(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビーム（４）を提供するための粒子ソース（２）と、
前記荷電粒子ビームを試料（８）に集中させるための対物レンズ（１０）であって、光軸（６）を有している対物レンズ（１０）と、
前記対物レンズ（１０）の前記光軸（６）上に配置された粒子ミラー（１４）と、
を備え、
前記粒子ミラー（１４）は前面（２７）、裏面（２８）、ドリフト領域（２６）を有し、前記ドリフト領域（２６）は前記荷電粒子ビーム（４）を前記裏面（２８）から前記前面（２７）まで通過させるために前記裏面（２８）から前記前面（２７）にわたり、前記ドリフト領域（２６）は前記光軸（６）から離れて配置され、更に前記粒子ミラー（１４）は、前記試料（８）から前記粒子ミラー（１４）に向かって加速され偏向された帯電粒子をそらせるため、前記前面（２７）に偏向領域（２５）を有する帯電粒子装置（１）。
【請求項２】
前記粒子ミラー（１４）が、前記帯電粒子をそらせるために、前記前面（２７）に前記偏向領域（２５）を含み、その結果、前記帯電粒子の出て行く経路と前記粒子ミラー前面に垂直な軸との間の角度β0は前記帯電粒子が前記粒子ミラー（１４）に達する位置で、前記帯電粒子の入って来る経路と前記粒子ミラー（１４）前面に垂直な軸との間の角度βjに等しい、請求項１に記載の帯電粒子装置（１）。
【請求項３】
前記裏面（２８）から前記前面（２７）にわたる前記粒子ミラー（１４）の前記ドリフト領域（２６）が、前記粒子ミラー（１４）の幾何学的中心（４０）から離れて配置される、請求項１又は２のいずれか１項に記載の帯電粒子装置（１）。
【請求項４】
前記対物レンズの前記光軸に本質的に沿って前記荷電粒子ビームを導くための偏向ユニット（１２Ｃ）を更に備え、前記偏向ユニットは前記粒子ミラー（１４）と前記対物レンズ（１０）との間に配置されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の帯電粒子装置（１）。
【請求項５】
前記対物レンズ（１０）の前記光軸（６）から離れ、実質的に前記光軸（６）に戻る前記荷電粒子ビーム（４）を偏向するための３ステップ偏向ユニット（１２）を更に備える、請求項４記載の帯電粒子装置（１）。
【請求項６】
前記粒子ミラー（１４）が、２０〜７０度の角度αで前記光軸（６）に関して傾けられる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の帯電粒子装置（１）。
【請求項７】
前記粒子ミラー（１４）が、４０〜５０度の角度αで前記光軸（６）に関して傾けられる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の帯電粒子装置（１）。
【請求項８】
前記粒子ミラー（１４）が、４５度の角度αで前記光軸（６）に関して傾けられる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の帯電粒子装置（１）。
【請求項９】
前記粒子ミラー（１４）が、前記帯電粒子をそらせるのに十分なポテンシャルに保たれた導電性表面（２１）を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の帯電粒子装置（１）。
【請求項１０】
前記粒子ミラー（１４）が、前記帯電粒子をそらせるのに十分なポテンシャルに保たれた導電性偏向格子（４１）を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の帯電粒子装置（１）。
【請求項１１】
前記粒子ミラー（１４）が、前記導電性表面（２１）の前記ポテンシャルを遮蔽するため少なくとも１つの導電性のスクリーニング格子（２２）を含む、請求項９記載の帯電粒子装置（１）。
【請求項１２】
前記粒子ミラー（１４）が、前記導電性偏向格子（４１）の前記ポテンシャルを遮蔽するため少なくとも１つの他の装置からの導電性偏向格子（４１）を含む、請求項１０記載の帯電粒子装置（１）。
【請求項１３】
前記粒子ミラー（１４）が、前記帯電粒子を吸収するための粒子吸収装置（２３）を含む、請求項９〜１２のいずれか１項記載の帯電粒子装置（１）。
【請求項１４】
第２の検出器（２４）が、前記帯電粒子を検出するための導電性偏向格子（４１）の後方に配置されている、請求項１０または１２に記載の帯電粒子装置（１）。
【請求項１５】
ハイパスフィルタ（３０）が前記第１の検出器（１６）の前に配置され、前記帯電粒子が前記第１の検出器に入ることができるようになっている、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の帯電粒子装置（１）。
【請求項１６】
ハイパスフィルタ（３０）が、前記帯電粒子をフィルタリングするのに十分なポテンシャルに保持する導電性のフィルタ格子（３１）を含む、請求項１５記載の帯電粒子装置（１）。
