特許 6856987 試料を検査および／または撮像する荷電粒子ビーム装置および方法

(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】6856987

(24)【登録日】2021年3月23日

(45)【発行日】2021年4月14日

(54)【発明の名称】試料を検査および／または撮像する荷電粒子ビーム装置および方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/28 20060101AFI20210405BHJP

   G01N 23/203 20060101ALI20210405BHJP

   H01J 37/244 20060101ALI20210405BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/28 B

   G01N23/203

   H01J37/244

【請求項の数】14

【外国語出願】

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2016-158371(P2016-158371)

(22)【出願日】2016年8月12日

(65)【公開番号】特開2017-37843(P2017-37843A)

(43)【公開日】2017年2月16日

【審査請求日】2019年7月30日

(31)【優先権主張番号】14/825,055

(32)【優先日】2015年8月12日

(33)【優先権主張国】US

(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】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(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】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100109335

【弁理士】

【氏名又は名称】上杉 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100141553

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 信彦

(72)【発明者】

【氏名】ユールゲン フロジーン

【審査官】 中尾 太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０１−１２０７５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３３１６３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２３８９６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０１０２２２７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０６４０７３８８（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ３７／２８

Ｇ０１Ｎ ２３／２０３

Ｈ０１Ｊ ３７／２４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料を撮像および／または検査する荷電粒子ビーム装置であって、
１次荷電粒子ビームを放射するビーム放射器と、
前記試料に衝突する前に前記１次ビームを減速させる減速電界型装置とを備え、前記減速電界型装置が、磁気静電対物レンズおよびプロキシ電極を備え、
前記荷電粒子ビーム装置が、前記１次ビームを光軸に沿って前記試料へ案内し、前記試料から解放された２次粒子および後方散乱粒子を生成するように適合され、
前記プロキシ電極が、前記１次ビームの通過を可能にする第１の開口と、軸外後方散乱粒子の通過を可能にする少なくとも１つの第２の開口とを備え、
前記荷電粒子ビーム装置が、前記プロキシ電極と前記磁気静電対物レンズとの間の後方散乱粒子に対する第１の検出器を備える、荷電粒子ビーム装置。

【請求項2】

前記プロキシ電極が、軸外後方散乱粒子の通過を可能にする２つ以上の第２の開口を備え、および／または前記プロキシ電極が、前記荷電粒子ビーム装置の前記光軸に対して２０°より大きい角度を有する軸外後方散乱粒子の通過を可能にするように適合される、請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置。

【請求項3】

前記プロキシ電極の前記少なくとも１つの開口が、リングの一部分のような形状、円形の形状、または方形の形状を有する、請求項１または２に記載の荷電粒子ビーム装置。

【請求項4】

前記試料を支持する試料ステージをさらに備え、前記プロキシ電極と前記試料ステージとの間の距離が、前記磁気静電対物レンズと前記試料ステージとの間の距離より小さい、請求項１から３のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置。

【請求項5】

前記荷電粒子ビーム装置の鏡筒から前記試料への電界の浸入を低減させるために、前記プロキシ電極上に重ね合わされた導電グリッドをさらに備える、請求項１から４のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置。

【請求項6】

前記プロキシ電極が、前記１次ビームに対する中心孔を有するグリッドとして少なくとも部分的に成形され、および／または前記プロキシ電極の前記第１の開口が、前記荷電粒子ビームの前記光軸に一致する、請求項１から５のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置。

【請求項7】

前記減速電界型装置が、前記試料と前記荷電粒子ビーム装置の鏡筒との間に３ｋＶ〜３０ｋＶの電位差を提供する、請求項１から４のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置。

【請求項8】

前記１次ビームの衝突の際に前記試料から解放されている２次粒子に対する第２の検出器をさらに備え、前記減速電界型装置が、前記２次粒子に対する抽出場を生成するように適合される、請求項１から７のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置。

【請求項9】

前記２次粒子の進行方向に見たとき、前記対物レンズ後に設けられる２次粒子に対する第２の検出器をさらに備え、前記荷電粒子ビーム装置が、前記２次粒子および前記後方散乱粒子を別個に検出することを可能にする、請求項１から７のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置。

【請求項10】

前記プロキシ電極が、前記１次ビームに対して実質上等エネルギー平面になるように構成される、請求項１から９のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置。

【請求項11】

前記プロキシ電極が、軸外後方散乱粒子に対する前記第１の検出器に対する入口窓として作用するように適合される、請求項１から１０のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置。

【請求項12】

前記ビーム放射器が、前記荷電粒子ビーム装置の鏡筒を通って進む１次電子ビームを放射するように適合され、前記荷電粒子ビーム装置が、
撮像および／または検査すべき試料を支持する試料ステージと、
前記１次電子ビームを前記光軸に沿って前記試料へ案内し、前記試料から解放された２次電子および後方散乱電子を生成する電子ビーム光学装置と、
をさらに備える請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置。

【請求項13】

鏡筒および光軸を有する荷電粒子ビーム装置によって試料を撮像および／または検査する方法であって、
荷電粒子の１次ビームを放射することと、
前記荷電粒子ビーム装置の前記鏡筒内で前記１次ビームを案内することと、
減速電界型装置によって前記１次ビームを集束および減速させることであって、前記減速電界型装置が、磁気静電対物レンズおよびプロキシ電極を備え、前記プロキシ電極が、前記磁気静電対物レンズと、撮像および／または検査中に試料を支持する試料ステージとの間に位置し、前記１次荷電粒子ビームが、第１の開口を通って前記プロキシ電極を通過する、集束および減速させることと、
軸外後方散乱粒子が前記プロキシ電極内の少なくとも第２の開口を通って前記プロキシ電極を通過するようにすることと、
前記プロキシ電極と前記磁気静電対物レンズとの間の第１の検出器によって前記後方散乱粒子を検出し、第２の検出器によって前記試料から解放された２次粒子を検出することとを含む方法。

【請求項14】

前記軸外後方散乱粒子が、前記光軸に対して２０°より大きい角度を有する前記プロキシ電極を通過する、請求項１３に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、１つまたは複数の荷電粒子ビームで試料を撮像する装置に関し、減速電界型装置を有する荷電粒子ビーム装置に関する。本発明の実施形態は、詳細には、３Ｄ構造または高いアスペクト比を有する構造を検査する電子ビームウエハ検査システムに関する。本明細書に記載する実施形態はまた、荷電粒子ビーム装置で試料を検査および／または撮像する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

荷電粒子ビーム装置は、複数の産業分野で、それだけに限定されるものではないが、製造中の半導体装置の限界寸法設定、製造中の半導体装置の欠陥レビュー、製造中の半導体装置の検査、リソグラフィ向けの露出システム、検出装置、および試験システムを含む多くの機能を有する。したがって、マイクロメートルおよびナノメートル規模の範囲内で試験片または試料を構成、試験、および検査することが非常に必要とされている。
マイクロメートルおよびナノメートル規模のプロセス制御、検査、または構成は、荷電粒子ビーム、たとえば電子ビームで行われることが多く、そのような荷電粒子ビームは、電子顕微鏡または電子ビームパターンジェネレータなどの荷電粒子ビーム装置内で生成および集束される。荷電粒子ビームは、たとえば光子ビームと比較すると、波長が短いため、優れた空間分解能を提供する。
近年、３Ｄ構造または大きいアスペクト比（深さと開口幅の大きい比など）を有する構造の検査および／または撮像は、ますます所望されている。３Ｄ ＦｉｎＦＥＴおよび３Ｄ ＮＡＮＤのような装置は、アスペクト比の大きい構造を有しており、２次電子（ＳＥ）を使用する走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮像するのが困難である。ＳＥは、高いアスペクト比を有する構造からほとんど逃げることができず、妥当な信号対雑音比で検出することができない。特に、アスペクト比の高いトレンチおよびコンタクトホールの底部臨界寸法（ＣＤ）測定は難題である。撮像および／または検査の品質を増大させるために、特に半導体産業では、後方散乱電子（ＢＳＥ）を使用する画像モードが使用される。しかし、知られているシステムでは、ＢＳＥ検出は、１次ビームの性能（たとえば、分解能）に望ましくない影響を与える。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

