(57)【要約】      （修正有）【課題】粒子ビーム顕微鏡よる解析対象試料の画像生成において、試料の電荷を低減させる方法を提供する。【解決手段】第１期Ｔ１の期間中、試料に粒子ビームを指向させ試料から放出される粒子を検出するステップと、第２期Ｔ２の期間中、運動エネルギーの第１分布を持つ電子を試料に指向させるステップと、第３期Ｔ３の期間中、運動エネルギーの第２分布を持つ電子を試料に指向させるステップとを含み、運動エネルギーの第１分布の運動エネルギーの平均値が第２分布の運動エネルギーの平均値よりも大きい。【選択図】図２
2015028935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子ビーム顕微鏡（１）を操作する方法であって、解析対象試料（９）の画像を生成し、該試料（９）の電荷を低減させるステップであって、該電荷が前記画像を生成する間に生成されるステップを含み、
以下の手段のシーケンス：
（ａ）粒子ビーム（５）を前記試料（９）に指向させ、粒子、特に前記試料（９）から放出される二次電子を検出するステップであって、前記指向及び検出は、前記試料の前記画像を生成するために第１期（Ｔ１）中に行うステップ；
（ｂ１）、前記試料の前記電荷を低減させるために、第２期（Ｔ２）中に第１運動エネルギー分布（ｐ１）を持つ電子を生成し、これらの電子を前記試料（９）に指向させるステップであって、前記電荷は、前記粒子ビーム（５）を前記試料（９）に指向させる間に生成されるステップ；及び、
（ｂ２）前記試料の前記電荷を更に低減させるため、第３期（Ｔ３）中に第２運動エネルギー分布（ｐ２）を持つ電子を生成し、これらの電子を前記試料（９）に指向させるステップであって、前記電荷は、前記粒子ビーム（５）を前記試料（９）に指向させる間に生成されるステップ
を連続して複数回実行し、
前記第１運動エネルギー分布（ｐ１）の前記運動エネルギーの平均値
2015028935.tif 000009
は、前記第２運動エネルギー分布（ｐ２）の前記運動エネルギーの平均値
2015028935.tif 000010
よりも大きい方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記第２運動エネルギー分布（ｐ２）の前記運動エネルギーの前記平均値
2015028935.tif 000011
が５００ｅＶ未満、３００ｅＶ未満、１００ｅＶ未満又は５０ｅＶ未満である方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法において、前記第１運動エネルギー分布（ｐ１）の前記運動エネルギーの前記平均値
2015028935.tif 000012
が、２００ｅＶを超える、３００ｅＶを超える、４００ｅＶを超える又は５００ｅＶを超える方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の方法において、前記第１運動エネルギー分布（ｐ１）の前記運動エネルギー
2015028935.tif 000013
の前記平均値が２０００ｅＶ未満又は１５００ｅＶ未満である方法。
【請求項５】
粒子ビーム顕微鏡（１ｂ）を操作する方法であって、解析対象試料（９ｂ）の撮像対象第１領域（２３ｂ）の画像を生成し、前記試料（９ｂ）の電荷を低減するステップであって、前記電荷が前記画像を生成する間に生成されるステップを含み、
以下の手段のシーケンス：
（ａ）粒子ビーム（５ｂ）を前記試料（９ｂ）に指向させ、粒子、特に前記試料（９ｂ）から放出される二次電子を検出するステップであって、前記指向及び検出は、前記試料の前記画像を生成するために第１期（Ｔ１）中に行うステップ；及び
（ｂ２）前記第１領域（２３ｂ）において前記試料（９ｂ）の前記電荷を低減するために、第３期（Ｔ３）中、前記試料（９ｂ）の前記第１領域（２３ｂ）に隣接して配置される、前記試料（９ｂ）の第２領域（８９）に電子を指向させるステップであって、前記電荷が前記粒子ビームを前記試料に指向させる間に生成されるステップ
を連続して複数回実行し、
前記第３期（Ｔ３）中、前記電子を前記試料の前記第１領域（２３ｂ）に指向させない方法。
【請求項６】
請求項５に記載に方法において、 
（ｂ１）前記第１領域（２３ｂ）における前記試料の前記電荷を低減するために、第２期（Ｔ２）中に前記試料（９ｂ）の前記第１領域（２３ｂ）に電子を指向させて前記粒子ビーム（５ｂ）を前記試料（９ｂ）に指向させる間に前記電荷を生成するステップを更に含み、
前記第３期（Ｔ３）が第２期（Ｔ２）の終了後に始まる方法。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の方法において、前記第１領域（２３ｂ）が１００ ｘ １００ ｎｍ２を超える、特に１００μｍ２を超える、及び特に１０．０００μｍ２を超える大きな面積を有する方法。
【請求項８】
請求項５〜７の何れか一項に記載の方法において、前記第１領域（２３ｂ）が１．５ｍｍ２未満、特に０．１ｍｍ２未満の面積を持つ方法。
【請求項９】
請求項５〜８の何れか一項に記載の方法において、前記第１領域（２３ｂ）が長方形である方法。
【請求項１０】
請求項５〜９の何れか一項に記載の方法において、前記第２領域（８９）が前記第１領域（２３ｂ）を完全に取り囲む方法。
【請求項１１】
請求項５〜１０の何れか一項に記載の方法において、前記第２領域（８９）が環状の形状である方法。
【請求項１２】
請求項５〜１１の何れか一項に記載の方法において、前記第２領域（８９）が０．１ｍｍ２を超える、特に１ｍｍ２を超える、及び特に１００ｍｍ２を超える面積を持つ方法。
【請求項１３】
請求項５〜１２の何れか一項に記載の方法において、電子を前記試料へ指向させるステップが、２００ｅＶを超える、３００ｅＶを超える、４００ｅＶを超える又は５００ｅＶを超える最小エネルギーを持つエネルギー範囲内の運動エネルギーを持つ電子を生成するステップを含む方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、前記エネルギー範囲の最大エネルギーは、２０００ｅＶ未満又は１５００ｅＶ未満である方法。
【請求項１５】
請求項１〜１４の何れか一項に記載の方法において、前記第２期（Ｔ２）が前記第１期 （Ｔ１）の終了後に始まる方法。
【請求項１６】
請求項１〜１５の何れか一項に記載の方法において、前記検出された粒子が二次電子であり、前記第１期（Ｔ１）中に前記二次電子を検出する電子検出器（２５）を使用して、前記二次電子が、前記第２期 （Ｔ２）及び第３期 （Ｔ３）の内の少なくとも一つの期中に、前記電子検出器（２５）に当たるのを防ぐステップを更に含む方法。
【請求項１７】
請求項１〜１６の何れか一項に記載の方法において、前記第２期（Ｔ２）及び第３期 （Ｔ３）の内の少なくとも一つが、前記第１期（Ｔ１）よりも短い方法。
【請求項１８】
請求項１〜１７の何れか一項に記載の方法において、前記第２期（Ｔ２）及び第３期 （Ｔ３）の内の少なくとも一つが５０μｓ未満持続する方法。
【請求項１９】
請求項１〜１８の何れか一項に記載の方法において、前記粒子ビーム（５） が正荷電イオンである方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法において、
前記第１期（Ｔ１）中、前記試料（９）に第１電位を印加するステップと、
