高スループットＳＥＭツール
走査荷電粒子ビーム装置が説明される。走査荷電粒子ビーム装置は、一次電子ビームを放出するためのビームエミッタと、試料上にビームを走査させるための第１の走査段と、一次電子ビームから信号電子ビームを分離するように適応されたアクロマチックビームセパレータと、信号電子を検出するための検出ユニットと、を含む。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
[0001]本発明は、ビーム電子顕微鏡、特に、半導体産業のための高スループットツールに関する。より詳細には、ビーム走査荷電粒子ビーム装置、ビーム走査荷電粒子ビーム装置を操作する方法、及びビーム走査荷電粒子ビーム装置の使用に関する。
【発明の背景】
【０００２】
[0002]近代的な半導体デバイスは、設計者の意図した機能を集合的に具現化する約２０−３０パターン層のコンポーネントである。一般的に、設計者は、チップの機能性を、ＶＨＤＬのような高レベルの行動設計言語で記述し、次いで、一連のＥＤＡツールがその高レベル記述をＧＤＳＩＩファイルへと変換する。ＧＤＳＩＩファイルは、異なる層のパターンを記述する多角形及び他の形状の幾何学的記述を含む。デバイスを形成するのに使用される製造プロセスのためのプロセス設計ルールを付随するＧＤＳＩＩファイルは、レイアウト上での意図された幾何学構造を関連公差と共に記述する。
【０００３】
[0003]近代的なホトリソグラフィーは、ステッパー波長を１９３ｎｍに保ちながら９０ｎｍから４５ｎｍ及び３２ｎｍまで移動することに関連したものを含む多数の難題を提示している。これは、意図されたレイアウト幾何学構造を、ＧＤＳＩＩファイルの後解像度向上技術（ＲＥＴ）形態へと更に変換することを要求する。この新規なＧＤＳＩＩファイルは、光学的接近度補正（ＯＰＣ）及びマスク技術に対するパターン変更を含む。意図された幾何学構造をウェハ上にプリントするには、ＯＰＣ補正、マスク形成及びステッパー条件の複雑なセットが要求される。
【０００４】
[0004]以上に鑑み、半導体技術は、ナノメートルスケール内で試料を構造化し探知するための高い需要を生み出した。マイクロメートル及びナノメートルスケールのプロセス制御、検査及び構造化は、ほとんどの場合、荷電粒子ビームで行われる。探知又は構造化は、ほとんどの場合、荷電粒子ビーム装置において発生されて収束される荷電粒子ビームで遂行される。荷電粒子ビーム装置は、例えば、電子顕微鏡、電子ビームパターンジェネレータ、イオン顕微鏡及びイオンビームパターンジェネレータである。荷電粒子ビーム、特に、電子ビームは、同等の粒子エネルギーにおいて波長が短いために、光子ビームに比して優れた空間的解像度を与える。
【０００５】
[0005]半導体製造の場合、幾何学的構造を全体的に走査するためのツールでは、スループットが著しく制限される。ＣＤ−ＳＥＭ解像度が１ｎｍと仮定すれば、１０ｍｍ２ダイは、１０Ｅ１４ピクセルを含む。従って、レイアウト全体をカバーするには、高速検査アーキテクチャーが望まれる。
【０００６】
[0006]高スループットの電子ビームシステムは、例えば、高速ウェハ検査に使用できる複数の電子ビームを伴うシステムで、一般的には、数センチメートル範囲の間隔を有する従来の単一ビームカラムのアレイによるか、又はビームのアレイを伴う単一カラムによって実現される。後者のケースにおいて、ビームアレイは、１０μｍ−１００μｍ範囲の比較的小さな電子ビーム間隔を有している。従って、数百又は数千といった多数のビームを使用することができる。しかしながら、ビームの個々の補正が困難である。
【０００７】
[0007]電子ビーム光学系を利用して、望ましい信号対雑音比（ＳＮＲ）及び解像度内でチップ層の全幾何学構造を走査し、設計上意図されたＧＤＳＩＩファイル、即ち元のＧＤＳＩＩファイルに対してウェハパターンの幾何学構造を抽出し且つ検証できるようにするツールを提供するには、改良型で且つ異なるシステム設計を考慮しなければならない。
【概要】
【０００８】
[0008]以上に鑑み、独立請求項１に記載の荷電走査粒子ビーム装置と、独立請求項１５に記載の荷電粒子ビーム用のアクロマチックビーム偏向器を操作する方法が提供される。
【０００９】
[0009]一実施形態によれば、走査荷電粒子ビーム装置が提供される。この装置は、一次電子ビームを放出するためのビームエミッタと、試料上にビームを走査させるための第１の走査段と、一次電子ビームから信号電子ビームを分離するように適応されたアクロマチックビームセパレータと、信号電子を検出するための検出ユニットとを備えている。
【００１０】
[0010]ここに説明する実施形態と結合できる更に別の効果、特徴、態様及び細部は、従属請求項、説明及び図面から明らかとなろう。
【００１１】
[0011]別の実施形態によれば、光学軸を有する荷電粒子ビーム用のアクロマチックビーム偏向器を操作する方法が提供される。この方法は、偏向する静電双極フィールドを設けるステップと、偏向する磁気双極フィールドを設けるステップと、磁気双極フィールド及び静電双極フィールドに四極フィールドを重畳させるステップとを備え、静電双極フィールド及び磁気双極フィールドは、アクロマチックビーム偏向を設けるように互いに調整され、且つ四極フィールドは、軸ずれした荷電粒子ビームのビーム傾斜を補正するように調整される。
【００１２】
[0012]また、これらの実施形態は、ここに開示する方法を実施する装置であって、ここに説明する各方法ステップを遂行するための装置部分を含む装置にも向けられる。これら方法ステップは、ハードウェアコンポーネント、適当なソフトウェアでプログラムされたコンピュータ、それら２つの組み合わせ、或いは他の仕方で遂行されてもよい。更に、本発明による実施形態は、ここに説明する装置を操作する方法にも向けられる。これは、装置の各機能を実行するための方法ステップを含む。
【００１３】
[0013]本発明の前述した特徴を詳細に理解できるように、概要について簡単に前述した本発明を、その実施形態を参照して、詳細に説明する。添付図面は、本発明の実施形態を例示したものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ここに説明する実施形態による高スループット走査電子ビーム装置の概略図である。
【図２Ａ】ここに説明する実施形態によるビーム走査電子ビーム装置のためのアクロマチックビームセパレータの概略図である。
【図２Ｂ】ここに説明する実施形態によるビーム走査電子ビーム装置のためのアクロマチックビームセパレータの別の概略図である。
【図２Ｃ】ここに説明する実施形態によるアクロマチックビームセパレータ及びその軸ずれ補正を示す概略拡大図である。
【図２Ｄ】ここに説明する実施形態によるアクロマチックビームセパレータ及びその更に別の軸ずれ補正を示す概略拡大図である。
【図３Ａ】ここに説明する実施形態によるアクロマチックビームセパレータに対するモデルシミュレーションの結果を示す。
【図３Ｂ】ここに説明する実施形態によるアクロマチックビームセパレータに対するモデルシミュレーションの結果を示す。
【図３Ｃ】ここに説明する実施形態によるアクロマチックビームセパレータに対するモデルシミュレーションの結果を示す。
【図３Ｄ】ここに説明する実施形態によるアクロマチックビームセパレータに対するモデルシミュレーションの結果を示す。
【図３Ｅ】ここに説明する実施形態によるアクロマチックビームセパレータに対するモデルシミュレーションの結果を示す。
【図４】ここに説明する実施形態による走査電子ビーム装置の検出スキームを示す概略図である。
【図５】ここに説明する実施形態による更に別の高スループット走査電子ビーム装置の概略図である。
【発明の詳細な説明】
【００１５】
[0014]図面に１つ以上の実施例が示された本発明の種々の実施形態について以下に詳細に説明する。各実施例は、本発明を例示するためのもので、本発明をそれに限定するものではない。例えば、１つの実施形態の一部分として示され又は説明された特徴を他の実施形態に又はそれに関連して使用して、更に別の実施形態を生み出すこともできる。本発明は、このような変更及び修正を含むことが意図される。
【００１６】
[0015]本出願の保護の範囲を限定することなく、以下、荷電粒子ビーム装置又はそのコンポーネントは、例えば、二次電子の検出を含む荷電粒子ビーム装置とも称される。また、本発明は、試料の映像を得るために、電子又はイオン、光子、Ｘ線又は他の信号の形態の二次及び／又は後方散乱荷電粒子のような小体(corpuscle)を検出する装置及びコンポーネントにも適用することができる。
【００１７】
[0016]一般的に、小体と言うときには、それは、小体が光子である光信号として、及び小体がイオン、原子、電子又は他の粒子である粒子として理解されたい。
【００１８】
[0017]図面についての以下の説明の中で、同じ参照番号は、同じコンポーネントを指す。一般的に、個々の実施形態に対する相違についてのみ説明する。
【００１９】
[0018]また、ここで「試料」と言うときには、半導体ウェハ、半導体ワークピース、及び他のワークピース、例えば、メモリディスク、等を含むが、これらに限定されない。本発明の実施形態は、材料が堆積されるワークピースや、検査又は構造化されるワークピースに適用することができる。試料は、構造化される面又は層が堆積される面、縁、及び典型的に斜面を含む。
【００２０】
[0019]走査電子顕微鏡は、ビームエミッタを含む。図１に示すように、エミッタ先端１０２をもつビームエミッタは、電子ビームを放射する。走査電子ビーム装置１００は、銃コンデンサエリア内にコンデンサレンズ１２３を備えている。ビームエミッタ内のエミッタ先端１０２は、例えば、コールドフィールドエミッタである。
【００２１】
[0020]ここに説明する幾つかの実施形態によれば、ビームは、エミッタから放射された後に、電子光学モジュール１２２／１２４を通して進む。この光学モジュールは、電子ビームを整形するために、例えば、異なるサイズの１つ以上のアパーチャーをもつアパーチャープレートを備えている。異なるサイズのアパーチャー開口が設けられる場合には、所望のアパーチャー開口を選択することによりビーム電流を選択することができる。更に、アパーチャー開口を通るビーム路を選択し、ビームを整列させ、更に／或いは非点補正を行うために偏向及び補正要素が設けられる。
【００２２】
[0021]ここに説明する実施形態によれば、エミッタは、典型的に、１ｘ１０８から１ｘ１０１２Ａｍ−２ｓｒ−１ｅＶ−１の範囲の減少輝度を有する。これは、充分な信号対雑音比で高速走査を行えるようにする。高速走査は、製造プロセスのスループット要件を満足するために望まれる。従って、「減少」という技術的用語は、輝度が荷電粒子のエネルギーへ正規化されることを意味する。
【００２３】
[0022]装置における走査は、例えば、２つの高速走査段で行うことができる。従って、２つの段は、１つの方向に少なくとも１μｍ、例えば、１０μｍから５００μｍの範囲の充分に大きな走査フィールドを許容する。単一段走査偏向は、若干減少された走査フィールドしか与えないが、多くの用途では充分である。ここに説明するいずれかの実施形態と結合できる更に別の実施形態によれば、走査速度は、典型的に、少なくとも１０ＭＨｚピクセル周波数、例えば、５０ＭＨｚから３ＧＨｚピクセル周波数の範囲とすることができる。
【００２４】
[0023]ここに説明する実施形態によれば、第１走査段は、アクロマチックビームセパレータの前に設けられ、第２走査段は、アクロマチックビームセパレータの後に設けられる。即ち、典型的に一次ビームと信号ビーム（１つ又は複数）を分離するためのアクロマチックビームセパレータが第１走査段と第２走査段との間に設けられる。ビームセパレータは、図２Ａから図２Ｃを参照して詳細に説明する。
【００２５】
[0024]ここに説明する更に別の付加的な又は代替的な具現化によれば、走査段は、静電、磁気、又は静電−磁気の組み合せ、のいずれの走査段でもよい。
【００２６】
[0025]ここに説明する実施形態によれば、ビーム走査電子ビーム装置１００は、電子ビームを収束する対物レンズであるレンズ１５０を更に含む。このレンズ１５０は、静電、磁気、又は静電−磁気の組み合せでもよい。ここに説明する他の実施形態と結合できる幾つかの実施形態によれば、装置１００は、シールド電極１４６を更に含む。これは、例えば、静電−磁気の組み合わせ対物レンズの一部分として、ビームブースト（例えば、エミッタとレンズとの間のカラムにおけるビームの２、５又は１０倍高いエネルギー）を設ける要素の一部分として、更に／或いは信号電子を加速する要素の一部分として使用することができる。
【００２７】
[0026]走査電子ビーム装置は、多数の検出要素をもつ検出アセンブリを含む。一般に、信号電子は、試料２０への一次ビームの衝撃で発生される。解放された電子は、レンズの開口に向かい且つそれを通して加速することができる。更に、信号電子は、典型的に、二次電子、オージェ電子、及び／又は後方散乱電子である。特に、磁界及び電界により設けられるアクロマチックビームセパレータ１３０は、一次ビームから信号電子を分離する。
【００２８】
[0027]図１に示すように、ここに説明するいずれかの実施形態と結合できる幾つかの実施形態によれば、信号電子は、例えば、セクタの形態の二重収束ビーム曲げ器１６０により一次ビームから更に分離させることができる。この二重収束曲げ器は、以下に詳細に説明する。
【００２９】
[0028]図１に示すように、信号電子ビーム（１つ又は複数）を収束するための収束レンズによって検出が行われる。従って、信号電子の損失を減少することができる。これは、高速走査に望まれる信号対雑音比を改善する。更に、小角度検出器１７８及び大角度検出器１７２が設けられる。これら２つの検出器の間には、バイアス型プレートの形態のエネルギーフィルタが設けられる。この配列は、信号電子の効率的な高速検出を行えるようにする。１つのシンチレータ及び光電子増倍管しかもたないシステムに比して情報の量が増加される。情報量の増加は、所定の信号対雑音比における高速走査も改善する。従って、ここに説明する実施形態は、例えば、図１を参照して上述したマルチチャンネル検出を含む。
