特許 6294216 電子検出が改善された荷電粒子顕微鏡

(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】6294216

(24)【登録日】2018年2月23日

(45)【発行日】2018年3月14日

(54)【発明の名称】電子検出が改善された荷電粒子顕微鏡

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/22 20060101AFI20180305BHJP

   H01J 37/28 20060101ALI20180305BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/22 502H

   H01J37/28 B

【請求項の数】9

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-243188(P2014-243188)

(22)【出願日】2014年12月1日

(65)【公開番号】特開2015-106565(P2015-106565A)

(43)【公開日】2015年6月8日

【審査請求日】2017年8月21日

(31)【優先権主張番号】13195289.7

(32)【優先日】2013年12月2日

(33)【優先権主張国】EP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】501233536

【氏名又は名称】エフ イー アイ カンパニ

【氏名又は名称原語表記】ＦＥＩ ＣＯＭＰＡＮＹ

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100091214

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 進介

(72)【発明者】

【氏名】アルベトゥス アエミリウス セイノー スルイェテルマン

(72)【発明者】

【氏名】エリック ヘラルドゥス セオドール ボッシュ

【審査官】 杉田 翠

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２２０３１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２１９０３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／０７９１９５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−１３４１８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００６／１０９５６４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０３０７９５７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／００５４１５３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ３７／２２

３７／２４４

３７／２６−３７／２９５

Ｇ０１Ｎ２３／２２５

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

Ｇｏｏｇｌｅ Ｓｃｈｏｌａｒ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

荷電粒子顕微鏡内において、試料への入力荷電粒子ビームの照射に応じて生成されて前記試料から放出される出力電子束を調査する方法であって：
− 検出器を用いて前記束の少なくとも一部を捕獲することで、前記試料の少なくとも一部の画素化された画像Ｉ_ｊの組｛Ｉ_ｊ｝を生成する段階であって、前記組｛Ｉ_ｊ｝の中の蓄積された画像Ｉ_ｊの数ＭはＭ＞１である、段階；
− 各画像Ｉ_ｊ中の各画素ｐ_ｉについて、累積信号強度Ｓ_ｉｊを決定することで、係る信号強度の組｛Ｓ_ｉｊ｝を生成する段階；
− 前記組｛Ｓ_ｉｊ｝を用いて、画素位置ｉあたりの平均信号強度Ｓ及び画素位置ｉあたりのＳにおける分散σ^２_ｓを計算する段階；
− 位置の関数としての検出された電子のエネルギー変化を表す第１マップ及び位置の関数としての検出された電子の数の変化を表す第２マップからなる群から選ばれる前記試料の一部の少なくとも一のマップを生成するために前記Ｓ並びにσ^２_ｓを用いる段階；
を有する方法。

【請求項2】

前記組｛Ｉ_ｊ｝が、ｎ番目の画像Ｉ_ｎ全体が、（ｎ＋１）番目の画像Ｉ_ｎ＋１全体を取り込む前に取り込まれる処理を反復することによって生成される、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記組｛Ｉ_ｊ｝が、ｎ番目の画素位置にて、前記Ｍの異なる検出器試料が、（ｎ＋１）番目の画素位置へ進む前に収集される処理を反復することによって生成される、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記出力電子束が後方散乱電子を含む、請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

前記検出器が固体検出器である、請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

前記固体検出器が少なくとも１つのホウ素がドーピングされた検出セルを含む、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記第１マップが、画素位置ｉあたりのＥ〜σ^２_ｓ／Ｓの関数依存性によって生成される、請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記第２マップが、画素位置ｉあたりのＮ〜Ｓ^２／σ^２_ｓの関数依存性によって生成される、請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

− 荷電粒子の照射ビームを生成する荷電粒子源；
− 照射される試料を保持する試料ホルダ；
− 前記試料上に前記ビームを導く粒子光学鏡筒；
− 前記照射に応じて前記試料から放出される出力電子束を検出する検出器；
を有する荷電粒子顕微鏡であって、
− 検出器を用いて前記試料の少なくとも一部の画素化された画像Ｉ_ｊの組｛Ｉ_ｊ｝を生成する処理であって、前記組｛Ｉ_ｊ｝の中の蓄積された画像Ｉ_ｊの数ＭはＭ＞１である、処理；
− 各画像Ｉ_ｊ中の各画素ｐ_ｉについて、累積信号強度Ｓ_ｉｊを決定することで、係る信号強度の組｛Ｓ_ｉｊ｝を生成する処理；
− 前記組｛Ｓ_ｉｊ｝を用いて、画素位置ｉあたりの平均信号強度Ｓ及び画素位置ｉあたりのＳにおける分散σ^２_ｓを計算する処理；
− 位置の関数としての検出された電子のエネルギー変化を表す第１マップ及び位置の関数としての検出された電子の数の変化を表す第２マップからなる群から選ばれる前記試料の一部の少なくとも一のマップを生成するために前記Ｓ並びにσ^２_ｓを用いる処理；
を実行する制御装置をさらに有することを特徴とする、荷電粒子顕微鏡。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、荷電粒子顕微鏡内において、試料への入力荷電粒子ビームの照射に応じて生成されて前記試料から放出される出力電子束を調査する方法に関する。