前記第２期（Ｔ２）及び前記第３期（Ｔ３）の内の少なくとも一つの期内に、前記試料（９）に第２電位を印加するステップとを更に含み、
前記第２電位が前記第１電位よりも大きい方法。
【請求項２１】
請求項１９又は２０に記載の方法において、前記第１期（Ｔ１）中に前記試料（９）に指向される前記粒子ビーム（５）のビーム電流が０．１ｐＡを超える方法。
【請求項２２】
請求項１〜２１の何れか一項に記載の方法において、前記第２期（Ｔ２）及び前記第３期（Ｔ３）の内の少なくとも一つ期内に前記試料（９）に指向される前記電子の電流が１００μＡを超える方法。
【請求項２３】
請求項１〜２２の何れか一項に記載の方法において、前記第２期（Ｔ２）中に前記試料（９）に指向させた前記電子の電流が、前記第３期（Ｔ３）中に前記試料（９）に指向させた前記電子の電流よりも大きい方法。
【請求項２４】
請求項１〜２３の何れか一項に記載の方法において、前記粒子ビーム（５）を前記試料（９）の複数の所定の位置に指向させる方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の方法において、各シーケンスの前記第１期（Ｔ１）中、前記粒子ビーム（５）を前記試料の前記所定の位置のサブセットに指向させる方法。
【請求項２６】
請求項２５に記載の方法において、前記サブセットの各々が前記所定の位置の内の一つのみを含む方法。
【請求項２７】
粒子ビームシステムであって、 
粒子ビーム（５ｂ）を解析対象試料（９ｂ）の撮像対象第１領域（２３ｂ）に指向させ、粒子、特に前記試料（９ｂ）から放出される二次電子を検出するように構成された粒子ビーム顕微鏡（１ｂ）と、
電子ビーム（３１ｂ）を前記試料（９）に指向させるように構成された電子ビームシステムであって、前記電子ビーム（３１ｂ）が、電子が前記試料の前記第２領域（８９）に指向され、前記第１領域（２３ｂ）に指向されないように環状のビーム断面を有し、前記第２領域（８９）が前記第１領域（２３ｂ）の外に配置される電子ビームシステムと
を備える粒子ビームシステム。
【請求項２８】
請求項２７に記載の粒子ビームシステムにおいて、前記電子ビームシステムが電子ビーム（３１ｂ）を前記試料に指向させるように更に構成され、前記電子ビーム（３１ｂ）が、電子が前記試料（９ｂ）の前記第２領域（８９）に指向されるように断面を有する粒子ビームシステム。
【請求項２９】
請求項２７又は２８に記載の粒子ビームシステムにおいて、前記粒子ビーム（５ｂ）が正荷電イオンのビームである粒子ビームシステム。
【請求項３０】
請求項２７〜２９の何れか一項に記載の粒子ビームシステムにおいて、前記粒子ビームシステムが請求項１〜２６の何れか一項に記載の方法を実行するように構成されたシステム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、ドイツ国において２０１３年７月９日に出願された特許出願第１０２０１３０１１４９１．８号の優先権を主張するものであり、その全体の内容を本明細書に援用する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、粒子ビーム顕微鏡の操作方法及び粒子ビーム顕微鏡に関する。
【０００３】
本発明は特に、粒子ビーム顕微鏡によって生成された粒子ビームを使って解析対象試料の画像を生成する方法に関し、当該方法において、試料の電荷を低減させ、この電荷は粒子ビームを試料に指向させている間に生成されるものである。
【背景技術】
【０００４】
粒子ビーム顕微鏡を使って解析対象試料の画像を記録する間、粒子ビーム顕微鏡によって生成された一次粒子ビームを解析対象試料の所定の位置に指向させ、一次粒子ビームと試料との相互作用によって試料から放出された二次電子などの二次粒子を、粒子ビームの指向された試料の位置に関する情報を取得するために検出する。粒子ビームの指向された試料上の複数の位置で検出された二次粒子の強度は、解析対象試料の画像を表す。このため、試料に当たる一次粒子ビーム及び試料から放出される二次粒子は、試料、特にその表面の荷電状態を変化させ、そのため試料の正電荷又は負電荷が発生し得る。この試料の電荷は、一方で、一次粒子ビームの入射エネルギーと、二次粒子がそれらの検出のために検出器に到達する速度を変化させる。従って、検出された二次粒子の強度は、一次粒子ビームが試料に指向された位置のみに対応するのではなく、解析が行われる時間にも対応する。
【０００５】
このため、粒子ビーム顕微鏡には従来、解析中に発生する試料の電荷を低減させるための装置が備わっている。このような装置は、例えば電子ビーム源であり、これは、一次粒子ビームとは異なる電子ビームを試料上に指向させ、この電子ビームは調整可能な運動エネルギーを持つ。この運動エネルギーに対応して、試料に当たる電子がそこに試料から放出される二次電子を生成させるに従い、正又は負の電荷を試料に蓄積させることが可能であり、二次電子の生成速度はエネルギーに依存する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電子ビームを使用して試料の電荷を低減させる従来の方法では、大抵の場合、試料の電荷が十分に低減されないことがわかった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで本発明の目的は、粒子ビームを使って解析対象試料の画像を生成し、粒子ビームを試料へ指向させる間に生成される試料の電荷を良好に低減させる、粒子ビーム顕微鏡を操作する方法を提案することである。更に、本発明の目的は、試料の電荷のより良好な低減を達成する粒子ビーム顕微鏡を提案することである。
【０００８】
実施形態は、解析対象試料の画像を生成し、画像の記録中に発生する試料の電荷を減少させる粒子ビーム顕微鏡の操作方法を含んでいる。このため、手段のシーケンスを連続的に複数回行う。この手段のシーケンスは、粒子ビームを試料に指向させて粒子、特に試料から出た二次電子を検出して画像を生成するステップと、電子を生成して試料に指向させ、粒子ビームを試料へ指向させている間に発生する試料の電荷を低減させるステップとを含む。粒子ビームを試料へ指向させる間、粒子ビームを試料の所定の位置に指向させてもよく、この所定の位置の画像情報は、二次電子を検出することによって取得する。この画像情報は画素とも称することができる。粒子ビームを試料へ指向させる間、粒子ビームを試料上の複数の異なる位置に次々と指向させ、検出することにより、複数の位置と複数の画素に関する画像情報をそれぞれ取得することができる。これらの複数の位置は、その画像情報を取得して解析対象試料の画像を生成する、全ての所定の位置のサブセットであってもよい。例えば、画像の位置と画素がそれぞれ粒子ビームを使って行方向に走査される矩形に配置されている場合、走査位置のサブセットは、例えば、行の一部または行全体を含んでもよい。シーケンスを複数回実行する場合、 粒子ビームの試料への指向及び粒子の検出をそれぞれ複数回行い、指向中及び検出中に粒子ビームが指向される位置のサブセットは互いに異なり、特に分離している。例えば、粒子ビームが２回又は複数回指向される試料上の位置がある場合、これらの位置は、シーケンスを複数回行う際の指向及び検出中、粒子ビームが指向される位置の異なるサブセットから成る場合がある。
【０００９】
