光学軸８に向けて方向付けするとともに、前記各１次電子ビーム３のすべての第１の共通クロスオーバ９を生成する。
【００２９】
当該第１の共通クロスオーバ９は、電流制限アパチャとして作用する可変アパチャ１６上に磁気集光レンズ１０によって結像される。前記可変アパチャ１６において、前記各１次電子ビーム３のすべての第２の共通のクロスオバーが生成される。
【００３０】
前記ＭＢＳＥＭは、前記可変アパチャ１６における前記共通クロスオーバからの前記各１次荷電粒子ビームを前記サンプル面１５に向けて方向付けると共に、各１次荷電粒子ビーム３のすべてを前記サンプル面１５上の各個別スポットのアレイになるように集束するためのレンズ系１３，  １４を含んでいる。当該レンズ系は、前記サンプル面１５上の各集束１次電子ビームのアレイを生成する前記対物レンズ１４のコマフリー面上に前記可変アパチャチャー１６を結像するための中間磁気レンズ１３を含んでいる。
【００３１】
更に、前記ＭＢＳＥＭは、前記サンプル面１５に渡って各集束１次電子ビームの前記アレイを走査するための各走査コイル１８を具備している。
【００３２】
かくして、前記ＭＢＳＥＭは、各１次荷電粒子ビーム３のアレイを発生するためのマルチビーム荷電粒子発生器２と、各１次荷電粒子ビーム３の前記アレイを前記サンプルホルダー１５０内の前記サンプル１５における分離した各１次荷電粒子ビームのアレイになるように方向づけるための電磁レンズ系１３，  １４とを含んでいる。
【００３３】
本発明によれば、そして図２の第１の例において概略的に示されるように、前記装置は、各１次荷電粒子ビーム３，  ３’，  ３”が前記サンプル１５に衝突する際、前記各集束１次荷電粒子ビーム３，  ３’，  ３”によって生成される各フォトン３０，３１，  ３２を検出するために配置されたマルチピクセルフォトン検出器２０を更に含んでいる。また、前記装置は、分離した各１次荷電粒子ビーム３，    ３’，  ３”の前記アレイ内の少なくとも２個の隣接した集束１次荷電粒子ビーム３，  ３’によって生成される各フォトン３０，  ３１を搬送して、前記マルチピクセルフォトン検出器の各ピクセルを識別および／もしくは分離するか、あるいはその各ピクセルの各グループを識別および／もしくは分離する。
【００３４】
前記サンプル１５は、１個もしくはそれ以上のカソードルミネッセント成分を含む場合、前記各１次荷電粒子ビーム３，    ３’，  ３”が前記サンプル１５に、特にその前記カソードルミネッセント成分に衝突する際、前記各集束１次荷電粒子ビーム３，  ３’，  ３”によって、各フォトン３０，  ３１，  ３２は生成される。
【００３５】
しかしながら、前記サンプル１５が前記マルチピクセルフォトン検出器２０によって容易に検出されるべき充分な各フォトン３０，  ３１，  ３２を発生しない場合には、カソードルミネッセンス物質１９の層は、前記各１次荷電粒子ビーム３，  ３’，  ３”からの前記各荷電粒子が前記サンプル１５を介しての透過の後、カソードルミネッセンス物質１９の前記層に衝突するように、前記電磁レンズ系１３，  １４から離隔して面する前記サンプル１５の一側において配置されている。図３において示されるような例においては、前記サンプルホルダ１５０は、カソードルミネッセンス物質１９の前記層に直接接触すると共に、それによって支持される前記サンプル１５を位置決めすべく配置されている。前記各１次荷電粒子ビーム３，  ３’，  ３”からの前記各荷電粒子がカソードルミネッセンス物質１９の前記層にぶつかる際に、各フォトンはインタラクション・ボリュ−ム１９０から生成される。このインタラクション・ボリュ−ム１９０のサイズおよび前記発生した光の強度は、特にカソードルミネッセンス物質１９の前記層に衝突する前記各荷電粒子のエネルギに依存する。
【００３６】
図４において概略的に示されるように、本発明の装置の第２の例において、前記サンプルホルダー１５０はカソードルミネッセンス物質１９の前記層から一定の距離ｄに前記サンプル１５を位置づけるべく配置されている。再び、前記装置は、それらがサンプル１５を介しての前記各１次集束荷電粒子ビームの透過の後に、カソードルミネッセンス物質１９の前記層に衝突する場合、各荷電粒子ビーム２３，  ２３’，  ２３”によって生成される各フォトン３０，  ３１，  ３２を検出するために配置されたマルチピクセルフォトン検出器２０を含んでいる。前記装置は、各透過された荷電粒子ビーム２３，  ２３’，  ２３”の前記アレイの内少なくとも２個の隣接した荷電粒子ビーム２３，  ２３’によって生成される各フォトン３０，  ３１を搬送して、前記マルチピクセルフォトン検出器２０の各ピクセルを識別および／もしくは分離するか、あるいはその各ピクセルの各グループを識別および／もしくは分離するための光学アセンブリ４０をまた含んでいる。
