帶電粒子束裝置和信息處理裝置的制作方法
本發(fā)明涉及帶電粒子束裝置和用于處理帶電粒子的檢測信息的信息處理裝置。
背景技術(shù)：
在掃描電子顯微鏡(以下簡稱為sem(scanningelectronmicroscope))、離子顯微鏡等帶電粒子束裝置中，對將電子束、離子束等帶電粒子束照射到試樣時從試樣放出的電子進行檢測。
特別地，在細微表面形狀的觀察、局部的組成分析等試樣解析中使用將電子束在試樣上掃描來進行拍攝的掃描電子顯微鏡。在sem中，利用電子透鏡，對通過施加到電子源的電壓而被加速的電子束(以下，設(shè)為一次電子)進行會聚并向試樣照射。會聚后的電子束通過偏轉(zhuǎn)器而在試樣上進行掃描。然后，利用檢測器來檢測因電子束照射而從試樣放出的放出電子(二次電子、反射電子)。此外，以一定的周期對通過檢測器檢測出的放出電子的檢測信號進行采樣。與掃描信號同步地實施前述放出電子的信號的采樣，得到與二維圖像的像素對應(yīng)的提取信號。
提取信號的強度被變換為圖像的亮度。來自試樣的放出電子量相對于照射電子量的比即放出率(也稱為收獲量(yield))，因試樣表面的形狀的不同而不同，因此，提取信號中存在差別，獲得反映了形狀的對比度。此外，放出率還依賴于試樣的組成、表面電位。因此，在sem像中除了形狀以外還體現(xiàn)各種對比度。
與sem像的空間分辨率相當?shù)淖R別界限dmin，與一次電子束的束徑(直徑)dp存在如下關(guān)系。
[式1]
dmin＝k·dp(1)
這里，通過下式來給出。
[式2]
這里，cnr(對比噪聲比，contrast-to-noiseratio)是對比度-噪聲的比，經(jīng)驗上需要為3～5。np是每一個像素的一次電子的照射(劑量)的量，α是從試樣到達檢測器的放出電子的信號檢測效率，σp是測量對象的放出率，σs是基底的放出率。
因此，如果相對于所給出的一次電子束的束徑，劑量的量、以及測定對象與基底的放出率的差較大，則意味著k變小，識別界限變高。因此，在sem中，以高精度來測量放出電子量是重要的。
近年來，包含有機材料、生物體材料等軟質(zhì)材料的試樣、半導(dǎo)體器件等成為sem的觀察對象的事例不斷增多。在半導(dǎo)體器件中包含電性上高電阻或絕緣性材料，通過電子束照射會導(dǎo)致試樣帶電，因此，觀察中的圖像漂移、形狀對比度消失這樣的圖像障礙會成為問題。此外，對于有機材料，除了帶電之外，通過電子束照射會導(dǎo)致試樣中產(chǎn)生損壞，試樣的形狀變化成為課題。因此，加速電壓1kv以下的低加速sem被實用化。此外，在大多物質(zhì)中，當電子束的照射能量達到200ev至400ev的條件下，放出率變?yōu)樽畲笾担虼?，如果能夠降低一次電子束的像差并縮小束徑，則空間分辨率也提高。但是，當在高倍率觀察下觀察區(qū)域變小時，像素尺寸縮小以及對每一個像素照射的電子量增加，因而，在低加速sem中也存在因電子束照射導(dǎo)致的帶電和損壞的影響顯著化的課題。因此，一次電子束的低能量化、以及降低每一個像素的電子照射量的觀察是必要的，放出電子的高精度檢測更加重要。
在sem中，為了檢測放出電子，使用了將閃爍器與光電倍增管組合而得的檢測器。當放出電子與閃爍器碰撞時產(chǎn)生光子，該光子通過光波導(dǎo)被引導(dǎo)至光電倍增管，并作為信號電流而被取出。通過放大器將信號電流變換為信號電壓。當放出電子電流變小時，來自該光電倍增管的輸出成為離散脈沖，因此，通過計數(shù)處理來提高s/n比(信噪比，signal-to-noiseratio)和穩(wěn)定性。專利文獻1中公開了基于電子計數(shù)法的sem圖像取得方法。然而，在電子計數(shù)法中，在檢測器的響應(yīng)時間內(nèi)進入多個電子的情況下，有時會判定為一個。即，在放出電子電流的數(shù)變大的情況下，有時在計數(shù)法中會產(chǎn)生漏計數(shù)。因此，專利文獻2中公開了在檢測器的響應(yīng)時間內(nèi)進入電子時通過模擬法來進行檢測。
現(xiàn)有技術(shù)文獻
專利文獻
專利文獻1：日本特開平3-20947號公報
專利文獻2：日本特開2011-175811號公報
技術(shù)實現(xiàn)要素：
發(fā)明要解決的課題
在根據(jù)放出信號量而分流為電子計數(shù)法和模擬法的方法中，電子計數(shù)法與模擬法的各自的信號強度計算方法是不同的，此外，在模擬法中包含來自閃爍器的光子數(shù)偏差、光電倍增管的暗電流噪聲。因此，在圖像中混雜了基準不同的提取信號，因此將電子計數(shù)法和模擬法的信號強度連續(xù)地變換為像素亮度信號、以及放出電子量與像素亮度信號的對應(yīng)變得復(fù)雜。
此外，在電子計數(shù)法中，判斷一個電子的有無。然而，在低加速條件下放出率變得大于1，因此，即使一次電子電流微小，有時也會通過一個一次電子而放出多個二次電子數(shù)，其發(fā)生時間差為1皮(pico)秒以下。另一方面，檢測器的響應(yīng)速度在閃爍器的殘光時間(若干納秒左右)中被限速。因此，放出的多個二次電子被判定為一個，其結(jié)果，信號量被測定得較低。在電子計數(shù)法中，根據(jù)每單位時間(例如像素時間)的頻率來計算放出信號，因此，存在在低加速條件下圖像的動態(tài)范圍下降的課題。
因此，本發(fā)明提供一種能夠以較少的電子照射量獲得高sn比的帶電粒子束裝置和信息處理裝置。
用于解決課題的手段