【0002】

本発明はさらに、荷電粒子顕微鏡に関する。当該荷電粒子顕微鏡は：
− 荷電粒子の照射ビームを生成する荷電粒子源；
− 照射される試料を保持する試料ホルダ；
− 前記試料上に前記ビームを導く粒子光学鏡筒；
− 前記照射に応じて前記試料から放出される出力電子束を検出する検出器；
を有する。

【背景技術】

【0003】

本願全体を通じて用いられいるように、以下の用語は以下のような説明で一貫して解釈されなければならない。
− 「荷電粒子」という語は、電子又はイオンを指称する（一般的には、たとえばガリウムイオン又はヘリウムイオンのような正のイオンだが、負イオンも可能である。問題のイオンは電荷を有する原子又は分子であって良い）。この語はまたたとえば陽子をも指称して良い。

【0004】

− 「粒子顕微鏡」という語は、一般に裸眼で満足できるように詳細を見るには小さすぎる対象物、特徴部位、又は部材の拡大像を生成するのに用いられる装置を指称する。荷電粒子顕微鏡(CPM)では、荷電粒子の撮像ビームが、所謂「荷電粒子鏡筒」を用いることによって試料へ向かうように案内される。前記荷電粒子鏡筒は、前記ビームを操作する−たとえば集束若しくは偏向させる−、かつ/又は、内部の1種類以上の収差を緩和するのに用いられ得る静電レンズ及び/又は磁気レンズの一群を有する。撮像機能を有することに加えて、CPMはまた他の機能−たとえば分光、回折、（局在化した）表面改質（たとえばミリング、エッチング、堆積）等−を有して良い。

【0005】

荷電粒子顕微鏡−具体的には電子顕微鏡−は、微少な対象物を撮像する周知で重要性を増している方法である。歴史的には、電子顕微鏡の基本的性質は、多数の周知の装置−たとえば透過型電子顕微鏡(TEM)、走査電子顕微鏡(SEM)、及び走査型透過電子顕微鏡(STEM)−及び様々な付属装置−たとえば支援活動（たとえばイオンビームミリング又はイオンビーム誘起堆積(IBID)）を可能にするように「加工用」集束イオンビーム(FIB)をさらに用いることのできる所謂「デュアルビーム」装置（たとえばFIB−SEM）−へ発展してきた。TEMでは、前記電子ビームを構成する電子が前記試料の深さまで完全に侵入することが可能となるように、試料への照射に用いられる前記電子ビームのエネルギーは概して、SEMの場合よりも顕著に高い（たとえば300keV vs 10keV）。関連する理由として、TEM内で調査される試料はまた概して、SEM内で調査される試料よりも薄い必要がある。従来の電子顕微鏡では、撮像ビームは、所与の撮像期間中の拡張された期間「オン」状態である。しかし相対的に短い「フラッシュ」又は「バースト」に基づいて撮像が行われる電子顕微鏡も利用可能である。係る方法はたとえば、動く試料又は放射線感受性を有する試料の撮像を試みるときに潜在的な利点がある。

【0006】

粒子放射線ビーム（たとえば電子ビーム又はイオンビーム）が試料に衝突するとき、その粒子放射線ビームはその試料と相互作用して、その試料から様々な放出放射線が放出される。係る放出放射線はたとえば、2次電子、後方散乱(BS)電子、可視/赤外/紫外光（蛍光及びカソードルミネッセンス）及びX線を有して良い。

