(57)【要約】  マルチビーム粒子ビーム顕微鏡の操作方法は、複数の粒子ビームで試料を走査するステップと、粒子ビームの入射点から出た電子ビームを電子変換器へと方向付けるステップと、第一の期間中に、入射電子によって電子変換器内で生成された第一の信号を第一の検出系の複数の検出素子を使って検出するステップと、第二の期間中に、入射電子によって電子変換器内で生成された第二の信号を第二の検出系の複数の検出素子を使って検出するステップと、第一の検出系の検出素子によって第一の期間中に検出された信号を入射点に、正確には第二の期間中に第二の検出系の検出素子によって検出された検出信号に基づいて対応付けるステップと、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチビーム粒子ビーム顕微鏡の操作方法において、
複数の粒子ビームで試料を走査するステップと、
前記試料における前記粒子ビームの衝突位置から出た電子ビームを電子変換器へと方向付けるステップと、
第一の期間中に、前記電子変換器内で衝突電子により生成された第一の信号を第一の検出系の複数の検出素子によって検出するステップと、
第二の期間中に、前記電子変換器内で衝突電子により生成された第二の信号を第二の検出系の複数の検出素子によって検出するステップであって、前記第二の検出系の前記検出素子の数は前記第一の検出系の前記検出素子の数の２倍より多い、というステップと、
前記第一の期間中に前記第一の検出系の前記検出素子によって検出された前記信号を前記衝突位置に、特に前記第二の期間中に前記第二の検出系の前記検出素子によって検出された前記検出信号に基づいて対応付けるステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記第一の検出系の前記複数の検出素子によって、前記電子変換器内の前記衝突電子により生成された前記第一の信号を検出するステップは、限度周波数より高いレートで実行され、
前記第二の検出系の前記複数の検出素子によって、前記電子変換器中の前記衝突電子により生成された前記第二の信号を検出するステップは、前記限度周波数の０．５倍未満のレートで実行される、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第二の期間は前記第一の期間とは異なる、
請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記第一の期間は前記第二の期間より短い、
請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第一の期間中に前記第一の検出系の前記検出素子の中の１つの検出素子によって検出された前記検出信号は、少なくとも２つの異なる衝突位置に対応付けられる、
請求項１〜４の何れか１項に記載の方法。
【請求項６】
複数の第一の期間中に前記第一の検出系の前記検出素子によって検出信号を検出する前記プロセスを繰り返すステップ
をさらに含み、
前記複数の第一の期間のうちの１つにおいて前記第一の検出系の所定の検出素子により検出された前記検出信号は、少なくとも部分的に所定の粒子ビームに対応付けられ、
前記複数の第一の期間のうちの別の１つにおいて前記第一の検出系の前記所定の検出素子により検出された前記検出信号は、前記所定の衝突位置には対応付けられない、
請求項１〜５の何れか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記第二の期間内に、複数の第一の期間中に前記第一の検出系の前記検出素子によって検出信号を検出する前記プロセスを繰り返すステップと、
前記衝突位置に、前記複数の第一の期間の各々中に前記第一の検出系の前記検出素子によって検出された前記検出信号を、特に前記第二の期間中に前記第二の検出系の前記検出素子によって検出された前記検出信号に基づいて対応付けるステップと、
をさらに含む、請求項１〜６の何れか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記走査するステップは、前記第二の期間より長い第三の期間中に、前記複数の粒子ビームの各粒子ビームを前記試料の表面のある領域内の複数の第一の衝突位置へと方向付けるステップを含み、
前記第一の衝突位置の凸包絡は第一の最大側方範囲を有し、
前記粒子ビームは、第二の期間中に前記第一の衝突位置の小集合である第二の衝突位置へと方向付けられ、
前記第二の衝突位置の凸包絡は第二の最大側方範囲を有し、
前記第一の最大側方範囲は前記第二の最大側方範囲の少なくとも２倍、特に少なくとも１０倍である、
請求項１〜７の何れか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記第一の衝突位置の前記凸包絡は第一の最小側方範囲を有し、
前記第二の衝突位置の前記凸包絡は第二の最小側方範囲を有し、
前記第一の最小側方範囲は前記第二の最小側方範囲の少なくとも２倍、特に少なくとも１０倍である、
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第一の期間中に前記第一の検出系の前記検出素子のうちの各検出素子によって記録された前記検出信号を、前記複数の粒子ビームのうちの１つ又は複数の粒子ビームに対応付けるステップをさらに含み、
前記複数の粒子ビームのうちの同じ１つに対応付けられる前記検出信号は同じ衝突位置に対応付けられる、
請求項１〜９の何れか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記複数の粒子ビームを走査するステップは、前記粒子ビームを時間と共に変化する偏向信号に基づいて偏向させるステップを含み、
前記第一の期間中に前記第一の検出系の前記検出素子によって検出された前記検出信号を前記衝突位置に対応付けるステップはさらに、前記偏向信号に基づいて実行される、
請求項１〜１０の何れか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第一の検出系の前記検出素子の前記数は、前記複数の粒子ビームの数より多く、及び／又は
前記第一の検出系の前記検出素子の前記数は、前記複数の粒子ビームの前記数の整数倍と等しく、及び／又は
前記第一の検出系の前記検出素子の前記数は、前記複数の粒子ビームの前記数と等しい、
請求項１〜１１の何れか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記電子変換器内で生成された前記第一の信号は光子である、
請求項１〜１２の何れか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記第一の検出系の前記検出素子は配列に相互に隣り合わせに配置され、
前記電子変換器の表面を前記第一の検出系の前記検出素子の配列上に光学的に結像するステップをさらに含む、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第一の検出系の前記検出素子は光電子増倍管及び／又はアバランシェフォトダイオードを含む、
請求項１３又は１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記電子変換器内で生成される前記第一の信号は電気信号である、