【００３０】
[0029]図１は、高スループットツールの実施例を示す。ビーム走査電子ビーム装置１００の特徴は、大電流、高解像度ＣＦＥ、２段システムによる高速及び大走査を含むか、或いは高輝度ＴＦＥ又はＣＦＥエミッタ、２段システムによる高速及び大走査を含むことができる。また、マルチチャンネル検出器による高速多観点（a fast multi-perspective）検出も含む。従って、高速検出に対して信号対雑音比を改善するために、典型的に、二次電子、オージェ電子及び後方散乱電子を測定することができる。従って、検出要素は、二次電子、オージェ電子及び／又は後方散乱電子を感知する。幾つかの実施形態によれば、更に、エネルギー及び／又は角度の感度を設けることができる。
【００３１】
[0030]一般的に、幾つかの実施形態によれば、半導体製造プロセスの運転に対する強靭性は、カラムサイズの減少で設けることができる。従って、光学軸に沿った長さ寸法、即ち一般的にカラムの高さは、１００から４００ｍｍの範囲で設けることができる。
【００３２】
[0031]更に別の実施形態によれば、エミッタ、即ち銃のコンデンサエリアは、次のように設けることができる。一実施形態によれば、単一エミッタ電子銃、典型的に、ＴＦＥソースを使用することができる。更に別の実施形態によれば、仮想ソースｚ位置（ｚは光学軸を表す）を調整し、更に／或いはアパーチャーを対物レンズアレイと一致させるためのコンデンサを含ませることができる。更に別の代替的又は付加的な変形例によれば、アパーチャーを整列させるためにアパーチャー用のＸ−Ｙ段を設けることができる。典型的に、例えば、電気−磁気整列を有することができる。更に別の付加的な又は代替的な変形例によれば、機械的なアパーチャー段を設けることができる。
【００３３】
[0032]ここに説明するいずれかの実施形態と結合できる他の実施形態によれば、静電偏向要素及び磁気偏向要素を有するアクロマチック偏向器１３０又はアクロマチックビームセパレータ１３０を設けることができる。図１においては、磁気偏向要素を示すために磁界が指示されている。アクロマチック偏向器１３０は、一次電子ビームを偏向し、一次電子ビームを、二次電子ビーム（１つ又は複数）、即ち信号電子から分離する。
【００３４】
[0033]図２Ａは、アクロマチックセパレータの拡大図である。最先端の電子ビーム装置は、そのほとんどが、一次及び二次ビームのビーム分離のために磁気偏向器又はウィナーフィルタを使用している。従って、ｚ軸（光学軸）に直角の、実質的に垂直の静的な電界及び磁界が使用される。イオンに作用する力は、クーロン力、
【００３５】
【数１】
【００３６】
[0034]及びローレンツ力、
【００３７】
【数２】
【００３８】
によって与えられる。
【００３９】
[0035]両方とも長さ１である電界及び磁界中のイオンの偏向角度は、次の式で記述することができる。
【００４０】
【数３】
【００４１】
[0036]図２Ａは、アクロマチック曲げ器又はアクロマチックビームスプリッタ１３０の一実施形態を示す。ここでは、コイル巻線１６３及びプレート形状の電極１６５が示されている。コイル１６３は、磁界３１を発生する。この磁界は、電子ビーム１７０のための磁力３２を発生する。この磁力は、式２に基づいて発生される。磁界３１に実質的に垂直に、電極１６５間に電界が発生される。従って、磁気力とは実質的に反対の電気力３３が発生される。
【００４２】
[0037]図２Ａに示す実施形態は、垂直の均一の磁界及び電界を発生する。図２Ａにおいては、電子がアクロマチック偏向器に入るときに電子ビーム路１７０が軸１４２に対して若干傾斜される。電子は、アクロマチック偏向器に侵入した後に本質的に軸１４４に沿って進行するようにアクロマチック偏向器内で偏向される。これは、式３の導関数に鑑み、理解することができ、即ち次の通りである。
【００４３】
【数４】
【００４４】
[0038]偏向角は、磁気力が電気力の２倍に等しいという条件が満足される場合に、電子の速度とは独立したものになる。図２Ａにおいて、これは、力を指示する矢印３２及び３３の長さで示される。
【００４５】
[0039]ここに示す実施形態では、アクロマチック偏向器１６２は、少なくとも次の特徴の１つによって説明することができる。一実施形態によれば、２０から８０アンペアターン（Ａターン）、例えば、４０Ａターンを設けることができる。更に別の実施形態によれば、約１０から４００のコイル巻線を設けることができる。別の実施形態によれば、５０から５００のコイル巻線を設けることができる。それでも、更に多くのコイル巻線、例えば、数千までのコイル巻線を設けることが考えられる。
【００４６】
[0040]
[0041]なお更に別の実施形態によれば、アクロマチック偏向角は、０．３°から７°である。更に別の実施形態によれば、偏向角は、１°から３°である。
【００４７】
[0042]図２Ａに示すアクロマチックビーム偏向器又はビームスプリッタは、本発明に基づいて使用することができる。従って、上述したように、静電偏向は、次のように表される。
【００４８】
【数５】
【００４９】
[0043]更に、磁気偏向は、次のように表される。
【００５０】
【数６】
【００５１】
[0044]上述したように、磁気偏向が静電偏向のマイナス２倍に等しい場合には、色収差（分散）を伴わない偏向を実現することができる。
【００５２】
[0045]図２Ｂに示されてここに説明する幾つかの実施形態によれば、実質的に純粋な双極フィールドを含むシステムを使用することができる。図２Ｂは、８個の電極及び極片を有するシステムを示す。コア５６４は、絶縁体５６３を経てハウジング５６６に接続される。コア、ひいては、極片を励起するためのコイルは、コア５６４の周りに巻かれる。コアの他端には電極−極片５６７／８が設けられる。例えば、図２Ａに示す偏向ユニットを使用する実施形態によれば、磁界及び電界に対して同様にフリンジフィールドを与えて、非常に純粋な双極フィールドを発生することができる。しかしながら、８個のコイル及び８個の電極を含むシステムは、より多くの電流源及び電圧源を必要とし、コストが増加される。その結果、ここに説明する実施形態に対して２つの極（電気及び磁気）を各々有する最適化されたシステムを典型的に使用することができる。
【００５３】
[0046]一般的に、ここに説明する実施形態は、高スループット、高解像度の像形成システムに関する。像形成システム（ビーム走査電子ビーム装置）は、球面収差及び色収差の低い高性能対物レンズを伴うビームシステムと、一次及び二次の電子ビームを分離するための低操作ビームセパレータと、マルチチャンネル信号検出部とを含むことができる。
【００５４】
[0047]図２Ｃに示すように、幾つかの実施形態によれば、電子ビームが光学軸に平行な共通のアクロマチックビームセパレータに入らない場合には、全ての電子ビームに対して上述したアクロマチック条件を満足することができない。アクロマチック偏向器の上に第１の走査段が設けられることに鑑み、特に大きな走査エリアでは無視できないビーム傾斜が生じ得る。
【００５５】
[0048]図２Ｃは、静電偏向要素１３２及び磁気偏向要素１３４を有するアクロマチックビームセパレータ１３０に入る３つの例示的な電子ビームを示している。説明を容易にするために、ビームは、互いに隣接して描かれている。これにより、中央のビームは、上述したアクロマチック条件を満足するように示されている。しかしながら、他の２つの電子ビームは、対物レンズアセンブリ１５０の光学軸２に対して指示される傾斜角が中央の電子ビームとは異なり、各々、傾斜軸４及び４’を有する。従って、傾斜した電子ビームの場合に、アクロマチックビームセパレータは、全ての電子ビームに対して完全にアクロマチックではなく、従って、低収差ビームセパレータとして表すことができる。
【００５６】
[0049]幾つかの実施形態によれば、図２Ｃに示すように、四極要素等の形態の傾斜補正電子ビーム光学系１４０を設けることができる。これにより、中央の電子ビームに平行ではなく且つアクロマチックに偏向される左電子ビーム及び右電子ビームの軸４及び４’で各々示された補正ビーム傾斜を傾斜補正電子ビーム光学系に導入することができる。従って、対物レンズへの垂直ランディング及び整列のために導入されるビーム傾斜−αｔｉｌｔ及びαｔｉｌｔを導入することができる。従って、電子ビームは、補償の後、対物レンズ１５０を平行に通過する。
【００５７】
[0050]更に別の実施形態によれば、図２Ｄに示すように、静電偏向要素１３２’及び磁気偏向要素１３４’を有するアクロマチックビームセパレータ１３０’は、このアクロマチックビームセパレータ１３０’の中心軸を通過しない電子ビームに対するアクロマチックビーム偏向を調整する四極要素により与えられる重畳四極フィールドによって補償することができる。図２Ｂについて示したように、アクロマチックビーム偏向器は、八極要素によって実現することができる。この八極要素は、アクロマチックビームセパレータを軸ずれして通過する電子ビームに対して調整されたビーム偏向を行えるようにする。これにより、電子ビームは、図２Ｄに示すように、所望の方向に沿ってアクロマチックビームセパレータを出ることになり、要素１４０のようなビーム傾斜偏向器の分散を回避することができる。
【００５８】
[0051]幾つかの実施形態によれば、走査電子顕微鏡は、信号電子を侵入させるよう適応されるビーム曲げ器（例えば、図１の１６０を参照）を有することができる。一次ビームが試料に収束された後に、一次荷電粒子のビームは、試料との異なる相互作用を受けて、二次粒子を形成する（ここで、「二次粒子」という語は、試料を去る全ての粒子を含むものと理解されたい）。これら二次粒子ビームは、偏向器１３０を通して進む二次電子、オージェ電子及び後方散乱電子を含むもので、これらは、例えば、偏向器１３０に向かって加速され、ビーム曲げ器１６０に向かって偏向される。
【００５９】
[0052]一般的に、ここに開示する実施形態と結合されてもよい曲げセクタのようなビーム曲げ器は、静電、磁気、又は静電−磁気の組み合わせでよい。静電曲げセクタに要求されるスペースは、磁気部を含むセクタに必要とされるスペースより小さいので、典型的に静電セクタが使用される。静電曲げセクタは、丸い形状にされた２つの電極でよい。セクタは、負に荷電された電極と、電子ビームを曲げるように働く正に荷電された電極とを有することが可能である。これにより、電子ビームは、１つの次元に収束され、更に、高速検出に影響を及ぼし得る飛行時間作用を回避するために高いエネルギーに保持される。第２の次元における収束は、四極要素において、静電サイドプレート又は円筒状レンズにより行うことができる。これにより、例えば、二重収束セクタユニットの形態の二重収束曲げ器を設けることができる。
【００６０】
[0053]これにより、二次荷電粒子のビームは、一次荷電粒子のビームに対して約９０°偏向することができる。しかしながら、３０°から１１０°の他の値、典型的に、４５°から９５°の間または６０°から８５°の間の他の値も考えられる。偏向に加えて、ビームは、典型的に、既に述べたように、収束もされる。曲げセクタを適用する１つの効果は、二次荷電粒子のビームを、一次荷電粒子ビームの直接的な近傍から離れるようにガイドすることである。従って、分析ツールを、一次荷電粒子ビーム付近の限定されたスペースに適合させる必要なく、更には、一次荷電粒子ビームとの望ましからぬ相互作用を招くこともなく、荷電粒子ビーム装置に適用することができる。
【００６１】
[0054]付加的なサイドプレートが任意に設けられる電極に代わって、曲げセクタは、半球状のセクタでよい。半球状のセクタは、ビームの二次元収束を行えるようにする。従って、二重収束セクタユニットのための付加的な収束ユニットは、必要とされない。一般的に、静電ビーム曲げセクタは、円筒状又は半球状のいずれでもよい。円筒状の形式は、ビームが曲げられるときに二次電子が一方の平面では収束されるが他方の平面では収束されないということで苦慮する。半球状の曲げセクタは、二次ビームを両方の平面において収束させる。円筒状セクタは、横方向平面において収束を得るようにバイアスされたサイドプレートと共に使用して、半球状セクタと同様の収束特性を生じさせることができる。
【００６２】
[0055]ここに説明する他の実施形態と結合できる一実施形態として使用されてもよいアクロマチックビームセパレータ又はビーム偏向器の１つのモデルは、以下のように説明することができる。内径３６ｍｍ、２ｍｍｘ２ｍｍのＸ区分、及び４０アンペアターンを有するサドルコイルは、更に、約３０ｍｍの長さを有してもよい。６０°の角度のサドルコイルは、六極コンポーネントを減少又は回避することができる。更に、それとは別に、角度が４２°及び７８°のコイルの組み合わせは、六極及び十極コンポーネントを減少又は回避することができる。静電偏向器、即ち図２Ｂに示す電極は、内径１６ｍｍ及び長さ３０ｍｍの光学的幾何学構造を有してもよい。更に、カラム電圧に対して（静的に）浮動する±５００Ｖの偏向電圧を設けることができる。図２Ｂを参照して説明したように、ｘ、ｙ＝０．７０７１・Ｘ、Ｙである場合には、六極及び十極コンポーネントを減少又は回避することができる。このモデルの場合、カラム電圧は、９．５ｋｅＶとして与えられ、即ち電圧は、一般的に、カラム内にビームブーストを設けるために増加された電位（例えば、５倍、１０倍、又は２０倍もの増加）にセットすることができ、また、ランディングエネルギーは、各々、５００ｅＶ又は１ｋｅＶである。
【００６３】