【請求項１７】
前記ドリフト領域（２６）が、前記対物レンズ（１０）の前記光軸（６）から離れて配置され、前記対物レンズ（１０）の前記光軸（６）から測定して角度γ≦５で前記試料から来る全ての前記帯電粒子が、前記粒子ミラー（１４）の前記偏向領域（２５）に達する、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の帯電粒子装置（１）。
【請求項１８】
前記ドリフト領域（２６）が、前記対物レンズ（１０）の前記光軸（６）から離れて配置され、前記対物レンズ（１０）の前記光軸（６）から測定して角度γ≦１０で試料から来る全ての前記帯電粒子が、前記粒子ミラー（１４）の前記偏向領域（２５）に達する、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の帯電粒子装置（１）。
【請求項１９】
荷電粒子ビームで試料を検査する方法であって、
前記荷電粒子ビームを提供するステップと、
前記荷電粒子ビームを、粒子ミラーの裏面から前面まで達するドリフト領域を通過させるステップと、
光軸を有する対物レンズで前記帯電粒子ビームを前記試料に集中させるステップと、
偏向され前記粒子ミラー（１４）に移動した帯電粒子を、前記粒子ミラーの偏向領域で、検出器の方に偏向するステップと、
を備え、
前記ドリフト領域が光軸より離れて配置されている方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は荷電粒子装置に関する。特に、本発明は荷電粒子ビームによる試料の検査装置及び方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】
マイナス又はプラス荷電粒子ビームは、試料検査に使用可能である。オプティカル光と比較して、荷電粒子ビームの分解能は数マグニチュード高く、より細部にわたる検査を可能にする。従って、荷電粒子ビーム（特に電子ビーム）は、生物学、医学、材料科学及びリソグラフィにおいて様々な方法で使われる。例として、人間、動物、及び植物の診断、ＤＮＡといったサブ細胞コンポネント及び構造の視覚化、複合材料、薄膜、及びセラミックの構造の決定、或いは半導体技術で用いられるマスク及びウェーハの検査が含まれる。
今日広く使われている試料検査用の荷電粒子装置の２つの基本タイプは、透過型電子顕微ミラー（ＴＥＭ）及び走査型電子顕微ミラー（ＳＥＭ）である。通常の使用に加えて、２つの顕微ミラー、ＴＥＭ及びＳＥＭ双方は修正され、特定の機能を実行するように設計された機器となった。例えば、走査透過型電子顕微ミラー（ＳＴＥＭ）は、ＴＥＭのように透過影像を生成するが、ＳＥＭのように走査ビームを使用する。
【０００３】
最良の結果を得るためには、対物レンズと検出器双方を試料にできるだけ近づけて配置することが好ましいという理由から、例えば走査型電子顕微ミラー（ＳＥＭ）のような従来の荷電粒子装置において、設計者は、常に、試料上に粒子ビームを集束させる対物レンズの配置と検出器の配置との間で妥協しなければならなかった。しかしながら、一定の程度を越えて検出器を最小にすることができないという事実のために、対物レンズの集束特性に否定的な影響を及ぼすことなく検出器を試料の近くに配するのにちょうど充分な空間がない。
【０００４】
更に、普及しているにもかかわらず、電子顕微ミラーは大きくてかなり複雑な機器であり、多くの大学及び産業界においてしばしば中心に集められている。電子顕微ミラー技術者は、実験室で日々の操作を実行するために専門のトレーニングを受けている。しかしながら、機器の保守、及び特に、例えば異なるスペクトロメータ及び検出器を用いて機器を特殊な測定ニーズへ適合させることは、多数のユーザーに影響を及ぼす高価な機器の故障時間をしばしば導く。
【０００５】
これらの問題は、従来技術、例えば電子顕微ミラー内部で使用する粒子ミラーを開示しているＵＳＰ  ５，４２２，４８６、において、部分的に言及されている。しかしながら、更なる改善の必要がある。
【０００６】
【発明の概要】
上述のいくつかの態様及び他のより詳細な態様は、以下に記述され、また図面によって部分的に示される。
【０００７】
前述のことからみて、本発明の目的は、改良されたデザインを示し、より容易に様々な測定値ニーズに適応することができる改良型の帯電粒子装置を提供することである。本発明のもうひとつの目的は、帯電粒子装置に用いられる粒子ミラーを提供することにある。更に別の本発明の目的は、方法を帯電粒子ビームを用いた試料（８）の検査の方法を提供することである。
【０００８】
