特許 7499049 複数の荷電粒子ビームレットで試料を検査するための荷電粒子ビーム装置

(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】

(24)【登録日】2024-06-05

(45)【発行日】2024-06-13

(54)【発明の名称】複数の荷電粒子ビームレットで試料を検査するための荷電粒子ビーム装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/244 20060101AFI20240606BHJP

   H01J 37/28 20060101ALI20240606BHJP

【ＦＩ】

H01J37/244

H01J37/28 B

【請求項の数】 16

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2020055227

(22)【出願日】2020-03-26

(65)【公開番号】P2020167159

(43)【公開日】2020-10-08

【審査請求日】2023-03-23

(31)【優先権主張番号】19165969.7

(32)【優先日】2019-03-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(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】100135079

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 修

(72)【発明者】

【氏名】ペトル フラヴェンカ

(72)【発明者】

【氏名】ボフスラフ セダ

【審査官】後藤 慎平

(56)【参考文献】

【文献】特許第４０４１７４２（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】国際公開第２０１８／１６０６８８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００２－３５３２７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００８－５０７６９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ３７／００－３７／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の荷電粒子ビームレットで試料を検査するための荷電粒子ビーム装置であって、
－試料を保持するための試料ホルダと、
－荷電粒子のビームを生成するためのソースと、
－前記荷電粒子のビームを、複数の荷電粒子ビームレットに変換し、かつ前記複数の荷電粒子ビームレットを前記試料上に集束させるための照明器と、
－前記複数の荷電粒子ビームレットによる照射に応答して、前記試料から発する放射束を検出するための検出器アセンブリと、を含み、
－前記荷電粒子ビーム装置が、１Ｄのパターンで、前記複数の荷電粒子ビームレットを前記試料上に向けるために配設され、前記１Ｄのパターンが、２Ｄの幾何学的形状のエッジの部分を形成し、
－前記検出器アセンブリが、対応する１Ｄのパターンに配設された複数の検出器ユニットを含み、各検出器ユニットが、前記複数の荷電粒子ビームレットのうちの関連付けられた１つによる照射に応答して、前記試料から発する放射束を検出するように、前記試料に直接対向して配設されており、
前記検出器ユニットが、対応する荷電粒子ビームレットに直接対向する前部端表面、ならびに前記試料に直接対向する下部表面を有するハウジングを含み、前記下部表面および前記前部端表面のうちの少なくとも１つが、前記対応する荷電粒子ビームレットによる照射に応答して、前記試料から発する前記放射束を検出するための検出器要素を含む、ことを特徴とする、荷電粒子ビーム装置。

【請求項2】

前記１Ｄのパターンが、直線および／または曲線を含み、および／または、前記１Ｄのパターンが、半円または円を含む、請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置。

【請求項3】

前記荷電粒子ビーム装置が、前記複数の荷電粒子ビームレットで、前記試料を走査するように配設されている、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】

前記荷電粒子ビーム装置が、前記複数の荷電粒子ビームレットの第１の方向への往復運動と、前記第１の方向に直交する第２の方向への前記試料ホルダの往復運動と、のために配設されている、請求項３に記載の荷電粒子ビーム装置。

【請求項5】

前記検出器アセンブリが、複数のＢＳＥ検出器ユニットを含む後方散乱電子（ＢＳＥ）検出器アセンブリである、請求項１～４のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置。

【請求項6】

前記検出器要素が、シンチレーション層または単結晶シンチレータを含む、請求項１～５のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置。

【請求項7】

前記検出器ユニットが、フォトニックセンサまたは固体直接電子センサを含む、請求項１～６のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置。

【請求項8】

前記検出器ユニットが、前記検出器要素の直接光結合のための光ガイド要素を含む、請求項１～７のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置。

【請求項9】

前記光ガイド要素が、前記シンチレーション層の前記フォトニックセンサへの直接光結合のために配設されている、請求項６および７を引用する請求項８に記載の荷電粒子ビーム装置。

【請求項10】

前記光ガイド要素が、少なくとも５ｍｍ、または、少なくとも１０ｍｍの距離にわたって延在している、請求項８または９に記載の荷電粒子ビーム装置。

【請求項11】

前記複数の検出器ユニットが、対応する１Ｄのパターンで配設されている、請求項１～１０いずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置。

【請求項12】

請求項１～１１いずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置を用いて複数の荷電粒子ビームレットで試料を検査する方法であって、前記方法が、
－試料を提供するステップと、
－複数の荷電粒子のビームを提供し、かつ前記複数の荷電粒子ビームレットを、前記試料上に集束させるステップと、
－前記複数の荷電粒子ビームレットによる照射に応答して、前記試料から発する放射束を検出するステップと、を含み、
前記方法が、
－１Ｄのパターンで、前記複数の荷電粒子ビームレットを前記試料に向けるステップと、
－前記複数の荷電粒子ビームレットのうちの関連付けられた１つによる照射に応答して、前記試料から発する放射束を検出するステップと、を含むことを特徴とする、方法。

