高電流密度粒子ビームシステム

【課題】短い作用距離、コンパクトなデザインで、試料の高速かつ高品質な撮像を可能にすると同時に、画像コントラストの増強をもたらす分析システム及び荷電粒子ビーム装置を提供する。
【解決手段】荷電粒子ビームの荷電粒子を偏向及びエネルギー選択する荷電粒子ユニットに関する。荷電粒子ビームを偏向及び焦点合わせするための二重焦点セクターユニット４２５，４４５及び電位を形成するためのエネルギーフィルタ４６０が設けられ、これにより荷電粒子ビームの荷電粒子は、荷電粒子のエネルギーに応じて電位鞍点において方向を転換される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査システム、試験システム、リソグラフィ等に適用される荷電粒子ビーム装置に関する。本発明はまた、上記装置の運転方法に関する。本発明は更に、例えば電子ビーム検査（ＥＢＩ）のための高速エネルギーフィルタを持つ荷電粒子通路を有するアプリケーションに関する。特に、本発明は、荷電粒子ユニット、荷電粒子検出装置、荷電粒子ビーム装置、荷電粒子マルチビーム装置及びこれらの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子ビーム装置は、半導体装置の製造工程における検査、リソグラフィ用の露光システム、検出装置、試験装置を含みつつもこれらに限定されることのない様々な産業分野において多くの機能を有する。かくして、この種の装置は、マイクロメーター及びナノメータースケールでの試料の構造化及び検査に高い要求がある。
【０００３】
マイクロメーター及びナノメータースケールプロセス制御、検査あるいは構造化は、しばしば荷電粒子ビーム、例えば電子ビームで行われ、荷電粒子ビームは電子顕微鏡あるいは電子ビームパターン発生器のような荷電粒子ビーム装置において生成され、焦点が合わされる。荷電粒子ビームは、その短波長により例えば光子ビームに比べて優れた空間分解能を提供する。
【０００４】
分解能に加えて、スループットがこの種の装置の利点である。大きな基板エリアをパターニングあるいは検査する場合には、例えば１０ｃｍ^２／ｍｉｎより大きなスループットが望まれる。荷電粒子ビーム装置においては、スループットは、二次式的にイメージコントラストに基づいている。かくして、コントラスト増強が必要となる。
【０００５】
通常、以下の検討においては、二次電子と後方散乱電子及びオージェ電子とを区別する必要性は無い。それゆえ、説明を簡単にするためにこれらの３つのタイプは共に”二次電子”と称する。
【０００６】
高分解能電子光学システムは、対物レンズとウエハーとの間に短い作用距離を必要とする。従って、二次電子収集は対物レンズの上方のコラムの内側で行われる。従来の電子ビーム撮像システムに共通に見受けられる形態は、図１に概略的に示されている。コラム１００はエミッター１０５、対物レンズ１１０、環状の二次電子検出器１１５を含み、試料１２５から作用距離１２０だけ離されている。エミッター１０５からの一次電子ビーム１３０は、環状の検出器１１５の開口１３５を通して試料１２５に向けられる。二次電子１４０が試料１２５から一次ビーム１３０を取り囲む幅広のコーン状に放射される。二次電子１４０のいくつかは、検出器１１５で収集され二次電子（ＳＥ）信号１４５が出力される。
【０００７】
このようなアプローチは、二次電子の一部が開口１３０を通して戻ってエミッター１０５に向かい、従って検出器１１５の実際の検出領域を外れるという制約がある。これは特に、撮像条件が、深層構造（例えばイン−プロセス半導体ウエハーにおけるコンタクトホール）の底部から二次電子を抽出するためにコラムと試料との間に電界を使用することを必要とする時に当てはまる。
【０００８】
このような形態の更なる制約は、一次電子ビームの撮像条件が二次電子に影響を及ぼすこと及びその逆もあることである。例えば、もしエネルギーフィルタを必要とする場合、二次電子は（例えば減速電極の使用を通して）一次ビーム光学系に有害な影響を及ぼすと思われる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
短い作用距離でコンパクトなデザインで済む改良された粒子ビームコラムが、例えば試料の高速かつ高品質での撮像を可能にするために望まれる。これによって、コントラスト増強をもたらす分析システム及び荷電粒子ビーム装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は改良された荷電粒子システムを提供する。本発明の態様によれば、独立請求項１による荷電粒子ユニット、請求項１１による荷電粒子検出装置、請求項１６による荷電粒子ビーム装置、請求項１７による荷電粒子マルチビーム装置、及び独立請求項２４による二次荷電粒子を検出する方法が提供される。
【００１１】
更に、本発明の利点、構成、態様及び詳細は、従属請求項、説明及び図面により明らかである。
【００１２】
本発明の１つの態様によれば、荷電粒子ビームの荷電粒子を偏向及びエネルギー選択するための荷電粒子ユニットが提供される。本ユニットは、荷電粒子ビームをエネルギーフィルタへ偏向及び焦点合わせするための二重焦点セクターユニットを含む。エネルギーフィルタは、電位ヒル（hill）（電位鞍点）（potential saddle）を形成し、これにより荷電粒子ビームの荷電粒子は、そのエネルギーに応じて電位ヒル（電位鞍点）において方向が転換される。
【００１３】
二重焦点セクターユニットによる焦点合わせ動作により、荷電粒子の発散が低減される。これにより、荷電粒子は、他のユニット、例えば検出器へと素早くかつ効率的にガイドされる。これによって達成された高透明性（high transparency）は、撮像、検査、試験処理等のスピードアップに有利となる。
【００１４】
他の態様によれば、第１の大きさに焦点合わせをするためのセクター及び四極ユニット、または第２の方向に焦点合わせをするためのシリンダーレンズの形態、あるいは半球状セクターを含む二重焦点セクターユニットの形態、もしくは追加のレンズユニットを組合わせた上記セクターの１つの形態で二重焦点セクターユニットが提供される。
【００１５】
本発明の他の態様によれば、エネルギーフィルタは、荷電粒子ビームを通過させるための１つの開口を有するバイアスされた電極を持つ。開口は、バイアスされたシリンダーの形態で提供されても良い。
【００１６】
１つの開口を通過する荷電粒子の多くはグリッドライン等を回避する。これにより、システムの透明性が増加する。
【００１７】
本発明の態様によれば、二次荷電粒子用の検出装置のために偏向及びフィルタリングユニットが使用される。
【００１８】
本発明の更に他の態様によれば、試料から放射された二次荷電粒子は、加速ユニットにより二重焦点セクターへ向けて加速される。これにより、収集効率、透明性が撮像、検査、試験のスピードアップのために更に増加される。本加速ユニットは、荷電粒子ビーム装置のバイアスされた要素あるいはコラムにおける電極であり、典型的には対物レンズの一部、コラムハウジング等である。これによって、更なるオプションによれば、試料に隣接して近接電極が設けられても良い。このような電極は、二次粒子の放射時に加速ユニットの影響を低減あるいは制御することができる。
【００１９】
上記の加速ユニットは、ウエハー電位と比較してバイアスされる。つまり、ウエハーが接地電位にある時にはある電位にバイアスされるか、ウエハーが異なった電位にバイアスされている時には接地されるかのいずれでも良く、あるいは双方が所望の電位差を得るためにバイアスされることもできる。
【００２０】
