特許 6099113 ツインビーム荷電粒子ビームコラム及びその作動方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6099113

(24)【登録日】2017年3月3日

(45)【発行日】2017年3月22日

(54)【発明の名称】ツインビーム荷電粒子ビームコラム及びその作動方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/28 20060101AFI20170313BHJP

   H01J 37/06 20060101ALI20170313BHJP

   H01J 37/063 20060101ALI20170313BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/28 B

   H01J37/06 A

   H01J37/063

【請求項の数】13

【外国語出願】

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2011-73485(P2011-73485)

(22)【出願日】2011年3月10日

(65)【公開番号】特開2011-187447(P2011-187447A)

(43)【公開日】2011年9月22日

【審査請求日】2014年2月13日

(31)【優先権主張番号】10156115.7

(32)【優先日】2010年3月10日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】501493587

【氏名又は名称】アイシーティー インテグレーテッド サーキット テスティング ゲゼルシャフト フィーア ハルプライタープリーフテヒニック エム ベー ハー

(74)【代理人】

【識別番号】100092093

【弁理士】

【氏名又は名称】辻居 幸一

(74)【代理人】

【識別番号】100082005

【弁理士】

【氏名又は名称】熊倉 禎男

(74)【代理人】

【識別番号】100088694

【弁理士】

【氏名又は名称】弟子丸 健

(74)【代理人】

【識別番号】100103609

【弁理士】

【氏名又は名称】井野 砂里

(74)【代理人】

【識別番号】100095898

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 満

(74)【代理人】

【識別番号】100098475

【弁理士】

【氏名又は名称】倉澤 伊知郎

(72)【発明者】

【氏名】ユールゲン フロジーン

【審査官】 佐藤 仁美

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０１−２６４１５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２７３５６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−２９８６３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１９２６７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０６１５２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−１７０９５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５２８１０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−３３９７１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２６６８０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６５６６６５５（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開２０００−１３３１９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２４３４８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５１３９９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ２７／００−２７／２６、３７／００−３７／１８、３７／２１、

３７／２４−３７／３６、

Ｈ０１Ｌ ２１／６４−２１／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

荷電粒子ビーム装置用のコラムであって、
一次荷電粒子ビームを前記一次荷電粒子ビームの１つの源として放出する荷電粒子エミッタと、
２つの仮想源が作られると共に前記一次荷電粒子ビームが前記２つの仮想源によって放出されるようにみえる２つのサブビームを有するように前記一次荷電粒子ビームに作用するようになったバイプリズムと、
前記一次荷電粒子ビームを前記２つの仮想源の像に対応した試料の２つの位置に同時に集束させるようになった荷電粒子ビーム光学系と、
前記一次荷電粒子ビーム、及び、前記試料から来た二次粒子と、前記試料から来た後方散乱粒子と、前記試料から来た二次粒子及び後方散乱粒子とから成る群から選択された粒子を互いに分離するビーム分離器と、
前記試料から来た二次粒子と、前記試料から来た後方散乱粒子と、前記試料から来た二次粒子及び後方散乱粒子とから成る群から選択された粒子を測定する少なくとも２つの検出器と、を備えており、
前記一次荷電粒子ビームの前記２つのサブビームによって生成される信号を独立して検出できる
ことを特徴とするコラム。

【請求項2】

前記一次荷電粒子ビームの少なくとも２つのサブビームを作る少なくとも２つのアパーチュアを備えたアパーチュアプレートを更に有する、
請求項１記載のコラム。

【請求項3】

前記バイプリズムは、１対の静電プレート相互間に設けられると共に／或いは一方向に実質的に円筒状に延びる１本のワイヤ又はロッドを含む、
請求項１又は２記載のコラム。

【請求項4】

前記少なくとも２つの検出器は、前記エミッタと前記荷電粒子ビーム光学系の対物レンズとの間に位置決めされ、前記少なくとも２つの検出器は、前記荷電粒子ビームを通過させる少なくとも１つの開口部を有する、
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のコラム。

【請求項5】

前記対物レンズは、二次粒子と、後方散乱粒子と、二次粒子及び後方散乱粒子とから成る群から選択された前記粒子を前記少なくとも２つの検出器に当てるよう案内するようになっている、
請求項４記載のコラム。

【請求項6】

前記対物レンズは、磁気レンズ及び静電レンズを含む、
請求項５記載のコラム。

【請求項7】

第１の電極及び第１の電位を前記第１の電極に印加する手段が設けられ、第２の電極及び第２の電位を前記第２の電極に印加する手段が、前記荷電粒子ビーム光学系中に電界を発生させるよう設けられ、前記電界中の前記荷電粒子ビームは、第１のエネルギーからこれよりも低い第２のエネルギーに減速されるようになっている、
請求項１ないし６のいずれか１項に記載のコラム。

【請求項8】

前記バイプリズムと前記荷電粒子光学系の作用の組み合わせにより、前記ビームは、傾けられて所定の入射角で前記試料に当たる、
請求項１ないし７のいずれか１項に記載のコラム。

【請求項9】

前記コラムは、球面収差及び色収差から選択された１つ又は２つの収差を補正するようになった少なくとも１つの収差補正ユニットを有する、
請求項１ないし８のいずれか１項に記載のコラム。

【請求項10】

信号電子の束のビーム分離度を増大させるよう構成された別のバイプリズムを更に有する、
請求項１ないし９のいずれか１項に記載のコラム。

【請求項11】

荷電粒子ビーム装置であって、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の荷電粒子ビームコラムを有し、前記荷電粒子ビーム装置が電子検査ツールである、荷電粒子ビーム装置。

【請求項12】

荷電粒子ビームコラムを動作させる方法であって、
１つの源から荷電粒子ビームを放出するステップと、
２つのサブビームをバイプリズムにより生じさせるステップと、
前記２つのサブビームを試料の２つの位置に集束させて２つの仮想源の像を生じさせるようにするステップと、
一次荷電粒子ビームの前記２つのサブビーム、及び、前記試料から来た二次粒子と、前記試料から来た後方散乱粒子と、前記試料から来た二次粒子及び後方散乱粒子とから成る群から選択された粒子を互いに分離するステップと、
前記試料から来た二次粒子と、前記試料から来た後方散乱粒子と、前記試料から来た二次粒子及び後方散乱粒子とから成る群から選択された粒子を少なくとも２つの検出器により測定するステップと、を備えており、
前記２つのサブビームによって生成される信号を独立して検出できる
ことを特徴とする方法。

【請求項13】

前記バイプリズムは第１の方向に延びるワイヤ又はロッドを含み、
前記仮想源は前記第１の方向に垂直な平面内に配置されるよう作られる、
請求項１２記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、荷電粒子ビーム装置及びその作動方法に関する。特に、本発明の実施形態は、荷電粒子ビームコラム（当該技術分野において、コラムは、「筒」とも呼ばれる）１つ当たり荷電粒子の２つのビームを用いる装置及びコラム１つ当たり２つの荷電粒子ビームを生じさせる方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えばマイクロエレクトロニクス、マイクロメカニクス及びバイオテクノロジーのような技術は、ナノメートルスケール内で試料を構造観察したり探査したりする高い要求を生じさせた。マイクロメートル及びナノメートルスケールプロセス制御、検査又は構造観察は、荷電粒子ビームで行われる場合が多い。探査又は構造観察は、荷電粒子ビーム装置で作られて集束される荷電粒子ビームにより行われる場合が多い。荷電粒子ビーム装置の例は、電子顕微鏡、電子ビームパターン発生器、イオン顕微鏡並びにイオンビームパターン発生器である。荷電粒子ビーム、特にイオンビームは、光子ビームと比較して、同等の粒子エネルギーレベルではこれらの波長が短いので、優れた空間分解能をもたらす。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

