特許 7592955 荷電粒子顕微鏡を使用してサンプルを検査する方法

(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】

(24)【登録日】2024-11-25

(45)【発行日】2024-12-03

(54)【発明の名称】荷電粒子顕微鏡を使用してサンプルを検査する方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/22 20060101AFI20241126BHJP

   H01J 37/244 20060101ALI20241126BHJP

   H01J 37/28 20060101ALI20241126BHJP

   H01J 37/26 20060101ALI20241126BHJP

   G01N 23/04 20180101ALI20241126BHJP

   G01N 23/203 20060101ALI20241126BHJP

   G01N 23/2206 20180101ALI20241126BHJP

   G01N 23/2251 20180101ALI20241126BHJP

   G01N 23/2252 20180101ALI20241126BHJP

   G01N 23/2254 20180101ALI20241126BHJP

【ＦＩ】

H01J37/22 502H

H01J37/22 502L

H01J37/244

H01J37/28 B

H01J37/28 C

H01J37/26

H01J37/22 501Z

H01J37/22 501J

G01N23/04 330

G01N23/203

G01N23/2206

G01N23/2251

G01N23/2252

G01N23/2254

【請求項の数】 11

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2020124149

(22)【出願日】2020-07-21

(65)【公開番号】P2021027035

(43)【公開日】2021-02-22

【審査請求日】2023-07-20

(31)【優先権主張番号】19189685.1

(32)【優先日】2019-08-01

(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】トマス トゥマ

(72)【発明者】

【氏名】ヤン クルサーチク

(72)【発明者】

【氏名】ジリ ペトレク

【審査官】佐藤 海

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２６２４００（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／０１６５５９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０６－２６５４９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５０６９９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－１４１２５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２３／００－２３／２２７６

Ｈ０１Ｊ ３７／００－３７／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

荷電粒子顕微鏡を使用してサンプルを検査する方法であって、
荷電粒子ビーム、ならびにサンプルを提供するステップと、
前記サンプルにわたって前記荷電粒子ビームを走査するステップと、
前記サンプルにわたって走査された前記荷電粒子ビームに応答して、第１の検出器を使用して、前記サンプルからの第１のタイプの放射を検出するステップと、
検出された前記第１のタイプの放射のスペクトル情報を使用して、複数の相互に異なる相を前記サンプルに割り当てるステップと、
ＨＳＶ色空間を参照して、対応する複数の異なる色相を前記複数の相互に異なる相に関連付けるステップと、
第２の検出器を使用して、前記サンプルにわたって走査された前記荷電粒子ビームに応答して、前記サンプルからの第２のタイプの放射を検出するステップと、
制御ユニットによって、前記サンプルの画像表現を提供するステップであって、前記第２のタイプの放射が使用され、前記画像表現は、前記複数の異なる相を表すための前記関連付けられた異なる色相を含む、提供するステップと、を含み、
前記方法は、スペクトルデータスタックを提供し、かつ前記第１のタイプの前記検出された放射および／または前記第１のタイプの前記検出された放射のスペクトル情報を前記スペクトルデータスタックに格納するステップを含み、
前記スペクトルデータスタックは、複数のデータスタック層を含み、
前記複数のデータスタック層のうちの少なくとも１つは、いくつかの画素を含み、各画素は、前記サンプルの一部に関連付けられ、
画素の数は、前記データスタック層ごとに異なる、
方法。

【請求項2】

荷電粒子顕微鏡を使用してサンプルを検査する方法であって、
荷電粒子ビーム、ならびにサンプルを提供するステップと、
前記サンプルにわたって前記荷電粒子ビームを走査するステップと、
前記サンプルにわたって走査された前記荷電粒子ビームに応答して、第１の検出器を使用して、前記サンプルからの第１のタイプの放射を検出するステップと、
検出された前記第１のタイプの放射のスペクトル情報を使用して、複数の相互に異なる相を前記サンプルに割り当てるステップと、
ＨＳＶ色空間を参照して、対応する複数の異なる色相を前記複数の相互に異なる相に関連付けるステップと、
第２の検出器を使用して、前記サンプルにわたって走査された前記荷電粒子ビームに応答して、前記サンプルからの第２のタイプの放射を検出するステップと、
制御ユニットによって、前記サンプルの画像表現を提供するステップであって、前記第２のタイプの放射が使用され、前記画像表現は、前記複数の異なる相を表すための前記関連付けられた異なる色相を含む、提供するステップと、を含み、
前記方法は、化学組成データスタックを提供し、かつ前記複数の相互に異なる相を第２のデータスタックに格納するステップを含み、
前記化学組成データスタックは、複数のデータスタック層を含み、
前記複数のデータスタック層のうちの少なくとも１つは、いくつかの画素を含み、各画素は、前記サンプルの一部に関連付けられ、
画素の数は、前記データスタック層ごとに異なる、
方法。