請求項１〜１５の何れか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記電子変換器内で生成される前記第二の信号は光子である、
請求項１〜１６の何れか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記第二の検出系の前記検出素子は配列に相互に隣り合わせに配置され、
前記電子変換器の表面を前記第二の検出系の前記検出素子の配列上に光学的に結像するステップをさらに含む、
請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記電子変換器の、前記電子ビームが前記電子変換器に衝突する側から出現する光子を前記光学的結像のために使用するステップをさらに含む、
請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第二の検出系の前記検出素子により検出される前記光子は１ｍｅＶ〜５００ｍｅＶのエネルギーを有する、
請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第二の検出系の前記検出素子はフォトダイオードを含み、
前記第二の検出系は特にＣＣＤを含む、
請求項１７〜２０の何れか１項に記載の方法。
【請求項２２】
請求項１〜２１の何れか１項に記載の前記方法を実行するように構成されたマルチビーム粒子ビームシステム。
【請求項２３】
特に請求項２２に記載の前記マルチビーム粒子ビームシステムと組み合わせられるマルチビーム粒子ビームシステムにおいて、
電子変換器と、
試料の衝突位置の配列を複数の粒子ビームで照明するように構成された照明系と、
前記衝突位置から出た電子ビームを前記電子変換器へと方向付けるように構成された投射系と、
前記電子変換器内の衝突電子により生成される第一の信号を検出するように構成された複数の検出素子を有する第一の検出系と、
配列に相互に隣り合わせに配置された複数の検出素子を有し、前記電子変換器内の衝突電子により生成された第二の信号を検出するように構成された第二の検出系であって、前記第二の信号は光子である第二の検出系と、
前記電子変換器の表面を前記第二の検出系の前記検出素子の配列上に光学的に結像するように構成された光学結像系と、
を含み、
前記電子変換器の、前記電子ビームもまた前記電子変換器へと方向付けられる表面から出るそのような光子が、前記光学結像系によって前記第二の検出系の前記検出素子へと方向付けられるマルチビーム粒子ビームシステム。
【請求項２４】
前記電子変換器は、前記電子ビームのエネルギーを光子に変換するシンチレータ材料を含む、
請求項２３に記載のマルチビーム粒子ビームシステム。
【請求項２５】
前記第二の検出系の前記検出素子によって検出された前記光子は、１ｅＶ〜４ｅＶのエネルギーを有する、
請求項２４に記載のマルチビーム粒子ビームシステム。
【請求項２６】
前記電子変換器は、前記電子ビームのエネルギーを光子に変換するシンチレータ材料を含まず、
前記第二の検出系の前記検出素子により検出される前記光子は１ｍｅＶ〜５００ｍｅＶのエネルギーを有する、
請求項２３に記載のマルチビーム粒子ビームシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチビーム粒子ビーム顕微鏡の操作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許出願公開第２０１５／００８３９１１  Ａ１号は、複数の粒子ビームが試料に向けられ、そこで収束され、それによって衝突位置の配列が粒子ビームで照明されるマルチビーム粒子ビーム顕微鏡を開示している。粒子ビームは二次電子を発生させ、これは衝突位置において試料から離れる。二次電子を回収し、それらを検出系に供給するための投射系が提供される。この場合、各衝突位置から出た二次電子は、検出系の正確に１つの検出素子に供給されるそれぞれの電子ビームを形成するように形作られる。それゆえ、前記検出素子の検出信号は、電子ビームの１つに、及びそれゆえ試料の粒子ビームの複数の衝突位置のうちの１つに対応付けることができる。粒子顕微鏡画像を記録するために、複数の粒子ビームで試料の表面を平行に走査し、それによって粒子ビームの各々は複数の衝突位置を照明する。この場合に検出される検出信号はそれゆえ、それぞれの走査位置によって複数の粒子ビームの複数の衝突位置に対応付けられて、粒子顕微鏡画像の空間的に分解された画像データを生成できる。
【０００３】
このように生成された粒子顕微鏡画像は、使用状況によっては予期せぬ不鋭やアーチファクトを示すことがわかっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、本発明の目的は、幾つかの使用状況において、より鮮鋭な画像を形成できるマルチビーム粒子ビーム顕微鏡及びその操作方法を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、マルチビーム粒子ビーム顕微鏡は、電子変換器と、試料における衝突位置の配列を照明するように構成された照明系と、衝突位置から発せられた電子ビームを電子変換器へと方向付けるように構成された投射系と、を含む。電子変換器は、電子変換器へと方向付けられた電子ビームの電子のエネルギーを信号に変換するように構成され、それが後に検出される。電子のエネルギーが変換される信号は、直接又は間接に検出可能な何れの種類の信号とすることもできる。例えば、電子変換器は電子ビームのエネルギーを光子に変換するシンチレータ材料を含むことができ、光子は後に検出される。この場合、光子自体は、半導体材料中の光子により生成された電子正孔ペアによって間接的に検出でき、前記電子正孔ペアによって今度は電圧信号が得られ、それらがデジタル信号に変換され、検出された信号を表す。このために適した半導体素子は、例えばアバランシェフォトダイオードである。さらに、光子はそれらが例えば光学導波路を介して電子増倍管に案内されることによって検出でき、前記電子増倍管は光子を電圧信号に高い効率で変換する。電子変換器はさらに、例えば半導体材料を含むことができ、電子変換器へと方向付けられた電子がこれを貫通し、直接信号として電子正孔ペアを発生させ、それが今度は電圧信号を生成する。
【０００６】
例示的な実施形態によれば、マルチビーム粒子ビームシステムは、電子変換器内の衝突電子によって生成される第一の信号を検出するように構成された複数の検出素子を有する第一の検出系と、電子変換器内の衝突電子により生成される第二の信号を検出するように構成された複数の検出素子を有する第二の検出系と、を含む。検出素子は、対応する検出結果が検出素子に対応付けることができるような方法で信号を検出するように構成された検出系のアセンブリである。これに関して、例えば、２つの異なる検出素子の検出結果に基づいて、その検出結果を生じさせた信号を検出したのが一方の検出素子か、もう一方の検出素子かを判断することが可能である。しかしながら、例えば１つの検出素子の検出結果に基づいて、その検出素子の検出体積の中のどの地点でその信号が検出されたかを確認することはできない。例示的な実施形態によれば、第一及び／又は第二の検出系はＣＣＤ検出器を含み、ＣＣＤ検出器のピクセルは検出素子である。
【０００７】