【００３７】
前記サンプル１５およびカソードルミネッセンス物質１９の前記層の配置は、図５においてより詳しく示されている。この図は前記各１次集束荷電粒子ビーム３，  ３’，  ３”の前記各荷電粒子が前記サンプル１５を通って真っ直ぐに移動することができることを更にまた示している。これらの荷電粒子は０次の各透過粒子としてもまた示される。当該０次の透過荷電粒子がカソードルミネッセンス物質１９の前記層にぶつかる際、各フォトンはインターラクション・ボリューム１９０から生成される。これらの０次の透過荷電粒子によって生成される前記各フォトンを用いて前記サンプルの像を作る際、明るいフィールド像が得られる。
【００３８】
更に、前記１次集束荷電ビーム３，  ３’，  ３”の前記各荷電粒子は、前記サンプル１５によって散乱することも可能である。これらの散乱荷電粒子は、前記真っ直ぐに移動する各０次の透過荷電粒子に対して一定の角度で前記サンプル１５を出て行く。前記サンプル１５とカソードルミネッセンス物質１９の前記層との間の距離ｄのために、前記各散乱荷電粒子は図５において示されるように、０次の透過荷電粒子の位置に隣接したカソードルミネッセンス物質１９の前記層上の一定の位置で終わる。これらの各散乱した荷電粒子は、カソードルミネッセンス物質１９の前記層にぶつかると、各フォトンはインターラクション・ボリューム１９１から生成される。これらの各散乱した荷電粒子によって生成される前記各フォトンを用いて前記サンプル像を作る場合、暗いフィールド像が得られる。
【００３９】
０次の透過荷電粒子と前記各散乱した荷電粒子とを識別するために、検出器２０の前記検出エリアのセグメンテーションを、例えば図６において示されるように使用することができる。
【００４０】
第１の実施の形態において、前記検出器２０の前記感光性エリアは、図６において示されるように配置されている。かくして、各１次集束荷電粒子ビームについて、各ピクセルとしてまた示されている感光性エリアのグループ６０，  ６０’が存在し、
【００４１】
前記０次の各透過荷電粒子によって発生する光を検出するための中心の感光性エリア６１，  ６１’と、
【００４２】
前記各散乱した荷電粒子によって発生する光を検出するための中心の感光性エリア６１，  ６１’の周囲に配置された感光性エリア６２，  ６３，  ６４，  ６５，  ６２’，  ６３’，  ６４’，  ６５’のリングとを含む。
【００４３】
第２の実施の形態において、前記検出器２０は、検出すべき発生光の任意のパターンを検出することを可能にするマトリクス状に配置された多数のピクセルを含んでいる。それらのパターンから、前記個別の各１次集束荷電粒子３，  ３’，  ３”から発生する前記光は、この光が各光スポットのグループ内に配置されているために、識別可能である。各光スポットのそのようなグループの各々は、０次の各透過された荷電粒子の前記インターラクション・ボリューム１９０から始まった中心部を含んでおり、例えば図５を参照されたい。この中心部は、前記各散乱した荷電粒子のインターラクション・ボリューム１９１から始まった各光スポットによって取り囲まれてもよい。前記色々なグループ内のこれらの種々の光スポットからの前記各信号は、前記検出器２０の前記各ピクセルからの前記各光信号を読みだすと共に、分析するために適切な各サブルーチンを用いて分離できる。
【００４４】
代替的に、特定の各ピクセルあるいは各ピクセルの各グループは、図６において示されるような前記パターンによれば、例えば割り当てられあるいは指定されてもよい。前記中心のピクセルあるいは各ピクセル６１，  ６１’のグループは、０次の透過荷電粒子によって発生した光を検出するために割り当てられ、そして取り囲む各ピクセルあるいは各ピクセルの各グループ６２，  ６３，  ６４，  ６５，  ６２’，  ６３’，  ６４’，  ６５’は、前記各散乱荷電粒子によって発生した光を検出するために割り当てられる。
【００４５】