本発明の一態様では、独立請求項１で特定するような帯電粒子装置を提供する。本発明の更に別の態様では、独立請求項１４で特定するように、帯電粒子装置で使用するための粒子ミラーを提供する。更なる本発明の態様では、独立請求項１９で特定するような帯電粒子ビームで試料を検査するための方法を提供する。発明のなお更なる態様によれば、独立請求項２０で特定するような、帯電粒子装置を提供する。更なる効果、特徴、態様及び本発明の詳細は、従属請求項、詳細な説明及び添付の図面から明らかである。請求項は、本発明を一般的な用語で定義する第１の非制限的アプローチとして理解されることを意図したものである。
【０００９】
本発明の第１の態様によれば、帯電粒子ビームを提供するための粒子ソースと、粒子ビーム（４）を試料に集中させるための対物レンズ（１０）であって、光軸を有している対物レンズ（１０）と、対物レンズ（１０）の光軸に置かれる粒子ミラーとを備え、該粒子ミラーは表面、裏面、ドリフト領域を有し、前記ドリフト領域は帯電粒子ビームを裏面から前面まで通過させるために裏面から表面にわたり、前記ドリフト領域は光軸から離れて配置され、更に該粒子ミラーは、試料から検出器に向かって来る帯電粒子をそらせるための前面にある偏向領域を有する帯電粒子装置を提供する。
【００１０】
改良型の帯電粒子装置は、粒子ミラーの使用の結果、帯電粒子装置のデザインに追加の自由度を与えるという効果がある。粒子検出器とは逆に、粒子ミラーは、対物レンズの焦点合わせ／投影特性に悪影響を及ぼさずにより容易に装置に配置されることができる。ドリフト領域を有することによって、悪影響を及ぼす帯電粒子ビームなしで、粒子ミラーは、より容易に装置に統合されることができる。ドリフト領域が対物レンズの軸から離れて配置されるという事実のために、軸がミラーを横切る領域は、偏向領域として使われることができ、それはかなり検査の品質を増す。その理由は、軸に沿って移動している粒子が試料に関する情報の重要な部分を伝えるからである。
【００１１】
更に、現在検出器の寸法に対する制限がないので、あらゆる検出器及び分光計を、使用して試料を分析することができる。それに加えて、装置を特定の測定値ニーズに適応させるために１種類の検出器を、他の種類の検出器に容易にと取り替えることができる。
【００１２】
好適な実施形態によれば、粒子ミラーは、所定の速度範囲（エネルギー範囲）及び所定の角範囲の全ての粒子をそらせるために、前面の偏向領域を含む。その結果、粒子の出て行く経路とミラー前面に垂直な軸との間の角度β0は粒子がミラーに達する位置で、粒子の入って来る経路とミラーの前面に垂直な軸との間の角度αβjに等しい。試料から来る粒子のエネルギー及び角分布がミラーによって保存されるという事実のために、あたかもそれが試料の近くに直接位置するかのように、検出器は同じ情報を本質的に記録することができる。
【００１３】
好適な実施形態によれば、裏面から前面まで達する粒子ミラーのドリフト領域は、ミラーの中心から離れて配置される。粒子ミラーは、この種の方法で好ましくは配置され、試料から来る大部分の粒子は、検出器の方へそらせられる。これは、試料から来る粒子が集中する所に、ミラーの幾何学の中心が好ましくは位置することを意味する。
【００１４】
好適な実施形態によれば、帯電粒子装置は、対物レンズの光軸に本質的に沿って帯電粒子ビームを導くための偏向ユニットを更に備え、前記偏向ユニットは粒子ミラーと対物レンズとの間に配置されている。この配置では、基本的に、試料から来て光軸に沿って移動する全ての粒子を、検出器に偏向することができる。明らかに、偏向ユニットは、試料から来る帯電粒子と同様に試料の方へ進む帯電粒子ビームに影響を及ぼす。しかし、粒子のこれらの２つのタイプは、異なる方法で影響を受け、それは、２つの種類の粒子に分離する。これは、偏向ユニット磁気か静電かに関係ない。
【００１５】
特に、磁気偏向ユニットは、試料の方へ進んでいる帯電粒子ビーム及び試料から来る帯電粒子を相補的なパーツに分ける。ローレンツの法則によれば、試料から来る帯電粒子は、反対側の力を受けている帯電粒子ビームの方向と反対方向に飛ぶ。換言すれば、一次粒子ビームの領域に相補的である領域にそれらは向けられる。
【００１６】
偏向ユニットが静電的な場合、試料から来る帯電粒子は、一次粒子ビームとして領域に向けられる。しかし、試料から来た帯電粒子の再方向付けされた角度は更に大きい。それは再方向付けの角度が速度に反比例するからである。これは、一次粒子から第２の粒子の方向分離という結果になる。磁気偏向ユニットは、試料の方へ進む帯電粒子ビーム及び反対方向に試料から来る帯電粒子を偏向するので、磁石偏向ユニットを使用するのが好まれる。
【００１７】
なお更なる好適な実施形態によれば、帯電粒子装置は、光軸からはなれて光軸に戻る帯電粒子ビームを偏向するための３ステップ偏向ユニットを更に備える。３ステップ偏向ユニットを用いることによって、粒子ソース及び帯電粒子ビームを形成するための他のいかなる部材も、対物レンズの軸に沿って配列されることができ、それは、完全な装置の小型のデザインにつながる。３ステップ偏向ユニットは、この目的の用途にだけ使用される磁気コイルのような要素から成ることができる。しかし、３ステップ偏向ユニットは、また、例えば、追加的に、帯電粒子ビームを試料を横切らせる（ユニットを走査すること）ために用いる要素を含むであろう。