本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，能夠針對向試樣照射帶電粒子束而由試樣引起的帶電粒子(例如電子)的檢測信息進行多值電子計數(shù)處理。該詳情將在實施例中進行說明，通過波峰區(qū)別來進行多值電子計數(shù)處理，由此，與現(xiàn)有的電子計數(shù)法相比，能夠測量更高精度的信號量。
例如，為了解決上述課題，采用請求專利保護的范圍中記載的結(jié)構(gòu)。本申請包含多個用于解決上述課題的手段，列舉其一例為，提供一種帶電粒子束裝置，其具備：載物臺，其設(shè)置試樣；帶電粒子束光學(xué)系統(tǒng)，其向所述試樣照射帶電粒子束；以及帶電粒子檢測裝置，其檢測從所述試樣二次地產(chǎn)生的帶電粒子，其中，所述帶電粒子檢測裝置具備：光電變換部，其將來自所述試樣的所述帶電粒子變換為光子，并將所述光子變換為模擬電信號；模擬-數(shù)字變換部，其將所述模擬電信號變換為數(shù)字信號；以及運算部，其對所述數(shù)字信號進行計數(shù)處理。所述運算部使用與當一個帶電粒子照射到所述試樣時產(chǎn)生的一個事件相關(guān)的單位峰值，對所述數(shù)字信號中的每單位時間的信號進行多值化，并作為多值計數(shù)值而輸出。
此外，根據(jù)另一例，提供一種信息處理裝置，其具備：輸入部，其將檢測向試樣照射帶電粒子束而由所述試樣引起的帶電粒子時的檢測信息作為電流值或電壓值而輸入；以及判定部，其進行第一判定，該第一判定是根據(jù)通過電流值或電壓值而決定的任意的第一閾值和第二閾值，將所述檢測信息劃分為第一狀態(tài)、第二狀態(tài)以及第三狀態(tài)。
發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明，能夠以較少的電子照射量獲得高sn比。
本發(fā)明相關(guān)的其他特征，根據(jù)本說明書的描述以及附圖而變得明確。此外，上述之外的其他課題、結(jié)構(gòu)以及效果，通過以下實施例的說明而變得明確。
附圖說明
圖1是表示第一實施例的帶電粒子檢測裝置的一例的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是表示第一實施例的多值電子計數(shù)方法的圖。
圖3是表示第一實施例的電子計數(shù)器中的處理后的信息和運算處理部的處理后的信息的圖。
圖4是表示gui的一例的圖。
圖5是測量結(jié)果的一例，是表示平坦部和邊緣部的圖。
圖6是測量結(jié)果的一例，是表示平坦部的信號的圖。
圖7是測量結(jié)果的一例，是表示邊緣部的信號的圖。
圖8是表示第二實施例的帶電粒子束裝置的一例的結(jié)構(gòu)圖。
圖9是表示測量結(jié)果顯示部中的gui的一例的圖。
圖10是表示測量結(jié)果顯示部中的gui的一例的圖。
圖11是表示第四實施例的帶電粒子束裝置的一例的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
以下，參照附圖說明本發(fā)明的實施例。附圖示出了遵循本發(fā)明的原理的具體實施例，然而這些是用于本發(fā)明的理解的內(nèi)容，不應(yīng)該用于對本發(fā)明進行限定性解釋。此外，各圖中，針對共同的結(jié)構(gòu)賦予相同的參照符號。
以下說明的實施例涉及檢測帶電粒子的帶電粒子檢測裝置、以及使用帶電粒子束來觀察試樣的帶電粒子束裝置的技術(shù)，特別地，涉及這些裝置中的放出電子的檢測方法以及信號處理技術(shù)。
[第一實施例]
圖1是第一實施例的帶電粒子檢測裝置的概要結(jié)構(gòu)圖。帶電粒子檢測裝置是對當向試樣照射一次帶電粒子時從試樣二次地產(chǎn)生的帶電粒子進行檢測的裝置。帶電粒子檢測裝置具備：閃爍器101、光波導(dǎo)102、光電倍增管103、模擬放大器104、模擬-數(shù)字變換器(ad變換器)105、波峰區(qū)別部106、電子計數(shù)器107以及運算處理部108。
閃爍器101將帶電粒子(例如電子)變換為光子。此外，光波導(dǎo)102將光子從閃爍器101向光電倍增管103引導(dǎo)。光電倍增管103在內(nèi)部使光子倍增而變換為電信號，并作為輸出電流而向模擬放大器104輸出。模擬放大器(電流-電壓變換放大器)104是將光電倍增管103的電流信號變換為電壓信號的放大部。以下，有時將閃爍器101、光波導(dǎo)102、光電倍增管103以及模擬放大器104的結(jié)構(gòu)要素匯總地稱為光電變換部。模擬-數(shù)字變換器105將來自模擬放大器104的模擬信號變換為數(shù)字信號。
波峰區(qū)別部106針對從模擬-數(shù)字變換器105輸出的數(shù)字信號，輸出用于區(qū)別的值(以下，記述為單位峰值)。電子計數(shù)器107使用從波峰區(qū)別部106輸出的單位峰值，來輸出數(shù)字信號中的每單位時間的單位峰值的頻率(以下，記述為多值計數(shù)值)。運算處理部108對從電子計數(shù)器107輸出的上述多值計數(shù)值執(zhí)行預(yù)定的運算處理。以下，有時將波峰區(qū)別部106、電子計數(shù)器107以及運算處理部108的結(jié)構(gòu)要素匯總地稱為運算部。
在本實施例中，以向試樣照射電流5pa的一次電子束并測量從試樣放出的電流為例來說明。一次電子的試樣入射能量可以是任意的，但優(yōu)選地，是全部放出電子(二次電子和反射電子的和)的放出率成為最大的200ev至400ev。