本発明の更に他の態様によれば、偏向及びエネルギー選択ユニット、検出装置の少なくとも一方は、荷電粒子ビーム装置あるいはマルチ荷電粒子ビーム装置に用いられる。
【００２１】
本発明の他の態様によれば、荷電粒子検出装置が提供される。本装置は、一次荷電粒子ビームの衝突時に試料から放射される荷電粒子を検出するものである。一次荷電粒子ビームは焦点要素により試料上に焦点合わせされる。本装置は、試料から放射された二次荷電粒子ビームの発散を低減するために焦点要素の焦点エリア外に配置された焦点ユニットと、二次荷電粒子ビームの一部を検出器から遠ざけるように方向を変えるためのフィルタとを含み、これにより二次荷電粒子の一部は選択可能なエネルギーしきい値より低いエネルギーを持つ荷電粒子を含む。検出器は二次荷電粒子ビームの入射に応じた検出信号を出力し、これにより、フィルタは、荷電粒子ビームに作用する単一の電位鞍点を形成するのに適している。
【００２２】
これによって、検出効率が向上する。以上の結果、高速荷電粒子装置が提供される。
【００２３】
更に他の態様によれば、本装置が提供されることにより、焦点ユニットはフィルタ内に二次荷電粒子のビームを焦点合わせするようにされる。これによって、ビーム発散のフィルタ依存性が低減され、フィルタの透明性が更に増加する。
【００２４】
他の態様によれば、一次荷電粒子ビームからの二次荷電粒子ビームの分離角度を増加させるための偏向角増加ユニットを更に含む装置が提供される。偏向角増加ユニットはセクターの形態で提供され、セクターは二次荷電粒子ビームを偏向の平面上で焦点合わせする。代わりに、偏向角増加ユニットは半球状セクターの形態で提供されても良く、このセクターは互いに直角の少なくとも２つの平面において二次荷電粒子ビームを焦点合わせする。更に、セクターは、焦点ユニットの（第１の）一部として用いることができる。
【００２５】
他の態様によれば、上記の検出装置の１つを含む荷電粒子ビーム装置、荷電粒子マルチビーム装置が提供される。更に、二次荷電粒子ビームを検出するための方法が提供される。
【００２６】
本発明はまた、説明される方法ステップの各々を実行するための装置部品を含み、開示される方法を実行するための装置を指向する。これらの方法ステップは、ハードウエア要素、適切なソフトウエアによるコンピュータプログラム、これら２つの如何なる組合わせ、あるいは他のどのような方法で実行されても良い。
【００２７】
本発明の上記及び他のより詳細な態様のいくつかが以下の記述及び図面を参照して説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本出願の権利範囲を制限することなく、以下では、荷電粒子ビーム装置及びその要素は、電子ビーム装置及びその要素として参照される。これにより、電子ビームは、特に検査あるいはリソグラフィ用に用いられる。本発明は更に、試料イメージを得るために荷電粒子、他の二次荷電粒子、後方散乱荷電粒子の少なくとも１つの発生源を用いる装置及びその要素に適用され得る。
【００２９】
本発明は、高い検出効率のみならず高プローブ電流を有し、そしてその結果、高検出速度を有する粒子ビーム検査システムに関する。特に、本発明は、電子ビームシステムに関する。
【００３０】
以下の図面の説明では、同じ参照番号は同じ要素を示す。個々の実施例については差異のみを説明する。
【００３１】
通常、更なるエネルギー選択ステップのための荷電粒子ビームの焦点合わせを示す時には、荷電粒子のビームは、フィルタリングステップが増加した透明性で行われるように発散が低減される。これは、荷電粒子が発散あるいは荷電粒子のブロッキングに起因して失われることを減少させるために、ビームの荷電粒子がエネルギー選択ユニットに向けて焦点合わせされるかあるいは少なくとも収束されることを意味する。
【００３２】
収集効率を向上させること、エネルギーフィルタあるいはＳＥ光学系増強の使用を許容することの少なくとも一方のために、一次電子ビーム及び二次電子ビームは分離されるべきである。一旦分離されると、二次電子ビームのための焦点及びフィルタリング光学系は一次電子ビームに作用することなく工夫することができる。
【００３３】
一次電子ビームと二次電子ビームとを分離するために基本的に２つの方法があり、２つの方法とも、磁界を横切る移動電子に作用する力が電子の速度に対して独立しているという利点を持つ。これは、ローレンツ力の法則で説明される基本原理である。
【００３４】
一次電子及び二次電子は実質上反対方向に移動するので、２つのビームに作用する力は、横向きの磁界を通過する時には反対方向である。
【００３５】
１つの使用可能なビーム分離器はウィーンフィルタである。本発明の実施例によるウィーンフィルタレンジメントは図２ａに概略的に示されている。エミッター２０５は一次電子ビーム２１０を放射し、一次電子ビーム２１０はウィーンタイプ運動量分散フィルタ２１５を通過し、対物レンズ２２０により試料２２５上に焦点合わせされる。二次電子ビーム２３０は、一次電子ビーム２１０とは反対向きに対物レンズ２００及びウィーンタイプフィルタ２１５を通過する。ウィーンフィルタは、一次電子ビーム２１０がウィーンフィルタ２１５による影響を受けずに通過するようにされ、二次電子ビーム２３０はウィーンフィルタ２１５を通過する間に曲げられ、その結果、二次電子ビームは一次電子ビーム２１０に関して傾斜したコラムを出る。一旦一次電子ビームから分離されると、二次電子は、例えば二次電子光学系、フィルタ２３５、荷電粒子を偏向及びエネルギー選択する荷電粒子ユニットにより、一次電子ビームに何の作用もすること無く、焦点合わせ及びフィルタリングされる。電子検出器２４０は、二次電子を検出し、二次電子信号２４５を出力する。一次ビーム及び二次ビームは、試料平面の上方で同じ物理空間を占有するが、便宜上、図２ａでは分離した矢印で示されている。
【００３６】
ウィーンフィルタは交差した電界及び磁界を使用し、これらの振幅は、一次ビームに作用する正味の力と二次ビームに作用する偏向（横方向）力がゼロであるように調整される。
【００３７】
ウィーンフィルタ２１５の使用の概略は図２ｂ、図２ｃに示される。ウィーンフィルタ内の電界及び磁界は、図２ｂにおいて一次荷電粒子ビームが影響を受けないように調整される。逆に、図２ｃにおいて電界及び磁界は、二次荷電粒子ビームが影響を受けないように調整される。両方の例は一次ビームと二次ビームの分離を用いている。このようにして、二次荷電粒子のビームに対し、一次荷電粒子ビームの影響を受けること無く焦点合わせあるいはフィルタリングが適用され得る。更なるオプション（図示せず）によれば、双方のビームをわずかに偏向することができ、これによりビーム分離が達成される。
【００３８】
一次ビームと二次ビームを分離する他の方法は、電界を使用せずに磁気偏向を用いることである。図３ａは、本発明の実施例による磁気ビーム分離器光学系の配置を概略的に示す。エミッター３０５は一次電子ビーム３１０を生成し、一次電子ビーム３１０はそれが第２の磁気偏向器３２０にある角度で入射するように最初に第１の磁気偏向器３１５によって偏向される。一次ビームに対する磁気ビーム分離器の作用を小さく維持するために、第１の磁気偏向器３１５における偏向角度は１０度より小さく維持されるべきである。一次電子ビームは第２の磁気偏向器３２０を通過し、試料３３０に向けられる。二次電子ビーム３３５は、一次ビーム３２０と二次ビーム３３５のトータルの分離角度αが第１の磁気偏向器３１５における一次ビームの偏向角度の約２倍（α＝１５〜２０度）になるように第２の磁気偏向器３２０によって偏向される。この分離は、一次ビーム３１０から機械的に分離されると共に二次ビーム３３５を偏向させるのに十分な強さにされるべきセクター３４０、ビームベンダーにとって十分であり、二次電子は大きな角度、つまり一次ビームに対して３０〜１００度で移動する。