最新式の半導体技術は、集積回路の作製中に用いられる種々のプロセスの正確な制御への依存度が高い。したがって、ウェーハは、できるだけ早期に問題の所在を突き止めるために繰り返し検査されなければならない。さらに、マスク又はレチクルも又、ウェーハ処理中、その実際の使用に先立って検査されるべきである。その目的は、マスクが所望のパターンを正確に定めていることを確認することにある。このようにする理由は、マスクパターンの欠陥がマイクロリソグラフィーにおけるその使用中に基板（例えば、ウェーハ）に転写されるからである。しかしながら、欠陥があるかどうかについてのウェーハ又はマスクの検査では、ウェーハ又はマスク領域全体の吟味が必要である。特に、ウェーハ作製中におけるウェーハの検査では、生産スループットが検査プロセスによって制限されないように短い時間でウェーハ領域全体を吟味することが必要である。

【0004】

シングルビーム走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）又は走査型イオン顕微鏡は、パターンの欠陥を検出するためにウェーハを検査してパターン欠陥を検出するために用いられている。しかしながら、シングルビームを高い分解能で用いると、その結果として、スループットが制限される場合がある。荷電粒子顕微鏡技術を改善するため、数通りの方式が示唆されている。一つの方式は、コラムの小型化及び／又は増設に基づいており、数個の、典型的には小型化コラム（１０個〜１００個のオーダ）がアレイをなして配置されるようになっている。各コラムは、試料表面全体の僅かな部分を吟味する。それにより、シングルビームコラムが使用される場合があり、これらコラムは、単純であり且つこれらの光学特性に関して堅牢（ロバスト）である。もう１つの方式は、極めて複雑精巧なマルチビーム光学系を用いることである。それにより、１つのコラムに多数のビームを用いたことによる典型的には別々の軸線上への収差の導入が検討されるべき深刻な問題である。

【0005】

したがって、スループットを増大させると共に導入される収差を減少させる荷電粒子ビーム装置を提供することが強く要望されている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の実施形態は、荷電粒子ビーム装置用の改良型コラムを提供する。
一実施形態によれば、荷電粒子ビーム装置用のコラムが提供される。コラムは、一次荷電粒子ビームを一次荷電粒子ビームの１つの源として放出する荷電粒子エミッタと、２つの仮想源が作られるように一次荷電粒子ビームに作用するようになったバイプリズムと、荷電粒子ビームを２つの仮想源の像に対応した試料の２つの位置に同時に集束させるようになった荷電粒子ビーム光学系とを有する。

【0007】

別の実施形態によれば、荷電粒子ビーム装置が提供される。荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビームコラムを有する。コラムは、一次荷電粒子ビームを一次荷電粒子ビームの１つの源として放出する荷電粒子エミッタと、２つの仮想源が作られるように一次荷電粒子ビームに作用するようになったバイプリズムと、荷電粒子ビームを２つの仮想源の像に対応した試料の２つの位置に同時に集束させるようになった荷電粒子ビーム光学系とを有する。

【0008】

さらに別の実施形態によれば、荷電粒子ビームコラムを動作させる方法が提供される。この方法は、１つの源から荷電粒子ビームを放出するステップと、２つのサブビームをバイプリズムにより生じさせるステップと、２つのサブビームを試料の２つの位置に集束させて２つの仮想源の像を生じさせるようにするステップとを有する。

【0009】

本発明の上述の特徴を細部にわたって理解することができるように上記において概要説明した本発明の具体的な説明が実施形態を参照して行う。添付の図面は、本発明の実施形態に関しており、これらについて次のように簡単に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1A】本発明の実施形態を示すコラムを概略的に示す図である。

【図1B】本発明の更に別の実施形態を示す別のコラムを概略的に示す図である。

【図2】本明細書において説明する実施形態、例えば図１Ａ及び図１Ｂの実施形態のために使用できる対物レンズを示す拡大図である。

【図3】図２の拡大図である。

【図4A】本明細書において説明する実施形態としてのバイプリズムの使用法を概略的に示す図である。

【図4B】本明細書において説明する実施形態としてのバイプリズムの使用法を概略的に示す図である。

【図4C】本明細書において説明する実施形態としてのバイプリズムの使用法を概略的に示す図である。

【図5】本明細書において説明する実施形態に従って使用することができるアパーチュア、即ちアパーチュア開口部を備えたアパーチュアプレートを概略的に示す図である。

【図6】本発明の更に別の実施形態を示す更に別のコラムを概略的に示す図である。

【図7】本発明の実施形態を示す収差補正要素を備えたコラムを概略的に示す図である。

【図8A】本発明の実施形態を示す更に別の収差補正要素を備えたコラムを概略的に示す図である。

【図8B】本発明の実施形態を示す更に別の収差補正要素を備えたコラムを概略的に示す図である。

【図9】本発明の実施形態を示す信号検出要素を備えたコラムを概略的に示す図である。

【図10】本発明の実施形態を示す他の信号検出要素を備えたコラムを概略的に示す図である。

【図11】本発明の実施形態を示す更に別の信号検出要素を備えたコラムを概略的に示す図である。

【図12】本発明の実施形態を示す更に別の信号検出要素を備えたコラムを概略的に示す図である。

【図13】本発明の実施形態を示す信号検出要素を備えると共に分離された一次荷電粒子ビームと二次荷電粒子ビームを含むコラムを概略的に示す図である。

【図14】本発明の実施形態を示す信号検出要素を備えると共に更に別の分離された一次荷電粒子ビームと二次荷電粒子ビームを含むコラムを概略的に示す図である。

【図15A】本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせて使用できるバイプリズムの別の具体化例を概略的に示す図である。

【図15B】本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせて使用できるバイプリズムの別の具体化例を概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

次に、本発明の種々の実施形態を詳細に参照し、これら実施形態の１つ又は２つ以上の実施例が図示されている。各実施例は、本発明の説明のために提供されており、本発明を限定するものではない。例えば、一実施形態の一部として図示され又は説明される特徴を他の実施形態に又はこれと関連して使用することができ、それにより更に別の実施形態が得られる。本発明は、かかる改造例及び変形例を含むものである。

【0012】

本願の保護範囲を限定するものではなく、以下の説明において、荷電粒子ビーム装置又はそのコンポーネントは、例示として二次電子の検出を含む荷電粒子ビーム装置と称する。本発明は、更に、試料像を得る目的で粒子、例えば電子若しくはイオン、光子、Ｘ線又は他の信号の形態をした二次及び／又は後方散乱荷電粒子を検出する装置及びコンポーネントに利用できる。

【0013】

一般に、粒子という場合、これは、粒子が光子である光信号並びに粒子がイオン、原子、電子又は他の粒子である粒子と理解されるべきである。

【0014】

以下の図面の説明の範囲内において、同一の参照符号は、同一のコンポーネントを示している。一般に、個々の実施形態に関する相違点についてのみ説明する。

【0015】

本明細書において用いられる「試料」という用語は、半導体ウェーハ、半導体ワーク及び他の加工物、例えばメモリディスク等を含むが、これらには限定されない。本発明の実施形態は、吟味又は検査されなければならず或いは構造観察されなければならない材料が被着される任意の加工物に利用できる。試料は、検査され、試験され、構造観察されるべき表面又は層が被着される表面、縁及び典型的にはベベルを含む。