[0056]図３Ａは、ビームセパレータのシミュレーション結果を示す。偏向は、ある程度の非点収差を生じさせる。しかしながら、非点収差は、補正するに充分なほど小さなものである。補正された非点収差が、図３Ｂに示されている。これにより、スポット直径は、図３Ａの２４ｎｍから図３Ｂの約１ｎｍへ減少することができる。図３Ｃ及び図３Ｄは、更に、上述したアクロマチックビームセパレータ又はアクロマチックビーム偏向器が付加的な色収差を導入しないことを示している。これにより、図３Ｃは、ビームセパレータがない場合のスポットを示し、図３Ｄは、ビームセパレータがある場合のスポットを示す。図３Ｃ及び図３Ｄにおいて、実質的な相違は見られない。図３Ｅは、ビームセパレータの更に別のシミュレーションを示し、６０°サドルコイルを伴う大ビームＸ区分を示している。図３Ｅに見られるように、著しい付加的な収差、例えば、「六極」コマ、が導入されることはない。従って、大直径の６０°サドルコイルは、ここに説明するアクロマチック又は低収差ビームセパレータの実施形態に対して充分であると考えられる。
【００６４】
[0057]また、シミュレーションで示すことができるように、アクロマチックビーム偏向器は、試料へのランディングエネルギーのエネルギー変化に非常に敏感というのではない。従って、偏向が小さい場合は、エネルギー変化に対する公差を減少することができる。小さなエネルギー変化に対して偏向器を調整し直す必要はない。
【００６５】
[0058]例えば、分光計を含んでもよい、検出に関する更に別の代替的又は付加的な具現化を以下に説明する。従って、図４を一部分参照して説明する。一般的に、アクロマチックビームセパレータは、一次電子ビームに対してはアクロマチックと考えられるが、二次信号ビームについては分散を導入することがある。理解を容易にするため、図４は、１つの一次ビーム及び１つの信号ビームしか示していない。しかしながら、複数の信号ビームについても、同じ原理を使用することができる。
【００６６】
[0059]アクロマチックビーム偏向器は、信号ビームを一次ビームから分離し、３つの異なるビームで示された分散を導入する。例えば、セクタの形態のビーム曲げ器に侵入した後に、参照番号４７４で示された分散映像の平面で分散を見ることができる。レンズ４７２は、異なる信号ビームエネルギーに対応する異なる仮想映像をサブ検出要素４７１に結像する。これにより、エネルギーフィルタリングを実現することができる。
【００６７】
[0060]中心ビームのビーム線が、図４に示されている。曲げセクタ１６０の直後に交差があることが明らかである。また、一般的に、他の実施形態によれば、曲げ器１６０の直後に、典型的には、異なる信号エネルギーをもつ異なる信号ビームの焦点に、サブ検出要素が位置されてもよい。しかしながら、レンズ４７２は、エネルギーの広がりを像形成及び拡大することができる。従って、異なるΔＥチャンネルの高速且つ並列の検出を実現することができる。これは、例えば、ドーパントプロフィールのための元素マッピング又は電位マッピングに使用されてもよい。
【００６８】
[0061]上述したように、アクロマチックビームセパレータ及び／又はビーム曲げ器は、信号電子及び一次電子を分離する。一般的に、この分離により検出システムの機械的構成を簡単化することができる。上述したように、検出は、一次及び二次ビームアレイの分離により改善することができる。このケースでは、磁界、或いは静電界と磁界の組み合せに基づくビームセパレータは、一次ビームアレイの経路から二次ビームアレイを分離することができる。ここに説明する幾つかの実施形態によれば、例えば、図２Ａ−２Ｄを参照して説明したアクロマチックビームセパレータを使用することができる。「完全」な分離は、検出器の設計を簡単化し、エネルギー及び／又は角度弁別のための要素、例えば、エネルギーフィルタ及び分光計、及び／又は環状多観点検出のための要素を容易に一体化できるようにする。更に別の付加的な又は代替的な具現化によれば、検出システムは、セクタフィールドベースの分光計、遅延フィールド分光計、環状制御のためのレンズ、静列及び選択のための偏向器、等を含むことができる。従って、ここに説明する典型的な実施形態によれば、分離、フィルタリング、整列、環状制御が設けられる。
【００６９】
[0062]更に別の代替的又は付加的な実施形態によれば、二重収束曲げ要素、例えば、曲げセクタ、典型的に、球状静電セクタ配列体が設けられる。典型的に、ビーム検出器は、セクタの焦点付近に位置されて、例えば、異なるビーム間のクロストークを回避することができる。スペースの必要性を改善するために、光電子増倍管（ＰＭＴ）を伴うシンチレーション検出器が設けられ、ビームのためにそれらの間に例えば光ガイドが設けられる。これにより、ＰＭＴアレイのための充分なスペースを実現することができる。ここに説明する他の実施形態と結合できる更に別の実施形態によれば、検出器又は検出チャンネル上で信号電子の機械的及び／又は電磁的整列を設けることができる。複数のチャンネルの並列検出に鑑み、チャンネルごとに個々の検出電子装置をもたせることが更に考えられる。
【００７０】
[0063]ここに説明する他の実施形態と結合できる幾つかの実施形態によれば、高スループットツールを設けるためのシステムは、典型的に、低電圧システムでよく、即ち試料に対して低いビームエネルギーをもつものでよい。このエネルギーは、例えば、１００ｅＶから５ｋｅＶの範囲でよい。典型的に、低電圧ビームエネルギーは、例えば、８から１０ｋｅＶ又は７から１５ｋｅＶの高いビームエネルギーでカラム内に電子を進行させることが考えられる。このビームブースト原理は、短い飛行に鑑み、カラム内の電子−電子の相互作用を減少することができる。更に別の代替的又は付加的な具現化によれば、カラムのコンポーネントを接地電位とする一方、エミッタ及びウェハを高電位とすることができる。これにより、走査モジュール、ビームセパレータ及び曲げ器を接地電位とすることができる。これは、特に、共通の電子ビーム光学要素を簡単化する。
【００７１】
[0064]ここに説明する他の実施形態と結合できる幾つかの実施形態によれば、大きな角度で放出する高輝度ソースエミッタを使用して、高プローブ電流を実現することができる。例えば、大きなエミッタ曲率半径（例えば、０．５μｍ以上、又は１μｍ以上のこともある）をもつＴＦＥのような熱フィールド放出カソードを使用することができる。他の実施形態によれば、ＣＦＥ、ショットキーエミッタ、等を使用することができる。
【００７２】
[0065]ここに説明する他の実施形態と結合できる更に別の実施形態によれば、システムの仕様は、サンプルにおいて１０ｐＡから１０ｎＡ、例えば、１００ｐＡから１ｎＡの範囲のプローブ電流を含むことができる。更に、ここに説明するシステムに使用されるスポットの直径は、１ｎｍから５０ｎｍ、典型的に、１ｎｍから２０ｎｍの範囲でよい。
【００７３】
[0066]ここに説明するシステムの更に別のオプションは、例えば、図２Ｂに示す八極要素により発生できる重畳電気−磁気四極をもつアクロマチックビームセパレータを含んでもよい。この四極は、ビームが対物レンズアレイを垂直入射状態で出るように、傾斜一次ビームに（一方向に）作用を及ぼすことができる。これにより、図２Ｄを参照して説明したように、アクロマチックビームセパレータに不平行ビームレットが使用される場合に、個々のビーム傾斜が要求されることはない。これにより、ビームの色収差を減少することができ、従って、スポットサイズ、ひいては、軸ずれビームレットの解像度を改善することができる。
【００７４】
[0067]また、ここに説明する実施形態は、アクロマチックビームセパレータ（静電−磁気の双極）に静電−磁気の四極を重畳させる方法にも言及する。四極は、全システム光学軸に整列され、これにより、軸ずれビームレットを（一方向に）傾斜させて、その後の光学的要素に垂直に入れることができる。
【００７５】
[0068]ここに説明する他の実施形態と結合できる更に別の実施形態によれば、高スループット及び小プローブ直径での電子ビーム検査を次のように行うことができる。一般的に、高スループット、高解像度（試料に対して小さな電子ビームプローブ）の検査装置を設けるには、上述したように、改良された検出アセンブリ及び低い分散が要求される。これにより、ビームの分離は、改良された検出アセンブリを簡単化する。更に、解像度の必要性を高くすると、カラム内での電子−電子相互作用が低い低分散のシステムが望ましくなる。電子−電子相互作用は、例えば、ビームの交差を回避し、更に／或いはカラムの長さを短くすることで減少できる。通常のビームセパレータは、磁気、静電偏向器、又はウィナーフィルタを使用している。交差が分離要素の中心に位置されない限り、これらシステムの分散を回避することができない。しかしながら、これは、光線経路の融通性を低下させ、エネルギーの幅（ベルシュ効果／電子−電子相互作用）を増加させることがある。それとは別に、対称的偏向のための二重段ウィナーフィルタ又は付加的なコンポーネントを使用して、分散作用を減少させてもよい。しかしながら、これは、カラムの光学経路の長さを増加させるので、電子−電子相互作用によりスポットサイズを増加させる。これらの制約は、アクロマチック要素をビームセパレータとして使用することにより回避することができる。
【００７６】
[0069]図５は、上述したアクロマチックビームセパレータ及び本発明の実施形態による半球状のセクタを有する光学的システムを示す図である。この実施形態では、半球状セクタが両平面において二次電子ビームの収束をなすので、サイドプレートは不要である。
【００７７】
[0070]図５を参照すれば、一次電子ビーム５００は、プレート５１０の開口を通過し、アクロマチックビームセパレータ１３０を通過するときに曲げられる（方向を変える）。一実施例として、プレート５１０は、上述したように、カラムにおいてビームエネルギーをより高い電位にセットするビームブーストシステムの一部分である。一次電子ビーム５００は、対物レンズ５２５の開口５２０を通過し続け、半導体ウェハ５３０のようなサンプルに当たる。それにより生じる二次電子ビーム５３５は、対物レンズ５２５の開口５２０を通過し、アクロマチックビームセパレータを通過するときに曲げられる（方向を変える）。プレート５１０の開口を通過した後に、二次電子ビーム５３５は、半球状のセクタ５４０に入る。
【００７８】
[0071]このセクタに続くのは、二次電子ビームを電子検出器５６５のアクティブなエリア上の小さな（例えば、４ｍｍ直径の）スポットへと収束し、二次電子ビームのエネルギーフィルタリングを可能にする収束及びフィルタリング要素のセットである。収束は、磁気レンズ又は静電レンズのいずれかで行うことができる。静電レンズは、サイズをよりコンパクトにすると共に複雑さを低減させる。フィルタリングは、二次ビームのエネルギーを変化させなければならないので、１つ以上の静電電極を必要とする。
【００７９】
[0072]図５の実施形態において、収束レンズは、レンズ５５０を形成する３つの電極より成る簡単な静電レンズである。ＳＥ整列手段は、例えば、電極５４５及び／又は５５５を四極として設計することで組み込むことができる。二次電子フィルタ５６０は、サンプルウェハとほぼ同じ電位にバイアスされる長い円筒である。
【００８０】
[0073]レンズ５５０は、液浸レンズ又はアインツェルレンズである。ウェハがバイアスされる場合には、プレート５４５、５５５を接地することができる。
【００８１】
[0074]上述した実施形態では、四極５４５及びプレート５５５がレンズ５５０に一体化される。一般的に、本出願に示される全ての実施形態に関して、四極及び／又はプレートがレンズとは独立して設けられると考えられる。従って、適当な数のレンズ電極が設けられ、加えて、四極５４５及びプレート５５５の電極が設けられる。更に、プレート５５５に代わって、四極が設けられることも考えられる。この第２の四極は、二次電子ビームの付加的な整列を行えるようにする。
【００８２】
[0075]一般的に、二次電子ビームを収束するレンズは、分離ユニット（アクロマチックビームセパレータ）と検出器との間に位置される。典型的に、これは、偏向角増加ユニット（分離ユニット）とフィルタとの間に位置される。収束レンズは、静電（上述したアインツェルレンズを参照）、磁気、又は静電−磁気の組み合わせ、のいずれかである。典型的に、スペースの理由で、二次電子を収束するのに静電レンズが使用される。更に、二次電子ビームの収束ユニットとしてアインツェルレンズ又は液浸レンズを設けることもできる。
【００８３】
[0076]二次電子ビーム５３５を検出器上の小さなスポットへと収束することで、高速像形成が可能となる。検出器の形式は、例えば、ｐ−ｉ−ｎダイオードである。このような検出器は、大電流電子ビームシステムとして優れている。というのは、それらが小型である場合には、（ほぼ１に等しい）非常に高い量子効率及び優れた応答時間を有するからである。応答時間は、装置のキャパシタンスに比例し、また、キャパシタンスは、面積に比例する。従って、面積を最小にしなければならない。しかしながら、それ故、二次電子ビームの収束が効果的である。典型的に、ほぼ６００ＭＰＰＳ像形成速度には、４から５ｍｍ直径の検出器アクティブ面積が適当である。
【００８４】
[0077]この実施形態は、ｐｉｎダイオードを含むものとして説明したが、他の検出器が使用されてもよい。ここに開示する全ての実施形態に対して、高速シンチレーション検出器が使用されてもよいし、ｐｉｎダイオードが使用されてもよい。検出器は、典型的に、偏向角増加ユニット、即ち、例えば、前記図面におけるセクタの後方に配列される。シンチレーション検出器の場合には、二次電子ビームは、典型的に、検出器に収束されない。従って、その寿命時間が延長され、汚染が減少される。
【００８５】
[0078]通常の像形成モード（非電圧コントラスト）の場合に、収束要素の目標は、検出器に小さなスポットを形成することである。このモードでは、ＳＥビーム収束のために、フィルタ及び収束電極の両方を使用することができる。