【００３９】
一般的に、セクターは、ここで開示される実施例の組合わせで良く、静電型、磁界型、あるいは静電−磁界複合型のいずれでも良い。静電型セクターに必要なスペースは、磁気部分を含むセクターに必要なスペースより小さいので、通常は静電型セクターが使用される。
【００４０】
既に少なくともある大きさに発散の低減（焦点合わせ）が行われているセクター３４０に続くのは二次電子光学系３４５のセットであり、ここで二次ビームを付加的に焦点合わせ及びフィルタリングする。この形態は、シフトされたコラム、つまり、一次ビーム光学系の上部（すなわち、エミッター３０５及びパート１である磁気偏向器３１５）が下部（すなわち、パート２である磁気偏向器３２０及び対物レンズ３２５）から横方向にシフトされている点で注目に値する。このようにして、エミッター３０５は、試料３３０の視線から外れる。二次電子光学系及びフィルタ３４５を通過した後、二次電子ビーム３３５は電子検出器３５０で検出され、二次電子信号３５５が出力される。
【００４１】
大きな角度でのビーム分離を達成するために、ビーム分離器の後にビームベンダーあるいはセクターを使用することができる。一次ビームは完全にシールドされ、それ故、セクターの電界の影響を受けない。セクター３４０は、静電型、磁界型、あるいはこれらの複合型のいずれでも使用することができる。スペースが考慮される場合には静電型ビームベンダーが使用される。
【００４２】
図３ａは、一次荷電粒子ビーム及び二次荷電粒子ビームに作用する磁気偏向器で実現される特別な実施例を示す。図３ｂ、図３ｃは一般的に実現可能な適用例を概略的に示す。ビーム通路は他の実施例の細部に組合わされても良い。
【００４３】
ここでは磁気偏向器３２０が示されている。図３ｂにおいて、一次荷電粒子ビームは限定された入射角度で磁気偏向器に入射し、試料に向けて偏向される。試料から放射される二次電子のビームは、その軌道上を光学コラムへ向かうべく磁気偏向器に入射し、一次荷電粒子ビームと二次荷電粒子ビームとが分離されるように偏向される。磁気偏向器３２０は、一次荷電粒子ビームと二次荷電粒子ビームの分離ユニットとして動作する。図３ｂに示される通常の一般的な使用形態は、図３ｃ、図３ｄに示される、異なった実施例にも適用され得る。図３ｃにおいて、電子を出射するガン３０５は、試料への衝突時の電子方向に関して傾けられている。出射された電子と試料に衝突する電子について平行な一次電子ビーム方向が要求される場合には、追加の磁気偏向器３１５は、磁気偏向器３２０により誘起されたビームの傾きを補正するために使用されても良い。これらの概略的なビーム通路は、荷電粒子光学系の更なる細部を示す他のどの実施例に組合わされても良い。
【００４４】
更なる実施例について図４ａ、図４ｂを参照して説明する。図４ａはセクター４２５を示す。セクター４２５は、電子ビームを曲げるように作用する負に帯電されたＵベンド４３５と正に帯電されたＵベンド４４０とを有する。オプションとして一対のセクターサイドプレートを備えることができる。これにより、電子ビームは、ある大きさに焦点合わせされると共に、付加的に、高速検出にインパクトのあるフライト効果の時間を回避すべく、高エネルギーに維持される。第２の大きさの焦点合わせは、四極要素４４５において起こる。これにより、セクター４２５及び四極要素は、二重焦点セクターユニットを形成する。更に、二重焦点合わせを達成するために四極要素に代えてシリンダーレンズを用いることができる。
【００４５】
電子ビームはシリンダーの形態で備えられたフィルタ４６０に入射する。シリンダー内ではシリンダーへのバイアスによる電位鞍点が加えられている。十分大きなエネルギーを有する電子は電位鞍点（電位ヒル）を通過することができる。他の電子は後方に方向転換される。更に、すべての電子は同じ電位鞍点の影響を受ける。すべての電子が同じ鞍点電位の影響を受けるようにするために、シリンダーの開口は定められた十分に大きなサイズを必要とする。これにより、フィルタの透明性が増加する。電子がグリッドへ衝突することにより失われることは無く、不十分な焦点合わせにより失われることはほとんど無い。
【００４６】
図４ｂの更なる実施例においては、半球状のセクター４７０が使用される。半球形状の観点から、セクターに入射する電子ビームは２つのディメンジョンに焦点合わせされる。このようにして、二重焦点セクターユニット４７０のために追加の焦点ユニットは必要としない。電子は、高い透明性でフィルタ４６０においてエネルギー選択がなされ得る。
【００４７】
更に他の実施例（図示せず）によれば、二重焦点セクターユニット（図４ａにおける４２５、４４５あるいは図４ｂにおける４７０）による焦点合わせは、追加の焦点ユニットでアシストされ得る。このようにして、二重焦点セクターユニットは、追加のレンズ、例えばアインツェルレンズを含んでも良い。この追加のレンズは、セクターの焦点をフィルタの位置に対応する位置へシフトさせるために適用されても良い。
【００４８】
更に他の態様について、１つの実施例による検出光学系を示す図４ｃを参照して説明する。図４ｃは、偏向角増加ユニットとして動作するセクター４２５を含む。光軸からある角度、例えば３〜１５度分離されている二次電子のビームは、検出器４６５へ向けて更に偏向される。
【００４９】
通常、静電型ビームベンダーは、シリンダー、半球状のいずれにもすることができる。シリンダー型は、ビームが曲がるにつれて二次電子を１つの平面上に焦点合わせし、他には行かないようにする。半球状のビームベンダーは、二次ビームを２つの平面に焦点合わせする。シリンダー型セクターは、横断面への焦点合わせ、半球状のセクターと同じ焦点特性を得ることを達成するためにバイアスされたサイドプレートを使用することができる。
【００５０】
図４ｃは、この種のシリンダー型セクターを概略的に示している。サイドプレート（図示せず）は、本図に関して言えば、セクター電極４３５と４４０との間のギャップの前及び後方に配置され得る。
【００５１】
二次電子ビーム４０５は対物レンズ４１５の開口４１０及びプレート４２０の開口を通過し、セクター４２５に入射する。セクター４２５は、二次電子ビームを曲げるように作用する負に帯電されたＵベンド４３５と正に帯電されたＵベンド４４０を有する。更に、一対のセクターサイドプレートが設けられる。二次電子ビームはそれからＳＥ整列四極要素４４５を通過する間に整列され、ＳＥ焦点レンズ４５０を通過する間に焦点合わせされる。二次電子ビーム４０５はそれから接地されたプレート４５５及びＳＥフィルタ４６０の開口を通過して電子検出器４６５に入射する。
【００５２】
サイドプレートを持たないシリンダー型セクターの欠点は、ＳＥビームを１つの平面（紙面の上下）に焦点合わせし、他の面（紙面の内外）にはしないという点にある。この焦点合わせの欠点は、シリンダー型セクターのサイドに電極を配置して平面上における焦点合わせ作用を強化することにより補償することができる。セクターにより焦点合わせ作用を均一にするための動機付けには２つある。その１つは高速検出器に小さいスポットを提供することであり、他の１つは、フィルタが二次ビームのエネルギー及び方向の両方に高感度であるので良好なエネルギーフィルタリングを可能にすることである。
【００５３】
かくして、フィルタは二次電子の焦点近傍に配置されるべきである。
【００５４】