【請求項3】

荷電粒子顕微鏡を使用してサンプルを検査する方法であって、
荷電粒子ビーム、ならびにサンプルを提供するステップと、
前記サンプルにわたって前記荷電粒子ビームを走査するステップと、
前記サンプルにわたって走査された前記荷電粒子ビームに応答して、第１の検出器を使用して、前記サンプルからの第１のタイプの放射を検出するステップと、
検出された前記第１のタイプの放射のスペクトル情報を使用して、複数の相互に異なる相を前記サンプルに割り当てるステップと、
ＨＳＶ色空間を参照して、対応する複数の異なる色相を前記複数の相互に異なる相に関連付けるステップと、
第２の検出器を使用して、前記サンプルにわたって走査された前記荷電粒子ビームに応答して、前記サンプルからの第２のタイプの放射を検出するステップと、
制御ユニットによって、前記サンプルの画像表現を提供するステップであって、前記第２のタイプの放射が使用され、前記画像表現は、前記複数の異なる相を表すための前記関連付けられた異なる色相を含む、提供するステップと、を含み、
前記方法は、色データスタックを提供し、かつ前記複数の異なる色相を前記色データスタックに格納するステップを含み、
前記色データスタックは、複数のデータスタック層を含み、
前記複数のデータスタック層のうちの少なくとも１つは、いくつかの画素を含み、各画素は、前記サンプルの一部に関連付けられ、
画素の数は、前記データスタック層ごとに異なる、
方法。

【請求項4】

前記方法は、スペクトルデータスタックを提供し、かつ前記第１のタイプの前記検出された放射および／または前記第１のタイプの前記検出された放射のスペクトル情報を前記スペクトルデータスタックに格納するステップを含む、請求項２または３に記載の方法。

【請求項5】

前記方法は、化学組成データスタックを提供し、かつ前記複数の相互に異なる相を第２のデータスタックに格納するステップを含む、請求項１または３に記載の方法。

【請求項6】

前記方法は、色データスタックを提供し、かつ前記複数の異なる色相を前記色データスタックに格納するステップを含む、請求項１または２に記載の方法。

【請求項7】

前記色データスタックを平坦化することによって混合スタックを提供し、かつ前記画像表現を提供する際に前記混合スタックを使用するステップであって、前記平坦化は、複数のデータ層からの色を合成して前記混合スタックを生成することを含む、ステップを含む、請求項３、６、または、請求項３に従属する請求項４もしくは５に記載の方法。

【請求項8】

前記混合スタックを、前記画像表現を提供するための前記第２のタイプの検出された放射と組み合わせるステップを含む、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記第１の検出器は、ＥＤＳ検出器を備える、請求項１～８いずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

前記第２の検出器は、ＢＳＥ検出器などの電子検出器を備える、請求項１～９いずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

請求項１～１０いずれか一項に記載の方法を使用してサンプルを検査するための荷電粒子顕微鏡であって、
荷電粒子源、最終プローブ形成レンズ、およびスキャナを含む、前記荷電粒子源から放射された荷電粒子のビームを試料上に集束させるための、光学カラムと、
前記最終プローブ形成レンズの下流に位置付けられ、かつ前記試料を保持するように配設された、試料ステージと、
前記荷電粒子源から放射された荷電粒子の入射に応答して、前記試料から生じる第１のタイプの放射を検出するための第１の検出器と、
前記荷電粒子源から放射された荷電粒子の入射に応答して、前記試料から生じる第２のタイプの放射物を検出するための第２の検出器と、
前記第１の検出器に接続された制御ユニットおよび処理デバイスと、を備え、
前記荷電粒子顕微鏡は、請求項１～１０いずれか一項に記載の方法を実行するように配設されている、荷電粒子顕微鏡。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

説明
本発明は、荷電粒子顕微鏡を使用してサンプルを検査する方法に関し、サンプルの区域にわたって走査された荷電粒子ビームに応答して、サンプルからの第１のタイプの放射を、第１の検出器を使用して検出するステップと、前記サンプルを検査するために第１のタイプの検出された放射のスペクトル情報を使用するステップと、を含む。

【背景技術】

【0002】

荷電粒子顕微鏡法は、特に電子顕微鏡の形態で顕微鏡物体を撮像するための周知の、かつますます重要な技術である。これまで、基本的なタイプの電子顕微鏡は、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、および走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）のような、いくつかの周知の装置類に進化してきており、さらには、例えばイオンビームミリングまたはイオンビーム誘導蒸着（ＩＢＩＤ）のような支援作用を可能にする「機械加工」集束イオンビーム（ＦＩＢ）をさらに採用した、いわゆる「デュアルビーム」装置（例えば、ＦＩＢ－ＳＥＭ）のような様々な補助装置類に進化してきている。当業者は、異種の荷電粒子顕微鏡に精通しているであろう。

【0003】

走査電子ビームによる試料の照射は、二次電子、後方散乱電子、Ｘ線およびカソード発光（赤外線、可視、および／または紫外線光子）の形態で、試料からの「補助」放射線の放出を促進する。この放出放射線の１つ以上の成分が、サンプル分析のために検出および使用され得る。

【0004】

通常、ＳＥＭでは、後方散乱電子が、固体検出器によって検出され、各後方散乱電子が、半導体検出器内に多くの電子－正孔対を作成するように増幅される。後方散乱電子検出器信号は、ビームが走査されるときに画像を形成するために使用され、各画像点の明るさは、一次ビームがサンプルを横切って移動するときにサンプル上の対応する点で検出された後方散乱電子の数によって判定される。画像は、検査されるサンプルのトポロジーに関する情報を提供するのみである。

【0005】

「エネルギー分散型Ｘ線分析」または「ＥＤＳ」と称されるプロセスでは、電子ビームに応答してサンプルから入ってくるＸ線のエネルギーが測定され、ヒストグラムにプロットされて、材料固有スペクトルを形成する。測定されたスペクトルは、どの元素および鉱物が前記サンプル中に存在するかを判定するために、様々な元素の既知のスペクトルと比較され得る。

