(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを実質的にサンプルに向けて方向付けるためのソース装置と、前記サンプルから放出された粒子を検出するための検出器と、前記サンプルに近接し、前記電子ビームと前記放出粒子の一部とが通過可能な孔を有する電極と、前記検出された粒子をもとに前記サンプルの画像を生成するための画像生成器と、を備える測定装置を用いて、前記サンプルの一部の画像を生成するとともに、前記サンプル上に蓄積される電荷を制御する方法であって、
前記電子ビームが前記孔のほぼ中心にある場合に前記電極に第１の電圧を印加する工程であって、前記第１の電圧は、前記サンプル上に蓄積される正電荷を制御するために選択される、工程と、
前記電子ビームが前記孔の前記中心から所定距離だけ偏向した場合に前記電極に第２の電圧を印加する工程であって、前記第２の電圧は、相当量の放出粒子を前記検出器に到達させて画像の生成を容易にするために選択される、工程と、
を備える方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、
前記第１の電圧と前記第２の電圧とは、前記第１の電圧と前記第２の電圧とのいずれが印加される場合にも、ほぼ同量の放出粒子が前記検出器に到達するように選択される、方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の方法であって、
前記第２の電圧は、さらに、前記サンプル上に蓄積される正電荷を制御するために選択される、方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の方法であって、
前記第２の電圧は、前記第１の電圧よりも大きな値を有する、方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の方法であって、さらに、
前記ビームが前記孔の前記中心と前記中心から外れた位置との間を移動する際に、前記第１および第２の電圧の範囲で連続的な電圧を印加する工程を備える、方法。
【請求項６】
電子ビームを実質的にサンプルに向けて方向付けるためのソース装置と、前記サンプルから放出された粒子を検出するための検出器と、前記サンプルに近接し、前記電子ビームと前記放出粒子の一部とが通過可能な孔を形成する少なくとも２つの部分に分割された電極と、前記検出された粒子をもとに前記サンプルの画像を生成するための画像生成器と、を備える測定装置を用いて、前記サンプルの一部の画像を生成するとともに、前記サンプル上に蓄積される電荷を制御する方法であって、
前記電子ビームが前記孔のほぼ中心にある場合に前記電極の複数の部分に第１の電圧を印加する工程であって、前記第１の電圧は、前記サンプル上に蓄積される正電荷を制御するために選択される、工程と、
前記電子ビームが前記孔の前記中心から所定距離だけ偏向した場合に第１の電極部分に第２の電圧を印加するとともに、第２の電極部分に第３の電圧を印加する工程であって、前記第２の電圧は前記第１の電圧と異なり、前記第２の電圧は、相当量の放出粒子を前記検出器に到達させて画像の生成を容易にするために選択される、工程と、
を備える方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法であって、
前記第２および第３の電圧は、さらに、前記サンプル上に蓄積される電荷を制御するために選択される、方法。
【請求項８】
請求項６または７記載の方法であって、
前記第１の電圧と前記第２の電圧と前記第３の電圧とは、前記第１の電圧、または、前記第２の電圧および前記第３の電圧のいずれが印加される場合にも、ほぼ同量の放出粒子が前記検出器に到達するように選択される、方法。
【請求項９】
請求項６ないし８のいずれかに記載の方法であって、
前記第２および第３の電圧は、さらに、前記サンプル上に蓄積される正電荷を制御するために選択される、方法。
【請求項１０】
請求項６ないし９のいずれかに記載の方法であって、
前記第２の電圧は、前記第１の電圧よりも大きな値を有する、方法。
【請求項１１】
請求項６ないし１０のいずれかに記載の方法であって、
前記電極は、第１の部分と第２の部分とに二等分されており、
前記電子ビームがほぼ前記中心にある場合には、前記第１および第２の部分に前記第１の電圧が印加され、
前記電子ビームが前記孔のほぼ前記中心にない場合には、前記第１の部分に前記第３の電圧が印加され、前記第２の部分に前記第２の電圧が印加され、
