(57)【要約】【課題】走査フレームサイクル間でラスタ走査領域を調整することによって、画像標本上の電子露光を制御するためのシステムおよび方法【解決手段】小さいズームイン走査領域および周囲領域は、走査フレーム間で複数回のフレームサイクルの間に正の電荷でフラッドされることによって走査領域と周囲領域との間の電圧差分を減少させ、それによって走査された画像中の小さい特徴を不明確にする傾向にある正の電荷蓄積を減少させる。標本上の画素エレメントへのピーク電流は、通例の映像と比較すると非常に短いライン時間でビームを走査するによって低減される。画像データのフレームは、さらに、任意のプログラム可能パターンで非逐次的に獲得され得る。あるいは、非活性ガスは、電子ビームが標本に当たる点で走査電子顕微鏡に注入されて、電子ビームによる不活性ガスのイオン化によって標本上の電荷蓄積を中和化し得る。【選択図】図２
2007207737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを形成し、加速させ、集束し、標本の一部を横切って走査させるための電子源および装置を備える走査電子顕微鏡を用いて、該標本を画像化するための方法であって、該標本は、このように走査されると電荷が上に蓄積し、該方法は、
ａ．該標本の第１の小領域を含む該標本の第１の実質的に大きい領域を該電子ビームでラスタ走査するステップと、
ｂ．該ステップａに続いて該標本の該第１の小領域を該電子ビームで個別にラスタ走査することによって、該第１の実質的に大きい領域を電子でフラッドする結果として該標本の該第１の小領域の画像を明るくするステップと、
を包含する、方法。
【請求項２】
前記ステップａが複数回繰り返されて、該ステップａの前記第１の実質的
に大きい領域の累積画像に対して前記ステップｂの前記第１の小領域の前記画像を明るくする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ステップａの前記第１の実質的に大きい領域が前記第１の小領域を囲み、従って、該第１の小領域を囲む該領域が前記電子でフラッドされる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ｃ．前記標本の第２の小領域を含む該標本の第２の実質的に大きい領域を前記電子ビームでラスタ走査するステップと、
ｄ．該ステップｃに続いて該標本の該第２の小領域を該電子ビームでラスタ走査し、それによって該第２の実質的に大きい領域を前記電子でフラッドする結果として該標本の該第２の小領域の該画像を明るくするステップと、
をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ステップａおよびｃが各々複数回繰り返され、それによって該ステップａおよびｃの各前記第１および第２の実質的に大きい領域の累積画像に対して前記ステップｂおよびｄの各前記第１および第２の小領域の前記画像を明るくする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ステップａの前記第１の実質的に大きい領域が前記第１の小領域を囲み、前記ステップｃの前記第２の実質的に大きい領域が前記第２の小領域を囲み、従って、各該第１および第２の小領域を囲む領域を前記電子でフラッドする、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記第１および第２の小領域は、少なくとも一部が互いに重畳している、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記第１および第２の実質的に大きい領域は、少なくとも一部が互いに重畳している、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記ステップｂの前記第１の小領域の各ラスタ走査のライン期間が、ピーク走査電流を低減させるために、走査電子顕微鏡の代表的な映像走査速度よりも実質的に短い、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ステップｂおよびステップｄの各前記第１および第２の小領域の各ラスタ走査のライン期間が、ピーク走査電流を低減させるために、走査電子顕微鏡の代表的な映像走査速度よりも実質的に短い、請求項４に記載の方法。
【請求項１１】
前記ステップｂが、選択された数の各ｙ軸座標について選択された第１のｘ軸座標で始まり、第２のｘ軸座標で終わる前記第１の小領域を横切って前記電子ビームを走査させることによって行われ、その他の場合は該電子ビームはブランクにされる、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記ステップｂが、選択された数の各ｙ軸座標について、選択された第１のｘ軸座標で始まり、第２のｘ軸座標に進み、該選択された第１のｘ軸座標に戻る前記第１の小領域を横切って前記電子ビームを走査させることによって行われ、その他の場合は該電子ビームはブランクにされる、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