【0007】

粒子放射線ビーム（たとえば電子ビーム又はイオンビーム）が試料に衝突するとき、その粒子放射線ビームはその試料と相互作用して、その試料から様々な放出放射線が放出される。係る放出放射線はたとえば、2次電子、後方散乱(BS)電子、可視/赤外/紫外光（蛍光及びカソードルミネッセンス）及びX線を有して良い。これらの種類の放射線のうち：
− 電子は、たとえばシンチレータを備える光電子増倍管(PMT)を用いることによって、検出され得る。用いられるPMTは、ダイノードを備える排気されたガラス管に基づいても良いし、又はその代わりに、所謂多画素光子計数器の場合では半導体に基づく固体検出素子を用いても良い（所謂多画素光子計数器(MPPC（登録商標）)/SSPM（固体光電子増倍管）の場合）ことに留意して欲しい。たとえばフォトダイオードセル、電荷結合素子(CCD)、又は相補的金属酸化物半導体(CMOS)検出器が−場合によってはシンチレータによって補助されて−用いられても良い。
− 可視/赤外/紫外光は、たとえばPMT（シンチレーションを備えていない）又はフォトダイオードを用いて検出され得る。
− X線検出器は検出が難しくなりがちである。この目的のための検出器は一般的には相対的に高価でかつ動作が遅く、典型的にはその視野は限られている。しかしX線検出器は従来、試料の組成/元素分析−たとえばEDS（エネルギー分散X線分光）−の実行において非常によく用いられている。

【0008】

本発明は、これらの種類の放射線のうちの第1の種類−つまり電子−に関する。後方散乱(BS)電子は、2次電子よりも重要な役割を果たす。本願では、複数の箇所においてBS電子について明示的に言及しているが、このことを請求項に係る発明の技術的範囲を限定するものと解されてはならない。それに加えて、TEM（又はSTEM）の場合、入力電子ビームは（実質的に）、試料を通り抜けて、かつ、出力電子の透過ビームとして現れる。その出力電子の透過ビームは、解析装置−たとえば蛍光スクリーン、撮像カメラ、EELSモジュール（EELS=電子エネルギー損失分光）等−へ向かって進む。原則的に本発明は、そのような透過電子の解析にも用いられて良い。とりわけ上で与えられた開示では、一般的な情報提供を目的として非特許文献1〜3を参照して欲しい。

【0009】

試料から放出される電子束を用いた試料の撮像は、所与の入力ビームパラメータについて、試料上の所与の地点から放出される電子の数及び/又はエネルギーが、問題となっている地点での試料の構造及び/又は組成によって影響を受けるという事実を利用する。よって試料上での位置の関数として電子束の値の記録及び視覚的描画は、試料（又はその一部）の「画像」を生成するのに用いられて良い。しかしこの処理に係る問題は、含まれる電子生成処理と検出処理が本質的に「複雑で難しい(convoluted)」ことである。そのような理由はとりわけ以下のようなことが原因である。
− 電子生成処理は本質的に統計的であり、一般的には、（入力ビームを用いた所与のシミュレーションでは）試料上の所与の地点から放出される電子の数及び/又はエネルギーにおける時間的ばらつきが存在する。
− CPMにおける従来の電子検出は、所与の時間窓（その後リフレッシュ/リセットが行われる）中に累積する電子エネルギーの記録を含む。本願では、典型的な検出器はたとえば、記録された累積エネルギーが、高エネルギー電子の低い電子束に起因するのか、低エネルギー電子の高い電子束に起因するのか、又は、両者が混ざりあったシナリオなのかを識別することができない。

【0010】

そのためCPMにおける電子に基づく試料の画像は、その情報の内容に関しては本質的に「ごちゃ混ぜ」(jumbled)になっている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0011】

【非特許文献1】http://en.wikipedia.org/wiki/Secondary_electrons

【非特許文献2】http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_electron_microscope