画像を生成するために検出される粒子は、試料に当たる粒子ビームによって試料から放出され得る。電子ビーム又はイオンビームを粒子ビームとして使用する場合、試料から放出される粒子は、例えば、二次電子であり得る。画像を生成するために検出される粒子は、しかしながら、試料に当たる粒子ビームの粒子や、試料と相互作用して試料から再度発せられる粒子でもあり得る。電子ビームを粒子ビームとして使用する場合、試料から出る粒子は、例えば、粒子ビームが試料に衝突する方向に試料から出る後方散乱電子でもあり得る。しかしながらこれらは試料を透過する透過電子でもあり得る。
【００１０】
イオンビームを粒子ビームとして使用する場合、試料から出る粒子は、例えば、粒子ビームが試料に衝突する方向に試料から出る後方散乱イオンでもあり得る。しかしながらこれらは試料を透過するイオンでもあり得る。
【００１１】
例示的実施形態によれば、粒子ビームの指向及び粒子の検出をシーケンス内の第１期中に行い、第１期はシーケンス全体の期間よりも短い。試料の電荷を低減させるための電子の生成と試料への指向は、シーケンス内の第１期と重ならない期間中に行い、シーケンスを複数回実行する場合、画像情報を取得するために粒子ビームを試料へ指向させることによる試料の荷電と、その後の試料の電荷の低減を交互に行う。しかしながら、画像情報を取得するために粒子ビームを試料へ指向させて試料から出る粒子を検出する間、試料の電荷を低減させるために電子を生成して試料に指向させて画像情報を取得する第１期と、試料の電荷を低減させる期間とを、シーケンス内で重ならせてもよい。
【００１２】
例示的実施形態によれば、試料の電荷を低減させるために試料に電子を生成して検出するステップは、第２期中、高い運動エネルギーを持つ電子を生成してこれらの電子を試料に指向させるステップと、第３期中、低い運動エネルギーを持つ電子を生成してこれらの電子を試料に指向させるステップとを含み、第３期は第２期終了後に始まる。
【００１３】
発明者は、２種類の電子を使用して試料の電荷を低減させることが特に効果的であることを発見した。この場合、２種類の電子は運動エネルギーの点で異なり、低い運動エネルギーを持つ電子を、高い運動エネルギーを持つ電子をそれ以上試料に指向させない期間内に、シーケンス内において試料に指向させる。高い運動エネルギーを持つ電子は、比較的高い達成可能なビーム電流、及びこれらの電子によって生成される比較的多くの二次電子によって、試料の電荷の迅速な低減をもたらすが、ほとんどの場合、試料の少しの電荷が試料に残留する。この試料の残留電荷を続いて更に低減させ、理想としては、低い運動エネルギーを持つ電子によって完全に補償する。高い運動エネルギーを持つ電子を試料へ指向させないと、明らかに試料の電荷の広範囲な低減が可能な場合もあるであろうが、低い運動エネルギーを持つ電子の比較的低い達成可能なビーム電流のため、これには比較的長い時間を要する。しかしながら、試料の電荷は擾乱界をしばしば発生させ、擾乱界は低い運動エネルギーを持つ電子の試料への衝突に影響を与え、低い運動エネルギーを持つ電子による試料の均一な照射を妨害し、試料の荷電が強い場合、低い運動エネルギーを持つ電子による照射では電荷を十分に低減させるには不十分となる。更に、検出器又は粒子光学レンズのような粒子ビーム顕微鏡のコンポーネントによって電子又は磁気の擾乱界が生じ、これにより、低い運動エネルギーを持つ電子が試料へ到達する途中に偏向され、試料の電荷を低減させる効率を下げる。しかしながら、高い運動エネルギーを持つ電子は、試料の強い電荷によって生成された擾乱界又は粒子ビーム顕微鏡の他のコンポーネントによって生成された擾乱界による影響を受けにくく、よって、試料の電荷及び発生した試料の擾乱界を効率的に低減させ、続いて低い運動エネルギーを持つ電子が更なる電荷の低減をもたらす。
【００１４】
低い運動エネルギーを持つ電子が試料の電荷の広範囲な低減を達成する第３期の間、高い運動エネルギーを持つ電子は試料に指向されない、又はほんの僅かだけ試料に指向される。しかしながら、第２期中、低い運動エネルギーを持つ電子は、高い運動エネルギーを持つ電子と共に試料に指向させてもよい。更に、高い運動エネルギーを持つ電子も、これらの電子の割合が低い運動エネルギーを持つ電子の割合よりも著しく小さいのであれば、第３期中試料に指向させてもよい。
【００１５】
例示的実施形態によれば、画像を生成するために粒子ビームを試料に指向させ、試料から出た粒子ビームによって生成された粒子が検出される第１期中、試料の電荷を低減させるために電子を試料に指向させない、というのも、これらの電子も粒子、特に二次粒子を生成することがあり、これらが検出されて画像情報を乱す可能性があるからである。しかしながら、試料の電荷を低減させるために電子を生成して試料へ指向させる間、粒子ビームを更に試料へ指向させることも可能である。この間、粒子を検出することもできる。しかしながら、本方法は、試料の電荷を低減させるために電子を生成し、試料へ指向させる間に検出される粒子が画像情報に直接的に貢献しない、すなわち、画像の画素の個々の強度を直接決定しないように実行することもできる。しかしながら、試料の電荷を低減させるために電子を試料に指向させる期間内に粒子の検出によって取得した情報は、それにもかかわらず有益な情報であり、その情報で、例えば、試料自体の電荷の程度を決定することができ、例えば、この情報に基づいて画像を修正することにより、本方法の実行を変化させる、及び／又は画像の質を改善することができる。
【００１６】
上述の様に、試料の電荷を低減させる２種類の電子は、電子源を出て試料に衝突する前の電子が持つ運動エネルギーの点において異なる。この運動エネルギーは、しかしながら、厳密には、電子が試料に衝突する際の衝突エネルギーではない、というのも、例えば、試料自体の電荷又は試料に印加される電位によって生成される試料の周囲の電界は、試料に衝突する前に、電子を加速させたり減速させたりする可能性がある。従って、これら２種類の電子は、電子が電子源を試料に向って離れる際の運動エネルギーの点において異なる。このため、電子源は、電子源で加速されてビームに形成された生成電子が、この電子源内で、例えば、最初に高い運動エネルギーに加速され、そして電子源を出る直前に所望の運動エネルギーに減速されるような複雑な構造であってもよい。
【００１７】
例示的実施形態によれば、試料の電荷を低減させるために使用する電子は、広いエネルギー範囲に含まれる運動エネルギーを有してもよい。このようなエネルギー範囲は最大エネルギーと最小エネルギーとを有しており、最小エネルギーはエネルギー範囲内の電子の最小エネルギーのことであり、最大エネルギーはエネルギー範囲内の電子の最大エネルギーのことである。更に、試料の電荷を低減させるために使用する電子は、電子の異なる部分又は異なるグループが異なるエネルギーを持つように、運動エネルギー分布を有する。運動エネルギーのこれらの分布の各々に関しては、エネルギー平均値、すなわち、試料の電荷を低減させるために使用する電子の運動エネルギーの平均値が存在する。
【００１８】
上述の２種類の電子は、生成され、試料に指向される電子の運動エネルギー分布に関しても異なる。
【００１９】
例示的実施形態によれば、第２期中に生成された電子は第１エネルギー範囲の運動エネルギーを有し、第３期中に生成された電子は第２エネルギー範囲の運動エネルギーを有しており、第１エネルギー範囲の最小エネルギーは第２エネルギー範囲の最大エネルギーよりも大きく、第２エネルギー範囲の最大エネルギーよりも大きい運動エネルギーを持つ電子は、第３期中、生成もされないし、試料に指向もされない。しかしながら、その最小エネルギーが第１エネルギー範囲の最小エネルギーよりも小さいエネルギー範囲の電子を更に生成して試料に指向させることも更に可能である。