上記を考慮して、本明細書に記載する実施形態の目的は、当技術分野の問題の少なくともいくつかを克服する試料を検査および／または撮像する荷電粒子ビーム装置、プロキシ電極、および方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0004】

上記に照らして、独立請求項による試料を検査および／または撮像する荷電粒子ビーム装置、プロキシ電極、および方法が提供される。さらなる態様、利点、および特徴は、従属請求項、説明、および添付の図面から明らかである。
一実施形態によれば、試料を撮像および／または検査する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、１次荷電粒子ビームを放射するビーム放射器と、試料に衝突する前に１次ビームを減速させる減速電界型装置とを含む。減速電界型装置は、磁気静電対物レンズおよびプロキシ電極を備える。荷電粒子ビーム装置は、１次ビームを光軸に沿って試料へ案内し、試料から解放された２次粒子および後方散乱粒子を生成するように適合される。プロキシ電極は、１次ビームの通過を可能にする第１の開口と、軸外後方散乱粒子の通過を可能にする少なくとも１つの第２の開口とを含む。
別の実施形態によれば、荷電粒子ビーム装置向けのプロキシ電極が提供される。プロキシ電極は、荷電粒子ビーム装置の１次荷電粒子ビームの通過を可能にする第１の開口と、荷電粒子ビーム装置の軸外後方散乱粒子の通過を可能にする少なくとも１つの第２の開口とを含む。

【0005】

さらなる実施形態によれば、鏡筒および光軸を有する荷電粒子ビーム装置によって試料を撮像および／または検査する方法が提供される。この方法は、荷電粒子の１次ビームを放射することと、荷電粒子ビーム装置の鏡筒内で１次ビームを案内することとを含む。この方法は、減速電界型装置によって１次ビームを集束および減速させることをさらに含む。減速電界型装置は、磁気静電対物レンズおよびプロキシ電極を含み、プロキシ電極は、磁気静電対物レンズと、撮像および／または検査中に試料を支持する試料ステージとの間に位置する。１次荷電粒子ビームは、第１の開口を通ってプロキシ電極を通過する。この方法は、軸外後方散乱粒子がプロキシ電極内の少なくとも第２の開口を通ってプロキシ電極を通過するようにすることと、第１の検出器によって後方散乱粒子を検出し、第２の検出器によって試料から解放された２次粒子を検出することとをさらに含む。

【0006】

実施形態はまた、開示の方法を実施する装置を対象とし、それぞれの記載の方法特徴を実行する装置部品を含む。方法特徴は、ハードウェア構成要素、適当なソフトウェアによってプログラムされるコンピュータ、これら２つの任意の組合せ、または任意の他の方法で実行することができる。さらに、実施形態はまた、記載の装置が動作する方法を対象とする。本発明は、装置のすべての機能を実施する方法特徴を含む。
上記の特徴を詳細に理解することができるように、実施形態を参照することによって、上記で簡単に要約したより具体的な説明を得ることができる。添付の図面は、実施形態に関し、以下に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本明細書に記載する実施形態による荷電粒子ビーム装置内の減速電界型装置の詳細図である。

【図2a-2d】本明細書に記載する実施形態による荷電粒子ビーム装置向けのプロキシ電極の概略図である。

【図3a-3e】本明細書に記載する実施形態による試料上で２次粒子を後方散乱させる異なる例を示す図である。

【図4】本明細書に記載する実施形態による減速電界型走査荷電粒子ビーム装置の概略図である。

【図5】本明細書に記載する実施形態による荷電粒子ビーム装置による試料を撮像および／または検査する方法の流れ図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

様々な実施形態を次に詳細に参照する。実施形態の１つまたは複数の例を図に示す。以下の図面の説明内で、同じ参照番号は同じ構成要素を指す。概して、個々の実施形態に関する違いについてのみ説明する。各例は、説明として提供され、限定を意味するものではない。さらに、一実施形態の一部として図示または説明する特徴は、さらなる実施形態を得るために、他の実施形態でまたは他の実施形態に関連して使用することができる。説明は、そのような修正形態および変形形態を含むことが意図される。
以下、本出願の保護範囲を限定することなく、荷電粒子ビーム装置またはその構成要素を例示的に、２次電子および／または後方散乱電子の検出を含む電子ビーム装置と呼び、また２次電子および／または後方散乱電子をともに信号電子と呼ぶ。本明細書に記載する実施形態はさらに、試料画像または検査結果を得るために、電子もしくはイオン、光子、Ｘ線、または他の信号の形の２次および／または後方散乱荷電粒子などの微粒子を検出する装置および構成要素に適用することができる。概して、微粒子を参照するとき、微粒子は光信号として理解され、微粒子は光子ならびに粒子であり、微粒子はイオン、原子、電子、または他の粒子である。

【0009】

本明細書で参照する「試験片」、「試料」、または「ウエハ」は、それだけに限定されるものではないが、半導体ウエハ、半導体加工物、およびメモリディスクなどの他の加工物を含む。実施形態は、構築されたまたは材料がその上に堆積された任意の加工物に適用することができる。試験片、試料、またはウエハは、撮像および／もしくは構築すべき表面または層がその上に堆積される表面、エッジ、ならびに典型的には斜角を含む。本明細書に記載する他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、装置および方法は、電子ビーム検査（ＥＢＩ）、臨界寸法測定、および欠陥レビューの適用分野向けに構成または適用され、本明細書に記載する実施形態による顕微鏡および方法は、指定の適用分野の高いスループットに対する所望に照らして有益に使用することができる。本明細書に記載するいくつかの実施形態によれば、Ｅビーム検査（ＥＢＩ）、臨界寸法測定（ＣＤ）ツール、および／または欠陥レビュー（ＤＲ）ツールを提供することができ、高い分解能、大きい視野、および高い走査速度を実現することができる。

【0010】

本明細書に記載する実施形態によれば、ウエハ撮像システムまたはウエハＳＥＭ検査ツールは、ＥＢＩツール、ＣＤツール、またはＤＲツールを指し、これらは当業者には理解される特有のツールである。
本明細書に記載する実施形態によれば、試料を撮像および／または検査する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、荷電粒子の１次ビームを放射するビーム放射器と、試料に衝突する前に１次ビームを減速させる減速電界型装置とを含む。減速電界型装置は、磁気静電対物レンズおよびプロキシ電極を含む。本明細書に記載する実施形態によれば、荷電粒子ビーム装置は、１次ビームを荷電粒子ビーム装置の鏡筒内で光軸に沿って試料へ案内し、試料から解放された２次粒子および試料から跳ね返る後方散乱粒子を生成するように適合される。プロキシ電極は、１次荷電粒子ビームの通過を可能にする第１の開口と、軸外後方散乱粒子の通過を可能にする少なくとも１つの第２の開口とを含む。いくつかの実施形態では、１次ビームに対する第１の開口は、荷電粒子ビーム装置の光軸とほぼ位置合わせされる。