【請求項13】

第１の方向において、前記荷電粒子ビームレットを前記試料上に移動させ、かつ同時に、前記第１の方向に直交する第２の方向において、前記試料を移動させることにより、前記荷電粒子ビームレットで前記試料を走査するステップを含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

放射束を検出することが、後方散乱電子を検出するステップを含む、請求項１２または１３に記載の方法。

【請求項15】

検出器と前記試料との間の距離が、前記試料の検査中に一定に保たれている、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記複数の荷電粒子ビームレットと対応する複数の検出器要素の相互位置が、整列している、請求項１５に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

詳細な説明
本発明は、複数の荷電粒子ビームレットで試料を検査するための荷電粒子ビーム装置であって、
－試料を保持するための試料ホルダと、
－荷電粒子のビームを生成するためのソースと、
－当該荷電粒子のビームを、複数の荷電粒子ビームレットに変換し、かつ当該複数の荷電粒子ビームレットを当該試料上に集束させるための照明器と、
－当該複数の荷電粒子ビームレットによる当該照射に応答して、試料から発する放射束を検出するための検出器アセンブリと、を含む、荷電粒子ビーム装置に関する。

【背景技術】

【0002】

既知のシステムでは、照明器は、対応する複数の荷電粒子ビームレットを規定するための開口のグリッドを有する、多開口レンズプレートを含む。開口アレイは通常、二重の役割を果たす。第一に、開口は、個々のビームレットを、それらが（例えば）電界放出器ガンによって放出される単一の大きなビームから切り取られるときに規定する。したがって、それらは個々のビームレットのためのビーム制限開口として機能する。第二に、プレートのうちの少なくとも一方側に電場があり、他方側に異なる場がある場合、個々の開口は、ビームレットのための（マイクロ）レンズとして機能する。したがって、ビーム全体についての一般的な交差点とは異なる平面のビームレットに対して（仮想）交差点が生成される。これにより、（例えば）ビームレットをプローブとして規則的な二次元パターンで試料上に集束することができる。あるいは、レンズには、ビーム規定に使用されるものとは異なる開口アレイを使用することができる。

【0003】

マルチビームレット装置は、上述の一般的に満足な結果を提供する。しかしながら、後方散乱電子の検出の場合、現在の設計にはいくつかの課題がある。さまざまな理由から、このようなツールで、後方散乱電子（ＢＳＥ）を正確に検出することができることが望ましいであろう。例えば、ＢＳＥは一般的に、二次電子よりも大きな表面下の深さから発生するため、より多くの深さ関連情報を提供する。ＢＳＥ降伏値はまた、試料の原子番号構成に関する情報を提供する。また、ＢＳＥは、深さの関数として優先エネルギーおよび／または放射角を示す傾向があるため、トモグラフィーを実行するための有用な基準として機能することができる。しかしながら、マルチビームＥＭの場合、さまざまな入力ビームによって沈殿したＢＳＥフラックス（関連付けられた情報を含む）は、例えば、典型的なビーム配列構成（例えば、約３μｍの（試料レベル）直交分離での１４ｘ１４ビームなど）の場合、わずか数ミクロン程度の、試料表面のほんの少しの距離で混合／乱雑になる傾向がある。結果として、従来のＢＳＥ検出アーキテクチャが使用される場合、基本的にＢＳＥの複雑な混合が登録される。したがって、後方散乱電子の検出、特に、これらのマルチビームレット装置での課題のうちの１つは、検出された後方散乱電子を対応するビームレットに正しく割り当てることにある。

【発明の概要】

【0004】

この観点から、検出器の機能を改善した荷電粒子ビーム装置を提供することが目的である。特に、個々のビームレット後方散乱電子の検出が可能な荷電粒子ビーム装置を提供することが目的である。

【0005】

この目的を達成するために、複数の荷電粒子ビームレットで試料を検査するための荷電粒子ビーム装置が、請求項１に定義されているように提供される。本明細書で定義されるように、荷電粒子ビーム装置は、試料を保持するための試料ホルダと、荷電粒子のビームを生成するためのソースと、当該荷電粒子のビームを複数の荷電粒子ビームレットに変換し、ならびに当該複数の荷電粒子ビームレットを当該試料上に集束させるための照明器と、を含む。さらに、荷電粒子ビーム装置は、当該複数の荷電粒子ビームレットによる当該照射に応答して、試料から発する放射束を検出するための検出器アセンブリ、を含む。