【0016】

本明細書において説明する実施形態によれば、画像化（イメージング）、試料検査、試験、リソグラフィー及び試料変性又は修整のための荷電粒子ビームシステムが提供される。特に、実施形態は、シングルビーム装置と比較してスループットが増大した電子ビーム検査システムに関する。

【0017】

スループットは、高分解能ツインビーム光学系の提供により増大する。それにより、このマルチビーム光学系は、他のマルチビーム光学系と比較して導入する収差が小さく、しかも通常のマルチビーム光学系の複雑さを軽減する。したがって、コラム１つ当たり２本のビームを提供することができ、かかるコラム１つ当たりの２本のビーム方式は、シングルビームコラムと比較して同一の性能又はほぼ同一の性能を有する。

【0018】

本発明の実施形態が図１Ａに概略的に示されている。荷電粒子ビーム装置用のコラム１は、荷電粒子エミッタに又は荷電粒子源を有し、かかる荷電粒子エミッタは、荷電粒子のビーム４を放出する。電子ビーム装置では、電子源、例えばタングステン‐ヘアピン（Tungsten-Hairpin）ガン、ランタン‐六ホウ化物（Lanthanum-Hexaboride）ガン、電界放出ガン等を用いることができる。しかしながら、本発明は、電子源には限定されず、本発明は、あらゆる種類の荷電粒子源と共に利用できる。本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な代表的な実施形態によれば、エミッタは、熱陰極、熱（サーマル）電界放出陰極、冷（コールド）電界放出陰極、光電陰極、ナノチューブ、例えばカーボンナノチューブ、ガス電界イオン源、液体金属イオン源等であるのが良い。

【0019】

荷電粒子ビーム４は、荷電粒子源２を出た後、バイプリズム素子６を通る。荷電粒子ビームは、バイプリズム素子６を通ることにより、２つの仮想源２′が作られるよう影響を受ける。したがって、荷電粒子ビームは、２つのサブビーム４Ａ，４Ｂを有し、これらサブビームは、互いに異なる源によって放出されているように見える。バイプリズム素子６と荷電粒子ビーム光学系、例えば対物レンズ１０の作用の組み合わせにより、各々が荷電粒子ビーム４Ａ，４Ｂの各々にそれぞれ対応した２つのスポット（粒子源２の像）が試料８上に作られる。

【0020】

ビーム４Ａ，４Ｂの粒子が試料８の表面に当たると、これら粒子は、試料の原子の核及び電子と一連の複雑な相互作用を起こす。相互作用により、種々の二次生成物、例えば異なるエネルギーの電子、Ｘ線、熱及び光が生じる。これら二次生成物の多くは、試料の像を作り、試料を検査し、試料を修整すると共に／或いは試料から追加のデータを収集するために用いられる。試料の吟味又は像生成にとって非常に重要な二次生成物は、試料８から比較的低いエネルギー（０．５〜５０ｅＶ）で種々の角度をなして出る二次電子である。したがって、試料上の２つのスポットの各々により、１つ又は２つ以上の検出器上に対応の信号が生じる。試料全体にわたって荷電粒子ビームを走査し、検出器ユニットの出力を表示／記録することにより、試料８の表面の多数の独立した像を形成することができる。各像は、試料の表面の異なる部分についての情報を含む。したがって、データ収集の速度は、従来型シングルビームの場合と比較して２倍になる。試料８は、ステージ７（試料支持体）上に支持され、このステージは、荷電粒子ビームが検査されるべき試料上の標的領域に達することができるようにするためにあらゆる方向に水平に動くことができる。

【0021】

本発明の実施形態のオプションとしての別の細部が図１Ｂに概略的に示されている。荷電粒子ビーム装置用のコラム１は、荷電粒子のビーム４を放出する荷電粒子源２を有している。電子ビーム装置では、電子源、例えばタングステン‐ヘアピンガン、ランタン‐六ホウ化物ガン、電界放出ガン等を用いることができる。しかしながら、本発明は、電子源には限定されず、本発明は、あらゆる種類の荷電粒子源と共に利用できる。本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な代表的な実施形態によれば、エミッタは、熱陰極、熱（サーマル）電界放出陰極、冷（コールド）電界放出陰極、光電陰極、ナノチューブ、例えばカーボンナノチューブ、ガス電界イオン源、液体金属イオン源等であるのが良い。荷電粒子は、荷電粒子源２に供給される加速電圧によって加速される。

【0022】

荷電粒子ビーム４は、荷電粒子源２を出た後、多数の、代表的には２つのアパーチュア５Ａ，５Ｂを備えたアパーチュアプレート５を通り、これらアパーチュアは、例えば、アパーチュアプレート５の軸線と同心状に位置決めされている。多数の荷電粒子ビーム、代表的には２つの荷電粒子ビーム４Ａ，４Ｂがアパーチュアプレート５を通過することにより作られる。さらに、本明細書において説明する実施形態によれば、バイプリズム素子６が設けられている。代表的には、バイプリズムは、１対の静電プレート６Ｂ相互間に配置されたワイヤ（電線）６Ａ又はロッド、例えば細いワイヤを含む。

【0023】

本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な代表的な実施形態によれば、ワイヤ６Ａは、静電プレート６Ｂ相互間の中央に設けられ、このワイヤは、一方向に（図１Ｂの平面に垂直に）実質的に円筒状に延びる。さらに、ワイヤの直径は、約１μｍ〜２ｍｍであるのが良い。本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な更に別の実施形態によれば、ワイヤは又、正方形又は長方形の断面を有する。かかる場合、上述の直径の値は、同様に、断面の最大寸法に適用可能である。

【0024】

例えば、電子ビームについて２つの仮想源（図１Ａの２′）を作る場合、１対の電極６Ｂに対するワイヤ６Ａの正の電位（正電荷）が利用されるべきである。荷電粒子ビームは、バイプリズム素子６を通ることにより、２つのサブビーム４Ａ，４Ｂについて２つの仮想源２′が作られるよう影響を受ける。したがって、荷電粒子ビームは、２つのサブビーム４Ａ，４Ｂを有し、これらサブビームは、互いに異なる源によって放出されているように見える。バイプリズム素子６と荷電粒子ビーム光学系、例えば対物レンズ１０の作用の組み合わせにより、各々が荷電粒子ビーム４Ａ，４Ｂの各々にそれぞれ対応した２つのスポット（粒子源２の像）が試料８上に作られる。

【0025】

次に、荷電粒子ビーム４Ａ，４Ｂは、検出器９を通り、この検出器は、試料８の多数の像を作るために試料８から来た粒子を検出するために用いられる。検出器９は、荷電粒子のビームに対応したセグメントに分割されるのが良い。それにより、検出器の各セグメントは、検出器９の他の全てのセグメントとは独立して試料８から来た粒子を検出することができる。さらに、検出器９は、荷電粒子のビームを通過させる多数の開口部を有する。

【0026】

検出器９の後に走査コイル１２が設けられ、これら走査コイルは、荷電粒子サブビーム４Ａ，４Ｂを試料８の表面上でこれに沿ってラスタ状態で動かすために用いられる。オプションとしての種々の具体化例によれば、走査のための偏向コイルをレンズの前で光軸の方向にコラムの長さの約１０％というかなりの距離のところに位置決めするのが良い。更に別の変形例として、二重ステージ型スキャン偏向器を有利に利用することができる。偏向器がレンズの近く又はレンズ内に位置する場合、シングルステージ型偏向器を用いても良い。更に別の改造例によれば、走査のための偏向器は、磁気式又は静電式であるのが良い。