【0006】

ＥＤＳの欠点の１つは、サンプルのＸ線スペクトルを蓄積するためにかなりの時間を要することである。通常、離散分析点を有するグリッドが使用される。ＥＤＳ検出器がＸ線を記録する間、電子ビームは、各分析点に滞留する。一度、十分なＸ線計数が記録されると、ビームは、次の分析点に移動する。ＥＤＳ検出器からの信号は、各分析点についてＸ線スペクトル曲線を構築する信号処理ユニットに供給され、その分析点に最も一致するものを選択するために、既知の鉱物相の広範なライブラリに照会され得る。

【0007】

ＥＤＳデータおよびＳＥＭデータの両方を検査対象のサンプルの単一の画像に組み合わせるために、広範な後処理分析を使用することが知られている。後処理分析は、完了してユーザに提示されるまでに多くのリソース、および、したがって多くの時間がかかる。

【0008】

この点を考慮して、本発明の目的は、荷電粒子顕微鏡を使用してサンプルを検査するための改善された方法であって、検出された放射のスペクトル情報が前記サンプルを検査するために使用される、方法を提供することである。特に、本発明の目的は、サンプルに関する情報をより迅速におよび／またはより正確に取得し、かつ前記情報をユーザに提供するための方法および装置を提供することである。

【0009】

この目的のために、本発明は、請求項１に定義されるように、荷電粒子顕微鏡を使用してサンプルを検査する方法を提供する。本方法は、荷電粒子ビーム、ならびにサンプルを提供するステップと、前記サンプルにわたって前記荷電粒子ビームで走査するステップと、を含む。本方法は、サンプルにわたって走査されたビームに応答して、第１の検出器を使用して、サンプルからの第１のタイプの放射を検出するステップを含む。本方法は、複数の相互に異なる相を前記サンプルに割り当てるために、検出された第１のタイプの放射のスペクトル情報を使用するステップをさらに含む。ここで、本明細書で定義されるように、本方法は、ＨＳＶ色空間を参照して、前記複数の相互に異なる相に、対応する複数の異なる色相を関連付けるステップを含む。これは、異なる色相（例えば、緑、赤、オレンジ、青）が異なる相（例えば、元素、化学物質、鉱物など）に割り当てられることを意味する。ＨＳＶ色空間は、色相（多くの場合、「色」、例えば赤、緑、青と称される）、彩度（多くの場合、色の強度または純度と称される）、および色値（多くの場合、色の明度または暗度と称される）を使用して、特定の色の属性を記述する色空間である。ＨＳＶ色空間は、０°で赤の原色から始まり、１２０°で緑原色および２４０°で青原色を通過した後、３６０°で赤に折り返されるその角度次元である、色相を伴って、円筒形状で表すことができる。中央の縦軸線は、下部の値０の黒から上部の値１の白までの範囲の中間色、無彩色、または灰色を含む。半径の増加に伴い、色の彩度が増加する。

【0010】

原則として、使用される実際の色空間に関係なく、任意の色がＨＳＶ色空間において記述されることができる。したがって、本明細書に記載の方法は、特定の色空間の使用に限定されず、同様にＲＧＢ色空間（全てのＲＧＢ色は、同様にＨＳＶ色空間を参照して記述されることができるため）、またはその状況によっては任意の他の色空間に適用されることができる。

【発明の概要】

【0011】

本明細書で定義されるように、本方法は、サンプルにわたって走査されたビームに応答して、サンプルからの第２のタイプの放射を、第２の検出器を使用して検出するステップをさらに含む。

【0012】

本方法によれば、制御ユニットは、前記サンプルの画像表現を提供するために使用され、前記第２のタイプの放射が使用され、前記画像表現は、前記複数の異なる相も表すための前記関連する異なる色相を含む。前記制御ユニットは、前記第１のタイプの放射を分析し、分析の結果を第２のタイプの放射と組み合わせてサンプルの画像表現を提供するように配設される。特に、制御ユニットは、例えば荷電粒子ビームが前記サンプルにわたって走査している間、リアルタイムで画像表現を提供するように配設されてもよい。前記制御ユニットを使用することにより、サンプルのリアルタイムのカラー画像表現をユーザに提供することが可能になり、カラー画像は、前記異なる色相で符号化された相の情報を含む。前記画像表現は、単一の画像とすることができるが、複数の画像、または画像表現を含むデータテーブルなどの使用も考えられる。前記画像表現はまた、異なる値および／または異なる彩度も含む。

【0013】

前記第２のタイプの放射は、例えば、二次電子および／または後方散乱電子とすることができる。一実施形態では、前記第２のタイプの前記放射は、前記画像表現内の異なる値を符号化するために使用される。換言すれば、ＳＥＭは、検査対象のサンプルのグレースケール画像を取得するために使用され、色は、好ましくはその画像上に、前記画像表現内で、好ましくはＥＤＳに関連する第１のタイプの放射に関連するスペクトルデータを符号化するために使用される。一実施形態では、第１のタイプの放射は、前記画像表現内の異なる彩度を符号化するために使用される。このようにして、ＨＳＶ色空間で符号化された有意義なデータを含むサンプルの画像表現が、実質的にリアルタイムで、ユーザに提供されてもよい。

【0014】

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。ここで、本方法の実施形態をより詳細に説明する。

【0015】

一実施形態では、本方法は、スペクトルデータスタックを提供し、かつ前記第１のタイプの前記検出された放射および／または前記第１のタイプの前記検出された放射のスペクトル情報を前記スペクトルデータスタックに格納するステップを含む。スペクトルデータスタックは、第１のタイプの放射に関連する生の入力データを効率的に作成、保存、および維持できるようにするデータ構造として使用される。そして、スペクトルデータスタックは、検出された第１のタイプの放射のスペクトル情報を使用して、複数の相互に異なる相を前記サンプルに割り当てるために使用され得る。スペクトルデータスタックは、生の入力データを階層的に整理するために使用することができ、それによって、制御ユニットによる生の入力データの効率的な計算処理が可能になる。