【非特許文献3】http://en.wikipedia.org/wiki/Transmission_electron_microscopy

【非特許文献4】http://en.wikipedia.org/wiki/Average

【非特許文献5】http://en.wikipedia.org/wiki/Variance

【非特許文献6】http://en.wikipedia.org/wiki/Standard_deviation

【非特許文献7】http://en.wikipedia.org/wiki/Kurtosis

【非特許文献8】http://ectm.et.tudelft.nl/publications_pdf/document1249.pdf

【非特許文献9】http://www.electrochem.org/dl/ma/202/pdfs/0672.PDF

【非特許文献10】http://en.wikipedia.org/wiki/Field_emission_gun

【非特許文献11】http://en.wikipedia.org/wiki/Electron_optics

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

本発明の目的は、上述の問題を解決することである。より具体的には、本発明の目的は、「技術分野」で述べた方法を提供することである。当該方法によって、取得された試料の電子画像は、（少なくとも部分的に）デコンボリューションされ得る。特に本発明の目的は、当該方法が、試料のより詳細な電子撮像を可能にすることである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記及び他の目的は、「技術分野」で述べた方法によって実現される。当該方法は以下の段階を有する。
− 検出器を用いて前記束の少なくとも一部を捕獲することで、前記試料の少なくとも一部の画素化された画像I_jの組{I_j}を生成する段階であって、前記組{I_j}の濃度はM>1である、段階；
− 各画像I_j中の各画素p_iについて、累積信号強度S_ijを決定することで、係る信号強度の組{S_ij}を生成する段階；
− 前記組{S_ij}を用いて、画素位置iあたりの平均信号強度S及び画素位置iあたりのSにおける分散σ²_sを計算する段階；
− 位置の関数としての検出された電子のエネルギー変化を表す第1マップ及び位置の関数としての検出された電子の数の変化を表す第2マップからなる群から選ばれる前記試料の一部の少なくとも一のマップに前記S並びにσ²_sを用いる段階；
を有する。

【0014】

本願で用いられている用語については、以下のことに留意して欲しい。
− 画素化された検出器が問題となっている前記画像を生成するのに用いられる場合、画像I_jが（実像又は虚像の）構成要素である複数の部分領域にさらに分割され得る場合、画像I_jは「画素化」されているとみなされる。前記部分領域は、検出画素に対応しても良いし、又は、対応しなくても良い。
− 前記第1マップ及び前記第2マップの各々/いずれかは、Sの値とσ²_sの値の両方を用いて生成される。

【0015】

当業者はこれらのポイントを十分に理解する。

【0016】

本発明は、上述の電子放出過程の統計的性質が、やっかいなものではなくむしろ有利に利用され得るという知見を利用している。本願発明者等は、従来のノイズ軽減目的ではなく、純粋に統計解析を実行する原理として機能させるため、試料の複数の画像の記録を行うのに通常ではない段階を採用した。これは一般的に−たとえばスループットが低下し、及び、前記試料への放射線照射量が全体的に増大するという観点から−逆効果になる恐れがあると考えられる。

【0017】

しかし画素毎の原理に基づいて様々な画像を検査し、かつ、前記様々な画像を数学的に処理することによって、本願発明者等が複数の（時間的に異なる）画像を記録したことで、画素毎の統計的平均(S)及び分散(σ²_s)をデータから得ることが可能となる。これは実効的にはデコンボリューション処理となる。デコンボリューション処理では、2つの異なるパラメータが、最初自然の状態で「ごちゃ混ぜになった(muddled)」データ内で互いに分離され得る。電子生成/撮像処理をより詳細に検討することによって、本願発明者等は、得られたS及とσ²_sの値が前記検出器に到達する電子のエネルギー(E)と数(N)に比例することを理解した。それにより、前記試料の「Eマップ」と「Nマップ」をそれぞれ別個に生成することが可能となった。これはたとえば以下のように説明することができる。
− Sの大きさは次式で表すことのできる関数的挙動を示す。

【0018】

S〜EN₀η (1)
− N₀は、前記入力ビーム中の荷電粒子（たとえば電子）の平均数を表し、かつ、ポアソン過程に従った変化を示す。
− ηは、前記の使用された検出器での信号を検出する確率を表し、かつ、二項過程に従った変化を示す。
− Eは、単一の入力粒子が衝突した結果生じる前記の検出された電子の平均エネルギーを表し、かつ、未知のランダム過程に従って変化する。

【0019】

前記ポアソン過程と二項過程が組み合わせられることで、平均値N=N₀ηであるポアソン過程となる。平均値N=N₀ηは、入力粒子あたりの検出された電子数の指標となる。よって以下のように書くことができる。