此外，這里將一個一次電子入射到試樣時的放出電子的檢測稱為一個事件(event)。即，在一個事件中可以存在如下4種過程：(1)僅檢測出反射電子；(2)僅檢測出二次電子；(3)檢測出反射電子和二次電子；以及(4)即不檢測出二次電子也不檢測出反射電子。
電子是費米顆粒，因此假設(shè)為未聚束。從電子源放出電子是泊松過程，電子間隔不是恒定的。將一個事件的間隔設(shè)為δti。將平均電子間隔設(shè)為τ，則通過下式來表示。
[式3]
這里，e＝1.6×10-19庫倫。因此，在照射電流5pa下，成為：
[式4]
設(shè)放出電流的電子間隔的偏差與照射電流的電子間隔的偏差為相同程度，以τ的1/10間隔來測量該電子間隔的偏差。在本實施例中使用的閃爍器101的響應(yīng)速度為3ns以下。此外，光電倍增管103的啟動時間為0.6ns，電子飛越時間為3ns，電子飛越時間波動為0.2ns。模擬放大器(電流-電壓變換放大器)104的頻帶為313mhz以上即可，使用了350mhz(增益為60db)。
圖2是表示本實施例的多值電子計數(shù)方法的圖，表示了模擬脈沖波形信號、數(shù)字變換后的數(shù)字信號、以及表示基于波峰區(qū)別的計數(shù)處理的數(shù)字信號。通過上述閃爍器101、光波導(dǎo)102、光電倍增管103、模擬放大器104的結(jié)構(gòu)，如圖2的110所示，能夠檢測放出電流的電流-電壓放大的輸出(即，通過模擬放大器104的處理后的信號)來作為孤立的一個事件的模擬脈沖波形信號。
接著，模擬-數(shù)字變換器105將來自模擬放大器104的模擬脈沖波形信號變換為數(shù)字信號。由此，除去了來自閃爍器101的光子數(shù)的偏差、光電倍增管103的暗電流噪聲。圖2的111表示模擬-數(shù)字變換器105的變換處理后的數(shù)字信號，如上述，111中的a～g是32ns間隔。這里，在模擬-數(shù)字變換器105中，分辨率為6比特、變換速率為700msps(sps：樣本每秒)即可，在本實施例中，使用1gsps。
根據(jù)上述，在本實施例的結(jié)構(gòu)中，若設(shè)電子束(帶電粒子束)的電流為ip，設(shè)元電荷為e，則希望模擬放大器104的頻帶f1為10×ip/e以上，模擬-數(shù)字變換器105的采樣頻率f2為2×f1以上。
接著，波峰區(qū)別部106針對從模擬-數(shù)字變換器105輸出的一個事件的數(shù)字信號，輸出用于區(qū)別的值(單位峰值)。這里，從發(fā)明人的波峰測量看出，波峰是離散的，其單位高度相當于一個電子。在本實施例中，單位波峰是0.15v，如后述那樣將放出電子數(shù)的上限設(shè)為15個。由此，分辨率6比特的量子化誤差△v為2.25(＝0.15×15)/64＝0.035v，對于區(qū)別單位波峰是充分的。圖2的112是針對從模擬-數(shù)字變換器105輸出的數(shù)字信號以單位峰值的寬度(0.15v的寬度)描繪虛線而得的圖。此外，以單位波峰的值為0.15v為例進行了說明，然而單位波峰的值并不限于該值，根據(jù)模擬放大器104的性能等來適當設(shè)定即可。
波峰區(qū)別部106輸出與一個事件相關(guān)的單位峰值，電子計數(shù)器107使用從波峰區(qū)別部106輸出的單位峰值，針對數(shù)字信號中每單位時間的信號來計算上述單位峰值的頻率，并作為多值計數(shù)值而輸出。例如，以圖2的112的例子來說明，電子計數(shù)器107針對a輸出頻率“0”，針對b輸出頻率“1”，針對c輸出頻率“2”等，由此來執(zhí)行多值計數(shù)處理。
圖3表示電子計數(shù)器107的計數(shù)處理后的信息、和運算處理部108的運算處理后的信息。圖3的113是電子計數(shù)器107的計數(shù)處理后的多值計數(shù)值的信息。圖3的113的a～g對應(yīng)于圖2的112的a～g。針對每個虛線計算頻率，則圖2的112的數(shù)字信號的各脈沖成為圖3的113的多值計數(shù)值。
通過由fpga(現(xiàn)場可編輯門陣列，fieldprogrammablegatearray)構(gòu)成的運算處理部(運算處理電路)108，來處理從電子計數(shù)器107輸出的多值計數(shù)值的數(shù)據(jù)。后文描述詳細情況，然而，例如運算處理部108使用預(yù)定的閾值來區(qū)別113的多值計數(shù)值的數(shù)據(jù)。圖3的114和115是使用閾值進行區(qū)別而得的結(jié)果。114是僅提取113中的值為2以上的值的多值計數(shù)值的數(shù)據(jù)。另一方面，115是僅提取113中的值為0或1的值的多值計數(shù)值的數(shù)據(jù)。
此外，運算處理部108還可以針對從電子計數(shù)器107輸出的多值計數(shù)值的數(shù)據(jù)來執(zhí)行其他的運算處理。例如，電子計數(shù)器107針對從電子計數(shù)器107輸出的多值計數(shù)值的數(shù)據(jù)，執(zhí)行累計處理、或者平均、方差(或標準偏差)等統(tǒng)計處理，并將該結(jié)果作為檢測信號而輸出。
圖4表示計數(shù)測量的gui(圖形用戶界面，graphicaluserinterface)的一例。在操作界面17中顯示的gui20具備測量條件輸入部21、以及測量結(jié)果顯示部26。
