(57)【要約】【課題】電子放出顕微分光装置の電子光学カラムの非点収差を補正するための方法を提供すること。【解決手段】本方法は、・撮像されるべき対象とする構造を含む試料の表面上に参照構造（１００ｂ）を形成するステップと、・二次電子を用いておよび内殻準位光電子を用いて顕微分光装置によって参照構造を撮像するステップと、・二次電子を用いるおよび内殻準位光電子を用いる参照構造の撮像中に現れる非点収差欠陥を除去するステップとを含み、参照構造の材料は、内殻準位光電子撮像中に、参照構造の材料の平均強度Ｉａと試料の材料の平均強度Ｉｂとの間のコントラストＣが、2010186747.tif 000008であるように選択される。【選択図】図４
2010186747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子放出顕微分光装置の電子光学カラム（１０）の非点収差を補正するための方法において、
撮像されるべき対象とする構造（３）を含む試料（１）の表面上に参照構造（１００ａ、１００ｂ）を形成するステップであって、互いに垂直で前記試料（１）の前記表面に平行な面内にある２つの軸に沿う、前記参照構造（１００ａ、１００ｂ）の外側輪郭の寸法は、実質的に同様であるステップと、
二次電子を用いておよび内殻準位光電子を用いて前記顕微分光装置によって前記参照構造（１００ａ、１００ｂ）を撮像するステップと、
二次電子を用いるおよび内殻準位光電子を用いる前記参照構造（１００ａ、１００ｂ）の撮像中に現れる非点収差欠陥を除去するステップとを含み、
前記参照構造（１００ａ、１００ｂ）の材料は、内殻準位光電子撮像中に、前記参照構造（１００ａ、１００ｂ）の前記材料の平均強度Ｉａと前記試料（１）の材料の平均強度Ｉｂとの間のコントラストＣが、
【数１】
2010186747.tif 000007
であるように選択される、非点収差を補正するための方法。
【請求項２】
前記参照構造（１００ｂ）は、異なる大きさで非ゼロの距離だけ互いに分離された同心状パターンを形成する前記参照構造（１００ｂ）の前記材料の複数の部分（１０２、１０４）を含む、請求項１に記載の非点収差を補正するための方法。
【請求項３】
前記参照構造（１００ｂ）の材料部分（１０２、１０４）の外側輪郭は、前記参照構造（１００ｂ）の中心の周りで互いに相似でありかつ／または３６０°延びる、請求項２に記載の非点収差を補正するための方法。
【請求項４】
前記参照構造（１００ｂ）の前記材料部分（１０２、１０４）の前記パターンは、互いの中に配置される幾何学的パターンを含むか、または格子もしくはらせんパターンを含む、請求項２または３の一項に記載の非点収差を補正するための方法。
【請求項５】
前記参照構造（１００ｂ）の前記材料部分（１０４）の前記パターンは、リングを含む、請求項２から４の一項に記載の非点収差を補正するための方法。
【請求項６】
前記参照構造（１００ｂ）の前記材料部分（１０２、１０４）間の距離および／または前記参照構造（１００ｂ）の前記材料部分（１０２、１０４）の幅は、前記対象とする構造（３）の観察中の前記顕微分光装置の最良の空間分解能の約２倍以上である、請求項２から５の一項に記載の非点収差を補正するための方法。
【請求項７】
前記参照構造（１００ａ、１００ｂ）の前記外側輪郭の前記寸法は、前記顕微分光装置の視野の大きさの少なくとも約１／２５に等しい、請求項１から６の一項に記載の非点収差を補正するための方法。
【請求項８】
前記参照構造（１００ａ、１００ｂ）の前記材料の仕事関数と前記試料（１）の前記材料の仕事関数との間の差は、約０．２ｅＶ以上でありかつ／または、前記参照構造（１００ａ、１００ｂ）および前記試料（１）の前記材料が少なくとも１つの同じ元素に基づくとき、前記参照構造（１００ａ、１００ｂ）の前記材料内の前記元素の濃度は、前記試料（１）の前記材料内のこの成分の濃度とは異なりかつ／または、前記参照構造（１００ａ、１００ｂ）および前記試料（１）の前記材料が同じ性質であるとき、前記材料は異なってドープされる、請求項１から７の一項に記載の非点収差を補正するための方法。
【請求項９】
前記参照構造（１００ａ、１００ｂ）の前記材料の少なくとも１つの構成元素の内殻準位光電子の断面積は、約０．１Ｍｂａｒｎ以上である、請求項１から８の一項に記載の非点収差を補正するための方法。
【請求項１０】
前記参照構造（１００ａ、１００ｂ）の前記材料の構成元素の少なくとも１つを撮像するために使用される前記内殻準位光電子の運動エネルギーは、約１０００ｅＶ未満である、請求項１から９の一項に記載の非点収差を補正するための方法。
【請求項１１】
前記参照構造（１００ａ、１００ｂ）の前記形成は、前記対象とする構造（３）から約１００μｍより大きい距離における前記試料（１）上への前記参照構造（１００ａ、１００ｂ）の前記材料の局所的堆積の少なくとも１つのステップ、および前記堆積材料を機械加工し、前記参照構造（１００ａ、１００ｂ）を形成するステップを含む、請求項１から１０の一項に記載の非点収差を補正するための方法。
【請求項１２】
前記参照構造（１００ａ、１００ｂ）の前記材料は、約１５ｎｍと２００ｎｍとの間の実質的に一様な厚さで堆積され、および／または前記機械加工は、前記堆積材料の厚さ内で約１ｎｍまたは２ｎｍよりも大きい深さで行われる、請求項１１に記載の非点収差を補正するための方法。
【請求項１３】
内殻準位光電子を用いて前記顕微分光装置によって前記参照構造（１００ａ、１００ｂ）を撮像するステップ、次いで前記参照構造（１００ａ、１００ｂ）の前記内殻準位光電子撮像中に現れる非点収差欠陥を除去するステップの実施より前に、二次電子を用いて前記顕微分光装置によって前記参照構造（１００ａ、１００ｂ）を撮像するステップ、次いで前記参照構造（１００ａ、１００ｂ）の前記二次電子撮像中に現れる非点収差欠陥を除去するステップを含む、請求項１から１２の一項に記載の非点収差を補正するための方法。
【請求項１４】