【0027】

荷電粒子ビームは、走査コイル１２の後、対物レンズ１０に入り、この対物レンズは、荷電粒子ビーム４Ａ，４Ｂを試料８上に集束させる。対物レンズ１０は、荷電粒子ビームを集束させるだけでなく、荷電粒子ビームを回転させる。しかしながら、この作用効果は図示されていない。というのは、２次元の作図で図示することが困難であると共に当業者であればこの追加の作用効果について十分知っているからである。偏向器６と対物レンズ１０の作用の組み合わせにより、各々が荷電粒子サブビーム４Ａ，４Ｂの各々にそれぞれ対応した多数のスポット（粒子源２の像）が試料８上に作られる。

【0028】

ビーム４Ａ，４Ｂの粒子が試料８の表面に当たると、これら粒子は、試料の原子の核及び電子と一連の複雑な相互作用を起こす。相互作用により、種々の二次生成物、例えば異なるエネルギーの電子、Ｘ線、熱及び光が生じる。これら二次生成物の多くは、試料の像を作り、試料を検査し、試料を修整すると共に／或いは試料から追加のデータを収集するために用いられる。試料の吟味又は像生成にとって非常に重要な二次生成物は、試料８から比較的低いエネルギー（０．５〜５０ｅＶ）で種々の角度をなして出る二次電子である。二次電子は、対物レンズ１０中に引き込まれて検出器９に達し、次に測定される。それにより、対物レンズ１０のパラメータは、試料から来た二次電子及び／又は後方散乱粒子が検出器９に向かって加速されると共に／或いは検出器９に差し向けられるよう選択される。したがって、試料上の各スポットにより、対応の信号が検出器上に生じる。セグメント化検出器の場合、検出器９のセグメントは、各サブビームが基本的に１つのセグメントに対応するよう選択されるのが良い。

【0029】

試料全体にわたって荷電粒子サブビーム４Ａ，４Ｂを走査し、検出器９の出力を表示／記録することにより、試料８の表面の多数の独立した像を形成することができる。各像は、試料の表面の異なる部分についての情報を含む。したがって、データ収集の速度は、従来型シングルビームの場合と比較して２倍になる。試料８は、ステージ７（試料支持体）上に支持され、このステージは、荷電粒子サブビームが検査されるべき試料上の標的領域に達することができるようにするためにあらゆる方向に水平に動くことができる。

【0030】

幾つかの実施形態によれば、システムの性能を向上させるため、図１Ａ及び図１Ｂを参照して説明する実施形態は、磁気レンズ１０Ａと静電レンズ１０Ｂの組み合わせである対物レンズ１０を有するのが良い。したがって、対物レンズ１０は、複合磁気‐静電レンズである。代表的には、複合磁気‐静電レンズ１０の静電部分は、静電リターディングレンズ１０Ｂである。かかる複合磁気‐静電レンズ１０を用いることにより、低加速エネルギー、例えばＳＥＭの場合、数百電子ボルトで優れた分解能が得られる。かかる低加速エネルギーは、放射線に敏感な試料の荷電及び／又は損傷を回避するうえで特に最新式の半導体業界において望ましい。しかしながら、本発明の利点は、たった１つの磁気レンズ又はたった１つの静電レンズが用いられる場合であっても達成される。

【0031】

本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な更に別の実施形態によれば、ロッド又はワイヤ６Ａ及びアパーチュアプレート５は、一マクロシステムテクノロジー要素として製造可能である。それにより、アパーチュアを基板にエッチングすることができ、ワイヤを基板上に被着させることができ、オプションとして、所望の形状にエッチングすることができる。さらに、マイクロ電子技術を利用すると、電荷をワイヤに与える配線を提供することができる。

【0032】

図２及び図３は、図１Ａ及び図１Ｂに示されている複合磁気‐静電レンズ１０及び試料８の拡大図である。短い焦点距離を達成するため、励振コイルを通る電流により生じる磁束は、磁極片を通って導かれ、磁気レンズの光軸に沿って狭い領域に集中される。磁界は、光軸に関して回転対称であり、上側磁極片と下側磁極片との間の磁極隙間内でその最大値に達する。磁気レンズ１０Ａに加えて、図１Ａ〜図３に示されている実施形態は、磁気レンズ１０Ａの近くに位置した静電リターディングレンズを有する。静電リターディングレンズ１０Ｂは、互いに異なる電位に保持された２つの電極を有する。図示の実施形態では、これら２つの電極のうちの一方は、光軸に沿って磁気レンズ１０Ａ内に配置された円筒形ビーム管１４によって形成されている。静電リターディングレンズ１０Ｂの第２の電極は、磁気レンズ１０Ａの下に設けられた金属製のカップである。このシステムの動作に当たり、第１の電極は、通常、高い正の電位、例えば８ｋＶに保持され、第２の電極は、これよりも低い正の電位、例えば３ｋＶに保持され、その結果、電子は、対応の静電場（フィールド）内で減速されて第１のエネルギーからこれよりも低い第２のエネルギーの状態になる。代表的な実施形態によれば、第２のエネルギーは、５ｋＶ以下であっても良く、３ｋＶ以下であっても良く、それどころか１ｋＶ以下であっても良い。

【0033】

図２及び図３に示されている実施例では、試料８は、アース電位に保持される。したがって、金属製カップと試料８との間には別の静電リターディングフィールドが生じる。しかしながら、試料の表面は、アースされる必要がない。試料の表面上の電位も又、電圧を試料に印加することにより調節できる。回路中の短絡を検出するために用いられる電位コントラストイメージングを得るために例えば電圧をウェーハに印加するのが良い。金属製カップの電位が試料の表面上の電位よりも高い限り、静電リターディングフィールドが作られる。さらに、金属製カップの電位が試料の表面上の電位よりも高い限り、二次電子（後方散乱粒子）が対物レンズ１０に引き込まれて検出器９に達する。

【0034】

図５は、本明細書において説明する実施形態としてのコラムに用いることができるアパーチュアプレート５の平面図を概略的に示している。アパーチュアプレート５は、２つのアパーチュア５Ａ，５Ｂを有する。アパーチュアプレート５は、帯電効果を回避するために導電性材料で作られている。アパーチュア５Ａ，５Ｂのサイズは、所定の電流を得ることができるよう選択される。別のオプションとしての実施形態によれば、追加のアパーチュア、即ちアパーチュア開口部が設けられる場合がある。これらアパーチュア開口部は、図６に示されているアパーチュア５Ａ，５Ｂが汚染された場合にこれらアパーチュアに取って代わるためにアパーチュア５Ａ，５Ｂと同一サイズを有するのが良い。交換は、例えば、アパーチュアプレートを回転させることによって実施できる。追加のアパーチュアは、追加の開口部が所望の荷電粒子ビーム経路内に位置するよう位置決めされた場合に別のビーム電流を発生させることができるよう異なるサイズを備えるのが良い。

【0035】

図４Ａ〜図４Ｃは、本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な別の実施形態を示している。エミッタ２が荷電粒子ビーム４を放出する。図４Ａ〜図４Ｃに示されているように、別々のサブビーム４Ａ，４Ｂが既にアパーチュアプレートによって提供されるよう２つ又は３つ以上のアパーチュア５Ａ，５Ｂを備えたアパーチュアプレートが提供されるのが良い。ワイヤ６Ａ及び１対の静電プレート６Ｂを備えたバイプリズム６は、荷電粒子ビーム光学系（例えば、図４Ａ〜図４Ｃの対物レンズ１０を参照されたい）と組み合わさって一次電子ビーム４に影響を及ぼし、その結果、サブビーム４Ａ，４Ｂが仮想源２′から出てきているように見えるようになる。ビームは、荷電粒子ビーム光学系によって試料８上に集束され、試料は、ステージ７の試料配置場所に置かれている。