【0011】

概して、１次ビームは、荷電粒子ビーム装置を通って進み、その後、撮像および／または検査すべき試料に当たる。１次ビームが試料に衝突したとき、試料上または試料内で異なる反応が現れる。たとえば、試料から２次粒子が解放される。試料に衝突した１次ビームは、特に１次ビームの粒子によって提供されるエネルギーによって、試料内の他の粒子を解離させる。１次ビームの粒子によって試料から分解された解離粒子を、２次粒子と呼ぶ。２次粒子は、試料から分解された後、試料を離れ、適した検出器によって検出することができる。しかし１次ビームは、さらなる影響を引き起こす。１次ビームの粒子は試料から（表面から、または特定の深さまで試料内へ入った後）跳ね返り、再び試料を離れる。試料から跳ね返って試料を離れた１次ビームの粒子を、後方散乱粒子と呼ぶ。また、後方散乱粒子は、いくつかの条件下で検出することができる。典型的には、２次粒子および後方散乱粒子をともに信号粒子または信号電子と呼ぶことができる。

【0012】

特に、後方散乱電子の検出は、半導体産業での３Ｄ構造の撮像および検査にとってますます望ましいものとなっている。たとえば、３Ｄ ＦｉｎＦＥＴおよび３Ｄ ＮＡＮＤのような装置は、アスペクト比の大きい構造を有しており、２次粒子を使用する荷電粒子ビーム装置で撮像するのが困難である。たとえば、大きいアスペクト比は、試料内の構造の深さと構造の開口幅との比が、約５：１以上、１０：１など、さらに２０：１以上であると理解することができる。１つの簡略化された例では、構造は、以下でより詳細に説明するように、試料内で実質上円筒形の孔とすることができ、試料内への深さおよび実質上円筒形の孔の直径にほぼ対応する幅を提供する。
２次電子などの２次粒子は、アスペクト比の大きい構造からほとんど逃げることができず、妥当な信号対雑音比で検出することができず、特にアスペクト比の高いトレンチおよびコンタクトホールの底部ＣＤ測定は難題である。本明細書に記載する実施形態によれば、アスペクト比の大きい構造を撮像および／または検査する動作モードに対して、後方散乱粒子を使用することができる。後方散乱粒子は外へ出るのに十分なエネルギーを有しており、２次粒子に対して使用されるように後方散乱粒子を検出するために必ずしも抽出場が使用されるわけではないため、後方散乱粒子は、孔およびトレンチを離れることができる。さらに、１次ビームの適した（適度な）入射エネルギーを受けて、後方散乱粒子は側壁を通過することができ、試料を離れることができ、その結果、より多くの数の後方散乱粒子が、全体的な後方散乱粒子信号に寄与することができる。小角度後方散乱粒子（アスペクト比高い特徴から離れた）を検出することができる効率的な後方散乱粒子検出器の配置、ならびに周辺の材料を通過した大角度後方散乱粒子を検出することができる配置が望ましい。

【0013】

いくつかの実施形態によれば、後方散乱粒子の小さい角度は、荷電粒子ビーム装置の光軸に対して約０°〜約１５°の角度として理解することができる。本明細書に記載するいくつかの実施形態によれば、後方散乱粒子の大きい角度は、荷電粒子ビーム装置の光軸に対して約２０°〜約７５°の角度として理解することができる。
いくつかの実施形態によれば、荷電粒子ビーム装置または光学配置の「光軸」は、１次ビームがそれに沿って装置またはシステム中を伝搬する経路を画定する想像線である。たとえば、電子ビーム光学素子を含む荷電粒子ビーム装置内で、軸は、素子の中心を通過することができる。光軸は、システムの機械的または幾何学的な対称軸に一致することができるが、必ずしもそうである必要はない。

【0014】

図の以下の説明では、荷電粒子ビーム装置について、電子ビーム装置であるものとして図示および説明する。電子ビーム装置は、前述したように、一例であり、実施形態を電子ビームに限定するものではない。
図１は、本明細書に記載する実施形態による減速電界型装置１００の一例を示す。減速電界型装置１００は、磁気静電対物レンズ１１０およびプロキシ電極１３０を含む。概して、減速電界型装置では、鏡筒内の電子エネルギーが最終入射エネルギーまで低減される。減速電界型装置の全体的な性能は、たとえば、鏡筒エネルギーと入射エネルギーとの比である浸入係数によって判定することができる。浸入エネルギーが強ければ強いほど、性能はより良好である。

【0015】

本明細書に記載するいくつかの実施形態では、減速電界型装置は、試料から解放された２次粒子に対する抽出場を生成するように適合される。たとえば、１次ビームに対する減速レンズとして作用する対物レンズは、２次粒子に対する加速レンズとして作用することができる。対物レンズは、１次ビームを減速させかつ２次粒子を加速する目的で動作パラメータを調整するように制御することができる。低い入射エネルギーおよび低いＳＥ抽出場の場合、対物レンズの焦点屈折力は、静電減速電界型レンズ装置によってますます実行される傾向がある。

【0016】

本明細書に記載する実施形態の文脈で、保護範囲を限定することなく、荷電粒子ビーム装置向けの減速電界型装置は、荷電粒子の最初に高い加速が試験片またはウエハに当たる直前に入射エネルギーまで減速される荷電粒子ビーム向けの装置について説明することを意図する。荷電粒子が荷電粒子ビーム装置の鏡筒を通って案内される加速度ｖ_accと、荷電粒子が試験片に当たる入射速度ｖ_landingとの間のエネルギーまたは速度比ｖ_acc／ｖ_landingは、少なくとも約４以上、たとえば８以上とすることができる。さらに、入射エネルギーは、１０ｋｅＶ以下、たとえば５ｋｅＶ以下、１ｋｅＶなどとすることができる。
いくつかの実施形態によれば、プロキシ電極は、試料または試料ステージに最も近い荷電粒子ビーム装置の電極であると理解することができる。一例では、プロキシ電極と試料ステージまたは試料との間の距離は、磁気静電対物レンズと試料ステージまたは試料との間の距離より小さい。いくつかの実施形態によれば、素子と試料ステージまたは試料との間の距離は、試料ステージ（または試料）に面している素子の表面と試料ステージ（または試料）の表面との間の距離によって判定することができる。

【0017】

図１で、減速電界型装置１００の光軸を、図の参照符号１０１で示す。図１の減速電界型装置の例は、試料ステージ（図示せず）上に設けることができる試料１４０をさらに示す。本明細書に記載するいくつかの実施形態によれば、減速電界型装置１００は、プロキシ電極を通過した後方散乱粒子に対する第１の検出器１２０を含む。第１の検出器１２０は、減速電界型装置の対物レンズ本体内に配置することができ、以下で詳細に参照する。
本明細書に記載する実施形態による荷電粒子ビーム装置は、（対物）レンズを通じた従来の２次粒子および小角度後方散乱粒子の検出を維持することを可能にする。本明細書に記載する実施形態は、効率的な大角度後方散乱粒子の検出を追加して、１次ビームの性能、特に分解能（スポットサイズなど）に対する負の影響を回避することができる。
本明細書に記載するいくつかの実施形態によれば、大角度後方散乱粒子の検出を可能にすることは、大角度後方散乱粒子の検出のための入口窓としてプロキシ電極を使用することによって実現することができる。プロキシ電極はまた、減速電界型装置または減速電界型レンズの一部として、１次ビームを減速させるために使用することができる。プロキシ電極は、２次粒子に対する抽出場強度を制御することをさらに可能にすることができる。