【0006】

本発明によれば、荷電粒子ビーム装置は、本質的に１Ｄ（一次元）のパターンで、当該複数の荷電粒子ビームレットを当該試料上に向けるために配設されている。当該本質的に１Ｄのパターンは、本質的に２Ｄの幾何学的形状のエッジの部分を形成する。本質的に１Ｄのパターンは、線にすることができるが、スプライン、曲線、円、またはそれらの組み合わせにすることもできる。本開示によれば、複数の荷電粒子ビームレットスポットは、それらがすべて本質的に２Ｄ（二次元）の幾何学的形状の外側境界または円周上に位置付けられるように配設されている。幾何学的形状は、長方形、正方形、三角形、円などとすることができる。

【0007】

本発明によれば、検出器アセンブリは、対応する本質的に１Ｄのパターンに位置付けられた複数の検出器ユニットを含み、各検出器ユニットは、当該複数の荷電粒子ビームレットのうちの関連付けられた１つによる照射に応答して、試料から発する放射束を検出するように配設されている。

【0008】

本質的に１Ｄのパターンで、複数の荷電粒子ビームレットを当該試料に向けることにより、当該本質的に１Ｄのパターンは、本質的に２Ｄの幾何学的形状のエッジの部分を形成し、また複数の検出器ユニットに対応する本質的に１Ｄのパターンを使用することができる。本質的に１Ｄのパターンにより各ビームレットに隣接する小さなアクティブ表面に直接的にアクセスすることができるため、この構成は、特に検出器ユニットの設計オプションに多くの設計の自由度を提供する。まず第一に、この構成は、２Ｄの幾何学的形状の外縁の外側に位置付けられるため、検出器ユニットに多くのスペースを提供し、放射方向および垂直方向のすべてのスペースを、並列検出器の構築に利用することができる。第二に、設計上の制限が緩和され、これは、グリッド状のビームレットパターンを有する従来技術のマルチビームレット装置で必要とされていたように、検出器ユニットが、３つのより内部のビームレットに到達するために、隣接する２つの第１のビームレットと第２のビームレットとの間に到達する必要がないためである。本質的に１Ｄのパターンの場合、検出器ユニットを対応する荷電粒子ビームレットの近くに位置付けることができるようにするために、複雑な構築は必要でない。したがって、本明細書で定義されるような目的が達成される。

【0009】

さらなる有利な実施形態を以下に説明する。

【0010】

一実施形態では、当該本質的に１Ｄのパターンは、直線を含む。当該本質的に１Ｄのパターンは、追加的または代替的に曲線を含んでもよい。当該本質的に１Ｄのパターンは、半円または円（の部分）を含んでもよい。これらはすべてスペースの利点を提供するジオメトリであり、検出器ユニットに関してもコンパクトな設計を可能にする。半円または円（の部分）の場合、荷電粒子ビームレットを荷電粒子ビーム装置の光軸から実質的に等距離に配置すると有利である。このようにして、ビームレットはすべて、本質的に同じ光学収差を示し、必要に応じて均一な様式で相殺され得る。

【0011】

一実施形態では、荷電粒子ビーム装置は、当該サンプルを当該複数の荷電粒子ビームレットで走査するように配設されている。これにより、試料の大部分を効果的な様式で調査することが可能になる。

【0012】

当該荷電粒子ビーム装置が、複数の荷電粒子ビームレットの第１の方向への往復運動と、第１の方向に実質的に直交する第２の方向への試料ホルダの往復運動とのために配設されている場合、当該サンプルの効果的な走査が得られ得る。このように、試料は、例えば、左から右に第２の方向において移動し得、一方で同時に、ビームレットは、例えば、上下に第１の方向において、前後に、すなわち往復様式で移動することができる。これにより、サンプルの広い区域を迅速かつ効果的な様式で走査することができる。代替の移動スキームもまた考えられることは明らかである。例えば、ビームレットを上下に移動しながら、サンプルを往復様式で移動させることができる。荷電粒子ビームレットの第１の方向における移動中、および試料ホルダの第２の方向における移動中に、ドリフト補正、歪み補正などを可能にするために、荷電粒子ビームレットの第２の方向における追加の移動および／または第１の方向における試料ホルダの追加の移動が考えられることに留意されたい。

【0013】

一実施形態では、当該検出器アセンブリは、複数のＢＳＥ検出器ユニットを含む、ＢＳＥ検出器アセンブリである。

【0014】

一実施形態では、複数の検出器ユニットのうちの少なくとも１つは、対応する荷電粒子ビームレットに向けられた前部端表面と、当該サンプルに向けられた下部表面と、を有するハウジングを含む。この設定により、検出器ユニットを対応する荷電粒子ビームレットの比較的近くに位置付けることができるため、検出された信号を正しい荷電粒子ビームレットに割り当てるのに役立つ。