【００８６】
[0079]電圧コントラストモードでは、フィルタ電極５６０は、ウェハ５３０の平面において（ユーザ選択可能な）設定初期エネルギーレベルより低い二次電子を拒絶するハイパスフィルタとして働く。二次電子は、セクタ５４０を出て、フィルタ電極フィールド内に交差が形成されるように減速静電レンズ（ＳＥ収束レンズ）を通して収束される。フィルタ電極５６０は、サドル電位Ｕｆを発生する電位ＵＦへとバイアスされる。これら電位は、一般的に、ウェハに対する相対的な電位である。それ故、電位がＵｆより高い状態で試料から解放される電子は、フィルタを通過することができるが、電位がＵｆより低い（又はそれに等しい）状態での電子は、フィルタを通過できずに、拒絶される。
【００８７】
[0080]電圧コントラスト像形成の典型的な用途は、ウェハ上のデバイスにおける非充填又は充填コンタクトホールである。検査されるべきデバイスのこの層は、隔離された導電性コンタクトを伴う誘電体材料のフィールドより成り、導電性コンタクトは、その下の大キャパシタンス金属層又はバルクシリコンのいずれかへ至る通路を有している。電子ビーム検査において好結果を示している１つの電圧コントラスト技術は、誘電体材料を電子ビームで５から５０Ｖの範囲の値へ正に荷電することである。それ故、荷電された誘電体から放出する二次電子は、それが脱出して検出信号に貢献するためにはその初期エネルギーが表面電荷電位より大きくなければならない。良好なコンタクトから放出される二次電子は、本質的に、接地された基板から放出され、接地された金属材料に関連した典型的な二次エネルギー分布は、ピークがほぼ２ｅＶである。次いで、初期エネルギーが（例えば）５ｅＶより大きな全ての電子が検出されるように二次信号をフィルタする場合には、荷電された誘電体を表す映像の領域が暗く見えると共に、良好なコンタクトが明るく見える。
【００８８】
[0081]一般的に、ここに説明する実施形態は、対応するシステムのアレイを設けるように使用できる。従って、例えば、試料上にビームを走査する第１の走査段、一次電子ビームから信号電子ビームを分離するように適応されるアクロマチックビームセパレータ、及び信号電子を検出する検出ユニットを含む多数のアセンブリを互いに隣接して設けて、それに対応する検査、テスト又は像形成システムを２倍以上設けるにより、スループットを更に高めることができる。これらのアセンブリは、アレイの形態で、又は典型的に一次元に沿って、互いに隣接して設けることができる。従って、マルチビームモジュール又はマルチカラムモジュールを提供することができる。
【００８９】
[0082]以上に鑑み、幾つかの実施形態は、走査荷電粒子ビーム装置を提供する。この装置は、一次電子ビームを放出するためのビームエミッタと、試料上にビームを走査するための第１の走査段と、一次電子ビームから信号電子ビームを分離するように適応されるアクロマチックビームセパレータと、信号電子を検出するための検出ユニットとを含む。任意の具現化によれば、この装置は、試料上にビームを走査するための第２の走査段を含み、例えば、第１の走査段と第２の走査段との間にアクロマチックビームセパレータを位置させることができ、また、検出ユニットは、マルチチャンネル検出ユニットである。他の付加的な又は代替的な具現化によれば、二重収束ビーム曲げ器、特に、半球状セクタを設けることができ、アクロマチックビームセパレータのフィールド上に四極フィールドを重畳させる手段を設けることができ、マルチチャンネル検出ユニットは、エネルギーフィルタを含むことができ、マルチチャンネル検出ユニットは、第１（大きな）角度のための検出器と、この第１角度より小さい第２角度のための検出器とを含むことができ、更に／或いはマルチチャンネル検出ユニットは、二次電子、オージェ電子及び後方散乱電子を検出するように適応させることができる。
【００９０】
[0083]ここに説明する他の実施形態と結合できる更に別の実施形態によれば、マルチチャンネル検出ユニットは、２つ以上の検出サブ要素と、エネルギーの異なる信号電子を異なる検出サブ要素へガイドするための手段とを有することができ、また、装置は、エミッタとサンプルとの間に約３００ｍｍ以下の光学的長さを有することができ、ビームエミッタは、少なくとも１ｘ１０８Ａｍ−２ｓｒ−１ｅＶ−１、特に、１ｘ１０８から１ｘ１０１２Ａｍ−２ｓｒ−１ｅＶ−１の範囲の減少輝度を設けるように適応させることができ、第１及び／又は第２の走査段は、少なくとも１０ＭＨｚのピクセル周波数、特に、５０ＭＨｚから３ＧＨｚのピクセル周波数の範囲の走査速度で走査するように適応させることができ、アクロマチックビームセパレータは、交差をもたないビーム経路位置に設けることができ、また、アクロマチックビームセパレータは、一次電子ビームが対物レンズによって画成された光学軸に対して第１の角度で傾斜されるようにビーム経路位置に設けることができ、更に／或いはビームエミッタは、対物レンズによって画成された光学軸に対して第１の角度で一次電子ビームを放出することができる。
【００９１】
[0084]他の実施形態によれば、装置のアレイを設け或いは装置を１行又は２行設けて、スループットを更に高めることができる。従って、装置は、一次電子ビームを放出するための少なくとも１つの更に別のビームエミッタと、試料上にビームを走査するための少なくとも１つの更に別の第１走査段と、一次電子ビームから信号電子ビームを分離するように適応される少なくとも１つの更に別のアクロマチックビームセパレータと、信号電子を検出するための少なくとも１つの更に別の検出ユニットとを含む。また、ここに説明するいずれかの実施形態による２つ以上の装置を備えた走査荷電粒子ビーム装置アセンブリが提供されることも考えられる。
【００９２】
[0085]更に他の実施形態によれば、荷電粒子ビームのためのアクロマチックビーム偏向器を操作する方法を提供することができる。アクロマチックビーム偏向器は、光学軸を有する。この方法は、偏向静電双極フィールドを設けるステップと、偏向磁気双極フィールドを設けるステップと、磁気双極フィールド及び静電双極フィールドに四極フィールドを重畳するステップとを含み、静電双極フィールド及び磁気双極フィールドは、アクロマチックビーム偏向を設けるように互いに調整され、更に、四極フィールドは、軸ずれした荷電粒子ビームのビーム傾斜を補正するように調整される。典型的な具現化によれば、荷電粒子ビームは、０．３°から７°の角度で偏向することができ、四極フィールドは、アクロマチックビーム偏向器の光学軸に整列させることができ、マルチビームアレイの軸ずれビームを補正することができ、更に／或いは補正を一方向に沿って行うことができる。
【００９３】
[0086]以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の基本的な範囲から逸脱せずに他の実施形態及び更に別の実施形態を案出することができ、従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって決定される。
【符号の説明】
【００９４】
２０…試料、３１…磁界、３２…磁気力、３３…電気力、１００…ビーム走査電子ビーム装置、１３０…アクロマチックビームセパレータ、１３２…静電偏向要素、１３４…磁気偏向要素、１４２…軸、１４６…シールド電極、１５０…レンズ、１６０…二重収束ビーム曲げ器、１６３…コイル、１６５…プレート形状の電極、１７０…電子ビーム、１７２…大角度検出器、１７８…小角度検出器、４７１…サブ検出要素、４７２…レンズ、５００…一次電子ビーム、５１０…プレート、５２０…開口、５２５…対物レンズ、５３０…半導体ウェハ、５３５…二次電子ビーム、５４０…半球状セクタ、５４５、５５５…電極、５５０…レンズ、５６０…二次電子フィルタ、５６３…絶縁体、５６４…コア、５６５…電子検出器、５６６…ハウジング
【発明の分野】
【０００１】
[0001]本発明は、ビーム電子顕微鏡、特に、半導体産業のための高スループットツールに関する。より詳細には、ビーム走査荷電粒子ビーム装置、ビーム走査荷電粒子ビーム装置を操作する方法、及びビーム走査荷電粒子ビーム装置の使用に関する。
【発明の背景】
【０００２】
[0002]近代的な半導体デバイスは、設計者の意図した機能を集合的に具現化する約２０−３０パターン層のコンポーネントである。一般的に、設計者は、チップの機能性を、ＶＨＤＬのような高レベルの行動設計言語で記述し、次いで、一連のＥＤＡツールがその高レベル記述をＧＤＳＩＩファイルへと変換する。ＧＤＳＩＩファイルは、異なる層のパターンを記述する多角形及び他の形状の幾何学的記述を含む。デバイスを形成するのに使用される製造プロセスのためのプロセス設計ルールを付随するＧＤＳＩＩファイルは、レイアウト上での意図された幾何学構造を関連公差と共に記述する。
【０００３】
[0003]近代的なホトリソグラフィーは、ステッパー波長を１９３ｎｍに保ちながら９０ｎｍから４５ｎｍ及び３２ｎｍまで移動することに関連したものを含む多数の難題を提示している。これは、意図されたレイアウト幾何学構造を、ＧＤＳＩＩファイルの後解像度向上技術（ＲＥＴ）形態へと更に変換することを要求する。この新規なＧＤＳＩＩファイルは、光学的接近度補正（ＯＰＣ）及びマスク技術に対するパターン変更を含む。意図された幾何学構造をウェハ上にプリントするには、ＯＰＣ補正、マスク形成及びステッパー条件の複雑なセットが要求される。
【０００４】
[0004]以上に鑑み、半導体技術は、ナノメートルスケール内で試料を構造化し探知するための高い需要を生み出した。マイクロメートル及びナノメートルスケールのプロセス制御、検査及び構造化は、ほとんどの場合、荷電粒子ビームで行われる。探知又は構造化は、ほとんどの場合、荷電粒子ビーム装置において発生されて収束される荷電粒子ビームで遂行される。荷電粒子ビーム装置は、例えば、電子顕微鏡、電子ビームパターンジェネレータ、イオン顕微鏡及びイオンビームパターンジェネレータである。荷電粒子ビーム、特に、電子ビームは、同等の粒子エネルギーにおいて波長が短いために、光子ビームに比して優れた空間的解像度を与える。
【０００５】
[0005]半導体製造の場合、幾何学的構造を全体的に走査するためのツールでは、スループットが著しく制限される。ＣＤ−ＳＥＭ解像度が１ｎｍと仮定すれば、１０ｍｍ２ダイは、１０Ｅ１４ピクセルを含む。従って、レイアウト全体をカバーするには、高速検査アーキテクチャーが望まれる。
【０００６】
[0006]高スループットの電子ビームシステムは、例えば、高速ウェハ検査に使用できる複数の電子ビームを伴うシステムで、一般的には、数センチメートル範囲の間隔を有する従来の単一ビームカラムのアレイによるか、又はビームのアレイを伴う単一カラムによって実現される。後者のケースにおいて、ビームアレイは、１０μｍ−１００μｍ範囲の比較的小さな電子ビーム間隔を有している。従って、数百又は数千といった多数のビームを使用することができる。しかしながら、ビームの個々の補正が困難である。
【０００７】
[0007]電子ビーム光学系を利用して、望ましい信号対雑音比（ＳＮＲ）及び解像度内でチップ層の全幾何学構造を走査し、設計上意図されたＧＤＳＩＩファイル、即ち元のＧＤＳＩＩファイルに対してウェハパターンの幾何学構造を抽出し且つ検証できるようにするツールを提供するには、改良型で且つ異なるシステム設計を考慮しなければならない。
【概要】
【０００８】
[0008]以上に鑑み、独立請求項１に記載の荷電走査粒子ビーム装置と、独立請求項１５に記載の荷電粒子ビーム用のアクロマチックビーム偏向器を操作する方法が提供される。
【０００９】
[0009]一実施形態によれば、走査荷電粒子ビーム装置が提供される。この装置は、一次電子ビームを放出するためのビームエミッタと、試料上にビームを走査させるための第１の走査段と、一次電子ビームから信号電子ビームを分離するように適応されたアクロマチックビームセパレータと、信号電子を検出するための検出ユニットとを備えている。
【００１０】
[0010]ここに説明する実施形態と結合できる更に別の効果、特徴、態様及び細部は、従属請求項、説明及び図面から明らかとなろう。
【００１１】
[0011]別の実施形態によれば、光学軸を有する荷電粒子ビーム用のアクロマチックビーム偏向器を操作する方法が提供される。この方法は、偏向する静電双極フィールドを設けるステップと、偏向する磁気双極フィールドを設けるステップと、磁気双極フィールド及び静電双極フィールドに四極フィールドを重畳させるステップとを備え、静電双極フィールド及び磁気双極フィールドは、アクロマチックビーム偏向を設けるように互いに調整され、且つ四極フィールドは、軸ずれした荷電粒子ビームのビーム傾斜を補正するように調整される。
【００１２】
[0012]また、これらの実施形態は、ここに開示する方法を実施する装置であって、ここに説明する各方法ステップを遂行するための装置部分を含む装置にも向けられる。これら方法ステップは、ハードウェアコンポーネント、適当なソフトウェアでプログラムされたコンピュータ、それら２つの組み合わせ、或いは他の仕方で遂行されてもよい。更に、本発明による実施形態は、ここに説明する装置を操作する方法にも向けられる。これは、装置の各機能を実行するための方法ステップを含む。
【００１３】
[0013]本発明の前述した特徴を詳細に理解できるように、概要について簡単に前述した本発明を、その実施形態を参照して、詳細に説明する。添付図面は、本発明の実施形態を例示したものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ここに説明する実施形態による高スループット走査電子ビーム装置の概略図である。
【図２Ａ】ここに説明する実施形態によるビーム走査電子ビーム装置のためのアクロマチックビームセパレータの概略図である。
【図２Ｂ】ここに説明する実施形態によるビーム走査電子ビーム装置のためのアクロマチックビームセパレータの別の概略図である。