【００２０】
更なる例示的実施形態によれば、第２期中に生成された電子はそれらの運動エネルギーの第１分布を有し、第３期中に生成された電子はそれらの運動エネルギーの第２分布を有しており、運動エネルギーの第１分布のエネルギー平均値は運動エネルギーの第２分布のエネルギー平均値よりも大きい。
【００２１】
例示的実施形態によれば、運動エネルギーの第１分布のエネルギー平均値が試料の低い中性点のエネルギー値よりも大きくなり、運動エネルギーの第２分布のエネルギー平均値が試料の低い中性点のエネルギー値よりも小さくなるように、運動エネルギーの第１及び第２分布のエネルギー平均値を所定の試料に対して選択する。試料に衝突する各電子に対して、試料の荷電が起こらないように、統計的に見て、厳密に一つの二次電子又は後方散乱電子が試料から出る衝突電子の運動エネルギー値を、試料の中性点とする。中性点の厳密な値は試料の材料による。従来、材料は２つの中性点を有し、低い方が低い運動エネルギー、そして高い方が高い運動エネルギーである。電子が２つの中性点の間に運動エネルギーを持つ場合、試料に衝突するものよりも多くの電子が試料から出て、試料は正荷電となる。電子が低い中性点よりも小さい、又は高い中性点よりも大きい運動エネルギーを持つ場合、試料に衝突するものよりも少ない電子が試料から出て、試料は負荷電となる。しかしながら、少なくとも統計的には、衝突電子による電子の放出は、単一電子のエネルギーとは関係のない統計的な効果である。従って、十分に多くのエネルギー的に高い電子がビームに含まれている限り、第２期中、非常に低いエネルギーの電子も電子ビームに存在しても良く、電荷の迅速な補償が生じる。更に、その割合が十分に小さい限り、第３期中に高いエネルギーを持つ電子も一部存在しても良く、エネルギー的に低い電子による電荷補償は打ち消されない。
【００２２】
例示的実施形態によれば、第２エネルギー範囲の最大エネルギー及び／又は運動エネルギーにおける第２分布のエネルギー平均値は、５００ｅＶ未満、３００ｅＶ未満、１００ｅＶ未満、又は５０ｅＶ未満である。
【００２３】
更なる例示的実施形態によれば、第１エネルギー範囲の最小エネルギー及び／又は運動エネルギーにおける第１分布のエネルギー平均値は、２００ｅＶを超える、３００ｅＶを超える、４００ｅＶを超える、又は５００ｅＶを超える。
【００２４】
更なる例示的実施形態によれば、第１エネルギー範囲の最大エネルギー及び／又は運動エネルギーの第１分布のエネルギー平均値は、２０００ｅＶ未満、又は１５００ｅＶ未満である。
【００２５】
他の実施形態によれば、 粒子ビーム顕微鏡を操作する方法は、解析対象試料の撮像対象第１領域の画像を生成させるステップと、試料の電荷を低減させるステップとを含み、電荷は画像生成中に生成され、当該方法においてシーケンスを連続的に複数回実行し、このシーケンスは、試料の画像を生成するために、第１期中に、試料の第１領域に粒子ビームを指向させ、試料から出る二次電子及び後方散乱電子などの粒子を検出するステップと、第３期中に試料の第２領域に電子を指向させるステップであって、第２領域は試料の第１領域に隣接して配置され、第３期中に電子を試料の第１領域に指向させないステップとを含む。
【００２６】
撮像対象第１領域において試料の電荷を低減させるために試料に指向させる電子は、よって、撮像第１領域に隣接して配置された第２領域に指向させる。上述の様に、発明者は、撮像対象領域に隣接する領域に指向させる電子も、撮像第１領域に到達する低いエネルギーの二次電子を生成し、第１領域内の試料の電荷の効率的な低減をもたらすことを発見した。
【００２７】
しかしながら、既に述べた様に、撮像第１領域内に既に存在する試料の強い電荷と、粒子ビーム顕微鏡の他のコンポーネントによって生成された擾乱界により、低い運動エネルギーの電子を使用した電荷の効果的な低減が妨げられる可能性があるため、更なる例示的実施形態によれば、本方法は、試料の電荷を更に低減させるため、第２期中に試料の第１領域に電子を指向させるステップを含み、この場合、第３期は第２期終了後に始まる。従って、高い運動エネルギーの電子を撮像領域に直接指向させ、そこに前から存在する強い電荷を先ず低減し、続いて更に電荷を低減するステップを、低い運動エネルギーの電子によって達成する。これらの電子自体、 高い運動エネルギーの電子を、撮像第１領域に隣接して配置された第２領域に指向することによって生成される。このように低い運動エネルギーの電子を撮像領域の近くで生成し、検出器や電子光学レンズなどの、粒子ビーム顕微鏡の他のコンポーネントによって生成された電界又は磁界が、撮像領域において、低い運動エネルギーの電子の衝突にほとんど影響を与えないようにする。
【００２８】
従って、撮像領域における試料の電荷の低減は、電子が試料に実際衝突する運動エネルギーと、撮像領域に電子が衝突する期間とにおいて異なる２つの種類の電子によって行う。しかしながら、電子源によって、先ず双方の種類の電子に対して、等しい運動エネルギーの電子を生成することも可能である、というのも、これらの電子は、第２期及び第３期の間、試料の異なる領域に指向させるからである。
【００２９】
適切な電子ビーム源によってそれらを生成した後、試料の撮像第１領域に指向させる電子又は試料の第２領域に指向させる電子は、２００ｅＶを超える、３００ｅＶを超える、４００ｅＶを超える、又は５００ｅＶを超える最小エネルギーを持つエネルギー範囲内の運動エネルギーを持ってもよい。
【００３０】
例示的実施形態によれば、このエネルギー範囲の最大エネルギーは２０００ｅＶ未満、又は１５００ｅＶ未満である。
【００３１】
例示的実施形態によれば、撮像試料の第１領域の面積は、１００×１００ｎｍ２を超える、特に１００μｍ２を超える、そして特に１０，０００μｍ２を超える。更に、撮像第１領域の面積は１．５ｍｍ２未満、特に０．１ｍｍ２未満である。
【００３２】
例示的実施形態によれば、撮像第１領域は長方形、特に正方形である。
【００３３】
第１領域に隣接して配置される第２領域は、例示的実施形態によれば、第１領域に完全に取り囲まれ、特に環状であり、例えば、撮像対象領域が長方形の場合、第２領域は矩形環の形状である。
【００３４】
第２領域は０．１ｍｍ２を超える、１ｍｍ２を超える、及び特に１００ｍｍ２を超える面積を持つ。
【００３５】
上述の全ての実施形態において、検出した粒子は二次電子又は後方散乱電子であってもよく、電子検出器は第１期中、二次電子又は後方散乱電子を検出するために使用することができ、更に、第２期及び／又は第３期中、二次電子及び後方散乱電子が電子検出器に当たらないようにすることができる。このため、狭義には二次電子の不必要な照射、及び検出器への画像生成に直接貢献することのない後方散乱電子を回避することができる。二次電子及び後方散乱電子の電子検出器への衝突は、例えば、負電位を試料に対して検出器に、又は検出器と試料との間にある電子に印加することによって促される。後方散乱電子の電子検出器への衝突は、例えば、電子源、試料及び検出器の相互間の適切な位置決めによって更に低減させることができる。
【００３６】
例示的実施形態によれば、第２期及び／又は第３期は第１期よりも短い。第２期及び／又は第３期は、例えば５０ｍｎ未満である。