【００１８】
なお更なる好適な実施形態によれば、粒子ミラーは、約２０〜約７０の間の角度、好ましくは約４０〜約５０度、最も好ましくは約４５度の角度αで光軸に関して傾けられる。粒子ミラーのこの方位によって、試料から来る粒子は、容易に装置の周辺に向けられ、そこではあらゆる検出器が、他の装置に影響を及ぼさずに配置されることができる。粒子ミラーの４５度の方位を用いると、それらが同じ初速度である限り検出器へ移動している２つの異なる粒子の時差が最小であることが保証されうる。
【００１９】
なお更なる好適な実施形態によれば、粒子ミラーは、所定のエネルギーより少ないものを有する全ての粒子を偏向するのに十分な所定のポテンシャルに保たれた導電性表面又は導電性偏向格子を含む。これによって、金属プレートの表面は、導電性面として使われることができる。更に、導電性のコーティングを有するセラミック材料（例えばＡｌ2Ｏ3）が、この目的のために使われることができる。この構成で、粒子ミラーはローパスフィルタのように作用し、導電性表面又は導電性偏向格子のポテンシャルを変化させることによって、ミラーが分光器の目的のために使われることができる。更に、粒子ミラーが、表面のポテンシャルを遮蔽するための少なくとも１つの導電性のスクリーニング格子、又は他の装置からの導電性偏向格子及び／又は所定のエネルギーより多くのものを有する粒子を吸収するための粒子吸収装置を含むことが好ましい。導電性のコーティングを有する金属プレート又はセラミックプレートが使われる場合、金属的であるかセラミックプレートが、粒子吸収装置として使われることができる。
【００２０】
なお更なる好適な実施形態によれば、第２の検出器は、所定のエネルギーより多くのものを有する粒子を検出するための導電性偏向格子の後に配置される。
【００２１】
なお更なる好適な実施形態によれば、帯電粒子装置は、ハイパスフィルタを更に備える。それは検出器の前に配置され、所定のエネルギーより上のエネルギーを有する粒子だけが検出器に入ることができるようにしている。ローパスフィルタ及びハイパスフィルタの組合せは、検出のためのエネルギーのいかなるバンドをも選出することができ、よって試料の材料対比又はその他に特徴を強化することができる。従って、ハイパスフィルタが所定のエネルギーより少ないものを有する全ての粒子をフィルタリングするのに十分な所定のポテンシャルに保持する導電性のフィルタ格子を含むことが好ましい。
【００２２】
なお更なる好適な実施形態によれば、前記ドリフト領域は、対物レンズの光軸から離れて配置され、対物レンズの光軸から測定して角度γ≦５度（好ましくは、≦１０度）の範囲内で試料から来る全てのその帯電粒子はミラーの偏向領域に達する。これは、特に高いトポロジを伴う試料に有利であり、試料から来る大部分の帯電粒子を、検出することができる。
【００２３】
本発明の第二態様によれば、帯電粒子装置のための、粒子ミラーを提供する。該ミラーは、前面及び裏面、所定の速度範囲及び所定の角範囲の全ての粒子を偏向するための前面上に位置する偏向領域、粒子を裏面からミラーの前表面まで通過させるための裏面から前表面まで達するドリフト領域、ミラーの幾何学的図形の中心から離れて配置されているドリフト領域を含む。
【００２４】
好適な実施形態によれば、粒子ミラーは、所定のエネルギーより少ないものを有する全ての粒子を偏向するために十分な所定のポテンシャルを保つ導電性表面又は導電性偏向格子を更に備える。更に、粒子ミラーが、他の装置から、導電性偏向格子又は表面のポテンシャルを遮蔽するための導電性のスクリーニング格子、及び／又は所定のエネルギーより多くのものを有する粒子を吸収するための粒子吸収装置、を含むことは好ましい。
【００２５】
第３の本発明の態様によれば、帯電粒子ビームを提供するための粒子ソース；粒子ビームを試料に集中させるための対物レンズ；検出器の方へ試料から来る偏向している帯電粒子のための粒子ミラー；所定のエネルギーより上にエネルギーを有する粒子だけが検出器に入ることができるようにしている検出器の前に配置されているハイパスフィルタを備える帯電粒子装置を提供する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明による第１実施形態が図１に概略的に示されている。通常は電子ビームなどの荷電粒子ビーム４は、タングステン−ヘアピンガン、ランタン−ヘキサボライドガン、電界放射ガン、又は熱電子ショットキーエミッタなどの荷電粒子ソース２から出力される。少なくとも一のアノード３が荷電粒子ソース２の下に配置され、荷電粒子を引き付け、加速させる。荷電粒子を加速させるため、荷電粒子ソース２は例えば−０．５ｋＶなどの負の電位に保たれるのに対し、アノード３は例えば＋１０ｋＶなどの正の電位に保たれる。
【００２７】
