(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子ビームを放出する点光源と、前記粒子ビームに影響を与えるレンズと、前記粒子によって撮像される物体と、前記粒子を記録もしくは前記物体を撮像する検出器とを具備する粒子光学プローブ形成システムにおいて、
（ａ）物体（３）を前記物体（３）にフォーカスのあった粒子ビームで撮像し、その映像（６）を記録することと、
（ｂ）前記記録行程をオーバー・フォーカスしたビームとアンダー・フォーカスしたビームとで繰り返すことと、
（ｃ）前記フォーカスのあった、オーバー・フォーカスした、アンダー・フォーカスした映像（６，６ａ，６ｂ）をフーリエ・スペースへ変換して、下記ステップ（ｄ）および（ｅ）をフーリエ・スペースにおいて実行することと、
（ｄ）オーバー・フォーカスした映像の変換（７ａ）をフォーカスのあった映像の変換（７）で割って、その結果の商（８）を得ることと、
（ｅ）アンダー・フォーカスした映像の変換（７ｂ）をフォーカスのあった映像の変換（７）で割って、その結果の商（８ａ）を得ることと、
（ｆ）前記両方の商（８，８ａ）を逆変換してプローブ（５，５ａ）の輝度プロフィル、すなわちオーバー・フォーカスおよびアンダー・フォーカスした光源の映像を決定することと、
（ｇ）プロフィル（９，９ａ）の中心についての非対称性（Ａｓ）、プロフィル（９，９ａ）の幅（ＢＲ）、および／または中心についてのプロフィル（９，９ａ）の曲率（ＫＲ）を決定することと、
（ｈ）これらのパラメータ（Ａｓ，ＢＲ，ＫＲ）についてのプローブ（５，５ａ）のプロフィル（９，９ａ）の相違を映像収差の決定に使用すること
とを特徴とする３次まで幾何光学収差を決定する方法。
【請求項２】
前記粒子光学プローブ形成システムが、走査電子顕微鏡である、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記プロフィル（９，９ａ）の幅として、前記プロフィルの半値幅の値を用いる、請求項１記載の方法。
【請求項４】
数学的手段および／または光学的手段により、フーリエ変換および／または逆変換を得ることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記光学的手段による方法が、回折パターンの作成によって行われる、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記粒子ビームを電気的および／または磁気的多重極により影響されるようにしたことを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記光源（１）の焦点外れした映像（５，５ａ）を前記光源（１）の焦点の合った映像の幅または前記光源（１）自体の幅の少なくとも１０倍の大きさのものとすることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
一定の角度の間隔で、オーバー・フォーカスおよびアンダー・フォーカスしたプローブの輪郭を分割し、前記パラメータを各断面について決定することを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記一定の角度の間隔が、１５度ずつの間隔である、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
２次軸コマの映像収差を決定するために、断面角「ｗ」によりオーバー・フォーカスおよびアンダー・フォーカスしたプローブをそれぞれ横断する断面の非対称性（ＡＳ）の平均値を作成し、これら平均値の１つ折りした成分の大きさと方位とを、断面角「ｗ」についてフーリエ分析によって決定することを特徴とする請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
３つ折りした２次非点収差を決定するために、断面角「ｗ」に関するオーバー・フォーカスおよびアンダー・フォーカスに関するプローブを横断する断面の非対称性（ＡＳ）の平均値を作成し、これら平均値の大きさと方位とを、断面角「ｗ」についてフーリエ分析して決定することを特徴とする請求項８または９に記載の方法。
【請求項１２】
焦点はずれを決定するために、断面角「ｗ」に関するオーバー・フォーカスおよびアンダー・フォーカスに関するプローブを横断する断面の幅の差を作成し、これらの差に関する折りたたまない成分の大きさを、断面角「ｗ」についてフーリエ分析して決定することを特徴とする請求項８または９に記載の方法。
【請求項１３】
２つ折りした１次非点収差を決定するために、断面角「ｗ」に関するオーバー・フォーカスおよびアンダー・フォーカスに関するプローブを横断する断面の幅の差を作成し、これらの差の２つ折りした成分の大きさを、断面角「ｗ」についてフーリエ分析して決定することを特徴とする請求項８または９に記載の方法。
【請求項１４】