ｅ．前記映像走査速度の選択された倍数で前記ステップａおよびｂの各ｙ軸走査信号をストローブすることによって、各該ｙ軸走査信号を選択された倍数のｙ軸走査信号に変換し、各該選択された倍数のｙ軸走査信号間の等しい位相ずれが該選択された倍数によって決定されるステップ
をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ステップｅにおける前記選択された倍数は４であって、その結果として、前記選択された倍数のｙ軸走査信号の数が４となり、各々の信号が、該４つの選択された倍数のｙ軸走査信号の次の各一つとの間に９０°の位相ずれを有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
電子ビームを形成し、加速させ、集束し、標本の一部を横切って走査させるための電子源および装置を備える走査電子顕微鏡を用いて、該標本を画像化するための方法であって、該標本は、このように走査されると電荷が上に蓄積し、該方法は、
ａ．一つのフレームサイクルの間、該標本の選択された小領域をラスタ走査するステップと、
ｂ．該電子ビームが該標本に当たる該標本の上の場所で不活性ガスを注入し、該電子ビームによる該不活性ガスのイオン化によって、該標本上に蓄積する電荷を中性化するステップと、
を包含する、方法。
【請求項１６】
前記不活性ガスがアルゴンである、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
電子顕微鏡の走査ビームのエネルギーレベルよりも大きい二次放出エネルギーレベルを有する標本を画像化するための走査電子顕微鏡であって、該走査電子顕微鏡は、
真空チャンバと、
該真空チャンバ中に含まれる電子源と、
該電子源から該真空チャンバ内に含まれる該標本に電子を導くための、該真空チャンバ内に含まれる集束カラムおよびレンズアセンブリと、
該標本から電子を検出するための、該真空チャンバ内に含まれる二次および後方散乱電子検出器と、
該集束カラムおよびレンズアセンブリからの電子が送達される、該標本の上方の位置に配置される開口部を有する該真空チャンバ内に延びる毛細管であって、該毛細管が、該開口部から不活性ガスを注入するために、該真空チャンバの外部の不活性ガス供給タンクに接続されるように配置される、毛細管と、
を備えた、走査電子顕微鏡。
【請求項１８】
前記不活性ガスがアルゴンである、請求項１７に記載の走査電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、概して、走査電子顕微鏡法における高度な特徴測定(enhanced feature measurement)に関し、より詳細には、走査電子度量衡法、特に、マイクロ回路の特徴の検査において、画像標本上の電子露光を制御するためのシステムおよび方法に関する。本発明は、同様の機器における臨界寸法測定にも適用され得る。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
走査電子顕微鏡法において、電子のビームは標本にわたって走査し、その結果として生じる標本表面から戻る電子が標本表面の画像を生成するために用いられる。いくつかのシステムにおいて、ビームは、特定の領域あるいは領域の一部にわたって複数回の走査を行って、異なるサンプリング周波数（sample frequencies）で表面の画像を拡大するように任意に制御可能である。
【０００３】
実質的に絶縁性の材料（例えば、半導体材料）から成る標本上では、同一の小領域に複数回の走査を行うことによって、この標本は、走査された領域の残りの部分に対して過剰な正の電荷をこの小領域に蓄積させる。この過剰な電荷によってこの小領域の画像が暗く見え、従って、この小領域の画像特徴を不明確にする。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
発明の要旨
本発明の一つの実施態様は、電子ビームを形成し、加速させ、集束し、かつ標本の一部を横切って走査させるための電子源および装置を備えた走査電子顕微鏡を用いて、走査されると電荷を獲得する標本の画像化のためのシステムおよび方法である。この画像化は、標本の選択された小領域を一つのフレームサイクル間にラスタ走査し、次いで、その小領域を含む標本の実質的により広い領域をラスタ走査して、この実質的により広い領域を電子でフラッドする（flood）ことによりこの標本の小領域の画像を明るくすることによって行われる。