【0015】

一実施形態では、当該下部表面は、当該対応する荷電粒子ビームレットによる照射に応答して、試料から発する当該放射束を検出するための検出器要素を含む。

【0016】

検出器要素は、代替的または追加的に、当該前部端表面が検出器要素を含んでいてもよい。

【0017】

当該検出器要素は、シンチレーション層および／または単結晶シンチレータを含んでいてもよい。

【0018】

一実施形態では、当該検出器要素は、フォトニックセンサまたは固体直接電子センサを含む。

【0019】

一実施形態では、当該検出器ユニットは、当該検出器要素の直接的な光結合のための光ガイド要素を含む。当該光ガイド要素は、当該シンチレーション層の当該フォトニックセンサへの直接的な光結合のために配設されてもよい。

【0020】

別の実施形態では、検出器要素および光ガイド要素として機能する、単結晶シンチレータが使用される。単結晶シンチレータは、フォトニックセンサまたは固体直接電子センサと接触され得る。

【0021】

光ガイド要素は、少なくとも５ｍｍ、特に少なくとも１０ｍｍの距離にわたって延在していることが考えられる。

【0022】

シンチレータ層が使用される場合、本質的に１Ｄのパターンを使用するアプローチは、光ガイド素子を介して、シンチレータからフォトニックセンサへの直接的な光結合を可能にする。円または半円の１Ｄのパターンが複数のビームレットに使用される場合、－したがって、検出器ユニットにも使用される場合、－これにより、光ガイドは円の一定のセクタ（一定の角度）を占めることができ、このことは、光ガイドが、光軸から約１０ｍｍ離れた後に、ミクロンサイズの寸法からミリメートルに拡張することを可能にする。これにより、各ビームレットチャネルに個別のフォトダイオード／光電子増倍管を使用することができる。これにより、ＣＭＯＳカメラ（ｋＨｚまで）と比較してより高い速度（＞１ＭＨｚ）を得ることができる。さらに、ＰＭＴまたはＳｉＰＭなどの個別のセンサは、好適なマクロ寸法を提供する。単結晶シンチレータが光ガイド素子として機能するため、単結晶シンチレータを使用する場合にも同様の利点がある。全体として、本明細書に示す設計は、複雑かつ困難な検出器アセンブリに頼ることなく、光ガイド要素を使用したよりよい光収集と、モノリシック検出要素を使用した大幅に簡単な整列ならびにロバスト性および複雑さの軽減と、を提供する。

【0023】

シリコンベースのセンサが使用される異なるアプローチの場合、１Ｄ－のパターン（線状または環状）は、各検出区域からの信号線の単純なルーティングに有利に使用され得、これは、従来技術で使用されるような密集した２Ｄグリッドでは不可能である。

【0024】

一態様によれば、複数の荷電粒子ビームレットで試料を検査する方法が提供され、この方法は、
－試料を提供するステップと、
－複数の荷電粒子のビームを提供し、かつ当該複数の荷電粒子ビームレットを、当該試料上に集束させるステップと、
－当該複数の荷電粒子ビームレットによる当該照射に応答して、試料から発する放射束を検出するステップと、を含む。

【0025】

本明細書で説明されるように、方法は、
－本質的に１Ｄのパターンで、当該複数の荷電粒子ビームレットを当該試料に向けるステップと、
－当該複数の荷電粒子ビームレットのうちの関連付けられた１つによる照射に応答して、試料から発する放射束を検出するステップと、を含む。

【0026】

一実施形態では、当該検出することは、特に、対応する本質的に１Ｄのパターンに配設された複数の検出器ユニットを使用して行われる。

【0027】

そのような方法の利点は、本明細書で開示される荷電粒子ビーム装置を参照することにより上記で説明された。方法は、本明細書で説明したような荷電粒子ビーム装置で実行されてもよい。

【0028】

有利な実施形態を以下に説明する。

【0029】

一実施形態では、方法は、特に、第１の方向において、当該荷電粒子ビームレットを当該試料上に移動させ、かつ同時に、当該第１の方向に実質的に直交する第２の方向において、当該試料を移動させることにより、当該荷電粒子ビームレットで当該試料を走査するステップを含む。

【0030】

一実施形態では、放射束を検出することは、後方散乱電子を検出するステップを含む。

【0031】

一実施形態では、検出器と試料との間の距離は、当該試料の検査中に一定に保たれている。さらに、検査中に検出器とビームレットとの間の距離を一定に保つことができる。ステージを移動させることにより、距離を一定に保つことができる。この結果を達成する他の方法がまたも考えられる。

【0032】

一実施形態では、複数の荷電粒子ビームレットと対応する複数の検出器要素の相互位置は、整列している。このようにして、検出器要素の中心とビームレットの中心位置は、接線方向で一致し、検出器要素のエッジとビームレットの垂直距離は、システム動作中に小さく、かつ実質的に一定に保つことができる。

【0033】

本発明は、ここで、例示的な実施形態および添付の概略図面に基づいてより詳細に説明される。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】本発明が実装される電子顕微鏡の一実施形態の長手方向断面立面図を描写している。