測量條件輸入部21具備加速電壓設(shè)定部22、一次電子的電流設(shè)定部23、試樣架施加電壓設(shè)定部24以及測量時間設(shè)定部25。用戶能夠在測量條件輸入部21中輸入測量條件的各種設(shè)定參數(shù)。
測量結(jié)果顯示部26具備放出電子的時序測量數(shù)據(jù)顯示部27、第一統(tǒng)計處理結(jié)果顯示部28以及第二統(tǒng)計處理結(jié)果顯示部29。例如，在時序測量數(shù)據(jù)顯示部27中，以橫軸為時間，可以顯示(1)模擬信號、(2)實施ad變換而得的數(shù)字信號、(3)從電子計數(shù)器107輸出的多值計數(shù)值的數(shù)據(jù)等。在圖4的例中，在時序測量數(shù)據(jù)顯示部27中，以橫軸為時間，顯示了從電子計數(shù)器107輸出的多值計數(shù)值的數(shù)據(jù)。
在第一統(tǒng)計處理結(jié)果顯示部28中顯示放出電子的頻率的直方圖。此外，在第二統(tǒng)計處理結(jié)果顯示部29中顯示平均或方差等各種數(shù)據(jù)。這樣，能夠?qū)碾娮佑嫈?shù)器107輸出的多值計數(shù)值的數(shù)據(jù)與統(tǒng)計處理的結(jié)果并排顯示。
使用圖5、圖6和圖7來說明測量結(jié)果的事例。圖5是對構(gòu)圖出圓柱狀的孔(穴)的試樣進行測量而得的結(jié)果。在該例中，對孔的邊緣部130和平坦部120照射一次電子而測量放出電子。
圖6是向圖5的平坦部120照射一次電子來測量放出電子而得的結(jié)果。121是以橫軸為時間而檢測出的模擬信號(即通過模擬放大器104的處理后的模擬信號)。122是將121的模擬信號變換為數(shù)字信號，執(zhí)行現(xiàn)有的二值計數(shù)處理而得的結(jié)果。123是將121的模擬信號變換為數(shù)字信號，執(zhí)行本實施例的多值計數(shù)處理而得的結(jié)果。
如圖6所示，現(xiàn)有的二值計數(shù)處理的結(jié)果122的累計值是207，本實施例的多值計數(shù)處理的結(jié)果123的累計值是290。因此，與現(xiàn)有的二值計數(shù)處理相比，在多值計數(shù)處理中，信號量高出了約40％。
圖7是向圖5的邊緣部130照射一次電子來測量放出電子而得的結(jié)果。131是以橫軸為時間而檢測出的模擬信號(即通過模擬放大器104處理后的模擬信號)。132是將131的模擬信號變換為數(shù)字信號，執(zhí)行現(xiàn)有的二值計數(shù)處理而得的結(jié)果。133是將131的模擬信號變換為數(shù)字信號，執(zhí)行本實施例的多值計數(shù)處理而得的結(jié)果。此外，與二值計數(shù)處理相比較，圖7的邊緣部的多值計數(shù)處理，信號量高出了約60％。
在多值計數(shù)處理的結(jié)果123、133中，事件的最大值為大約4個至5個。將圖6的平坦部的多值計數(shù)處理的結(jié)果123與圖7的邊緣部的多值計數(shù)處理的結(jié)果133相比較，在圖7的邊緣部，在一個事件中發(fā)生2個以上的放出電子的頻率變大。
此外，關(guān)于現(xiàn)有的二值計數(shù)處理，平坦部的累計值為“207”，與此相對，邊緣部的累計值為“460”。另一方面，關(guān)于本實施例的多值計數(shù)處理，平坦部的累計值為“290”，與此相對，邊緣部的累計值為“748”。因此，通過執(zhí)行多值計數(shù)處理，邊緣部相對于平坦部的對比度(contrast)提高了約18％。
作為參考，與平坦的情況相比，二次電子放出的傾斜效果的實驗值最大為5倍以下，如果假設(shè)平坦的情況下的放出率最大為3，則預(yù)見輸出電壓的上限值為0.15×15＝2.25v。通過確定上限值，能夠除去緲子(μ子)等宇宙射線等入射到檢測器時的噪聲。
此外，電子計數(shù)器107還可以執(zhí)行多值計數(shù)處理和現(xiàn)有的二值計數(shù)處理這兩種處理。該情況下，電子計數(shù)器107可以輸出多值計數(shù)處理結(jié)果(圖6的123、圖7的133)和二值計數(shù)處理結(jié)果(圖6的122、圖7的132)。運算處理部108將多值計數(shù)處理結(jié)果(例如累計值)與二值計數(shù)處理結(jié)果(例如累計值)進行比較，在偏離大的情況下(累計值的差超過了預(yù)定閾值的情況下)，通知給操作接口17。
以上，根據(jù)本實施例，即使在一個事件中存在多個帶電粒子的情況下也能夠進行高精度的計數(shù)。其結(jié)果，與現(xiàn)有方法相比，提高了信號量和對比度。
此外，根據(jù)本實施例，能夠高精度地檢測放出電子，并能夠抑制信號的遺漏、檢測出不需要信號，并能夠控制檢測的采樣以及檢測水平。
此外，根據(jù)本實施例，在帶電粒子束的測量方法中，能夠降低在微小的檢測信號中成為問題的噪聲的影響，進行更高精度的信號檢測。
在本實施例中記載了帶電粒子檢測裝置的例子，然而并不限于該方式。也可以作為如下的信息處理裝置而實施，該信息處理裝置用于處理對向試樣照射帶電粒子束而由試樣引起的帶電粒子進行檢測而得的檢測信息。該信息處理裝置具備：輸入對向試樣照射帶電粒子束而由試樣引起的帶電粒子進行檢測時的檢測信息的輸入部。這里的檢測信息可以是對檢測對象帶電粒子進行檢測時得到的電流值或電壓值。