【0018】

典型的には、プロキシ電極は、１次ビームの通過のための第１の開口を有することができる。第１の開口は、実質上荷電粒子ビーム装置の光軸の位置に配置され、および／または荷電粒子ビーム装置の光軸に実質上一致するように配置および位置することができる。たとえば、第１の開口は、１次ビームが試料への経路上でプロキシ電極を通過するように適合および配置される。いくつかの実施形態では、第１の開口は、プロキシ電極の（幾何学的）中心を含む。１次ビームは、少なくとも減速電界型装置を通る経路上で、図１に光軸１０１として示すように、実質上光軸に沿って進むことができる。プロキシ電極１３０の実施形態のさらなる詳細（特に、荷電粒子ビーム装置の下から見た図）は、後述する図２ａ〜２ｄに示す。

【0019】

本明細書に記載する実施形態によれば、プロキシ電極は、軸外後方散乱粒子の通過を可能にする第２の開口を含む。本明細書に記載するいくつかの実施形態によれば、軸外後方散乱粒子は、大角度後方散乱粒子として理解することができる。特に、軸外後方散乱粒子は、実質上荷電粒子ビーム装置の光軸に沿って進まない。いくつかの実施形態では、軸外後方散乱粒子は、荷電粒子ビーム装置の光軸から典型的には約２０°より大きい、より典型的には約２５°より大きい、さらに典型的には３０°より大きい角度で進む後方散乱粒子として理解することができる。たとえば、光軸から約２０°より大きい角度で試料から跳ね返る後方散乱粒子を、軸外後方散乱粒子と呼ぶことができる。

【0020】

図１は、後方散乱粒子のいくつかの例を矢印によって示す。光軸１０１の右側（図１の投影面で見たとき）に配置された矢印は、軸方向の後方散乱粒子を示すと理解することができる。軸方向の後方散乱粒子は、光軸に対する粒子の近接（たとえば、光軸から１０°の角度内の近接）のため、プロキシ電極１３０の第１の開口を通って進む。軸方向の後方散乱粒子は、偏向器１８０によって偏向させることができ、対物レンズ内または対物レンズ後に検出することができる（後方散乱粒子の進行方向で見たとき）。光軸の左側（この場合も図１の投影面で見たとき）の２つの矢印は、光軸１０１に対して約２０°より大きい角度を有する軸外後方散乱粒子の例を示す。たとえば、矢印の一方は、光軸１０１に対して約４５°の角度を有することができ、他方の矢印は、光軸に対して約６５°の角度を有することができる。軸外後方散乱粒子は、本明細書に記載する実施形態によるプロキシ電極の第２の開口を通過することができる。

【0021】

いくつかの実施形態では、プロキシ電極の第２の開口は、プロキシ電極の軸外開口と呼ぶことができる。プロキシ電極の軸外開口は、軸外粒子ビームを通過させるように配置されおよび／または位置する開口として理解することができる。いくつかの実施形態によれば、軸外開口について、荷電粒子ビームの光軸またはプロキシ電極の中心を含まない開口として説明することができる。
本明細書に記載する実施形態によるプロキシ電極によって、大きい放射角度で始まる後方散乱粒子は、プロキシ電極を「貫通」することができ、プロキシ電極と対物レンズとの間に位置する第１の検出器の配置に到達することができる。検出器自体（たとえば、シンチレータまたはピンダイオード）は、機械的設計の柔軟性のため、焦点距離または作業距離（ＷＤ）の増大の必要なく、対物レンズ内へ組み込むことができる。

【0022】

減速電界型装置の対物レンズは、試料と荷電粒子ビーム装置の鏡筒との間に、典型的には５ｋｅＶ、１５ｋｅＶ、またはさらに３０ｋｅＶより大きい著しい電位差を有するため、プロキシ窓を貫通する後方散乱粒子は、検出器に到達する前に加速される。これは、効率の高い検出にとって有利である。後方散乱粒子を加速させることは、低い入射エネルギー（たとえば、１０ｋｅＶ未満、たとえば３ｋｅＶ未満、もしくはさらに１ｋｅＶ）の後方散乱粒子を検出するとき、または後方散乱粒子が試料材料を通って進むときにエネルギーの一部を失ったとき、特に有益である。鏡筒が接地電位に位置し、入射エネルギーがカソード電位と試料電位との間の差として画定される場合、ピンダイオードのような半導体装置による検出は、検出器ならびに検出器電子機器も接地電位に位置するため、実現可能とすることができる。

【0023】

概して、高分解能のＳＥＭにとっては、短い作業距離（ＷＤ）が望ましい。減速電界型ＳＥＭにおける現況技術の検出方法は、レンズ検出によるものである。１次ビームに対する減速電界型光学系（複合光学系）は、２次粒子および後方散乱粒子に対する抽出場を生成する。２次粒子のほとんどは、抽出場によって集めることができ、対物レンズを通って集束されるが、より高エネルギーの後方散乱粒子に抽出場が与える影響は制限されているため、わずかな量の後方散乱粒子しか対物レンズによって受け入れることができない（小角度後方散乱粒子など）。対物レンズを通過した後、後方散乱粒子および２次粒子は、分離することができ、独立して検出することができる。その結果、ほぼすべての２次粒子および小角度後方散乱粒子は、現況技術の高分解能のＳＥＭで検出することができる。大角度後方散乱粒子を検出するために、知られているシステム内ではレンズ後後方散乱粒子検出器が使用される。レンズ後検出器を有する構成には、後方散乱粒子検出器が可能な限り平坦に構築された場合でも、対物レンズの有効焦点距離および対物レンズの収差が増大されるという欠点がある。

【0024】

本明細書に記載する実施形態による荷電粒子ビーム装置、特に本明細書に記載する実施形態によるプロキシ電極は、当技術分野では知られているシステムの問題を回避するのに役立ち、同時に大角度後方散乱粒子を検出するのに役立つ。大角度後方散乱粒子を検出することで、試料を検査および／または撮像するときに得られる情報の量を増大させる。画像の品質または検査結果もまた増大する。本明細書に記載する実施形態による後方散乱粒子の検出は、１次ビームの性能に負の影響を与える可能性がある光学設計の修正なく、広い範囲の１次ビーム入射エネルギーで効率的な後方散乱粒子の検出を可能にする。
図２ａは、１次ビームを通過させる第１の開口１３１と、後方散乱粒子を通過させる少なくとも１つの第２の開口１３２とを有するプロキシ電極１３０の一実施形態を示す。いくつかの実施形態によれば、第２の開口１３２は、スタビライザバーなどの梁１３３または棒１３３によって区分けされる。