【0020】

S〜EN (1a)
− Sにおける分散σ²_sは、次式で表すことのできる関数的挙動を示す。

【0021】

σ²_s〜E²N (2)
− 式(1a)と(2)とを組み合わせることによって、次式が得られる。

【0022】

E=f(S,σ²_s) (3)
N=g(S,σ²_s) (4)
ここでfとgは関数である。たとえばfとgは以下のような関数である。
E〜σ²_s/S (3a)
N〜S²/σ²_s (3b)
これらの値は画素毎に計算されるので、これらの値のプロットはそれぞれ以下を描画する。
− 基本的には前記試料（の撮像部分）（たとえば様々な汚染物/ドーパント、一の材料から他の材料への一般的な遷移等を含む領域）にわたる組成変化のみしか明らかにしない前記試料の第1マップ（Eマップ）
− とりわけ前記試料（の撮像部分）（たとえば端部、隆起部と中空部、溝、縁部、粒状部、クラック等）にわたる構造変化を明らかにする前記試料の第2マップ（Nマップ）
よって2つが仕方なく混合されている状態を我慢しなければならないのではなく、同一の虚像から2つの異なる種類の情報を分離することができる。前記第1マップ（Eマップ）を得ることは特に興味深い。なぜなら前記第1マップ（Eマップ）は、X線分光(EDS)に頼ることなく、基礎的な組成情報を与えるからである。

【0023】

当業者は、前記組{S_ij}の解析からSとσ²_sを定量化し−たとえば相対的に簡単なソフトウエアを用いて前記データ{S_ij}を自動的に解析する−、かつ、かかるデータの画素毎の平均振幅と広がりを決定することができる。その際、要求される平均及び分散を求めるのに、様々な推定から選択する自由度がある。Sの場合では、用いられる平均は、単純な算術平均（値の数で除された合計値）又は他の種類の推定であって良い。同様に相対的に単純なソフトウエアは、たとえば上の(3a)及び(4)式で表される計算を自動的に実行することができる。問題のソフトウエアは、データ組{I_j}を自動的に収集し、表示装置上で前記第1マップと前記第2マップの描画等をするようにもプログラムされ得る制御装置−たとえば電子マイクロプロセッサ−の助けを借りて実行されて良い。とりわけ上で与えられた開示では、一般的な情報提供を目的として非特許文献4〜6を参照して欲しい。

【0024】

言うまでもないことだが、前段落で述べた処理の精度はとりわけ、蓄積された画像I_jの数M−つまり前記組{I_j}の濃度−に依存する。これは選択の問題である。当業者は、（S及びσ_sの計算値における）より高い精度と競合するスループットの問題との間でのトレードオフをどのように管理するのかを決定することができる。他の考慮する必要があると思われる問題は、前記試料へ供給される合計の放射線照射量である。この点に関する許容可能な上限によって、Mの値に関する制限は設定され得る。しかし本発明は主として、前記画像I_j自体の内容よりも前記組{I_j}中の画像間での差異に関心があるので、取得された画像の多重度を（部分的に）補償するように画像あたりの照射量を低下させて前記画像組{I_j}全体の累積放射線照射量を減少させることが可能な状況が存在することを本願発明者等は発見した。しかも前記組{S_ij}の解析からSとσ²_sの値を計算する際、インテリジェントアルゴリズムが、−たとえば任意の所与の対象となる画素に隣接する画素の集まりからデータを外挿/補間することによって−より小さなデータ組からより精緻なSとσ²_sの値を生成するのに用いられてよい。このようにして開始するMの値を小さくすることができる。一般的な情報提供目的で与えられる非限定的例示だが、本願発明者等は、Auの島を有する試料と、たとえば50〜300の範囲のMを用いることによって本願発明において満足行く結果を実現した。

【0025】

一般的な情報提供目的として、以下では前段落において検討したこと（の一部）をさらに明らかにする。

【0026】

BS電子の検出を考慮し、かつ、EとNを式(3a)と(4)でそれぞれ特定すると、EとNに関する相対誤差に関する（ある程度単純化された）以下の表式を得ることができる。

【0027】

【数1】

ここで、σ_Eとσ_Nは標準偏差で、γ=E²/(E²+σ_E²)で、N=Nηである。
−前述したように、N₀は画像あたりの照射量で、ηは検出器の収量を乗じたBS電子の収量で、かつ、Mは前記組{I_j}の濃度である。
−κは問題となっている測定信号の所謂分布の尖度で、κ~1/N（たとえば炭素ではκ≒22/N、金ではκ≒2/N）である。

【0028】

係る関係に基づいて、当業者は、所与のσ_E/Eとσ_N/Nの所望/許容可能な値について、MとNを対抗させることができる。その際、簡明を期すためにたとえばγ=1と設定されてよい。とりわけ上で与えられた開示では、一般的な情報提供を目的として非特許文献7を参照して欲しい。