【００３７】
例示的実施形態によれば、試料の画像を生成するために試料へ指向させる粒子ビームは正イオンのビームである。これらの正イオンは試料の正電荷をもたらし、これは先に述べた方法によって特に良好に低減させることができる。
【００３８】
例示的実施形態によれば、第１期中、試料を保持する試料ホルダに第１電位を印加し、第２期及び／又は第３期中、第２電位を試料に印加する。この際、第２電位は第１電位よりも大きい。この手段は二次電子の試料からの放出を抑制して、試料の現在の正電荷をより迅速かつ効率的に低減するために使用する。
【００３９】
例示的実施形態によれば、第１期中、試料に指向させる正イオンビームのビーム電流は０．１ｐＡよりも大きい。
【００４０】
先に記載した全ての実施形態において、第２期及び／又は第３期中試料に指向させる電子の電流は１００μＡより大きくてもよい。
【００４１】
例示的実施形態によれば、第２期中試料に指向させる電子の電流は、第３期中試料に指向させる電子の電流よりも大きい。
【００４２】
例示的実施形態によれば、粒子ビームシステムは、解析対象試料の撮像第１領域に粒子ビームを指向させ、試料から出る二次電子などの粒子を検出するように構成された粒子ビーム顕微鏡と、電子ビームを試料に指向するように構成された電子ビームシステムとを備え、電子ビームは、電子が試料の第２領域に指向され、第１領域には指向されないように環状のビーム断面積を有し、第２領域は第１領域の外に配置される。
【００４３】
このような粒子ビームシステムを使用して、粒子ビーム顕微鏡を操作する方法の先に記載した実施形態を行うことができる。
【００４４】
本開示の上述の及びその他の有利な特徴は、添付図面を参照した以下の例示的実施形態の詳細な説明によってより明確になるであろう。尚、必ずしも全ての可能な実施形態が本明細書で特定した利点の一つ又はいずれかを示すとは限らないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】粒子ビーム顕微鏡の実施形態の概略図である。
【図２】図１の粒子ビーム顕微鏡の操作方法の実施形態を説明する概略図である。
【図３】図２の手段により、説明した方法を使って操作することのできる、粒子ビーム顕微鏡の実施形態の概略図である。
【図４】図２の手段により、説明した方法を使って操作することのできる、粒子ビーム顕微鏡の実施形態の概略図である。
【図５】図５ａ〜図５ｃは図４に示す粒子ビーム顕微鏡の操作中に対応する試料表面の領域を示す概略図である。
【図６】図３の粒子ビーム顕微鏡における電子の運動エネルギーのスペクトルのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
以下に記載する例示的実施形態において、機能や構造の類似しているコンポーネントはできる限り類似した参照符号で示す。従って、特定の実施形態の個々のコンポーネントの特徴を理解するには、他の実施形態の説明及び本開示の概要の説明を参照されたい。
【００４７】
図１は粒子ビーム顕微鏡の概略図である。粒子ビーム顕微鏡１は、解析試料９の表面７に指向させることのできる粒子ビーム５を生成する第１粒子ビームカラム３を有する。このため、粒子ビームカラム３は、粒子の粒子源１１、ビーム５を形成する粒子を粒子源１１から引き出し、これらの粒子を加速させる電極１３、及び電極１３を通過する粒子ビーム５を試料９の表面７に集束させる電極配列又はコイル配列１５を有する。粒子ビームカラム３は、粒子ビーム顕微鏡の制御部（control）１９にコネクタ（connection）１８によって接続された偏向電極１７を更に有する。制御部１９は、偏向電極１７を駆動して、これらの偏向電極によって生成された電界又は磁界が粒子ビームカラム３の対称軸２１からビーム５を偏向して、ビームを制御部１９によって予め決定された位置に指向させるように構成されており、この位置は、画像領域２３内の試料９の表面７にある。画像領域２３は、その表面７が、例えば長方形である。図１の点線５’は、偏向器１７を駆動することによって領域２３の左及び右の境界にビームを指向させた際のビーム５を表している。
【００４８】
試料９に衝突する粒子ビーム５の粒子は、二次電子などの（二次）粒子を試料９から放出させる。検出器２５は、粒子ビーム５が衝突する試料９の側面から出るこのような粒子を検出するために設ける。検出器２５をコネクタ２６によって制御部１９に接続し、制御部１９が、粒子ビーム５を試料９へ指向させる間の各時点において、粒子ビーム５によって試料９から放出された粒子の強度を検出し、記録できるようにする。粒子ビーム５が指向された領域２３内の位置に応じて記録された、検出粒子の強度に関する情報は、試料９の表面７における領域２３の粒子ビーム顕微鏡画像を表す。
【００４９】
粒子ビーム５は電子ビームであってもよいので、ビーム５は一次電子ビームであり、検出器２５によって検出された粒子は、狭義において後方散乱電子と二次電子とを含んでいる。試料から放出された後方散乱電子は、試料に衝突する電子ビーム５の運動エネルギーと同等又は僅かに小さい運動エネルギーを持っている。試料から放出された狭義の二次電子は、電子が試料から放出されることができるように電子ビーム５を衝突させることによって十分なエネルギーを取得した試料からの電子である。典型的に、これらの電子はビーム５の電子よりも実質的に低い運動エネルギーを持っている。
【００５０】
ビーム５は、しかしながら、Ｈｅ＋イオンのような正荷電イオンでもある。このため、粒子ビームカラム３は、例えば、国際公開第２００７／０６７３２８Ａ２号パンフレットに記載されているように構成することができる。試料９に衝突する正荷電イオンは、検出器２５によって検出される、試料９から放出された二次電子であってもよい。
【００５１】
検出器６５を更に設けて、粒子ビーム５が衝突する側と反対側の試料９から出る粒子を検出する。検出器６５はコネクタ６７によって制御部１９に接続し、制御部１９が、粒子ビーム５が試料９に指向される各時点において、粒子ビーム５によって試料９から放出される粒子の強度を検出して記録できるようにする。粒子ビーム５が指向される領域２３内の位置に対応して記録された、これらの検出された粒子の強度に関する情報も、試料９の表面７における領域２３の粒子ビーム顕微鏡画像を表している。
【００５２】
粒子ビーム５が電子のビームである場合、検出器６５によって検出される粒子は透過電子である。ビーム５がＨｅ＋イオンのようなイオンのビームである場合、検出器６５によって検出される粒子は透過イオン、すなわち、試料を透過する衝突ビームのイオンである。後者は試料との相互作用により、衝突イオンとは異なる電荷を持つこともある。
【００５３】
正イオンの場合、衝突する正イオンは試料の表面を正に荷電し、試料から出る二次電子は試料を更に正に荷電する。試料の正荷電は、一方で、試料から放出された二次電子の強度を下げ、他方では、試料９の表面７において、ビーム５の正に荷電されたイオンの衝突エネルギーを低減させる。粒子ビーム５が試料に指向されている間、経時的に増加する試料の電荷は、従って、検出された二次電子の強度を歪める。
【００５４】
粒子ビーム５が電子ビームの場合、試料に衝突する電子ビーム５の各電子に対して、厳密に１つの二次電子が試料から出るのであれば、試料の荷電は回避される。しかしながら、このために必要な条件は滅多に満たされず、ほとんどの場合、試料は時間の経過に従って正又は負に荷電され、検出された二次電子の強度も影響を受ける。
