(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを生成するビーム源、試料に照射するためのレンズを有する収束系、検出系上で前記試料の拡大像を生成するレンズを有する投影系を有する荷電粒子ビーム装置における放射線検出器の保護方法であって：
収束レンズの設定、投影レンズの設定、荷電粒子ビームエネルギー、及びビーム電流を含む第1組のパラメータを用いることによって、前記検出器を放射線で露光する手順；
パラメータの変化を要求する手順；
パラメータが変更される前に、前記の変更されたパラメータで検出器が露光される束密度の予測を行う手順であって、前記予測は、収束レンズの設定、投影レンズの設定、荷電粒子ビームエネルギーの設定、ビーム電流からなる群から選ばれる1つ以上の入力変数を備える光学モデル又はルックアップテーブルに基づく、手順；
前記の予測された束密度と、所定の値とを比較する手順；
前記比較に依存して、前記予測された束密度が前記所定の値未満であるときには、前記パラメータの変更を行い、又は、前記予測された束密度が前記所定の値よりも大きいときには、要求されたパラメータの変更に係る束密度での前記検出器の露光を回避する手順；
を有する方法。
【請求項２】
前記の比較する手順の結果、前記予測された束密度が前記所定の値よりも大きいときには、警告又はエラーメッセージが発生する、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記検出器が直接電子検出器で、
前記放射線は電子を有し、かつ
前記束密度は電流密度である、
請求項1又は2に記載の方法。
【請求項４】
前記検出器が、試料を透過する電子を検出するように備えられている、請求項3に記載の方法。
【請求項５】
前記警告又はエラーメッセージが発生するとき、前記レンズの励起とビームエネルギーが変化しない、請求項2に記載の方法。
【請求項６】
前記警告又はエラーメッセージが発生するとき、前記ビームのブランキングが、ビームブランキング装置によって行われる、請求項2に記載の方法。
【請求項７】
前記ビームのブランキングが、前記パラメータを変更したときに、前記ビームブランキング装置によって行われる、請求項6に記載の方法。
【請求項８】
前記検出器の照射量が前記所定の値を超える結果、前記検出器が恒久的な損傷を受ける、請求項3乃至7のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記検出器が、電子を直接検出するためのCMOSチップ又はCCDチップを備える、請求項3乃至7のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
第1組のパラメータを用いて前記検出器を放射線によって露光する前に、様々なパラメータの組についてのビーム電流を測定することによって、前記光学モデル又はルックアップテーブルを校正する手順をさらに有する、請求項1乃至9のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
請求項1乃至10のいずれかに記載の方法を実行するように、プログラミング可能な制御装置を有する荷電粒子ビーム装置を動作させるコンピュータプログラム。
【請求項１２】
請求項11に記載のコンピュータプログラムを記憶したコンピュータ読取り可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビームを生成するビーム源、試料に照射するためのレンズを有する収束系、検出系上で試料の拡大像を生成するレンズを有する投影系、放射線検出器を有する検出系を有する荷電粒子ビーム装置における放射線検出器の保護方法に関する。当該方法は、第1組のパラメータを用いることによって、前記検出器を放射線へ露光する手順、及び、パラメータの変化を要求する手順、を有する。
【０００２】
当該方法は、透過型電子顕微鏡(TEM)から既知である。
【背景技術】
【０００３】
TEMでは、電子銃は、50keV〜400keVの調節可能なエネルギーを有する電子ビームを生成する。電子ビームは、試料位置に保持された試料に照射するため、収束レンズと偏向コイルによって操作される。試料は試料ホルダによって位置設定されることで、関心領域が見えるようになる。投影系は、検出系上の試料の一部の拡大像を生成する。典型的な倍率は、103〜106以上の範囲に及ぶ。典型的な分解能は100pm（ピコメートル）以下である。
【０００４】
像は一般的には、CCD又はCMOSチップ上で結像される蛍光スクリーンを備える検出器上に生成される。しかしより多くの直接電子検出器(DED)が用いられる。DEDの利点は、所与の露光で、良好な信号対雑音比(SNR)となることである。これは利点である。なぜなら、試料が電子ビームの照射によって損傷を受けることで、試料に衝突する電子を可能な限り少なくすることが重要だからである。
【０００５】