アノード３にはコンデンサレンズ５が続き、コンデンサレンズ５は荷電粒子を集中させてファインビームにし、対物レンズ１０の軸でもある光軸６に沿ってビームをガイドする。３ステージ偏向ユニットの第１のステージ１２Ａは、荷電粒子ビーム４を光軸６から離れるように偏向させる。次に、荷電粒子ビーム４は、荷電粒子ビーム４を光軸６の方向に再び向かわせる３ステップ偏向ユニットの第２のステージ１２Ｂに入る。光軸６に戻る途中で、ビーム４は光軸６上に置かれた粒子ミラー１４を通る。荷電粒子ビーム４は、粒子ミラー１４内に配置されたドリフト領域（ドリフトチューブ）２６を通って、粒子ミラー１４を通過する。ドリフト領域２６は、ミラーの後面３８からミラーの前面２７に到達している（図２参照）。粒子ミラー１４内に配置されたドリフト領域２６により、荷電粒子ビーム４は、基本的に乱されないで粒子ミラー１４を通過する。従って、荷電粒子ビームを補正するための追加的な手段は必要ない。
【００２８】
その後、荷電粒子ビーム４は、荷電粒子ビーム４を本質的に光軸６の方向に再び向かわせる３ステップ偏向ユニット１２の第３のステージ１２Ｃに入る。偏向ユニット１２は、静電的又は磁気偏向ステージ１２Ａ〜１２Ｃを備えることとしてもよい。
【００２９】
３ステップ偏向ユニット１２の第３のステージ１２Ｃには、荷電粒子ビーム４を試料８上に集中させるための対物レンズ１０が続いている。荷電粒子を減速させるために試料８を接地しておき、これにより、通常は電子などの荷電粒子は、この例では０．５ｋｅＶのエネルギーで試料にぶつかる。
【００３０】
荷電粒子が試料８の表面にぶつかると、試料の原子の原子核及び電子との複雑な一連の相互作用を受ける。入射した荷電粒子と試料の原子との間の相互作用は、弾性的でも非弾性的でもよい。相互作用によって、後方散乱する荷電粒子と共に、異なるエネルギーを有する電子、Ｘ線、光、熱などのなどの様々な二次的な生成物が生じる。これらの多くの二次的生成物及び／又は後方散乱した荷電粒子は、試料のイメージを生成し、試料からの追加的なデータを集めるために使用される。
【００３１】
試料のイメージ生成の検査のために非常に重要な二次的生成物は、様々な角度で試料から脱出した比較的低エネルギー（３〜５０ｅＶ）の二次電子である。対物レンズ１０内の高い正電位（この例では、＋１０ｅＶ）によって、二次電子は対物レンズ１０内に引っ張られ、粒子ミラー１４に向かって加速される。二次電子は、３ステップ偏向ユニット１２の第３のステージ１２Ｃを通過し、粒子ミラー１４上に移動する。３ステップ偏向ユニット１２の第３のステージ１２Ｃを通過することによって、二次電子もまた偏向される。図１に示す例では、３ステップ偏向ユニット１２の第３のステージ１２Ｃは、磁気偏向ユニットである。これにより、二次電子は、最初の電子ビーム４に関して反対の方向に偏向される。従って、最初の電子ビームと二次電子とは、最初の電子ビーム４に悪影響を与えることなく分離される。
【００３２】
二次電子は粒子ミラー１４の偏向領域２５にぶつかり、検出器１６に向かって偏向される。図１に示す本発明の実施形態では、粒子ミラー１４は、光軸６に関して約４５°の角度αだけ傾けられた導電性表面２１を有している。更に、導電性表面２１は、所定のエネルギーより小さいエネルギーの全ての粒子を偏向するために十分な所定の電位を保っている。この例では、導電性表面２１は、試料８から出力された全ての二次電子を検出器１６に向かうように偏向させるために、＋５ｋＶよりわずかに小さい電位を保っている。これにより、二次電子は、粒子の出射経路とミラーの前面に垂直な軸との間の角度β0と、粒子の入射軽度とミラーの前面に垂直な軸との間の角度β1とが等しくなるような態様で偏向する（図２参照）。
【００３３】
この例では、粒子ミラーは、前面と後面に導電性コーティングを有するＡｌ2Ｏ3からなり、これにより、前面の導電性コーティングは後面の導電性コーティングから絶縁される。更に、粒子ミラー１４は、ミラー内に配置された金属チューブを有し、ドリフト領域２６を形成する。金属チューブはミラーの後面の接続され、ミラーの後面と同電位に保たれる。ミラーの周辺部、及びドリフト領域２６と偏向領域２５との間では、ミラーの前面と後面とでいかなるショートをも生じることを避けるため、注意が必要である。
【００３４】
検出器１６は、様々なタイプの検出器から選択してよい。この例では、検出器１６は光ガイド経由でフォトマルチプライヤに接続されたシンチレータである。そして、検出器１６の出力は、例えば試料の表面のイメージを表示したり、記録したりするために使用される。
【００３５】