【０００５】
本発明の第２の実施態様は、電子ビームが標本の表面に当たる場所に不活性ガスを注入することによって、走査電子顕微鏡を用いて走査されると電荷を獲得する標本を画像化するための走査電子顕微鏡のシステムおよび方法である。この不活性ガスは電子ビームによってイオン化され、従って、電荷が標本上で蓄積されると電荷を中和する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明の詳細な記載
本発明の好ましい実施態様についての言及を詳細にわたって行い、これらの実施態様の例は添付図面に図示される。
【０００７】
図１は、本発明の電子顕微鏡サブシステム11を含むシステム10のブロック図を示す。電子顕微鏡サブシステム11は、電子ビーム源12、集束カラムおよびレンズアセンブリ14、および標本20の選択された領域を横切って電子ビームを走査するための走査制御器16を備える。また、電子顕微鏡サブシステム11には、標本20からの二次および後方散乱電子を検出するための電子検出器24が含まれる。本発明のシステム10中で、電子検出器24は、電子信号28を形成する二次および後方散乱電子を検出するために少なくとも適切である帯域を有するように選択されている。例えば、電子検出器24は、マイクロチャネル板、マイクロスフェア（microsphere）板、半導体ダイオード、あるいはシンチレータ／光電子増倍管（PMT）アセンブリであり得、各々が当該分野において公知である。次いで、検出器24によって受け取られる電子の信号28は、画像プロセッサおよび表示サブシステム26による表示のために処理および格納される。
【０００８】
動作において、電子ビーム18は標本20にわたって走査し、二次および後方散乱電子信号28が電子検出器24によって検出される。さらに、電子ビーム18が標本20の表面へ集束されて、ビーム18のラスタ走査を制御する走査制御器16によって決定される平均電流を標本20に流入させる。本発明において、以下で論じられるように、電子ビーム18は１フレームサイクル間走査され、次いで、１あるいはそれ以上のフレームサイクル期間の間ブランクにされ得る。
【０００９】
代表的には、標本20は様々な材料から成り得、本発明は絶縁材料（例えば、半導体材料）の実質的な量を含む材料に、特に適用可能である。標本20の小領域22は、画像プロセッサおよび表示サブシステム26によって発展される小領域22の画像中の標本の特徴を決定するために走査される目的の特定領域を図示するように示されている。例えば、変質した（degenerate）場合において、小領域22は、標本20上の一つのラインあるいは一つの画素であり得る。本発明において、小領域22上のピーク電流は、従来のSEM機器において通常用いられるテレビ速度よりも速く電子ビーム18を走査させることによって低減される。本発明のシステム10において、電子ビーム18は、代表的には、16マイクロ秒のライン期間、すなわち、64マイクロ秒のライン期間を有するTVラスタ走査に通常用いられる速度の四倍で走査される。
【００１０】
図２は、さらなる詳細を示すための、本発明の電子顕微鏡サブシステム11の部分断面図を示す。ここで示されるように、サブシステム11は、最上部にある電子ビーム34を生成する電子ビーム源12を有しているのが図示されている。用いられ得る一つの実行例は、電源32によって生成される表面電界によって加速される電子を有する熱電界エミッタ（TFE）から成る電子銃36を含む。代替的な電子銃の実施態様が用いられ得る。次いで、電子銃36によって放出される電子は、ビーム源12内で電極38および銃レンズ39（各々はまた電源32によって制御される）を介して導かれて、集束カラムおよびレンズアセンブリ14に入り標本20に向かって導かれる電子ビーム34を形成する。電子38が代表的にはサプレッサ電極および抽出器電極の両方を含むことにも留意すべきである。
【００１１】
集束カラムおよびレンズアセンブリ14中で、電子ビーム34は開口部41を通過し、ビーム電流をおよそ300pAから５〜100pAの範囲に減少させ、図２において電子ビーム34’と示されるものを形成する。より大きい電子ビーム電流（例えば、100pA）は、パターン認識に特に有用である。このより大きいビーム電流によってもまた、当該分野において公知の画像すなわちライン走査のための与えられた信号対ノイズ比を達成するための統合時間（integration time）が短くなる。少し異なる言い方で言い換えると、より高いビーム電流についてより良好な信号対ノイズ比が存在するが、より低いビーム電流について改善された画質が存在する。
【００１２】