DEDの課題は、DEDが容易に過照射されてしまう恐れがあることである。本願発明者等による実験は、硬化されたCMOSチップでは、14×14μm2画素内に合計5×106個の電子を露光すると、恒久的な損傷−より具体的には所謂暗電流の増大−が生じ、その結果として、SNRの増大と、検出器が動作しなくなるダイナミックレンジの減少を引き起こすことを示した。このような露光は、検出器の寿命にわたって蓄積する照射量に関連する。従ってたとえ短時間であっても高電流密度での露光は避けなければならない。
【０００６】
CMOS直接電子検出器の議論−特に利点と故障メカニズム−については、非特許文献1を参照して欲しい。
【０００７】
当業者には知られているように、TEMの設定−たとえば倍率、コンデンサの設定等−は、試料の観察中によく変更される。顕微鏡の設定が変更されたときのDEDへの損傷を回避する従来技術に係る方法は、レンズの励起を変更する間にビームのブランキングを実行する手順、検出器を引っ込める手順、新たな設定を用いることによって、たとえば蛍光スクリーン上の電流（密度）を測定する手順を有する。この測定に基づいて、DED再挿入又は顕微鏡の設定の変更が決定される。これは、非常に時間のかかるプロセスである。
【０００８】
従って、ユーザーの知見に基づく別の方法が用いられる。しかしこのような方法もまた、DEDに恒久的な損傷を与える恐れがある。
【０００９】
荷電粒子ビーム装置における放射線検出器を保護する安全が保証されている迅速な方法が必要とされる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】バッタグリア(M. Battaglia)他,Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A, 第622巻、pp.669-677、2010年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上述の方法を供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的のため、本発明の方法は、
−  変更されたパラメータで検出器が露光される束密度の予測を、前記パラメータが変更される前に行う手順であって、前記予測は、収束レンズの設定、投影レンズの設定、荷電粒子ビームエネルギーの設定、ビーム電流からなる群から選ばれる1つ以上の入力変数を備える光学モデル又はルックアップテーブルに基づく、手順、
−  前記の予測された束密度と、所定の値とを比較する手順、
−  前記比較に依存して、前記予測された束密度が前記所定の値未満であるときには、前記パラメータの変更を行い、又は、前記予測された束密度が前記所定の値よりも大きいときには、要求されたパラメータの変更に係る束密度での前記検出の露光を回避する手順、
を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明は、荷電粒子ビーム装置の光学系の挙動モデルが、光学モデル又はルックアップテーブルの形態で利用可能であるときには、放射線検出器がどの程度露光されるのかを予測できるという知見に基づいている。予測された露光が所定レベルよりも大きい場合には、変更は行われず、かつ/あるいはビームはブランキングされたままであることで、検出器は、前記高レベルの放射線によって露光されない。しかし予測された露光が所定レベル未満である場合には、前記放射線によって検出器を露光することは安全であり、かつ、変更は行われる。好適には、当該装置は、予測された束密度が所定値よりも大きいときにはエラーメッセージ又は警告を発生して、要求されたパラメータの変更は行われない。
【００１４】
好適実施例では、放射線検出器は直接電子検出器であり、放射線は電子を有し、かつ、検出された束密度は電流密度である。
【００１５】
電子を検出するとき、束密度は電流密度として表されて良い。他の非SI単位−たとえば（電子の個数）/(μm2・s)−もまた用いられる。
【００１６】
荷電粒子ビーム装置は透過型電子顕微鏡であって良い。
【００１７】
前述したように、DEDはTEMで用いられる。一例は、本願出願人のFEIが製造するTitan（商標）で用いられるFalcon（商標）検出器である。
【００１８】
好適には、警告又はエラーメッセージが発生するときには、レンズの励起は変更されず、かつ/あるいは、ビームはブランキングされたままである。その結果、検出器は、該検出への恒久的な損傷を引き起こす過露光を受けない。
【００１９】
レンズの励起及び/又はビームエネルギーを変更する結果、検出器の露光が多くなることが考えられる。従って変更中、ビームは、（静電的及び/又は磁気的）ビームブランキング装置によってブランキングされることが好ましい。
【００２０】
当該方法は、検出器への恒久的な損傷を生じさせる過露光からCMOS及びCCDチップを保護するのに特に有効であることが示された。
【００２１】
ルックアップテーブル(LUT)又は光学モデルの精度を改善するため、校正が行われても良い。