前記第３の電圧は、前記第１の電圧とほぼ同じ電圧である、方法。
【請求項１２】
請求項６ないし１１のいずれかに記載の方法であって、さらに、
前記ビームが前記孔の前記中心と前記中心から前記所定距離の位置との間を移動する際に、前記第１の電圧と前記第２の電圧との範囲で連続的な電圧を印加する工程を備える、方法。
【請求項１３】
サンプルの画像を生成するための電子ビーム装置であって、
実質的に前記サンプルに向けて方向付けられた電子ビームを生成および制御するために設けられた電子ビーム生成器と、
前記サンプルから放出された荷電粒子を検出し、前記検出された荷電粒子をもとに画像を生成することを可能にするために設けられた検出器と、
前記サンプルに近接して設けられた１つまたはそれ以上の電極であって、所定の電圧が印加される結果、前記電子ビームが前記サンプルに向けて方向付けられるとともに、前記サンプル上に蓄積される電荷が制御される、前記１つまたはそれ以上の電極と、
を備え、
前記１つまたはそれ以上の電極のそれぞれは、前記電子ビームと前記放出された粒子の一部とが通過可能な孔を有し、
前記１つまたはそれ以上の電極は、前記電子ビームが通る孔をそれぞれ有する第１および第２の電極を含み、
前記第１の電極は、前記第２の電極と前記サンプルとの間に設けられており、前記第２の電極は接地電極であり、
前記第１の電極は、２つの部分に二等分されており、この結果、蓄積される電荷を制御するととともに放出粒子が前記検出器に到達するように、互いに異なる電圧または同じ電圧をそれぞれに印加可能である、装置。
【請求項１４】
サンプルの画像を生成するための電子ビーム装置であって、
実質的に前記サンプルに向けて方向付けられた電子ビームを生成および制御するために設けられた電子ビーム生成器と、
前記サンプルから放出された荷電粒子を検出し、前記検出された荷電粒子をもとに画像を生成することを可能にするために設けられた検出器と、
前記サンプルに近接して設けられた１つまたはそれ以上の電極であって、所定の電圧が印加される結果、前記電子ビームが前記サンプルに向けて方向付けられるとともに、前記サンプル上に蓄積される電荷が制御される、前記１つまたはそれ以上の電極と、
を備え、
前記１つまたはそれ以上の電極のそれぞれは、前記電子ビームと前記放出された粒子の一部とが通過可能な孔を有し、
前記装置は、さらに、前記１つまたはそれ以上の電極に印加される複数の電圧を、前記電子ビームの位置の関数として制御するためのプロセッサを備える、装置。
【請求項１５】
サンプルの画像を生成するための電子ビーム装置であって、
実質的に前記サンプルに向けて方向付けられた電子ビームを生成および制御するために設けられた電子ビーム生成器と、
前記サンプルから放出された荷電粒子を検出し、前記検出された荷電粒子をもとに画像を生成することを可能にするために設けられた検出器と、
前記サンプルに近接して設けられた１つまたはそれ以上の電極であって、所定の電圧が印加される結果、前記電子ビームが前記サンプルに向けて方向付けられるとともに、前記サンプル上に蓄積される電荷が制御される、前記１つまたはそれ以上の電極と、
を備え、
前記１つまたはそれ以上の電極のそれぞれは、前記電子ビームと前記放出された粒子の一部とが通過可能な孔を有し、
前記前記１つまたはそれ以上の電極は、前記電子ビームが通る孔をそれぞれ有する第１および第２の電極を含み、
前記第１の電極は、前記第２の電極と前記サンプルとの間に設けられており、前記第２の電極は接地電極であり、前記第１の電極はウェーネルト電極である、装置。
【請求項１６】
請求項１３記載の装置であって、
前記複数の電極は、前記サンプルと前記第１の電極との間に設けられた第３の電極を含み、
第３の電極は、接地電極である、装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
本発明は、一般に、走査型電子顕微鏡における特徴の測定に関し、特に、画質を向上させるための装置および方法に関する。また、本発明は、類似の計器における特徴の測定および画質の向上にも適用可能である。
【０００２】
図１は、従来の走査型電子顕微鏡１００の構成を示す図である。図示するように、電子ビーム１０２は、サンプル１０４（例えば半導体ウエハ）上で走査される。通常、サンプル１０４の小領域１１４に対して、複数のラスタ走査１１２が行われる。電子ビーム１０２は、サンプルと相互に作用して二次電子１０６を放出させるか、後方散乱電子１０６としてサンプルから反射される。二次電子および／または後方散乱電子１０６は、コンピュータシステム１１０に接続された検出器１０８によって検出される。コンピュータシステム１１０は画像を生成し、画像はコンピュータシステム１１０に格納および／または表示される。