次いで、電子ビーム34’は、強力な磁界を生成させる磁気コイル43および磁極片（pole piece）44を含む対物レンズ42を通過する。この磁界は、ビーム34’を集束させて、標本20に導かれるとおよそ５nmのスポット寸法を有する電子ビーム18を形成するために用いられる。さらに、電子ビーム18の位置は、コイル43および磁極片44によって生成される磁界内に位置付けられる走査板45を用いて制御され、走査板45はラスタ生成器48によって電力を与えられ、ライン46および47上の信号により標本20を横切ってｘおよびｙの両方向のそれぞれにビーム18を導く。この領域において図１と図２とを結びつけるために、走査板45およびラスタ生成器48が図１における走査制御16に対応する。
【００１３】
次に図３を参照すると、ラスタ生成器48の一つの可能な実施態様のブロック図が示されている。ラスタ生成器48のこの見本となる実施態様には、ランプ生成器62およびカウンタ64に与えられるタイミング信号を生成するためのクロック60が含まれる。次いで、ランプ生成器62はランプ信号ｘ’を生成し、カウンタ64はプリセットカウントを表すディジタル信号を生成する。カウンタ64からのプリセットカウントは、クロック60からのタイミング信号を表す。次いで、カウンタ64からのプリセットカウントは参照用テーブル65に与えられ、ここで参照用テーブル65は、カウンタ64からのカウントに対応する、走査される標本20の表面上の個々のｙ軸ラインを選択するようにプログラムされている。ここで、走査されるｙ軸ラインは、逐次的、非逐次的、一つあるいはそれ以上の介在するラインがとばされている選択されたライン、繰り返し走査される選択されたライン、あるいは標本20の表面上の様々な領域について所望である任意の組み合わせあるいは順番であり得ることに留意すべきである。次いで、参照用テーブル65の出力ディジタル値はディジタル−アナログ変換器（DAC）66に与えられ、走査される標本20上のｙ軸位置に対応するステップ信号ｙ’が生成される。次に、信号ｘ’およびｙ’は、それぞれライン46および47を介して走査板45（図２を参照）に与えられる信号ｘおよびｙを生成し、標本20上のその時点でのｘおよびｙ位置電子ビーム18走査を制御する回転およびスケーリング制御器68に（例えば、当該分野において周知の技術を用いる乗算D/A変換器を用いて）導かれる。
【００１４】
次に、図4aおよび図4bを参照すると、ラスタ生成器48からの信号ｘ（46）およびｙ（47）をそれぞれ表す波形が示されている。図4aにおいて、ｘ信号(46)中のランプ切片72は、走査板45を介してビーム18を導き、標本20上でｘ軸方向に一つのラインに沿ってスポットを走査する。図4a中の信号の各切片は電圧の大きさが同じ、あるいは持続時間が同じであるので、ｘ方向への各対応する走査の長さは同一の長さである。同時に、図4bにおいて、ｙ信号(47)の各段状切片76は、ｘ信号によって標本20のｘ方向に追跡されるｙ軸方向の異なる信号値のｙアドレスを提供する。図4aおよび図4bのｘおよびｙ信号が標本20に対して実際に何を生じさせているかを示すために、図4cはこれらの信号に基づいて走査される経路を示すために提供される。すなわち、ｙａで開始しｙｅを通って進む対応する各ｙ座標の各ラインがｘ０で開始しｘａに進む。
【００１５】
しかし、走査信号ｘおよびｙは、様々な方法で走査パターンを変化させるために操作され得る。例えば、図4dおよび図4eにおいて、標本20上の各ラインｙａ、ｙｂおよびｙｃは、ｘ軸に沿ってｘ０からｘａまでそれぞれ２回走査され、次いで、次のｙラインに進む前に、ｘａからｘ０に戻る。
【００１６】
別の可能な走査パターンは図4fおよび図4gによって表され、ここではラインｙａが、常に同じｘ方向に、ｘ０とｘａとの間でｘ方向に３回走査される。次いで、ラインｙｂが、ｘ０とｘａとの間で一回走査される。次に、ラインｙｃが、常に同一のｘ方向に、ｘ０とｘａとの間でｘ方向に２回走査される。最後に、そのシーケンス中の各ラインｙｄおよびｙｅが、ｘ０とｘａとの間で一回走査される。
【００１７】
さらに別の走査の実施例が、図4h、図4ｉおよび図4jに図示されている。ここで、２つのｙラインであるｙａおよびｙｂはシーケンス中で走査され、各ｙラインがｘ座標のｘａとｘｂとの間で一回走査され、次いで、ｘ座標のｘ０とｘｃとの間で二回走査される。
【００１８】
さらなる実施例が図4kおよび図4lに図示され、ｘ軸走査が図4aに示される通りであると仮定する。ここで示されているのは、ｙｃ、ｙｆ、ｙｂ、ｙｄ、ｙｇ、ｙａおよびｙｅの順番でｙａからｙｇまでのｙラインのグループに沿った基板20の非逐次的走査である。
【００１９】
ここで示されている様々な走査パターンは用いられ得る走査パターンにおける変形を示しているに過ぎず、用いられ得る走査パターン変形例以外を意図するものではない。
【００２０】