【0016】

一実施形態では、本方法は、化学組成データスタックを提供し、かつ前記複数の相互に異なる相を前記化学組成データスタックに格納するステップを含む。スペクトルデータスタックは、生の入力データを含み得、化学組成データスタックは、関連する相（すなわち、化学組成）をはじめとする、スペクトルデータスタックの分析されたデータを含み得る。したがって、スペクトルデータスタックが処理および分析され、その結果が新しいデータスタック（本実施形態では化学組成データスタック）に格納される。これにより、データの効率的な保存と操作が可能になり、生の入力データも、例えば後で使用できるように、整理された構造で保持される。

【0017】

一実施形態では、本方法は、色データスタックを提供し、かつ前記複数の異なる色相を前記色データスタックに格納するステップを含む。本実施形態では、（例えば、スペクトルデータスタックおよび／または化学組成データスタックの隣に）追加のデータスタックが提供されてもよい。これにより、中間結果をすぐに利用できるため、データの効率的な保存と操作が可能になる。

【0018】

一実施形態では、前記複数のデータスタック層のうちの少なくとも１つは、いくつかの画素を含み、各画素は、前記サンプルの一部に関連付けられる。はじめに述べたように、画素はグリッドの分析ポイントに関連付けられてもよい。画素はまた、荷電粒子顕微鏡で得られる解像度に関連付けられてもよい。

【0019】

一実施形態では、前記データスタック（例えば、スペクトルデータスタック、化学組成データスタック、および／または色データスタック）の少なくとも１つは、複数のデータスタック層を含む。第１のデータスタック層は、画素ごとにデータを含み得る（すなわち、実質的に各画素は、１つの関連するデータエントリを含む）。

【0020】

画素の数は、データスタック層ごとに実質的に異なると考えられる。そこで、さらにデータスタック層は、いわゆるスーパー画素ベースのデータを含むことができ、各スーパー画素は、複数のグループ化された画素を含む。このようにして、２つ以上の画素が１つのスーパー画素にグループ化され、実質的に各スーパー画素は、そのスーパー画素に関連付けられた１つのデータ要素を含む。より大きいスーパー画素を含む（すなわち、以前のデータスタック層のスーパー画素と比較して、より多くのグループ化された画素を含む）さらに別のデータスタック層が使用されることが考えられる。実際には、これは、データスタック層の増加／減少に伴い、一定の粒度が増加および／または減少されることを可能にする。非常に大きいスーパー画素ベースでデータを収集して保存することができるため、これは、迅速かつ効率的なデータ処理および分析を可能にし、入力データの増加に伴って、粒度は、実際の画素サイズが得られるまで、増加させることができる。

【0021】

一実施形態では、スペクトルデータスタック、化学組成スタック、および色データスタック内の層および画素の数は同一である。これにより、様々なデータスタックの比較とデータ分析が容易になる。

【0022】

一実施形態では、本方法は、前記色データスタックを平坦化することによって混合スタックを提供し、かつ前記画像表現を提供する際に前記混合スタックを使用するステップを含む。平坦化は、単層の色データスタックを提供するために、前記色データスタックの１つ以上のデータスタック層が存在する場合、その操作を含み得る。平坦化するステップは、異なる層および／または異なる画素に重みを割り当てるステップを含み得、それにより、これらの層および／または画素は、不同の強度で色に寄与する。さらに、層に依存するぼかしを使用して、視覚的に好ましい効果を実現できる。

【0023】

一実施形態では、本方法は、前記混合スタックを、前記画像表現を提供するための前記第２のタイプの検出された放射と組み合わせるステップを含む。前記単層の色データスタックは、ＨＳＶ色空間を有する相互に異なる相を表すための（ＨＳＶ色空間内の）異なる色相を含む画像表現を提供するために、第２のタイプの放射（すなわち白黒画像）と組み合わせることができる。

【0024】

一実施形態では、前記第１の検出器は、ＥＤＳ検出器を含む。

【0025】

一実施形態では、前記第２の検出器は、ＢＳＥ検出器などの電子検出器を含む。

【0026】

一態様によれば、本明細書において定義される方法を使用してサンプルを検査する荷電粒子顕微鏡が提供される。前記荷電粒子顕微鏡は、
荷電粒子源、最終プローブ形成レンズ、およびスキャナを含む、前記荷電粒子源から放射された荷電粒子のビームを試料上に集束させるための、光学カラムと、
前記最終プローブ形成レンズの下流に位置付けられ、かつ前記試料を保持するように配設された、試料ステージと、
前記荷電粒子源から放射された荷電粒子の入射に応答して、前記試料から生じる第１のタイプの放射を検出するための第１の検出器と、
前記荷電粒子源から放射された荷電粒子の入射に応答して、前記試料から生じる第２のタイプの放射を検出するための第２の検出器と、
前記第１の検出器に接続された制御ユニットおよび処理デバイスと、を備え、
前記荷電粒子顕微鏡は、本明細書において定義される方法を実行するように配設されている。

【0027】

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

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明の第１の実施形態による、荷電粒子顕微鏡の縦断面図を示す。