例示的な実施形態によれば、第一及び第二の検出系は、それぞれの検出素子が信号を検出するレートの点、及び／又はそれぞれの検出系の検出素子の数の点で異なる。
【０００８】
例示的な実施形態によれば、第一及び／又は第二の検出系は、電子変換器内の衝突電子により生成される信号を検出するように構成された検出素子配列を有する光検出器を含み、信号は光子である。検出系はすると、電子変換器の表面を検出系の検出素子配列上に光学的に結像させるように構成された光学結像系をさらに含むことができる。
【０００９】
投射系は、特に、試料の表面及び、それゆえ試料における粒子ビームの複数の衝突位置を電子変換器の表面上に結像させるように構成できる。
【００１０】
光学結像系によって電子変換器の表面を光検出器の検出素子配列上に光学的に結像させることによって、試料における複数の粒子ビームの衝突位置の画像が光検出器の検出素子配列上に生じる。
【００１１】
例示的な実施形態によれば、第一の検出系の検出素子は光電子増倍管を含む。光電子増倍管は例えば、光電陰極と、下流に接続された二次電子増倍管からなる。光電子増倍管は、高い検出確率及び高い時間分解能で光信号を検出するのに適している。他方で、光電子増倍管は高額な装置であり、これはかなりの構造的空間を占め、その結果、第一の検出系の検出素子が光電子増倍管である場合、第一の検出系の検出素子の数及び、それゆえその空間分解能は実際には限定される。
【００１２】
例示的な実施形態によれば、第二の検出系の検出素子はフォトダイオードを含む。リソグラフィ法により、高密度の検出素子を提供し、それゆえ高い空間分解能を提供するフォトダイオード配列を製作できる。この種の検出系の例は、何十万もの検出素子又はピクセルを有するＣＣＤセンサである。しかしながら、この種の検出系には、その読出しが比較的低速であり、それゆえ比較的遅いという欠点があり、それが理由で、実際問題として、電子変換器により生成された光信号のＣＣＤセンサのみによる検出はマルチビーム粒子ビーム顕微鏡の場合に一般的に使用されない。
【００１３】
従来のマルチビーム粒子ビーム顕微鏡では、検出素子として光電子増倍管を含む検出系は、照明系により試料上に方向付けられる粒子ビームの数と等しい数の検出素子を有する。そこで前記粒子ビームの各々は検出系の正確に１つの検出素子に対応付けられ、正確に１つの粒子ビームは検出系の各検出素子に対応付けられる。検出系の中の個々のある検出素子の検出信号は、すると、所定の検出素子に対応付けられた粒子ビームに対応付けられ、すると検出信号はさらに、試料の表面の走査中に粒子ビームが方向付けられ、その後その検出信号を生じさせた第二の電子よりも生成された、試料の前記粒子ビームの所定の衝突位置にさらに対応付けられる。
【００１４】
この従来の検出原理では、投射系と光学結像系が共同で、試料上に衝突する所定の粒子ビームにより生成される二次電子によって、実質的に所定の粒子ビームに対応付けられたその検出素子の検出信号が得られるようにすることができるが、他方で、所定の粒子ビームの衝突位置から出た二次電子では検出系の他の検出素子の検出信号は得られないと仮定されている。
【００１５】
本発明者らは、この仮定は現実問題として常に妥当とされるわけではなく、場合によっては、試料において所定の粒子ビームを生じさせた二次電子によって、光検出器の、当該所定の粒子ビームに対応付けられる検出素子とは異なる検出素子の検出信号も増大することに気付いた。この効果は「クロストーク」と呼ばれてよい。
【００１６】
本発明の例示的な実施形態によれば、第二の検出系の検出素子の検出信号は、第一の検出系の検出素子の検出信号を試料に衝突した粒子ビームに対応付けるために使用される。特に、第二の検出系の検出素子の検出信号は、第一の検出系の検出信号を試料における粒子ビームの衝突位置に対応付けるために使用される。
【００１７】
本発明の例示的な実施形態によれば、例えば上で説明したマルチビーム粒子ビーム顕微鏡の操作方法は、複数の粒子ビームで試料を走査することによって試料における粒子ビームの衝突位置の配列を照明し、変位させるステップと、試料における粒子ビームの衝突位置から出た電子ビームを電子変換器へと方向付けるステップと、を含む。方法は、第一の期間中に電子変換器内の衝突電子によって生成される第一の信号を第一の検出系の複数の検出素子によって検出するステップと、第二の期間中に電子変換器内の衝突電子によって生成される第二の信号を第二の検出系の複数の検出素子によって検出するステップと、第一の期間中に第一の検出系の検出素子によって検出された信号を、特に第二の期間中に第二の検出系の検出素子によって検出された検出信号に基づいて衝突位置に対応付けるステップと、をさらに含む。
【００１８】
例示的な実施形態によれば、第一の検出系の検出素子によって第一の信号を検出するステップは、限度周波数より高いレートで実行され、第二の検出系の検出素子によって第二の信号を検出するステップは、前記限度周波数の０．５倍未満のレートで実行される。これは、第二の検出系の検出素子が第一の検出系の検出素子よりかなり遅く読出し可能であることを意味する。
【００１９】
例示的な実施形態によれば、第二の検出系の検出素子の数は、第一の検出系の検出素子の数の２倍より多い。これは、第二検出系が第一の検出系よりかなり高い空間分解能を実現できることを意味する。
【００２０】
例示的な実施形態によれば、投射系は、試料における粒子ビームの衝突位置を試料から出た電子ビームによって電子変換器の表面上に結像させるように構成される。試料上に衝突する粒子ビームは試料において非常によく収束し、試料に小さいビーム焦点を生成することができるが、現実問題としては、投射系を利用して、これらの小さいビーム焦点を電子変換器の表面における電子ビームの非常に小さいビーム焦点上に結像させることは不可能である。これは、電子ビームを形成する電子が試料から出る際に広いエネルギースペクトルを有し、それによって試料からの電子の電子変換器の表面上への結像であって、投射系によって提供される結像が、電子のエネルギーの幅によってすでにエラーを含んでいるということによる。試料における衝突位置から出た電子はそれゆえ、電子変換器の表面上の広い領域に衝突する。しかしながら、投射系を、試料における異なる粒子ビームの相互に隣接する衝突位置から出た電子が電子変換器の表面においてそれぞれ広い領域を照明するが、それらの中で相互に異なる広い領域は重複しないか、わずかしか重複しないように具現化することが可能である。従来のマルチビーム粒子ビーム顕微鏡では、前記領域が相互に重複せず、すると光学結像系の光学的結像が前記領域を第一の検出系の検出素子配列上に結像させると仮定されていた。
【００２１】
本発明者らは、試料上の相互に隣接する衝突位置から出た電子ビームの電子が衝突する電子変換器の表面上の相互に隣接する領域は、時間と共に変化する可能性があり、特に試料を複数の粒子ビームで走査するステップによる粒子顕微鏡画像の記録中に変化する可能性があることに気付いた。
【００２２】
第一の検出系より高い空間分解能を有し得る第二の検出系の検出素子の検出信号の評価を利用して、電子変換器の表面における電子ビームにより照明されたこれらの領域の重複の種類を検出することができる。この検出は、第二の検出系により検出された画像の画像解析を含むことができる。
【００２３】