本願で開示されている実施例のために備えられるフィルタ（エネルギー選択フィルタ）は以下のようにして形成される。高い透明性及び二次粒子の高い収集効率を提供するためには高電流密度装置であることが望ましい。このようにして、電子の損失が低減されるべきである。単一の開口を持つフィルタを設けることは電子ビームにおけるほとんどの電子がフィルタを通過する可能性を増加させる。そうでなければ、異なる開口を橋渡ししているハードウエア要素間で電子の損失が生じるかもしれない。
【００５５】
図に示されているシリンダー状（あるいは開口状）のフィルタは、フィルタにおけるビーム通路に応じて変化する電位鞍点を形成する。これにより、円形のフットプリントを持つシリンダーのゆえに、依存性は放射方向、つまり光軸からの距離のみである。二次式のフットプリント、五角形のフットプリントあるいは他の形状を持つシリンダーのゆえに、電位形状は、アジマス座標と同様に軸からの距離で変化する。
【００５６】
にもかかわらず、上記のシステムは、鞍点の電位形状を有し、あるしきい値より低い粒子エネルギーを持つビームの一部を反射する。
【００５７】
シリンダーが長いほどしきい値電位はフィルタに印加される電位に近くなる。短いフィルタの場合、電位鞍点は印加されたバイアスから変化しても良い。しかしながら、スペースの必要性がこれを正当化すると思われる。加えて、フィルタにおける平均粒子速度は長いフィルタのゆえに減少する。かくして、高速の必要性の観点から、長さは制約される。
【００５８】
一例として、フィルタの長さは、２００μｍ〜２０ｍｍの範囲内にされる。ビームが通過する開口は２００μｍ〜１０ｍｍの範囲である。
【００５９】
図５は、半球状のセクターを持つ磁気タイプビーム分離器を有する、本発明の実施例による光学システムの破断図を示す。半球状のセクターが二次電子ビームを２つの平面に焦点合わせするので、本実施例ではサイドプレートを必要としない。
【００６０】
図５を参照して、エミッター５０２からの一次電子ビームは、第１の磁気ビーム分離器偏向コイル５０５を通過する間に曲げられる（方向転換される）。一次電子ビーム５００はプレート５１０の開口を通過し、第２の磁気ビーム分離器偏向コイルを通過する間に再び曲げられる（方向転換される）。一次電子ビーム５００は、半導体ウエハー５３０のような試料に衝突するために対物レンズ５２５の開口５２０を通過し続ける。二次電子ビーム５３５は、対物レンズ５２５の開口５２０を通過し、第２の磁気ビーム分離器偏向コイル５１５を通過する間に曲げられる（方向転換される）。プレート５１０の開口を通過すると、二次電子ビーム５３５は半球状のセクター５４０に入射する。
【００６１】
セクターに続いて、二次電子ビームを電子検出器５６５の動作エリアにおいて小さなスポット（例えば直径４ｍｍ）に焦点合わせすると共に、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ために、焦点及びフィルタリング要素のセットがある。焦点合わせは、磁気レンズ、静電レンズのいずれでも行うことができる。静電レンズはよりコンパクトなサイズ及び低減された複雑さを提供する。フィルタリングは１つ以上の静電レンズを必要とするが、これは１つ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からである。
【００６２】
図５の実施例においては、焦点レンズは、焦点電極を囲んでいる２つのプレート（ＳＥ配列四極５４５及びプレート５５５）を持つ簡単な静電レンズであり、これによりレンズ５５０を形成する。二次電子フィルタ５６０は、試料ウエハーと実質上同じ電位にバイアスされている長いシリンダーである。
【００６３】
レンズ５５０は、液浸系レンズあるいはアインツェルレンズを使用することができる。ウエハーがバイアスされる場合にはプレート５４５、５５５は接地されても良い。
【００６４】
上記の実施例では、四極５４５とプレート５５５はレンズ５５０に一体化されている。通常、本願において示されているすべての実施例に関しては、四極、プレートの少なくとも一方は独立してレンズに設けられることができる。これにより、適切な数のレンズ電極が設けられ、付加的に、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の代わりに四極を設けることができる。この第２の四極は二次電子ビームの付加的な整列を許容する。
【００６５】
通常、二次電子ビームを焦点合わせするレンズは、分離ユニット（ウィーンフィルタ、磁気偏向器の少なくとも一方）と検出器との間に配置される。典型的には、そ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配置される。焦点レンズは、静電型（上記のアインツェルレンズ）、磁気型、静電−磁気複合型のいずれも用いることができる。典型的には、スペースの理由により、二次電子を焦点合わせするために静電レンズが用いられる。更に、アインツェルレンズあるいは液浸レンズが二次電子ビームを焦点合わせする焦点ユニットとして用いることができる。
【００６６】
検出器において小さなスポットとするために二次電子ビーム５３５を焦点合わせすることは、高速撮像を可能にする。検出器のタイプは、例えばピン（ｐ−ｉ−ｎ）ダイオードである。この種の検出器は、高電流電子ビームシステム用に優れており、それは、これらが小さい場合には非常に高い量子効率（１に近い）及び優れた応答時間を有するからである。応答時間はデバイスのキャパシタンスに比例し、キャパシタンスは面積に比例する。したがって、面積は小さくされるべきである。二次電子ビームの焦点合わせは利点を持つ。典型的には、４〜５ｍｍ径の検出器動作領域が６００ＭＰＰＳ近傍での撮像速度（imaging rate）に適している。
【００６７】
ピンダイオードを含む実施例について説明してきたが、他の検出器が用いられても良い。ここに開示されるすべての実施例のために、高速シンチレーション検出器あるいはピンダイオードが用いられても良い。検出器は、典型的には、偏向角増加ユニット、つまり、例えば上記の図面におけるセクターの後方に配置される。シンチレーション検出器の場合には、二次電子ビームは、検出器では焦点合わせされない。これにより、その寿命が増加し、コンタミネーションが減少する。
【００６８】
通常の撮像モード（非電圧コントラスト）での焦点要素の目的は、検出器において小さなスポットを形成することにある。このモードでは、フィルタ及び焦点電極がＳＥビーム焦点合わせのために使用され得る。
【００６９】
電圧コントラストモードでは、フィルタ電極５６０は、ウエハー５３０の平面において設定（ユーザが選択可能な）された初期エネルギーレベルより低い二次電子を排除するハイパスフィルタとして作用する。二次電子はセクター５４０を出て、フィルタ電極電界の内側にクロスオーバーが形成されるように減速静電レンズ（ＳＥ焦点レンズ）を通して焦点合わせされる。フィルタ電極５６０は、鞍点電位Ｕ_ｆを形成する電位Ｕ_Ｆにバイアスされる。これらの電位は、通常、ウエハーに関しての相対電位である。それ故、試料から放射されるＵ_ｆを越える電位を持つ電子がフィルタを通過することができ、Ｕ_ｆより低い（あるいは等しい）電位を持つ電子はフィルタを通過することができず、排除される。
【００７０】