【０００３】
従来の顕微鏡システムおよび技術においても特定の条件下では適切なレベルの画質を得ることができるが、用途によっては、充分な画質を得られない場合がある。例えば、実質的な絶縁材料（例えば二酸化ケイ素）から成るサンプルでは、小領域上を１回またはそれ以上走査すると、その小領域上には、サンプル上の他の領域と比べて、過度の正電荷が累積される場合がある。この過度の電荷は、二次電子に対するポテンシャル障壁を形成し、ポテンシャル障壁は、二次電子の一部が検出器１０８に到達するのを妨げる。過度の電荷は検出器に到達する二次電子の量をかなり減少させるため、小領域の画像は暗くなり、小領域内の特徴が不明瞭になる。
【０００４】
したがって、画質を向上させるための顕微鏡装置および技術が必要とされている。さらに具体的には、サンプル表面における電荷分布を制御するためのメカニズムが必要とされている。
【０００５】
【発明の概要】
したがって、本発明は、サンプル上の電荷の分布を制御して、この結果、画質を向上させるための装置および方法を提供することによって、上述した問題に対処する。電荷は、走査される表面の上方に１つまたはそれ以上の電極を設けることによって制御される。各電極は、入射粒子（例えば電子）のビームが通ってサンプルの表面に衝突する開口を有している。電極に電圧（例えば負の電圧）を印加すると、表面から放出される粒子（例えば二次電子）の少なくとも一部が、電極から反射されてサンプルの表面に向かう。そして、サンプルの表面に蓄積された正電荷を打ち消す。また、電圧をビーム位置の関数として調整することによって、サンプルの走査時に電荷の制御および画像の生成が行われる。
【０００６】
一実施形態では、画像が生成されるとともにサンプル上に蓄積される電荷を制御する方法を開示する。画像は、電子ビームを実質的にサンプルに向けて方向付けるためのソース装置を有する測定装置によって、サンプルの一部をもとに生成される。また、測定装置は、サンプルから放出された粒子を検出するための検出器と、サンプルに近接し、電子ビームと放出粒子の一部とが通過可能な孔を有する電極と、検出された粒子をもとにサンプルの画像を生成するための画像生成器と、を備える。電子ビームが孔のほぼ中心を通る場合には、第１の電圧を電極に印加する。第１の電圧は、サンプル上に蓄積される正電荷を制御するために選択される。電子ビームが孔のほぼ中心から所定距離だけ偏向した場合には、第２の電圧を電極に印加する。第２の電圧は、相当量の放出粒子を検出器に到達させて画像の生成を容易にするために選択される。別の実施形態では、ビームが孔の中心と中心から所定距離の位置との間で移動する際に、第１の電圧と第２の電圧との範囲で連続的な電圧を印加する。
【０００７】
別の実施形態では、第１の電圧と第２の電圧とは、第１の電圧と第２の電圧とのいずれが印加される場合にも、ほぼ同量の放出粒子が検出器に到達するように選択される。第２の電圧は、さらに、サンプル上に蓄積される正電荷を制御するために選択されることが好ましい。
【０００８】
本発明の別の一方法態様では、測定装置は、サンプルに近接して設けられた電極を有する。電極は、電子ビームと放出粒子の一部とが通過可能な孔を形成する少なくとも２つの部分に分割されている。電子ビームが孔のほぼ中心を通る場合には、電極の複数の部分に第１の電圧を印加する。第１の電圧は、サンプル上に蓄積される電荷を制御するために選択される。電子ビームが孔の中心から所定距離だけ偏向した場合には、第１の電極部分に第２の電圧を印加するとともに、第２の電極部分に第３の電圧を印加する。第２の電圧は、第１の電圧と異なる電圧であり、第２の電圧および第３の電圧は、相当量の放出粒子を検出器に到達させて画像の生成を容易にするために選択される。
【０００９】
別の実施形態において、電極は、第１の部分と第２の部分とに二等分されている。電子ビームが孔のほぼ中心を通る場合には、第１の電圧は、第１の部分および第２の部分に印加され、電子ビームが孔のほぼ中心を通らない場合は、第３の電圧が第１の部分に印加され、第２の電圧が第２の部分に印加される。第３の電圧は、第１の電圧とほぼ同じ値を有する。別の実施形態では、ビームが孔の中心と孔の中心から所定距離の位置との間を移動する際に、第１の電圧と第２の電圧との範囲で連続的な電圧を印加する。
【００１０】