【図２Ｃ】ここに説明する実施形態によるアクロマチックビームセパレータ及びその軸ずれ補正を示す概略拡大図である。
【図２Ｄ】ここに説明する実施形態によるアクロマチックビームセパレータ及びその更に別の軸ずれ補正を示す概略拡大図である。
【図３Ａ】ここに説明する実施形態によるアクロマチックビームセパレータに対するモデルシミュレーションの結果を示す。
【図３Ｂ】ここに説明する実施形態によるアクロマチックビームセパレータに対するモデルシミュレーションの結果を示す。
【図３Ｃ】ここに説明する実施形態によるアクロマチックビームセパレータに対するモデルシミュレーションの結果を示す。
【図３Ｄ】ここに説明する実施形態によるアクロマチックビームセパレータに対するモデルシミュレーションの結果を示す。
【図３Ｅ】ここに説明する実施形態によるアクロマチックビームセパレータに対するモデルシミュレーションの結果を示す。
【図４】ここに説明する実施形態による走査電子ビーム装置の検出スキームを示す概略図である。
【図５】ここに説明する実施形態による更に別の高スループット走査電子ビーム装置の概略図である。
【発明の詳細な説明】
【００１５】
[0014]図面に１つ以上の実施例が示された本発明の種々の実施形態について以下に詳細に説明する。各実施例は、本発明を例示するためのもので、本発明をそれに限定するものではない。例えば、１つの実施形態の一部分として示され又は説明された特徴を他の実施形態に又はそれに関連して使用して、更に別の実施形態を生み出すこともできる。本発明は、このような変更及び修正を含むことが意図される。
【００１６】
[0015]本出願の保護の範囲を限定することなく、以下、荷電粒子ビーム装置又はそのコンポーネントは、例えば、二次電子の検出を含む荷電粒子ビーム装置とも称される。また、本発明は、試料の映像を得るために、電子又はイオン、光子、Ｘ線又は他の信号の形態の二次及び／又は後方散乱荷電粒子のような小体(corpuscle)を検出する装置及びコンポーネントにも適用することができる。
【００１７】
[0016]一般的に、小体と言うときには、それは、小体が光子である光信号として、及び小体がイオン、原子、電子又は他の粒子である粒子として理解されたい。
【００１８】
[0017]図面についての以下の説明の中で、同じ参照番号は、同じコンポーネントを指す。一般的に、個々の実施形態に対する相違についてのみ説明する。
【００１９】
[0018]また、ここで「試料」と言うときには、半導体ウェハ、半導体ワークピース、及び他のワークピース、例えば、メモリディスク、等を含むが、これらに限定されない。本発明の実施形態は、材料が堆積されるワークピースや、検査又は構造化されるワークピースに適用することができる。試料は、構造化される面又は層が堆積される面、縁、及び典型的に斜面を含む。
【００２０】
[0019]走査電子顕微鏡は、ビームエミッタを含む。図１に示すように、エミッタ先端１０２をもつビームエミッタは、電子ビームを放射する。走査電子ビーム装置１００は、銃コンデンサエリア内にコンデンサレンズ１２３を備えている。ビームエミッタ内のエミッタ先端１０２は、例えば、コールドフィールドエミッタである。
【００２１】
[0020]ここに説明する幾つかの実施形態によれば、ビームは、エミッタから放射された後に、電子光学モジュール１２２／１２４を通して進む。この光学モジュールは、電子ビームを整形するために、例えば、異なるサイズの１つ以上のアパーチャーをもつアパーチャープレートを備えている。異なるサイズのアパーチャー開口が設けられる場合には、所望のアパーチャー開口を選択することによりビーム電流を選択することができる。更に、アパーチャー開口を通るビーム路を選択し、ビームを整列させ、更に／或いは非点補正を行うために偏向及び補正要素が設けられる。
【００２２】
[0021]ここに説明する実施形態によれば、エミッタは、典型的に、１ｘ１０８から１ｘ１０１２Ａｍ−２ｓｒ−１ｅＶ−１の範囲の減少輝度を有する。これは、充分な信号対雑音比で高速走査を行えるようにする。高速走査は、製造プロセスのスループット要件を満足するために望まれる。従って、「減少」という技術的用語は、輝度が荷電粒子のエネルギーへ正規化されることを意味する。
【００２３】
[0022]装置における走査は、例えば、２つの高速走査段で行うことができる。従って、２つの段は、１つの方向に少なくとも１μｍ、例えば、１０μｍから５００μｍの範囲の充分に大きな走査フィールドを許容する。単一段走査偏向は、若干減少された走査フィールドしか与えないが、多くの用途では充分である。ここに説明するいずれかの実施形態と結合できる更に別の実施形態によれば、走査速度は、典型的に、少なくとも１０ＭＨｚピクセル周波数、例えば、５０ＭＨｚから３ＧＨｚピクセル周波数の範囲とすることができる。
【００２４】
[0023]ここに説明する実施形態によれば、第１走査段は、アクロマチックビームセパレータの前に設けられ、第２走査段は、アクロマチックビームセパレータの後に設けられる。即ち、典型的に一次ビームと信号ビーム（１つ又は複数）を分離するためのアクロマチックビームセパレータが第１走査段と第２走査段との間に設けられる。ビームセパレータは、図２Ａから図２Ｃを参照して詳細に説明する。
【００２５】
[0024]ここに説明する更に別の付加的な又は代替的な具現化によれば、走査段は、静電、磁気、又は静電−磁気の組み合せ、のいずれの走査段でもよい。
【００２６】
[0025]ここに説明する実施形態によれば、ビーム走査電子ビーム装置１００は、電子ビームを収束する対物レンズであるレンズ１５０を更に含む。このレンズ１５０は、静電、磁気、又は静電−磁気の組み合せでもよい。ここに説明する他の実施形態と結合できる幾つかの実施形態によれば、装置１００は、シールド電極１４６を更に含む。これは、例えば、静電−磁気の組み合わせ対物レンズの一部分として、ビームブースト（例えば、エミッタとレンズとの間のカラムにおけるビームの２、５又は１０倍高いエネルギー）を設ける要素の一部分として、更に／或いは信号電子を加速する要素の一部分として使用することができる。
【００２７】
[0026]走査電子ビーム装置は、多数の検出要素をもつ検出アセンブリを含む。一般に、信号電子は、試料２０への一次ビームの衝撃で発生される。解放された電子は、レンズの開口に向かい且つそれを通して加速することができる。更に、信号電子は、典型的に、二次電子、オージェ電子、及び／又は後方散乱電子である。特に、磁界及び電界により設けられるアクロマチックビームセパレータ１３０は、一次ビームから信号電子を分離する。
【００２８】
[0027]図１に示すように、ここに説明するいずれかの実施形態と結合できる幾つかの実施形態によれば、信号電子は、例えば、セクタの形態の二重収束ビーム曲げ器１６０により一次ビームから更に分離させることができる。この二重収束曲げ器は、以下に詳細に説明する。
【００２９】
[0028]図１に示すように、信号電子ビーム（１つ又は複数）を収束するための収束レンズによって検出が行われる。従って、信号電子の損失を減少することができる。これは、高速走査に望まれる信号対雑音比を改善する。更に、小角度検出器１７８及び大角度検出器１７２が設けられる。これら２つの検出器の間には、バイアス型プレートの形態のエネルギーフィルタが設けられる。この配列は、信号電子の効率的な高速検出を行えるようにする。１つのシンチレータ及び光電子増倍管しかもたないシステムに比して情報の量が増加される。情報量の増加は、所定の信号対雑音比における高速走査も改善する。従って、ここに説明する実施形態は、例えば、図１を参照して上述したマルチチャンネル検出を含む。
【００３０】
[0029]図１は、高スループットツールの実施例を示す。ビーム走査電子ビーム装置１００の特徴は、大電流、高解像度ＣＦＥ、２段システムによる高速及び大走査を含むか、或いは高輝度ＴＦＥ又はＣＦＥエミッタ、２段システムによる高速及び大走査を含むことができる。また、マルチチャンネル検出器による高速多観点（a fast multi-perspective）検出も含む。従って、高速検出に対して信号対雑音比を改善するために、典型的に、二次電子、オージェ電子及び後方散乱電子を測定することができる。従って、検出要素は、二次電子、オージェ電子及び／又は後方散乱電子を感知する。幾つかの実施形態によれば、更に、エネルギー及び／又は角度の感度を設けることができる。
【００３１】
[0030]一般的に、幾つかの実施形態によれば、半導体製造プロセスの運転に対する強靭性は、カラムサイズの減少で設けることができる。従って、光学軸に沿った長さ寸法、即ち一般的にカラムの高さは、１００から４００ｍｍの範囲で設けることができる。
【００３２】
[0031]更に別の実施形態によれば、エミッタ、即ち銃のコンデンサエリアは、次のように設けることができる。一実施形態によれば、単一エミッタ電子銃、典型的に、ＴＦＥソースを使用することができる。更に別の実施形態によれば、仮想ソースｚ位置（ｚは光学軸を表す）を調整し、更に／或いはアパーチャーを対物レンズアレイと一致させるためのコンデンサを含ませることができる。更に別の代替的又は付加的な変形例によれば、アパーチャーを整列させるためにアパーチャー用のＸ−Ｙ段を設けることができる。典型的に、例えば、電気−磁気整列を有することができる。更に別の付加的な又は代替的な変形例によれば、機械的なアパーチャー段を設けることができる。
【００３３】
[0032]ここに説明するいずれかの実施形態と結合できる他の実施形態によれば、静電偏向要素及び磁気偏向要素を有するアクロマチック偏向器１３０又はアクロマチックビームセパレータ１３０を設けることができる。図１においては、磁気偏向要素を示すために磁界が指示されている。アクロマチック偏向器１３０は、一次電子ビームを偏向し、一次電子ビームを、二次電子ビーム（１つ又は複数）、即ち信号電子から分離する。
【００３４】
[0033]図２Ａは、アクロマチックセパレータの拡大図である。最先端の電子ビーム装置は、そのほとんどが、一次及び二次ビームのビーム分離のために磁気偏向器又はウィナーフィルタを使用している。従って、ｚ軸（光学軸）に直角の、実質的に垂直の静的な電界及び磁界が使用される。イオンに作用する力は、クーロン力、
【００３５】
【数１】
【００３６】
[0034]及びローレンツ力、
【００３７】
【数２】
【００３８】
によって与えられる。
【００３９】
[0035]両方とも長さ１である電界及び磁界中のイオンの偏向角度は、次の式で記述することができる。
【００４０】
【数３】
【００４１】
[0036]図２Ａは、アクロマチック曲げ器又はアクロマチックビームスプリッタ１３０の一実施形態を示す。ここでは、コイル巻線１６３及びプレート形状の電極１６５が示されている。コイル１６３は、磁界３１を発生する。この磁界は、電子ビーム１７０のための磁力３２を発生する。この磁力は、式２に基づいて発生される。磁界３１に実質的に垂直に、電極１６５間に電界が発生される。従って、磁気力とは実質的に反対の電気力３３が発生される。
【００４２】
[0037]図２Ａに示す実施形態は、垂直の均一の磁界及び電界を発生する。図２Ａにおいては、電子がアクロマチック偏向器に入るときに電子ビーム路１７０が軸１４２に対して若干傾斜される。電子は、アクロマチック偏向器に侵入した後に本質的に軸１４４に沿って進行するようにアクロマチック偏向器内で偏向される。これは、式３の導関数に鑑み、理解することができ、即ち次の通りである。
【００４３】
【数４】
【００４４】
[0038]偏向角は、磁気力が電気力の２倍に等しいという条件が満足される場合に、電子の速度とは独立したものになる。図２Ａにおいて、これは、力を指示する矢印３２及び３３の長さで示される。
【００４５】
[0039]ここに示す実施形態では、アクロマチック偏向器１６２は、少なくとも次の特徴の１つによって説明することができる。一実施形態によれば、２０から８０アンペアターン（Ａターン）、例えば、４０Ａターンを設けることができる。更に別の実施形態によれば、約１０から４００のコイル巻線を設けることができる。別の実施形態によれば、５０から５００のコイル巻線を設けることができる。それでも、更に多くのコイル巻線、例えば、数千までのコイル巻線を設けることが考えられる。
【００４６】
[0040]
[0041]なお更に別の実施形態によれば、アクロマチック偏向角は、０．３°から７°である。更に別の実施形態によれば、偏向角は、１°から３°である。
【００４７】
[0042]図２Ａに示すアクロマチックビーム偏向器又はビームスプリッタは、本発明に基づいて使用することができる。従って、上述したように、静電偏向は、次のように表される。
【００４８】
【数５】
【００４９】
[0043]更に、磁気偏向は、次のように表される。
【００５０】
【数６】
【００５１】
[0044]上述したように、磁気偏向が静電偏向のマイナス２倍に等しい場合には、色収差（分散）を伴わない偏向を実現することができる。
【００５２】
[0045]図２Ｂに示されてここに説明する幾つかの実施形態によれば、実質的に純粋な双極フィールドを含むシステムを使用することができる。図２Ｂは、８個の電極及び極片を有するシステムを示す。コア５６４は、絶縁体５６３を経てハウジング５６６に接続される。コア、ひいては、極片を励起するためのコイルは、コア５６４の周りに巻かれる。コアの他端には電極−極片５６７／８が設けられる。例えば、図２Ａに示す偏向ユニットを使用する実施形態によれば、磁界及び電界に対して同様にフリンジフィールドを与えて、非常に純粋な双極フィールドを発生することができる。しかしながら、８個のコイル及び８個の電極を含むシステムは、より多くの電流源及び電圧源を必要とし、コストが増加される。その結果、ここに説明する実施形態に対して２つの極（電気及び磁気）を各々有する最適化されたシステムを典型的に使用することができる。