二次電子を用いるまたは内殻準位光電子を用いる前記参照構造（１００ａ、１００ｂ）の撮像中に現れる非点収差欠陥の除去は、前記カラム（１０）のスティグマトール（１８）の軸の制御電圧の調節によって、次いで前記顕微分光装置の合焦電圧の調節によって行われる、請求項１から１３の一項に記載の非点収差を補正するための方法。
【請求項１５】
請求項１から１４の一項に記載の非点収差を補正するための方法の実施、ならびに二次電子を用いておよび／または内殻準位光電子を用いて前記対象とする構造（３）を撮像する１つまたは複数のステップを含む、電子放出顕微分光撮像の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微分光撮像の分野、より明確には、例えば光励起電子または光電子放出を用いる電子放出顕微分光装置の電子光学カラムの欠陥、特に非点収差の補正の分野に関する。本発明は特に、全視野ＸＰＳ（Ｘ線光電子顕微分光）撮像の分野に適用される。
【背景技術】
【０００２】
電子分光法と顕微鏡法とを組み合わせる顕微分光法は、あるエネルギーを有する幅広ビームによって撮像されるべき試料の大きな表面を照射するという撮像技術である。前記ビームがＸ線ビームであるとき、それは、ＸＰＳ撮像として周知である。この技術は、撮像されるべき試料の材料の原子における電子のいくつかに関する光電効果の原理を使用する。光子が、試料材料の原子の電子殻の１つからの電子と相互作用するとき、前記光子は、その初期エネルギーをその電子へ移動させる。このエネルギーの一部は、電子がその初期軌道から真空準位への遷移を行うことを可能にする。このエネルギーは、電子の結合エネルギーに相当する。残留エネルギーは、運動エネルギーの形で電子に送られる。エネルギーフィルターとしてもまた周知の、エネルギー分析器を用いてこの運動エネルギーを測定し、入射放射のエネルギーを知ることによって、排出された電子の結合エネルギーをこれから推定し、それ故に化学元素の観点から試料の性質を特徴づけることが可能である。
【０００３】
全視野顕微分光法は、電子光学カラムおよびエネルギー分析器を用いて行われる。カラムは、光電効果によって試料の表面から排出されるすべての電子を収集し、撮像する。光電子は、抽出電界として周知の、試料とカラムの対物レンズとの間に生成される強い電界を用いてカラムによって収集される。例えば半球型のエネルギー分析器は、カラムによって送られる電子を非常に小さなエネルギー間隔で選択することによって、カラムによって生成される画像のエネルギーフィルタリングを行う。
【０００４】
方位分解能（試料の面内での画像の分解能）を制限するさまざまな要因が、電子放出撮像、例えばＰＥＥＭに存在する。
【０００５】
初めに、試料の物理的トポグラフィは、得られる画像の品質において重要な役割を果たす。実際、もし試料の表面が粗いならば、これらの不規則性は、試料と対物レンズとの間に生成される抽出電界を乱し、このことは、放出される光電子の経路を偏向させる影響を有し、得られる画像に過剰強度および過小強度をもたらす。したがって、試料は、試料のトポグラフィに起因するこれらの欠陥を低減するために、できる限り平坦な表面を有しなければならない。
【０００６】
抽出電界と対物レンズの静電レンズ自体の両方に起因する、球面および色収差もまた、電子放出撮像での分解能を制限する欠陥である。球面収差は、同じ運動エネルギーに対して、光軸に関して広角度を提示する光電子が、焦点面内で合焦しないという影響を有する。隔膜の使用は、最大光電子収集角度を制限することを可能にするが、他方ではカラムによって送られる強度を低減する。一方、色収差は、光軸に関して同様の角度を有する光電子が、異なる運動エネルギーを有し得、それ故に同じ面内で合焦することにはならないという事実から生じる。
【０００７】
従来技術は、いろいろな機器、即ち電子ミラー、六重極、その他を用いることによって、これらの球面および色収差をどのように補正するかを教示する。
【０００８】
非点収差もまた、ＰＥＥＭ撮像での方位分解能を制限する要因である。実際、ＰＥＥＭカラムは、完全な光軸を有さず、これらの不完全性は一般に、レンズ間または代わりに残留磁界間の不整合である。レンズ自体は、どちらも完全ではなく、しばしば光軸周りのそれらの透過率は、対称的ではない。光軸周りの焦点距離はそれ故に、観察の方向に応じて変化することがあり得る。電子経路は、光軸に平行な面内および光軸に垂直な面内で同じようには合焦しない、即ち、垂直成分は、タンジェンシャル面として周知の面内でより短い距離に合焦し、水平成分は、サジタル面として周知の面内でより長い距離に合焦する。このようにして、画像は、変形して見えることになる。例えば、画像焦点の周りに位置付けられるとき、正方形は、長方形のように見え、円形は、楕円形のように見えるであろう。この非点収差は、得られる画像の品質の低減（方位分解能、コントラスト、その他の低減）をもたらし、印加される必要がある正しい合焦電圧は、見いだすことが困難である。
【０００９】
特許文献１は、例えば顕微分光装置の電子光学カラムの非点収差を補正するための方法を開示し、この方法では、カラムの非点収差の評価、次いで前記非点収差の補正は、カラムの偏向器／スティグマトールの制御電流を繰り返し利用することによって行われ、偏向器／スティグマトールは、すべての方向の非点収差が補正されることを可能にする静電八重極でありうる。
【００１０】
図１Ａは、顕微鏡の光学系に非点収差がない状態で撮像された円形パターンを表す。対照的に、図１Ｂは、異なる方向での顕著な非点収差に起因する変形がある状態で撮像されたこの同じ撮像パターンを表す。非点収差は、カラムのスティグマトールのＳｘ軸の制御電圧を利用することによって補正することができ、Ｘ軸に関して平行および垂直方向（Ｘ軸に関して０°および９０°）に沿った変形、ならびにカラムのスティグマトールのＳｙ軸の制御電圧を利用することによって補正することができ、Ｘ軸に関して４５°および１３５°にある方向に沿った変形をもたらし得ることが、この図１Ｂで分かる。
【００１１】