【図2】従来技術の配設によって、電子ビームアレイが単一の前駆ビームから生成され得る様式を示している。

【図3】第１の実施形態によって、複数の荷電粒子ビームレットの１Ｄのパターンを生成することができる様式を示している。

【図4】第２の実施形態によって、複数の荷電粒子ビームレットの１Ｄのパターンを生成することができる様式を示している。

【図5】第３の実施形態によって、複数の荷電粒子ビームレットの１Ｄのパターンを生成することができる様式を示している。

【図6】サンプルが複数の荷電粒子ビームレットの複数の１Ｄのパターンを使用して検査され得る様式を示している。

【図7】検出器アセンブリおよびその検出器ユニットの上面図および側面（断面）図を示している。

【図8】一実施形態による、検出器の斜視図を示している。

【発明を実施するための形態】

【0035】

図１は、マルチビーム走査電子顕微鏡（ＭＢＳＥＭ）の形態で、荷電粒子ビーム装置の例を示す。ＭＢＳＥＭ１は、一次荷電粒子ビーム３のアレイ、この場合では、一次電子ビーム３のアレイを発生させるためのマルチビーム荷電粒子発生器２ａを含む。マルチビーム電子発生器２ａは、発散電子ビーム５を発生させるための少なくとも１つの電子ソース４を含む。発散電子ビーム５は、開口レンズアレイ６によって、集束された一次電子ビーム３のアレイに分割される。続いて、一次電子ビーム３は、矢印Ｐで概略的に示されるように、サンプル１５の方に向けられる。サンプルは、荷電粒子ビームレット３に対して所望の様式で位置付けられ得るように、ステージ上に位置付けられ得る。

【0036】

ソース４の複数の像は、加速器レンズ７の物体主平面上に位置付けられる。加速器レンズ７は、一次電子ビーム３を光軸８の方に向け、すべての一次電子ビーム３の第１の共通交差点９を生成する。

【0037】

第１の共通交差点９は、磁気集束レンズ１０によって、電流制限開口として機能する可変開口１１の上に結像される。可変開口１１では、すべての一次電子ビーム３の第２の共通交差点が生成される。

【0038】

ＭＢＳＥＭは、一次荷電粒子ビームを可変開口１１における共通交差点からサンプル表面１５の方に向けて、すべての一次荷電粒子ビーム３をサンプル表面１５上の個々のスポットのアレイに集束させるためのレンズシステム１３、１４を備える。レンズシステムは、可変開口１１を対物レンズ１４のコマフリー平面上に結像するための中間磁気レンズ１３を備え、その対物レンズ１４は、サンプル表面１５上に集束された一次電子ビームのアレイを生成する。

【0039】

さらに、ＭＢＳＥＭには、サンプル表面１５上で集束された一次電子ビームのアレイを走査するための走査コイル１６が設けられている。

【0040】

この実施形態に示されるＭＢＳＥＭにはさらに、共通交差点を含む平面内に少なくとも実質的にまたはその近くに、この場合では可変開口１１の真下に、位置付けられた位置感知二次電子検出器１２が設けられている。この二次電子検出システム１２は、サンプル表面１５上の各単一の一次電子ビームスポットの個々の二次電子像を取得するように配設されている。これは、このＭＢＳＥＭ１でサンプル表面１５が走査されるとき、複数の像を単一走査期間内に同時に取得できることを意味する。

【0041】

図１に示されるような荷電粒子ビーム装置１は、複数の荷電粒子ビームレット３で試料１５を検査するために配置される。荷電粒子ビーム装置は、試料を保持するための試料ホルダ１５と、荷電粒子のビーム５を生成するためのソース４と、当該荷電粒子のビーム５を複数の荷電粒子ビームレット３に変換し、当該複数の荷電粒子ビームレット３を当該試料１５の上に向けるための照明器２ｂと、を備える。照明器２ｂは、対応する複数の荷電粒子ビームレットを規定するための複数の開口を有する多開口レンズプレート６と、加えて、多開口レンズプレート６の表面に電場を発生させるための少なくとも第１の電極６１と、当該複数の荷電粒子ビームレットによる照射に応答して試料１５から発せられる放射束を検出するための検出器１２と、を備える。ここで図１に示されるような一般的なセットアップは、例えばＥＰ２８６４９９７Ｂ１から当業者に知られており、このセットアップへの修正もまた当業者に知られていることに留意されたい。

【0042】

本明細書に開示されるような荷電粒子装置１は、多開口レンズプレート６を備え、当該多開口レンズプレート６の開口は、非円形断面形状を有する。これは、図２から図７に示されるようないくつかの実施形態に関してより詳細に議論される。多開口レンズプレートを使用すると、画像解像度が改善される。