【0036】

図４Ａは、バイプリズム６の第１の又は最初の励振に対応した荷電粒子ビーム４のビーム経路を概略的に示している。それにより、例えば、電極６Ｂは、アース電位の状態にあり、ワイヤ６Ｂは、正の電位の状態にある。図４Ｂは、図４Ａに示されている励振よりも高いバイプリズムの励振が生じている別の状況を示している。それにより、仮想源２′の距離を増大させることができ、サブビーム４Ａ，４Ｂの距離も又変化させることができる。変形例として、試料８に対する入射角は、バイプリズムの励振によって制御可能である。一例として、図４Ｂは、試料８へのビーム４Ａ，４Ｂの垂直入射（傾斜角＝０°）の励振を示している。励振を図４Ｃに示されているように一段と大きくした場合、仮想源２′の距離が一段と長くなり、傾斜角は、図４Ａに示されている傾斜角と比較して逆の符号を持つ。それにより、例えば、電極６Ｂは、アース電位状態にあり、ワイヤ６Ｂは、正の電位状態にある。

【0037】

種々の実施形態によれば、本明細書において説明しているツインビーム光学系を備えたコラムを動作させるのに、バイプリズム６の励振を変化させるのが良い。それにより、本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な更に別の実施形態によれば、２つの仮想源相互間の距離を変化させることができる。例えば、２つの仮想源相互間の距離を連続して０μｍから数マイクロメートル、例えば１０μｍ又は５０μｍ、それどころかミリメートル範囲、例えば１ｍｍ又は２ｍｍの距離まで変化させることができる。それにより、変化は、かかる構成の励振及び幾何学的寸法に相当する。さらに他の実施形態によれば、試料に対する荷電粒子サブビームの傾斜角を変化させることができ、この場合、正、平行（０°）及び負の角度が可能である。それにより、角度及び仮想源の距離の変化分が同時に変わることになる。

【0038】

一般に、本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な実施形態によれば、荷電粒子ビーム装置用のコラム又は荷電粒子ビーム装置は、アライメント偏向器、別のアパーチュア、例えばビームシェーピング又はビーム制限アパーチュア、スチグマトール又は球面若しくは色収差を補正する素子のような補正素子、スキャン偏向器及び／又は別のレンズ、例えばコンデンサーレンズを含むのが良い。

【0039】

バイプリズムの形態で本明細書において説明しているツインビーム光学系は、２つ又は３つ以上の荷電粒子ビームをもたらす他の荷電粒子ビーム光学系と比較して導入収差が少ない。したがって、２つのコラムを備えると共に複雑さが減少したコラムを提供することができる。しかしながら、エミッタにより放出される１つの荷電粒子ビームが２つになることに照らして、第１のサブビーム及び第２のサブビームは、軸外し状態で、即ち、例えば対物レンズにより定められたシステムの光軸上には位置しない状態で又は傾動方式で進む。したがって、サブビームは、対物レンズに軸外し状態で且つ／或いは傾動状態で侵入することができる。この結果は、ビーム収差、例えば球面収差又は色収差が生じることがある。

【0040】

上述したように、用途及び用途の所望の分解能に応じて、収差補正素子をコラム内に設けることができる。しかしながら、本明細書において説明する実施形態によれば、これらシステムに導入される収差を他の多数の荷電粒子ビーム装置と比較して容易に補正することができる。したがって、より簡単な補正素子をコラム中に設けることができる。

【0041】

これ又互いに組み合わせて提供できる種々の実施形態によれば、静電及び／又は磁気オクタポール（八極子）を球面収差の補正のために使用でき、組み合わせ型静電磁気クワドロポール（四極子）素子を色収差の補正のために使用できる。

【0042】

一例として、図６は、組み合わせ型静電磁気クワドロポール素子７１が図７において対物レンズ１０の前にビーム方向に位置決めされている点を除き、図１Ｂに示されているコラムとほぼ同じコラム１を示している。それにより、静電クワドロポールを生じさせる二対の静電プレート（図７の素子７２）及び磁気クワドロポールを生じさせる４つの磁気素子（図７の素子７３）が補正のために設けられている。それにより、磁気クワドロポールを図７に示すように本質的に４５°だけ回転させる。

【0043】

もう１つの例として、図８Ａは、これ又図１Ｂに示されているコラムとほぼ同じコラム１を示しており、異なる点は、システム中の球面収差の補正のための磁気オクタポール８２がバイプリズム型ツインビーム光学系を有することである。８つの磁気素子７３を備えた磁気オクタポールが、例えば図８Ｂに示されている。

【0044】

これら磁気素子は、主として一方向におけるビーム補正にとって且つバイプリズムのようなビーム分離装置によって導入される追加の収差がゼロであり又はほんの僅かである場合に有効である。さらに別の変形改造例又は追加の改造例によれば、図７及び図８に示されている補正素子は両方共、コラム内に設けられるのが良く又は補正フィールドが重ね合わされる組み合わせ補正素子として提供されるのが良い。磁気素子は、対物レンズ中に、対物レンズの近くに、又はコラム内の更に上流側の位置で、例えば対物レンズとバイプリズムとの間に設けられるのが良い。

【0045】

本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な更に別の実施形態によれば、信号検出のため、二次及び／又は後方散乱粒子を検出ユニットにより検出する。それにより、典型的には、検出ユニットは、少なくとも２つの検出器及び／又は少なくとも２つのセグメントを備えた検出器を含む。したがって、一次荷電粒子ビームの２つのサブビームにより生じる信号を別個独立に検出することができる。

【0046】

一具体化例によれば、２つのエバーハルト・トーンリー（Everhart Thornely）型検出器９０Ａ，９０Ｂが設けられるのが良い。それにより、グリッド９４Ａ，９４Ｂは、電子が検出器９０Ａ，９０Ｂに向かって加速されるよう正の電位（二次及び／又は後方散乱電子の検出の場合）に基づくのが良い。代表的には、グリッド９４Ａ，９４Ｂには、導体９３Ａ／９３Ｂを介してコネクタ９２Ａ／９２Ｂによって所望の電圧が印加されるのが良い。代表的な具体化例によれば、これらグリッドは、試料８の電位よりも１０〜５００Ｖ高い電位に付勢される。さらに、更に別の変形改造例によれば、これらグリッドは、スペクトロメータとして用いられるのが良い。それにより、グリッドは、検出されるべきではない単一荷電粒子の一部分について電位障壁となる電位まで付勢される。検出されるべき単一荷電粒子は、電位障壁を通過するのに十分なエネルギーを有し、検出器９０Ａ／９０Ｂにより検出可能であり、これら検出器は、グリッドを通過した荷電粒子を検出器の検出面に向かって加速するよう高い電位に設定されている。

【0047】

本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な更に別の実施形態によれば、クワドロポール型検出器が図１０に示されているようにコラム内に設けられるのが良く又は一方法で使用可能である。それにより、少なくとも２つの検出器、例えば４つの検出器を備えた多検出器組立体を用いることができ、この場合、クワドロポールフィールド（この場合、フィールドは、「電界」又は「磁界」の場合がある）、例えばクワドロポール磁界が提供される。図１０に示されている実施例では、クワドロポール磁界は、４５°だけ光軸に対して回転し、図示されていない。かかる検出構成の実施例は、２００８年１０月８日に出願された同時係属中の欧州特許出願第０８１６６１５１号明細書（発明の名称：Charged particle detection apparatus and detection method）に記載されており、この欧州特許出願を参照により引用し、この出願が本発明の開示内容と不一致ではない程度までその記載内容を本明細書の一部とする。具体的に言えば、この欧州特許出願の図４を参照した当該明細書の１３頁２８行から１７頁１６行までを参照されたい。それにより、図１０に示されている実施形態の場合、代表的には、２つの検出器だけが同時に動作状態にある。