３次球面収差を決定するために、断面角「ｗ」に関するオーバー・フォーカスおよびアンダー・フォーカスに関するプローブを横断する断面の曲率（ＫＲ）の差を断面角「ｗ」によって作成し、その差の折りたたまない成分の大きさを、断面角「ｗ」についてフーリエ分析して決定することを特徴とする請求項８または９に記載の方法。
【請求項１５】
３次星形収差を決定するために、断面角「ｗ」に関するオーバー・フォーカスおよびアンダー・フォーカスに関するプローブを横断する断面の曲率（ＫＲ）の差を断面角「ｗ」によって作成し、その差の２つ折り成分の大きさを、断面角「ｗ」についてフーリエ分析して決定することを特徴とする請求項８または９に記載の方法。
【請求項１６】
４つ折り３次非点収差を決定するために、断面角「ｗ」に関するオーバー・フォーカスおよびアンダー・フォーカスに関するプローブを横断する断面の曲率（ＫＲ）の差を作成し、これらの差の２つ折り成分の大きさを、断面角「ｗ」についてフーリエ分析して決定することを特徴とする請求項８または９に記載の方法。
【請求項１７】
３次球面収差を決定するために、曲率（ＫＲ）と幅（ＢＲ）の線形結合を α ＊ ＢＲ ＋ β ＊ ＫＲの式で使用し、 αとβとを断面角「ｗ」についてそれぞれの平均値を示すものとすることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
この発明は粒子ビームを放出する点光源と、前記粒子ビームに影響を与えるレンズと、前記粒子によって撮像される物体と、前記粒子を記録もしくは前記物体を撮像する検出器とを具備する特に走査電子顕微鏡における粒子光学プローブ形成システムにおいて、３次までの幾何光学収差を決定する方法に関する。
【０００２】
走査電子顕微鏡は極めて緻密に集束し、直径が効率と解像とを決定する電子ビームを次々と分析しようとする物体の表面に導くものである。物体を通過した電子、または物体から離散して物体の表面に放出される二次電子は集電器に集められるか、或いはシンチレータとその下流の光電子増幅管によって増幅される。電子を放出するためには、通常、直径が極めて小さいｎｍ級のタングステン製の先端部を用いる。この先端部によって実質的に精密な点状の粒子放射源が構成される。この点光源、つまりタングステン製の先端部の映像を通常プローブと名付けている。
【０００３】
粒子光学システム、特に走査電子顕微鏡の場合には、映像の解像力と質とは、幾何光学収差によって制約され、その結果、点状の物体は理想的な点状の映像として再生されない。理論上の映像の部位の近辺に光線の包絡線を横切る火線ができる。球面収差は周知である。これは軸方向に平行な入射光線が、不規則な軸方向の光線によって、映像のできる部位の前後の映像の空間を横切るのである。多数回「折りたたまれた」ものの軸方向の映像の収差は、映像点を拡大するものとなり、しかもそれは方位によって異なるものである。二つ折り非点収差の場合には、映像面の円形物体は、メリジオナル光線と、この光線に垂直をなすサジタル光線とがそれぞれ異なる焦点距離を有するから、楕円形の映像に歪んでしまう。これらの軸上撮像収差を３次までに補正するために、非円形レンズ・システムから成る補正手段を使用することは公知であって、例えばＰＣＴ／ＤＥ９８／０２５９６号明細書に記載の解像度を高めるために３次まで全ての軸の映像の収差を除く方法からも知ることができる。
【０００４】
この従来の方法は、像点において得た情報を撮像、プローブ形成光学システムの光映像の収差と、その物体構造自体とによって決定されるということから判るような不利益がある。従って、映像収差を決定するためには、取得した映像から物体の構造と、映像の収差の性質およびサイズについて結論を得るために周知の物体の構造とを知ることが肝要である。
【０００５】
従来技術を基礎として、この発明の目的は光放出源から放射される粒子ビームによって映像化される物体の構造について完全な知識を得ることなく、幾何光学映像の収差を決定する方法を提供することにある。
【０００６】
この発明によれば、その目的を達成するために、物体をその物体に集束した粒子ビームで映像化し、その映像を記録し、その記録までの行程をアンダー・フォーカスおよびオーバー・フォーカスしたビームで繰り返し、映像をフーリエ・スペースに変換し、オーバー・フォーカスした映像の変換を集束した映像の変換で分割し、その分割結果を逆変換し、アンダー・フォーカスした映像を集束した映像の変換で分割し、その分割結果を逆変換してプローブの輝度プロフィル、すなわちオーバー・フォーカスおよびアンダー・フォーカスの光源の映像を決定し、映像の中心についての輪郭の非対象性と、輪郭の幅、とくに半減幅、および／または中心についての輪郭の曲率を決定し、これらのパラメータについてのプローブの輪郭の差異を映像の収差の決定に用いる。
【０００７】