例示的な実施形態によれば、第一の期間中に第一の検出系の検出素子のうちの所定の検出素子によって検出される検出信号は、少なくとも２つの異なる衝突位置に対応付けられる。第一の検出系の所定の検出素子によって検出される光信号が所定の検出素子に対応付けられる粒子ビームに不正確にしか対応付けられない従来の方法と異なり、本明細書に記載の実施形態による方法では、検出信号のより柔軟な対応付けを行うことが可能となり、これには現在の状況と、投射系により提供される、結像中にあり得る現在の不適当さが考慮される。例えば、第二の検出系の検出素子の検出信号の評価に基づき、第一の検出系の所定の検出素子の検出信号の例えば９０％が当該所定の検出素子に対応付けられる粒子ビームに対応付けられ、他方で、その検出信号の１０％は、当該所定の検出素子に対応付けられる粒子ビームに隣接して試料に衝突する特定の粒子ビームに対応付けられる。検出信号の、粒子ビーム及びそれゆえ試料における衝突位置へのこのような対応付けは、特定の点でより正確であり、比較的よりよい画像特性を有する粒子顕微鏡画像を生成するために使用できる。
【００２４】
本発明者らは、本明細書に記載の方法は、特に表面上に不均一に分散された表面電荷が検査対象試料に存在する場合に有利であり得ることに気付いた。特に、これは、表面電荷の程度及び前記表面電荷の有効範囲が粒子ビーム全体によって結像される試料上のその領域の程度より小さいか、又ははるかに小さい場合に当てはまる。試料における表面電荷は、特に試料を走査する粒子ビーム自体によって生成でき、これが、試料における表面電荷の構成が時間と共に変化する可能性のある理由である。局所的に存在する表面電荷は、試料における粒子ビームの衝突位置から出た１つ又は複数の電子ビームが特定の全く異なる方向に偏向されるという効果を有することができ、他方で、他の電子ビームは、その効果が表面電荷からの距離と共に減少するため、偏向されないか、異なる偏向のされ方となる。このことは、電子変換器の表面上で所定の電子ビームにより照明される領域の構成が、形状と大きさに関して時間と共に変化する可能性があるという効果を有する。しかしながら、電子変換器における照明領域の構成の、時間に伴うこのような変化を検出することは可能であり、これらの領域はすると、第二の検出系の検出信号の評価によって光学結像系により第一の検出系の検出素子上に結像され、また、前記変化を、第一の検出系の検出素子の検出信号を粒子ビームに、及びそれゆえ衝突位置に対応付ける際に考慮に入れることが可能である。
【００２５】
例示的な実施形態によれば、第一の検出系の検出素子によって検出信号を検出するステップは、複数の第一の期間中に繰り返され、複数の第一の期間のうちの１つにおいて第一の検出系の所定の検出素子によって検出された検出信号は、少なくとも部分的に所定の粒子ビームに対応付けられ、複数の第一の期間のうちの他の１つにおいて第一の検出系の中の所定の検出素子によって検出された検出信号は、所定の衝突位置には対応付けられない。これは、検出素子及びその検出信号の粒子ビームへの対応付けが、例えば粒子顕微鏡画像の記録中に変化する可能性があることを意味する。対応付けにおけるこの変化は、第二の検出系の検出素子によって検出される検出信号に基づいて行われ、この検出信号もまた、この時間中に同様に変化する。
【００２６】
第一の検出系の検出素子の数は、試料を走査する粒子ビームの数と等しくすることができる。しかしながら、第一の検出系の検出素子の数はまた、試料を走査する粒子ビームの数より大きくすることもできる。特に、第一の検出系の検出素子の数は、試料を走査する粒子ビームの数の整数倍と等しくすることができる。例えば、第一の検出系の検出素子の数は、粒子ビームの数の４倍又は１６倍と等しくすることができる。
【００２７】
本発明の実施形態は、図面を参照しながら以下により詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】マルチビーム粒子ビーム顕微鏡の略図を示す。
【図２】図１に示されるマルチビーム粒子ビーム顕微鏡の電子検出器の略図を示す。
【図３】図２に示される電子検出器の第一の検出系の略図を示す。
【図４】図３に示される第一の検出系の検出素子配列の略図を示す。
【図５】図２に示される電子検出器の第二の検出系の検出素子配列の平面図の略図を示す。
【図６】１つの実施形態による方法を説明するための、図４の検出素子配列の拡大部分図を示す。
【図７】図６に関して説明される方法を説明するためのブロック図を示す。
【図８】図６及び７に関して説明される方法の走査経路の図を示す。
【図９】図６〜８に関して説明される方法を説明するための別のブロック図を示す。
【図１０】図１に示されるマルチビーム粒子ビーム顕微鏡において使用可能な電子検出器の略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、複数の荷電粒子ビームを利用するマルチビーム粒子ビーム顕微鏡の略図である。マルチビーム粒子ビーム顕微鏡は複数の荷電粒子ビームを発生させ、これは検査対象の試料上に衝突し、そこで二次電子を生成し、それが試料から出て、その後検出される。マルチビーム粒子ビーム顕微鏡１は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）タイプのものであり、これは複数の一次電子ビーム３を使って試料７の表面上に複数の電子ビームスポット５を生成する。検査対象の試料７は、何れの所望のタイプのものとすることもでき、例えば半導体ウェハ、生体サンプル、及び小型素子の配置又はその他を含むことができる。試料７の表面は、対物レンズ系１００の対物レンズ１０２の対物面１０１内に配置される。
【００３０】
図１の拡大抜出図Ｉ１は、試料７の表面１０１上の平面図を示しており、これは試料７の表面１０１上の粒子ビーム３の衝突位置５の規則的な長方形配列１０３を有している。図１では、衝突位置の数は２５であり、これらは５×５の配列１０３として配置されている。粒子ビーム３又は衝突位置の数２５は、説明を簡単にするために選択された小さい数字である。現実には、ビームスポットの数は、例えば２０×３０、１００×１００等、はるかに大きくなるように選択できる。
【００３１】
図の実施形態において、衝突位置５の配列１０３は実質的に規則的な長方形の配列であり、隣接する衝突位置５間には一定の距離Ｐ１がある。距離Ｐ１の例示的な値は１μｍ〜１０μｍである。しかしながら、配列１０３は、例えば六方対称等、その他の対称性を有することも可能である。
【００３２】
粒子ビーム３は、衝突位置５上で非常に細く集束させることができる。試料の表面において形成されるビーム焦点の直径は例えば、１ｎｍ、５ｎｍ、１００ｎｍ、及び２００ｎｍとすることができる。ビームスポット５を形作るために粒子ビーム３を収束させることは、対物レンズ系１００によって実行される。
【００３３】