該信息處理裝置具備進行如下第一判定的判定部，在該第一判定中，根據(jù)通過電流值或電壓值而確定的任意的第一和第二閾值，將所述檢測信息區(qū)別為第一狀態(tài)、第二狀態(tài)以及第三狀態(tài)。該判定部執(zhí)行與波峰區(qū)別部106、電子計數(shù)器107以及運算處理部108對應(yīng)的處理。第一閾值和第二閾值是能夠?qū)z測信息區(qū)別為上述3個狀態(tài)的閾值即可。作為一例，第二閾值是大于第一閾值的值。
作為基于第一閾值和第二閾值的判定結(jié)果的一例，第一狀態(tài)是未檢測出帶電粒子的狀態(tài)，第二狀態(tài)是檢測出一個帶電粒子的狀態(tài)，第三狀態(tài)是檢測出兩個或兩個以上的帶電粒子的狀態(tài)。在該情況下，第一閾值是相當于一個帶電粒子的量的值，第二閾值是相當于兩個或兩個以上帶電粒子的量的任意值。
判定部還可以進行如下第二判定，在該第二判定中，根據(jù)第一閾值將檢測信息區(qū)別為第一狀態(tài)和第二狀態(tài)。信息處理裝置還可以具有g(shù)ui，該gui顯示基于第一判定的試樣的測量圖像和基于第二判定的試樣的測量圖像。因此，判定部可以通過多個閾值來執(zhí)行多個判定處理，并將通過該多個判定處理而得的多個狀態(tài)的試樣的每個測量圖像顯示在gui上。
此外，可以根據(jù)檢測對象帶電粒子的種類(二次電子、反射電子、散射電子等)來決定第一閾值和第二閾值。這適合于因帶電粒子的種類不同導(dǎo)致放出的帶電粒子的能量不同的情況。此外，可以根據(jù)試樣的種類來決定第一閾值和第二閾值。作為一例，在試樣為晶片(wafer)的情況下，可以根據(jù)晶片的材料等來決定第一閾值和第二閾值。
[第二實施例]
在本實施例中，說明將帶電粒子檢測裝置應(yīng)用于帶電粒子束裝置的例子。帶電粒子束裝置通過對在試樣表面掃描一次帶電粒子束(例如，電子)而從試樣二次地發(fā)生的帶電粒子進行檢測，來進行試樣的觀察圖像的取得、分析、加工等。作為帶電粒子束裝置的代表性例子，有掃描電子顯微鏡(sem)。以下，作為一例說明了應(yīng)用于掃描電子顯微鏡(sem)的例子，然而在其他的帶電粒子束裝置(掃描透射電子顯微鏡、氦離子顯微鏡等)中也可以應(yīng)用。即，本發(fā)明能夠普遍地應(yīng)用于帶電粒子束裝置。
以下，描述掃描電子顯微鏡(sem)中的放出電子的測量方法和圖像取得方法。圖8是本實施例的掃描電子顯微鏡的結(jié)構(gòu)例。掃描電子顯微鏡具備電子光學(xué)系統(tǒng)、載物臺機構(gòu)系統(tǒng)、sem控制系統(tǒng)以及sem操作系統(tǒng)。
電子光學(xué)系統(tǒng)具備電子槍1、偏轉(zhuǎn)器2、物鏡3以及圖1中示出的帶電粒子檢測裝置(101、102、103、104、105、106、107、108)。此外，掃描電子顯微鏡的電子光學(xué)系統(tǒng)除此之外還可以包含其他的透鏡、電極、檢測器，其一部分可以與上述的不同，電子束光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)并不限于此。
載物臺機構(gòu)系統(tǒng)具備設(shè)置試樣5的試樣架6、能夠傾斜控制并能夠在xyz軸方向上移動的載物臺7。
sem控制系統(tǒng)具備控制電子槍1的加速電壓的加速電壓控制部8、控制一次電子的電流的電流控制部9、控制偏轉(zhuǎn)器2的偏轉(zhuǎn)掃描信號控制部10、控制物鏡3的物鏡線圈控制部11、以及能夠?qū)d物臺7施加延遲電壓(retardingvoltage)的載物臺控制部12。
sem操作系統(tǒng)具備測量結(jié)果顯示部18以及操作接口17。測量結(jié)果顯示部18是顯示通過帶電粒子檢測裝置(101、102、103、104、105、106、107、108)中的測量而生成的圖像的顯示器等。操作接口17是操作各種控制部(8、9、10、11、12)、運算處理部108以及測量結(jié)果顯示部18的接口，能夠使用操作接口17來設(shè)定觀察條件。
在本實施例中，為了高精度地測量放出電子電流，通過操作接口17而發(fā)生成為時間基準的多個觸發(fā)信號，并使電子束的偏轉(zhuǎn)控制與檢測控制系統(tǒng)同步，由此來取得cnr高的sem圖像。
在本實施例中，針對sem的一次電子束的掃描時鐘，偏轉(zhuǎn)掃描信號控制部10控制x方向的偏轉(zhuǎn)掃描，以使得一次電子在一個像素中停留的時間(像素時間)成為100ns。一次電子的照射能量不受特別的限制，然而優(yōu)選的是放出率具有最大值的200ev至400ev，這里是300ev。
與第一實施例同樣地，將一次電子的電流設(shè)為5pa。閃爍器101的光子量依賴于入射電子數(shù)和能量。這里，由于閃爍器101被施加有10kv的電壓(未圖示)，因此，放出電子能量在二次電子(能量＜50ev)的情況下，成為10kv+二次電子的能量(10kv+0.05kv)。此外，在反射電子的情況下，放出電子能量成為10kv+入射電子的能量(10kv+0.3kv)。因此，來自閃爍器101的光子量，僅得到10％至20％程度的差。即，閃爍器101發(fā)出的光子量主要反映電子數(shù)。
如第一實施例所描述的那樣，一個事件的平均間隔是32ns，在一個像素時間內(nèi)發(fā)生3至4個事件。帶電粒子檢測裝置與偏轉(zhuǎn)掃描信號同步，以3個事件為單位來進行計數(shù)。