通常は電子などの後方散乱した粒子はまた、試料のイメージ形成に重要である。後方散乱した電子は高エネルギーであり、最初の電子ビームのエネルギー（この例では、０．５ｋｅＶ）の６０％〜８０％の平均エネルギーを有する。対物レンズ１０の中の高い正電位（この例では、＋１０ｋＶ）によって、後方散乱した電子もまた対物レンズ１０内に引っ張られ、粒子ミラー１４に向かって加速される。後方散乱した電子は、３ステップ偏向ユニット１２の第３のステージ１２Ｃを通過して粒子ミラー１４上に移動する。３ステップ偏向ユニット１２の第３のステージ１２Ｃを通過することによって、後方散乱した電子もまた偏向される。上記に説明したように、３ステップ偏向ユニット１２の第３のステージは、磁気偏向ユニットである。それゆえ、後方散乱した電子もまた、最初の電子ビーム４に関して反対の方向に偏向する。従って、最初のビームと後方散乱した電子とは、最初のビームに悪影響を与えることなく分離される。
【００３６】
従って、背面散乱電子はまた、粒子ミラー１４の偏向領域２５に達する。しかし、二次電子と比較して相対的に高いエネルギーのために、導電性表面２１の電位は、背面散乱電子を偏向させるには十分でない。従って、背面散乱電子は、導電性表面を通過して、粒子吸収装置２３として機能しているセラミック材料Ａｌ2Ｏ3に到達する。
【００３７】
背面散乱電子から二次電子を分離するために、一般的には、導電性表面２１の電位は、ＢＥｓｉｎ2αよりわずかに低く選択される。ここで、ＢＥは、対物レンズ１０内の電位であり、角度αは、粒子ミラー１４の前部表面に垂直な軸と光軸との間の角度である。試料にわたって荷電粒子ビームをスキャンし、且つ、検出器１６の出力を表示／記録することによって、試料表面のイメージが形成される。
【００３８】
本発明の第二の実施形態は、図３において図式的に示されている。図１の記載と同一の構成要素は同一の参照符号で示されており、それについての更なる記載はされていない。装置の残部から導電性表面２１の電位をスクリーニングするために、追加の導電性スクリーニング格子２２が導電性表面２１の前に供給されているという点で、図３において示される実施形態は図１において示される実施形態とは異なる。更に、図３に示されている発明の実施形態は、検出器１６の前に配置された高域フィルタ３０を備えている。そして、所定のエネルギーよりも高いエネルギーを有する粒子だけが、検出器１６に入るようになっている。高域フィルタ３０は、導電性のフィルタ格子３１を備えており、フィルタ格子３１の前に配置されたスクリーニング格子３２を更に備えている。低域フィルタ１４（粒子ミラー）及び高域フィルタ３０の組合せにより、検出のためのいかなるエネルギー帯も選ぶことができる。そして、材料コントラスト又は試料の他の特性を増強させることができる。
【００３９】
図４は、図３において用いられている粒子ミラー１４の拡大図である。図３に示された粒子ミラー１４は、前部表面２７、背部表面２８、所与の速度範囲（エネルギー範囲）及び所与の角度範囲にある全ての粒子を偏向させるための、前部表面上に置かれた偏向領域２５、及び、ミラーの背部表面２８から前部表面２７に粒子を通過させるための、背部表面２８から前部表面２７に及ぶドリフト領域２６、を備えている。
【００４０】
更に、粒子ミラー１４は、所定のエネルギーよりも小さなエネルギーを有する全ての粒子を偏向させるのに十分な所定の電位に保たれている導電性表面２１を備えている。表面２１の電位は、表面２１の前部に置かれた導電性スクリーニング格子２２によってスクリーニングされる。このことにより、導電性表面２１とスクリーニング格子２２との間の間隔は、格子２２のメッシュサイズの１０倍よりも大きくなるように選択されることが好ましい。スクリーニング格子２２は、荷電粒子装置内の粒子ミラー１４に隣接している素子と同じ電位に維持されることが好ましい。粒子ミラー１４に隣接している素子の電位とは一般にかなり異なる、導電性表面２１の電位は、スクリーニング格子２２を使うことによって、これらの素子に隠される。従って、導電性表面２１の電位による否定的な副作用が回避される。
【００４１】
所定のエネルギーよりも小さなエネルギーを有する二次電子等の荷電粒子が粒子ミラー１４の偏向領域２５に達すると、粒子の退出経路９Ｂとミラーの前部表面に垂直な軸との間の角度β0が、粒子の到来経路９Ａとミラーの前部表面に垂直な軸との間の角度βiに等しくなるように、該粒子は偏向される。
【００４２】
粒子ミラー１４はセラミック材料でできており、セラミック材料は、ミラーの背部表面２８と導電性表面２１との間に配置された吸収装置２３として、所定のエネルギーよりも大きなエネルギーを有する、表面２１を通過することができる粒子を吸収するために機能する。
【００４３】
図４から分かるように、ドリフト領域は、参照符号４０によって示されるミラーの幾何学的中心には置かれていない。図４に示されるミラーは、中央点を有する円板の形状をしている。従って、ミラーの幾何学的中心は、円板の中央点である。ドリフト領域がミラーの幾何学的中心から離れて位置しているという事実のために、偏向領域としてミラーの幾何学的中心を使うことができる。これにより、検査の質がかなり向上する。
【００４４】