試料に衝突した粒子ビーム３の粒子はそこで電子を発生させ、これは試料７の表面から出る。試料７の表面から出た電子は、対物レンズ１０２により提供される電場によって加速され、電子ビーム９を形成するように形作られる。マルチビーム粒子ビーム顕微鏡１は、対物レンズ１０２及びその他の電子レンズ２０５により形成される投射系を含む。投射系１０２、２０５は電子ビーム経路１１を提供して、複数の電子ビーム９を電子検出器２０９に供給する。電子検出器２０９は電子変換器２０７を含み、その上に電子ビーム９が投射系１０２、２０５によって方向付けられ、また、電子変換器２０７は電子ビーム９の電子の衝突時に信号として光子を生成するように構成される。前記光子は光検出器によって検出されるが、これについては後述する。電子変換器２０７の材料はシンチレータ材料を含むことができ、これは例えば、イスラエルのＥｌ  Ｍｕｌ  ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓからＲ４２の商品名で販売されるリン材料である。
【００３４】
図１の抜出図Ｉ２は、電子変換器２０７の表面２１１の平面図を示しており、そこに電子ビーム９が衝突する。参照符号２１３はそこで衝突する電子ビームの中心が配置される位置を示す。図１に示される理想的な状況では、中心２１３は配列２１７内で相互に規則的な距離Ｐ２に配置されている。距離Ｐ２の例示的値は１０μｍ、１００μｍ、及び２００μｍである。
【００３５】
粒子ビーム３は、少なくとも１つの電子源３０１、少なくとも１つのコリメートレンズ３０３、マルチアパーチャ装置３０５、及びフィールドレンズ３０７を含む照明系３００によって生成される。電子源３０１は発散電子ビーム３０９を生成し、それがコリメートレンズ３０３によってコリメートされて、マルチアパーチャ装置３０５を照明するビーム３１１を形成する。
【００３６】
図１の抜出図Ｉ３は、マルチアパーチャ装置３０５の平面図を示す。マルチアパーチャ装置３０５は、その中に複数の開口又は絞り３１５を有するマルチアパーチャ板３１３を含む。開口３１５の中心点３１７は、試料７における粒子ビーム３の衝突位置５により形成されるパターン１０３に対応するパターン３１９で配置される。絞り３１５の中心点３１７の相互からの距離Ｐ３の例示的な値は５μｍ、１００μｍ、及び２００μｍであり得る。絞り３１５の直径Ｄは、絞りの中心点間の距離Ｐ３より小さい。直径Ｄの例示的な値は０．２×Ｐ３、０．４×Ｐ３、及び０．８×Ｐ３である。
【００３７】
照明ビーム３１１の電子は絞り３１５を通過して電子ビーム３を形成する。照明ビーム３１１のうち板３１３に衝突する電子はそれによって吸収され、電子ビーム３の形成に寄与しない。
【００３８】
マルチアパーチャ装置３０５は、電子ビーム３を、ビーム焦点３２３が板３２５に形成されるような方法で収束させる。図１の抜出図Ｉ４は、焦点３２３がパターン３２７に配置された板３２５の平面図を示す。パターン３２７の焦点３２３間の距離Ｐ４は、マルチアパーチャ板３１３のパターン３１９における距離Ｐ３と同じであっても、それとは異なっていてもよい。焦点３２３の直径は例えば、１０ｎｍ、１００ｎｍ、及び１μｍとすることができる。
【００３９】
フィールドレンズ３０７と対物レンズ１０２は、その中に焦点３２３が形成される板３２５を対物面１０１上に結像させるための結像系を提供し、それによって試料７の表面における衝突位置５の配列１０３がそこに形成される。
【００４０】
ビームスイッチ４００がビーム経路内のマルチアパーチャ装置３０５と対物レンズ系１００との間に配置される。ビームスイッチ４００はまた、ビーム経路１１の、対物レンズ系１００と電子検出器２０９との間の一部でもある。
【００４１】
このようなマルチビーム検査システム及びその中で使用される、例えば粒子源、マルチアパーチャ板、及びレンズ等の構成要素に関するより詳しい情報は、国際公開第２００５／０２４８８１  Ａ２号、同第２００７／０２８５９５  Ａ２号、同第２００７／０２８５９６  Ａ１号、同第２００７／０６００１７  Ａ２号、米国特許出願公開第２０１５／００８３９１１  Ａ１号、及び国際公開第２０１６／１２４６４８  Ａ１号から取得でき、これらの開示の全範囲を参照によって本願に援用する。
【００４２】
図２は、電子検出器２０９のさらなる詳細を示す。電子検出器２０９は、電子変換器２０７のほかに、検出素子２１５の配列を有する第一の検出系２１３と、検出素子２１９の配列を有する第二の検出系２１８を含む。第一の検出系２１３は光検出器を含み、図の実施形態では第二の検出系も同様の光検出器を含む。光学結像系２２１は、電子変換器２０７の表面２１１を第一の検出系２１３の検出素子２１５の配列上と第二の検出系２１８の検出素子２１９の配列上の両方に光学的に（ｌｉｇｈｔ−ｏｐｔｉｃａｌｌｙ）結像させるように構成される。この目的のために、光学結像系２２１は、複数のレンズ２２３と、そこに衝突した光の一部が第一の検出系２１３を通過するようにさせ、そこに衝突した光の他の部分を第二の検出系２１８に反射することのできるビームスプリッタミラー２２５と、を含む。
【００４３】
電子変換器２０７で生成され、ビームスプリッタミラー２２５を通過する光子はそれゆえ、第一の信号を形成し、これは第一の検出系２１３によって検出され、電子変換器２０７で生成され、ビームスプリッタミラー２２５で反射された光子は第二の信号を形成し、これは第二の検出系２１８によって検出される。
【００４４】
しかしながら、第一の検出系２１３に衝突した光はビームスプリッタミラー２２５で反射され、第二の検出系２１８に衝突した光がビームスプリッタミラー２２５を通過するようにすることも可能である。この場合、ビームスプリッタミラー２２５が、そこに衝突した光のうち第一の検出系２１３に供給される比率が第二の検出系２１８に供給される比率の５倍、１０倍、又は５０倍となるように設計されるようにすることができる。
【００４５】
第一の検出系２１３の詳細が図３に概略的に示されている。第一の検出系２１３は複数の光電子増倍管２２７を含む。光電子増倍管２２７の数は粒子ビーム３の数に対応させることができるが、それより多くすることもできる。光電子増倍管２２７の各々は光学導波路２２９の一端に接続され、それによって検出対象の光が光電子増倍管２２７に供給される。光学導波路２２９のそれぞれの他端はフレーム２３１内で結合されて、光学導波路２２９の端を配列に配置し、その幾何学形状は電子変換器２０７の表面上に衝突電子ビーム９によって形成される配列２１７の幾何学形状（図１、Ｉ２）に対応する。電子変換器２０７の表面上の配列２１７は、光学結像系２２１によって光学導波路２２９の端の配列に結像される。図４は、フレーム２３１内に保持される光学導波路２２９の端によって形成される配列の平面図を示す。
【００４６】
電子変換器２０７に衝突する電子ビーム９の電子は光子を生成し、その一部は電子変換器２０７から光学結像系２２１へと向かう方向に出る。光学結像系２２１は、前記光子を使って電子ビーム９の衝突位置２１３を光学導波路２２９の端に結像させる。光子の一部は光学導波路２２９に入り、前記光学導波路により光電子増倍管２２７に供給される。光電子増倍管２２７は入ってきた光子を電子信号に変換し、それが信号線２３３を介してコントローラ２３５に供給される。コントローラ２３５はそれゆえ、所定の光電子増倍管２２７の検出信号を検出でき、検出された信号の強度は電子ビーム９のうち、それぞれの光電子増倍管２２７に対応付けられる１つの強度に実質的に比例する。
【００４７】
図５は、第二の検出系２１８の検出素子２１９の平面図を示す。検出素子２１９はＣＣＤセンサ２３７のフォトダイオードにより形成され、フォトダイオード２１９は長方形配列に配置される。第二の検出系２１８の検出素子２１９の数は例えば、１２８×１２８、１０２４×１０２４、又はその他の値とすることができる。ＣＣＤセンサ２３７の検出素子２１９は、検出素子２１９の配列からの線２３９を介して行ごとに読み出され、信号がコントローラ２３５に送信される。