【0029】

本発明によると、前記組{I_j}の生成が可能な方法が複数存在することに留意して欲しい。たとえば以下のような方法がある。
(i) 一の方法では、前記組{I_j}は、n番目の画像I_n全体が、(n+1)番目の画像I_n+1全体を取り込む前に取り込まれる処理を反復することによって生成され得る。この場合、前記組{I_j}は基本的に各独立するM枚の集められる前の画像I_jのスタックである。かかる方法はたとえば、後述する検出方法(a)又は(b)を用いて実現されてよい。
(ii) 他の方法では、前記組{I_j}は、n番目の画素位置にて、M枚の異なる検出器試料が、(n+1)番目の画素位置へ進む前に収集される処理を反復することによって生成される。この場合、前記組{I_j}は基本的に、2次元の床面積−Mの床が横に並べられている小さな高層ビルのような−上に画素スタックを並べることによって集められる。所与の画像I_nは、問題となっている個々の高層ビルのn番目の床で構成される累積的な床面積である。そのためこの場合では、個々の画像I_jは、集められる前ではなく集められた後とみなすことができる。このシナリオでは、「分解されていない」組{I_j}から個々の画像を明示的に「分解する」（集める）のに実際に問題があるのか否かは特に重要ではない。主目的は、（分解されたのか否かによらず）前記組{I_j}を介してデータ組{S_ij}とそれに関連するSとσ²_sの値を発生させることである。係る方法はたとえば、後述する検出方法(a)を用いて実現されてよい。
(iii) 必要な場合には、方法(i)と(ii)の様々なハイブリッド/混合も考えられ得る。

【0030】

上述した検出方法に関して、以下の可能性が考えられ得る。
(a) 走査に基づく検出
−前記検出器はたとえば単一セグメント検出器である。
−画像は、前記試料に対して入力荷電粒子ビームを走査させることによって生成される。

【0031】

このシナリオでは、入力荷電粒子の狭ビームが、任意の所与の時間で前記試料の小さな領域に照射され、かつ、用いられた検出器は、構成要素となる画像の部分領域を生成するように、問題となっている被照射領域から放出される電子束（の一部）を捕獲する。この方法は前記試料上の（走査経路に従う）連続する領域にて繰り返される。完全な画像は、得られた構成要素となる画像の部分領域を一つにまとめるように「並べる(tiling)」ことによって集められてよい。これはたとえばSEMにおいて一般的に採用されている方法である。
(b) 「完全領域」検出。ここでは、完全試料（又はその相対的に大きな面積）が、入力荷電粒子の相対的に広いビームを用いて照射され、かつ、画素化された検出器（たとえばCCD又はCMOSアレイ）が、前記試料上の被照射領域全体から放出される電子を捕獲するのに用いられることで、2次元画像が即座に生成される。かかる処理はたとえばTEMにおいて一般的に採用されている方法である。
(c) 必要な場合には、処理(a)と(b)の様々なハイブリッド/混合も考えられ得る。

【0032】

当業者は、これらの点を理解し、かつ、前記組{I_j}を介して前記組{S_ij}を蓄積させたいと考える方法を選ぶことができる。

【0033】

本発明の特定の実施例では、出力電子束はBS電子を含む。BS電子は、本発明の統計的処理方法の用途に特に役立つ。なぜならBS電子は、相対的に大きなエネルギー広がりを有する傾向にあるからである。しかもBS電子は、たとえば2次電子よりも良好な検出コントラストを得る傾向を示す。それに加えて、BS電子のエネルギーが相対的に高くなることで、一般的に用いられている検出器の典型的な検出しきい値と比較して容易に検出できるようになる。

【0034】

本発明の他の実施例は、使用される検出器が固体検出器であることを特徴とする。固体検出器は、従来の光電子増倍管に基づくPMTと比較して利点を有する。たとえば固体検出器は、検出エネルギーにおいて良好な線形性を有し、かつ、従来の光電子増倍管に基づくPMTよりも（はるかに）小さくて安価な傾向を示す。それに加えて、固体検出器は、必要な場合には、集積された画素化された検出器として相対的に容易に実施することができる。これは従来の光電子増倍管に基づくPMTでは不可能である。固体検出については、本願発明者等は、ホウ素がドーピングされた検出セル（たとえばδドーピングホウ素p⁺nフォトダイオード）を用いる検出器によって、本発明について特に良好な結果を実現した。かかるホウ素がドーピングされた検出器はとりわけ、約200eV程度の低い電子エネルギーでさえも相対的に敏感で高い線形性を示すので有利である。係る検出器の基本構造及び動作については、非特許文献8,9を参照して欲しい。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】本発明との併用に役立つ荷電粒子顕微鏡の正面図を示している。