【００５３】
[0046]一般的に、ここに説明する実施形態は、高スループット、高解像度の像形成システムに関する。像形成システム（ビーム走査電子ビーム装置）は、球面収差及び色収差の低い高性能対物レンズを伴うビームシステムと、一次及び二次の電子ビームを分離するための低操作ビームセパレータと、マルチチャンネル信号検出部とを含むことができる。
【００５４】
[0047]図２Ｃに示すように、幾つかの実施形態によれば、電子ビームが光学軸に平行な共通のアクロマチックビームセパレータに入らない場合には、全ての電子ビームに対して上述したアクロマチック条件を満足することができない。アクロマチック偏向器の上に第１の走査段が設けられることに鑑み、特に大きな走査エリアでは無視できないビーム傾斜が生じ得る。
【００５５】
[0048]図２Ｃは、静電偏向要素１３２及び磁気偏向要素１３４を有するアクロマチックビームセパレータ１３０に入る３つの例示的な電子ビームを示している。説明を容易にするために、ビームは、互いに隣接して描かれている。これにより、中央のビームは、上述したアクロマチック条件を満足するように示されている。しかしながら、他の２つの電子ビームは、対物レンズアセンブリ１５０の光学軸２に対して指示される傾斜角が中央の電子ビームとは異なり、各々、傾斜軸４及び４’を有する。従って、傾斜した電子ビームの場合に、アクロマチックビームセパレータは、全ての電子ビームに対して完全にアクロマチックではなく、従って、低収差ビームセパレータとして表すことができる。
【００５６】
[0049]幾つかの実施形態によれば、図２Ｃに示すように、四極要素等の形態の傾斜補正電子ビーム光学系１４０を設けることができる。これにより、中央の電子ビームに平行ではなく且つアクロマチックに偏向される左電子ビーム及び右電子ビームの軸４及び４’で各々示された補正ビーム傾斜を傾斜補正電子ビーム光学系に導入することができる。従って、対物レンズへの垂直ランディング及び整列のために導入されるビーム傾斜−αｔｉｌｔ及びαｔｉｌｔを導入することができる。従って、電子ビームは、補償の後、対物レンズ１５０を平行に通過する。
【００５７】
[0050]更に別の実施形態によれば、図２Ｄに示すように、静電偏向要素１３２’及び磁気偏向要素１３４’を有するアクロマチックビームセパレータ１３０’は、このアクロマチックビームセパレータ１３０’の中心軸を通過しない電子ビームに対するアクロマチックビーム偏向を調整する四極要素により与えられる重畳四極フィールドによって補償することができる。図２Ｂについて示したように、アクロマチックビーム偏向器は、八極要素によって実現することができる。この八極要素は、アクロマチックビームセパレータを軸ずれして通過する電子ビームに対して調整されたビーム偏向を行えるようにする。これにより、電子ビームは、図２Ｄに示すように、所望の方向に沿ってアクロマチックビームセパレータを出ることになり、要素１４０のようなビーム傾斜偏向器の分散を回避することができる。
【００５８】
[0051]幾つかの実施形態によれば、走査電子顕微鏡は、信号電子を侵入させるよう適応されるビーム曲げ器（例えば、図１の１６０を参照）を有することができる。一次ビームが試料に収束された後に、一次荷電粒子のビームは、試料との異なる相互作用を受けて、二次粒子を形成する（ここで、「二次粒子」という語は、試料を去る全ての粒子を含むものと理解されたい）。これら二次粒子ビームは、偏向器１３０を通して進む二次電子、オージェ電子及び後方散乱電子を含むもので、これらは、例えば、偏向器１３０に向かって加速され、ビーム曲げ器１６０に向かって偏向される。
【００５９】
[0052]一般的に、ここに開示する実施形態と結合されてもよい曲げセクタのようなビーム曲げ器は、静電、磁気、又は静電−磁気の組み合わせでよい。静電曲げセクタに要求されるスペースは、磁気部を含むセクタに必要とされるスペースより小さいので、典型的に静電セクタが使用される。静電曲げセクタは、丸い形状にされた２つの電極でよい。セクタは、負に荷電された電極と、電子ビームを曲げるように働く正に荷電された電極とを有することが可能である。これにより、電子ビームは、１つの次元に収束され、更に、高速検出に影響を及ぼし得る飛行時間作用を回避するために高いエネルギーに保持される。第２の次元における収束は、四極要素において、静電サイドプレート又は円筒状レンズにより行うことができる。これにより、例えば、二重収束セクタユニットの形態の二重収束曲げ器を設けることができる。
【００６０】
[0053]これにより、二次荷電粒子のビームは、一次荷電粒子のビームに対して約９０°偏向することができる。しかしながら、３０°から１１０°の他の値、典型的に、４５°から９５°の間または６０°から８５°の間の他の値も考えられる。偏向に加えて、ビームは、典型的に、既に述べたように、収束もされる。曲げセクタを適用する１つの効果は、二次荷電粒子のビームを、一次荷電粒子ビームの直接的な近傍から離れるようにガイドすることである。従って、分析ツールを、一次荷電粒子ビーム付近の限定されたスペースに適合させる必要なく、更には、一次荷電粒子ビームとの望ましからぬ相互作用を招くこともなく、荷電粒子ビーム装置に適用することができる。
【００６１】
[0054]付加的なサイドプレートが任意に設けられる電極に代わって、曲げセクタは、半球状のセクタでよい。半球状のセクタは、ビームの二次元収束を行えるようにする。従って、二重収束セクタユニットのための付加的な収束ユニットは、必要とされない。一般的に、静電ビーム曲げセクタは、円筒状又は半球状のいずれでもよい。円筒状の形式は、ビームが曲げられるときに二次電子が一方の平面では収束されるが他方の平面では収束されないということで苦慮する。半球状の曲げセクタは、二次ビームを両方の平面において収束させる。円筒状セクタは、横方向平面において収束を得るようにバイアスされたサイドプレートと共に使用して、半球状セクタと同様の収束特性を生じさせることができる。
【００６２】
[0055]ここに説明する他の実施形態と結合できる一実施形態として使用されてもよいアクロマチックビームセパレータ又はビーム偏向器の１つのモデルは、以下のように説明することができる。内径３６ｍｍ、２ｍｍｘ２ｍｍのＸ区分、及び４０アンペアターンを有するサドルコイルは、更に、約３０ｍｍの長さを有してもよい。６０°の角度のサドルコイルは、六極コンポーネントを減少又は回避することができる。更に、それとは別に、角度が４２°及び７８°のコイルの組み合わせは、六極及び十極コンポーネントを減少又は回避することができる。静電偏向器、即ち図２Ｂに示す電極は、内径１６ｍｍ及び長さ３０ｍｍの光学的幾何学構造を有してもよい。更に、カラム電圧に対して（静的に）浮動する±５００Ｖの偏向電圧を設けることができる。図２Ｂを参照して説明したように、ｘ、ｙ＝０．７０７１・Ｘ、Ｙである場合には、六極及び十極コンポーネントを減少又は回避することができる。このモデルの場合、カラム電圧は、９．５ｋｅＶとして与えられ、即ち電圧は、一般的に、カラム内にビームブーストを設けるために増加された電位（例えば、５倍、１０倍、又は２０倍もの増加）にセットすることができ、また、ランディングエネルギーは、各々、５００ｅＶ又は１ｋｅＶである。
【００６３】
[0056]図３Ａは、ビームセパレータのシミュレーション結果を示す。偏向は、ある程度の非点収差を生じさせる。しかしながら、非点収差は、補正するに充分なほど小さなものである。補正された非点収差が、図３Ｂに示されている。これにより、スポット直径は、図３Ａの２４ｎｍから図３Ｂの約１ｎｍへ減少することができる。図３Ｃ及び図３Ｄは、更に、上述したアクロマチックビームセパレータ又はアクロマチックビーム偏向器が付加的な色収差を導入しないことを示している。これにより、図３Ｃは、ビームセパレータがない場合のスポットを示し、図３Ｄは、ビームセパレータがある場合のスポットを示す。図３Ｃ及び図３Ｄにおいて、実質的な相違は見られない。図３Ｅは、ビームセパレータの更に別のシミュレーションを示し、６０°サドルコイルを伴う大ビームＸ区分を示している。図３Ｅに見られるように、著しい付加的な収差、例えば、「六極」コマ、が導入されることはない。従って、大直径の６０°サドルコイルは、ここに説明するアクロマチック又は低収差ビームセパレータの実施形態に対して充分であると考えられる。
【００６４】
[0057]また、シミュレーションで示すことができるように、アクロマチックビーム偏向器は、試料へのランディングエネルギーのエネルギー変化に非常に敏感というのではない。従って、偏向が小さい場合は、エネルギー変化に対する公差を減少することができる。小さなエネルギー変化に対して偏向器を調整し直す必要はない。
【００６５】
[0058]例えば、分光計を含んでもよい、検出に関する更に別の代替的又は付加的な具現化を以下に説明する。従って、図４を一部分参照して説明する。一般的に、アクロマチックビームセパレータは、一次電子ビームに対してはアクロマチックと考えられるが、二次信号ビームについては分散を導入することがある。理解を容易にするため、図４は、１つの一次ビーム及び１つの信号ビームしか示していない。しかしながら、複数の信号ビームについても、同じ原理を使用することができる。
【００６６】
[0059]アクロマチックビーム偏向器は、信号ビームを一次ビームから分離し、３つの異なるビームで示された分散を導入する。例えば、セクタの形態のビーム曲げ器に侵入した後に、参照番号４７４で示された分散映像の平面で分散を見ることができる。レンズ４７２は、異なる信号ビームエネルギーに対応する異なる仮想映像をサブ検出要素４７１に結像する。これにより、エネルギーフィルタリングを実現することができる。
【００６７】
[0060]中心ビームのビーム線が、図４に示されている。曲げセクタ１６０の直後に交差があることが明らかである。また、一般的に、他の実施形態によれば、曲げ器１６０の直後に、典型的には、異なる信号エネルギーをもつ異なる信号ビームの焦点に、サブ検出要素が位置されてもよい。しかしながら、レンズ４７２は、エネルギーの広がりを像形成及び拡大することができる。従って、異なるΔＥチャンネルの高速且つ並列の検出を実現することができる。これは、例えば、ドーパントプロフィールのための元素マッピング又は電位マッピングに使用されてもよい。
【００６８】
[0061]上述したように、アクロマチックビームセパレータ及び／又はビーム曲げ器は、信号電子及び一次電子を分離する。一般的に、この分離により検出システムの機械的構成を簡単化することができる。上述したように、検出は、一次及び二次ビームアレイの分離により改善することができる。このケースでは、磁界、或いは静電界と磁界の組み合せに基づくビームセパレータは、一次ビームアレイの経路から二次ビームアレイを分離することができる。ここに説明する幾つかの実施形態によれば、例えば、図２Ａ−２Ｄを参照して説明したアクロマチックビームセパレータを使用することができる。「完全」な分離は、検出器の設計を簡単化し、エネルギー及び／又は角度弁別のための要素、例えば、エネルギーフィルタ及び分光計、及び／又は環状多観点検出のための要素を容易に一体化できるようにする。更に別の付加的な又は代替的な具現化によれば、検出システムは、セクタフィールドベースの分光計、遅延フィールド分光計、環状制御のためのレンズ、静列及び選択のための偏向器、等を含むことができる。従って、ここに説明する典型的な実施形態によれば、分離、フィルタリング、整列、環状制御が設けられる。
【００６９】
[0062]更に別の代替的又は付加的な実施形態によれば、二重収束曲げ要素、例えば、曲げセクタ、典型的に、球状静電セクタ配列体が設けられる。典型的に、ビーム検出器は、セクタの焦点付近に位置されて、例えば、異なるビーム間のクロストークを回避することができる。スペースの必要性を改善するために、光電子増倍管（ＰＭＴ）を伴うシンチレーション検出器が設けられ、ビームのためにそれらの間に例えば光ガイドが設けられる。これにより、ＰＭＴアレイのための充分なスペースを実現することができる。ここに説明する他の実施形態と結合できる更に別の実施形態によれば、検出器又は検出チャンネル上で信号電子の機械的及び／又は電磁的整列を設けることができる。複数のチャンネルの並列検出に鑑み、チャンネルごとに個々の検出電子装置をもたせることが更に考えられる。
【００７０】
[0063]ここに説明する他の実施形態と結合できる幾つかの実施形態によれば、高スループットツールを設けるためのシステムは、典型的に、低電圧システムでよく、即ち試料に対して低いビームエネルギーをもつものでよい。このエネルギーは、例えば、１００ｅＶから５ｋｅＶの範囲でよい。典型的に、低電圧ビームエネルギーは、例えば、８から１０ｋｅＶ又は７から１５ｋｅＶの高いビームエネルギーでカラム内に電子を進行させることが考えられる。このビームブースト原理は、短い飛行に鑑み、カラム内の電子−電子の相互作用を減少することができる。更に別の代替的又は付加的な具現化によれば、カラムのコンポーネントを接地電位とする一方、エミッタ及びウェハを高電位とすることができる。これにより、走査モジュール、ビームセパレータ及び曲げ器を接地電位とすることができる。これは、特に、共通の電子ビーム光学要素を簡単化する。
【００７１】
[0064]ここに説明する他の実施形態と結合できる幾つかの実施形態によれば、大きな角度で放出する高輝度ソースエミッタを使用して、高プローブ電流を実現することができる。例えば、大きなエミッタ曲率半径（例えば、０．５μｍ以上、又は１μｍ以上のこともある）をもつＴＦＥのような熱フィールド放出カソードを使用することができる。他の実施形態によれば、ＣＦＥ、ショットキーエミッタ、等を使用することができる。
【００７２】