【００４８】
図６は、図４に示される光学導波路２２９の端の配列の拡大部分図である。図４の配列の中の左上に配置された４つの光学導波路だけがここに示されている。光学導波路２２９のこれらの端は、列表示（１，１）；（２，１）；（１，２）；及び（２，２）により指定することができる。破線２４１により表される円はある領域を取り囲み、その中では理想として前述した状況において、光子の９０％が列表示（１，１）を有する光学導波路２２９の端に衝突し、この状況では、各粒子ビームが第一の検出系の正確に１つの検出素子に対応付けられ、正確に１つの粒子ビーム３は第一の検出系の各検出素子に対応付けられる。特に、この状況では、粒子ビームは、配列１０１の左上に配置された衝突位置５（図１のＩ１参照）を照明することになるものであり、二次電子を生成し、これは、電子変換器２０７の表面２１１上の配列２１１の左上に配置されたセグメント（図１のＩ２参照）を照明する電子ビーム９を形成するように形作られ、そこで、結像光学ユニット２２１により光学導波路（１，１）の端に結像される光子を生成する。これが当てはまる場合、光学導波路（１，１）に接続された光電子増倍管２２７により検出される全ての検出信号を配列１０１内の左上に配置された粒子ビームに対応付けることができる。
【００４９】
この理想的状況から逸脱して、現実には、この１つの粒子ビームにより発生した光子の９０％が円２４１内ではなく、それに関してずらして配置された円２４３に着地するという状況が発生し、この円は図６において実線で示される。この変位は、例えば試料７の表面に電荷が存在し、それが二次電子のビーム９をその理想の経路から偏向させ、電子変換器２０７においてこのビームにより生じた光子が大部分において円２４３内に着地することによることがある。これは、前記光子の一部分がファイバ端（２，１）に入り、他の部分がファイバ端（１，２）に入ることを意味する。図６に示される状況の場合、上述の粒子ビーム３に帰することになる検出信号は、異なる光電子増倍管２２７により検出される検出信号の和から得られると仮定できる。図６に示される状況において、前記粒子ビーム３に対応付けられることになる検出信号の強度Ｉは、例えば以下のようになり得る：
Ｉ＝０．８×Ｉ（１，１）＋０．１５×Ｉ（２，１）＋０．０５×Ｉ（１，２）
【００５０】
０．８、０．１５、及び０．０５の係数は、円２４３がファイバ２２９の端の面積と重複することに関する幾何学的検討の結果として得られる。適当であれば、この検討ではまた、円内の光子の強度の不均一な分布も考慮できる。前記強度の分布は通常、高い中心最大値及び円２４３の外まで延びる外れ値も有するガウス関数に従う。
【００５１】
円２４３の位置は、第一の検出系だけを利用したのでは特定できない。しかしながら、円２４３の位置は第二の検出系２１８を利用すれば検出でき、これは第一の検出系と同じ光強度分布を受け取るが、その検出素子の数が多いため、よりよい空間分解能を提供する。第二の検出系２１８により検出された画像の画像解析によって、それゆえ、粒子ビーム３の各々について、光ファイバ２２９の端の面積においてそれに対応付けられる円２４３を特定することが可能となる。すると、前記円２４３が光ファイバ２２９端と重複することに基づき、第一の検出系の個々の検出素子の検出信号がどの粒子ビーム３に対応付けられるかの比率を特定することが可能となる。
【００５２】
上で例として挙げられた係数は、検出素子（１，１）、（２，１）、及び（１，２）が、円２４３により表されるもの以外の粒子ビームから発せられた信号を受け取らないとの前提から得られる。一般に、検出信号を粒子ビームに正しく対応付けるためには、方程式系を解く必要がある。このような方程式系の解は、第一の検出系の検出素子の数が粒子ビーム３の数より多い場合、簡単になる。
【００５３】
それゆえ、本明細書で説明する方法によって、第一の検出系２１３の複数の検出素子２１５により検出された検出信号を粒子ビーム３の各々に対応付けることが可能となる。これは、第二の検出系２１８により記録された画像の画像解析に基づいて行われる。この方法の結果、より高いコントラストとより少ないアーチファクトを有する画像が得られ、それは、第一の検出系２１３の所定の検出素子２１５により検出された全ての検出信号が粒子ビーム３のうちの正確に１つのみに対応付けられるわけではないからである。
【００５４】
この方法について、図７のブロック図を参照しながら以下にもう一度説明する。図中の参照符号２５１は、第一の期間内に第一の検出系２１３の２５の検出素子２１５によって検出される信号強度Ｉ１、Ｉ２、．．．Ｉ２５のベクトルを示す。時間的に第一の期間より前に置くことのできる、時間的に第一の期間の後に置くことのできる、第一の期間より短くも又は長くもすることのできる、及び第一の期間中に含めることも、第一の期間を含むこともできる第二の期間中に、画像は第二の検出系２１８によって記録され、この画像には画像解析２５３が行われる。前記画像解析２５３に基づいて、第一の検出系２１３の検出素子２１５によって検出される検出信号が個々の粒子ビーム３に対応付けられることになる比率が特定される。前記比率は、例えば行列によって表すことができ、それをベクトル２５１に乗じてベクトル２５５が得られ、その要素Ｉ’１、Ｉ’２、．．．Ｉ’２５は個々のビームに対応付けられる検出強度を表す。前述のように、方程式系又は、例えば反復計算等のその他の何れかの複雑な計算の解は、前記行列を得るために必要となり得る。第一の検出系の検出素子の数が粒子ビームの数より多い場合、ベクトル２５１は第一の検出系の検出素子の数と等しい数の成分を有し、他方でベクトル２５５の成分の数は粒子ビームの数と等しい。ベクトル２５１からベクトル２５５を得るために行列が使用される場合、この行列はしたがって非正方となる。
【００５５】
図７の矢印２５７は、検出素子により検出された検出信号が複数のビームに対応付けられることを表す。これに関して、例えば、第一の検出素子により検出された強度Ｉ１はビーム１、２、及び６に対応付けられ、残りのビームには対応付けられない。
【００５６】
方法は、粒子ビーム３で試料の表面を走査するステップをさらに含む。この目的のために、例えば、コントローラ２３５は適当な走査信号２５９を提供する走査発生器（ｓｃａｎ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）を含むことができる。走査信号２５９に基づいて、ビーム偏向器には時間的可変電圧が供給され、前記ビーム偏向器はビーム経路１３の領域内の、例えば対物レンズ１０２の中又はその付近に配置されて、粒子ビーム３の束を走査信号に基づいてまとめて偏向させ、それによって試料７の表面上での粒子ビーム３の衝突位置５が変位する。
【００５７】