本発明の第三の実施形態は、図５において図式的に示されている。荷電粒子ビーム４（通常は電子ビーム）は、荷電粒子ソース２（例えばタングステンヘアピンガン、ランタン−ヘキサボライドガン、フィールドエミッションガン又は熱イオンショットキーエミッタ）から来る。少なくとも１つのアノード３が、粒子ソース２の下方に置かれており、荷電粒子を引きつけ且つ加速する。荷電粒子を加速するために、荷電粒子ソース２は、例えば、−０．５ｋＶの負電位に保たれる。一方、アノード３は、例えば＋１０ｋＶの正電位に保たれる。
【００４５】
アノード３の次にはコンデンサレンズ５がある。コンデンサレンズ５は、荷電粒子を細いビームに集中させ、そのビームを光軸６'（対物レンズ１０の光軸６ではない）に沿って導く。その後、荷電粒子ビーム４は、荷電粒子ビーム４を対物レンズ１０の光軸６に向かって方向づける、２ステップ型偏向ユニットの第一段階１２Ｂに入る。光軸６への途中、荷電粒子ビーム４は、対物レンズの光軸６上に置かれた粒子ミラー１４を通過する。荷電粒子ビーム４は、粒子ミラー１４の中に配置されたドリフト領域２６（ドリフト管）を介して粒子ミラー１４を通過する。粒子ミラー１４の中に配置されたドリフト領域２６によるため、荷電粒子ビーム４は、基本的には乱されないで、粒子ミラー１４を通過する。従って、荷電粒子ビームを修正するために追加の手段を必要としない。その後、荷電粒子ビーム４は、荷電粒子ビーム４を光軸６の方向に再方向づける、２ステップ型偏向ユニット１２の第二段階１２Ｃに入る。
【００４６】
偏向ユニット１２Ｃの次には、荷電粒子ビーム４の焦点を試料８上に合わせる対物レンズ１０がある。荷電粒子を減速させるために試料８は接地されているので、荷電粒子（通常は電子）は、例えば０．５ｅＶのエネルギーで試料８に達する。
【００４７】
対物レンズ１０の内部は高い正電位（例えば、＋１０ＫＶ）にあるので、試料８から出る二次電子４４は、対物レンズ１０内へ引き寄せられ、粒子ミラー１４に向かって加速される。二次電子４４は、偏向ユニット１２Ｃを通過し、粒子ミラー１４の方へ移動する。偏向ユニット１２Ｃを通過することによって、二次電子４４もまた偏向する。図５に示される例示では、偏向ユニット１２Ｃは、磁気偏向ユニットである。よって、二次電子４４は、第一電子ビーム４に対して反対方向に偏向される。従って、第一電子ビームと二次電子とは、第一電子ビーム４に負の影響を及ぼすことなく、分離される。
【００４８】
二次電子４４は、粒子ミラー１４の偏向領域２５を打ち、検出器１６に向かって偏向される。図５に示された本発明の実施形態では、粒子ミラー１４は、光軸６に対して４５度の角度αだけ傾いている導電性偏向格子４１を備えている。更に、導電性偏向格子４１は、所定のエネルギーよりも小さなエネルギーの全粒子を偏向させるに十分な、所定の電位に保たれる。この例示においては、導電性偏向格子４１は、検出器１６に向かって試料８から来る全二次電子を偏向させるために、＋５ＫＶよりもわずかに低い電位に保たれている。これによって、粒子の退出経路とミラーの前部表面に垂直な軸との間の角度βoが、粒子の到来経路とミラーの前部表面に垂直な軸との間の角度βiに等しくなるように、二次電子は偏向される。
【００４９】
対物レンズ１０内部の高レベルの正電位（この実施形態では＋１０ｋＶ）のため、後方散乱電子４５も、対物レンズ１０内に引かれ、粒子ミラー１４に向かって加速される。従って、後方散乱電子４５も粒子ミラー１４の偏向領域２５に衝突する。しかし、二次電子４４と比べて相対的に高いそれらのエネルギーのため、導電性偏向格子４１の電位は、後方散乱電子４５を偏向するには十分ではない。従って、後方散乱電子は、導電性偏向格子４１を通過し、導電性偏向格子４１の後方に配置されている第二検出器２４に到達する。第二検出器２４も、いろいろな検出器の型から選択してもよい。このサンプルでは、第二検出器２４はシンチレータでもあり、光導波路を介してフォトマルチプライヤに接続されている。後方散乱粒子と関係がある情報が不要である場合、第二検出器２４は、後方散乱粒子４５を吸収する粒子吸収装置に置き換えられてもよい。粒子吸収装置は、例えば、誘電材により形成されてもよい。
【００５０】
図５に見られるように、ミラー１４のドリフト領域２６は、対物レンズ１０の光軸６から遠く離れて位置し、１０度以内の角度γの範囲内で試料８から到来する荷電粒子の全ては、対物レンズの光軸から計測されるように、ミラー１４の偏向領域２５に衝突する。これは、特に高度の微細構成を有する試料に対し、試料から到来する電子のほとんどが検出されるという利点がある。
【００５１】
試料にわたる荷電粒子ビームを走査すること、検出器１６の出力を表示／記録すること、更に／又は、第二検出器２４の出力を表示／記録することにより、試料の表面イメージが形成される。
【００５２】