この発明の基本とするところは、物体に集束した粒子ビームと、オーバー・フォーカスした粒子ビームと、アンダー・フォーカスした粒子ビームとで物体の映像を変形し、次でフーリエ・スペースにおいて、その変形した映像を分割し、物体の構造を分割した結果（商）から除去することにある。その映像は数学的に集束したプローブと焦点を外れたプローブとを重ねたものに該当する。つまり、フリーエ・スペースにおける物体の情報とプローブの情報との積である。したがって、フリーエ変換の後に、２つの変形値を割り算することによって物体の情報を除くことができる。すなわち、フリーエ・スペースにおける割り算によって、映像化されるべき物体について、映像の変形中に含まれていた情報が消滅し、光学映像の収差に関する情報が残ることになる。これまでの説明において、アンダー・フォーカスとオーバー・フォーカスという用語は、粒子ビームが物体面に集束しないで、光軸において物体面の前または後で集束したことをいう。焦点外れの度合がプローブの直径について大きいときには、集束した粒子ビームの映像について、集束した映像は物体の構造を殆ど完全に再生しているものになる。本質的に、点光源について正しく映像を再生するには、前述のタングステン製の先端で満足される。この場合において、焦点外れをした粒子ビームを光源とする映像は、商を逆に変換することによって得ることができ、それには物体の構造についての情報は既に存在しない。この逆変換後に、幾何光学収差が決定され、それによってプローブの輪郭の歪みを生ずる。このために、輪郭についての映像の強さ、つまり輝度の輪郭を決定するためにプローブの輪郭についての断面、すなわち光軸について垂直をなす断面が作られる。この断面は、さらに光軸についての映像の輝度と輝度分布とを決定するために、後述するように、等距離の各間隔で形成される。幾何光学映像の収差を決定するために、映像の中心について対称でない輪郭の左側の半分の測定値と右側の半分の測定値とを、いずれか一方の部分の測定値から減算して、その部分の輪郭の幅を決定し、半分の幅の数値および／または中心についての曲率の数値を簡単に選択する。通常、オーバー・フォーカスおよびアンダー・フォーカスしたプローブについて異なるこれらの数値から、その平均値および／または差を得ることができる。これらの角度に依存する数値を映像収差を決定するのに一般に使用することができ、この映像収差の補正値を設定するか、あるいは数学的映像再建法を用いて、この映像の収差を補正して、鋭敏で歪みのない映像を得ることができる。
【０００８】
この発明によれば、幾何映像の収差を決定ために、従来技術のように物体の構造を考慮する必要がなく、物体の焦点が合った映像と、オーバー・フォーカスした映像と、アンダー・フォーカスした映像とから、物体の実際の構造を知る必要がなく幾何光学の映像の収差を決定するために、ただ一個の物体があればよいという利点がある。これによって、補正助変数を決定することができ、それによって、以後の測定において異なる物体を用いて、その映像の測定結果を得るのに、鮮明な映像を得るように映像を補正することができる。従って、光学システムの収差を補正するために、適当に補正値を設定することによって類推式に調節することができ、また数学的補正法を適用することもできる。
【０００９】
物体に焦点の合った粒子ビームまたは焦点のはずれた粒子ビームに関してフーリエ変換をするために、この変換を数学的、特に当業者の周知の高速フーリエ変換によって行うことを推奨する。原理的には、この種の変換を回析パターンを作成するアナログ式の方法で行うこともできる。これと同じ方法で、それぞれの分割した結果の商を逆変換することもできる。
【００１０】
とくに走査電子顕微鏡の場合には、電子ビームの方向に影響を与えるレンズは電気的および／または磁気的な多重極レンズであって、これらの場合には、レンズが電子ビームを集束し、偏向することは当業者に周知である。したがって、このようなレンズについては、幾何光学映像の収差の補正を簡単な方法で行うことができる。すなわち前述の方法で決定した補正係数を電場および／または磁場にも適用できるからである。つまり物体の収差のない映像を得るために、補正係数を変更することができる。
【００１１】
物体の構造に関する情報をフーリエ・スペースにおける分割によって実際に除いたことを確認してから、集束したプローブの幅、すなわち集束しなかった状態の光源の映像を、集束したプローブの幅、すなわち粒子源の実際の幅よりも少なくとも１０倍大きくしなければならない。
【００１２】
都合がよいことに、プローブの輪郭の断面を等しい角度間隔、とくに１５度ずつの角度で配置して、光軸についての輝度または輝度輪郭の適切な解像度を得ることである。幾何光学撮像収差を決定するために、前記の断面を「折り返して」分析する。すなわち、光軸について直角方向のプローブの輪郭が対称をなす面がどれだけあるかを調べる。
【００１３】
断面が非対称であるということは２次映像収差を決定するのに役立つ。これら非対称断面は、理論的にはオーバー・フォーカスおよびアンダー・フォーカスした断面ということであるから、さらに分析をするために、２つの測定値から平均値を得ることができ、この平均値は、例えば断面角ｗでフーリエ分析している１つ折りと３つ折りの角度成分の断面角ｗに依存する。方位と大きさとについて、１つ折り成分は２次軸方向コマの値を示し、３つ折り成分は３つ折り２次収差の数値となる。