それにもかかわらず、そのような方法は、一般に撮像することが望まれるこれらの試料の対象とする構造が、カラムの非点収差欠陥を明確に浮かび上がらせることを可能にしないパターンを有するので、実際には多くの試料に適用できないという重大な欠点を有する。例えば、撮像することが望まれる対象とする構造が水平な細片から成る試料の場合には、試料の対象とする構造の細片の向きに平行なこの水平方向での非点収差を評価し、補正することはできないであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第７１２６１２０号
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ｓ．  Ｈａｌａｓ、「１００  ｙｅａｒｓ  ｏｆ  ｗｏｒｋ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ」、Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ−Ｐｏｌａｎｄ、Ｖｏｌ．  ２４、Ｎｏ．  ４、２００６年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、顕微分光装置の電子光学カラムの欠陥、特に非点収差を補正することによって、試料の対象とする構造の、例えば光電子を用いる電子放出顕微分光撮像の方法における観察条件を最適化することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この目的で、本発明は、少なくとも、
−  撮像されるべき対象とする構造を含む試料の表面上に参照構造を形成するステップであって、互いに垂直で試料の表面に平行な面内にある２つの軸に沿う、参照構造の外側輪郭の寸法は、実質的に同様であるステップと、
−  二次電子を用いておよび内殻準位光電子を用いて顕微分光装置によって参照構造を撮像するステップと、
−  二次電子を用いるおよび内殻準位光電子を用いる参照構造の撮像中に現れる非点収差欠陥を除去するステップとを含み、
参照構造の材料は、内殻準位光電子を用いる観察中に、参照構造の材料の平均強度Ｉａと試料の材料の平均強度Ｉｂとの間のコントラストＣが、
【００１６】
【数１】
2010186747.tif 000003
【００１７】
であるように選択される、電子放出顕微分光装置の電子光学カラムの非点収差を補正するための方法を提案する。
【００１８】
ここで、および本明細書の残り全体にわたって、「平均強度」は、所与の領域に対する画像内の画素の光強度の平均値を意味するために採用される。
【００１９】
非点収差欠陥の除去は、顕微分光装置のスティグマトールの制御電圧の調節、次いで顕微分光装置の合焦電圧の調節によって行われてもよい。
【００２０】
二次電子を用いてまたは内殻準位光電子を用いて撮像できる参照構造はそれ故に、調べられるべき試料の表面上に形成される。撮像することが望まれる対象とする構造を含む試料上に形成される参照構造の使用のおかげで、対象とする構造のどんな幾何学様式（形状、寸法、その他）が撮像されるにしても、特に対象とする構造が、顕微分光装置のカラムの非点収差を補正するために単独では使用できない、縦方向に延びる要素、例えば細片を含むときには、顕微分光装置のカラムの非点収差を補正することが可能である。対象とする構造の、例えばＸＰＳ型の撮像はそれ故に、高方位分解能で行われてもよい。
【００２１】
参照構造はそれ故に、例えば円板形状または別の幾何学的形状の単一の材料部分を含んでもよい。
【００２２】
参照構造は、異なる大きさで、非ゼロの距離だけ互いに分離された同心状パターンを形成する、参照構造の材料の複数の部分を含んでもよい。
【００２３】
それ故に、参照構造の異なるパターンを使用することによって、異なる大きさの、即ち大きい、言い換えれば例えば約６００μｍと１００μｍとの間の、中間の、言い換えれば例えば約１００μｍと２５μｍとの間の、または小さい、言い換えれば例えば約２５μｍ未満の、視野上に現れる非点収差欠陥を補正することが可能である。使用者はそれ故に、対象とする視野に対してこれらの異なるパターンを観察し、非点収差欠陥を補正するために顕微分光装置の倍率を調節しなければならないだけである。
【００２４】
参照構造の材料部分の外側輪郭は、参照構造の中心の周りで互いに相似でありかつ／または３６０°延びてもよい。それ故に、参照構造は、互いに重なり合ういくつかの幾何学的パターン（正方形、円板、その他）を含んで、使用者のために非点収差の存在の視覚認識（定性的）を容易にしてもよい。
【００２５】
参照構造の材料部分のパターンは、互いの中に配置される幾何学的パターンを含む、または格子もしくはらせんパターン（いくつかの同心状パターンに分解でき、非ゼロの距離だけ互いに分離できる格子およびらせん）を含んでもよい。
【００２６】
例えば、参照構造の材料部分のパターンは、リングを含んでもよい。
【００２７】
参照構造の材料部分のパターンは、異なる幅（基板の面内での材料部分の寸法）を含んでもよい。
【００２８】
参照構造の外側輪郭の寸法は、非点収差の補正のために使用される顕微分光装置の視野に応じて選択されてもよく、例えば、顕微分光装置の視野の大きさの少なくとも約１／２５に等しくてもよい。例えば、約１２７μｍ未満の視野に対しては、参照構造の外側輪郭の寸法は、約２μｍと１０μｍとの間であってもよい。約２０μｍと１２７μｍとの間の視野に対しては、これらの寸法は、約５μｍと１０μｍとの間、例えば約１０μｍに等しくてもよい。約２０μｍ未満、例えば約１８μｍに等しい視野に対しては、これらの寸法は、約２μｍと５μｍとの間、例えば約５μｍに等しくてもよい。例えば顕微分光装置の視野の大きさの少なくとも約１／２５に等しい、十分な寸法の参照構造を形成するように選択することによって、非点収差の補正は、特に顕微分光装置が広い視野（例えば約２００μｍに等しい観察窓）および内殻準位光電子撮像で構成されるとき、内殻準位光電子を用いる顕微分光装置によって使用される典型的な視野において良好な計数統計で働く可能性を保持することによって容易になる。