【００５５】
粒子ビーム顕微鏡１は試料９の電荷を低減する機会を提供する。この機会は、粒子ビーム５が試料９に指向され、二次電子が検出される一定時間の経過後、試料の荷電が強くなりすぎて二次電子の強度の乱されない検出できなくなった場合に採用することができる。
【００５６】
試料９の電荷を低減させる機会においては、試料９の表面７に指向させる２種類の電子を使用する。本明細書に記載する例では、個別の電子ビームカラム３３及び３３’によって生成される個々のビーム３１及び３１’として、２種類の電子を試料９に指向する。電子ビームカラム３３及び３３’はどちらも同じ又は類似の構造を有し、どちらも各々電子源３５、３５’と、電子源３５、３５’から電子を引き出し、これらの電子を加速させて電子ビーム３１，３１’をそれぞれ形成する電極３７、３７’とを有する。このビームを発散電子ビームとして試料９の表面７に指向し、ビーム３１、３１’のビーム断面が試料９の表面７の平面にビーム強度の一定の分布を実質的に有し、粒子ビーム５によって走査される撮像対象領域２３を含むようにすることができる。 しかしながら、電子ビーム３１、３１’を試料９の表面７に集光ビームとして衝突させることも可能であり、この場合、集光ビームの表面７上の直径は、撮像対象領域２３の横延伸部よりも実質的に短い。その後電子ビーム３１、３１’を試料の表面で走査し、領域２３全体又はその一部において試料の電荷を低減する。
【００５７】
電子ビームカラム３３、３３’は、電子ビームカラム３３、３３’から放出されるビーム３１、３１’の電子の運動エネルギーを調整するために、加速電極３９、３９’を更に有する。このため、コネクタ４０、４０’によって加速電極３９、３９’に電位を印加することもでき、この場合、電位は制御部１９によって制御される。これにより、制御部１９は、電子ビームカラム３３、３３’によって生成され、試料９に電子ビーム３１、３１’として衝突する電子の運動エネルギーを調整することができる。個別のビーム３１、３１’として試料に指向される２種類の電子は、異なる電位を電極３９、３９’のコネクタ４０、４０’に印加することによって制御部１９によって調整される運動エネルギーの点で異なる。
【００５８】
本明細書で説明する実施形態において、ビーム３１の電子はビーム３１’の電子よりも高い運動エネルギーを持っている。例えば、ビーム３１の運動エネルギーは２００ｅＶ〜２０００ｅＶの範囲で、ビーム３１’の運動エネルギーは２０ｅＶ〜５００ｅＶの範囲である。
【００５９】
全ての粒子ビームカラム３、３３、３３’は制御部１９によって制御される。このため、粒子ビームカラムの各々は、生成された粒子ビーム５、３１、３１’をそれぞれ切り替えるために、制御部１９によって制御される機会も与える。この機会には、例えば、ビーム偏向器及び開口を含んでもよく、制御部１９はビーム偏向器を制御して、試料の位置でビームがスイッチオンされた場合にはビームが開口を通るようにし、ビームがスイッチオフされた場合にはビームが開口に当たるようにすることができる。
【００６０】
図２は、図１に説明した粒子ビーム顕微鏡１の操作方法を説明する時間ダイアグラムである。
【００６１】
図２は複数の時間ダイアグラム４１、４２、４３及び４４を示し、それぞれのダイアグラムは時間ｔに対応する、制御部１９によって制御される手段を表している。
【００６２】
粒子ビーム顕微鏡の操作はシーケンスＳ１，Ｓ２．．．によって行われ、次々に行われる。各々のシーケンスＳは、シーケンスＳ内の期間に行われる手段の点において異なる、３つの期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３に分けることができる。これらの３つの期間は、しかしながら、シーケンスＳからシーケンスＳへと反復される。
【００６３】
ダイアグラム４２は、粒子ビーム５の試料への指向及び試料から放出される二次電子の検出を表す斜線の入った長方形５１を含んでおり、指向及び検出は第１期Ｔ１中に行われる。よって第１期Ｔ１の各々において、ビーム５の粒子を試料に指向させて二次電子を検出し、一方でＴ１期外では、 撮像対象領域２３の画像情報を取得するために、試料への粒子の指向と二次電子の検出を同時に行わない。しかしながらＴ１期外では、粒子ビーム５は、画像を生成するための二次電子が検出も使用もされないのであれば、試料９に指向させてもよい。これは、例えば、二次電子が検出器２５によって確かに検出されるが、対応する検出信号が制御部１９によって読み取られない、又は、試料の表面の位置及び画像の画素に直接関連付けされていない場合に実現することができる。
【００６４】
更に、検出器２５による二次電子の検出は、ビーム５の粒子によって試料から放出された二次電子が検出器２５に当たるのを防ぐことによって回避することができる。これは、例えば、試料９の撮像対象領域２３と検出器２５との間に配置されたグリッド電極４７と、コネクタ４８を介して制御部１９によって調整可能な電位をグリッド電極４７に印加することによって実現することができる。電極４７に印加されるこの電位の時間依存性を、ダイアグラム４４に線５６として示す。これから、電極４７に印加される電位はＴ１期中は正電位であるので、試料から放出された二次電子がグリッド電極に引き寄せられて加速され、この電極を通過して最後に検出器２５に当たり、検出器が二次電子を検出し、制御部が検出された強度を画像情報として使用することができることは明らかである。ＴＩ期外、特に下記に更に詳述する第２期Ｔ２及び第３期Ｔ３内において、制御部１９によって電極４７に印加される電位は負であるので、粒子ビーム５によって生成されているはずの二次電子、及び／又は電子ビーム３１，３１’の内の片方又は両方はグリッド電極４７にはね返され、グリッド電極を通過せず、よって検出器２５に到達しない。従って、試料９から放出された二次電子は画像生成に貢献しない。
【００６５】
ダイアグラム４１は、運動エネルギーＥ及び試料９に指向される電子ビーム３１及び３１’の時間依存を示すエネルギー・時間ダイアグラムである。ダイアグラム４１は２つの範囲の運動エネルギー、すなわち、最小エネルギーＥ１ｍｉｎ及び最大エネルギーＥ１ｍａｘを持つ高い運動エネルギーの第１エネルギー範囲ΔＥ１並びに最小エネルギーＥ２ｍｉｎ及び最大エネルギーＥ２ｍａｘを持つ低い運動エネルギーの第２エネルギー範囲ΔＥ２を示している。第１エネルギー範囲ΔＥ１の最小エネルギーＥ１ｍｉｎは、第２エネルギー範囲ΔＥ２の最大エネルギーＥ２ｍａｘよりも大きい。
【００６６】
斜線の入った長方形５３は、高い運動エネルギーΔＥ１を持つビーム３１の電子が試料９に指向される時間を表し、斜線の入った長方形５５は、低い運動エネルギーΔＥ２を持つビーム３１’の電子が試料９に指向される時間を表している。高い運動エネルギーを持つ電子が、シーケンスＳ内において、Ｔ１期の後に位置するＴ２期中に試料に指向されるのは明らかである。更に、低い運動エネルギーの電子５５が試料に指向されるＴ３期はＴ２期の後に位置している。Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３期はシーケンスＳ内において時間的に重ならない。しかしながら、第２エネルギー範囲ΔＥ２の最大エネルギーＥ２ｍａｘよりも大きなエネルギーを持つ電子がＴ２期外の期間中更に試料に指向されることは妨げられない。