【図2】本発明の第２の実施形態による、荷電粒子顕微鏡の縦断面図を示す。

【図3】ＨＳＶ色空間の表現を示す。

【図4】本明細書に開示されるような方法で使用され得るデータスタックの実施形態を示す。

【図5】本明細書に開示されるような方法の実施形態を示す。

【発明を実施するための形態】

【0029】

図１（正確な縮尺ではない）は、本発明のある実施形態による、荷電粒子顕微鏡Ｍのある実施形態の非常に概略的な図である。より具体的には、透過型顕微鏡Ｍの実施形態を示しており、この場合、これはＴＥＭ／ＳＴＥＭである（ただし、本発明の文脈では、有効にＳＥＭ（図２参照）、または例えばイオンベースの顕微鏡とすることができる）。図１において、真空筐体２内では、電子源４は、電子－光軸Ｂ’に沿って伝搬し、電子光学照明器６を横断する電子ビームＢを生成して、電子を試料Ｓの選択部分に方向付ける／集束させるように機能する（例えば（局所的に）薄くする／平板状にすることができる）。偏向器８もまた図示されており、これは、（とりわけ）ビームＢの走査運動をもたらすために使用することができる。

【0030】

試料Ｓは、ホルダＨが（取り外し可能に）固定されているクレードルＡ’を移動させる、位置決めデバイス／ステージＡにより複数の自由度で位置決めすることができる試料ホルダＨに保持されており、例えば、試料ホルダＨは、（とりわけ）ＸＹ平面内で移動することができるフィンガを備えることができる（示されたデカルト座標系を参照されたい。通常は、Ｚに平行な移動およびＸ／Ｙに対する傾きも可能である）。このような移動により、試料Ｓの異なる部分が、軸線Ｂ’に沿って（Ｚ方向に）進む電子ビームＢによって、照明／撮像／検査されることを可能にする（および／または走査運動が、ビーム走査の代替として、行われることを可能にする）。所望される場合、任意選択の冷却デバイス（描写せず）を、試料ホルダＨと密に熱接触させて、試料ホルダＨ（および、その上の試料Ｓ）を、例えば極低温度に維持することができる。

【0031】

電子ビームＢは、（例えば）二次電子、後方散乱電子、Ｘ線、および光放射（カソードルミネセンス）を含む様々なタイプの「誘導」放射線を試料Ｓから放射させるように、試料Ｓと相互作用する。所望される場合、例えば、シンチレータ／光電子増倍管またはＥＤＸまたはＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分光）モジュールを組み合わせた分析装置２２の助けを借りて、これらの放射線のタイプのうちの１つ以上を検出することができ、このような場合には、ＳＥＭと基本的に同じ原理を使用して画像を構築することができる。しかしながら、代替的にまたは補足的に、試料Ｓを横断（通過）し、試料から出射／放出され、軸線Ｂ´に沿って（実質的には、とはいえ一般的に、ある程度偏向／散乱しながら）伝搬し続ける電子を調査することができる。このような透過電子束は、撮像システム（投影レンズ）２４に入射し、撮像システム２４は一般的に、様々な静電レンズ／磁気レンズ、偏向器、補正器（例えばスティグメータのような）などを備えている。通常の（非走査）ＴＥＭモードでは、この撮像システム２４は、透過電子束を蛍光スクリーン２６に集束させることができ、蛍光スクリーン２６は、所望される場合、後退させる／回収することにより、蛍光スクリーン２６を軸線Ｂ’から外れるようにすることができる（矢印２６’で模式的に示すように）。試料Ｓの（一部の）画像（または、フーリエ変換図形）は、撮像システム２４によりスクリーン２６上に形成され、この画像は、筐体２の壁の好適な部分に位置する視認ポート２８を介して視認することができる。スクリーン２６の後退機構は、例えば、本質的に機械的および／または電気的であり得るが、図面には描写されていない。

【0032】

スクリーン２６上の画像を視認することの代替として、代わりに、画像化システム２４から出ていく電子束の集束深度が一般的に極めて深い（例えば、約１メートル）という事実を利用することができる。その結果、以下のような様々な他のタイプの分析装置をスクリーン２６の下流で使用することができる。
－ＴＥＭカメラ３０。カメラ３０の位置に、電子束は、静止画像（または、フーリエ変換図形）を形成することができ、静止画像は、コントローラ／プロセッサ２０により処理することができ、例えばフラットパネルディスプレイのような表示デバイス（図示せず）に表示することができる。必要ではない場合、カメラ３０は、後退／回収（矢印３０’で概略に示すように）されて、カメラを軸線Ｂ’から外れるようにすることができる。
－ＳＴＥＭカメラ３２。カメラ３２からの出力は、試料Ｓ上のビームＢの（Ｘ、Ｙ）走査位置の関数として記録することができ、Ｘ、Ｙの関数としてのカメラ３２からの出力の「マップ（ｍａｐ）」である画像を構築することができる。カメラ３２は、カメラ３０に特徴的に存在する画素のマトリックスとは対照的に、例えば２０ｍｍの直径を有する単一の画素を含むことができる。さらに、カメラ３２は、概して、カメラ３０（例えば、１０２画像／秒）よりもはるかに高い取得レート（例えば、１０６ポイント／秒）を有する。この場合も同じく、必要でない場合、カメラ３２は、（矢印３２’で概略に示すように）後退／回収させて、カメラを軸線Ｂ’から外れるようにすることができる（このような後退は、例えば、ドーナツ形の環状暗視野カメラ３２の場合には必要とされないが、このようなカメラでは、中心孔が、カメラが使用されていなかった場合にフラックスの通過を可能にする）。
－カメラ３０または３２を使用して撮像を行うことの代替として、例えば、ＥＥＬＳモジュールとすることができる分光装置３４を呼び出すこともできる。