【００２９】
加えて、内殻準位について非点収差を補正することが望まれるとき、もし内殻準位光電子の励起の確率が二次電子の励起の確率よりも低いならば、そのような寸法は、容易に撮像できる十分に大きな参照構造を形成することを可能にする。例えば、内殻準位光電子を用いる顕微分光装置は、一方では十分な計数統計を可能にするために十分に広い視野をおよび、他方では、例えば視野の大きさの約１／２５よりも大きい十分に大きな表面を有する参照構造を選択することによって、限られた輝度の励起源とともに使用されてもよく、このことは、画像の取得時間を低減することを可能にし、それ故に非点収差の調節を洗練するためにより多くの数の画像の取得を行うことを可能にする。
【００３０】
例えばＸＰＳ型の撮像機器の場合には、その空間分解能は、使用される放射のエネルギーに応じて変化する。参照構造の材料部分間の距離および／または参照構造の材料部分の幅（互いに垂直で試料の表面に平行な面内にある２つの軸の１つに沿った寸法）は、対象とする構造の観察中の顕微分光装置の最良の空間分解能の約２倍以上、または約１．５倍と２．５倍との間であってもよい。
【００３１】
約０．２以上のコントラストを得るためには、参照構造がその上に形成される試料の材料と比較して適切な材料で参照構造を形成することが必要である。この目的で、参照構造の材料は、その元素組成が試料の材料のものと著しく異なるように選択されてもよい。
【００３２】
それ故に、参照構造の材料の仕事関数と試料の材料の仕事関数との差は、約０．２ｅＶ以上であってもよく、および／または参照構造および試料の材料が少なくとも１つの同じ元素に基づくとき、参照構造の材料内のこの元素の濃度は、試料の材料内のこの元素の濃度と異なってもよく、および／または参照構造および試料の材料が同じ性質であるとき、前記材料は、異なってドープされてもよい。
【００３３】
有利には、参照構造の材料を、その材料の少なくとも１つの構成元素の内殻準位光電子が、試料の観察中に使用される励起ビームのエネルギーに応じて高断面積を有するように、選択することが可能である。参照構造の材料は、参照構造の材料の少なくとも１つの構成元素の内殻準位光電子の断面積が、約０．１Ｍｂａｒｎ（１Ｍｂａｒｎ＝１０−２２ｍ２）以上であるように選択されてもよい。そのような断面積を有する材料を選択することによって、参照構造の材料の内殻準位電子の光励起の良好な確率は、保証される。
【００３４】
参照構造の材料は、前記材料の構成元素の少なくとも１つを撮像するために使用される内殻準位光電子の運動エネルギーが、約数百ｅＶ以下、または約１０００ｅＶ未満であるようなものでもよい。例えば、撮像されるべきその中の光電子を、それらの運動エネルギーが低くなるような方法で励起することができる（運動エネルギーは励起ビームのエネルギーに依存する）材料を選択することによって、顕微分光装置によるそれらの透過率は、改善されて、参照構造の材料と試料の材料との間で得られるコントラストを改善する。
【００３５】
参照構造の材料は、電気的に導体または半導体であってもよい。電荷補償デバイスを使用することによって、参照構造の材料は、誘電体であってもよい。
【００３６】
参照構造の形成は、対象とする構造のどんな劣化も避けるために、対象とする構造から約１００μｍよりも大きい距離における試料上への参照構造の材料の局所的堆積の少なくとも１つのステップ、および堆積材料を機械加工し、参照構造を形成するステップを含んでもよい。
【００３７】
この場合には、参照構造の材料は、約１５ｎｍと２００ｎｍとの間の、有利には約３０ｎｍ未満の実質的に一様な厚さで堆積されてもよく、および／または機械加工は、堆積材料の厚さ内で約１ｎｍまたは２ｎｍよりも大きい深さで行われてもよい。
【００３８】
非点収差を補正するための方法はさらに、内殻準位光電子を用いて顕微分光装置によって参照構造を撮像するステップ、次いで参照構造の内殻準位光電子撮像中に現れる非点収差欠陥を除去するステップの実施より前に、二次電子を用いて顕微分光装置によって参照構造を撮像するステップ、次いで参照構造の二次電子撮像中に現れる非点収差欠陥を除去するステップを含んでもよい。
【００３９】
二次電子を用いるまたは内殻準位光電子を用いる参照構造の撮像中に現れる非点収差欠陥の除去は、カラムのスティグマトールの制御電圧の調節によって、次いで顕微分光装置の合焦電圧の調節によって行われてもよい。
【００４０】
本発明はまた、電子放出顕微分光撮像の方法にも関係し、上述のように非点収差を補正するための方法の実施、ならびに二次電子を用いておよび／または内殻準位光電子を用いて対象とする構造を撮像する１つまたは複数のステップを含む。
【００４１】
本発明は、純粋に表示のためであり決して限定のためにではなく与えられた実施形態の説明を読み、添付の図面を参照することによって、より良く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１Ａ】顕微鏡の光学系に非点収差がない状態で撮像された円形パターンを概略的に表す図である。
【図１Ｂ】異なる方向で顕著な非点収差に起因する変形がある状態で撮像されたこの同じパターンを概略的に表す図である。
【図２】本発明の目的である、撮像方法で使用される、例えば光電子を用いる電子放出顕微分光装置の電子光学カラムの例を表す図である。
【図３】本発明の目的である、撮像方法中に撮像された対象とする構造および参照構造を含む試料の例を表す図である。
【図４】本発明の目的である、撮像方法中に形成され、使用される参照構造の例を表す図である。
【図５】本発明の目的である、撮像方法中に排出された電子の運動エネルギーの関数として顕微分光装置の合焦電圧の変化を表現する外挿曲線を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
