CN104246966B - 带电粒子线装置 - Google Patents

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Abstract

一种带电粒子线装置，以容易地进行从样品放出的二次粒子的能量辨别或角度辨别、还有能容易地设定最佳的观察条件为目的，具备：放出带电粒子线的带电粒子源；将所述带电粒子线会聚到样品的透镜；检测从所述样品放出的二次粒子的检测器；计算从所述样品放出的二次粒子到达的位置的轨迹模拟器，用所述轨迹模拟器计算满足规定的条件的二次粒子的轨迹，使用在满足所述规定的条件的二次粒子到达所述检测器的位置检测到的信号来形成样品像。

Description

带电粒子线装置
技术领域
本发明涉及使用带电粒子线来进行样品的观察的带电粒子线装置。
背景技术
近年来，扫描型带电粒子线装置由于其空间分辨率的高度而广泛应用在半导体领域或材料领域、医用领域这样各种产业领域中。在使用扫描型带电粒子线装置的观察中，一般将带电粒子线对样品照射，检测从照射位置放出的二次电子和反射电子等。
如专利文献1记载的那样，二次电子像主要表示反映了样品的表面形状的对比度。另外，反射电子像除了样品的表面形状以外，还表示反映组成的对比度。因此，通过辨别并检测二次电子和反射电子，能取得样品的各种信息。到目前为止，作为辨别二次电子和反射电子的方法，开发了使用配置在带电粒子线柱的内外的多个检测器的方法、和使用多孔电极来进行能量过滤的方法(专利文献2)等。另外，在专利文献1中，示出了使用位置敏感型检测器的二次电子和反射电子的辨别方法。作为该方法的优点，能举出仅用单一的检测器来进行能量过滤这一点。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2010-135072号公报
专利文献2：JP特许第4069624号公报
发明内容
发明的概要
发明要解决的课题
本申请的发明者对二次电子和反射电子的辨别方法进行专门研讨，结果得到以下的见解。
在专利文献1提出了使用位置敏感型检测器(例如CCD检测器)的方法。但是，放出的电子的到达位置不仅因电子的能量不同而不同，还因会聚透镜的条件或从样品放出时的角度不同而不同。为此，为了准确地辨别具有所期望的能量的电子或以所期望的角度放出的电子，每次都需要细致地设定位置敏感型检测器的检测条件。为此，将位置敏感型检测器的设定设定为适于观察的条件成为非常烦杂的作业。
另外，在专利文献2中提出使用电极来进行能量过滤的方法。但是，适于观察的能量区域或角度区域很大地依赖于样品。为此，对于对观察生疏的操作人员而言，很难准确地设定观察条件。另外，因照射电子线的能量不同而观察结果较大地改变。因此，照射电子线的能量的设定对于对观察生疏的操作人员而言，也是烦杂的作业之一。
本发明提供解决这些课题的装置。
用于解决课题的手段
本发明中的第一带电粒子线装置具备：计算从样品放出的二次粒子到达的位置的轨迹计算模拟器；或记录从样品放出的二次粒子到达的位置的数据库；或记录检测器所检测的二次粒子的条件的数据库。
本发明中的第二带电粒子线装置具备：将带电粒子线会聚在样品的2个以上的透镜；独立控制所述透镜的控制器；检测从所述样品放出的二次粒子的检测器；和按每个所述透镜条件来比较由所述检测器得到的信号的运算器。
发明的效果
根据本发明，能容易地进行从样品放出的二次粒子的能量辨别或角度辨别。或者，能容易地设定最佳的观察条件。
附图说明
图1是本发明的实施方式中的带电粒子线的概略图。
图2是表示检测器的控制流程的一例的流程图1。
图3是表示检测器的控制流程的一例的流程图2。
图4是对所检测的二次电子的能量范围或角度范围进行设定的GUI画面的一例。
图5是对检测效率的阈值进行设定的GUI画面的一例。