【0033】

部品３０、３２、および３４の順序／位置は厳密ではなく、多くの可能な変形が考えられることに留意されたい。例えば、分光装置３４は、撮像システム２４と一体化することもできる。

【0034】

示された実施形態では、顕微鏡Ｍは、符号４０で概して示される、後退可能なＸ線コンピュータ断層撮影（ＣＴ）モジュールをさらに備える。コンピュータ断層撮影（断層画像化とも称される）では、源および（対極にある）検出器を使用して、様々な視点から試料片の透過観察を取得するように、異なる視線に沿って試料片を調べる。

【0035】

コントローラ（コンピュータプロセッサ）２０は、図示される様々なコンポーネントに、制御線（バス）２０’を介して接続されることに留意されたい。このコントローラ２０は、操作を同期させる、設定ポイントを提供する、信号を処理する、計算を行う、およびメッセージ／情報を表示デバイス（描写せず）に表示するなどの様々な機能を提供することができる。言うまでもなく、（概略的に描写される）コントローラ２０は、筐体２の（部分的に）内側または外側に位置させることができ、所望に応じて、単体構造または複合構造を有することができる。

【0036】

当業者であれば、筐体２の内部が気密な真空状態に保持される必要はないことを理解できるであろう。例えば、いわゆる「環境制御型ＴＥＭ／ＳＴＥＭ」では、所与のガスの背景雰囲気が、筐体２内に意図的に導入／維持される。当業者はまた、実際には、筐体２の容積を閉じ込めて、可能であれば、筐体２が、軸線Ｂ’を本質的に包み込むようになって、採用する電子ビームが小径管内を通過し、しかも広がってソース４、試料ホルダＨ、スクリーン２６、カメラ３０、カメラ３２、分光装置３４などのような構造を収容する小径管（例えば、直径約１ｃｍ）の形態を採ると有利となり得ることを理解できるであろう。

【0037】

したがって、本発明による、実施形態が図１に示される、荷電粒子顕微鏡Ｍは、荷電粒子源４、最終プローブ形成レンズ６、およびスキャナ８を含み、前記荷電粒子源４から放射された荷電粒子のビームＢを試料上に集束させるための、光学カラムＯを備える。装置は、前記最終プローブ形成レンズ６の下流に位置付けられ、かつ前記試料Ｓを保持するように配設された、試料ステージＡ、Ｈをさらに備える。装置は、前記荷電粒子源４から放射された荷電粒子Ｂの入射に応答して前記試料から生じる第１のタイプの放射を検出するための第１の検出器２２をさらに備える。装置は、前記荷電粒子源から放射された荷電粒子の入射に応答して、前記試料から生じる第２のタイプの放射を検出するための第２の検出器２４をさらに備える。示された実施形態では、第１の検出器２２は、上述のように、シンチレータ／光電子増倍管またはＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分光分析）の結合モジュールであり得る分析デバイス２２である。好ましい実施形態では、前記第１の検出器は、ＥＤＳである。さらに、本発明による装置は、前記第１の検出器２２（概略的に示されている）に接続されている（線２０’によって）制御装置２０を備える。本発明によれば、前記荷電粒子顕微鏡Ｍは、本発明による方法を実行するように配設されており、本方法は、図４を参照して後述する。

【0038】

ここでまず、図２を参照すると、本発明による装置の別の実施形態が示されている。図２（正確な縮尺ではない）は、本発明による荷電粒子顕微鏡Ｍのごく概略的な描写であり、より具体的には、この場合、ＳＥＭである、非透過型顕微鏡Ｍの実施形態を示す（ただし、本発明の文脈では、例えば、イオンベース顕微鏡も同様に有効であり得る）。図では、図１の部品に対応する部分は、同一の参照符号を使用して示され、ここでは別個に説明されない。（とりわけ）以下の部分が図１に加えられる。
－２ａ：真空チャンバ２の内部に／内部から、部品（構成要素、試料）を導入／除去するように開放され得るか、またはその上に、例えば、補助デバイス／モジュールが装着され得る、真空ポート。顕微鏡Ｍは、所望される場合、複数のそのようなポート２ａを備え得る。
－１０ａ、１０ｂ：概略的に図示された照明器６内のレンズ／光学素子。
－１２：所望される場合、試料ホルダＨまたは少なくとも試料Ｓが、接地に対してある電位にバイアス（浮遊）されることを可能にする電圧源。
－１４：ＦＰＤまたはＣＲＴなどのディスプレイ。
－２２ａ、２２ｂ：（ビームＢの通過を可能にする）中央開口２２ｂの周りに配置された複数の独立検出セグメント（例えば、四分円）を含む、セグメント化電子検出器２２ａ。そのような検出器は、例えば、試料Ｓから発せられる出力（二次または後方散乱）電子束（の角度依存性）を調査するために使用され得る。
－２２：ＥＤＳまたはＥＤＸ検出器。