例示的な実施の形態において、カソードルミネッセンス物質１９の層は、ガーネットグループの合成結晶物質であるイットリウム  アルミニウム  ガーネット（ＹＡＧ，  Ｙ３Ａ１５０１２）を含んでいる。ＹＡＧ結晶層はカソードルミネッセンス物質の非常に均一な且つ良く画定された層を提供するものの、ＹＡＧ層の欠点は、それが発生した光の部分を吸収することである。発生した光の吸収の量を限定するように、カソードルミネッセンス物質１９’の層は好ましくは薄い層であり、好ましくは例えば図７Ａに示されるように光透過支持プレート２００の頂部に配置されおよび／もしくはそれによって支持される前記インターラクション・ボリュームの最大深さより小さいかそれに等しい。
【００４６】
他の例示的な実施の形態において、カソードルミネッセンス物質１９”の層は図７Ｂに於いて示されるように散乱範囲としても言及される、前記インターラクション・ボリュームの最大深さより薄い。カソードルミネッセンス物質１９”のそのような薄い層を使用すると、より高いエネルギーの各荷電粒子ビームからの各信号は、少なくとも略干渉しない。
【００４７】
加えてもしくは代替的に、カソードルミネッセンス物質１９の前記層は、図８に例えば示されるように荷電導電層３００で被覆されている。この荷電導電層３００は、前記電磁レンズ系１３，  １４に面しているカソードルミネッセンス物質１９の前記層の一側において好ましく配置され、そしてグラウンド・ポテンシャルに好ましく接続されている。前記荷電導電層３００は、例えば、ＩＴＯおよび／もしくはグラファイトの層を含んでいる。代替的にもしくは更に、当該荷電導電層３００は例えば１０乃至２０  ｎｍの厚さを有する薄い金属層を含んでいる。このような薄い金属層は、望ましい各荷電導電特性を提供すると共に、前記カソードルミネッセンス物質１９内において生成される前記各フォトンに対するミラー効果をも提供するもので、このミラー効果は、前記光学装置４０および前記検出器２０に向けて方向づけられている前記生成された各フォトンの部分を増加させる。
【００４８】
なお、前記光学装置４０は、前記生成された各フォトン３０，  ３１を前記マルチピクセルフォトン検出器２０上で結像するために配置されているレンズ系４１，  ４２を含むことに注目すべきである。好ましくは，前記光学装置４０は，５と５００の間の光学的倍率を具備している。
【００４９】
前記サンプル１５の表面からの像を得るために、前記装置は、前記サンプルに渡って前記各集束した１次荷電粒子ビームを走査するための系１８と、前記走査系１８および前記検出器２０を制御すると共に、前記検出器２０からのデータを分析すると共に１次荷電粒子ビーム毎に１個の画像を生成するための制御および信号処理系２１とを更に含んでいる。
【００５０】
代替的に、もしくは加えて、前記装置は第１の方向へ一定のスピードで前記サンプルホルダー１５０を移動させるための第１のアクチェータ系１８０を更に含んでいる。第２のアクチェータ系としての前記走査系１８と共に、前記第１の方向へ少なくとも略垂直な第２の方向へ前記サンプルに渡って、前記各集束された１次荷電粒子ビームを走査するために、前記各集束１次荷電粒子ビームは、前記サンプル１５の表面のエリアに渡って走査することができる。再び、前記制御および信号処理系２１は、例えば１次荷電粒子ビーム毎に１個の画像を生成すべく配置される。
【００５１】
前記制御および信号処理系２１は、好ましく配置され、および／もしくは１次荷電粒子ビーム毎の前記個別各画像を前記サンプル１５の少なくとも一部の１個の組み合わされた画像になるよう組み合わせるための適切な各サブルーチンを具備している。
【００５２】
上記の記載は前記各好ましい実施の形態の動作を説明すべく含まれ、そして本発明の範囲を限定することを意味しないことを理解すべきである。上記の議論から、本発明の精神と範囲によって更に包含されるべきであろう多くの変形例は、当業者にとって明らかとなる。
【図１】
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【図２】
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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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【国際調査報告】
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