電圧コントラスト撮像のための典型的なアプリケーションは、ウエハー上でのデバイスにおけるコンタクトホールで満足されるかあるいは満足されない。検査されるべきデバイスのこの層は、絶縁された導体コンタクトを持つ誘電体材料のフィールドから成り、導体コンタクトは、コンタクトの下にバルクシリコンか大きなキャパシタンスメタルのいずれかのために通路を持つ。電子ビームの検査において好結果を示す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５〜５０Ｖの範囲の電圧まで正に充電することである。それ故、充電された誘電体から出射する二次電子は、検出器信号に対してエスケープ及び寄与するために表面充電電位より大きな初期エネルギーを持たなければならない。良好なコンタクトから出射される二次電子は、基本的には接地された基板から出射され、２ｅＶに近いピークで接地されたメタル材料と連携した典型的な二次エネルギー分布を持つ。もし、５ｅＶ（例えば）より高い初期エネルギーを持つすべての電子が検出されるように、二次信号をフィルタリングすれば、充電された誘電体を示す画像における領域は暗くなると思われ、良好なコンタクトは明るくなると思われる。
【００７１】
図６は、二次電子光学系及び図５の配置のエネルギーフィルタ機能を示すフィルタ電極形態の概略を示す。
【００７２】
試料から放出される二次電子の抽出は、近接電極５３２で制御される。その後、対物レンズのバイアスされた部分、例えばバイアスされたポールピース、あるいはコラムハウジングのバイアスされた部分または更なる加速電極（図示せず）のような加速ユニットは、改良された高速検出のための電子を加速する。この加速は本願において示されたすべての実施例に含まれることが可能であり、二次粒子が決められた加速フィールドにおいて加速されれば収集効率が増加されるという利点を持つ。近接電極のフィールドは、撮像条件の制御の特定の適用により調整され得る。その後、荷電粒子は加速ユニットにより、例えば５〜１２ｋｅＶで加速される。
【００７３】
上述の加速ユニットはウエハー電位に関連してバイアスされる。つまり、ウエハーが接地電位にある間、加速ユニットはある電位にバイアスされることができるし、ウエハーが異なった電位にバイアスされている間、接地されることもでき、あるいは双方が所望の電位差を得るためにバイアスされることもできる。
【００７４】
二次電子はセクター５４０を出る。それらは次に、アインツェルレンズ５５０（接地板５４５、５５５及び焦点電極）により電子エネルギーに対して正味の効果の無い解像度で焦点合わせされ、ＳＥビームはそれが入射した時と同じエネルギーを持ってアインツェルレンズを出る。ビームは続いて、ウエハーとほぼ同じ電位にバイアスされているフィルタ電極５６０を通過する。フィルタ電極のバイアスは、図示されているように電極の中心に鞍点電界を形成するように選択され、つまり、セクター５４０通過後の二次電子運動エネルギーはアインツェルレンズを通して実質上一定のままであり、エネルギーフィルタ５６０の中心で最小に低下し、検出器５６５の前面に向かって再び上昇する。鞍点電界強度は、フィルタ強度を決定する。鞍点電位がウエハーより更に負側であったならば、電子は静電ミラー条件で回転すると思われる。電圧コントラストアプリケーションは、この鞍点電界強度をあるレベル、つまり二次電子をウエハー表面の正に帯電された領域から排除するレベルに設定することを必要とする。
【００７５】
加えて、非電圧コントラストアプリケーションの場合、フィルタ電極は、検出器でのスポットサイズを制御する付加的な焦点電極として用いることができる。上記のように、ピンダイオードの場合、より小さなスポットが検出速度を増加させるために典型的であるのに対し、液浸検出器の場合にはより大きなスポットが寿命を長くし、コンタミネーションを低減するために典型的である。
【００７６】
ここで示されるすべての実施例のために、一般的にフィルタを分離ユニットと検出器との間に配置することができる。これにより、付加的な偏向角（分離角）増加ユニットが存在するのであれば、フィルタは偏向角増加ユニットと検出器との間に配置されても良い。
【００７７】
改良されたフィルタリングを提供するためには、フィルタは、１つの二次電子焦点ユニットと検出器との間に配置されるべきである。
【００７８】
電圧コントラスト効果は、ＭＥＢＳ電子−光学モデリングソフトウエアの照射線軌跡を用いて図７、図８に示されている。
【００７９】
図７は、非電圧コントラストの場合の図５、図６の二次電子光学要素を通る照射線軌跡を示す。この例では、ＳＥ光学モジュールに入射したすべての電子は、直径７ｍｍ未満のスポット以内で検出器５６５に到達する。
【００８０】
図８は、電圧コントラストの場合の図５、図６の二次電子光学要素を通る照射線軌跡を示す。この場合、フィルタ電極５６０は、ウエハー電位より低い６Ｖの鞍点電位を提供すべくバイアスされる。約６ｅＶの初期エネルギーを持つ二次電子は、フィルタで排除され、検出器には到達しない。６ｅＶを越える初期エネルギーを持つ二次電子が検出器に到達する。６Ｖの鞍点電位は、ウエハー電位より低い、約２０Ｖのフィルタ電極チューブのバイアスに対応する。
【００８１】
図９は、本発明の実施例によるウエハー検査システム９００の概略を示し、これは図５〜図８を参照して説明した電子−光学サブシステムを用いている。電子ビームコラム９０２は、電子ビーム源９０４、磁気ビーム分離器９０６、及びｘ−ｙステージ９１５上で搬送されるウエハー９１２に一次ビーム９１０を照射するための対物レンズ９０８を含む。ウエハー９１２からの二次電子は、ビーム分離器９０６、セクター９１４、及び焦点・フィルタリング要素９１６を経由して検出器９１８に至る。検出器９１８からの信号は、撮像電子光学部９２０に供給される。
【００８２】
ウエハー９１２及びステージ９１５は絶縁フレーム９２２上に支持されたバキュームチャンバー９２２内に収容されている。バキュームポンプ９２６は、動作中、チャンバー９２２及びコラム９０２内を適切なバキューム状態に維持する。ウエハー９１２は、ウエハーハンドラーサブシステム９２８によりチャンバー９２２に出し入れされる。
【００８３】
ウエハー検査システム９００は、例えばコントロールプロセッサ、イメージプロセッサ、及びイメージメモリを有するコンピュータシステム９３０で制御される。コンピュータシステム９３０は、キーボードやポインテイングデバイスあるいは他の人的操作による適切な装置の如き入出力装置９３４を有するワークステーション９３２及びディスプレイ９３６と通信し合う。コントロールプロセッサ９３０は、一次電子ビーム９１０を制御するＰＥビーム制御部９４０、検出器９１８に適切な二次電子ビームを提供するためにコラム９０２の焦点・フィルタリング要素を制御するＳＥ光学系制御部９４２、ウエハー９１２への一次ビーム９１０の照射を制御するＰＥアライメント・偏向制御部９４４、バキュームポンプ９２６を制御するためのバキュームポンプ制御部９４６及びハンドラー制御部９５２のような制御回路とバス９３８を介して通信する。コントロールプロセッサ９３０はまた、撮像電子回路部９２０からバス９３８を介して撮像データを、記憶、処理及びイメージ分析のために受信する。シングルコラムシステムに比べてより大きなスループットを提供するためには、マルチコラムシステムが考慮されても良い。図１０は、ウエハー９１２の複数領域を同時に検査することを可能にするｅ−ビームコラム１０１０、１０１５、１０２０の列１００５を有するマルチコラムｅ−ビームウエハー検査システム１０００を概略的に示す。
【００８４】
図１０には３つのサブユニットを含むマルチコラム装置が示されている。当業者であれば理解できるように、他の適切な数を適用することができる。例えば、５、１０、あるいは１５の電子ビームを配列することができる。
【００８５】
更に、互いに隣接する複数の列に配置することができる。これにより、試料へのアレイ状の電子ビーム照射が実現される。分離された荷電粒子ビームのための十分なスペースを確保するために、例えば２つの列を互いに隣接するように配置することができる。スペース上の制約が無い場合には、３、５あるいは他の適切な数の列が適用されても良い。