これから先で説明される、異なる図の同一の、同様のまたは同等の部分は、１つの図から次へと進むのをより容易にするように、同じ参照番号を有する。
【００４４】
図を読み取るのをより容易にするために、図内の異なる部分は、必ずしも一様な縮尺で表されていない。
【００４５】
異なる可能性（代替案および実施形態）は、互いに相互排他的ではないと理解されるべきであり、一緒に組み合わされてもよい。
【００４６】
まず、顕微分光装置の電子光学カラム１０を表す図２を参照すると、本明細書では電子光学カラム１０はＰＥＥＭカラムであり、図３で約８５μｍの視野内で表される試料１の全視野ＸＰＳ撮像方法を実施するために使用され、試料１上には円板形状の参照構造１００ａおよび撮像することが望まれる対象とする構造３がある。ここで説明される例では、対象とする構造３は、シリコンおよびシリコン−ゲルマニウムのエピタキシャル層のスタックの直線切断面であり、それ故にこの単一の対象とする構造３からカラム１０の非点収差の推定および補正を行うことを可能にするどんなパターンも含まない。
【００４７】
顕微分光装置はまた、エネルギー源１２、ここではＸ線放射体も含み、その放射を受け取る試料１の材料の原子を光電効果によって励起することを可能にする。カラム１０の光学システムはもっぱら、静電要素から成る。カラム１０は、試料１の表面とカラム１０の第１の要素を形成するエキストラクターとして周知の液浸レンズの第１の電極との間に印加される、例えば約７ｋＶ．ｍｍ−１に等しい強電界を用いて試料１から排出された光電子の収集を行う。前記エキストラクターは、合焦レンズと結合され、カラム１０の対物レンズ１４の一部を形成する。
【００４８】
カラム１０はさらに、光電子の最大開口角を制限することを可能にし、後部焦点面がその高さに形成される、コントラストアパーチャ１６を含む。カラム１０は次いで、偏向器／スティグマトール１８として周知の非点収差を補正し、偏向を調節するためのシステム、および中間画像がその中に形成される領域選択隔膜２０を含む。カラム１０は次いで、最終画像を与えるために中間画像を拡大するいくつかの投影レンズ２２および２４を含む。
【００４９】
カラム１０はさらに、光電子に作用することによって画像の増幅を行うＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート）２８、および電子画像をＣＣＤカメラ３２によって検出可能な光に変換する蛍光画面３０を含む検出器２６を含む。図２の例で表されるように、顕微分光装置１０はまた、検出器２６と投影レンズ２２および２４との間に配置される画像遅延フィルター３４を含むことができる。
【００５０】
カラム１０を用いて実施される試料１の全視野ＸＰＳ撮像の方法の例を、次に説明する。この方法中に、内殻準位光電子を用い、そしてなおさらそうだが、二次電子を用いるカラム１０の非点収差は、対象とする構造３のそばで試料１の表面上に形成される参照構造１００のおかげで補正され、その一例は、図４で表される。
【００５１】
図４の例では、参照構造１００ｂは、ブロック１０２を形成する第１の材料部分を含み、その形状は、図４で表される平面（Ｘ、Ｙ）に相当する試料１の表面の面内では、円板である。参照構造１００ｂはさらに、ブロック１０２を取り囲み、平面（Ｘ、Ｙ）内にリング形状を含む第２の材料部分１０４を含む。ブロック１０２およびリング１０４は、同心状であり、非ゼロの距離「ｅ」だけ互いに分離されて、ブロック１０２とリング１０４との間に間隙を形成し、その中では、試料１の表面の部分１０６は、参照構造１００ｂの材料によって覆われず、それ故にカラム１０によって見ることができる。この部分１０６は、平面（Ｘ、Ｙ）内でブロック１０２を取り囲むリング形状を含む。
【００５２】
ここではリング形状部分１０４の「ｄ」と参照符号が付けられた外側直径に相当する、参照構造１００ｂの全体的な大きさ、言い換えれば試料１の表面の面内での参照構造１００ｂの外側輪郭の寸法は、顕微分光装置の視野の約１／２５よりも大きく、例えば約９０μｍの視野に対して約１０μｍに等しい。視野に応じて、参照構造１００ｂの全体的な大きさが、視野の約１／２５未満であることもまた可能である。この参照構造１００ｂはそれ故に、異なる視野に対して内殻準位光電子を用いる、同様に二次電子を用いる非点収差の補正と両立できる十分大きな表面を提供する。
【００５３】
参照構造１００ｂの異なる材料部分間の間隔、同様にこれらの部分の幅（試料１の表面の面内、言い換えれば平面（Ｘ、Ｙ）内の寸法）は、観察機器、即ち電子光学カラム１０の空間分解能に応じて選択される。図４の例では、この間隔は、図４では「ｅ」と参照され、ブロック１０２をリング部分１０４から分離するギャップに相当する。このギャップ「ｅ」、同様に「ｌ」と参照符号が付けられたリング部分１０４の幅およびブロック１０２の直径「ｍ」は、入射放射のエネルギーに応じて、顕微分光装置によって試料について得られる最良の実際的な空間分解能の約２倍に等しく、または約１．５倍と２．５倍との間に選択される。
【００５４】
例えば、「ＮａｎｏＥＳＣＡ」型顕微分光装置の場合には、実験室ＡｌＫα型Ｘ線源を約１４８６．７ｅＶで使用することによって、測定される最良の空間分解能は、約５００ｎｍに等しい。ギャップ「ｅ」、幅「ｌ」および直径「ｍ」はそれ故に、少なくとも約１μｍに等しく選択される。シンクロトロン放射などの軟Ｘ線型線源を約２５０ｅＶで使用することによって、測定される最良の空間分解能は、約１００ｎｍに等しい。ギャップ「ｅ」、幅「ｌ」および直径「ｍ」はこの場合、少なくとも約２００ｎｍに等しく選択される。最後に、約４．９ｅＶに等しい実験室型ＵＶ源、例えば水銀放電を使用することによって、空間分解能はこの場合、約４０ｎｍに等しい。ギャップ「ｅ」、幅「ｌ」および直径「ｍ」はそれ故に、少なくとも約８０ｎｍに等しく選択される。
【００５５】