【0025】

本明細書に記載するいくつかの実施形態によれば、プロキシ電極の第２の開口は、後方散乱粒子に対する入口窓と呼ぶことができ、またはそのように作用することができる。プロキシ電極内の入口窓は、リング、リングの一部分、円周方向および／もしくは径方向に分散された１つもしくは複数の円形もしくは方形の開口などの異なる形状を有することができ、または荷電粒子ビーム装置の光軸に対して大きい角度（たとえば、２０°より大きい角度）を有する後方散乱粒子がプロキシ電極を通過することを可能にする任意の他の適した形状を有することができる。いくつかの実施形態では、重ね合わされた導電グリッドを使用して、荷電粒子ビーム装置の鏡筒から試料への電界の浸入を低減させ、１次ビームに対して起こりうる影響を回避することができる。本明細書に記載する他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、中心孔を有するグリッドの形状のプロキシ電極は、本出願の範囲内である。いくつかの実施形態では、プロキシ電極は、１次ビームに対して実質上等エネルギー平面として作用するように設計および動作される。プロキシ電極設計の例のいくつかを、以下の図に示すが、範囲内のプロキシ電極の可能な形状および設計に対する限定を提示するものではない。

【0026】

いくつかの実施形態によれば、第２の開口は、第１の開口を取り囲むことができる。たとえば、第２の開口は、一方の側（たとえば、内側）では第１の開口の周辺によって、また他方の側（たとえば、外側）では電極材料によって、制限することができる。いくつかの実施形態では、第２の開口の領域は、第２の開口の外側境界によって囲まれる領域から第１の開口の領域を引いた領域によって画定することができる。
図２ｂは、１次ビームに対する第１の開口１３１と、後方散乱粒子に対する第２の開口１３２とを有するプロキシ電極１３０の一例を示す。図２ａと同様に、第２の開口１３２を安定化させるために、安定化棒１３３が設けられる。図２ｂに示す例では、プロキシ電極の第２の開口１３２上に導電グリッド１３４が重ね合わされる。いくつかの実施形態によれば、グリッド１３４は、第２の開口１３２を通過する後方散乱粒子の経路を妨げないように選択および寸法設定することができる。いくつかの実施形態では、グリッド１３４は、プロキシ電極１３０の構造部品として設けることができる。いくつかの実施形態によれば、導電グリッド１３４は、プロキシ電極に対してわずかな（数ミリメートルの範囲内）距離をあけて設けることができる。たとえば、導電グリッド１３４は、別個の電源を備えることができる。

【0027】

図２ｃは、本明細書に記載する実施形態によるプロキシ電極１３０の一例を示す。プロキシ電極１３０は、１次ビームに対する第１の開口１３１と、後方散乱粒子に対する第２の開口１３２とを含む。第２の開口１３２内には、プロキシ電極の構造部品としてグリッド１３４が設けられる。典型的には、グリッド１３４はまた、１次ビームに対する影響を低減および／または回避するという意図される目的を失うことなくプロキシ電極１３０の第２の開口１３２を安定化させるタスクを担うために使用することができる。
図２ｄは、本明細書に記載するいくつかの実施形態によるプロキシ電極の一例を示す。プロキシ電極１３０は、１次ビームに対する第１の開口１３１と、後方散乱粒子に対する第２の開口１３２とを含む。図２ｄに示すプロキシ電極の例の第２の開口１３２は、実質上方形、特に実質上正方形の形状を有する。第２の開口１３２は、棒１３３によって区分けされる。棒１３３は、上記で説明したように安定化棒と呼ぶことができる。

【0028】

本明細書に記載する実施形態によれば、本明細書では、「実質上」という用語は、「実質上」とともに示す特徴から特定のずれが存在しうることを意味することができる。たとえば、「実質上方形」という用語は、１方向の全体的な延長または長方形の各角の角度の約１〜１０％のずれなど、厳密な方形の形状から特定のずれを有することができる形状を指す。さらなる例によれば、「実質上位置する」という用語は、素子の総延長の約数パーセント、たとえば位置決めすべき素子の延長の最高１０％の範囲など、その位置の周りの範囲内に素子を位置決めすることを指すことができる。

【0029】

図３ａ〜３ｅは、後方散乱粒子の異なる状況を示す。図３ａは、１次ビームが試料１４０に衝突する際の後方散乱状況の簡略化された例を示す。試料表面、１次ビームのエネルギー、試料の材料、および他のパラメータに応じて、１次ビームの粒子は試料から跳ね返り、１次ビームが来た方向に後方散乱粒子として後方散乱される。本説明の文脈で使用される用語を説明するために、図３ａは、後方散乱粒子によって提供される角度の範囲を示す。後方散乱粒子の角度は、上記のパラメータ、１次ビームの衝突角度、１次ビーム内の粒子の種類などのいくつかのパラメータに依存する。図３ａは、可能な後方散乱角度の例を示す。例示的に示す角度は、後方散乱粒子によって概して場合によって提供される角度を限定するものではないことが、当業者には理解されよう。後方散乱粒子は、試料１４０から遠ざかる方向に動く。本明細書に記載するいくつかの実施形態によれば、後方散乱粒子の一部１５１は、「小角度後方散乱粒子」に属するものとして分類される。小さい角度は、荷電粒子ビーム装置の光軸１０１に対して０°〜約１５°の角度とすることができる。本明細書に記載するいくつかの実施形態によれば、後方散乱粒子の一部１５０は、「大角度後方散乱粒子」に属するものとして分類される。大きい角度は、荷電粒子ビーム装置の光軸１０１に対して典型的には約２０°〜約９０°、より典型的には約２０°〜約８０°、さらに典型的には約２０°〜約７５°の角度とすることができる。大きい角度は、約９０°までの範囲とすることができるが、実用上の理由のため、本明細書に記載する実施形態によるプロキシ電極は、光軸１０１に対して９０°未満の角度を有する後方散乱粒子の通過を主に可能にすることが、当業者には理解されよう。

【0030】

図３ｂは、試料１４０内に実質上円筒形の孔を含む試料１４０の構造１４１を示す。構造１４１は、試料内へ幅１４２および深さ１４３を有する。典型的には、実質上円筒形の孔の幅１４２は、孔の直径を判定することによって判定することができる。本明細書に記載するいくつかの実施形態によれば、図３ｂに例示的に示す構造１４１は、高いアスペクト比を有し、本明細書に記載するいくつかの実施形態によれば、これは、３：１以上、典型的には１０：１以上のアスペクト比とすることができる。アスペクト比は、本明細書に記載する実施形態による荷電粒子ビーム装置によって検査および／または測定すべき構造の深さと幅の比によって判定することができる。

【0031】

図３ｃは、大きいアスペクト比を有する図３ｂの試料１４０内の構造１４１を示す。１次ビーム１６０は、試料１４０内の構造１４１の底部に当たる。２次粒子が深い構造１４１から逃げることができないのに対して、後方散乱粒子１５０は、構造の壁を通過することができ、上記で説明した大きい角度で試料から離れることができる。本明細書に記載する実施形態によるプロキシ電極および本明細書に記載する実施形態による荷電粒子ビーム装置は、大きい角度で試料から離れる後方散乱粒子の検出を可能にする。
図３ｄは、試料１４０上または試料１４０内に存在する構造１４５の一例を示す。典型的には、構造１４５は、ＦｉｎＦＥＴ構造、ＦｉｎＦＥＴ構造の一部などとすることができる。検査および／または撮像すべき構造１４５に対して、異なる材料１４７および１４４を使用することもできる。いくつかの実施形態によれば、１次ビーム１６０は、たとえば異なる材料１４７および１４４間の境界で構造に衝突することができる。後方散乱粒子１５０は、衝突のために結果として生じることができる。後方散乱粒子は、試料１４０から離れるとき、荷電粒子ビーム装置の光軸に対して大きい角度を有することができる。