図２に戻ると、ビーム34’が対物レンズ42および板45の磁界を通過すると、このビームはビーム18に集束され、標本20上に導かれる。現在の適用例における耐性を仮定すると、カラム14（レンズ42の底部）と標本20との間の間隔は、代表的には２mmのオーダーであるが、この間隔は本発明の動作に重要なものではなく、公知の値でなければならないのみである。さらに、標本20は、第２の電源52によって選択された電位に（例えば、５VDCまで）バイアスされることによって、ビーム１８の一次電子が標本20に接近するに従って、ビーム18のこれらの電子に対して非常に大きい減速電界を生成する。結果として、電子が標本20に到達するときのこれらの電子の「ランディングエネルギー（landingenergy）」が、それ故、電子銃36によって電子が供給されるのに用いられ、かつ、電子がカラムおよびレンズアセンブリ14を通過するのに用いられるエネルギーよりも大幅に低くなる。図示される実施の電子ビームは、代表的には5000eVのエネルギーレベルで電子銃36から出発し、このエネルギーレベルが本質的に変わらない状態でカラムおよびレンズアセンブリ14を通過する。電子ビーム18がレンズ42から出ると、第２の電源52のバイアスによって生成される、標本20から放射される減速電界は、ビーム18内の電子を所望のランディングエネルギーに実質的に減速する。
【００２１】
減速電界を制御することによる電子のランディングエネルギーを低減する効果によって、対物レンズ42の色収差係数を小さくすることにより優れた光学性能が可能になり、環境における漂遊磁界（例えば、電力ラインからの50あるいは60サイクルの漂遊磁界）からのある程度の防護を提供する。従って、ビームランディングエネルギーは、第２の電源52から標本20に印加されるバイアスを調整することによって調整され得る。
【００２２】
図２に図示されるシステムの動作を論じ続けると、二次および後方散乱電子28は、電子ビーム18と標本20との相互作用の結果として放出され、レンズ42に向かって戻されて導かれる。電子28が放出されると、磁界があるためにこれらはレンズ42を通ってらせん状に進み、次いで、レンズ42内の磁界を出ると、検出器55に向かって進む。次いで、検出器55によって受け取られる電子信号はコレクタ板56によって集められ、次いで、画像生成器59に与えられる前に、トランスインピーダンス増幅器58によって増幅される信号を生成する。画像生成器59への他の入力信号は、標本20の画像あるいはその選択された部分を表す映像信号を形成するためのライン46および47上のラスタ生成器48からのそれぞれの信号ｘおよびｙである。図１と図２との間の関係を再び相関させると、電子検出器24は検出器55およびコレクタ板56を含み、画像サブシステム26は増幅器58および画像生成器59を含む。さらに、電子ビーム源12、集束カラムおよびレンズアセンブリ14および標本20は、全て真空チャンバ23内に含まれている。
【００２３】
高い電子ビーム電流18が用いられると、検出器55が画像すなわちライン走査についての所定の信号対ノイズの比を達成するための積算時間が短くなることにも留意されたい。この短い獲得時間によって、自動化されたシステムにおいてより早いパターン認識が可能になり、システム中の低周波数振動および電子および電磁気ノイズに対する感度が低減される。
【００２４】
本明細書において記載されるようなシステムにおいて、標本20からの検出された電子ビーム電流28と標本20へ入る電子ビーム電流18との比を考察することは有用であり、この比は「放射係数」と称される。放射係数の値に影響を与えるいくつかの変数があり、その一部は、標本材料、サンプル領域の形態、標本上のバイアス電圧および一次電子ビームのランディングエネルギーである。放射係数が１よりも大きい場合（例えば、シリコン標本について）、すなわち、走査される領域で生成される電子の方がこの領域に到着する電子よりも多い場合、標本は走査領域中に正の電荷を蓄積する傾向にある。他の材料については、正の電荷がこの材料の標本に蓄積すると、放射係数は、１よりも大きい、１よりも小さい、あるいは１に等しい異なる値を有する。一次ビームを減速させる電界（すなわち、第２の電源52のバイアスから生じる）は、さらに、電子が標本表面を離れるに従ってビーム28の電子を加速させる傾向にあり、これによって標本20からの電子の空乏化が強調される。
【００２５】
上述のように、本発明の電子顕微鏡は、ラスタ走査のために一つのラインを含む小領域を選択し得る。入電子ビーム18は、標本20上の任意の特定のラインあるいは領域が数回走査され得るようにさらに制御可能である。しかし、これによって、放射係数が１よりも大きい走査状況において（例えば、シリコン標本について）、あるいは、標本20を構成し得る他の材料についてのいずれの値についても問題が生じる。画像をズームインし、非常に小領域を測定しよう試みると、この領域中に大きい正の電荷が蓄積する結果となり、結果として生じる静電界によって電子が標本20から出ていくのが防止される。本発明においては、この問題は、以下で論じるように、複数のフレームサイクルの間に周囲の領域を電子でフラッドすることによって解決される。