本発明の別の実施形態は、サンプルの画像を生成するための電子ビーム装置に関する。この装置は、実質的にサンプルに向けて方向付けられた電子ビームを生成および制御するために設けられた電子ビーム生成器と、サンプルから放出された荷電粒子を検出し、検出された荷電粒子をもとに画像を生成することを可能にするために設けられた検出器と、サンプルに近接して設けられた１つまたはそれ以上の電極であって、所定の電圧が印加される結果、電子ビームがサンプルに向けて方向付けられるとともにサンプル上に蓄積される電荷が制御される１つまたはそれ以上の電極と、を備える。
【００１１】
別の実施形態において、この装置は、さらに、１つまたはそれ以上の電極に印加される複数の電圧を、電子ビーム位置の関数として制御するためのプロセッサを含む。さらに別の実施形態において、複数の電極は、電子ビームが通る孔をそれぞれ有する第１の電極および第２の電極を含む。ここで、第１の電極は、第２の電極とサンプルとの間に設けられる。第２の電極は接地電極であり、第１の電極はウェーネルト電極である。
【００１２】
さらに別の実施形態において、電極は、電子ビームが通る孔をそれぞれ有する第１の電極および第２の電極を含む。第１の電極は、第２の電極とサンプルとの間に設けられ、第２の電極は接地電極である。第１の電極は、２つの部分に二等分されており、この結果、蓄積される電荷を制御するとともに放出粒子が検出器に到達するように、異なる電圧または同じ電圧をそれぞれに印加することができることが好ましい。
【００１３】
本発明は、いくつかの関連する効果を有する。例えば、上述した配置において、電極の電圧を調整し、サンプル上に蓄積される正電荷を最小限に抑えることができる。また、電圧の調整を入射ビームのラスタ走査と同期化させることによって、充分な量の二次電子をサンプルから検出器へ脱出させることができる。したがって、入射ビームが電極の孔の中心を通らない、あるいは、入射ビームがサンプルに直交しない場合であっても、サンプルの明瞭な画像を生成することが可能になる。
【００１４】
本発明の原理を例示した添付図面と以下の発明の説明から、本発明の上述したおよびその他の特徴および効果がさらに詳しく示される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の具体的な実施形態について詳しく言及する。これらの具体的な実施形態の例が、添付の図面に示されている。以下では、本発明をこれらの具体的な実施形態と関連付けて説明するが、これは、本発明をこれらの実施形態に限定することを意図するものではない。逆に、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の趣旨および範囲内に含まれる代替物、変更態様、および均等物をもカバーするものである。以下の説明では、本発明の完全な理解を促すために、多くの項目を特定している。しかしながら、本発明は、これらの項目の一部または全てを特定しなくても実施できる。そのほか、本発明が不必要に不明瞭となるのを避けるため、周知の工程動作の説明は省略する。
【００１６】
本発明は、荷電粒子をサンプルに向けて方向付け、サンプルから放出された粒子を検出する任意の適切な測定装置において実現される。図２は、本発明の一実施形態に従った走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）システム２００を示す図である。ＳＥＭシステム２００は、電子ビーム２０１を生成し、実質的にサンプル２２４上の所定領域に向けて電子ビーム２０１を方向付ける電子ビーム生成器（２０２〜２０６）を含む。また、ＳＥＭシステム２００は、サンプル２２４から放出された荷電粒子２０５（二次電子および／または後方散乱電子）を検出するように設けられた検出器２２６を含む。ＳＥＭは、また、放出粒子をもとに画像を生成するための画像生成器（図示せず）を含む。以下では、ＳＥＭシステム２００の他の特徴とともに、電子ビーム生成器および検出器に関してさらに説明する。
【００１７】
ＳＥＭシステム２００は、また、サンプル上の電荷を制御するように構成された１つまたはそれ以上の電極２２０を含む。各電極は、ビームが通過可能な孔を有している。（複数の）電極は、サンプルに近接して設けられ、所定の電圧が印加される。一般に、所定の電圧印加の結果として、サンプル表面上の電荷を制御するように機能する電場が形成される。
【００１８】