【0039】

したがって、図２に示される荷電粒子顕微鏡Ｍは、荷電粒子源４、最終プローブ形成レンズ６、１０ａ、１０ｂ、およびスキャナ８を含み、前記荷電粒子源４から放射された荷電粒子のビームＢを試料Ｓ上に集束させる、光学カラムＯを備える。装置は、前記最終プローブ形成レンズ６の下流に位置付けられ、かつ前記試料Ｓを保持するように配設された試料ステージＡ、Ｈをさらに備える。装置は、前記荷電粒子源４から放射された荷電粒子のビームＢの入射に応答して、前記試料から生じる第１のタイプの放射を検出するための第１の検出器２２をさらに備える。示された実施形態では、第１の検出器２２は、上述のように、シンチレータ／光電子増倍管またはＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分光分析）の結合モジュールであり得る前記分析デバイス２２である。装置は、第２のタイプの放射を検出するための第２の検出器２２ａ、２２ｂを備える。さらに、本発明による装置は、前記第１の検出器２２および前記第２の検出器２２ａ、２２ｂに接続されている（線２０’によって）前記制御装置２０を備える。

【0040】

図１および図２に示される装置は、本発明による方法を使用してサンプルを検査するうえで使用され得る。一般に、本方法の実施形態は、全て、以下の一般的なステップを含む：
荷電粒子ビーム、ならびにサンプルを準備するステップと、
前記サンプルにわたって前記荷電粒子ビームを走査するステップと、
前記サンプルにわたって走査された前記ビームに応答して、第１の検出器を使用して、前記サンプルからの第１のタイプの放射を検出するステップと、
検出された第１のタイプの放射のスペクトル情報を使用して、複数の相互に異なる相を前記サンプルに割り当てるステップと、
ＨＳＶ色空間を参照して、対応する複数の異なる色相を前記複数の相互に異なる相に関連付けるステップと、
第２の検出器を使用して、サンプルにわたって走査されたビームに応答して、サンプルからの第２のタイプの放射を検出するステップと、
制御ユニットによって、前記サンプルの画像表現を提供するステップであって、前記第２のタイプの放射が使用され、前記画像表現は、前記複数の異なる相を表すための前記関連する異なる色相を含む、提供するステップと、を含む。

【0041】

上述した方法ステップについて、以下にさらに詳細に説明する。

【0042】

図３は、本明細書で定義される方法で使用されるＨＳＶ色空間１０１の例を示している。ＨＳＶ色空間１０１は、色相（多くの場合、「色」、例えば赤、緑、青と称される）、彩度（多くの場合、色の強度または純度と称される）、および色値（多くの場合、色の明度または暗度と称される）を使用して特定の色の属性を記述する色空間である。ＨＳＶ色空間は、図３に示すように、０°で赤の原色から始まり、１２０°で緑原色および２４０°で青原色を通過した後、３６０°で赤に折り返されるその角度次元である、色相を伴って、円筒形状で表すことができる。中央の縦軸線は、値０の黒（図３の下部）から値１の白（図３の上部）までの範囲の中間色、無彩色、または灰色を含む。半径、すなわち、中心から外側に向かう増加に伴い、色の彩度が増加する。ＨＳＶ色空間の詳細は、それ自体、色空間の当業者にとって公知である。

【0043】

図４は、本明細書に開示されるような方法の実施形態を示し、その方法は、一般に、
－１２０：サンプルにわたって荷電粒子ビームで走査してデータを収集し、第１の検出器を使用して第１のタイプの放射を取得するステップと、
－１２１：検出された第１のタイプの放射を処理するステップであって、特に、検出された第１のタイプの放射のスペクトル情報を使用して、複数の相互に異なる相を前記サンプルに割り当てるステップと、
－１２２および１２３：ＨＳＶ色空間を参照して、対応する複数の異なる色相を前記複数の相互に異なる相に関連付けるステップと、
－１２４：第２の検出器を使用して、サンプルにわたって走査されたビームに応答して、サンプルからの第２のタイプの放射を検出するステップと、
－１２５：制御ユニットによって、前記サンプルの画像表現３１１を提供するステップであって、前記第２のタイプの放射３０２が使用され、前記画像表現３１１は、前記複数の異なる相を表すための前記関連する異なる色相を含む、提供するステップと、を含む。

【0044】

実際、本方法は、データ収集１２０、１２４、データ分析１２１、色決定１２２および混合１２３、ならびに色融合１２５を使用して、ＨＳＶ色空間におけるサンプルの画像表現３１１を提供する。画像は、ユーザ２０１に示すことができ、ユーザは、いくつかの設定２０３、２０５を変更して最終的な結果を微調整することができる。図４は、効率的なデータ記憶に使用され、かつ実質的にリアルタイムの分析が可能となるように、取得されたデータの効果的かつ迅速なデータ処理を実現する複数のデータスタック５０１～５０４である。

【0045】

ここで、図４をより詳細に説明する。マルチモーダルカラー電子顕微鏡法において、中心となる考え方は、従来のグレースケール電子画像３０２に重畳された色３０１によって、サンプルに関するマルチモーダル情報を符号化することである。本実施形態による方法は、データ収集１２０、１２４と、スペクトル処理１２１と、カラーリング１２２と、混合１２３と、融合１２５と、を含み、ＥＤＳ（エネルギー分散分光法）でのＸ線光子検出イベントなどの、生の入力データ１２０、１２４のストリームからカラー画像３１１の効率的な生成を可能にする。