图6是获知运行的检测元件以及所检测的二次粒子的条件的GUI画面的一例。
图7是表示会聚透镜的控制流程的一例的流程图。
具体实施方式
参考附图来说明本发明。
实施例1
(带电粒子线装置的装置构成)
图1是本发明的一个实施例中的带电粒子线装置的概略图。
在图1中，带电粒子线装置具备产生带电粒子线101的带电粒子线源102，从带电粒子线源102放出的带电粒子线101通过加速电极103而被加速。用于加速带电粒子线101的加速电压被控制加速电极103的加速电极控制器153所控制。
由第一聚光器透镜104、第二聚光器透镜105使带电粒子线101偏向，对通过未图示的光阑的带电粒子线101的通过量进行调整，对照射到样品110的带电粒子线101的量进行控制。第一聚光器透镜104、第二聚光器透镜105分别被第一聚光器透镜控制器154、第二聚光器透镜控制器155所控制。
由物镜106使带电粒子线101在对准焦点的基础上照射在样品110表面上，由位置敏感型检测器107检测从样品110的带电粒子线101的照射位置放出的二次粒子(二次电子、反射电子等)。物镜106被物镜控制器156所控制，位置敏感型检测器107具有在CCD元件等的各位置配置元件的结构，在每个位置进行二次粒子的检测。进而，还能使各位置的元件成为运行/非运行。在此，所谓运行的元件，是指将由该元件取得的信号设为有效。因此，不仅包含判断元件的接通(ON)/断开(OFF)的系统，还包含判断后处理的信号的有效/无效的系统。位置敏感型检测器107被检测器控制器157所控制。
可以具备用于使带电粒子线101以高能量通过物镜106内的第一电极108，这种情况下，第一电极被第一电极控制器158所控制。另外，也可以具备配置在物镜出口附近的第二电极109，这种情况下第二电极109被第二电极控制器159所控制。
样品110配置在样品台111上，样品台111由台控制器161控制高度、倾斜度等。
综合计算机170进行各控制器等的装置整体的动作的控制、带电粒子线像的构筑。操作人员能使用控制器171(键盘、鼠标等)来对综合计算机170输入带电粒子线101的照射条件、对各电极等施加的电压条件、电流条件、台位置条件这样的各种指示等。将取得的二次粒子像的控制画面显示在显示器172上。
在本发明中，具备：计算从样品放出的二次粒子的轨迹的轨迹模拟器173；和解析轨迹模拟器的结果的运算器174。另外，也可以由综合计算机170兼作轨迹模拟器173和运算器174的功能。
虽未图示，但带电粒子线装置全都具备用于扫描、移位带电粒子线101的偏向系统等带电粒子线装置所需的构成。另外，各控制器以及运算器能相互通信，被综合计算机170所控制。
(关于轨迹模拟器)
对轨迹模拟器进行详细说明。轨迹模拟器使用随机数来重现因入射到样品的带电粒子而产生的反射电子、二次电子的产生过程，通过反复进行计算来算出反射电子、二次电子的放出角、能量等。在计算中使用蒙特卡洛模拟等。为了进行模拟，输入样品110的形状或组成、带电粒子线101的入射条件即各电极、检测器等的配置和各控制器的控制条件。
(使用轨迹模拟器的检测器的控制方法)
使用图2来说明使用了轨迹模拟器的检测器的控制方法。控制方法具有以下的步骤。
(步骤1)决定照射到样品的带电粒子线101的能量和物镜106的透镜条件等所期望的观察条件，并输入到轨迹模拟器173。例如输入加速电压、物镜的励磁电流等。
(步骤2)决定希望检测的二次粒子的条件，并输入到轨迹模拟器173。例如，决定所检测的二次粒子的能量范围和角度范围。这时，若有具备决定信号辨别的种类的项目401(例如二次粒子的能量范围、角度范围、二次离子和二次电子等的二次粒子的种类)、表示各信号的分布的波谱402、和选择所检测的二次粒子的范围的项目403的GUI画面(图4)，就会便利。若如此对选择所检测的二次粒子的范围的项目403进行设置，则由于操作人员仅能检测所期望的能量的区域，因此能进行更精致的二次粒子的检测。