これに関して、例えば、試料７の表面上の粒子ビーム３の衝突位置５は所定の期間が経過した後に段階的に新しい衝突位置５へと変位させることができ、この期間は第一の期間と等しくすることができ、それによって非常に多い数の複数の衝突位置５が連続的に粒子ビーム３で照明される。最後に、検出された検出信号が前記衝突位置に対応付けられ、粒子顕微鏡画像が形成される。図７は、検出信号の強度１’’を表すベクトル２６１を示しており、これは衝突位置（１ｉ，１ｉ）、（２ｉ，２ｉ）、．．．に第一の時間間隔ｉ中のこのような時間ステップ中に対応付けられる。この場合、可変数ｉは連続的に実行される時間ステップの表示を表す。個々の粒子ビーム３に対応付けられるベクトル２５５の検出信号の、個々の衝突位置に対応付けられるベクトル２６１の検出信号への対応付けが、走査発生器の走査信号２５９に基づいて行われる。
【００５８】
走査発生器の動作及び走査信号２５９の生成の一例を、図８を参照しながら以下に説明する。同図は試料７の表面の平面図と、実行される時間ステップ内の走査に関して連続的に照明される衝突位置５を示している。第一の粒子ビーム３により連続的に照明される２５５の衝突位置は（１１，１１）、（１２，１２）、．．．（１２２５，１２２５）により指定される。これらは試料の表面の正方形領域２６３内にあり、この領域は２５５の衝突位置を含む。走査により連続的に生成される衝突位置は、図８においては、粒子ビームの走査経路を表す線によって相互に接続されている。走査経路は蛇行して進むことが明らかである。特に、試料７の表面の領域２６３は、９の領域２６５を含み、各々が２５の衝突位置を含み、これらは走査経路内に連続的に含まれる。試料の表面の領域２６５は、試料の表面の領域２６３よりかなり小さい。領域２６３及び２６５の大きさの比率を正しく評価するために、領域２６３及び２６５にそれぞれ含まれる衝突位置の凸包絡がその都度考慮される。衝突位置の集合の凸包絡は、前記衝突位置の全てを含む凸状縁辺を含む可能な限り最小の面積である。
【００５９】
表面領域２６５内にある衝突位置の凸包絡の最大側方範囲は、図８においてＩ１で指定され、前記衝突位置の最小側方範囲はＩ２で指定され、表面領域２６３に含まれる衝突位置の凸包絡の最大側方範囲は図８においてＬ１で指定され、前記衝突位置の最小側方範囲はＬ２で指定される。以下：
２×ｌ１＜Ｌ１且つ
２×ｌ２＜Ｌ２
が成り立つことが明らかである。これは、表面領域２６５がそれらの側方範囲に関して表面領域２６３よりかなり小さいことを意味する。
【００６０】
走査方法について、図９を参照しながら以下にもう一度説明する。要約すれば、走査方法は次のように進められる：走査発生器により生成される走査信号２５９は第一の期間中には変更されない。第一の期間中、個々の粒子ビーム３はそれゆえ、試料の表面における変化しない衝突位置を照明する。第一の期間中に光電子増倍管２２７によって検出される検出信号からなるベクトル２５１が記録される。第一の期間中に行われるこの処置は、図９のブロック２８１により表される。走査信号はそこで変更されて、試料の粒子ビームの衝突位置は、それらの走査経路に沿ってある位置だけ変位させられる。ブロック２８１の処置がそこで繰り返される。図９のブロック２８２により表されるこのような繰返しが２５回行われると、表面領域２６５のうちの１つの中にある２５の衝突位置の全ての走査が完了する。表面領域２６５のうちの１つの中の２５の衝突位置を走査するこの処置は、図９のブロック２８３で表される。ブロック２８３の処置の実行は第二の期間にわたり継続し、これは第一の期間の約２５倍長い。
【００６１】
第二の期間中、第二の検出系２１８の検出素子２１９によってある画像が追加的に記録される。ここで、第二の検出系の検出素子２１９の数は４０９６であると仮定される。画像の記録は図９のブロック２８４で表される。第二の検出系により画像を記録する処置は、第二の期間中にもう一度繰り返され、これは図９のブロック２８５で示される。前記画像の記録の１回の繰返しの実行は、２８３により指定される処置と同時に行われ、図９のブロック２８６で表される。処置２８３及び２８６は、並行して、又は同時に行うことができ、これは、第一の検出系２１３及び第二の検出系２１８はビームスプリッタ２２５によって相互に対応する信号を同時に検出できるからである。処置２８３及び２８６の同時実行は、図９のブロック２８７で表され、まず領域２６５のうちの１つの中に配置された衝突位置に対応付けられる検出信号の検出と第二の検出系２１８による画像の検出を含む。第二の検出系２１８により検出された画像に基づいて、すなわち前記画像に基づいて行われる画像解析２５３に基づいて、第二の期間内に得られた２５のベクトル２５１の全てがそれぞれ個々の粒子ビームに対応付けられる検出信号を表す２５のベクトル２５５に変換される。
【００６２】
これは、２５回連続して実行される処置２８１において得られた検出信号が同じ対応付けにしたがって個々の粒子ビームに対応付けられることを意味し、この対応付けは第二の期間中に処置２８４において同様に得られた１つの画像に基づいており、前記画像は第二の検出系によって記録される。
【００６３】
一般に、各第一の期間中に処置２８４を１回実行し、それゆえ第二の検出系によって実行された処置２８１の数とちょうど同じ数の画像を記録することが望ましいであろう。しかしながら、図の例における画像をＣＣＤ検出器によって第一の期間に対応する周期で記録し、読み出すことは不可能であり、それが、処置２８４が１回のみ行われ、他方で処置２８１が２５回行われる理由である。しかしながら、その代わりに、ＣＣＤ検出器は画像解析によって第一の検出系２１３の検出素子２１５のうちのどれが、個々の粒子ビームに対応付けられることになる検出信号を受信したかを確認するのに十分に高い空間分解能を有する。
【００６４】
ブロック２８７の処置がブロック２８９によって示されるように９回繰り返されることによって、表面領域２６３に含まれる９の表面領域２６５のうちの１つが粒子ビームの各々によって連続的に走査される。これらの処置の全体は、図９のブロック２９０で指定され、それぞれ２５５の衝突位置へと向けられる２５の粒子ビームによって粒子顕微鏡画像データを取得して、６３７５の衝突位置について強度測定がそれぞれ実行されることを含む。
【００６５】
ブロック２９０の中で、各粒子ビーム２２５は、連続的に走査される９つの異なる試料領域２６５に配置された衝突位置を照明する。表面領域２６５の各々の走査中、第二の検出系は画像を記録し、これは、第一の検出系の個々の検出素子によって検出された検出信号の、個々の粒子ビームへの対応付けを特定するための根拠とすることができる。
【００６６】
その結果、検出信号の、連続的に取得された２２５の異なるベクトル２５１についての９つの異なる対応付けが利用される。この場合、走査経路は、表面領域２６３に含まれる衝突位置の凸包絡の側方範囲を考慮して、同じ対応付けが適用される衝突位置の凸包絡ができるだけ小さくなるように選択される。これは特に、蛇行する走査経路を選択することによって可能となる。この走査経路の選択は、粒子ビームへの検出信号の対応付けにおける変化が、表面に局所的に存在する表面電荷によってもたらされるとの考慮に基づく。前記表面電荷は全ての粒子ビーム上に均一にではなく、むしろ試料上のその衝突位置が表面電荷に近い粒子ビームにのみ作用する。さらに、前記表面電荷は走査中にゆっくりと変化すると仮定される。この考えは、走査経路内に連続的に配置された複数の衝突位置について、粒子ビームへの検出信号の同じ対応付けを使用することが正当であることの理由になる。
【００６７】