【図2A】炭素上にスズが設けられた試料の一部の従来のBS電子画像を示している。

【図2B】図2Aの対象物を示している。しかし図は、本発明を用いて第1型マップ（Eマップ）を描画し、かつ、組成情報を明らかにしている。

【図2C】図2Aの対象物を示している。しかし図は、本発明を用いて第2型マップ（Nマップ）を描画し、かつ、（主として）幾何学構造情報を明らかにしている。

【図3】如何にして検査用試料から放出されるBS電子のエネルギーが試料の元素構成に依存するのかを図で表している。

【発明を実施するための形態】

【0036】

図1は荷電粒子顕微鏡400を示している。図1の荷電粒子顕微鏡400はSEMである。顕微鏡400は粒子光学鏡筒402を有する。粒子光学鏡筒402は荷電粒子ビーム404（この場合では電子ビーム）を生成する。粒子光学鏡筒402は、真空チャンバ406上に設けられる。真空チャンバ406は、試料410を保持する試料ホルダ/台408を含む。真空チャンバ406は、真空ポンプ（図示されていない）を用いることによって排気される。電源422の助けによって、試料ホルダ408又は少なくとも試料410は、接地電位に対してある電位にバイアス印加されうる。

【0037】

粒子光学鏡筒402は、電子源412、電子ビーム404を試料410へ集束させる複合レンズ系414と416、及び、（ビーム404のビーム操作/走査を実行する）偏向ユニット418を有する。当該装置はさらにコンピュータ処理装置（制御装置）424を有する。コンピュータ処理装置（制御装置）424は、とりわけ偏向ユニット418、レンズ414、及び検出器420,100を制御し、かつ、検出器420,100から収集される情報を表示装置426上に表示する。

【0038】

検出器420,100は、入力ビーム404の照射に応じて試料410から放出される様々な種類の出力放射線を検査するのに用いられ得る様々な検出器の種類から選ばれる。図示された装置では、以下の検出器が選択された。
− 検出器100は区分化された電子検出器である。係る検出器はたとえば、試料410から放出される出力（2次）電子束の角度依存性を調査するのに用いられて良い。
− 検出器420は、試料410から放出される出力BS電子束（の少なくとも一部）を検出するのに用いられるホウ素がドーピングされた固体検出器である。

【0039】

これまで説明してきたように、検出器100と検出420のいずれも電子を検出するのに用いられている。しかしこれは純粋な設計/実装上の選択であり、必要な場合には、電子に加えて試料410から放出される他の種類の出力放射線（たとえばX線、カソードルミネッセンス）を検出する検出器が選ばれても良い。

【0040】

試料410にわたってビーム404を走査させることによって、出力放射線−たとえばX線、赤外/可視/紫外光、2次電子、及び後方散乱(BS)電子を含む−が、試料410から放出される。係る出力放射線は（走査運動に起因して）位置に敏感なので、検出器100,420から得られる情報もまた位置依存性を有する。この事実によって、検出器420の出力は、試料410（の一部）のBS電子画像の生成に用いることが可能となる。前記BS電子画像は基本的に、試料410上の走査経路位置の関数とする検出器420の出力のマップである。

【0041】

検出器100,420からの信号は、処理装置424によって処理され、かつ、表示装置426上に表示される。当該処理は、たとえば結合、積分、減算、偽着色、輪郭改善、及び当業者に既知の他の処理のような操作を含んで良い。それに加えて、たとえば粒子解析で用いられるような自動化された認識処理は、当該処理に含まれて良い。本願の具体的文脈では、制御装置424−及び/又は別個の専用処理ユニット（図示されていない）−は、以下の行為を実行するのに用いられて良い。
− 検出器420を用いて試料410の少なくとも一部の画素化されたBS電子画像I_jの組{I_j}を生成する段階であって、前記組{I_j}の濃度はM>1である、段階。上述したようにこれは、たとえば以下のように実行されて良い。
・ 画素毎の原理に基づく。BS電子束のM個の試料が、ビーム404を試料410上の次の位置へ移動させる前に、試料410上の所与の位置で順次測定される。あるいは、
・ 画像毎の原理に基づく。試料410（の一部）の全体走査がビーム404によって行われ、その結果、全体画像I_jが生成される。この処理は順次合計M回実行される。
− 各画像I_j中の各画素p_iについて、累積信号強度S_ijを決定することで、係る信号強度の組{S_ij}を生成する。
− 前記組{S_ij}を用いて以下の値を計算する。
・ 画素位置iあたりの平均信号強度S
・ 位置iあたりの分散σ²_s
− （たとえば上述した式(3a)と(4)への入力としての）これらのS及びσ²_sの値を用いて、試料410の一部の以下のマップの一方又は両方を生成する。
・ 試料410上の位置の関数としての検出されたBS電子のエネルギー(E)の変化を表す第1マップ
・ 試料410上の位置の関数としての検出されたBS電子の数(N)の変化を表す第2マップ
このようにして本発明によって生成されるEマップとNマップの例はそれぞれ以下の図2Bと図2Cで表される。