【0032】

図３ｅは、試料１４０内または試料１４０上の構造１４６の一例を示す。構造１４６は、３Ｄ ＮＡＮＤ構造、３Ｄ ＮＡＮＤ構造の一部などとすることができる。構造１４６内の試料１４０内の孔の中に、異なる材料（ＮＡＮＤ構造の第１の材料１４８およびＮＡＮＤ構造の第２の材料１４９など）が提供される。いくつかの実施形態によれば、１次ビーム１６０は、第１の材料１４８および第２の材料１４９を通過することができる。一例として、図３ｅは、第１の材料１４８および第２の材料１４９内の異なる偏向角を示す。構造１４６の底部では、１次ビームが跳ね返り、後方散乱粒子１５０は第２の材料１４９および試料１４０の材料を通過する。これらの図は簡略化された例のみを指すことが、当業者には理解されよう。たとえば、図３ｅに関して、後方散乱粒子はまた、全体的な体積から、また第１の材料１４８および材料１４８／１４９の境界からからくることができることが、当業者には理解されよう。よりよい概略のため、第２の材料１４９と試料材料との境界からの後方散乱粒子のみを示す。いくつかの実施形態によれば、後方散乱粒子（たとえば異なる材料を通って進むときにエネルギーが失われる）は、特に減速電界型装置の静電界によって加速させることができる。後方散乱粒子１５０は、上記で説明した大きい角度で構造１４６から離れることができ、プロキシ電極を通過して後方散乱粒子の次の検出を可能にすることができる。いくつかの実施形態によれば、１次ビームの挙動（たとえば、１次ビームが異なる材料を通過するかどうか、または異なる材料のどの境界で１次ビームが跳ね返るかなど）は、１次ビームのエネルギー、１次ビームの入射角、１次ビームのタイプ、荷電粒子ビーム装置内で使用される光学素子などの動作パラメータに依存することができる。１次ビームの挙動はまた、試料の材料、試料上または試料内に存在する構造、構造に使用される材料、試料の温度、試料の電荷などの試料関連パラメータに依存することができる。

【0033】

図４は、ＳＥＭ撮像装置、すなわちウエハ撮像システムなどの荷電粒子ビーム装置３００を示す。電子ビーム鏡筒２０は、第１のチャンバ２１、第２のチャンバ２２、および第３のチャンバ２３を提供する。第１のチャンバは、銃室と呼ぶこともでき、放射器３１および抑制器３２を有する電子源３０を含む。
本明細書に記載する実施形態によれば、放射器は、放射器に電圧を提供する電源３３１に接続される。本明細書に記載する例の場合、放射器に提供される電位は、電子ビームが２０ｋｅＶ以上のエネルギーまで加速されるような電位である。したがって、典型的には、放射器は、−２０ｋｅＶの電位またはより高い負電圧にバイアスされる。上記のように、負電位の放射器３１を有することは典型的な実施形態であり、鏡筒およびビーム案内管が接地または適度な電位に位置することができるという利益がある。

【0034】

電子ビーム源３０によって、電子ビームが生成される。図４の例では、ビームは、ビーム限界開口４５０に位置合わせされる。ビーム限界開口４５０は、ビームを成形するように、すなわちビームの一部分を阻止するように寸法設定される。次いでビームは、ビーム分離器３８０を通過することができ、ビーム分離器３８０は、１次電子ビームおよび２次電子ビーム（場合によっては、小角度後方散乱電子）を分離する。１次電子ビームは、対物レンズによって試料またはウエハ１４０上に集束される。試料は、試料ステージ５０上の試料位置上に位置決めすることができる。電子ビームが衝突する際、たとえば２次または後方散乱電子が試料１４０から解放される。検出器３９８は、２次および小角度後方散乱電子を検出することができ、本明細書に記載する実施形態による荷電粒子ビーム装置に対する第２の検出器と呼ぶことができる。

【0035】

本明細書に記載する他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、集光レンズ４２０およびビーム成形またはビーム限界開口４５０が設けられる。集光レンズとビーム成形または限界開口４５０との間に、開口に対するビームの位置合わせのために、２段式の偏向システム４４０が設けられる。

【0036】

図４に示すように、対物レンズは、磁極片６４／６３およびコイル６２を有する磁気レンズ構成要素１６１を有し、磁気レンズ構成要素１６１は、荷電粒子ビームを試料１４０上に集束する。図４に示す対物レンズは、対物レンズの磁気レンズ構成要素６０を形成する上部磁極片６３、下部磁極片６４、およびコイル６２を含む。さらに、対物レンズの静電レンズ構成要素を形成する１つまたは複数の電極を設けることができる。

【0037】

本明細書に記載する実施形態によれば、磁気レンズ構成要素および静電レンズ構成要素は、互いに実質上重複して、複合レンズを形成する。実施形態によれば、磁気レンズ構成要素および静電レンズ構成要素の組合せを実現するために、２つの界は互いに実質上重複する。実施形態の１つの意味範囲内で、図面内の各界の分布の半値幅（ＨＷＦＭ）によって形成される領域は、少なくとも１０％、典型的には少なくとも５０％重複することを理解されたい。追加または別法として、静電レンズ構成要素の界の分布は、磁気レンズ構成要素の界の分布範囲内である。
典型的には、いくつかの適用分野では、試験片に衝突する電子の量が、試験片から解放されまたは離れる量に等しいことが望ましい。試験片の帯電は、低減または回避することができる。しかし、試料の帯電が適用分野によって所望される場合、適当な制御電圧と適した入射エネルギーとの組合せによって、正または負の試料の帯電を実現することもできる。したがって、たとえば図４に見ることができる試料ステージ５０の帯電を介して、試料の帯電を制御することができる。

【0038】

さらに、走査偏向器アセンブリ３７０が設けられる。走査偏向器アセンブリ３７０は、たとえば、磁気式、好ましくは静電式の走査偏向器アセンブリとすることができ、高いピクセル率に対して構成される。本明細書に記載する他の実施形態と組み合わせることができる典型的な実施形態によれば、走査偏向器アセンブリ３７０は、図４に示す単段式のアセンブリとすることができる。別法として、２段式またはさらに３段式の偏向器アセンブリを設けることもできる。各段は、光軸１０１に沿って異なる位置に設けることができる。

【0039】

本明細書に記載するいくつかの実施形態によれば、２次および／または小角度後方散乱電子が試料またはウエハから抽出され、対物レンズ内でさらに加速される。ビーム分離器３８０は、２次電子および小角度後方散乱電子の１次および２次ビームを分離する。ビーム分離器は、ウィーンフィルタとすることができ、および／または少なくとも１つの磁気偏向器とすることができ、その結果、信号電子は光軸１０１から遠ざかる方へ偏向される。次いで２次および／または小角度後方散乱粒子は、ビームベンダ３９２、たとえば半球形のビームベンダおよびレンズ３９４によって第２の検出器３９８へ案内される。フィルタ３９６のようなさらなる要素を設けることもできる。さらなる修正形態によれば、第２の検出器は、試料における開始角に応じて信号電子を検出するように構成された分割検出器とすることができる。