【0043】

図２は、従来技術によって、多開口プレート６に形成された開口３１５の規則的なグリッド３１９を示している。各非外周開口、または中心開口「ａ」は、４つの直接隣接する開口「ｂ」、「ｃ」、「ｄ」、および「ｅ」を有し、２番目に最も近い４つの隣接する開口、または斜めに隣接する「ｆ」、「ｇ」、「ｈ」、「ｉ」を有する。図２は、開口３１５が最も近い隣接ピッチで配列された基本アレイベクトル［１０］を示し、図２は、開口３１５が２番目に最も近い隣接ピッチで配列された基本アレイベクトル［１１］を示す。各開口は、中心３１７を有する。ここに示す開口は、グリッドの輪郭またはエッジに位置付けられた外部開口ｉ、ｂ、ｆ、ｃ、ｇ、およびグリッドの内部に位置付けられた内部開口ｅ、ａ、ｈ、ｄを有する、５ｘ５のマトリクスに配設されている。そのような開口プレート６を使用して、従来のＢＳＥ検出アーキテクチャが使用される場合、ＢＳＥの複雑な混合が検出される。前述のように、後方散乱電子の検出、特に、これらのマルチビームレット装置での課題のうちの１つは、検出された後方散乱電子を対応するビームレットに正しく割り当てることにある。

【0044】

図３は、本開示の一実施形態によるセットアップを示している。ここで、多開口プレート６は、線を形成するように配設された複数の開口３１５を含む。多開口プレート６により、荷電粒子ビーム装置は、本質的に１Ｄのパターンで（この場合は直線の形で）、当該複数の荷電粒子ビームレットを当該試料上に向けることができる。この本質的に１Ｄのパターンにより、検出器アセンブリを、対応する本質的に１Ｄのパターンに配設された複数の検出器ユニットを含むように配設することができ、各検出器ユニットは、検出された信号を対応する荷電粒子ビームレットに正しく割り当てることができるように、対応するビームレットの比較的近くに位置付けられる。

【0045】

図３において、本質的に１Ｄのパターンは、直線を含む。あるいは、それは曲線であってもよい。本質的に１Ｄのパターンは、パターンに内部開口がないように配設されている。図２に示すような内部開口ｅ、ａ、ｈ、ｄなどの内部開口を使用すると、第１の荷電粒子ビームレットによる照射に応答して試料から発する第１の放射束を、第２の隣接する荷電粒子ビームレットによる照射に応答して試料から発する第２の隣接する放射束から識別することが比較的難しくなる。これを行うためには、個々の検出器ユニットを試料の比較的近くに配設し、また荷電粒子ビームレットの比較的近くに配設する必要がある。特に内部開口の場合、これは、検出器ユニットを配置するための利用可能な空間が小さすぎるため困難である。しかしながら、本開示によれば、複数の荷電粒子ビームレットが本質的に１Ｄのパターンを形成する場合、特に、当該本質的に１Ｄのパターンが本質的に２Ｄの幾何学的形状のエッジの部分を形成する場合、上記の要件を満たすことができる。２Ｄの幾何学的形状は、正方形、長方形、三角形、円、またはそれらの部分にすることができる。これにより、すべての検出器ユニットが、側面から、つまり本質的に２Ｄの幾何学的形状の外側の輪郭から、サンプルおよび対応する荷電粒子ビームレットに近づくことができる。このようにして、検出器ユニットは、サンプルに十分近く、かつ対応するビームレットに十分近くに位置付けられて、検出された信号が対応する荷電粒子ビームレットから発せられることを確実にすることができる。当該検出器アセンブリが複数のＢＳＥ検出器ユニットを含む後方散乱電子（ＢＳＥ）検出器アセンブリである場合、これは特に有利である。複数の検出器は、対応する１Ｄのパターンに配設されてもよく、または異なる１Ｄのパターンに配設されてもよい。例えば、図３の実施形態では、検出器ユニットが交互に、例えば、荷電粒子ビームレットの両方（左および右）の側に交互に配設されることが考えられる。これにより、検出器ユニットのジグザグ１Ｄのパターンが得られる。また、それぞれ異なる側からの２つの専用検出器要素を使用して、まったく同じビームレットによって生成された信号を収集すること、したがって、信号収集効率を向上させ、かつ画像のＳＮＲを改善することができる。

【0046】

ここで図４を参照すると、本明細書に開示されるような荷電粒子ビーム装置が本質的に１Ｄのパターンで当該複数の荷電粒子ビームレットを当該試料上に向けることができる、多開口プレートのさらなる実施形態が示されている。ここで、多開口プレートは、並んで位置付けられた開口３１５の２つの列３１９ａ、３１９ｂを含む。示される実施形態では、本質的に１Ｄのパターンは、正方形または長方形３２５（点線）のエッジの部分を形成する。ここに示すような本質的に１Ｄのパターンでは、再び検出器ユニットを対応する本質的に１Ｄのパターンに配設し、当該複数の荷電粒子ビームレットのうちの関連付けられた１つによる照射に応答して、試料から発する放射束を確実に検出できるようにすることが可能である。この場合、第１の列３１９ａと関連付けられた検出器は、図面の左手側に位置付けられてもよく、かつ第２の列３１９ｂと関連付けられた検出器は、図面の右手側に位置付けられてもよい。