【００２２】
当業者にとっては明らかなように、光学モデルが良好になれば、校正は不要となる。また観察期間が一のビームエネルギーに限定されるときには、校正はその一のエネルギーに限定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】DEDを備えるTEMを概略的に図示している。
【図２】本発明による方法のフローダイアグラムを概略的に図示している。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
ここで図面を用いることによって本願発明を説明する。図中、対応する番号は対応する部材を指称する。
【００２５】
図1は、直接電子検出器を備える透過型電子顕微鏡を概略的に図示している。
【００２６】
図1は、光軸100に沿って電子ビームを放出する電子源101を図示している。位置合わせコイル102は、光軸に沿うビームが中心を通るように配置される。ビーム制限アパーチャ103は、ビームとビーム電流を制限する。収束レンズ104は、試料位置の試料111が照射されるようにビームを操作する。試料の位置は、試料マニピュレータ112によって、関心領域のみが照射されるように変更することができる。試料は、磁気対物レンズ105の磁場内に設けられる。その結果、対物レンズは、試料の中間像を生成する。前記中間像−既に拡大像である−は、拡大像が蛍光スクリーン107上に生成されるまで、投影レンズによってさらに拡大される。蛍光スクリーンは、覗き窓108を介して見ることができる。そのスクリーンはヒンジ109上に設けられ。そのため、拡大像が直接電子検出器上に生成されるように、そのスクリーンをビーム経路から外すことが可能である。電気的なスクリーン107は、リード線152を介して電流測定機器153と接続する。それによりスクリーン上に衝突する電流を測定することができる。TEMは、筐体120、排気ダクト121、及び1つ以上の真空ポンプ122をさらに有する。顕微鏡は、全ての信号を制御し、かつ、検出器信号を取得して、該信号をモニタ（図示されていない）上に表示する制御装置（図示されていない）をさらに有する。取得及び処理は、顕微鏡の制御装置によって行われて良いが、
別のコンピュータによって行われても良いことに留意して欲しい。前記コンピュータは、制御装置と通信して良い。よって前記コンピュータを制御装置の一部と定義するか否かは言葉の問題である。
【００２７】
顕微鏡は、ビームのブランキングを行うビームブランキング装置（図示されていない）をさらに有する。前記ビームブランキング装置とは典型的には、電子源と試料位置との間に設けられた磁気偏向器である。
【００２８】
1つ以上の真空ポンプ122は一般的には、10-4〜10-10mbarの真空度にまでTEMの電子源領域を排気する。当業者に知られているように、真空ポンプの種類は、イオンゲッターポンプ、ターボ分子ポンプ、油拡散ポンプ等からなる群から選ばれて良い。上記ポンプは、必要な場合には、プレ真空ポンプで拡張されて良い。
【００２９】
TEM内の試料は、一般的には25nm〜1μmの極端に薄い試料である。そのような薄い試料は、該試料に衝突する電子の少なくとも一部を透過する。そのような電子は一般的に、50keV〜400keVの調節可能なエネルギーを有する。その結果、たとえ電子が試料と相互作用し、かつ、たとえば散乱され、又はエネルギーを失っても、その電子の一部は試料を透過する。像は透過した電子を利用して作られて良い。像は、吸収コントラスト（試料のある部分は、その試料の他の部分よりもより多くの電子を捕らえる）、若しくは（非散乱電子及び散乱電子の干渉による）位相コントラストを示し、又はエネルギー損失を表す。
【００３０】
また他の種類の情報−たとえば回折パターンによる結晶学的情報−が得られても良いことに留意して欲しい。
【００３１】
試料は、エネルギーを有する電子による照射によって容易に損傷するので、前記電子の露光は最小限に保たれなければならない。このため、高いSNR−高DQE（検出量子効率）とも表される−を有する検出器が要求される。DEDはそのような要求に応えるように導入された。しかし前述したように問題は、DEDは衝突電子によって損傷を受け、かつ、検出器は、μm2あたりである量の電子（厳密な量は、検出の設計と電子のエネルギーに依存する）を検出した後に寿命に達してしまうことである。
【００３２】
従来技術では、スポット（スクリーン上のある領域を表す）内での電流が、電流計153によって測定され、かつ、その測定を利用することによって、ユーザーは、検出器を電子で露光するか否かを判断しなければならなかった。
【００３３】
本発明は、顕微鏡のLUT又は光学モデルを用いた予測によって、検出器151上の電流を事前に推定することを提案する。より具体的には、光学モデルは、アパーチャ103、収束レンズ104、及び投影レンズ106、及び電子源101の電圧を有する。
【００３４】