(步骤3)由轨迹模拟器173计算在步骤2确定的所期望的观察条件下的所期望的二次粒子的轨迹。
(步骤4)求取位置敏感型检测器107中的二次粒子的到达点。
(步骤5)使所期望的二次粒子到达的位置敏感型检测器的元件处于运行。
(步骤6)对运行的元件的信号进行累计。
(步骤7)基于累计的信号来构筑图像。
通过以上的流程，操作人员能选择性地检测所期望的二次粒子，使用该二次粒子来形成二次粒子像，因此能进行样品的更精致的分析。
实施例2
粒子到达的比率来设定成为运行的元件。使用图3来进行说明。控制方法具有以下的步骤。
(步骤1)决定照射到样品的带电粒子线的能量和物镜的透镜条件等所期望的观察条件，并输入到轨迹模拟器173。例如输入加速电压、物镜的励磁电流等。
(步骤2)决定希望检测的二次粒子的条件，并输入到轨迹模拟器173。例如，决定所检测的二次粒子的能量范围和角度范围。
(步骤3)由轨迹模拟器173计算在步骤2确定的所期望的观察条件下的所期望的二次粒子的轨迹。
(步骤4)求取位置敏感型检测器107中的二次粒子的到达点。
(步骤5)在位置敏感型检测器的各位置的元件中计算所期望的二次粒子到达的比率(相对于入射到各元件的全部二次信号量的所期望的二次粒子量)。
(步骤6)决定设为运行的比率的阈值。这时，如图5所示，若有具备决定信号辨别的种类的项目501、表示各信号的分布的波谱502、选择检测的二次粒子的范围的项目503、和决定使检测元件处于运行的条件(阈值)的项目504的GUI画面，则取得的二次粒子的设定会变得容易，从而便利。另外，若具备表示各位置的所期望的信号的比率的显示部505、表示所期望的信号的检测效率的显示部506、和表示相对于信号整体的检测效率的显示部507、获知运行的元件的显示部508，则会赋予阈值决定的指针，更加便利。
(步骤7)对运行的元件的信号进行累计。
(步骤8)基于累计的信号来构筑图像。
在本实施例中举出2个流程，但在基于由轨迹模拟器得到的结果来控制检测器(或构筑图像的运算器)的方法中，与控制流程无关。另外，也可以取代轨迹模拟器，使用记录二次粒子到达的位置的数据库和记录有所检测的二次粒子的条件的数据库来控制检测器。
实施例3
作为位置敏感型检测器107举出CCD检测器，但除此以外还能考虑使用排列成平面状的半导体检测器来直接检测电子的方法、或通过透镜或光纤采用光学照相机或光电子倍增管来检测闪烁器所进行的发光的方法。另外，虽然使用位置敏感型检测器，但也可以适应于被同心圆状地分割的检测器、被放射状地分割的检测器、被同心圆状且放射状地分割的检测器、和排列成圆环状的检测器。重要的是，能在检测器的检测面的每个位置使检测器处于运行/非运行。
另外，在图1中，在带电粒子线101的光轴上配置检测器，但也可以使用直行型电磁场(E×B)等在从光轴上离开的位置检测信号，也可以是具备能量过滤用的电极的检测系统。但是，这种情况下，需要进行考虑了E×B和能量过滤用的电极这样会给二次粒子的轨迹带来影响的系统的模拟。另外，在使用变换板的检测系统(使二次粒子进一步与变换板碰撞，来检测从变换板放出的三次粒子的检测系统)中，通过计算与变换板碰撞的二次粒子的轨迹，也能得到同样的效果。
另外，虽然记载了从样品放出的二次粒子，但在透射型电子显微镜或扫描型透射电子显微镜(STEM)等那样将透射样品的透射带电粒子作为信号的装置中也有用。例如，能容易地进行衍射图案中的特定点的提取或环状暗视野(ADF)像取得时的检测器的设定。