【0047】

図３および図４の実施形態では、荷電粒子ビームレットの本質的に１Ｄのパターンを規定するための多開口プレート６が参照される。この本質的に１Ｄのパターンを達成する他の方法も同様に可能であることは、当業者によって理解されるであろう。さらに、図３では、合計５つの開口が使用され、図４では、合計１０の開口が使用されている。しかしながら、本質的に１Ｄのパターンでは、任意の数の開口を使用することが考えられる。

【0048】

所望の１Ｄのパターンは、多開口プレート６の多数の開口をブロックすることにより得られることがさらに考えられる。例えば、図２に示されるような従来技術の開口プレート６では、内部開口（例えば、ｅ、ａ、ｈ、ｄ）から来るビームレットは、ブロックされ、かつ試料に到達することができないことが考えられる。その場合、サンプルに到達するビームレットは、本質的に２Ｄの幾何学的形状（この場合は正方形）の外側の輪郭によって規定される本質的に１Ｄのパターンを形成することができ、これにより、検出器ユニットもまた対応する１Ｄのパターンに位置付けることができる。

【0049】

ここで図５を参照すると、本明細書に開示されるような粒子ビーム装置が本質的に１Ｄのパターンで当該複数の荷電粒子ビームレットを当該試料上に向けることができる、多開口プレートのさらなる実施形態が示されている。ここで、本質的に１Ｄのパターンは、円３２５の２つのサブ－部分を含む。その意味では、この配設は、図４の２列線形配設に非常に似ているが、２つの主な違いがある。第一に、図５で使用される２列３１９ａ、３１９ｂは、円３２５上に配設され、すなわち、２Ｄの幾何学的形状（この場合は円３２５である）の外側の輪郭または外形上に配設されている。第二に、第２の列３１９ｂは、第１の列３１９ａに対してわずかなオフセットを有する。図５は、これを説明するための座標軸ｘ、ｙを示している。第２の列３１９ｂは、第１の列３１９ａと比較して（マイナス）ｙ方向にわずかにオフセットされている。特に、オフセットは、第１の列３１９ａの所与の開口が第２の列３１９ｂの隣接する開口の間にあるようなものである。この戦略は、図４の実施形態にもまた適用可能である。このオフセットまたはずらし配設は、図６に関して次に説明するように、サンプルを効果的かつ効率的に走査する際にいくつかの利点を有する。単一の列では、隣接する開口は、ｙ方向に同じ距離を有することが好ましいが、この場合、開口は本質的に円３２５の外側の輪郭に配置されるため、ｘ方向の距離は異なり得ることに留意されたい。

【0050】

ここで図６を参照すると、本明細書に記載される荷電粒子ビームレット配設の概略上面図が示されている。複数のサンプル領域Ｓ_ａ－Ｓ_ｋを含むサンプル１５の概略上面図が示されている。ここでは、明確にするために、すべてのサンプル領域に参照番号が提供されているわけではないことに留意されたい。各サンプル領域Ｓ_ａ－Ｓ_ｋは、関連付けられた荷電粒子ビームレット３ａ－３ｋを有している。サンプル１５は、正（および負）のｘ方向（矢印Ｓ_ｓによって示される）に移動することができる。荷電粒子ビームレットは、正および負のｙ方向に移動することができる。サンプルおよびビームレットの追加的な移動がまた考えられる。したがって、荷電粒子ビーム装置は、当該サンプルを当該複数の荷電粒子ビームレットで走査するように配設されている。単一のビームレットの走査経路Ｓ_ａ－Ｓ_ｋを図６に示す。サンプルを単一の方向Ｓ_ｓに移動し、同時にビームレット３ａ～３ｋを移動することによって。往復様式で上および下（サンプルの移動方向に実質的に直交して）に、サンプル１５の比較的大きな部分を迅速、効果的かつ信頼できる様式で走査することが可能である。円の輪郭の形態でビームを１Ｄのパターンで配置すると、検出器ユニットをそれぞれのビームレットの近くに配置できるようにし（図７を参照）、また収差を最小限に抑えることが確実になる。