以上、使用される粒子ビームの数２５、粒子ビームにより走査される表面領域２６３に含まれる表面領域２６５の数９、及び表面領域２６５に含まれる衝突位置の数のための数２５という単純化された値に基づいて走査方法を説明した。実際問題として、個々の数値ははるかに大きくなるように選択できる。
【００６８】
図７の図において、第一の検出系の個々の検出素子により検出された検出信号を画像解析２５３に基づいて個々の粒子ビームに対応付けることは、個々の粒子ビームに対応付けられた検出信号が走査発生器の走査信号２５９に基づいて個々の衝突位置に対応付けられる前に行われる。この順序は相互に交換でき、画像解析２５３に基づく個々の粒子ビームへの対応付けは、走査信号２５９に基づく個々の粒子ビームの衝突位置への対応付けの後に行うことができる。
【００６９】
図１０は、図１のマルチビーム粒子ビーム顕微鏡の中で使用可能な電子検出器２０９の別の変形型を概略図として示している。電子検出器２０９は電子変換器２０７を有し、その表面２１１上に電子ビーム９が図１０の図の左側から衝突する。電子ビーム９の電子のエネルギーは、電子変換器２０７によって２種類の信号に変換され、これらの信号は２つの異なる検出系により検出される。
【００７０】
２つの検出系のうちの第一の検出系２１３は、半導体素子、例えばシリコンドリフト検出器及びＰＩＮダイオードである検出素子２１５を含む。これらはまた、半導体素子の中で、電子ビーム９のうちその中に貫通する電子が第一の信号、すなわち電子正孔ペアに変換され、それが半導体素子内の電気信号を生じさせ、この信号が、適当に増幅された後にマルチビーム粒子ビーム顕微鏡１のコントローラ２３５に出力される、という点で電子変換器の一部でもある。検出素子２１５の半導体素子は電子検出器であり、これは例えば４０ＭＨｚ〜４００ＭＨｚの高いレートで読出し可能であり、衝突電子を電気信号に変換する。第一の検出系２１３の検出素子２１５の数は、電子変換器２０７に衝突する電子ビーム９の数より大きいか、それと等しくすることができる。
【００７１】
電子検出器２０９の第二の検出系２１８は、光検出器２３７、例えばＣＣＤセンサを含み、これは検出素子又はピクセル２１９の配列を有する。第二の検出系２１８の検出素子２１９の数は、第一の検出系２１３の検出素子２１５の数よりかなり多い。
【００７２】
光学結像系２２１は、電子変換器２０７と光検出器２３７との間に提供され、前記光学結像系は電子変換器２０７の表面２１１を第二の検出系２１８の検出素子２１９の配列上に光学的に結像させる。
【００７３】
電子変換器２０７は、半導体素子２１５を含むその構成により、そこに衝突した電子ビーム９の電子の一部を、第一の検出系２１３によって検出される第一の信号、すなわち電子正孔ペアに変換するように設計される。電子変換器２０７に衝突した電子ビーム９の電子の別の部分は、第二の信号、すなわち光子に変換され、それは、電子ビーム９もまた衝突する電子変換器２０７の表面２１１から出現する。前記光子は、電子変換器２０７から図１０の図の左側に向かって出現する。
【００７４】
電子変換器２０７の表面２１１において出現するこれらの光子の一部分は、光学結像系２２１により光検出器２３７上に結像され、前記光検出器の検出素子２１９により検出される。光検出器２３７により検出される画像は、コントローラ２３５に送信される。
【００７５】
第二の検出系２１８により検出された信号は、様々な種類の光子とすることができる。第一に、電子変換器２０７の表面２１１に衝突する電子ビーム９の結果として、そこが局所的に加熱される。この局所的加熱は、放射スペクトルの赤外範囲内で光検出器２３７により検出可能な光子を生成する。前記光子は、例えば１ｍｅＶ〜５００ｍｅＶの光子エネルギーを有する。
【００７６】
前記光子を検出するために、光検出器２３７と光学結像系２２１は、有利な態様として、赤外線カメラとして具現化される。それゆえ、赤外線カメラによって、電子変換器２０７の表面２１１の熱画像を生成し、その後評価できる。熱画像は電子変換器２０７の表面２１１に衝突する電子の強度の分布を表す。光検出器２３７の読出しレートは、第一の検出系２１３の検出素子２１５の読出しレートよりかなり低速であるが、その代わりに、第二の検出系２１８の検出素子２１９の数は第一の検出系２１３の検出素子２１５の数よりかなり多い。すでに上で説明したように、光検出器２３７により検出される画像の画像解析に基づいて、第一の検出系２１３の検出素子２１５により検出された信号の、電子変換器２０７に衝突する電子ビーム９への、及び最終的に試料７上での粒子ビーム３の衝突位置へのよりよい対応付けを行うことができる。
【００７７】
光検出器２３７及び光学結像系２２１の赤外線カメラとしての実施形態の代替案として、光スペクトルの可視範囲又は光スペクトルのその他の範囲で動作するカメラも、シンチレータ材料の層２７１が電子変換器２０７の表面２１１に提供された場合には使用でき、前記層は図１０において破線で示されている。シンチレータ材料は、電子ビーム９の電子の一部のエネルギーを例えば１ｅＶ〜４ｅＶのエネルギーを有する光子に変換し、これはそれゆえ、電子変換器２０７の表面２１１の加熱の結果として発生される、例えば１ｍｅＶ〜５００ｍｅＶの光子エネルギーを有する熱放射のエネルギーより大きい。
【００７８】
シンチレータ材料の層２７１によって生成される光子を光検出器２３７上に結像させることによって、電子変換器２０７の表面２１１に衝突する電子の強度の分布を表す画像がそこに生成される。これらの画像は、コントローラ２３５に再び読み出され、第一の検出系２１３の検出素子２１５により検出された信号を個々の電子ビーム９に、及び最終的に試料７上の粒子ビーム３の衝突位置に対応付けるために使用できる。
【図１】
2022501791.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年3月25日(2021.3.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
図６は、図４に示される光学導波路２２９の端の配列の拡大部分図である。図４の配列の中の左上に配置された４つの光学導波路だけがここに示されている。光学導波路２２９のこれらの端は、列表示（１，１）；（２，１）；（１，２）；及び（２，２）により指定することができる。破線２４１により表される円はある領域を取り囲み、その中では理想として前述した状況において、光子の９０％が列表示（１，１）を有する光学導波路２２９の端に衝突し、この状況では、各粒子ビームが第一の検出系の正確に１つの検出素子に対応付けられ、正確に１つの粒子ビーム３は第一の検出系の各検出素子に対応付けられる。特に、この状況では、粒子ビームは、配列１０３の左上に配置された衝突位置５（図１のＩ１参照）を照明することになるものであり、二次電子を生成し、これは、電子変換器２０７の表面２１１上の配列２１７の左上に配置されたセグメント（図１のＩ２参照）を照明する電子ビーム９を形成するように形作られ、そこで、結像光学ユニット２２１により光学導波路（１，１）の端に結像される光子を生成する。これが当てはまる場合、光学導波路（１，１）に接続された光電子増倍管２２７により検出される全ての検出信号を配列１０３内の左上に配置された粒子ビームに対応付けることができる。
【国際調査報告】
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