【００８６】
複数のサブコラムを直線状、アレイ状あるいは他のパターンに配置するために、シングルビームコラムの場合のようにシングル電子ビームに個別に作用する幾つかのコンポーネントが組合わされても良い。かくして、１つのエミッターアレイがすべての電子ビームを放射するか、あるいは１つの対物レンズがマルチビーム装置のすべてのビームを焦点合わせする。それらの例を以下に示す。
【００８７】
対物レンズに関しては、例えば本願と同じ出願人によるヨーロッパ出願Ｎｒ．０２０２８３４５に開示されているようなマルチビームレンズを提供することが適切であると思われる。これにより、１つの励磁コイルを有する複合静電磁気レンズが用いられる。一例が図１１に示されている。
【００８８】
以下の要素が図１１に見られる。光学システム１０は磁気レンズ要素を含む。この磁気レンズ要素は励磁コイル１５を含む。このコイルの直径は約１００ｍｍ〜１０００ｍｍであり、１００ｍｍ〜４００ｍｍが好ましい。これにより、コイル直径は、通常、光学システムにより焦点合わせされた電子ビーム１２の数に基づく。
【００８９】
更に、上部ポールピース１６及び下部ポールピース１７がある。これらのポールピースは、パーマロイあるいはμメタルのような磁気導電材料で作られるのが好ましい。磁気レンズ要素に加えて、静電レンズ要素がある。レンズシステムは、複数の電子ビーム１２用の複数のサブレンズとして説明される。図１１の実施例においては、静電レンズ要素の静電液浸サブレンズの各々は、上部電極１８及び下部電極１９を含む。これらの電極は、非磁性導電材料で作られるべきである。静電要素及び磁気要素に設けられた開口１４は、各電子ビーム１２が異なる開口を用いる光学システムを通過することができるような方法でオーバーラップする。
【００９０】
光学システム１０の焦点合わせを制御するために、上部電極１８用のコントローラ７、下部電極８用のコントローラ８、及び励磁コイル用のコントローラ９が備えられる。
【００９１】
図１１の光学システム１０の機能を以下に説明する。光軸１１を持つ複数の電子ビーム１２は例えば試料１３上に焦点合わせされる。焦点合わせ磁界が励磁コイル１５によりポールピースに誘導される。コントローラ９は励磁コイル１５を駆動する。励磁コイルに近接して冷却ユニット（図示せず）が配置され得る。ポールピースは、焦点合わせ磁界を電子ビームのための開口１４に導く。これらの開口は、上部ポールピース１６及び下部ポールピース１７に設けられる。開口１４内における焦点磁界により、電子ビームが焦点合わせされる。静電レンズにより電子ビーム１２を更に焦点合わせするために、第１の電極１８及び第２の電極１９が設けられる。コントローラ７、８により電極１８、１９に異なる電位がそれぞれ印加される。
【００９２】
他の手段によれば、コントローラ７、８は、サブレンズ用の共通の上部あるいは下部電極のいずれにも接続することができ、あるいはこれらは少なくとも複数の電極あるいは電極のセットを独立して制御することができる。
【００９３】
図１に見ることができように、光学システム１０は電子ビーム１２を試料１３に焦点合わせする。光学システム１０が対物レンズとして用いられるのであれば、荷電粒子は試料に衝突する前に減速されるように、電極１８、１９に、それぞれ電位が与えられるのが好ましい。かくして、電子及び他の負の荷電粒子のために、上部電極１８は、下部電極１９に比べてより正の電位にされるべきである。
【００９４】
図１１に示される開口は、異なったパターンで配置され得る。その例が図１２ａ〜図１２ｃに示されている。上部ポールピースの領域１６ａは円形に描かれている。下部ポールピースはこの図では上部ポールピースの下に配置されている。ポールピースは励磁コイル１５ａで囲まれている。励磁コイルは磁界を発生する。ポールピースは、磁界を開口１４に導く。更に、電極１８ａが示されている。電極に設けられた、光学システムを通る開口は、ポールピースにおける開口とオーバーラップする。
【００９５】
開口１４の１つを通過する電子ビームは、静電レンズの電界及び磁気レンズの磁界により焦点合わせされる。これにより、レンズの磁気及び静電要素は対称な焦点合わせ場を可能にするように配置されるのが好ましい。
【００９６】
図１２ａでは、開口１４は一列に設けられている。かくして、各開口１４の少なくとも２つの方向（図１２ａの下側及び上側）には隣接する開口は存在しない。それゆえ、磁界は直接開口に導かれる。これらの２つの側に関しては、他の要素あるいは開口の干渉は存在しない。
【００９７】
図１２ｂは、他の実施例を示している。ここでは、２列の開口が設けられている。一般的には、複数列の開口はｍ×ｎマトリクスを形成する。上の列は下の列の存在による影響を受けると思われ、逆もまた同様である。かくして、付加的な開口３２を追加することが好ましいと思われる。これらの付加的な開口３２は、電子ビームをじゃましたり、焦点合わせしたりするためには用いられない。しかしながら、各開口１４が隣接した同じような影響エリアを持つので、開口１４に導かれた磁界の均一性が増加される。付加的な開口３２（”ダミー”開口）は、図１２ａ〜図１２ｃに示されたすべての実施例に使用され得る。ダミー開口の他の幾何学的配置及びサイズは本発明の権利範囲内である。
【００９８】
図１２ｃは、光学システムの更に他の実施例を示す。図１２ｃの開口１４は、ダイヤモンド状パターンを形成する四重幾何学配置で設けられている。高次の対称性が実現される。
【００９９】
１つ以上の一次電子ビームを焦点合わせするための配置の他の例が図１３に示されている。光学システム１８０は、励磁コイル１５、上部及び下部ポールピース５２及び５４を含む。更に、各電子ビーム１２のための撮像特性を個別に調整するために設けられた手段がある。これらの手段は、小さな磁気コイル１０２である。静電レンズ要素は、上部電極１８と下部電極１９を含む。更に、インレンズ偏向器１５２のために偏向ユニットが設けられる。かくして、電子ビーム１２ｂは試料１３をスキャンすることができる。二次粒子は、一次電子ビームのために使用される同じ開口１４を通して光学システムを通過する。光学システム１８０の実施例は、複合軸・ラジアルギャップ磁気レンズ要素を使用する。静電レンズ要素は、上部電極１８及び下部平面電極７２で実現される。レンズ要素変動の微調整は、小さな磁気コイル１０２により達成される。光学システムの上方で光軸１１をたどる電子ビーム１２ｂは、インレンズ偏向電極１５２のグループにより偏向される。
【０１００】
複数ビームを配列する他の実施例が図１４に示されている。ここでは、付加的なマルチ開口が各ビームのために設けられる。かくして、異なる開口が偏向器を用いて選択され得る。本願と同じ出願人によるヨーロッパ出願Ｎｒ０３００６７１６に開示されているように、マルチ開口の開口選択に関する細部が用いられても良い。
【０１０１】
装置１３０は、ハウジング１３１及び試料チャンバー１３５を有する。ハウジングは試料チャンバーと同じくバキュームポートを通して排気される。試料チャンバー内には、試料を独立して２つの方向に移動させることができる試料ステージ１３６上に試料１３が置かれている。試料の制御のために、移動制御ユニット１３６´が試料ステージ１３６に接続されている。４つの電子ビーム１２の各々は、固有の光軸１１を有する。ビームはエミッターアレイ１３２から放射される。エミッターアレイは、制御ユニット１３２´で制御される。つまり、ビーム電流、アノード電位及び試料１３をスキャンする電子ビームの予想同期が制御される。各電子ビームのためのアインツェルレンズモジュールを含むマルチレンズシステム１３３は、４つの荷電粒子ビームのためのコンデンサーレンズとして使用される。レンズシステム１３３はコントロールユニット１３３´で制御される。