参照構造１００ｂの材料、言い換えれば部分１０２および１０４の材料は、試料１の材料に対して良好なコントラストを有するために、参照構造１００ｂがその上に形成される試料１の材料に応じて選択される。参照構造１００ｂの材料は、参照構造１００ｂのその部分の材料の平均強度Ｉａと試料１の材料の平均強度Ｉｂとの間のコントラストＣが、
【００５６】
【数２】
2010186747.tif 000004
【００５７】
であるように選択される。
【００５８】
そのようなコントラストは、試料１の材料の仕事関数と比較して仕事関数の差を有する、試料１の材料とは化学的に似ていない材料から参照構造１００ｂを形成するために選択することによって得られてもよい。実際、この仕事関数の差は、部分１０２および１０４を形成する参照構造１００ｂの材料、および試料１の材料の局所電子構造が異なることを示唆する。光励起の確率および電子が放出され始めるエネルギーしきい値（光電子放出しきい値）はそれ故に、参照構造１００ｂの材料の場合、試料１の材料のそれらとは異なり、これにより、２つの材料間のコントラストに対応して、得られる画像に強度の差がもたらされる。参照構造１００ｂの材料は特に、試料１の材料とは異なる光電子放出しきい値を有するように、例えばこれらの材料の仕事関数が少なくとも０．２ｅＶだけ異なるように選択されてもよい。シリコンに基づく試料１の場合には、参照構造１００ｂの材料は、例えばタングステン、ゲルマニウム、ガリウムまたは代わりにチタンの中から選択される。加えて、試料１および参照構造１００ｂの材料は、励起源が低エネルギー励起、例えばＵＶ源を含むとき、これらの材料の仕事関数の値が励起源のエネルギーよりも低いように選択されてもよい。それぞれの材料の仕事関数の値は、例えば非特許文献１で説明される。
【００５９】
代替案では、試料１の材料と参照構造１００ｂの材料との間のコントラストの差はまた、これらの材料に共通する元素の濃度を変えることによって得られてもよい。例えば、試料１は、ＧａＡｓに基づき、参照構造１００ｂは、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓに基づくことも可能である。別の代替案では、コントラストの差はまた、例えば前記材料が半導体であるとき、２つの材料のうちの１つのドーピングレベルをもう１つと比較して変えることによって得られてもよい。例えばｎ−ドープシリコンに基づく試料１およびｐ−ドープシリコンに基づく参照構造１００ｂを有することが可能である。
【００６０】
もし内殻準位光電子を用いるカラム１０の非点収差の補正がこの方法で行われるならば、十分なイオン化電子を有し、それによって比較的短い取得時間（最長でも数分）で内殻準位光電子を用いて画像を得るために、内殻準位光電子を用いて画像および試料１の表面と参照構造１００ｂとの間のコントラスの強度を最大にすることもまた望まれる。
【００６１】
内殻準位光電子を用いる観察の場合には、コントラストの強度は、試料１の表面に到達する光子束に比例する。シンクロトロン放射を使用することにより、内殻準位光電子を用いて得られる画像でのコントラストの強度を最大にするために、この光子束が最大にされることを保証することが可能である。
【００６２】
また、参照構造１００ｂの材料は、ここでは、試料１の表面を調べる入射放射に応じて選択される。実際、本発明者らは本明細書では、材料の所与の元素および所与の光子エネルギーに対して、所与の電子殻の光励起の確率に相当する、材料の断面積パラメータに関心がある。この断面積はそれ故に、考えられる元素、考えられる電子殻および光子の入射エネルギーにもまた一度にかつ同時に依存する。現在の場合には、参照構造１００ｂの材料は、この材料を構成する元素の内殻準位光電子が、少なくとも０．１Ｍｂに等しい断面積を有するように選択される。
【００６３】
最後に、参照構造１００ｂの材料は、その内殻準位光電子の運動エネルギーに応じて選択される。このようにして、内殻準位光電子の運動エネルギーができる限り低い、例えば最大でも数百ｅＶに等しいまたは約１０００ｅＶ未満である、内殻準位を撮像することを目標とする。実際、カラム１０の透過率Ｔは、光電子の運動エネルギーＥｋに反比例して、
【００６４】
【数３】
2010186747.tif 000005
【００６５】
であるように変化し、ただし、ｒａｐは、カラム１０のコントラスト開口半径１６である。
【００６６】
それ故に、内殻準位光電子が良好な断面積（≧０．１Ｍｂ）を有する材料に対しては、透過率を改善するように、高結合エネルギーを、それ故に低運動エネルギー（＜２００ｅＶ）を有する元素が好ましい。以下の表は、１４８６．７ｅＶでのＸ線励起ビームによって照射されたいろいろな材料に関連する断面積および運動エネルギーの値を与える。「線」列は、撮像された光電遷移に相当する。
【００６７】
【表１】
2010186747.tif 000006
【００６８】
最後に、参照構造１００ｂの材料はまた、顕微分光装置の透過率を最大にするように、前記材料が試料１の材料の内殻準位結合エネルギーに近い内殻準位結合エネルギーを有するように選択されてもよい。
【００６９】
最後に、参照構造１００ｂの材料は、帯電効果を避けるための、および超高真空（約１０−７Ｐａ未満の圧力）下で脱気しない非電気絶縁材料の中から、言い換えれば、導体または半導体材料の中から選択されてもよい。
【００７０】
参照構造１００ｂが形成される材料を、選択することを可能にする方法の例を、次に説明する。
【００７１】
周知の励起ビームのエネルギーに応じて、二次電子を用いる非点収差の補正を行うために、試料１の材料に対して少なくとも約０．２ｅＶに等しい仕事関数の差を有する材料が、決定される。
【００７２】
もしこれらの材料のいずれかから形成される参照構造を用いて得ることができる非点収差の補正が、十分であるならば、これらの材料の１つが、参照構造１００ｂを形成するために選択される。
【００７３】
もし二次電子を用いる非点収差の補正が十分でなく、もし内殻準位光電子を用いて非点収差を補正することができることが望まれるならば、周知の励起ビームのエネルギーに応じて、先に選択された材料の中から、内殻準位光電子が約０．１Ｍｂ以上の断面積を有する材料が、選択される。