[0065]ここに説明する他の実施形態と結合できる更に別の実施形態によれば、システムの仕様は、サンプルにおいて１０ｐＡから１０ｎＡ、例えば、１００ｐＡから１ｎＡの範囲のプローブ電流を含むことができる。更に、ここに説明するシステムに使用されるスポットの直径は、１ｎｍから５０ｎｍ、典型的に、１ｎｍから２０ｎｍの範囲でよい。
【００７３】
[0066]ここに説明するシステムの更に別のオプションは、例えば、図２Ｂに示す八極要素により発生できる重畳電気−磁気四極をもつアクロマチックビームセパレータを含んでもよい。この四極は、ビームが対物レンズアレイを垂直入射状態で出るように、傾斜一次ビームに（一方向に）作用を及ぼすことができる。これにより、図２Ｄを参照して説明したように、アクロマチックビームセパレータに不平行ビームレットが使用される場合に、個々のビーム傾斜が要求されることはない。これにより、ビームの色収差を減少することができ、従って、スポットサイズ、ひいては、軸ずれビームレットの解像度を改善することができる。
【００７４】
[0067]また、ここに説明する実施形態は、アクロマチックビームセパレータ（静電−磁気の双極）に静電−磁気の四極を重畳させる方法にも言及する。四極は、全システム光学軸に整列され、これにより、軸ずれビームレットを（一方向に）傾斜させて、その後の光学的要素に垂直に入れることができる。
【００７５】
[0068]ここに説明する他の実施形態と結合できる更に別の実施形態によれば、高スループット及び小プローブ直径での電子ビーム検査を次のように行うことができる。一般的に、高スループット、高解像度（試料に対して小さな電子ビームプローブ）の検査装置を設けるには、上述したように、改良された検出アセンブリ及び低い分散が要求される。これにより、ビームの分離は、改良された検出アセンブリを簡単化する。更に、解像度の必要性を高くすると、カラム内での電子−電子相互作用が低い低分散のシステムが望ましくなる。電子−電子相互作用は、例えば、ビームの交差を回避し、更に／或いはカラムの長さを短くすることで減少できる。通常のビームセパレータは、磁気、静電偏向器、又はウィナーフィルタを使用している。交差が分離要素の中心に位置されない限り、これらシステムの分散を回避することができない。しかしながら、これは、光線経路の融通性を低下させ、エネルギーの幅（ベルシュ効果／電子−電子相互作用）を増加させることがある。それとは別に、対称的偏向のための二重段ウィナーフィルタ又は付加的なコンポーネントを使用して、分散作用を減少させてもよい。しかしながら、これは、カラムの光学経路の長さを増加させるので、電子−電子相互作用によりスポットサイズを増加させる。これらの制約は、アクロマチック要素をビームセパレータとして使用することにより回避することができる。
【００７６】
[0069]図５は、上述したアクロマチックビームセパレータ及び本発明の実施形態による半球状のセクタを有する光学的システムを示す図である。この実施形態では、半球状セクタが両平面において二次電子ビームの収束をなすので、サイドプレートは不要である。
【００７７】
[0070]図５を参照すれば、一次電子ビーム５００は、プレート５１０の開口を通過し、アクロマチックビームセパレータ１３０を通過するときに曲げられる（方向を変える）。一実施例として、プレート５１０は、上述したように、カラムにおいてビームエネルギーをより高い電位にセットするビームブーストシステムの一部分である。一次電子ビーム５００は、対物レンズ５２５の開口５２０を通過し続け、半導体ウェハ５３０のようなサンプルに当たる。それにより生じる二次電子ビーム５３５は、対物レンズ５２５の開口５２０を通過し、アクロマチックビームセパレータを通過するときに曲げられる（方向を変える）。プレート５１０の開口を通過した後に、二次電子ビーム５３５は、半球状のセクタ５４０に入る。
【００７８】
[0071]このセクタに続くのは、二次電子ビームを電子検出器５６５のアクティブなエリア上の小さな（例えば、４ｍｍ直径の）スポットへと収束し、二次電子ビームのエネルギーフィルタリングを可能にする収束及びフィルタリング要素のセットである。収束は、磁気レンズ又は静電レンズのいずれかで行うことができる。静電レンズは、サイズをよりコンパクトにすると共に複雑さを低減させる。フィルタリングは、二次ビームのエネルギーを変化させなければならないので、１つ以上の静電電極を必要とする。
【００７９】
[0072]図５の実施形態において、収束レンズは、レンズ５５０を形成する３つの電極より成る簡単な静電レンズである。ＳＥ整列手段は、例えば、電極５４５及び／又は５５５を四極として設計することで組み込むことができる。二次電子フィルタ５６０は、サンプルウェハとほぼ同じ電位にバイアスされる長い円筒である。
【００８０】
[0073]レンズ５５０は、液浸レンズ又はアインツェルレンズである。ウェハがバイアスされる場合には、プレート５４５、５５５を接地することができる。
【００８１】
[0074]上述した実施形態では、四極５４５及びプレート５５５がレンズ５５０に一体化される。一般的に、本出願に示される全ての実施形態に関して、四極及び／又はプレートがレンズとは独立して設けられると考えられる。従って、適当な数のレンズ電極が設けられ、加えて、四極５４５及びプレート５５５の電極が設けられる。更に、プレート５５５に代わって、四極が設けられることも考えられる。この第２の四極は、二次電子ビームの付加的な整列を行えるようにする。
【００８２】
[0075]一般的に、二次電子ビームを収束するレンズは、分離ユニット（アクロマチックビームセパレータ）と検出器との間に位置される。典型的に、これは、偏向角増加ユニット（分離ユニット）とフィルタとの間に位置される。収束レンズは、静電（上述したアインツェルレンズを参照）、磁気、又は静電−磁気の組み合わせ、のいずれかである。典型的に、スペースの理由で、二次電子を収束するのに静電レンズが使用される。更に、二次電子ビームの収束ユニットとしてアインツェルレンズ又は液浸レンズを設けることもできる。
【００８３】
[0076]二次電子ビーム５３５を検出器上の小さなスポットへと収束することで、高速像形成が可能となる。検出器の形式は、例えば、ｐ−ｉ−ｎダイオードである。このような検出器は、大電流電子ビームシステムとして優れている。というのは、それらが小型である場合には、（ほぼ１に等しい）非常に高い量子効率及び優れた応答時間を有するからである。応答時間は、装置のキャパシタンスに比例し、また、キャパシタンスは、面積に比例する。従って、面積を最小にしなければならない。しかしながら、それ故、二次電子ビームの収束が効果的である。典型的に、ほぼ６００ＭＰＰＳ像形成速度には、４から５ｍｍ直径の検出器アクティブ面積が適当である。
【００８４】
[0077]この実施形態は、ｐｉｎダイオードを含むものとして説明したが、他の検出器が使用されてもよい。ここに開示する全ての実施形態に対して、高速シンチレーション検出器が使用されてもよいし、ｐｉｎダイオードが使用されてもよい。検出器は、典型的に、偏向角増加ユニット、即ち、例えば、前記図面におけるセクタの後方に配列される。シンチレーション検出器の場合には、二次電子ビームは、典型的に、検出器に収束されない。従って、その寿命時間が延長され、汚染が減少される。
【００８５】
[0078]通常の像形成モード（非電圧コントラスト）の場合に、収束要素の目標は、検出器に小さなスポットを形成することである。このモードでは、ＳＥビーム収束のために、フィルタ及び収束電極の両方を使用することができる。
【００８６】
[0079]電圧コントラストモードでは、フィルタ電極５６０は、ウェハ５３０の平面において（ユーザ選択可能な）設定初期エネルギーレベルより低い二次電子を拒絶するハイパスフィルタとして働く。二次電子は、セクタ５４０を出て、フィルタ電極フィールド内に交差が形成されるように減速静電レンズ（ＳＥ収束レンズ）を通して収束される。フィルタ電極５６０は、サドル電位Ｕｆを発生する電位ＵＦへとバイアスされる。これら電位は、一般的に、ウェハに対する相対的な電位である。それ故、電位がＵｆより高い状態で試料から解放される電子は、フィルタを通過することができるが、電位がＵｆより低い（又はそれに等しい）状態での電子は、フィルタを通過できずに、拒絶される。
【００８７】
[0080]電圧コントラスト像形成の典型的な用途は、ウェハ上のデバイスにおける非充填又は充填コンタクトホールである。検査されるべきデバイスのこの層は、隔離された導電性コンタクトを伴う誘電体材料のフィールドより成り、導電性コンタクトは、その下の大キャパシタンス金属層又はバルクシリコンのいずれかへ至る通路を有している。電子ビーム検査において好結果を示している１つの電圧コントラスト技術は、誘電体材料を電子ビームで５から５０Ｖの範囲の値へ正に荷電することである。それ故、荷電された誘電体から放出する二次電子は、それが脱出して検出信号に貢献するためにはその初期エネルギーが表面電荷電位より大きくなければならない。良好なコンタクトから放出される二次電子は、本質的に、接地された基板から放出され、接地された金属材料に関連した典型的な二次エネルギー分布は、ピークがほぼ２ｅＶである。次いで、初期エネルギーが（例えば）５ｅＶより大きな全ての電子が検出されるように二次信号をフィルタする場合には、荷電された誘電体を表す映像の領域が暗く見えると共に、良好なコンタクトが明るく見える。
【００８８】
[0081]一般的に、ここに説明する実施形態は、対応するシステムのアレイを設けるように使用できる。従って、例えば、試料上にビームを走査する第１の走査段、一次電子ビームから信号電子ビームを分離するように適応されるアクロマチックビームセパレータ、及び信号電子を検出する検出ユニットを含む多数のアセンブリを互いに隣接して設けて、それに対応する検査、テスト又は像形成システムを２倍以上設けるにより、スループットを更に高めることができる。これらのアセンブリは、アレイの形態で、又は典型的に一次元に沿って、互いに隣接して設けることができる。従って、マルチビームモジュール又はマルチカラムモジュールを提供することができる。
【００８９】
[0082]以上に鑑み、幾つかの実施形態は、走査荷電粒子ビーム装置を提供する。この装置は、一次電子ビームを放出するためのビームエミッタと、試料上にビームを走査するための第１の走査段と、一次電子ビームから信号電子ビームを分離するように適応されるアクロマチックビームセパレータと、信号電子を検出するための検出ユニットとを含む。任意の具現化によれば、この装置は、試料上にビームを走査するための第２の走査段を含み、例えば、第１の走査段と第２の走査段との間にアクロマチックビームセパレータを位置させることができ、また、検出ユニットは、マルチチャンネル検出ユニットである。他の付加的な又は代替的な具現化によれば、二重収束ビーム曲げ器、特に、半球状セクタを設けることができ、アクロマチックビームセパレータのフィールド上に四極フィールドを重畳させる手段を設けることができ、マルチチャンネル検出ユニットは、エネルギーフィルタを含むことができ、マルチチャンネル検出ユニットは、第１（大きな）角度のための検出器と、この第１角度より小さい第２角度のための検出器とを含むことができ、更に／或いはマルチチャンネル検出ユニットは、二次電子、オージェ電子及び後方散乱電子を検出するように適応させることができる。
【００９０】
[0083]ここに説明する他の実施形態と結合できる更に別の実施形態によれば、マルチチャンネル検出ユニットは、２つ以上の検出サブ要素と、エネルギーの異なる信号電子を異なる検出サブ要素へガイドするための手段とを有することができ、また、装置は、エミッタとサンプルとの間に約３００ｍｍ以下の光学的長さを有することができ、ビームエミッタは、少なくとも１ｘ１０８Ａｍ−２ｓｒ−１ｅＶ−１、特に、１ｘ１０８から１ｘ１０１２Ａｍ−２ｓｒ−１ｅＶ−１の範囲の減少輝度を設けるように適応させることができ、第１及び／又は第２の走査段は、少なくとも１０ＭＨｚのピクセル周波数、特に、５０ＭＨｚから３ＧＨｚのピクセル周波数の範囲の走査速度で走査するように適応させることができ、アクロマチックビームセパレータは、交差をもたないビーム経路位置に設けることができ、また、アクロマチックビームセパレータは、一次電子ビームが対物レンズによって画成された光学軸に対して第１の角度で傾斜されるようにビーム経路位置に設けることができ、更に／或いはビームエミッタは、対物レンズによって画成された光学軸に対して第１の角度で一次電子ビームを放出することができる。
【００９１】
[0084]他の実施形態によれば、装置のアレイを設け或いは装置を１行又は２行設けて、スループットを更に高めることができる。従って、装置は、一次電子ビームを放出するための少なくとも１つの更に別のビームエミッタと、試料上にビームを走査するための少なくとも１つの更に別の第１走査段と、一次電子ビームから信号電子ビームを分離するように適応される少なくとも１つの更に別のアクロマチックビームセパレータと、信号電子を検出するための少なくとも１つの更に別の検出ユニットとを含む。また、ここに説明するいずれかの実施形態による２つ以上の装置を備えた走査荷電粒子ビーム装置アセンブリが提供されることも考えられる。
【００９２】
[0085]更に他の実施形態によれば、荷電粒子ビームのためのアクロマチックビーム偏向器を操作する方法を提供することができる。アクロマチックビーム偏向器は、光学軸を有する。この方法は、偏向静電双極フィールドを設けるステップと、偏向磁気双極フィールドを設けるステップと、磁気双極フィールド及び静電双極フィールドに四極フィールドを重畳するステップとを含み、静電双極フィールド及び磁気双極フィールドは、アクロマチックビーム偏向を設けるように互いに調整され、更に、四極フィールドは、軸ずれした荷電粒子ビームのビーム傾斜を補正するように調整される。典型的な具現化によれば、荷電粒子ビームは、０．３°から７°の角度で偏向することができ、四極フィールドは、アクロマチックビーム偏向器の光学軸に整列させることができ、マルチビームアレイの軸ずれビームを補正することができ、更に／或いは補正を一方向に沿って行うことができる。