进而，若有虽然与检测器的控制分开但能获知选择各检测元件或范围时检测的二次粒子的能量分布和角度分布的显示，则在对得到的图像进行解析或研讨观察条件时将会非常有用。例如若如图6那样有具备设定检测器的各元件或范围的显示部601、检测效率显示部602、表示检测的二次粒子的能量分布和角度分布的波谱显示部604、表示检测所期望的信号的比例的显示部605、设定所期望的信号的项目606等的GUI画面，则会便利。
实施例4
(2个以上的能独立进行控制的会聚透镜的控制方法)
在本实施例中，在第一电极108与第二电极109间形成静电透镜。即，本实施例作为会聚在样品的透镜具有所述静电透镜和物镜106所形成的磁场透镜。在此，使用该会聚透镜系统来说明本发明中的会聚透镜的控制方法。
若磁场透镜和静电透镜的强度发生改变，则从样品放出的二次粒子的轨迹也发生改变。因此，检测的二次粒子也发生改变。即，得到的对比度发生改变。因此，期望根据观察对象来设定最佳的物镜和静电透镜的条件。为此，使用图7来说明搜索适于观察的透镜条件的控制流程的一例。
(步骤1)进行对焦。
(步骤2)使物镜和静电透镜联动地进行变更，以使焦点不发生变化。此时，虽然焦点不改变，但由于物镜106和静电透镜的强度改变，因此从样品放出的二次粒子的轨迹改变。即，取得的图像改变。
(步骤3)在各条件下取得图像。
(步骤4)对取得的图像进行比较。例如搜索最明亮的图像的取得条件。
(步骤5)将搜索到的条件设为观察条件。
本实施例以最美丽的图像作为判定基准，但也可以设为对比度变化最激烈的图像，也可以仅关注某特定的区域的灰度。在决定图像的取得条件的目的下，与比较基准无关。进而，本控制流程能与检测器的种类无关地实施。即，还能在由具有1个元件的检测器构成的系统、由多个检测器构成的系统、由元件分割型检测器构成的系统中实施。
另外，在本实施例中，使用用于以高能量通过物镜106内的第一电极108和第二电极109所形成的静电透镜，但也可以为了本目的而特别具备静电透镜。另外，在物镜106与第二聚光器透镜105的组合中也能实施同样的控制流程。另外，透镜的组合也可以双方都是磁场透镜或双方都是静电透镜，也可以混合磁场透镜和静电透镜。另外，会聚透镜的数量既可以如本实施例那样为2个，也可以为3个以上。
另外，在本实施例中，通过比较实际取得的图像来决定观察条件，但也可以使用轨迹模拟器来算出各观察条件下的检测效率，基于其结果来决定观察条件。这时，可以对二次粒子的能量或放出角度设置制约来算出检测效率。
另外，通过物镜条件和加速电压条件的组合也能不变更焦点地改变二次粒子的轨迹。因此，能通过实施与上述流程同样的流程来搜索适于观察的物镜条件和加速电压条件。
另外，在使样品位置移动到物镜的焦点时，也能变更所检测的二次粒子的分布。但是，在FIB-SEM装置等搭载2个带电粒子线柱的情况下，期望在与2个带电粒子线柱的光轴相交的位置配置样品。因此，期望焦点为恒定的一方。
根据以上各实施例说明的本发明，能提供能容易地进行从样品放出的二次粒子的能量辨别或角度辨别的带电粒子线装置。另外，能提供能容易地设定最佳的观察条件的带电粒子线装置。由此，能提升采用带电粒子线的加工、观察的效率，并能提升操作性。
符号的说明
101 带电粒子线
102 带电粒子线源
103 加速电极
104 第一聚光器透镜
105 第二聚光器透镜
106 物镜
107 位置敏感型检测器
108 第一电极
109 第二电极
110 样品
111 样品台
153 加速电极控制器
154 第一聚光器透镜控制器
155 第二聚光器透镜控制器
156 物镜控制器
157 检测器控制器
158 第一电极控制器
159 第二电极控制器
161 台控制器
170 综合计算机
171 控制器
172 显示器
173 轨迹模拟器
174 运算器
401、501 决定信号辨别的种类的项目
402、502 表示各信号的分布的波谱
403、503 选择所检测的二次粒子的范围的项目
504 决定使检测元件处于运行的条件(阈值)的项目