【0040】

本明細書に記載する実施形態によれば、プロキシ電極１３０が設けられ、プロキシ電極１３０は、上記の実施形態、たとえば図１〜２ｄに記載するプロキシ電極とすることができる。
図４に示す荷電粒子ビーム装置は、プロキシ電極１３０を通過する大角度後方散乱粒子（たとえば、電子）を検出する第１の検出器１２０または検出素子を含むことができる。検出素子１２０（たとえば、シンチレータ、ピンダイオード、または他の電子感応装置）は、測定タスクに応じて異なる形状を有することができる。たとえば、全体的な後方散乱粒子信号のみに関心がある場合、リング検出器で十分であろう。いくつかの実施形態によれば、トポグラフィコントラスト検出の場合、４象限検出器が可能な選択肢となりうる。いくつかの実施形態では、異なるリングゾーン（さらに区分けすることもできる）を使用して、角度的な後方散乱粒子の分布（角度および極性の区分けなど）の特有の部分を検出することができる。後方散乱粒子の角度分布の特有の部分を検出することによって、深さ情報を集めることができる。深さ情報を集めることで、試料の組成物（特に、例示的に図３ｂ〜３ｅに示す高いアスペクト比を有する構造）の３Ｄ情報を集めることが可能になる。後方散乱粒子の角度分布の検出と、１次ビームの入射エネルギーの変動とを組み合わせることによって、ある種の試料断層撮影法を実現することができる。
典型的には、後方散乱粒子に対する検出配置は、検出配置が１次ビームの性能（１次ビームの分解能など）に実質的な影響を与えないように選択および設計される。たとえば、対物レンズおよびプロキシ電極によって図４に示す装置内に提供することができる上記の減速電界型装置の作業距離（ＷＤ）は、効率的な後方散乱粒子の検出を可能にするために増大させるべきではない。

【0041】

いくつかの実施形態によれば、１次ビームに対する調節可能なエネルギー供給を提供することができる。概して、関心のある深さから解放された後方散乱粒子が周辺（図３ｃに例示的に示す試料の構造の壁など）を貫通することができるのに十分なほど高い１次ビームのエネルギーが選択される。他方では、より深い試料層内への浸入を回避して不必要な深さ情報による信号対雑音比を低減させるのに高すぎることのない１次ビームのエネルギーが選択される。
本明細書に記載する実施形態のいずれかによれば、放射器、鏡筒、および電極の電位をシステム内で提供することができる。典型的な例として、ビーム案内管は、接地電位に位置することができる。したがって、電子は、接地電位にある鏡筒を通って進む。鏡筒のハウジングもまた、接地電位で提供することができる。接地電位にあるハウジングを、図４に参照番号３によって示す。

【0042】

図５は、本明細書に記載する実施形態による荷電粒子ビームで試料を検査および／または撮像する方法５００の流れ図を示す。典型的には、試料は、鏡筒と、光軸と、撮像および／または検査中に試料を支持するための試料ステージとを有する荷電粒子ビーム装置によって提供されている荷電粒子ビームによって検査および／または撮像される。方法５００は、ボックス５１０に、１次荷電粒子ビームを放射することを含む。ビームは、上記のようにビーム放射器によって放射することができる。方法５００のボックス５２０は、荷電粒子ビーム装置の鏡筒内で１次ビームを案内することを含む。いくつかの実施形態によれば、１次ビームは、荷電粒子ビーム装置の鏡筒内で案内および成形することができる。たとえば、放射器から放射された１次ビームを案内および／または成形する光学素子を設けることができる。図４は、集光レンズ、開口、ビーム分離器などの光学素子の例を示す。荷電粒子ビーム装置は、たとえば計画された動作、試料、検査および／または撮像すべき構造、１次ビームに使用されるエネルギーなどに応じて、追加または代替の光学素子を含むことができることが、当業者には理解されよう。

【0043】

本明細書に記載する実施形態によれば、方法５００は、ボックス５３０に、減速電界型装置によって１次粒子ビームを集束および減速させることを含む。１次ビームを減速させることは、１次ビームを約１０ｋｅＶ以下、たとえば５ｋｅＶ以下、１ｋｅＶなどの試料上の入射エネルギーまで減速させることなど、前述の範囲内で実行することができる。典型的には、減速電界型装置は、磁気静電対物レンズおよびプロキシ電極を含み、プロキシ電極は、磁気静電対物レンズと試料ステージとの間に位置する。対物レンズは、図１または図４を参照して上述したレンズとすることができる。１次荷電粒子ビームは、第１の開口を通ってプロキシ電極を通過する。いくつかの実施形態によれば、プロキシ電極の第１の開口は、荷電粒子ビーム装置内に取り付けられたとき、荷電粒子ビーム装置の光軸に一致するように提供および配置することができる。いくつかの実施形態では、プロキシ電極の第１の開口は、プロキシ電極の中心に位置する開口とすることができる。

【0044】

本明細書に記載するいくつかの実施形態によれば、プロキシ電極の第１の開口を通過した後の１次ビームは、試料に衝突し、信号粒子（２次粒子および後方散乱粒子など）を試料から離れさせ、特に試料から遠ざかる方向に向かわせる。後方散乱粒子は、小角度後方散乱粒子および大角度後方散乱粒子を含むことができる。小さいおよび大きい角度の角度範囲は、上記のようにすることができる。典型的には、大角度後方散乱粒子は、荷電粒子ビーム装置の光軸から広がるため、軸外後方散乱粒子と呼ぶことができる。小角度後方散乱粒子は、図１に示すように光軸付近に留まるため、軸方向の後方散乱粒子と呼ぶことができる。特に、大角度後方散乱粒子または軸外後方散乱粒子は、小角度後方散乱粒子（または軸方向の後方散乱粒子）より、光軸に対して大きい角度を有する。

【0045】

本明細書に記載する実施形態によれば、ボックス５４０は、軸外後方散乱粒子がプロキシ電極内の少なくとも第２の開口を通ってプロキシ電極を通過するようにすることを含む。図２ａ〜２ｄは、プロキシ電極内の第２の開口の例を示す。典型的には、プロキシ電極の第２の開口および全体としてのプロキシ電極の前述の特徴はまた、この方法、特に方法５００のボックス５４０にも適用することができる。

【0046】

方法５００のボックス５５０は、第１の検出器によって後方散乱粒子を検出し、第２の検出器によって試料から解放された２次粒子を検出することを含む。たとえば、第２の検出器は、試料ステージと対物レンズとの間に配置することができる。いくつかの実施形態では、第１の検出器は、対物レンズ内または対物レンズの外側、たとえば２次粒子の方向に対物レンズの後に設けることができる。いくつかの実施形態によれば、第１の検出器および第２の検出器は、荷電粒子ビーム装置に関して詳細に上述した検出器とすることができる。

【0047】

以下、実施形態による例について説明する。以下の例は、特徴が互いに矛盾しない限り、本説明および本明細書に記載する他の実施形態に記載の特徴と組み合わせることができる。