【0048】

例えば、かかる検出装置は、４つの検出器及びクワドロポール電界及びクワドロポール磁界を発生させる分離フィールド発生装置を有するのが良い。分離フィールド発生装置は、４つの電極、即ち、図１０のグリッド９４Ａ，９４Ｂ，９４Ｃを有する。この場合、２つの電極、例えばグリッドは、正の電圧Ｕ１により付勢されるのが良く、２つの電極、例えばグリッドは、負の電圧−Ｕ１により付勢されるのが良い。分離フィールド発生装置は、磁気クワドロポール発生装置を更に有するのが良く、この磁気クワドロポール発生装置は、２つのＳ極及び２つのＮ極を有する。これら磁極は、例えば、コイル及びそれぞれの磁極片により形成されるのが良い。かかるクワドロポール構成では、光軸は、実質的にフィールドフリー（field-free）である。光軸に沿って進む一次ビームは、フィールドによっては全く影響を受けない。

【0049】

実施形態によれば、負に帯電した粒子、例えば負に帯電した二次粒子、例えば二次電子は、正に帯電した粒子、例えば正に帯電した二次粒子、例えば二次イオンから分離される。

【0050】

図１０を参照して説明する実施形態によれば、２つ又は３つ以上の検出器を用いるのが良い。例えば、４つの検出器９０Ａ／Ｂが用いられる場合、クワドロポール構成により、２つの対をなす検出器各々相互間の切り換えが可能である。それにより、２つの検出器は、同時に動作状態になることができる。二対の検出器は、例えば、二対の互いに異なる形式の検出器を利用することができるよう大電流動作モード及び小電流動作モードに対応するのが良い。

【0051】

本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な更に別の実施形態によれば、バイプリズム光学系を備えたコラムが代替的に又は追加的に以下の検出ユニットを備えるのが良い。実施例が図１１及び図１２に示されている。荷電粒子ビーム装置用のコラム１は、荷電粒子のビーム４を放出する荷電粒子源２を有している。電子ビーム装置では、電子源、例えばタングステン‐ヘアピンガン、ランタン‐六ホウ化物ガン、電界放出ガン等を用いることができる。しかしながら、本発明は、電子源には限定されず、本発明は、あらゆる種類の荷電粒子源と共に利用できる。本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な代表的な実施形態によれば、エミッタは、熱陰極、熱（サーマル）電界放出陰極、冷（コールド）電界放出陰極、光電陰極、ナノチューブ、例えばカーボンナノチューブ、ガス電界イオン源、液体金属イオン源等であるのが良い。荷電粒子は、荷電粒子源２に供給される加速電圧によって加速される。

【0052】

荷電粒子ビーム４は、荷電粒子源２を出た後、多数の、代表的には２つのアパーチュア５Ａ，５Ｂを備えたアパーチュアプレート５を通り、これらアパーチュアは、例えば、アパーチュアプレート５の軸線と同心状に位置決めされている。多数の荷電粒子ビーム、代表的には２つの荷電粒子ビーム４Ａ，４Ｂがアパーチュアプレート５を通過することにより作られる。さらに、本明細書において説明する実施形態によれば、バイプリズム素子６が設けられている。代表的には、バイプリズムは、１対の静電プレート６Ｂ相互間に配置されたワイヤ６Ａ又はロッド、例えば細いワイヤを含む。

【0053】

本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な代表的な実施形態によれば、ワイヤ６Ａは、静電プレート６Ｂ相互間の中央に設けられ、このワイヤは、一方向に（図１Ｂの平面に垂直に）実質的に円筒状に延びる。さらに、ワイヤの直径は、約１μｍ〜２ｍｍであるのが良い。本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な更に別の実施形態によれば、ワイヤは又、正方形又は長方形の断面を有する。かかる場合、上述の直径の値は、同様に、断面の最大寸法に適用可能である。

【0054】

例えば、電子ビームについて２つの仮想源（図１Ａの２′）を作る場合、１対の電極６Ｂに対するワイヤ６Ａの正の電位（正電荷）が利用されるべきである。荷電粒子ビームは、バイプリズム素子６を通ることにより、２つのサブビーム４Ａ，４Ｂについて２つの仮想源２′が作られるよう影響を受ける。したがって、荷電粒子ビームは、２つのサブビーム４Ａ，４Ｂを有し、これらサブビームは、互いに異なる源によって放出されているように見える。バイプリズム素子６と荷電粒子ビーム光学系、例えば対物レンズ１０の作用の組み合わせにより、各々が荷電粒子ビーム４Ａ，４Ｂの各々にそれぞれ対応した２つのスポット（粒子源２の像）が試料８上に作られる。

【0055】

走査コイル１２が設けられ、これら走査コイル１２は、荷電粒子サブビーム４Ａ，４Ｂを試料８の表面上でこれに沿ってラスタ状態で動かすために用いられる。荷電粒子ビームは、走査コイル１２の後、対物レンズ１０に入り、この対物レンズは、荷電粒子ビーム４Ａ，４Ｂを試料８上に集束させる。対物レンズ１０は、荷電粒子ビームを集束させるだけでなく、荷電粒子ビームを回転させる。しかしながら、この作用効果は図示されていない。というのは、２次元の作図で図示することが困難であると共に当業者であればこの追加の作用効果について十分知っているからである。偏向器６と対物レンズ１０の作用の組み合わせにより、各々が荷電粒子サブビーム４Ａ，４Ｂの各々にそれぞれ対応した多数のスポット（粒子源２の像）が試料８上に作られる。

【0056】

ビーム４Ａ，４Ｂの粒子が試料８の表面に当たると、これら粒子は、試料の原子の核及び電子と一連の複雑な相互作用を起こす。相互作用により、種々の二次生成物、例えば異なるエネルギーの電子、Ｘ線、熱及び光が生じる。これら二次生成物の多くは、試料の像を作り、試料を検査し、試料を修整すると共に／或いは試料から追加のデータを収集するために用いられる。試料の吟味又は像生成にとって非常に重要な二次生成物は、試料８から比較的低いエネルギー（０．５〜５０ｅＶ）で種々の角度をなして出る二次電子である。

【0057】

試料全体にわたって荷電粒子サブビーム４Ａ，４Ｂを走査し、検出器９の出力を表示／記録することにより、試料８の表面の多数の独立した像を形成することができる。各像は、試料の表面の異なる部分についての情報を含む。したがって、データ収集の速度は、従来型シングルビームの場合と比較して２倍になる。試料８は、ステージ７（試料支持体）上に支持され、このステージは、荷電粒子サブビームが検査されるべき試料上の標的領域に達することができるようにするためにあらゆる方向に水平に動くことができる。

【0058】

図１１に示されているように、２つの検出器１１９Ａ，１１９Ｂを備え又は対物レンズ１０の下に２つのセグメントを備えた検出ユニットを提供することが可能である。それにより、一次荷電粒子ビームの各サブビームが検出ユニットを通過することができるよう検出器又はセグメントにはそれぞれ開口部１２０が設けられる。図１１の参照符号４ｓで示された二次及び／又は後方散乱粒子が試料８から放出されてそれぞれ検出器１１９Ａ，１１９Ｂに当たり、これら検出器は、像を発生させ又は信号を検出するようになっており、各信号は、２つのサブビームの各々にそれぞれ対応する。