図1は、単なる概略図に過ぎず、TEMは多くの位置合わせコイル、アパーチャ等を有し、かつ、たとえばX線検出器のような多くの検出が用いられて良いことに留意して欲しい。またDEDは、たとえばビーム経路に挿入されるシリコンダイの形態をとっても良い。これらの変化型全ては、当業者には自明である。
【００３５】
図2は、本発明による方法のフローダイアグラムを概略的に図示している。手順200は、第1組のパラメータを用いたTEMが供されていることを示している。手順202は、検出器の不要な照射を回避するため、ビームブランキングが行われていることを示している。手順204は、前記パラメータを、他の組の値に設定するため、要求又は命令が顕微鏡の制御装置に与えられることを示している。手順206は、前記の要求されたパラメータの組から生じた照射量が予測されることを示している。手順208は、前記予測された値が、所定の値と比較されることを示している。手順210は、前記予測された値が前記所定の値未満であるときには、前記パラメータが、前記要求された値に設定されることを示している。手順212は、前記ビームブランキングが解除されることで、前記検出器は、手順206において決定された予測された値に略近い値の露光を受けることを示している。手順214は、前記予測された値が前記所定の値を超えるときには、好適にはユーザーインターフェース(UI)上に警告が発生することを示している。
【００３６】
手順200、手順202、手順204、手順210、及び手順212は、従来技術の一部である。TEMユーザーは、第1組のパラメータ（試料電流（密度）、倍率、ビームエネルギー）で顕微鏡を操作し、パラメータの組を変更しようとする。その理由は、たとえば試料の観察期間中に、異なる倍率で像を生成する必要があるからである。ビームのブランキングが行われ、顕微鏡の制御装置は、関連するパラメータを変更するように指示を受け、ビームのブランキングは再度解除される。ビームのブランキングが解除される時点では、検出器は、高照射量の露光を受けるので、寿命の照射限界に達する恐れがある。
【００３７】
このような意図しない露光を回避するため、本発明は、パラメータの変更前に検出器に衝突する露光量を予測することを提案している。そのような予測は、パラメータの組の効果を推定することのできるLUT（ルックアップテーブル）又は光学モデルを用いて行われることが好ましい。LUTは、外挿を必要とし、かつ、必要に応じて多くの次元を有することができる。またパラメータの挙動が式で表現されている光学モデルが用いられても良い。LUTと光学モデルを組み合わせたものが用いられても良い。LUTと光学モデルの精度は、校正−つまり、どの程度の露光及び/又は露光量依存性が、所与の組の設定で起こるかを決定すること−によって改善することに留意して欲しい。
【００３８】
手順202におけるビームのブランキングは、手順204における所望のパラメータの組の定式化前には表されていないが、この順序で実行する必要は必ずしもないことに留意して欲しい。ビームのブランキングを実効/解除することによって本願発明の方法を実行することさえも可能である。しかし、パラメータ変更中に、試料及び/又は検出器の照射が最大レベルを超える中間状態が発生する問題が起こりうる。
【００３９】
手順214において警告及び/又はエラーメッセージを発生させた後、パラメータの組の変更が延期されるのが好ましく、典型的には全プロセスが手順204から先で繰り返された後、顕微鏡（の制御装置）はユーザーの指示を待つ。
【００４０】
ユーザーが、警告又はエラーメッセージを無視して、過露光の危険性及び検出器の損傷の可能性をとることも考えられることに留意して欲しい。
【００４１】
手順214には、「無行為」（実際の警告もエラーメッセージも発生させない）、及び、たとえば前記指示のユーザーマニュアルにおける説明箇所が実装されても良いことに留意して欲しい。しかし警告又はエラーメッセージが好ましい。警告又はエラーメッセージは、音による警告、制御スクリーン上での文字メッセージ、光のちらつき又は有色LEDでの視覚的警告等の形態をとっても良い。
【００４２】
検出器の露光の回避する手順は、たとえば磁気ブランキング装置、静電ブランキング装置、又は機械的シャッターでビームのブランキングを行う手順を有して良いが、損傷を与える放射線により露光されない場所に検出器を引っ込める手順を有し、かつ、照射を遮ることによる損傷を受けにくい別の検出器−たとえば蛍光スクリーン−によって像を観察しても良い。
【符号の説明】
【００４３】
100  光軸
101  電子源
102  位置合わせコイル
103  ビーム制限アパーチャ
104  収束レンズ
105  磁気対物レンズ
106  投影レンズ
107  蛍光スクリーン
108  覗き窓
109  ヒンジ
111  試料
112  試料マニピュレータ
120  筐体
121  排気ダクト
122  真空ポンプ
151  電子検出器
152  リード線
153  電流計
【図１】
0005996239.tif 000002
【図２】
0005996239.tif 000003