【０１０２】
一般的に、図１４の実施例の参照無しで、シングルビームあるいはマルチビームコラムは、各一次電子ビームのために少なくとも２つの焦点要素を有する。複数のレンズ（あるいは少なくとも１つの）の利点は、レンズ間に高電位（ビーム昇圧電位）を加えるべき電子ビームを許容する液浸レンズにある。更に、１つの代案によれば、複合ガンコンデンサーレンズは放射されたビームを整形するのに好ましい。
【０１０３】
試料１３上に電子ビームを焦点合わせするためには、すべての電子ビームのために磁気静電複合レンズ１３４が使用される。これにより、磁気サブレンズが共通の励磁コイルを占有し、各々の電子ビームのために静電サブレンズが複合レンズに一体化される。磁気静電複合レンズの要素は、コントロールユニット１３４´で制御される。
【０１０４】
図１４では、静電レンズ１３３及び磁気静電複合レンズ１３４が使用される。代わりに、２つの静電レンズをコンデンサーレンズ及び対物レンズとして用いることができる。これに代えて、２つの磁気静電複合レンズをコンデンサーレンズ及び対物レンズとして用いることができる。しかしながら、コンデンサーレンズを必要とせず、１つだけのマルチビームレンズを用いることも可能である。これにより、静電レンズあるいは磁気静電複合レンズを用いることができる。
【０１０５】
更に、近接電極８２及びそれらのコントロールユニット８２´が設けられ、４つの電子ビームの各々に対応する抽出フィールドが実現される。加えて、各々の電子ビーム１２のために、ビーム昇圧電位を提供するための電極１３７が設けられる。
【０１０６】
上記の要素の他に、偏向スイッチシステムが各々の電子ビームのために設けられる。
【０１０７】
図３ａ〜図３ｄに示される磁気偏向システムとは逆に、４つの偏向器の組合わせを、エミッターサブユニットの光軸に共通である対物レンズサブユニットの光軸のために使用できる。第１の偏向ステージ１４は、開口ユニット４１内で使用される開口の種類に基づいて電子ビーム１２を左あるいは右に偏向する。各々の電子ビームのために、開口ユニット４１は、高電流測定モード用の大きな開口と高分解能測定モード用の小さな開口を有する。
【０１０８】
二次電子は、各々の電子ビームのために設けられるセクター４２５により一次電子ビームから分離される。図１４の概略図におけるビーム分離は、図面の平面内に示されている。これは、作図をより簡単にするためになされている。通常、ビーム分離、つまり検出ユニットの配置は、図面の平面に直交する方向で実現される。
【０１０９】
二次電子の検出のために、焦点・フィルタリング光学系９１６が設けられる。各偏向ステージ１４はコントロールユニット１４´で制御されるのに対し、すべての検出ユニットはコントローラ１６´／４４´で制御される。
【０１１０】
ヨーロッパ出願Ｎｒ０２０２８３４６による図１５を参照してマルチビーム対物レンズの他の実施例を説明する。ここでは、共通の励磁コイルを占有するマルチビーム磁気レンズが以下のように修正されている。
【０１１１】
図１５に示される実施例においては、５個の個別のレンズモジュール１００が設けられている。各々のモジュールは、２つの平坦な側面を持つシリンダー状の磁気導電材料回路２３を有する。磁気材料回路の中央には開口２２が設けられている。開口２２を通して光軸２２に沿って運ばれる電子ビームは磁気レンズ場により焦点合わせされる。磁気レンズ場は、電流１０６ａ、１０６ｂにより誘起される。
【０１１２】
個々のレンズモジュールは光軸に関して対称の２つの平面を有する。クロストークにより部分的に歪みを受けるかもしれないので、モジュールの対称を維持するために、モジュールの間にはギャップがある。これに代えて、このようなギャップには非磁性材料が充填されても良い。
【０１１３】
図１５において、レンズモジュール１００は、開口２２に与えられる磁気フラックスを整形するように作られる。それゆえ、付加的な穴８２が設けられ、これにより開口２２に与えられる磁場が修正される。付加的な穴８２を用いることにより、電子ビームの焦点合わせを要求に応じて提供することができる。
【０１１４】
上に示された、異なったマルチレンズタイプに関しては、磁気あるいは複合静電−磁気レンズがすべての実施例に使用されても良い。複合レンズ及び静電レンズ（磁気レンズ要素の無い）には液浸タイプが使用されても良い。これにより、試料への電子の衝突エネルギーを制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】従来例による検出スキームを概略的に示す図である。
【図２ａ】ウィーンフィルタタイプの分離ユニットを持つ、本発明によるシステムを概略的に示す。
【図２ｂ】ウィーンフィルタタイプの分離ユニットで実現される他のビーム通路を概略的に示す。
【図２ｃ】ウィーンフィルタタイプの分離ユニットで実現される他のビーム通路を概略的に示す。
【図３ａ】磁気ダイポールビーム分離ユニットを持つ、本発明による実施例を概略的に示す。
【図３ｂ】磁気ダイポールビーム分離ユニットを持つ、本発明による実施例を概略的に示す。
【図３ｃ】磁気ダイポールビーム分離ユニットを持つ、本発明による実施例を概略的に示す。
【図３ｄ】磁気ダイポールビーム分離ユニットを持つ、本発明による実施例を概略的に示す。
【図４ａ】本発明による荷電粒子ユニットを概略的に示す側面図である。
【図４ｂ】本発明による荷電粒子ユニットを概略的に示す側面図である。
【図４ｃ】本発明の他の実施例を概略的に示す側面図である。
【図５】半球状のセクターを含む他の実施例を概略的に示す側面図である。
【図６】鞍点電位フィルタの電位を組合わせて概略的に示す側面図である。
【図７】本発明による実施例における二次ビーム光学系のビーム通路を示す。
【図８】本発明による実施例における二次ビーム光学系のビーム通路を示す。
【図９】本発明による荷電粒子ビーム装置を概略的に示す側面図である。
【図１０】本発明による荷電粒子マルチビーム装置を概略的に示す側面図である。
【図１１】本発明によるマルチビーム装置に用いることのできる対物レンズを概略的に示す側面図である。
【図１２ａ】本発明によるマルチビーム装置に用いることのできる対物レンズの上面及び対応するビームパターンを概略的に示す図である。
【図１２ｂ】本発明によるマルチビーム装置に用いることのできる対物レンズの上面及び対応するビームパターンを概略的に示す図である。
【図１２ｃ】本発明によるマルチビーム装置に用いることのできる対物レンズの上面及び対応するビームパターンを概略的に示す図である。
【図１３】本発明によるマルチビーム装置に用いることのできる対物レンズを概略的に示す側面図である。
【図１４】本発明による荷電粒子マルチビーム装置を概略的に示す側面図である。
【図１５】本発明による荷電粒子マルチビーム装置を概略的に示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１１６】
２０５エミッター
２１５ウィーンタイプ運動量分散フィルタ
２２０対物レンズ
２４０電子検出器

【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームの荷電粒子を偏向及びエネルギー選択するための荷電粒子ユニットにおいて、
荷電粒子ビームの偏向及び焦点合わせをするための二重焦点セクターユニット（４７０；４２５，４５０；９１４）と、