【0051】

ここで図７を参照すると、荷電粒子ビームレット３ａ～３ｅに対する検出器ユニット４１ａ～４１ｅの位置決めが、図の左手側部分に示されており、かつ単一の検出器ユニット４１の断面図が、図の右手側部分に示されている。荷電粒子ビームレット３ａ～３ｅは、円の部分の形態で位置付けられていることが分かる。図７の左の部分はセットアップの一部のみを示しており、完全なセットアップは図６に示すセットアップと同様であることに留意されたい。しかしながら、図３～図５のうちの１つ以上に示すようなセットアップを使用することがまた考えられる。しかしながら、すべての場合において、個々の検出器ユニット４１は、サンプル１５に比較的近く、ならびに対応する荷電粒子ビームレット３ａ～３ｅの近くに位置付けられ得る。本明細書に開示されるようなセットアップにより、検出器ユニット４１ａ～４１ｅは、本質的に２Ｄの幾何学的形状（図示の実施形態では円である）の外側輪郭の外側部分から対応する荷電粒子ビームレットに近づくことができる。前述のように、本質的に２Ｄの幾何学的形状は、正方形、長方形、三角形、半円形、円、もしくは任意のその他の形状、またはそれらの部分もしくは組み合わせであってもよい。粒子ビームレット３ａ～３ｅによって規定される２Ｄの幾何学的形状の外側の輪郭に検出器を近づけることができるため、検出器ユニットを具現化するための利用可能な十分なスペースがある。言い換えれば、荷電粒子ビームレットによって規定された１Ｄのパターンは、対応する検出器ユニットのスペースの制約を緩和する。

【0052】

図７の断面は、サンプル１５の表面に衝突する単一の荷電粒子ビームレット３を示し、それにより放射束Ｒを生成する。検出器ユニット４１は、サンプルの表面の近くに、かつ荷電粒子ビームレット３の近くに位置付けられる。検出器ユニット４１は、対応する荷電粒子ビームレット３に向けられた前部端表面５２と、当該サンプルに向けられた下部表面５１と、を有するハウジング５０を含む。ハウジングは、上部表面５３も含んでいる。前部端表面５２は、下部表面５１を上部表面５３に接続する。さらなる周壁（図示せず）も同様に提供され得る。図示の実施形態では、下部表面５１は、当該対応する荷電粒子ビームレット３による照射に応答して、試料１５から発する当該放射束を検出するための検出器要素４２を含む。代替的または追加的に、前部端表面５２に、そのような検出器要素４２を設けることができる。検出器要素は、シンチレーション材料の比較的薄い層にすることができる。

【0053】

図示の実施形態では、検出器４１は、ハウジング５０の内部に形成され、かつ当該検出器要素の直接光結合のために配設された、光ガイドＬを含む。光ガイドは、研磨された反射「ハウジング」の内側の空のスペース、または光がガラスを通って伝播し、かつ全反射によって光真空境界から反射されるガラス部分のいずれかであり得る。図示の実施形態では、光は、センサ表面４２からフォトニックセンサ４３に結合される。センサ表面４２は、薄いシンチレータ層であり得る。一実施形態では、センサ４２は、固体直接電子センサとすることができる。

【0054】

代替の実施形態では、ハウジング５０は、ガラスなどの透明材料から作製され、かつ光ガイドＬとして機能し、検出器要素４２は、光ガイド表面上に配置されたシンチレーション材料の薄層、およびそれに結合されたフォトニックセンサ４３であることができる。

【0055】

代替の実施形態では、検出器要素４２を備えたハウジング５０は、センサ表面４２の機能を備えた単結晶シンチレータであることができ、それはまた、フォトニックセンサ４３に結合するための光ガイドＬとして機能する。

【0056】

代替の実施形態では、ハウジング５０は、固体直接電子センサ４２を担持する。その場合、センサ要素４３は存在しなくてもよい。

【0057】

ここで図８を参照すると、合計５つの個々の検出器ユニット４１を有する検出器アセンブリのセットアップが示されている。ここで、検出器ユニット４１の１Ｄ配列を荷電粒子ビームレットの１Ｄのパターンに一致させることにより可能になったミクロからマクロスケールのスパンが、視覚化されている。ビームレットは、約１００μｍの直径を有する、２Ｄの幾何学的形状として円形の外側輪郭上に配設されている。光ガイドＬは、検出器ユニットの前端部を個々のセンサ４３（ここでは破線で概略的に示されている）のアレイに接続する。ここに示す光ガイドＬの長さは約１０ｍｍであり、センサ４３に近い端部面の幅は約２ｍｍであり、それにより、検出器とセンサの良好な結合を可能にする。シリコンベースのセンサが使用される他の実施形態では、各検出区域からの信号線の単純なルーティングのために、１Ｄのパターン（線形、正方形、または円形）を活用することができる。これは、従来技術で使用される荷電粒子ビームレットの密集した２Ｄアレイでは不可能である。

【0058】

上記で、添付の図に関していくつかの実施形態が議論された。望ましい保護は、添付の特許請求の範囲によって決定される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】