【００７４】
好ましくは、この新しく選択された材料の中から、試料１の材料に対する良好なコントラスト（０．２以上）、同様に低運動エネルギー（例えば約２００ｅＶ未満）でかつ対象とする構造３の材料の光電遷移に近い光電遷移を有する１種類または複数種類の材料が、次いで選択される。
【００７５】
いったん参照構造１００ｂの材料が選択されると、次いで参照構造１００ｂが形成される。
【００７６】
参照構造１００ｂの材料は、例えばＦＩＢ（集束イオンビーム）型の局所的堆積技術によって堆積され、次いで参照構造１００ｂの同心状部分１０２、１０４を形成するために機械加工される。堆積を行う機器自体が、形成される参照構造１００ｂ内にひずみを引き起こさないように、非点収差欠陥に対して補正される。
【００７７】
参照構造１００ｂは、対象とする構造３の近くに、例えば対象とする構造３から数十ミクロンに、または最大でも約５００μｍに堆積される。実際、もし収差を補正すること、言い換えれば光学カラム１０の要素をできる限り最良に整列させることが求められるならば、参照構造１００ｂを使用して非点収差の補正を行った後、参照構造１００ｂを撮像することから対象とする構造３を撮像することへ進む際の移動を制限し、それによって光学カラム１０の調整を誤り、もう一度収差を導入する機会を制限するために、参照構造１００ｂを対象とする構造３から分離する距離をできる限り低減することが好ましい。それ故に、参照構造１００ｂについて非点収差を補償することにより、もし対象とする構造３が近いならば、撮像されるべき対象とする構造３の領域について残留収差の補正の最小化は、保証される。
【００７８】
試料１の表面上に参照構造１００ｂの材料を堆積させることによって、使用される局所的堆積技術が何であれ、周囲を汚染する可能性があるという事実もまた考慮される。それ故に、対象とする構造３を損傷しないように十分な距離を選択することに注意が払われる。もしこの材料の堆積に起因する損傷の範囲が知られていないならば、使用されず、対象とする構造３から遠く離れた試料１の表面の領域上に参照構造１００ｂの材料を最初に堆積させることが可能である。次いで汚染された帯域を測定し、試料１上の対象とする構造３の近くでの参照構造１００ｂの材料の堆積中にこの距離を考慮することが可能である。
【００７９】
参照構造１００ｂを形成するために、好ましくは、画像のあり得るひずみを避けるために、できる限り最小のトポグラフィを有する一様な厚さの堆積が、行われる。この堆積は特に、例えば約１５ｎｍと３０ｎｍとの間の高さで行われてもよい。それにもかかわらず、参照構造１００ｂを形成するために、より厚い堆積（例えば３０ｎｍと２００ｎｍとの間、またはさらに厚くさえ）を行うことが、可能である。
【００８０】
もし観察されるべき対象とする構造３の表面が、それにもかかわらず汚染されるまたは酸化されるならば、前記表面は、顕微分光装置内の超高真空下でイオン衝撃を行うことによって清浄にされる。参照構造１００ｂの材料の堆積は、参照構造１００ｂが、そのようなイオン衝撃に耐えることができるように、薄過ぎない、言い換えれば少なくとも数ナノメータの厚さであることを保証することに注意が払われる。
【００８１】
参照構造１００ｂの材料を堆積させた後、参照構造１００ｂの材料を通り抜けて、基板１に至るまで確実に機械加工するために、堆積高さプラス約１または２ｎｍに相当する深さで、機械加工が行われる。トポグラフィの影響を避けるために、彫り込み厚さを最小限にすることに注意が払われる。材料の単純な堆積では一般に、きちんとした、明確な構造が得られず、そのような構造は他方では、材料の堆積後に機械加工を行うことによって得ることができる。この機械加工はそれ故に、材料の局所的堆積から、参照構造１００ｂの異なる部分（図４での１０２および１０４）を形成することを可能にする。
【００８２】
もしここで調べられる対象とする構造３が、ＳｉおよびＳｉＧｅのエピタキシャル層のスタックによって形成されるならば、参照構造１００ｂは、例えばタングステンに基づく。実際、４．８５ｅＶである、試料１の材料、ここではシリコンの仕事関数は、４．５５ｅＶであるタングステンの仕事関数と異なる（０．３ｅＶの差）。１４８６．７ｅＶの励起エネルギー（ＡｌＫα型Ｘ線源）に対してタングステンから排出される内殻準位光電子の断面積は、約０．１５Ｍｂに等しい。
【００８３】
もしここで１４８６．７ｅＶで使用されるＸ線源が、約５００ｎｍの空間分解能を得ることを可能にするならば、約１μｍの周期に従って互いの中に配置される同心状リングの形で参照構造１００ｂを形成することが、決定されてもよく、タングステンは、約２０ｎｍに等しい厚さでＦＩＢによって堆積され、次いで参照構造１００ｂの同心状部分を形成するために機械加工される。
【００８４】
先に説明された参照構造１００ｂの例は、いくつかの同心状材料部分を含むけれども、この単一の材料部分は、カラムの非点収差を補正するために使用できるので、参照構造が単一の材料部分だけを含むこともまた可能である。このことは、互いに関して垂直で試料の表面に平行な面内にある２つの軸に沿う参照構造の外側輪郭の寸法が、例えば円板（例えば図３で表される参照構造１００ａなど）、正方形、または多角形などの他の規則的な幾何学的形状に対する場合がそうであるように、実質的に同様であるときにそうである。
【００８５】
参照構造１００ｂの形成の後、参照構造１００ｂに近接して、試料１の表面上に十字形マークを形成することもまた可能である。好ましくは非対称な、そのような十字形は、撮像方法の実施中に参照構造１００ｂを容易に位置付けることを可能にする。実際、試料１の表面が撮像されるときには、広い視野（数百マイクロメータを超える視野）から始められ、参照構造１００ｂを位置付けることが困難である。この十字形はそれ故に、使用者が、参照構造１００ｂを見いだし、撮像するために、参照構造１００ｂがその中にある領域を特定し、十字形が非対称であるときは、試料１に関してカラム１０を移動させる方向を知ることを可能にする。ここで説明される例では、この十字形は、ＦＩＢ堆積によって形成され、十字形の枝部の大きさは、約２００μｍに等しい。一般的に言えば、十字形以外の形状のマーク用パターンを形成することもまた可能である。