【0046】

特に、以下は、本実施形態による方法の例示的なステップであり、順次または並行して、かつ同期的または非同期的に実行することができる。

【0047】

データ収集ステップ１２０、１２４では、「データキューブ」または「データスタック」ＤＳと呼ばれるデータ構造５０１が作成および維持される。データスタックＤＳの主なタスクは、生の入力データ１２０を好ましくは階層構造で保つことであり、それにより効率的な計算処理を可能にする。そのような階層的データキューブは、いくつかのデータ層６０１～６０３（図５を参照）からなり得、各層は、スーパー画素と呼ばれるサブエリア６１１～６１３の６０１～６０３からなる。図５の右側の図では、スーパー画素６１３は、相対的に大きく、図５の左側の図では、スーパー画素６１１は、相対的に小さい。相対的に疎なスペクトルデータの場合、大きいスーパー画素６１１をデータエントリと関連付けることができ、粒度が増加すると、より小さい画素６１１を付随するデータで埋めることができる。このようにして、スーパー画素を層６０１～６０３にわたって結合および合成させることができる。

【0048】

図４に示す本実施形態の目的のために、各スーパー画素は、未加工のフォーマット（例えば、ＥＤＳイベントのリスト）またはより効率的でコンパクトなデータ構造（コンパクトフォーマット、例えば、エネルギーヒストグラム）のいずれかで、収集されたスペクトルデータのセットを含む。データ処理の性能およびメモリ要件を最適化するために、これらの表現は、交互にされ得る（つまり、未加工形式とコンパクト形式との間で交互にする）。

【0049】

第２のステップ１２１では、データキューブ５０１で収集された生のデータが処理され、かつ分析される。データキューブ５０１は拡張することができるが、示された実施形態では、新しいデータキューブ５０２が作成され、かつ更新される。本実施形態では、新しいデータキューブ５０２は、層ごとに同じスーパー画素構造を含み、かつ化学組成スタックＣＣＳと呼ばれる。ＣＣＳのスーパー画素には、スペクトル処理ライブラリー（例えば、化学定量化）を使用することによって取得された、収集された生のデータＤＳに対応する分析結果が含まれている。さらに、データ分析結果は、結果の確実性を表すデータ品質メトリック（「信頼性メトリック」とも呼ばれる）で補強されてもよい。分析結果を劇的に改善する可能性のあるスペクトルクラスタリングやその他のデータ処理アルゴリズムに基づいて、グローバル予測子を使用してもよい。

【0050】

第３のステップ１２２において、分析されたデータ５０２は、色決定アルゴリズムへの入力として使用される。この色決定アルゴリズムでは、データ品質メトリックを使用することができる。結果は、カラースタックＣＳであり、この場合は、新しいデータキューブ５０３である。代替的に、拡張データキューブを使用してもよい。カラースタックＣＳにおいて、画素（またはスーパー画素）は、相を表すために、関連する色、特に関連する色相を有する。

【0051】

第４のステップ１２３では、階層的カラー構造（カラースタックＣＳ）は、後で融合に使用できるフラットなカラーマップと混合させる必要がある。複数の層６０１～６０３からの色が合成されて、単層からなる色データスタック５０４（混合スタックＢＳ）を生成する。この混合は、（ａ）上記の信頼性メトリックの式、および／または（ｂ）スーパー画素の形状に関する信頼性の式に基づいて行うことができる（例えば、スーパー画素が大きいほど、細かい領域を見落とす可能性が高くなる）。一実施形態では、ステップ（ａ）は、主に色、特にその透明度、彩度、色相、または他の特性を変更することによって表すことができ、ステップ（ｂ）は、主にぼかしのような演算子をスーパー画素形状の投影に適用することによって表すことができる。（ｂ）の好ましい実施形態は、単純なカーネルベースのぼかしおよび異方性拡散演算子を含む。

【0052】

上述のデータ品質メトリックは、カラースタックＣＳの平坦化に使用することができる。これにより、最終結果の速度と品質が向上する。

【0053】

使用される画素は、通常の（正方形）画素や、ＳＬＩＣ０画素などのＳＬＩＣ（単純線形反復クラスタリング）画素であってもよい。最も細かい層６０１から最も粗い層６０３に向かって進み、かつ良好な視覚的外観にとって望ましい画素６１１～６１３のいくつかの特性を維持する画素マージのために、グラフアルゴリズムを使用することができる。画像自体の品質に注目する他の場合では、これらのアルゴリズムにおいて、（分析を高速化する目的で）並列化を使用することができる。

【0054】

第５のステップ１２５では、最後のステップにおいて、フラットカラーマップ（混合スタックＢＳ）は、データ取得ステップ１２４で得られたグレースケール画像と融合する。２Ｄまたは３Ｄの幾何学的変換をカラーマップに適用して、マップと画像のマルチモーダル、マルチ視点の位置合わせを可能にすることができる。融合は、好ましくはＨＳＶカラー領域における操作を使用することによって提唱されているが、ＲＧＢおよび／またはＲＧＢＡなどの他の領域も考えられる。結果は、カラー画像３１１であり、これは、ユーザ２０１に示すことができる４０１。

【0055】

ユーザ２０１は、例えば、スペクトル処理１２１に関するいくつかの設定２０３を決定することができる。ユーザ２０１は、カラーリングステップ１２２で使用し得る配色に関していくつかの設定２０５を決定することができる。ユーザ２０１のための追加の設定および制御も考えられる。

【0056】

さらに、混合ステップ１２３は、多層データスタック５０１～５０３が使用される場合に相対的に特定のものである。異なるデータ構造ＤＳが使用される場合には、混合ステップ１２３は省略され得ると考えられる。一方、そのようなデータ構造ＤＳを使用すると、効果的かつ効率的なデータ処理が可能になり、したがって、カラー画像を実質的にリアルタイムで提供することができる。

【0057】

本方法は、１つ以上の実施形態に関して上で説明されている。所望の保護は、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】