【００１４】
断面角ｗに依存するプローブ輪郭の幅ＢＲ（ｗ）と曲率ＫＷ（ｗ）とを、幾何光学映像収差の決定に用いることができる。このプローブ輪郭の幅ＢＲは１次映像収差を決定する基礎になるものであって、曲率ＫＷの決定値は３次映像収差の数値を決定する。しかし、分析には次の手順をとることが必要である。すなわち、オーバー・フォーカスおよびアンダー・フォーカスに関する測定値の差異は、通常、断面角ｗによって決定される。収差がない場合には、測定値に差異が生じない。断面角ｗについて、その折りたたみ数によって得た異なる数値を分析するにはフーリエ分析で行う必要がある。それによって、折りたたんだことによって得られたスペクトル成分が断面角ｗによって得られる。該当する折りたたみ数は−回転対称映像収差を除いて−該当幾何光学収差および定量的数値に割り当てられ、その方位は特定の映像収差の大きさの情報と、時にはその整列状態の情報を提供する。原理上、プローブ輪郭の幅ＢＲおよび／またはオーバー・フォーカス／アンダー・フォーカスの差は１次映像収差、すなわち、焦点はずれと、１次２つ折り非点収差とを決定する。幅の相違する断面角で決定された折りたたんでない成分、つまり断面角ｗで決定された平均値、すなわち方向に無関係な数値は、電子光学システムの集束と焦点はずれに関する寸法図を提供する。１次の折りたたんでない映像収差は焦点はずれを示すものである。
【００１５】
同一のフーリエ分析によって、プローブの輪郭の幅の差異で決定される２つに折った成分は、大きさと方位とによって１次２つ折り非点収差の収差値を提供する。プローブの輪郭の曲率ＫＲ（ｗ）とオーバー・フォーカスとアンダー・フォーカスから得た差異とによって、３次映像収差の各別の収差成分を、たとえば、フーリエ分析で行う断面角による折りたたみ数の分析によって得ることができる。この場合に、特殊の映像収差が折りたたんだ数と、映像収差の大きさと方位とを与える成分の大きさに依存して割り当てられる。例えば、折りたたまなかった成分、つまり断面角ｗの平均値は、３次球面収差に関する寸法図を示す。２つ折りした成分は、その大きさと方向とによって、３次星形収差に関する寸法図を示す。最後に、４つ折りした成分も、その大きさと方向とによって、４つ折り非点収差に関する数値を出す。このようにして、すべての３次電子光学映像収差が決定される。
【００１６】
実際の光学系においては、１次映像収差と３次映像収差とは幅および曲率において、絶対に完全には減結合されないので、曲率（ＫＲ）または幅（ＢＲ）あるいはその両者それぞれの差異の代わりに、前述した方法によって両者の数値の線形結合を利用して、３次収差をさらに正確に決めることができる。次式：
α  ＊  ＢＲ  ＋  β  ＊  ＫＲ
によって、それぞれの関連増倍係数αとβとを、最も良い結果を得るために各粒子光学系について実験的に決定する必要がある。３次球面収差に関しては、断面角ｗ以上の平均値になるようにしなければならない。
【００１７】
この発明の一例を示す走査電子顕微鏡を図１に示す。この顕微鏡では、矢印で示すように、電子をタングステン製の点光源（１）から放出し、電気的および／または磁気的に多重極子のレンズ（２）によって、物体（３）に投射して、その映像を形成するようにしてある。物体（３）によって背後に放射された電子、あるいは物体から放射された２次電子は適当な検出器（４）によって、光輝度または強度分布形式の映像として記録される。
【００１８】
図２はプローブの形状（５，５ａ）を得る手段の順序を示す。このために、物体（３）は焦点の合った粒子ビーム、オーバー・フォーカスした粒子ビーム、およびアンダー・フォーカスした粒子ビームで映像化され、次いでこれらの映像（６，６ａ，６ｂ）はフーリエ変換される。
【００１９】
焦点の合った映像の変形（７）、および商の逆変形、さらに最初の映像（６，６ａ，６ｂ）に含まれていた映像化された物体の情報が除かれて、オーバー・フォーカスとアンダー・フォーカスしたプローブの形状（５，５ａ）だけが得られる。これと同一の手順をアンダー・フォーカスした映像の変形（７ｂ）にも行う。
【００２０】
それから後、図３に示すように、プローブ（５）についての多くの角度に関する断面が得られ、図４と図５に示すとおり、形状の異なる断面（９，９ａ）であって、特に非対称的で、中心について半分の幅と曲率のものが、前述したように、多くの幾何光学収差を決定するのに用いられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  走査型電子顕微鏡の略図である。
【図２】  プローブの形を決定するフロー線図である。
【図３】  プローブのプロフィルの分析を示す図である。
【図４】  プローブのプロフィルの断面を示す図である。
【図５】  プローブのプロフィルの断面を示す図である。
【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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