本實施例所涉及的課題是放出電子的高精度的測量，在第一實施例中描述了通過數(shù)字處理除去閃爍器101的光子量偏差、光電倍增管的暗電流噪聲的方法。但是，為了降低以一次電子具有泊松分布為原因的波動所引起的散粒噪聲，需要一定的信號累計。因散粒噪聲而導(dǎo)致的偏差依賴于來自試樣的信號量的平方根，因此，所需要的累計數(shù)依賴于試樣的放出率。
在本實施例中，使用二次電子放出率變高的照射能量條件，并且通過以下的第三實施例中描述的計數(shù)運算處理或者幀運算，來降低散粒噪聲。
[第三實施例]
本實施例中，針對第一實施例的帶電粒子檢測裝置和第二實施例的帶電粒子束裝置，說明放出電子的計數(shù)和運算方法、以及圖像取得方法。
這里，與第一實施例和第二實施例同樣地，設(shè)一次電子的電流為5pa，設(shè)像素時間為100ns。此外，將第k個幀圖像的像素坐標(l，m)的事件i的計數(shù)值設(shè)為
(信號運算處理的第一例)
在放出電子的計數(shù)后，變換為圖像信號的信號運算處理的第一例是最簡單的方法，是輸出在各像素內(nèi)的事件中的計數(shù)值的累計值的方法。運算處理部108將試樣圖像的各像素中的多值計數(shù)值的累計值作為像素信號而輸出。即，將sem圖像的像素信號zl,m設(shè)為如下。
[式5]
幀累計數(shù)(k的最大值)依賴于所需要的cnr和試樣的放出率。在通過該方法而形成了圖像的情況下，得到與模擬法類似的cnr提高50％以上的圖像。
(信號運算處理的第二例)
信號運算處理方法的第二例是針對各像素內(nèi)的事件中的計數(shù)值n設(shè)定閾值來進行區(qū)別的方法。運算處理部108區(qū)別為多值計數(shù)值n小于預(yù)定閾值的第一組、以及多值計數(shù)值n為預(yù)定閾值以上的第二組，并將第一組的累計值與第二組的累計值的每一個作為像素信號而輸出。例如，存在區(qū)別為n＝0或n＝1的a組、和n為2以上的b組的方法。圖3的114、115表示使用閾值將多值計數(shù)值的數(shù)據(jù)區(qū)別為2個組而得的結(jié)果。這里，圖3的115相當于a組，圖3的114相當于b組。
在b組的事件中，主要是二次電子放出過程。在a組中，主要是反射電子放出過程。在試樣的邊緣部，二次電子過程增加，因此，在使用n＝2以上的組的信號的圖像中，獲得強調(diào)了試樣的輪廓線的圖像。此外，可以針對b組設(shè)置n＞2的閾值。該情況下，可以得到更分明的輪廓線提取像。
此外，在使用n＝0或n＝1的a組的信號的圖像中，獲得強調(diào)了試樣的組成差的圖像。在公知的方法中，為了進行基于電子光學(xué)系統(tǒng)的放出電子的能量區(qū)別，并獲得二次電子像和放射電子像，需要進行2次圖像取得。本實施例具有如下特征，即，未嚴格地區(qū)別為反射電子成分和二次電子成分，但能夠通過一次的圖像取得來取得相當于二次電子像的圖像(模擬的二次電子像)和相當于反射電子像的圖像(模擬的反射電子像)。
通過本方法區(qū)別出的各組的信號，通過式(5)進行累計并被圖像化?？梢詫⒏鲌D像個別地輸出，也可以在一個圖像中區(qū)分顏色地輸出。
此外，本例中說明了使用閾值n＝2區(qū)別為2個組的例子，然而并不限于此。例如，還可以根據(jù)單位峰值和閾值n＝2，將多值計數(shù)值n區(qū)別為第一狀態(tài)、第二狀態(tài)和第三狀態(tài)。作為一例，第一狀態(tài)是n＝0的狀態(tài)(未檢測出電子的狀態(tài))，第二狀態(tài)是n＝1的狀態(tài)(檢測出一個電子的狀態(tài))，第三狀態(tài)是n為2以上的狀態(tài)(檢測出兩個以上的電子的狀態(tài))。此外，還可以使用兩個以上的閾值將多值計數(shù)值n區(qū)別為多個狀態(tài)。
圖9是在測量結(jié)果顯示部18中的gui的一例，表示在使用閾值對從電子計數(shù)器107輸出的多值計數(shù)值的數(shù)據(jù)進行區(qū)別時的圖像取得結(jié)果。在該例中，運算處理部108使用預(yù)定的閾值，將閾值以上的多值計數(shù)值的累計值作為像素信號而輸出。gui30具備sem觀察條件設(shè)定部31、信號閾值設(shè)定部32、sem圖像顯示部33以及閾值圖像顯示部34。
sem觀察條件設(shè)定部31能夠設(shè)定加速電壓等各種觀察條件。信號閾值設(shè)定部32能夠設(shè)定閾值的下限和上限。sem圖像顯示部33中顯示通常的sem圖像(執(zhí)行二值計數(shù)處理而得的結(jié)果的圖像)。閾值圖像顯示部34中顯示：以由信號閾值設(shè)定部32設(shè)定的范圍(這里，閾值范圍為3～15)從多值計數(shù)值的數(shù)據(jù)中提取信號而得到的圖像。通過該結(jié)構(gòu)，能夠并排地顯示通常的sem圖像和閾值處理后的圖像。此外，閾值圖像顯示部34還可以構(gòu)成為，例如能夠切換地顯示上述a組和b組的圖像。
在圖9的例中，作為第一判定處理，運算部執(zhí)行多值計數(shù)處理，并將多值計數(shù)值n區(qū)別為第一狀態(tài)(0≤n＜3)、第二狀態(tài)(3≤n≤15)和第三狀態(tài)(15＜n)。此外，作為第二判定處理，運算部還執(zhí)行用于取得通常的sem圖像的處理(即，區(qū)別未檢測出電子的狀態(tài)和檢測出電子的狀態(tài)的二值計數(shù)處理)。在圖9的例中，運算部將通常的sem圖像(測量圖像)、以及第二狀態(tài)(3≤n≤15)的sem圖像(測量圖像)顯示到gui上。在畫面上能夠適當變更閾值的下限和上限。因此，可以適當變更在gui上顯示的圖像。