【0059】

高分解能用途及びシステム又は高電流密度を備えた用途及びシステムを得るため、代表的には、短い焦点距離及び少ない収差向きの対物レンズの使用を可能にするコラムが提供されるのが良い。本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な更に別の実施形態によれば、図１２に示されているように、二次及び／又は後方散乱粒子が対物レンズを通過する検出ユニットが設けられるのが良い。かかるシステム及び用途に関し、浸漬レンズが用いられるのが通例であり、かかる浸漬レンズは、一次荷電粒子ビームを対物レンズ内で且つ／或いは対物レンズと試料との間で減速する。これについては図２及び図３を参照して詳細に上述してある。また、一次電子の原則の結果として、二次及び／又は後方散乱電子の加速が生じる。全ての信号電子が試料から抽出され、かかる電子を図１２に示されているように対物レンズ内で又は対物レンズの上方で検出することができる。

【0060】

図１２を参照すると、荷電粒子ビーム４Ａ，４Ｂは次に、試料８の多数の像を作るために試料８から来た粒子を検出するために用いられる検出器１２９Ａ，１２９Ｂ相互間を通る。検出器１２９Ａ，１２９Ｂは、荷電粒子のビームに対応したセグメントの状態に分割された１つの検出器であっても良い。それにより、検出器の各セグメントは、検出器８から来た粒子を検出器の他の全てのセグメントとは独立して、検出することができる。さらに、荷電粒子のビームを通過させる開口部が検出器１２９Ａ，１２９Ｂ相互間又は検出器に設けられる。

【0061】

二次電子は、対物レンズ１０中に引き込まれて検出器９に達し、次に測定される。それにより、対物レンズ１０のパラメータは、試料から来た二次電子及び／又は後方散乱粒子が検出器９に向かって加速されると共に／或いは検出器９に差し向けられるよう選択される。したがって、試料上の各スポットにより、検出器上に対応の信号が生じる。セグメント化検出器の場合、検出器９のセグメントは、各サブビームが基本的に１つのセグメントに対応するよう選択されるのが良い。

【0062】

本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な更に別の実施形態によれば、第１のビーム及び第２のビームを有する一次荷電粒子ビームに関し、それによる２つの検出器又はセグメント化検出器の典型的な使用により、有利には、一次荷電粒子ビームと二次（信号）荷電粒子の分離が行われる。それにより、信号荷電粒子用の検出器は、一次ビームに関するどのような制約とも無関係に構成できる。さらに、二次粒子の分離により、スペース上の制限が軽減されるよう検出ユニットの位置決めが可能である。

【0063】

種々の実施形態によれば、ビーム分離は、静電構成、磁気構成又は組み合わせ型静電磁気偏向構成により可能になる。幾つかの例は、ウィーナーフィルタ、Ｅ×Ｂフィルタ、２Ｂ若しくは４Ｂ偏向器又は無色ビーム分離素子であるのが良い。かかるビーム分離器は、ツインビーム光学系にも利用できる。というのは、一次荷電粒子ビームの２つのサブビームにより生じる二次及び／又は後方散乱粒子の２つの束が検出器空間中に画像化され、２つの別々の検出器又は検出器の２つの別々のセグメント上に検出可能である。

【0064】

本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な例示の一実施形態によれば、２Ｂ偏向構成がビーム分離器として用いられる。この実施例は、一次電子ビーム並びに二次及び／又は後方散乱電子の検出のために提供されている。例えば、一次イオンビームが用いられ、二次及び／又は後方散乱電子が検出される場合、同様なシステムが二段静電偏向組立体を備えるのが良い。図１３に作図し易いようにするためにのみ１つのコイルで示されている第１の対をなす偏向コイル１３２は、サブビーム４Ａ，４Ｂを含む一次ビームをエミッタ２から一方向に偏向する。一例として、これは、バイプリズム６の後で行われるのが良い。図１３に作図し易いようにするためにのみ１つのコイルで示されている第２の対をなす偏向コイル１３４は、対物レンズ１０により定められた光軸に実質的に沿って進むようにするためにビーム４Ａ，４Ｂを偏向し、即ち、向け直す。二次及び／又は後方散乱電子が第２の磁気偏向ステージ１３４を通って検出器１３９Ａ，１３９Ｂの途中まで逆方向に進むという事実に照らして、二次及び／又は後方散乱粒子の偏向方向は、一次電子と信号電子が分離されるようなものである。検出器１３９Ａ，１３９Ｂは、一次ビームの経路の外側に位置したコラム領域内に位置決めされるのが良い。したがって、検出器に開口部を設けることは不用であり、例えば、引きつけのための正の電位は、一次電子に対する影響がゼロであり又は減少する。

【0065】

図１４を参照してさらに別の例示の実施形態を説明することができる。この場合、ビーム分離は、無色ビーム分離器１４２によって提供される。無色ビーム分離器は、Ｅ×Ｂ偏向器を備えるのが良く、このＥ×Ｂ偏向器については、２００９年１２月１１日に出願された欧州特許出願第０９１７８９６７．７号明細書（発明の名称：Achromatic beam separator with reduced electron collision）及び２００９年１０月１５日に出願された欧州特許出願第０９１７３１１１．７号明細書（発明の名称：Achromatic beam deflector, achromatic beam separator, charged particle device, method of operating ）に詳細に説明されており、この２つの欧州特許出願を参照により引用し、これらの出願が本発明の開示内容と不一致ではない程度までこれらの記載内容を本明細書の一部とする。それにより、本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な一実施形態によれば、一次荷電粒子ビームを偏向すると共に光軸上の一次荷電粒子ビームを提供する無色ビーム偏向器装置が設けられる。ビーム分離器は、一次荷電粒子ビーム入口、光軸を含む一次荷電粒子ビーム出口、磁界を生じさせるようになった磁気偏向素子及び磁界とオーバラップした電界を生じさせるようになった静電偏向素子を有し、静電偏向素子及び磁気偏向素子から選択された少なくとも１つの素子がオクタポールの影響を補償するよう位置決めされると共に／或いは位置決め可能である。代表的には、偏向軸線は、磁気的力が電気的力の２倍に等しい条件が満足される状況下において電子の速度とは無関係である。本明細書において説明する幾つかの実施形態では、無色ビーム偏向器又は無色ビーム分離器を少なくとも以下の特徴のうちの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、２０〜１００アンペア回数（Ａ回数という）、例えば５０Ａ回数がコラム電圧の増大又は偏向角度の増大用途であってもこれらについて使用可能である。さらに別の実施形態によれば、約１０〜４００コイル巻き数を使用することができる。さらに別の実施形態によれば、５０〜５００コイル巻き数を使用することができる。それにもかかわらず、これよりも多いコイル巻き数、例えば最高数百回のコイル巻き数を提供することが可能な場合がある。他の重要なパラメータは、例えば、コイルの幾何学的形状（鉄心が存在している場合）、偏向器又は分離器内のビームエネルギー又は偏向角度である。