一実施形態において、所定の電圧は、サンプルから放出された粒子の一部がサンプルに戻されるように選択され、この結果、サンプル表面上に累積される電荷が制御される。例えば、サンプルから放出された二次電子の一部は、サンプル表面に向かって戻され、サンプル表面上に蓄積される正電荷を打ち消す。また、所定の電圧は、サンプルから放出された粒子の一部が、電極の孔を通って検出器に到達するように選択される。換言すれば、電極の所定の電圧は、充分な量の放出粒子を検出器および画像生成器に到達させ、（例えば欠陥に関する）画像の分析を可能にするように選択される。
【００１９】
図３Ａおよび図３Ｂは、本発明の一実施形態に従った図２の複数の電極２２０の第１の構成を示す図である。図３Ａは、複数の電極２２０の上面図である。図示するように、各電極２２０は、丸孔３０２を有する円板形状を有する。もちろん、サンプル上の電荷を制御するために、板および孔として任意の適した形状を利用可能である。
【００２０】
図３Ｂは、サンプル２２４の上方に設けられた電極２２０ａ，２２０ｂの側面図である。電極２２０および孔３０２ａ，３０２ｂの寸法、および、各電極とサンプルとの距離は、画像を取得できるとともにサンプル上の電荷を制御できるように選択される。種々の光学素子の寸法および電圧を入力し、その効果（例えば、サンプル上に蓄積される電荷、入射ビーム、サンプルから放出される粒子の特性）をシミュレート可能な周知のシミュレーションツールが利用可能である。例えば、ＭＥＢＳ社のソフトウェアプログラム「Ｏｐｔｉｃｓ」やＥ０３Ｄが上手く機能する。
【００２１】
具体的な一実施形態において、双方の電極２２０の厚みは、２ミリメートルである。接地電極２２０ａは、５ミリメートルの孔を有し、第２の電極２２０ｂからの距離３０８は５ミリメートルである。第２の電極（ウェーネルト電極とも呼ばれる）は、２ミリメートルの孔を有し、サンプル２２４からの距離３１０は１ミリメートルである。サンプル２２４の電圧は−９０００ボルトの電圧に設定され、トップ電極２２０ａの電圧は０ボルトに設定され、第２の電極２２０ｂの電圧は−９０１０ボルトの電圧に設定される。このような電圧の設定によって（同時にＳＥＭビームのエネルギが１０，０００ボルトに設定される）、サンプル２２４への着弾エネルギは１０００ボルトとなる。
【００２２】
このような電圧および寸法は、入射ビームがサンプルに対して直角であって電極の孔の中心付近である場合に上手く機能する。すなわち、このような電圧設定および電極構成によって、充分な量の放出粒子がサンプルを脱出して検出器に到達することができ、許容し得る画像が生成される。また、このような電圧設定および構成によって、放出粒子の一部をサンプルに向けて戻すことにより、サンプル表面における電荷を制御することが可能になる。戻された粒子は、サンプル上に蓄積された荷電粒子の一部を打ち消す。例えば、サンプル上に蓄積される電荷は正電荷であり、戻される粒子は負電荷である（すなわち電子である）。もちろん、例えば、他の電極構成とともに他の電圧を利用することも可能である。
【００２３】
しかしながら、ビームが孔の中心（すなわち光軸）から偏向した場合には、放出粒子の大部分がサンプルに向かって戻される。この結果、過度の量の粒子がサンプル表面に戻るので、電荷を制御することが困難となる（例えば負電荷が蓄積される）。また、放出粒子が検出器に到達して許容し得る画像が形成されるという点で不具合が生じる。つまり、画像は、入射ビームがサンプルに対して直角である場合に生成される画像よりも暗くなる。
【００２４】
この影響を補うために、ウェーネルト電極２２０ｂを調整することにより、入射ビームが光軸を中心としない場合であっても多くの放出粒子が脱出できるようにする。例えば、入射ビームが光軸を中心とする場合もそうでない場合も、ほぼ同量の放出粒子が脱出して検出器に到達するように、ウェーネルト電圧が調整される。この結果を達成する方法の１つは、ウェーネルト電極２２０ｂの電圧を、ウェーネルト電極によって生成されるサドル状の電場が、ビームが直角の状態から偏向した分だけ広がるように、高めることである。このようにサドル電場を広げることによって、サンプルにおける電荷の蓄積を制御しつつ、より多くの放出粒子を検出器に向けて脱出させることができる。例示した実施形態において、ウェーネルト電極２２０ｂの電圧が−９０１０ボルトから−９００８ボルトに変化すると、入射ビームは１．０ミリメートルだけ偏向する。
【００２５】