【００２６】
図５に示されるように、小領域22（図１を参照）はライン毎に走査され得る。本発明において、この走査は、左上の画素102にある電子ビーム18で始まり、このｙラインを横切って画素104に向かって増加するｘ方向に右に進み、次いで、同一のｘ座標を有する別のｙライン中の画素105に向かって下方に進み、そこから、この新しいｙラインを横切って画素106に向かって負のｘ方向に左に進み、小領域22を横切って様々なｙラインをこの前後に動く方法で走査し続ける。次いで、この走査が画素112に到達すると、電子ビーム18が画素102に戻る間にビームが「ブランク」にされる（すなわち、一時的にオフにされる）。あるいは、走査は、図4d〜図4lに関連して述べられた代替的なパターンの一つ、すなわち、標本20に適切ないずれものパターンで制御され得る。
【００２７】
実質的に絶縁性の材料（例えば、半導体ダイ(die)）からなる標本上では、各走査の結果、二次電子が放出され得、各走査に伴って目的となる領域の正の電荷が増加する。走査が繰り返される結果、小領域22は、標本20の周りの領域よりも高い正の電荷を獲得する。このような正の電荷は、結果として得られる画像中で画像プロセッサおよび表示サブシステム26によって暗い領域として表示される。周りの領域に対する小領域22上の正の電荷のレベルに依存して、小領域22の特徴をこの領域中で識別するのは困難であり得る。
【００２８】
図６に示されるように、本発明の一つの実施態様の技術は、整数回のラスタ走査の間に画像領域120（小領域22および小領域22を囲む領域を含む）のフラッドを含む一連の走査を行うことによって、暗い画像の問題を軽減する。例えば、第１の走査フレームサイクルｎ１において、小領域22のみの各ラインが走査される。選択された数の各続くフレームｎ１＋１、ｎ１＋２…ｎ１＋ｍにおいて、画像領域120全ての中の各ラインは各フレーム内で逐次的に走査され、その度に小領域22と比較して画像領域120の大幅に増大した画像領域を走査、すなわち、画像領域120を実質的にフラッドする。標本20上の次の小領域124（小領域22と同一、重畳、隣接あるいは分離していてもよい）および周囲のより大きい画像領域がフレームｎ２内で同様に走査される。従って、この工程は、目的となる全ての小領域22、124…が走査されるまで繰り返される。画像化される続く各小領域は、前に走査された小領域と同一であっても、前に走査された小領域からずれていてもよいことにも留意すべきである。また、続く小領域（例えば、小領域124）の走査の間、小領域が重畳しなくとも、少なくとも画像領域が互いに重畳し得るので、フラッドされる画像領域（例えば、120’）は、前に画像化された小領域（例えば、22）の画像領域（例えば、120）の大部分を含み得る。
【００２９】
走査された小領域および周囲の画像領域を正の電荷でフラッドすることによって、画像化される小領域（例えば、22）と周囲の画像領域（例えば22を除く120）との間の電圧差分を有効に減少させ、従って、画像化された小領域から電子が逃げ続けることが可能になる。各小領域を画像化しながら標本20に蓄積した全電荷は、小画像領域のみが走査されるフレーム数（フレーム内ズームイン）と、より大きい画像領域が走査されるフレーム数（フレーム外ズームイン）との間の比を変えることによって調整され得る。
【００３０】
図７は、図１の電子検出器24と画像プロセッサおよび表示サブシステム26との組み合わせられた機能を行う電子検出器および画像プロセッササブシステム128の見本となる実施を提供する。詳細には、サブシステム128は、標本20からの反射され、後方散乱された電子を検出する検出器130を含み、検出器130からの出力信号は増幅器132に与えられる。それに続いて、増幅器132は、画像プロセッサ136へ与えるために信号がディジタル化されるデジタイザ134に増幅された信号を供給する。サブシステム128の最下経路中には、周波数分割器140に信号を与えて、デジタイザ134および画像プロセッサ136の両方を制御するための信号を生成する発信器138があり、サブシステム128の動作は以下でより完全に述べられる。さらに、図２に示される構成要素と図７に示される構成要素とを比較すると、検出器130は検出器55およびコレクタ板56に関連し、増幅器132は増幅器58に関連し、図７中の回路の残りは画像生成器59に関連する。
【００３１】