【００６７】
本明細書に説明する実施形態において、第２エネルギー範囲ΔＥ２の最大エネルギーＥ２ｍａｘよりも大きな運動エネルギーを持つ電子５３は、図２に×印５７で示すように、Ｔ３期中試料に指向されない。
【００６８】
図２で説明した手段の他に、低い運動エネルギーを持つ電子を、Ｔ１期及びＴ２期などのＴ３期以外の期間に試料に指向させることも更に可能である。
【００６９】
ダイアグラム４３は、コネクタ６０を介して制御部１９によって試料９に印加することのできる電位Ｕを表す線５９を示している。この電位ＵはＴ１期中は負で、Ｔ１期以外、特にＴ２期及びＴ３期中は正である。このため、ビーム５の粒子は、これらが正荷電している場合、試料が僅かに負荷電していても、試料に良好に到達することができる。更に、正荷電又は負荷電のビーム５の粒子に関係なく、これにより、二次電子が簡単に試料から放出され、検出することができるようになる。画像情報が取得されないＴ２期及びＴ３期中、正電位Ｕは試料９において、電子５３の衝突によって発生する高い運動エネルギーの二次電子又は低い運動エネルギーの電子５５が試料から簡単に放出されないようにし、それらの強度を低減させる。
【００７０】
従って、シーケンスＳ１、Ｓ２．．．は、試料の画像を生成するＴ１期及び試料の電荷を低減させるＴ２期及びＴ３期を含んでいる。Ｔ２期中、高い運動エネルギーを持つ電子は試料の特に強い正電荷の低減をもたらす。Ｔ３期中、低い運動エネルギーを持つ電子は本質的に、Ｔ２期の後試料に残留している電荷の更なる低減をもたらす。
【００７１】
先に説明した例において、第１エネルギー範囲ΔＥ１の最小エネルギーＥ１ｍｉｎは第２エネルギー範囲ΔＥ２の最大エネルギーＥ２ｍａｘよりも大きく、第２エネルギー範囲ΔＥ２の最大エネルギーＥ２ｍａｘよりも大きな運動エネルギーを持つ電子５３は、Ｔ３期中試料に指向されない。
【００７２】
第１エネルギー範囲ΔＥ１と第２エネルギー範囲ΔＥ２は重ならないので、第１エネルギー範囲ΔＥ１の運動エネルギー分布のエネルギー平均値は確実に第２エネルギー範囲ΔＥ２の運動エネルギー分布のエネルギー平均値よりも大きい。
【００７３】
しかしながら、第１エネルギー範囲ΔＥ１と第２エネルギー範囲ΔＥ２は重なる可能性もあるため、第１エネルギー範囲ΔＥ１の最小エネルギーＥ１ｍｉｎは第２エネルギー範囲ΔＥ２の最大エネルギーＥ２ｍａｘよりも小さい。これらの場合、Ｔ２期中試料に指向される電子の運動エネルギー分布のエネルギー平均値は、Ｔ３期中に試料に指向される電子の運動エネルギー分布のエネルギー平均値よりも更に大きい状態である。
【００７４】
更に、Ｔ３期においても、Ｔ２期中に試料に指向される電子の運動エネルギー分布のエネルギー平均値がＴ３期中に試料に指向される電子の運動エネルギー分布のエネルギー平均値よりも大きい限り、第２エネルギー範囲ΔＥ２の最大エネルギーＥ２ｍａｘよりも大きな運動エネルギーを持つ電子５３を試料に指向してもよい。
【００７５】
運動エネルギー分布のエネルギー平均値は下記の積分：
【数１】
2015028935.tif 000003
によって計算することができ、ここで、Ｅは運動エネルギー、
2015028935.tif 000004
は エネルギー平均値、ｐ（Ｅ）は生成された電子のエネルギースペクトルである。
【００７６】
以後、更なる実施形態を図によって説明するが、図において、構造や機能において対応するコンポーネントには、図１及び図２に照らして同じ参照符号で示し、区別するために、更に文字を加えている。そのため、その都度その前後の説明を参照されたい。
【００７７】
図３は、図１を用いて説明した粒子ビーム顕微鏡と類似し、そして試料の電荷を低減させるために、異なる運動エネルギーを持つ、試料へ指向させる二種類の電子を生成する点において当該粒子ビーム顕微鏡とは異なる、別の粒子ビーム顕微鏡の実施形態を示す。
【００７８】
図３に示す粒子ビーム顕微鏡１ａは、 図１に関連させて先に説明した様に、検出器２５ａを使用して検出することのできる、試料から二次電子を放出させるために撮像対象領域２３ａ内の試料９ａの表面７ａに指向させる粒子ビーム５ａを生成する粒子ビームカラム３ａを備えている。
【００７９】
粒子ビーム顕微鏡１ａは、図２で説明した方法に照らして操作することもできる。ここで、第１期Ｔ１中、粒子ビーム５ａを試料に指向させ、画像を生成するために二次電子を検出した後、試料の電荷を低減させるために、第２期Ｔ２及び第３期Ｔ３中においてそれぞれ異なる運動エネルギーを持つ電子を生成し、試料に指向させる。図１の実施形態において、異なる運動エネルギーを有する電子を生成するために、２つの異なる電子ビームカラム３３、３３’を設ける。図３ａに示す例において、電子源３５ａから電子を抽出し、加速させて電子ビームを形成するために、電子源３５ａ及び電極３７ａを有する単一の電子ビームカラム３３ａを設ける。電子ビームカラム３３ａは、電子ビームカラム３３ａから放出される電子の運動エネルギーを調整するために、コネクタ４０ａによって制御部１９ａに接続される加速電極３９ａを更に備える。
【００８０】
電子ビームカラム３３ａ内にはビーム偏向器７３が更に配置され、これはコネクタ７４を介して制御部１９ａによって制御される。制御部１９ａは偏向器７３を選択的に調整して、電子ビームカラム３３ａによって生成された電子を、ビーム３１ａとして試料９ａの表面７ａに直接当てる、又は、ビーム７７としてコンバータ素子７９に指向させることができ、この場合、コンバータ素子７９に当たる電子は二次電子を生成し、これはビーム３１’として、試料９ａの表面７ａに最終的にその一部が当たる。
【００８１】
制御部１９ａは加速電極３９ａに印加される電位を調整して、ビーム３１ａのために高い運動エネルギーの電子が生成されて、この電子がＴ２期中試料に当たるようにする。Ｔ３期中、偏向器７３を制御部１９ａによって制御し、電子ビームカラム３３ａによって生成された電子ビームが変換素子７９に当たり、実質的に低い運動エネルギーを持つこれらの生成された二次電子が試料９ａの表面に当たるようにする。制御部１９ａはＴ２期及びＴ３期中に同じ電位を加速電極３９ａに印加して、電子ビームカラム３３ａの設定をそのままにし、特に操作中のその焦点の設定が実質的に変わらないようにする。２種類の電子、すなわち、Ｔ２期中試料に指向される高い運動エネルギーの電子及びＴ３期中試料に指向される低い運動エネルギーの電子を生成するための運動エネルギーの変更は、ビーム偏向器７３による偏向の変更と、コンバータ素子７９に当たるエネルギー的に高い電子の、コンバータ素子７９から放出され、試料９ａの表面７ａに当たる低い運動エネルギーの二次電子への変換によって行う。
【００８２】
図６はグラフを示し、強度ＩはエネルギーＥと関連し、線ｐ1(Ｅ)は高い運動エネルギーの電子における運動エネルギーの正規化スペクトルを表し、線ｐ2(Ｅ)は低い運動エネルギーの電子における運動エネルギーの正規化スペクトルを表している。高い運動エネルギーの電子はエネルギー平均値
2015028935.tif 000005
を有し、低い運動エネルギーの電子はエネルギー平均値
2015028935.tif 000006
を有している。低い運動エネルギーの電子における運動エネルギーのスペクトル
ｐ2(Ｅ)において、ピーク６９は、スペクトルｐ1(Ｅ)を持つ変換素子７９に当たる電子によって変換素子７９において生成された二次電子によって生じる。低い運動エネルギーの電子における運動エネルギーのスペクトルｐ2(Ｅ)におけるピーク７１は、スペクトル