図４（Ａ）は、図３Ａおよび図３Ｂの電極の配置を、サンプル２２４の表面に直交する入射ビーム４０２とともに示す図である。この実施形態では、結果として得られる電場４０６が入射ビーム４０２および放出粒子４０４の周りにサドル状に形成されるように、ウェーネルト電極の電圧が選択される。図３Ａおよび図３Ｂの電極構成では、ウェーネルト電極２２０ｂの電圧は、−９０１０ボルトに設定される。電場４０６は、放出粒子の一部をサンプル表面２２４に向けて戻す。戻された粒子は、サンプル表面上に蓄積された電荷を打ち消す。例えば、サンプル２２４に向けて戻された二次電子は、サンプル２２４上に蓄積される正電荷を打ち消す。
【００２６】
図４（Ｂ）は、光軸から偏向した入射ビームと、入射ビームがサンプルに対して直角である際に蓄積電荷を制御するために使用されたのと同じ電圧にウェーネルト電極２２０ｂの電圧を維持することによって得られる結果と、を示す図である。図示するように、入射ビーム４０８は、直角の状態から距離４１４だけ偏向する。この例において、偏向距離は、１ミリメートルである。図示するように、電場４０６は、放出粒子４１０の大部分に対して障壁を形成する。このように、放出粒子の大部分がサンプル２２４から脱出できないため、形成される画像は暗くなる。この結果、サンプル表面の画像は許容できないレベルになる。また、表面に戻った多くの粒子によって、表面に電荷が蓄積される。
【００２７】
図４（Ｃ）は、本発明の一実施形態に従って、入射ビーム４０８が直角の状態から偏向した場合に相当量の放出粒子が脱出して検出器に到達できるようにウェーネルト電極の電圧を変化させた結果を示す図である。例えば、ウェーネルト電極の電圧は、−９００８ボルトに設定される。この結果、電場４１２のサドル状力線間のギャップが広がる。ギャップは充分に広いため、入射ビーム４０８を入射させ、大部分の放出粒子４１０を放出させることができる。また、電場４１２は、放出粒子の一部に対しては障壁として機能するため、これらの放出粒子を表面に向かって反射し、電荷の蓄積を制御することもできる。例えば、不要な放出粒子（例えば、サンプル表面に対して直角な射出角を有さない放出粒子）が、電場４１２によって妨げられる。
【００２８】
要するに、電極２２０ｂの電圧を高めることによって、より大きな脱出領域が形成される。すなわち、ウェーネルト電極の電圧は、調整可能であり、入射ビームの偏向に一致させることができる。ウェーネルト電極の調整は、入射ビームのラスタ走査と同期化して実行可能である。入射ビームが直角の状態から移動したとき、すなわち、入射ビームが特定の距離だけ偏向したとき、ウェーネルト電極の電圧を高めることによって、ウェーネルト電極によって生成されるサドル電場を広げる。この結果、サドル電場を、入射ビームおよび放出粒子の大部分の通路から効果的にそらすことができる。
【００２９】
図３Ａおよび図３Ｂを参照して説明した電極の構成、および、図４（Ａ）および図４（Ｃ）を参照して説明した上記の構成を利用するための技術は、単なる例示である。すなわち、これらの構成および技術は、本発明の範囲を限定することを意図しない。例えば、他の形状、サイズ、配置、寸法、電圧の電極を利用して、サンプル上における電荷の蓄積を制御し、許容し得るレベルの画像を生成してもよい。各種の電極配置による効果をシミュレートする技術は周知である。したがって、各種の電極配置に対して、その配置が電荷の蓄積を制御できるか否か、各入射ビーム条件下で充分な量の放出粒子を脱出させることができるか否かを、素早くテストして判断できる。
【００３０】
図５Ａおよび図５Ｂは、本発明の別の実施形態に従った電極の配置５００を示す図である。図５Ｂは、サンプル２２４の上方に設けられた電極の配置５００の側面を示している。サンプル２２４の上方には第１の電極５０６ｂが配置され、第１の電極５０６ｂの上方には第２の電極５２０が配置され、第２の電極５２０の上方には第３の電極５０６ａが配置される。第１および第３の電極５０６は、孔５０２を有する円形電極である。第２の電極５２０は、孔５０２を有する円形の分離電極である。
【００３１】
図５Ａの上面図に示すように、電極５２０は、ギャップ５０４によって区分される２つの半円部分５２０ａおよび５２０ｂに分離されている。もちろん、電極は、任意数の部分に分割可能である。あるいは、第１の電極および／または第３の電極を省略してもよい。複数の電極の寸法、および、各電極とサンプルとの距離は、蓄積電荷の制御および画像の生成に適した任意の値であってもよい。具体的な一実施形態において、３つの電極の孔５０２の直径は、すべて１０ミリメートルである。ボトム電極５０６ｂは、１ミリメートルの厚み５１０ｃを有する。ボトム電極５０６ｂとサンプル２２４との間の距離５０８ｃは、２ミリメートルである。分離電極５２０とボトム電極５０６ｂとの間の距離５０８ｃは、２ミリメートルである。分離電極５２０は、１ミリメートルの厚み５１０ｂを有する。トップ電極５０６ａは接地電極であり、２ミリメートルの厚み５１０ａを有する。分離電極５２０と接地電極５０６ａとの間の距離５０８ａは、６．５ミリメートルである。