図７に図示される実施態様において、標本20上の目的となる領域中の各ｙライン走査信号は、従来の映像速度の４倍で（すなわち、発振器138の周波数である160MHzであり、標準映像速度を用いた４倍インタリーブに対応する）ストローブされる。サブシステム128の最下経路において、160MHz信号は発振器138によって生成され、２つの機能を行う周波数分割器140に与えられる。
【００３２】
周波数分割器140の一つの機能は、160MHz信号を４で分割して、画像プロセッサ136に40MHz信号を与えることである。周波数分割器140の第２の機能は、発振器138からの160MHz信号を４つの160MHzストローブ信号に位相分割することであり、各信号は互いに対して異なる位相を有する（すなわち、φ１＝０°、φ２＝90°、φ３＝180°およびφ４＝270°）。これらの４異相のストローブ信号φ１、φ２、φ３およびφ４の各々はデジタイザ134の異なる端子に与えられて、デジタイザ134に増幅器132からの各ｙライン走査信号を４つの異なるｙライン走査信号に分割させる。
【００３３】
本実施態様を仮定すると、各位相ずれストローブの間に512個の副画素サンプルが得られ、同一のｙライン走査信号の４つの連続するストローブが各々、位相の増分オフセット（すなわち、四分の一画素幅）でストローブされる。これらの位相ずれｙライン走査信号はインタレースされ、その結果、ライン毎に全部で512×４、すなわち2048個のサンプルが得られる（例えば、ｙライン走査信号について全部で2048個のサンプル画素があるとき、０°の位相ずれを有する第１のストローブは、画素０、４、８などをストローブし、90°の位相ずれを有する次のストローブ上では、画素１、５、９などがストローブされる。180°の位相ずれを有する次の走査上では、画素２、６、10などがストローブされる。270°の位相ずれを有する第４の走査上では、画素３、７、11などがストローブされる）。
【００３４】
図７に関して述べられた四相の実施は、ストローブルーチンなしで必要とされる40MHz機器ではなく、より安価な10MHz機器を用いてｙライン走査信号からデータを抽出する経済的な方法を表している。
【００３５】
図８は、本発明のシステムの局面の一つを図示し、このシステムにおいて、ライン走査および非逐次的ライン走査の方向の任意のプログラミングが、各測定間で基板を再配置する必要なく、基板上でいくつかの臨界寸法測定を得るために用いられ得る。
【００３６】
このシステムを説明する前に、「電荷誘発不均衡（charge inducedasymmetry）」の概念を説明することが有用である。基本的には、ウェハ上のラインのような特徴が走査されると、この走査のリーディングエッジからの映像信号は、走査工程の間にウェハに電荷を蓄積させる走査工程の結果として、この走査のトレーリングエッジとは異なる画像を提供し、従って、結果として得られる映像画像に影響を与える。この画像の相違が「電荷誘発不均衡」と称される。
【００３７】
本発明の開発の間に、走査を行う間にライン走査方向反転がライン走査プロフィールの電荷誘発不均衡を低減させることが観察された。従って、ライン走査データの複数のアレイが獲得され得、ここでは、標本にわたる各ラインの位置、長さおよび向きが任意にプログラム可能である。
【００３８】
詳細には、図８は、絶縁材料上の導電パッド152の周りでくの字型に曲がった導電性トレース150の一部を示す。走査ライン154および156が、２つの可能な位置を図示するために付加されており、ここでは複数回の独立した測定が、基板を再配置する必要なく、逐次的に行われ得る。言い換えると、本発明の走査制御システムは、標本を移動させることなく、電子ビームカラムのビーム偏向窓の下方の標本表面の一部の分離された領域に向かって電子ビームを偏向させるようにプログラムされ得る。非常に小領域にわたり、かつ、ことなる向きに渡って平均化するこの能力によって、サンプルを再配置せずに切片から全く離れた（directly off the segment）正確で迅速な計測が可能になる。
【００３９】
走査の間に基板上で蓄積する電荷およびその結果として得られる暗い領域を中性化するための本発明の別の実施態様は図９に示される。真空チャンバ200に封入されているのは、図２と同様に、電子ビーム源12、集束カラムおよびレンズアセンブリ14および標本20である。さらに、電気的に伝導性である材料からなる毛細管（あるいは毛細アレイ）202（Sturbridge、MAのGalileoによって製造されるものなど）が、レンズアセンブリ14と標本20との間のチャンバ200に挿入され、管202の開口部は電子ビームが標本20上に当たる場所を向く。真空チャンバ200の外部には、リークバルブ204（例えば、Varianモデル951-5106）および気体供給管208との直列接続を介して毛細管202に送達するための不活性ガス（例えば、アルゴン）を含むための供給タンク206がある。リークバルブ204の目的は、真空を所望のレベル（例えば、10-4Torr）に維持するために不活性ガスをチャンバ200に注入する速度を制御することである。従って、電子ビームが標本20を走査する場所で不活性ガスをチャンバ200内に注入することによって、気体は標本20上に蓄積した電荷をイオン化し、そうすることによってこの電荷を中性化する。