此外，不受限于圖9的例子，運算部還可以對使用多個閾值區(qū)別出的第一狀態(tài)、第二狀態(tài)和第三狀態(tài)的全部或任意的多個狀態(tài)進行選擇，并將多個圖像顯示到gui上。換言之，運算部可以執(zhí)行基于多個閾值的多個判定處理，從通過該多個判定處理而區(qū)別出的多個狀態(tài)中選擇任意的狀態(tài)并顯示到gui上。
(信號運算處理的第三例)
在信號運算方法的第三例中，運算處理部108針對各像素的多值計數(shù)值執(zhí)行預(yù)定的統(tǒng)計處理，并輸出統(tǒng)計處理的結(jié)果。例如，輸出
如前所述，一次電子以及反射電子成為泊松分布，然而二次電子成為泊松分布或正態(tài)分布。在想要不對試樣照射不必要的電子束而取得圖像的情況下，為了補充因信號量不足而導(dǎo)致的cnr降低而制作統(tǒng)計模型，能夠根據(jù)各像素的推定計數(shù)值來生成圖像。統(tǒng)計模型是為了進行在觀察區(qū)域外照射充足的電子束的測量而預(yù)先制作的，被存儲在未圖示的存儲裝置中。例如，在這里的統(tǒng)計模型的制作中可以使用上述的直方圖信息。運算處理部108使用預(yù)先制作的統(tǒng)計模型來計算各像素的推定計數(shù)值，并將該推定計數(shù)值作為像素信號而輸出。由此，能夠根據(jù)推定計數(shù)值來生成圖像。
(信號運算處理的第四例)
信號運算方法的第四例是使用相鄰的像素的事件的一部分計數(shù)值來進行運算處理的方法。運算處理部108針對試樣圖像的各像素，將包含相鄰圖像的一部分的累計值作為像素信號而輸出。該方法，在觀察倍率增大，像素尺寸小于一次電子的試樣內(nèi)寬的情況下(例如，在20萬倍的觀察下，像素尺寸為約0.6nm)是特別有效的。在x方向的相鄰像素的情況下，通過以下式子表示。
[式6]
式(6)的意義為，在坐標(l，m)像素，使用((l-1)，m)像素的第三個事件的值與第((l+1)，m)個像素的第一個事件的計數(shù)值，作為5事件，來實施上述第一例或第二例的信號處理。
如果通常的sem圖像的cnr是充分的(3～5)，則將幀累計數(shù)設(shè)為60％。由此，能夠降低一次電子束照射量。此外，如果通常的sem圖像的cnr小于3，則不增加幀數(shù)(不增加一次電子束的照射量)，cnr提高。
圖10是在測量結(jié)果顯示部18中的gui的一例，表示在執(zhí)行了與相鄰像素的累計處理時的圖像取得結(jié)果。gui40具備sem觀察條件輸入部41、像素累計條件輸入部42、sem圖像顯示部43以及像素累計處理圖像顯示部44。
sem觀察條件輸入部41能夠設(shè)定加速電壓等各種觀察條件。像素累計條件輸入部42能夠設(shè)定與上下左右的最接近像素的累計條件。圖10的像素累計條件輸入部42中的設(shè)定條件意味著，使用以成為對象的像素為中心的上下左右的最接近像素的每一個的任意一個事件的信號、以及成為對象的像素的3個事件的信號，來執(zhí)行7個事件的量的累計處理，由此，設(shè)為所述成為對象的像素中的累計值。sem圖像顯示部43中顯示通常的sem圖像(未進行與相鄰像素的累計處理的圖像)。像素累計處理圖像顯示部44中顯示在通過像素累計條件輸入部42設(shè)定的條件下累計而得的sem圖像。
根據(jù)本實施例，在帶電粒子檢測裝置或帶電粒子束裝置中的測量方法中，能夠降低在微小檢測信號中成為問題的噪聲的影響，進行更高精度的信號檢測。此外，能夠提供一種抑制檢測器的電壓變動，具備高的sn比的帶電粒子檢測裝置或帶電粒子束裝置。
[第四實施例]
當使用適當?shù)亩坞娮臃懦雎矢叩牡驼丈淠芰繒r，在絕緣體或高電阻試樣的觀察中，試樣帶正電，有時會發(fā)生圖像障礙。因此，在本實施例中說明為了除去試樣帶電的影響，將第一實施例的帶電粒子檢測裝置應(yīng)用于如下掃描電子顯微鏡的例子，該掃描電子顯微鏡是照射的定時以及檢測的定時與能夠切斷一次電子束的控制系統(tǒng)同步的掃描電子顯微鏡。
圖11是表示第四實施例的帶電粒子束裝置的一例的結(jié)構(gòu)圖。此外，在圖11中，對于與圖8相同的結(jié)構(gòu)要素賦予相同的符號，并省略重復(fù)說明。
在本實施例的電子光學(xué)系統(tǒng)中，相對于圖8的結(jié)構(gòu)，追加了阻斷器13以及阻斷器光圈13a。此外，相對于圖8的結(jié)構(gòu)，在sem控制系統(tǒng)中追加了對阻斷器13進行控制的阻斷器控制部14。
在本實施例中，為了高精度地測量放出電子電流，通過操作接口17而發(fā)生成為時間基準的多個觸發(fā)信號，通過阻斷器控制部14使電子束脈沖化，并且使照射脈沖電子束15的偏轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)與放出脈沖電子16的檢測控制系統(tǒng)同步。通過對來自操作接口17的觸發(fā)信號的生成進行編程，能夠?qū)θ我庀袼卣丈潆娮邮鴣硇纬蓤D像。
例如，能夠取得隨機照射電子束而得的圖像，或者取得在x、y方向上以一定間隔剔除后的圖像數(shù)據(jù)并取得在下一幀以后間隔剔除后的像素數(shù)據(jù)。在這些方法中，與通常的tv掃描法相比，難以受到試樣帶電的影響，因此能夠取得沒有因帶電而導(dǎo)致的圖像障礙的sem圖像。