【００３２】
複数の電極の電圧は、それぞれ、蓄積電荷の制御および画像の生成に適した任意の値に設定される。一実施形態において、接地電極５０６ａは０ボルトに設定され、ボトム電極５０６ｂおよびサンプルは−９０００ボルトに設定され、１組の電極５２０ａ，５２０ｂは双方とも−１０，４５５ボルトに設定される。電圧をこのように設定すると、入射ビームがサンプル表面に対して直角である場合に、電荷を適切に制御することができる。ビームが１ミリメートルだけシフトすると、分離電極の一方５２０ａが−１０，１０５ボルトに設定され、他方５２０ｂが−１０，８８９ボルトに設定される。これら２つの半円電極５２０ａ，５２０ｂ間の電圧差によって、適量の放出粒子を検出器に脱出させるサドル電場が形成される。
【００３３】
図６Ａおよび図６Ｂは、本発明の一実施形態に従って、図５Ａおよび図５Ｂの分離電極の配置５００を採用してビーム偏向時に電荷を制御する様子を示す図である。図６Ａでは、サンプル２２４に向けて方向付けられた直角の入射ビーム６０２が示されている。図示するように、電極５２０を構成する各半円は、−１０，４５５ボルトに設定される。この結果、入射ビームおよび放出粒子の周りに、密なサドル電場６０６が形成される。相当量の放出粒子が検出器に向かって脱出するが、その一部はサドル電場によって妨げられてサンプル２２４に戻される。戻された粒子によって、サンプル上の電荷の制御が容易となる。
【００３４】
図６Ｂでは、偏向した入射ビーム６０８と、その結果として得られる放出粒子ビーム６１０と、が示されている。分離電極の第１の半円５２０ａは−１０，１０５ボルトに設定され、分離電極の第２の半円５２０ｂは−１０，８８９ボルトに設定される。分離電極５２０の２つの半円間の電圧差によって、サドル電場６１２がシフトする。サドル電場６１２のシフトによって、入射ビーム６０８が直角の状態から偏向した場合に、相当量の放出粒子６１０を脱出させることができる。もちろん、電荷の蓄積を制御するために、放出粒子の一部はサドル電場によってサンプルに戻される。
【００３５】
図２に関し、電子ビーム生成器は、最終的に二次電子がサンプル２２４から放出されるような電子ビームを生成するのに適した任意の構成を採用可能である。図示するように、電子ビーム生成器は、電子ソース装置２０２と、アライメント八極子２０６と、静電プレ偏向装置２０８と、可変開口２１０と、ウィーンフィルタ２１４と、磁気対物レンズ２１６と、を含む。
【００３６】
ソース装置２０２は、電子を生成および放出するのに適した任意の形態で実現される。例えば、ソース装置２０２は、加熱フィラメントであり、フィラメント内の電子を励起させてフィラメントから放出させてもよい。八極子２０６は、特定のガンレンズ電圧が選択された後に、ビームを位置合わせするように構成される。換言すれば、開口に対して再度位置合わせを行うために、ビームを移動させる。
【００３７】
開口２１０は、ビームを方向付けるための孔を形成する。機械的なアライメントの不一致を補うために、下部四極子２０８が設けられていてもよい。すなわち、下部四極子２０８は、ビームが通るべきＳＥＭの位置合わせされていない任意の貫通孔に対して、ビームを位置合わせするために使用される。
【００３８】
ウィーンフィルタ２１４は、電子ビームの経路に対して垂直なＢ×Ｅ場（例えば、電場の方向に対して垂直であって電場の方向から離れるように方向付けられた磁場の方向）を提供する。ウィーンフィルタ２１４は、ビームに与えられるＢ力と反対方向のＥ力をビームに与える。このため、ウィーンフィルタは、ビームが軸から殆どそれないように作用する。しかしながら、ウィーンフィルタ２１４は、サンプルから放出された二次電子に対して、検出器２２６に向かわせるのと同じ方向に、Ｅ力とＢ力とを与える。このため、ウィーンフィルタ２１４は、検出器２２６に向かうように二次電子を偏向させる。ウィーンフィルタ２１４および／または八極子２０６および／または四極子２０８は、サンプルの一領域を横切るようにビームが方向付けられるように構成されていてもよい。Ｘ方向およびＹ方向の走査電圧を設定することによって、特定のビームパターンを選択するようにしてもよい。偏向システムはプロセッサを含んでいてもよく、プロセッサは、走査電圧および電極電圧の設定を入射ビーム位置の関数として制御するように構成されていてもよい。
【００３９】