【００９３】
[0086]以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の基本的な範囲から逸脱せずに他の実施形態及び更に別の実施形態を案出することができ、従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって決定される。
【符号の説明】
【００９４】
２０…試料、３１…磁界、３２…磁気力、３３…電気力、１００…ビーム走査電子ビーム装置、１３０…アクロマチックビームセパレータ、１３２…静電偏向要素、１３４…磁気偏向要素、１４２…軸、１４６…シールド電極、１５０…レンズ、１６０…二重収束ビーム曲げ器、１６３…コイル、１６５…プレート形状の電極、１７０…電子ビーム、１７２…大角度検出器、１７８…小角度検出器、４７１…サブ検出要素、４７２…レンズ、５００…一次電子ビーム、５１０…プレート、５２０…開口、５２５…対物レンズ、５３０…半導体ウェハ、５３５…二次電子ビーム、５４０…半球状セクタ、５４５、５５５…電極、５５０…レンズ、５６０…二次電子フィルタ、５６３…絶縁体、５６４…コア、５６５…電子検出器、５６６…ハウジング
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次電子ビームを放出するためのビームエミッタと、
試料上にビームを走査させるための第１の走査段と、
上記一次電子ビームから信号電子ビームを分離するように適応されたアクロマチックビームセパレータと、
信号電子を検出するための検出ユニットと、
を備えた走査荷電粒子ビーム装置。
【請求項２】
上記試料上にビームを走査させるための第２の走査段を更に備えた、請求項１に記載の走査荷電粒子ビーム装置。
【請求項３】
上記アクロマチックビームセパレータは、上記第１の走査段と、第２の走査段との間に位置され、上記検出ユニットは、マルチチャンネル検出ユニットである、請求項２に記載の走査荷電粒子ビーム装置。
【請求項４】
二重収束ビーム曲げ器、特に、半球状セクタを更に備えた、請求項１又は３に記載の走査荷電粒子ビーム装置。
【請求項５】
上記アクロマチックビームセパレータのフィールドの上に四極フィールドを重畳させる手段を更に備えた、請求項１から４のいずれか一項に記載の走査荷電粒子ビーム装置。
【請求項６】
上記マルチチャンネル検出ユニットは、エネルギーフィルタを含む、請求項１から５のいずれかに記載の走査荷電粒子ビーム装置。
【請求項７】
上記マルチチャンネル検出ユニットは、第１（大きな）角度のための検出器と、この第１角度より小さい第２角度のための検出器とを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の走査荷電粒子ビーム装置。
【請求項８】
上記マルチチャンネル検出ユニットは、二次電子、オージェ電子、及び後方散乱電子を検出するよう適応される、請求項１から７のいずれか一項に記載の走査荷電粒子ビーム装置。
【請求項９】
上記マルチチャンネル検出ユニットは、２つ以上の検出下位要素（sub-element）と、エネルギーの異なる信号電子を異なる検出サブ要素へガイドするための手段とを有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の走査荷電粒子ビーム装置。
【請求項１０】
上記装置は、上記エミッタとサンプルとの間に約３００ｍｍ以下の光学的長さを有するべきである、請求項１から９のいずれか一項に記載の走査荷電粒子ビーム装置。
【請求項１１】
上記ビームエミッタは、少なくとも１ｘ１０８Ａｍ−２ｓｒ−１ｅＶ−１、特に、１ｘ１０８から１ｘ１０１２Ａｍ−２ｓｒ−１ｅＶ−１の範囲の減少輝度を設けるように適応された、請求項１から１０のいずれか一項に記載の走査荷電粒子ビーム装置。
【請求項１２】
上記第１及び／又は第２の走査段は、少なくとも１０ＭＨｚのピクセル周波数、特に、５０ＭＨｚから３ＧＨｚのピクセル周波数の範囲の走査速度で走査するように適応された、請求項２から１１のいずれか一項に記載の走査荷電粒子ビーム装置。
【請求項１３】
上記アクロマチックビームセパレータは、交差をもたないビーム経路位置に設けられる、請求項１から１２のいずれか一項に記載の走査荷電粒子ビーム装置。
【請求項１４】
上記アクロマチックビームセパレータは、一次電子ビームが対物レンズにより画成された光学軸に対して第１の角度で傾斜されるようにビーム経路位置に設けられる、請求項１から１３のいずれか一項に記載の走査荷電粒子ビーム装置。
【請求項１５】
上記ビームエミッタは、上記対物レンズによって画成された光学軸に対して第１の角度で一次電子ビームを放出する、請求項１４に記載の走査荷電粒子ビーム装置。
【請求項１６】
上記装置は、一次電子ビームを放出するための少なくとも１つの更に別のビームエミッタと、試料上にビームを走査させるための少なくとも１つの更に別の第１走査段と、一次電子ビームから信号電子ビームを分離するように適応される少なくとも１つの更に別のアクロマチックビームセパレータと、上記信号電子を検出するための少なくとも１つの更に別の検出ユニットとを備えた、請求項１から１５のいずれか一項に記載の走査荷電粒子ビーム装置。
【請求項１７】
請求項１から１５のいずれか一項に記載の少なくとも２つの走査粒子ビーム装置を備えた、走査荷電粒子ビーム装置アセンブリ。
【請求項１８】
上記少なくとも２つの装置は、１本又は２本の線に沿って配置される、請求項１７に記載の走査荷電粒子ビーム装置アセンブリ。
【請求項１９】
光学軸を有する荷電粒子ビーム用のアクロマチックビーム偏向器を操作する方法において、
偏向する静電双極フィールドを設けるステップと、
偏向する磁気双極フィールドを設けるステップと、
上記磁気双極フィールド及び上記静電双極フィールドに四極フィールドを重畳させるステップと、
を備え、上記静電双極フィールド及び上記磁気双極フィールドは、アクロマチックビーム偏向を設けるように互いに調整され、更に、
上記四極フィールドは、軸ずれした荷電粒子ビームのビーム傾斜を補正するように調整される、前記方法。
【請求項２０】
上記荷電粒子ビームは、０．３°から７°の角度で偏向される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２１】
上記四極フィールドは、上記アクロマチックビーム偏向器の光学軸に整列される、請求項１９又は２０に記載の方法。
【請求項１】
一次電子ビームを放出するためのビームエミッタと、
試料上にビームを走査させるための第１の走査段と、
上記一次電子ビームから信号電子ビームを分離するように適応されたアクロマチックビームセパレータと、
信号電子を検出するための検出ユニットと、
を備えた走査荷電粒子ビーム装置。
【請求項２】
上記試料上にビームを走査させるための第２の走査段を更に備えた、請求項１に記載の走査荷電粒子ビーム装置。
【請求項３】
上記アクロマチックビームセパレータは、上記第１の走査段と、第２の走査段との間に位置され、上記検出ユニットは、マルチチャンネル検出ユニットである、請求項２に記載の走査荷電粒子ビーム装置。
【請求項４】
二重収束ビーム曲げ器、特に、半球状セクタを更に備えた、請求項１又は３に記載の走査荷電粒子ビーム装置。
【請求項５】
上記アクロマチックビームセパレータのフィールドの上に四極フィールドを重畳させる手段を更に備えた、請求項１から４のいずれか一項に記載の走査荷電粒子ビーム装置。
【請求項６】
上記マルチチャンネル検出ユニットは、エネルギーフィルタを含む、請求項１から５のいずれかに記載の走査荷電粒子ビーム装置。
【請求項７】
上記マルチチャンネル検出ユニットは、第１（大きな）角度のための検出器と、この第１角度より小さい第２角度のための検出器とを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の走査荷電粒子ビーム装置。
【請求項８】
上記マルチチャンネル検出ユニットは、二次電子、オージェ電子、及び後方散乱電子を検出するよう適応される、請求項１から７のいずれか一項に記載の走査荷電粒子ビーム装置。
【請求項９】
上記マルチチャンネル検出ユニットは、２つ以上の検出下位要素（sub-element）と、エネルギーの異なる信号電子を異なる検出サブ要素へガイドするための手段とを有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の走査荷電粒子ビーム装置。
【請求項１０】
上記装置は、上記エミッタとサンプルとの間に約３００ｍｍ以下の光学的長さを有するべきである、請求項１から９のいずれか一項に記載の走査荷電粒子ビーム装置。
【請求項１１】
上記ビームエミッタは、少なくとも１ｘ１０８Ａｍ−２ｓｒ−１ｅＶ−１、特に、１ｘ１０８から１ｘ１０１２Ａｍ−２ｓｒ−１ｅＶ−１の範囲の減少輝度を設けるように適応された、請求項１から１０のいずれか一項に記載の走査荷電粒子ビーム装置。
【請求項１２】
上記第１及び／又は第２の走査段は、少なくとも１０ＭＨｚのピクセル周波数、特に、５０ＭＨｚから３ＧＨｚのピクセル周波数の範囲の走査速度で走査するように適応された、請求項２から１１のいずれか一項に記載の走査荷電粒子ビーム装置。
【請求項１３】
上記アクロマチックビームセパレータは、交差をもたないビーム経路位置に設けられる、請求項１から１２のいずれか一項に記載の走査荷電粒子ビーム装置。
【請求項１４】
上記アクロマチックビームセパレータは、一次電子ビームが対物レンズにより画成された光学軸に対して第１の角度で傾斜されるようにビーム経路位置に設けられる、請求項１から１３のいずれか一項に記載の走査荷電粒子ビーム装置。
【請求項１５】
上記ビームエミッタは、上記対物レンズによって画成された光学軸に対して第１の角度で一次電子ビームを放出する、請求項１４に記載の走査荷電粒子ビーム装置。
【請求項１６】
上記装置は、一次電子ビームを放出するための少なくとも１つの更に別のビームエミッタと、試料上にビームを走査させるための少なくとも１つの更に別の第１走査段と、一次電子ビームから信号電子ビームを分離するように適応される少なくとも１つの更に別のアクロマチックビームセパレータと、上記信号電子を検出するための少なくとも１つの更に別の検出ユニットとを備えた、請求項１から１５のいずれか一項に記載の走査荷電粒子ビーム装置。
【請求項１７】
請求項１から１５のいずれか一項に記載の少なくとも２つの走査粒子ビーム装置を備えた、走査荷電粒子ビーム装置アセンブリ。
【請求項１８】
上記少なくとも２つの装置は、１本又は２本の線に沿って配置される、請求項１７に記載の走査荷電粒子ビーム装置アセンブリ。
【請求項１９】
光学軸を有する荷電粒子ビーム用のアクロマチックビーム偏向器を操作する方法において、
偏向する静電双極フィールドを設けるステップと、
偏向する磁気双極フィールドを設けるステップと、
上記磁気双極フィールド及び上記静電双極フィールドに四極フィールドを重畳させるステップと、
を備え、上記静電双極フィールド及び上記磁気双極フィールドは、アクロマチックビーム偏向を設けるように互いに調整され、更に、
上記四極フィールドは、軸ずれした荷電粒子ビームのビーム傾斜を補正するように調整される、前記方法。
【請求項２０】
上記荷電粒子ビームは、０．３°から７°の角度で偏向される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２１】
上記四極フィールドは、上記アクロマチックビーム偏向器の光学軸に整列される、請求項１９又は２０に記載の方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２ｃ】
【図２ｄ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図４】
【図５】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２ｃ】
【図２ｄ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図４】
【図５】
【公表番号】特表２０１０−５１９６９８（Ｐ２０１０−５１９６９８Ａ）
【公表日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５５０６８０（Ｐ２００９−５５０６８０）
【出願日】平成２０年２月２２日（２００８．２．２２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００８／００１４１４
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１０１７１４
【国際公開日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【出願人】（５０４１４４２５３）アプライド マテリアルズ イスラエル リミテッド (27)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２２日（２００８．２．２２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００８／００１４１４
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１０１７１４
【国際公開日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【出願人】（５０４１４４２５３）アプライド マテリアルズ イスラエル リミテッド (27)
【Ｆターム（参考）】
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