在本實施例中，以sem的一次電子束的掃描時鐘為恒定的方式來設(shè)定偏轉(zhuǎn)掃描信號控制部10，將一次電子停留在一個像素中的時間(像素時間)設(shè)為100ns。一次電子的照射能量不受特別的限制，但優(yōu)選是放出率具有最大值的200ev至400ev，這里，設(shè)為300ev。與第一實施例同樣地，將一次電子的電流設(shè)為5pa。
這里，由于對閃爍器101施加有10kv的電壓，因此，放出電子的大部分能量，在二次電子(能量＜50ev)的情況下，成為10kv+二次電子的能量(10kv+0.05kv)。此外，在反射電子的情況下，放出電子能量成為10kv+入射電子的能量(10kv+0.3kv)。因此，脈沖波峰輸出，僅得到10％至20％程度的差。
如第一實施例所描述的，一個事件的平均間隔是32ns，每一個像素為3至4個事件。帶電粒子檢測裝置與偏轉(zhuǎn)掃描信號同步，以每3個事件為單位來進行計數(shù)。通過第三實施例中說明的各種信號運算處理，獲得一個像素的輸出信號。通過基于上述照射脈沖電子束15的多幀的取得，來進行圖像形成。
在絕緣體或高電阻試樣的觀察中，試樣帶正電，有時會發(fā)生圖像障礙。根據(jù)本實施例，構(gòu)成為通過阻斷器13和阻斷器光圈13a切斷電子束來向試樣照射脈沖電子，并且構(gòu)成為照射脈沖電子束15的偏轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)與放出脈沖電子16的檢測控制系統(tǒng)同步。由此，能夠除去試樣帶電的影響。
本發(fā)明并不限于上述實施例，包含各種變形例。上述實施例是為了使本發(fā)明易于理解而進行的詳細說明，并不必限定為具備所說明的全部結(jié)構(gòu)。此外，可以將某實施例的結(jié)構(gòu)的一部分替換為其他實施例的結(jié)構(gòu)。此外，也可以在某一實施例的結(jié)構(gòu)中追加其他實施例的結(jié)構(gòu)。此外，也可以針對各實施例的結(jié)構(gòu)的一部分進行其他結(jié)構(gòu)的追加、刪除、置換。
上述的計數(shù)處理和信號運算處理能夠通過用于實現(xiàn)這些功能的軟件的程序代碼來實現(xiàn)。該情況下，向系統(tǒng)或裝置提供記錄有程序代碼的存儲介質(zhì)，由該系統(tǒng)或裝置的計算機(或者cpu、mpu)讀出在存儲介質(zhì)中存儲的程序代碼。該情況下，由從存儲介質(zhì)中讀出的程序代碼本身實現(xiàn)前述的實施例的功能，由此，本發(fā)明由該程序代碼本身以及存儲其的存儲介質(zhì)而構(gòu)成。作為用于供給這樣的程序代碼的存儲介質(zhì)，例如可以使用軟盤、cd-rom、dvd-rom、硬盤、光盤、光磁盤、cd-r、磁帶、非易失性存儲卡、rom等。
這里描述的處理和技術(shù)，本質(zhì)上不與任何特定裝置相關(guān)聯(lián)，通過組件的任何相應(yīng)的組合均能夠進行實施。此外，能夠使用通用目的的多種類型的設(shè)備。為了執(zhí)行這里描述的方法的步驟，有時構(gòu)筑專用的裝置是有利的。也就是說，上述的計數(shù)處理和信號運算處理的一部分或者全部，可以通過例如使用集成電路等電子部件的硬件來實現(xiàn)。
此外，在上述實施例中，考慮說明上的需要而示出了控制線和信息線，但在產(chǎn)品上并不必限于示出全部的控制線和信息線。全部的結(jié)構(gòu)可以相互連接。
符號說明
1：電子槍；
2：偏轉(zhuǎn)器；
3：物鏡；
5：試樣；
6：試樣架；
7：載物臺；
8：加速電壓控制部；
9：一次電子的電流控制部；
10：偏轉(zhuǎn)掃描信號控制部；
11：物鏡線圈控制部；
12：載物臺控制部；
13：阻斷器；
13a：阻斷器光圈；
14：阻斷器控制部；
15：照射脈沖電子束；
16：放出脈沖電子；
17：操作接口；
18：測量結(jié)果顯示部；
20：gui；
21：測量條件輸入部；
22：加速電壓設(shè)定部；
23：一次電子的電流設(shè)定部；
24：試樣架施加電壓設(shè)定部；
25：測量時間設(shè)定部；
26：測量結(jié)果顯示部；
27：時序測量數(shù)據(jù)顯示部；
28：第一統(tǒng)計處理結(jié)果顯示部(放出電子數(shù)的直方圖)；
29：第二統(tǒng)計處理結(jié)果顯示部(平均值和方差)；
30：gui；
31：sem觀察條件設(shè)定部；
32：信號閾值設(shè)定部；
33：sem圖像顯示部；
34：閾值圖像顯示部；
40：gui；
41：sem觀察條件輸入部；
42：像素累計條件輸入部；
43：sem圖像顯示部；
44：像素累計處理圖像顯示部；
101：閃爍器；
102：光波導(dǎo)；
103：光電倍增管；
104：模擬放大器；
105：模擬-數(shù)字變換器；
106：波峰區(qū)別部；
107：電子計數(shù)器；
108：運算處理部；
110：模擬脈沖信號；
111：數(shù)字信號；
112：波峰測量結(jié)果；
113：計數(shù)結(jié)果；
114：信號處理結(jié)果；
115：信號處理結(jié)果；
120：平坦部；
121：平坦部的模擬信號；
122：平坦部的二值計數(shù)結(jié)果；
123：平坦部的多值計數(shù)結(jié)果；
130：邊緣部；
131：邊緣部的模擬信號；
132：邊緣部的二值計數(shù)結(jié)果；
133：邊緣部的多值計數(shù)結(jié)果。
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