磁気対物レンズ２１６は、ビームをサンプルに向けて加速するためのメカニズムを提供する。複数の静電レンズ（図示せず）によって、ビームをサンプル表面上に迅速に集束させてもよい。ＳＥＭシステム２００は、サンプル２２４を指示するための支持具（図示せず）を含んでいてもよい。
【００４０】
ＳＥＭシステム２００は、検出器２２６を含んでいてもよい。ＳＥＭシステム２００は、また、検出された信号を受け取り、画像を生成および／または格納するために設けられた画像生成器（図示せず）を含んでいてもよい。検出された信号は、画像を生成するために使用される。このため、ＳＥＭシステム２００は、検出された信号をデジタル信号に変換するためのアナログ−デジタル変換器を含んでいてもよい。ＳＥＭシステム２００は、また、サンプルの画像を生成するために画像フレームデータを処理するコンピュータシステムを含んでいてもよい。例えば、連続する画像フレームデータを平均して、画像を生成してもよい。
【００４１】
以上、図２のＳＥＭシステム２００で実現されるものとして本発明を説明したが、もちろん、他のＳＥＭシステムでも実現可能である。例えば、最終的な着弾エネルギとほぼ等しい値の電子ボルトでソースから電子を放出し、高い正電位に設定された一連のレンズを介して電子を加速するようにしてもよい。電子は、一連のレンズから放出されると減速し、最終的な着弾エネルギでサンプルに衝突する。一連のレンズは、対物レンズの外部で抽出用の大きな場を発してもよい。抽出用の場は、サンプルから放出された二次電子を加速するとともに電子ビームを減速させるように機能する。また、表面における電荷の蓄積を制御するために、本発明を類似の測定装置で実現してもよい。
【００４２】
以上、理解を明確にする目的で本発明を詳しく説明したが、添付した特許請求の範囲を逸脱しない範囲内ならば、特定の変更および修正を加えられることは明らかである。ここで、本発明による工程および装置を実現する別の方法が数多く存在することに、注意する必要がある。例えば、サンプルは、半導体ウエハやレチクルなどのＳＥＭ検査に適した任意の物質または物体であってもよい。また、本発明は、更なる小寸法化が進むハードディスク内の薄膜ヘッドを検査する際に特に有用である。
【００４３】
したがって、以上で取り上げた実施形態は、例示を目的としたものであって、本発明の内容を限定するものではない。このため本発明は、本明細書で特定した詳細に限定されることなく、添付した特許請求の範囲の範囲および同等物の範囲内で、種々の変更を加えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
本発明は、添付図面を用いた以下の詳細な説明によって、容易に理解される。なお、この添付図面においては、同様の構成要素には同様の参照番号が与えられている。
【図１】  従来の走査型電子顕微鏡の構成を示す図である。
【図２】  本発明の一実施形態に従った走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を示す図である。
【図３Ａ】  本発明の一実施形態に従った図２の複数の電極の第１の構成を示す図である。
【図３Ｂ】  本発明の一実施形態に従った図２の複数の電極の第１の構成を示す図である。
【図４】  図４（Ａ）は、図３Ａおよび図３Ｂの電極の配置を、サンプルの表面に直交する入射ビームとともに示す図である。図４（Ｂ）は、光軸から偏向した入射ビームと、入射ビームがサンプルに対して直角である際に蓄積電荷を制御するために使用されたのと同じ電圧にウェーネルト電極の電圧を維持することによって得られる結果と、を示す図である。図４（Ｃ）は、本発明の一実施形態に従って、入射ビームがウェーネルト電極の孔の中心から偏向した場合に相当量の放出粒子が脱出して検出器に到達できるようにウェーネルト電極の電圧を変化させた結果を示す図である。
【図５Ａ】  本発明の別の実施形態に従った分離電極の配置を示す図である。
【図５Ｂ】  本発明の別の実施形態に従った分離電極の配置を示す図である。
【図６Ａ】  本発明の一実施形態に従って、図５Ａおよび図５Ｂの分離電極の配置を採用してビーム偏向時に電荷を制御する様子を示す図である。
【図６Ｂ】  本発明の一実施形態に従って、図５Ａおよび図５Ｂの分離電極の配置を採用してビーム偏向時に電荷を制御する様子を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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