ｐ1(Ｅ)はを持つ変換素子７９に当たり、そこでエネルギー損失なく、又は僅かなエネルギー損失で散乱される電子によって生じる。大きなエネルギー平均値
2015028935.tif 000007
を持つ電子はＴ２期中試料に指向され、小さなエネルギー平均値
2015028935.tif 000008
を持つ電子をＴ３期中試料に指向される。
【００８３】
図２に示す方法を使って操作することのできる粒子ビーム顕微鏡の別の実施形態を、図４及び図５を参照して以下に説明する。ここで、図４は粒子ビーム顕微鏡１ｂの概略図を示し、図５ａ〜図５ｃは解析対象試料９ｂの表面７ｂの表面領域を示す。
【００８４】
粒子ビーム顕微鏡１ｂは、撮像対象領域２３ｂ内の選択可能な位置に指向させることのできる粒子ビーム５ｂを生成する粒子ビームカラム３ｂを備え、領域２３ｂは、先に図１及び図３に照らして説明した様に、試料９ｂの表面７ｂに配置される。
【００８５】
粒子ビーム顕微鏡１ｂは、粒子ビーム５ｂによって試料９ｂから放出された二次電子を検出する検出器を更に備える。この検出器は図４に示さず、先に図１、図２及び図３を使って説明したような構成を備えている。
【００８６】
図５ａは試料９ｂの表面７ｂにある撮像対象領域２３ｂの上面図である。撮像対象領域は長方形、特に正方形である。複数の所定の位置が撮像対象領域２３ｂ内に配置され、ビーム５ｂはそれらの位置に次々と指向される。所定の位置の各々について、制御部１９ｂは、試料から放出された二次電子を検出することによって画像情報を取得する。 試料上の位置と関連付けられた画像情報は画素とも称する。画像の画素は試料の領域に対応し、所定の位置が試料のこれらの領域の各々に位置し、粒子ビーム５ｂがこれらの領域に指向される。これらの領域は図５ａに画素８５の長方形グリッドとして示す。この長方形のリッドは、粒子ビーム５ｂによって、例えば列方向に走査され、この場合、ビームは、例えば１００ｎｓの、滞留時間と称される時間の間、所定の位置及び画素の各々にそれぞれ存在し、そして列の隣りのそれぞれの画素に飛ぶ。行の最後に到達すると、工程は次の行へと続く。
【００８７】
ビームの指向及びそれに対応する撮像対象領域２３ｂの全画素８５の二次電子の検出にはこのように時間がかかるので、粒子ビームによって生成される試料の電荷は、少なくとも最後に走査した画素８５のために取得した画像情報が試料の電荷によって非常に強く歪められる程度に蓄積するだろう。
【００８８】
このため、個々のシーケンスを連続的に複数回行い、各シーケンスにおいて、画像情報を一行又は半行又は２行などの画素のサブセットのためのみに取得し、その後、試料表面の電荷を低減させる。シーケンス内において画像情報の取得される画素のサブセットはシーケンス毎に異なるため、撮像対象領域２３ｂの画素８５の各々のために全てのシーケンスを実行した後、粒子ビームを画素に対応する試料の位置に指向させ、試料から放出された二次電子を検出することによって画像情報を少なくとも一度取得する。
【００８９】
図５ａを参照して先に説明した方法は、図１〜図３を参照して説明した方法に対応する。粒子ビーム顕微鏡１ｂを用いて行う方法において、異なるエネルギーの電子も試料の電荷を低減させるために使用し、この場合、高い運動エネルギーの電子は、Ｔ２期後の期間中、粒子ビーム５ｂを使って試料の電荷を低減させるための照射に貢献し、比較的低い運動エネルギーの電子は、Ｔ２期に続くＴ３期中の、試料の電荷の更なる低減に貢献する。
【００９０】
このため、高い運動エネルギーの電子ビームをＴ２期中試料の表面に指向させ、そのビーム断面８７が撮像対象領域２３ｂを含むようにする。Ｔ２期中に高い運動エネルギーの電子が当たる試料９ｂの表面７ｂ上における領域を図５ｂに斜線を引いた領域として示す。
【００９１】
Ｔ３期中、低い運動エネルギーの電子は、撮像対象領域２３ｂ内の試料の電荷の低減に貢献しなければならない。低エネルギーのこれらの電子は、しかしながら、図１及び図３の実施形態の様に、試料の外では生成されず、撮像対象領域２３ｂに指向される。粒子ビーム顕微鏡１ｂにおいて、高い運動エネルギーの電子も第３期Ｔ３中試料の表面に指向させるが、これらの電子は撮像対象領域２３ｂに直接当たらず、図５ｃに示すように、撮像対象領域２３ｂに隣接する領域８９に当たる。Ｔ３期中高い運動エネルギーの電子が当たる領域８９を図５ｃに斜交平行線で示し、この領域は撮像対象領域２３ｂを取り囲む環状の形状であり、その領域の外に配置されている。領域８９に当たる高い運動エネルギーの電子は、そこで比較的及び実質的に低い運動エネルギーを持つ二次電子を生成し、この一部が試料９ｂの表面７ｂに再度当たる。領域８９を囲み、図５ｃに斜線によって示される環状領域９１に加え、低い運動エネルギーの二次電子は、環状領域８９の内部に配置され、撮像対象領域２３ｂを含む円形領域９３にも当たる。円形領域９３は図５ｃに斜線で示す。Ｔ３期中にエネルギー的に高い電子を環状領域８９に指向させると、そこで低い運動エネルギーの二次電子が生成され、これらの電子は領域９１及び９３、特に撮像対象領域２３ｂの表面における電荷の低減に貢献する。試料の電荷を低減させるこのようなエネルギー的に低い二次電子も、第２期Ｔ２中、図５ｂの領域８７を囲む環状領域９５に当たるが、第３期Ｔ３中に図５ｃの領域９１に当たる二次電子と同様に、撮像対象領域２３ｂにおける試料の電荷の低減には実質的に貢献しない。
【００９２】
図４に示す様に、粒子ビームシステム１ｂは、試料の表面に指向されるビーム３１ｂを、ビーム断面が試料９ａの表面７ｂの平面において円形の形状８７を持つ、図５ｂに示すビーム断面から、環状の形状８９を持つ図５ｃに描かれるビーム断面へと切り換えるための開口配列１０１を備えている。開口配列１０１は、環状の凹部１０５及び隣接して配置される環状の凹部１０７を有する開口プレート１０３を備えている。開口プレート１０３は二重矢印１１３によって示される２つの位置の間を移動することができ、この場合、アクチュエータはコネクタ１１１を介して制御部１９ｂによって制御することができる。２つの位置の内の１つにおいて、電子ビームカラム３ｂによって生成される電子ビームは、開口プレート１０３の領域に当たり、そこには円状の凹部１０７が配置されており、図５に示す、試料９ｂの表面７ｂ上の円形の領域８７が照明され、一方で、２つの位置のうちのもう一つの位置において、電子ビームカラム３ｂによって生成されるビームが環状の凹部１０５に当たり、図５ｃに示される試料９ｂの表面７ｂにおける環状の領域８９が照明されるようにする。
【００９３】
本開示をその特定の例示的実施形態に関して説明してきたが、多くの変形、変更及び修正が可能であることは当業者に明らかである。従って、本明細書に規定する本開示の例示的実施形態は説明のためのものであり、何らかの限定をするものではない。以下の特許請求の範囲に記載する本開示の趣旨や範囲を逸脱することなく、種々の変更を加えることができる。
【符号の説明】
【００９４】
１  粒子ビーム顕微鏡
５  粒子ビーム
９  解析対象試料
Ｔ１  第１期
Ｔ２  第２期
Ｔ３  第３期
ｐ１  第１運動エネルギー分布
ｐ２  第２運動エネルギー分布
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
2015028935000001.pdf