505 表示所期望的信号的比率的显示部
506 表示所期望的信号的检测效率的显示部
507 表示相对于信号整体的检测效率的显示部
508 获知运行的元件的显示部
601 设定检测器的各元件或范围的显示部
602 检测效率显示部
603 设定显示波谱时的横轴的项目
604 表示检测的二次粒子的能量分布和角度分布的波谱显示部
605 表示检测所期望的信号的比例的显示部
606 设定所期望的信号的项目

Claims (14)

1.一种带电粒子线装置，其特征在于，具备：
放出带电粒子线的带电粒子源；
将所述带电粒子线会聚到样品的透镜；
检测从所述样品放出的二次粒子的检测器；
计算从所述样品放出的二次粒子到达的位置的轨迹模拟器；
设定所期望的二次粒子的条件的设定画面；和
显示所述设定画面的显示装置，
通过所述轨迹模拟器计算满足规定的条件的二次粒子的轨迹，使用在满足所述规定的条件的二次粒子到达所述检测器的位置检测到的信号来形成样品像。
2.根据权利要求1所述的带电粒子线装置，其特征在于，
所述检测器是在检测面的每个位置排列元件的位置敏感型检测器。
3.根据权利要求1所述的带电粒子线装置，其特征在于，
所述检测器是将检测面分割的分割型检测器。
4.根据权利要求1所述的带电粒子线装置，其特征在于，
所述设定画面具有设定所述二次粒子的能量的设定画面。
5.根据权利要求1所述的带电粒子线装置，其特征在于，
所述设定画面具有设定所述二次粒子的放出角的角度范围的设定画面。
6.根据权利要求1所述的带电粒子线装置，其特征在于，
所述设定画面具有设定相对于所述检测器在规定的位置的所述二次粒子的全部检测量满足规定的条件的二次粒子的比率的设定画面。
7.一种带电粒子线装置，其特征在于，具备：
放出带电粒子线的带电粒子源；
将所述带电粒子线会聚到样品的透镜；
检测从所述样品放出的二次粒子的检测器；
设定所述检测器的有效的检测面的设定画面；
显示所述设定画面的显示装置；和
计算从所述样品放出的二次粒子到达的位置的轨迹模拟器，
基于所述轨迹模拟器的计算结果来显示到达所述有效的检测面的二次粒子的分布。
8.根据权利要求7所述的带电粒子线装置，其特征在于，
所述检测器是在检测面的每个位置排列元件的位置敏感型检测器。
9.根据权利要求7所述的带电粒子线装置，其特征在于，
所述检测器是将检测面分割的分割型检测器。
10.一种带电粒子线装置，其特征在于，具备：
放出带电粒子线的带电粒子源；
将所述带电粒子线会聚到样品的透镜；
检测从所述样品放出的二次粒子的检测器；
记录由所述检测器检测的二次粒子的条件的数据库；
设定所期望的二次粒子的条件的设定画面；和
显示所述设定画面的显示装置，
所述数据库记录满足规定的条件的二次粒子到达的位置，
通过所述数据库求出满足所述规定的条件的二次粒子到达所述检测器的位置，使用在满足所述规定的条件的二次粒子到达所述检测器的位置检测到的信号来形成样品像。
11.根据权利要求10所述的带电粒子线装置，其特征在于，
所述数据库记录在所述检测器的各位置检测的二次粒子的条件，
使用在所述所期望的二次粒子的条件与所述检测的二次粒子的条件一致的位置检测到的信号来形成样品像。
12.根据权利要求10所述的带电粒子线装置，其特征在于，
所述设定画面具有设定所述二次粒子的能量的设定画面。
13.根据权利要求10所述的带电粒子线装置，其特征在于，
所述设定画面具有设定所述二次粒子的放出角的角度范围的设定画面。
14.根据权利要求10所述的带电粒子线装置，其特征在于，
所述设定画面具有设定相对于所述检测器在规定的位置的所述二次粒子的全部检测量满足规定的条件的二次粒子的比率的设定画面。
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