【0048】

第１の例では、試料を撮像および／または検査する粒子ビーム装置について説明する。荷電粒子ビーム装置は、１次荷電粒子ビームを放射するビーム放射器と、試料に衝突する前に１次ビームを減速させる減速電界型装置とを含む。減速電界型装置は、磁気静電対物レンズおよびプロキシ電極を含む。荷電粒子ビーム装置は、１次ビームを光軸に沿って試料へ案内し、試料から解放された２次粒子および後方散乱粒子を生成するように適合される。プロキシ電極は、１次ビームの通過を可能にする第１の開口と、軸外後方散乱粒子の通過を可能にする少なくとも１つの第２の開口とを含む。第１の例と組み合わせることができる第２の例によれば、プロキシ電極は、軸外後方散乱粒子の通過を可能にする２つ以上の第２の開口を含むことができる。第１および／または第２の例と組み合わせることができる第３の例では、プロキシ電極は、荷電粒子ビーム装置の光軸に対して２０°より大きい角度を有する軸外後方散乱粒子の通過を可能にするように適合することができる。第１から第３の例のいずれかと組み合わせることができる第４の例では、プロキシ電極の少なくとも１つの開口は、リングの一部分のような形状、円形の形状、グリッド状の構造、または方形の形状を有することができる。第１から第４の例のいずれかと組み合わせることができる第５の例によれば、荷電粒子ビーム装置は、プロキシ電極と磁気静電対物レンズとの間に後方散乱粒子に対する第１の検出器を含むことができる。第１から第５の例のいずれかと組み合わせることができる第６の例では、荷電粒子ビーム装置は、試料を支持する試料ステージをさらに含むことができ、プロキシ電極と試料ステージとの間の距離は、磁気静電対物レンズと試料ステージとの間の距離より小さい。第１から第６の例のいずれかと組み合わせることができる第７の例では、荷電粒子ビームは、荷電粒子ビーム装置の鏡筒から試料への電界の浸入を低減させるために、特に１次ビームに対する影響を回避または低減させるために、プロキシ電極上に重ね合わされた導電グリッドをさらに含むことができる。第１から第７の例のいずれかと組み合わせることができる第８の例によれば、プロキシ電極は、１次ビームに対する中心孔を有するグリッドとして少なくとも部分的に成形することができる。第１から第８の例のいずれかと組み合わせることができる第９の例では、後方散乱粒子に対する第１の検出器を磁気静電対物レンズ内に設けることができる。第１から第９の例のいずれかと組み合わせることができる第１０の例によれば、減速電界型レンズ装置は、試料と荷電粒子ビーム装置の鏡筒との間に３ｋｅＶ〜３０ｋｅＶの電位差を提供することができる。

【0049】

第１から第１０の例のいずれかと組み合わせることができる第１１の例では、荷電粒子ビーム装置は、１次ビームの衝突の際に試料から解放されている２次粒子に対する第２の検出器をさらに含むことができ、特に、減速電界型レンズ装置は、２次粒子に対する抽出場を生成するように適合される。第１から第１０の例のいずれかと組み合わせることができる第１２の例によれば、荷電粒子ビーム装置は、１次ビームの衝突の際に試料から解放されている２次粒子に対する第２の検出器をさらに含むことができ、２次粒子に対する第２の検出器は、２次粒子の進行方向に見たとき、対物レンズ後に設けられ、荷電粒子ビーム装置は、２次粒子および後方散乱粒子を分離可能に検出することを可能にする。第１から第１２の例のいずれかと組み合わせることができる第１３の例では、プロキシ電極は、たとえばプロキシ電極に対してグリッドを設けることによって、１次ビームに対して実質上等エネルギー平面になるように構成することができる。第１から第１３の例のいずれかと組み合わせることができる第１４の例では、プロキシ電極は、プロキシ電極と磁気静電対物レンズとの間で軸外後方散乱粒子に対する第１の検出器に対する入口窓として作用するように適合させることができる。第１から第１４の例のいずれかと組み合わせることができる第１５の例では、第１の開口は、荷電粒子ビームの光軸に一致する。第１から第１５の例のいずれかと組み合わせることができる第１６の例では、放射器は、電子ビーム装置の鏡筒を通って進む１次電子ビームを放射するように適合させることができ、荷電粒子ビーム装置は、撮像および／または検査すべき試料を支持する試料ステージと、１次ビームを光軸に沿って試料へ案内し、試料から解放された２次電子および後方散乱電子を生成する電子ビーム光学装置と、後方散乱電子を検出する第１の検出器とをさらに含むことができ、第１の検出器は、試料ステージと磁気静電対物レンズとの間に設けられる。第１７の例では、荷電粒子ビーム装置向けのプロキシ電極を設けることができる。プロキシ電極は、荷電粒子ビーム装置の１次荷電粒子ビームの通過を可能にする第１の開口と、荷電粒子ビーム装置の軸外後方散乱粒子の通過を可能にする少なくとも１つの第２の開口とを含むことができる。第１７の例と組み合わせることができる第１８の例によれば、プロキシ電極の第２の開口は、後方散乱粒子が第２の開口を通過することを可能にすることができ、後方散乱粒子は、電子ビーム装置の光軸に対して２０°より大きい角度を有する。第１９の例では、鏡筒および光軸を有する荷電粒子ビーム装置によって試料を撮像および／または検査する方法を提供することができる。この方法は、荷電粒子の１次ビームを放射することと、荷電粒子ビーム装置の鏡筒内で１次ビームを案内することと、減速電界型装置によって１次ビームを集束および減速させることであって、減速電界型装置が、磁気静電対物レンズおよびプロキシ電極を含み、プロキシ電極が、磁気静電対物レンズと、撮像および／または検査中に試料を支持する試料ステージとの間に位置し、１次荷電粒子ビームが、第１の開口を通ってプロキシ電極を通過することができる、集束および減速させることと、軸外後方散乱粒子がプロキシ電極内の少なくとも第２の開口を通ってプロキシ電極を通過するようにすることと、第１の検出器によって後方散乱粒子を検出し、第２の検出器によって試料から解放された２次粒子を検出することとを含むことができる。第１９の例と組み合わせることができる第２０の例によれば、軸外後方散乱粒子は、プロキシ電極を通過することができ、後方散乱粒子は、光軸に対して２０°より大きい角度を有する。

【0050】

上記は実施形態を対象とするが、基本的な範囲から逸脱することなく、他のさらなる実施形態を考案することもでき、その範囲は、次の特許請求の範囲によって決定される。

【符号の説明】

【0051】

３ ハウジング
２０ 電子ビーム鏡筒
２１ 第１のチャンバ
２２ 第２のチャンバ
２３ 第３のチャンバ
３０ 電子源
３１ 放射器
３２ 抑制器
５０ 試料ステージ
６０ 磁気レンズ構成要素
６２ コイル
６３ 磁極片
６４ 磁極片
１００ 減速電界型装置
１０１ 光軸
１１０ 磁気静電対物レンズ
１２０ 第１の検出器
１３０ プロキシ電極
１３１ 第１の開口
１３２ 第２の開口
１３３ 棒
１３４ 導電グリッド
１４０ 試料
１４１ 構造
１４２ 幅
１４３ 深さ
１４４ 材料
１４５ 構造
１４６ 構造
１４７ 材料
１４８ 第１の材料
１４９ 第２の材料
１５０ 後方散乱粒子
１５１ 後方散乱粒子
１６０ １次ビーム
１６１ 磁気レンズ構成要素
１８０ 偏向器
３００ 荷電粒子ビーム装置
３７０ 走査偏向器アセンブリ
３８０ ビーム分離器
３９２ ビームベンダ
３９４ レンズ
３９６ フィルタ
３９８ 第２の検出器
４２０ 集光レンズ
４４０ ２段式の偏向システム
４５０ ビーム成形またはビーム限界開口

【図1】

【図2a-2d】

【図3a-3e】

【図4】

【図5】