【0042】

以下に示すような係る装置設定の改良型及び代替型の多くが当業者に知られていることに留意して欲しい。また係る装置設定の改良型及び代替型は以下に示すものに限定されない。
− たとえば撮像用に電子ビーム404を用いて、かつ、試料410の加工（場合によっては撮像）にイオンビームを用いるデュアルビームの使用
− たとえば（所謂環境制御型SEMで用いられている）数mbarの圧力を維持し、かつ、気体−たとえば−エッチング用気体又は前駆体気体−を収容する試料410での制御された環境の利用
等である。

【0043】

上述の話題についてさらなる情報については、非特許文献10,11を参照のこと。

【実施例1】

【0044】

図2A、図2B、及び図2Cは、上述した実施例で述べた装置設定を用いて実現された本発明の具体的実施例の効果を表す。図2A、図2B、及び図2Cはすべて、同一の試料410の一部を示している。試料410の一部はこの場合、以下の撮像パラメータに基づいてSEM内においてBS電子を用いて撮像された炭素上でスパッタリングされたスズ液滴を含む。
− 入力電子ビーム404の到達エネルギー：5keV
− 入力電子ビーム404のビーム電流：170pA
− 滞在時間τ=6μs（=BS電子画像の単一画素をまとめるのに必要な時間）
− M（測定された画像の組{I_j}の濃度）=300。つまり300の異なるBS電子測定試料が画素位置毎に記録された。すなわち300の完全BS電子画像I_jが順次取得された。

【0045】

各図は、約50μm×約42μmの横方向寸法を有する画像を示している。

【0046】

図2Aは、組{I_j}から得られた平均画像である使用された試料410の一部の従来のBS電子画像を示している。既に上で説明したように、この画像は、画像を集めるのに用いられる検出事象を引き起こすBS電子のエネルギー(E)及び数(N)に関しては、重畳されている/分解されていない。しかし上述したように本発明によって組{I_j}を処理して組{S_ij}を生成することによって、図2Aの画像は、一対の分離したマップにデコンボリューション/分解される。
− 図2Bは、図2Aの対象物を示している。しかし図は、本発明を用いて第1型マップ（Eマップ）を描画し、かつ、組成情報を明らかにしている。図示されたマップのコントラスト対雑音比(CNR)は約3.56である。
− 図2Cは、図2Aの対象物を示している。しかし図は、本発明を用いて第2型マップ（Nマップ）を描画し、かつ、（主として）幾何学構造情報を明らかにしている。
図2B,2Cと図2Aとを比較すると、たとえば以下のことがわかる。
− 図2Cで視認可能な楕円形の「凹み」21が図2Bには存在しない。
− 図2Cにおいて実質的にしわになっている/破れている液滴23が、図2Bでは実質的に何の特徴も示していない。
そのような差異は、図2BのEマップが、幾何学構造情報ではなく組成情報を描画することと整合する。

【実施例2】

【0047】

図3は、如何にして検査用試料から放出されるBS電子のエネルギーが試料の元素構成に依存するのかを図で表している。グラフは、純粋なAu,Cu,Si,Cを含む検査用試料の前記到達エネルギーの関数としての（入力ビームの到達エネルギーE₀で規格化された）検出BS電子エネルギーEをプロットしている。プロットされたE曲線が、大半の領域（E₀≒1keV）にわたって互いに明確に分離されているという事実は、上述のEマップの基本概念を基礎とする位置依存コントラストの種類であることを表している。

【符号の説明】

【0048】

21 凹み
23 液滴
400 荷電粒子顕微鏡
402 粒子光学鏡筒
404 荷電粒子ビーム
406 真空チャンバ
408 試料ホルダ
410 試料
412 電子源
414 複合レンズ系
416 複合レンズ系
418 偏向ユニット
420 検出器
422 電源
424 制御装置
426 表示装置

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】