本発明による第四実施形態は、概略的に図６に示されている。荷電粒子ビーム４は、通常は電子ビームであるが、荷電粒子ソース２（例えば、タングステン−ヘアピンガン、ランタン−ヘキサボライドガン、フィールドエミッションガン、又は熱イオンショットキーエミッタ）から到来する。少なくとも１つのアノード３が粒子ソース２の下方に配置され、荷電粒子を引き寄せて加速する。荷電粒子を加速するには、荷電粒子ソース２は、負電位（例えば、−０．５ｋＶ）に維持され、アノード３は正電位（例えば、＋１０ｋＶ）に維持される。
【００５３】
アノード３の次にはコンデンサレンズ５が続き、コンデンサレンズ５は、荷電粒子を微細ビームに収束し、そのビームを光軸６に沿って導く。光軸６に沿った光路で、ビーム４は粒子ミラー１４を通るが、粒子ミラー１４は対物レンズ１０の光軸６上に置かれている。荷電粒子ビーム４は、粒子ミラー１４の中央部に配列されたドリフト領域２６（ドリフト管）を介して粒子ミラー１４を通過する。粒子ミラー１４内に配置されたドリフト領域２６のため、荷電粒子ビーム４は、基本的に乱れることなく、粒子ミラー１４を通過する。
【００５４】
粒子ミラー１４の次には、粒子ビーム４を試料８上に焦点を絞るために、対物レンズ１０が続く。荷電粒子を減速するために、試料８は接地され、荷電粒子は、通常は電子であるが、この例では０．５ｋｅＶのエネルギーで試料８に衝突する。
【００５５】
対物レンズ１０内部の高レベルの正電位のため（この例では＋１０ｋＶ）、試料８から漏出する二次電子は、対物レンズ１０内に引かれ、粒子ミラー１４に向かって加速される。二次電子４４は、粒子ミラー１４の偏向領域２５に衝突し、検出器１６に向かって偏向される。図６に示される本発明の実施形態において、粒子ミラー１４は、導電性偏向格子４１を備え、約４５度の角度αで光軸６に対し傾斜している。更に、導電性偏向格子４１は、所定エネルギー未満の全粒子を偏向するのに十分な所定電位に維持されている。この例では、偏向格子４１は、＋５ｋＶより僅かに低い電位に維持されており、試料８から到来する全ての二次電子を検出器１６に向かって偏向している。そのため、二次電子４４は、粒子の出射光路とミラー前面に直交する軸との間の角度β０が、粒子の入射光路とミラー前面に直交する軸との間の角度β１に等しくなるような方法で、偏向されている。
【００５６】
検出器１６への光路上で、二次電子４４は、検出器１６の前に置かれているハイパスフィルタ３０を通り、所定エネルギーを越えるエネルギーを有する粒子だけを検出器１６に入力させている。ハイパスフィルタ３０は、導電性フィルタリング格子３１を備え、更に、フィルタリング格子３１の前に配置されたスクリーニング格子３２を備えている。ローパスフィルタ１４（粒子ミラー）とハイパスフィルタ３０の組合せにより、どんな帯域のエネルギーをも検出のために選択することができ、そのため、試料の物質的コントラストや他の特徴を強調することができる。
【００５７】
対物レンズ１０の高レベルの正電位（この例では、＋１０ｋＶ）のため、後方散乱電子４５も対物レンズ１０内に引かれ、粒子ミラー１４に向かって加速される。従って、後方散乱電子４５も、粒子ミラー１４の偏向領域２５に衝突する。しかし、二次電子と比較して相対的に高いこれらのエネルギーのため、導電性偏向格子４１の電子は、後方散乱電子を偏向するには十分ではない。従って、後方散乱電子４５は導電性偏向格子４１を通過し、導電性偏向器の後方に置かれている粒子吸収装置２３に到達する。
【００５８】
試料全体を荷電粒子ビームで走査し、検出器１６の出力を表示／記録することにより、試料表面のイメージが形成される。
【００５９】
例示的実施形態を参照して本発明は説明されているが、当業者は、添付請求項に規定された本発明の範囲及び精神を逸脱することなく、様々なインプリメンテーションや変形が可能であることを理解するであろう。例えば、粒子コラムの特定構成により、粒子ミラーが４５度以外の角度に傾斜し得ることは、容易に明白であろう。同様に、いろいろな電圧値は一例として提示されているにすぎず、他の数値を使用してもよい。また、ミラーと検出器のフィルタ構成は、いろいろな程度、組合せで実施可能であり、本願で開示されたどんな実施形態に対し、いかなる組合せでも、容易に適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態に従う荷電粒子装置の概略立断面図である。
【図２】図１で用いられている粒子ミラーの拡大図である。
【図３】本発明の第２の実施形態による荷電粒子装置の概略縦断面図である。
【図４】図３で用いられている粒子ミラーの拡大図である。
【図５】本発明の第３実施形態による荷電粒子装置の概略縦断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態による荷電粒子装置の概略縦断面図である。
【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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