【0066】

さらに、図１４に示されているように、更に別のバイプリズム６０が提供される。バイプリズム６０は、１対の電極６０Ｂ及び１対の静電プレート６０Ｂ相互間に配置されたワイヤ６０Ａ又はロッド、例えば細いワイヤを有する。本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な代表的な実施形態によれば、ワイヤは、静電プレート６０Ｂ相互間の中央に設けられ、このワイヤは、一方向（図１４の平面に垂直な方向）に実質的に円筒状に延びる。さらに、ワイヤの直径は、約１μｍ〜２ｍｍであるのが良い。バイプリズム６０は、試料上の２つのスポットに対応した信号電子の束のビーム分離度を増大させる。したがって、検出器１３９Ａ，１３９Ｂを含む検出ユニットに関するスペース上の制約を一段と軽減することができる。

【0067】

さらに別の実施形態を生じさせるために図１５Ａ及び図１５Ｂの以下の教示の結果として得られる別の実施形態について以下に説明する。図１５Ａは、１本の一次荷電粒子ビームを放出するエミッタ２を示している。オプションとしての特徴として、２つの別々のサブビームを生じさせるためにアパーチュア５Ａ，５Ｂを備えたアパーチュアプレート５を用いるのが良い。一方向（図１５Ａの平面に垂直な方向）に実質的に円筒状に延びるワイヤ１５６Ａ又はロッド、例えば細いワイヤによって提供される。

【0068】

図１５Ａに示されているように、バイプリズムは、必ずしも、１対の電極を備える必要がない場合があり、この場合、ワイヤは、電極相互間に設けられる。特にワイヤの近くに位置するバイプリズムのフィールドは、ワイヤそれ自体によって定められる。これは、本明細書において説明する他の実施形態にも当て嵌まり、これら実施形態は、例えば、静電バイプリズムに関する。したがって、用途及び一次ビームの幾何学的形状に応じて、１対のプレートの影響を無視できる。本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な更に別の実施形態によれば、たとえバイプリズムの静電プレートの影響が同等に小さいとしても、バイプリズムのフィールドの一層の改善は、平らなプレート、平行な平べったいプレート、例えばワイヤと同心の円筒形プレート及び湾曲したプレートから成る群から選択された形状のプレートを提供することによって実現可能である。

【0069】

図１５Ｂは、ワイヤ１５６Ａの延長部を示しており、この図は、ワイヤ中の電流ＩＢＰを更に示している。ワイヤ中の電流は、磁気プリズムが形成されるよう磁界を誘発する。それにより、図１Ａを参照して説明した実施形態と同様、エミッタの位置２は、２つの仮想エミッタ位置２２′に分離される。荷電粒子ビームは、磁気プリズム素子を通過することにより、２つの仮想源２′が作られるよう影響を受ける。したがって、荷電粒子ビームは、互いに異なる源によって放出されたように見える２つのサブビームを有する。磁気バイプリズム素子と荷電粒子ビーム光学系、例えば対物レンズの作用の組み合わせにより、各々が荷電粒子ビームの各々にそれぞれ対応した２つのスポット（粒子源２の像）が試料上に作られる。それにより、ビームの分離は、図１５Ａの紙面に本質的に垂直な平面内で生じる。したがって、図１Ａ〜図４Ｃ及び図６〜図１４を参照して説明した全ての観点は、図１５Ａ及び図１５Ｂに示されているバイプリズムに同様に当て嵌まり、それにより、ビーム分離の平面は、異なっており、素子の位置及び向きは、それに応じて合わせられなければならない。

【0070】

上述したことに照らして、複数の種々の実施形態について説明した。例えば、これら実施形態のうちの幾つかは、荷電粒子ビーム装置用のコラムを含み、コラムは、一次荷電粒子ビームを一次荷電粒子ビームの１つの源として放出する荷電粒子エミッタと、２つの仮想源が作られるように一次荷電粒子ビームに作用するようになったバイプリズムと、荷電粒子ビームを２つの仮想源の像に対応した試料の２つの位置に同時に集束させるようになった荷電粒子ビーム光学系とを有する。さらに別の実施形態は、互いに組み合わせ可能な以下のオプションとしての改造例のうちの１つ又は２つ以上を含むのが良く、コラムは、一次荷電粒子ビームの少なくとも２つのサブビームを作る少なくとも２つのアパーチュアを備えたアパーチュアプレートを更に有するのが良く、バイプリズムは、特に１対の静電プレート相互間に設けられると共に／或いは一方向に実質的に円筒状に延びる１本のワイヤ又はロッドを含むのが良く、コラムは、試料から来た二次粒子と、試料から来た後方散乱粒子と、試料から来た二次粒子及び後方散乱粒子とから成る群から選択された粒子を測定する少なくとも１つの検出器を更に有するのが良く、検出器は、エミッタと荷電粒子ビーム光学系の対物レンズとの間に位置決めされ、検出器は、荷電粒子ビームを通過させる少なくとも１つの開口部を有する。それにより、さらに別の変形又は追加改造例によれば、検出器は、２つ又は３つ以上のセグメントに細分されるのが良く、対物レンズは、二次粒子と、後方散乱粒子と、二次粒子及び後方散乱粒子とから成る群から選択された粒子を検出器に当てるよう案内するようになっているのが良く且つ／或いは対物レンズは、磁気レンズ及び静電レンズを含むのが良い。

【0071】

上述の実施形態と組み合わせ可能な更に別の実施形態によれば、以下の観点のうちの１つ又は２つ以上が具体化可能であり、即ち、第１の電極及び第１の電位を第１の電極に印加する手段が設けられ、第２の電極及び第２の電位を第２の電極に印加する手段が、荷電粒子ビーム光学系中に電界を発生させるよう設けられるのが良く、電界中の荷電粒子ビームは、第１のエネルギーからこれよりも低い第２のエネルギーに減速されるようになっており、バイプリズムと荷電粒子光学系の作用の組み合わせにより、ビームは、傾けられて所定の入射角で試料に当たるのが良く、コラムは、球面収差及び／又は色収差を補正するようになった少なくとも１つの収差補正ユニットを有するのが良く、代表的には、少なくとも１つの収差補正ユニットが、組み合わせ型静電磁気クワドロポール素子、磁気オクタポール又は静電オクタポールから成る群から選択される。

【0072】

さらに別の実施形態によれば、荷電粒子ビーム装置を提供することができる。荷電粒子ビーム装置は、本明細書において説明した観点、細部及び実施形態のうちの任意のものを備えたコラムを有するのが良い。代表的には、荷電粒子ビーム装置は、電子検査ツールであるのが良い。

【0073】

さらに別の実施形態によれば、荷電粒子ビームコラムを動作させる方法が提供される。この方法は、１つの源から荷電粒子ビームを放出するステップと、２つのサブビームをバイプリズムにより生じさせるステップと、２つのサブビームを試料の２つの位置に集束させて２つの仮想源の像を生じさせるようにするステップとを有する。代表的な改造例によれば、次の観点のうちの１つ又は２つ以上を更に利用することができ、即ち、バイプリズムは、第１の方向に延びるワイヤ又はロッドを有するのが良く、第１の方向に垂直な平面内に配置されるべき仮想源が作られる。

【0074】

上記の内容は本発明の実施形態に関するが、本発明の他の実施形態及び別の実施形態を本発明の基本的な範囲から逸脱することなく案出可能であり、本発明の範囲は、次の添付の特許請求の範囲の記載に基づいて定められる。

【符号の説明】

【0075】

１ コラム又は筒体
２ 荷電粒子エミッタ又は源
４，４Ａ，４Ｂ 荷電粒子ビーム
５ アパーチュアプレート
６ バイプリズム素子
７ ステージ（試料支持体）
８ 試料
９ 検出器
１０ 対物レンズ
１２ 走査コイル

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15A】

【図15B】