【００８６】
参照構造１００ｂを形成した後、形成された参照構造１００ｂが、所望の構造（寸法、トポグラフィ、形状、その他）に相当することが検証される。例えばそのような検証は、例えばＫＦＭ（ケルビン力顕微鏡）、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）またはＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）型の相補型表面特性化技術によって行われる。
【００８７】
もし形成された参照構造１００ｂが所望の参照構造に相当するならば、参照構造１００ｂを含む試料１は、顕微分光装置内に導入される。十字形マークから、参照構造１００ｂの位置が決定され、次いで参照構造１００ｂが、所与のエネルギーの二次電子に対して、広い視野（例えば６００μｍ）によって撮像される。選択されたそれぞれの視野に対して、カラム１０の合焦および偏向が調節される。
【００８８】
二次電子を用いた観察での非点収差が、次いで補正されてもよい。この目的で、顕微分光装置の合焦電圧が、変動される。もし参照構造１００ｂが変形して見えるならば、スティグマトール１８の軸ＳｘおよびＳｙの電圧が、調節される。顕微分光装置の合焦電圧が次いで、所与のエネルギーに対して修正される。
【００８９】
次いで中間視野（例えば約１００μｍ）に変わり、先に説明されたように二次電子を用いる非点収差の補正および偏向の補正を行うことが可能である。
【００９０】
次いで、撮像モードから分光モードに変わる。
【００９１】
第１のスペクトルは、試料の表面に存在する元素を決定するために低分解能で取得される。参照構造１００ｂの形成中の材料の堆積による試料の表面の、それ故に対象とする構造３の汚染の程度を決定することが、それによって可能である。例えば、もし炭素のピークが検出されるならば、対象とする構造３の内殻準位の高分解能撮像を行う前に、イオン衝撃が、試料の表面をはぎ取るために行われる。この第１のスペクトルは、元素定量分析を行い、対象とする構造３の対象とする元素の線、即ちその中の内殻準位を撮像したいと望む線を決定することを可能にする。
【００９２】
この目的で、対象とするスペクトル線のマーク付けが、最初に行われる。対象とする線のそれぞれの高分解能スペクトルが次いで、試料１上に存在する対象とする構造３の内殻準位光電子の運動エネルギー、それ故に結合エネルギーの洗練された測定を有するように取得される。
【００９３】
撮像は、狭い視野（例えば約２５μｍ未満）内で異なる運動エネルギーにおいて行われ、このことは、顕微分光装置の合焦電圧の再調節を示唆する。この電圧は、電子の運動エネルギーだけでなく、カラム１０の対物レンズ１４に関して対象とする構造３の距離にもまた依存する。二次電子の所与の運動エネルギーに対する合焦電圧を見いだした後、二次電子のフィルタリングを行うための別の運動エネルギーが、選択され、新しい合焦電圧が、求められる。
【００９４】
対象とする構造３の内殻準位光電子撮像を行うことを可能にするであろう合焦電圧の考えを有するために、得られた曲線の外挿が次いで、例えば適切なソフトウェアによって行われ、光電子の結合エネルギーの（それ故に運動エネルギーの）関数として合焦電圧を与える。より多くの積分時間が、内殻準位に対して必要とされるので、正しい合焦電圧を前もって知ることは、撮像方法を行うための時間を低減することを可能にする。図５は、そのような外挿によって得られる曲線の例を表し、光電子の運動エネルギーの関数として合焦電圧の変化を与える。
【００９５】
対象とするそれぞれの線に対して、言い換えればそれぞれのフィルタリングエネルギーに対して、参照構造１００ｂに対してであろうと対象とする構造３に対してであろうと、いくつかの画像が、最良の合焦電圧を見いだすために、内殻準位光電子についての異なる合焦電圧に対して生成される。
【００９６】
前記最良の合焦電圧を決定した後、参照構造１００ｂの材料の内殻準位が、次いで撮像され、参照構造１００ｂについての非点収差が、スティグマトール１８の制御電圧を介して補正される。
【００９７】
参照構造１００ｂについて非点収差が補正されると、視野は、対象とする構造３上へ移動される。合焦電圧についての検証は、合焦電圧が変化しなかったことを調べることによって、およびもし必要ならば合焦電圧を補正することによって行われる。対象とする構造３の内殻準位についての高分解能撮像が、次いで行われる。
【００９８】
最初に二次電子画像について、次いで内殻準位光電子画像について非点収差を補正することによって、顕微分光装置の電子光学カラムの非点収差の解消が、次第に洗練される。
【符号の説明】
【００９９】
１  試料
３  対象とする構造
１０  顕微分光装置の電子光学カラム
１２  エネルギー源
１４  対物レンズ
１６  コントラスト開口
１８  偏向器／スティグマトール
２０  領域選択隔膜
２２  投影レンズ
２４  投影レンズ
２６  検出器
２８  ＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート）
３０  蛍光画面
３２  ＣＣＤカメラ
３４  画像遅延フィルター
１００ａ  参照構造
１００ｂ  参照構造
１０２  ブロック、第１の材料部分
１０４  リング、第２の材料部分
１０６  試料１の表面の部分
【図１Ａ】
2010186747.tif 000009
【図１Ｂ】
2010186747.tif 000010
【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図３】
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