【００４０】
本発明は、実施の改変、変形および延長と共に、様々な実施に関連して記載されたが、他の実施、改変、変形および延長が本発明の範囲に入る。他の実施態様は、本明細書および本明細書に開示されている発明を考慮することが、当業者には明らかであり得る。従って、本発明は、本明細書に含まれている記載あるいは図面によって制限されず、請求の範囲によってのみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
本明細書に組み込まれ、かつ本明細書の一部を構成する添付図面は、本発明のいくつかの実施態様を図示し、記載とあわせて本発明の原理を説明するものとなる。
【図１】図１は、本発明のシステム全体の簡略化されたブロック図である。
【図２】図２は、図１に示された本発明のシステムのより詳細な概略図である。
【図３】図３は、図１の走査制御サブシステムの拡大ブロック図である。
【図４ａ】図4aおよび図4bは、図３の走査システム電圧制御信号波形の一つの可能な組を示す。
【図４ｂ】図4aおよび図4bは、図３の走査システム電圧制御信号波形の一つの可能な組を示す。
【図４ｃ】図4cは、図4aおよび図4bの信号波形が用いられる時の、基板上の走査パターンを示す。
【図４ｄ】図4dから図4lは、本発明と共に用いられ得る同様の走査システム電圧制御信号波形および走査パターンを示す。
【図４ｅ】図4dから図4lは、本発明と共に用いられ得る同様の走査システム電圧制御信号波形および走査パターンを示す。
【図４ｆ】図4dから図4lは、本発明と共に用いられ得る同様の走査システム電圧制御信号波形および走査パターンを示す。
【図４ｇ】図4dから図4lは、本発明と共に用いられ得る同様の走査システム電圧制御信号波形および走査パターンを示す。
【図４ｈ】図4dから図4lは、本発明と共に用いられ得る同様の走査システム電圧制御信号波形および走査パターンを示す。
【図４ｉ】図4dから図4lは、本発明と共に用いられ得る同様の走査システム電圧制御信号波形および走査パターンを示す。
【図４ｊ】図4dから図4lは、本発明と共に用いられ得る同様の走査システム電圧制御信号波形および走査パターンを示す。
【図４ｋ】図4dから図4lは、本発明と共に用いられ得る同様の走査システム電圧制御信号波形および走査パターンを示す。
【図４ｌ】図4dから図4lは、本発明と共に用いられ得る同様の走査システム電圧制御信号波形および走査パターンを示す。
【図５】図５は、画像走査領域のより詳細な図を示し、代表的な走査パターンを図示する。
【図６】図６は、本発明の一つの実施態様の電荷フラッド技術を図示するためのラスタ走査のシーケンスを示す。
【図７】図７は、互いの増分オフセットで複数回走査するための代替的な検出および画像化サブシステムを図示する。
【図８】図８は、標本を再配置する必要がない本発明の複数回特徴検出（multiple feature measurement）の能力を示すために標本上の画像の一部を示す。
【図９】図９は、走査されたときに標本中に蓄積する電荷を最小化する本発明の第２の実施態様を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図４ｅ】
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【図４ｆ】
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【図４ｇ】
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【図４ｈ】
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【図４ｉ】
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【図４ｊ】
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【図４ｋ】
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【図４ｌ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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