電位鞍点を形成するためのエネルギーフィルタ（４６０；５６０；９１６）とを含むことにより、荷電粒子ビームの荷電粒子がそのエネルギーに応じて前記電位鞍点で方向転換されることを特徴とする荷電粒子ユニット。
【請求項２】
請求項１による荷電粒子ユニットにおいて、前記二重焦点セクターユニットは、第１の大きさに焦点合わせをするためのセクター（４３５）と四極ユニット（４４５）と第２の方向に焦点合わせをするためのシリンダーレンズあるいはサイドプレートを含むことを特徴とする荷電粒子ユニット。
【請求項３】
請求項１による荷電粒子ユニットにおいて、前記二重焦点セクターユニットは、半球状セクター（４７０）を含むことを特徴とする荷電粒子ユニット。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項による荷電粒子ユニットにおいて、前記二重焦点セクターユニットは、荷電粒子ビームを前記エネルギーフィルタ（４６０；５６０；９１６）内に焦点合わせするようにされることを特徴とする荷電粒子ユニット。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項による荷電粒子ユニットにおいて、前記二重焦点セクターユニットは、荷電粒子ビームを焦点合わせするための追加のレンズユニット（４５０；５５０）を含むことを特徴とする荷電粒子ユニット。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項による荷電粒子ユニットにおいて、前記追加のレンズユニットは、アインツェルレンズを含むことを特徴とする荷電粒子ユニット。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項による荷電粒子ユニットにおいて、前記エネルギーフィルタは、荷電粒子ビームを通過させるための１つの開口を持つバイアスされた電極を有することを特徴とする荷電粒子ユニット。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項による荷電粒子ユニットにおいて、前記エネルギーフィルタ（４６０；５６０；９１６）は、バイアスされたシリンダーの形態で備えられることを特徴とする荷電粒子ユニット。
【請求項９】
請求項８による荷電粒子ユニットにおいて、前記バイアスされたシリンダーは、少なくとも１００μｍの長さと１００μｍ〜２０ｍｍの間の開口径を有することを特徴とする荷電粒子ユニット。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項による荷電粒子ユニットにおいて、前記エネルギーフィルタは、荷電粒子ビームの焦点位置近傍においてその進行方向に沿って配置されていることを特徴とする荷電粒子ユニット。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項による荷電粒子ユニットを含む二次荷電粒子検出装置であって、
前記荷電粒子ビームは、一次荷電粒子ビームの衝突時に試料（２２５；５３０）から放射された二次荷電粒子のビームであり、
更に、前記エネルギーフィルタを通過した荷電粒子ビームの入射に応じた検出信号を出力するための検出器（４６５；５６５；９１８）を含むことを特徴とする二次荷電粒子検出装置。
【請求項１２】
請求項１１による二次荷電粒子検出装置において、更に、前記二次荷電粒子を加速するための加速ユニットを含むことを特徴とする二次荷電粒子検出装置。
【請求項１３】
請求項１１あるいは１２による二次荷電粒子検出装置において、更に、一次荷電粒子ビームから二次荷電粒子ビームを分離するための分離ユニット（２１５；３２０；９０６）を含むことを特徴とする二次荷電粒子検出装置。
【請求項１４】
請求項１３による二次荷電粒子検出装置において、前記分離ユニットは、磁気ダイポール要素の形態で備えられることを特徴とする二次荷電粒子検出装置。
【請求項１５】
請求項１３による二次荷電粒子検出装置において、前記分離ユニットは、ウィーンフィルタの形態で備えられることを特徴とする二次荷電粒子検出装置。
【請求項１６】
一次荷電粒子ビームを生成するための荷電粒子ビーム源（２０５；３０５；９０４）と、
前記一次荷電粒子ビームを試料上に焦点合わせするための第１の焦点要素（２２０；３２５；４１５；５２５；１３４）と、
請求項１１から１５のいずれか１項による荷電粒子検出装置とを含むことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項１７】
請求項１６による荷電粒子ビーム装置を少なくとも２つ含むことを特徴とする荷電粒子マルチビーム装置。
【請求項１８】
請求項１６による荷電粒子ビーム装置を少なくとも５つ含むことを特徴とする荷電粒子マルチビーム装置。
【請求項１９】
請求項１７あるいは１８による荷電粒子マルチビーム装置において、
複数の前記荷電粒子ビーム装置が、荷電粒子ビームの列を提供するように配置されることを特徴とする荷電粒子マルチビーム装置。
【請求項２０】
請求項１７から１９のいずれか１項による荷電粒子マルチビーム装置において、
複数の前記荷電粒子ビーム装置が、アレイ状の荷電粒子ビームを提供するように配置されることを特徴とする荷電粒子マルチビーム装置。
【請求項２１】
請求項１７から２０のいずれか１項による荷電粒子マルチビーム装置において、
複数の一次荷電粒子ビームが、複数の荷電粒子ビーム源により生成され、
前記複数の荷電粒子ビーム源は１つのエミッターアレイとして一体化されていることを特徴とする荷電粒子マルチビーム装置。
【請求項２２】
請求項１７から２１のいずれか１項による荷電粒子マルチビーム装置において、
複数の一次荷電粒子ビームは、複数の第１の焦点要素により焦点合わせされ、
前記複数の第１の焦点要素は１つのマルチビーム対物レンズ（１３４）として一体化されていることを特徴とする荷電粒子マルチビーム装置。
【請求項２３】
請求項１７から２２のいずれか１項による荷電粒子マルチビーム装置において、
前記複数の一次荷電粒子ビームの各々のために少なくとも２つの開口を持つマルチ開口ユニットが備えられると共に、前記複数の一次荷電粒子ビームの各々のために前記少なくとも２つの開口の１つが選択可能にされていることを特徴とする荷電粒子マルチビーム装置。
【請求項２４】
荷電粒子ビームを偏向及びフィルタリングする方法であって、
荷電粒子の発散が低減されるように二重焦点セクターユニット（４７０；４２５；４５０；９１４）によって荷電粒子を偏向させることにより荷電粒子がビームを形成するようにし、
エネルギーフィルタ（４６０；５６０；９１６）によって前記ビームの荷電粒子の一部をフィルタリングすることによりビームが相互に作用しあうような電位鞍点を形成し、これによりしきい値より低いエネルギーの一部の荷電粒子が排除されるようにしたことを特徴とする方法。
【請求項２５】
二次荷電粒子のビームを検出する方法であって、
一次荷電粒子のビームから二次荷電粒子のビームを分離し、
請求項２４による方法により前記二次荷電粒子のビームを偏向及びフィルタリングし、前記しきい値より高いエネルギーの一部の二次荷電粒子を検出することを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項２５による方法において、更に、加速ユニットにより前記二次荷電粒子を加速することを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２５あるいは２６による方法において、前記フィルタのバイアスされたチューブ内に焦点が形成されるように焦点合わせが行われることを特徴とする方法。

【図１】