JP2009187949A - ビーム電流キャリブレーションシステム - Google Patents

Abstract

【課題】高速かつ頻繁なビーム電流測定を提供することが可能である荷電粒子ビーム装置及び方法を提供する。
【解決手段】 荷電粒子ビーム装置が記載されている。荷電粒子ビーム装置は、１次荷電粒子ビームを放射するために適合したエミッタと、２次および／または後方散乱荷電粒子が１次荷電粒子ビームの衝突時に放出される試料を保持するために適合した試料場所と、２次粒子および／または２次粒子を検出するために適合した検出ユニットと、１次荷電粒子ビームを検出ユニットに衝突させるため１次荷電粒子ビームを検出ユニットへガイドするために適合したビームガイドユニットとを含む。
【選択図】 図１Ｂ

Description

[0001]本発明は、一般に荷電粒子ビーム装置および荷電粒子ビーム装置を動作させる方法に関係する。特に、本発明は、１次ビーム電流測定のための要素を有する荷電粒子ビーム装置および１次ビーム電流測定の方法に関係する。特に、本発明は、１次荷電粒子ビームのビーム電流をキャリブレーションする荷電粒子ビーム装置および方法に関係する。

[0002]荷電粒子ビーム装置は、製造中の半導体装置の検査、リソグラフィのための露光システム、検出装置および試験システムを限定されることなく含む複数の産業上の分野で多数の機能を有している。よって、マイクロメータおよびナノメータスケールの範囲内で試料を構造化し、検査する高い要求がある。

[0003]マイクロメータおよびナノメータスケールのプロセス制御、検査、または、構造化は、多くの場合に、電子顕微鏡や電子ビームパターン発生器などの荷電粒子ビーム装置内で生成され、集められる荷電粒子ビーム、たとえば、電子ビームを用いて行われる。荷電粒子ビームは、たとえば、荷電粒子ビームの短い波長が原因となって、光子ビームと比較して優れた空間解像度を提供する。

[0004]したがって、荷電粒子ビーム装置、特に、チップ業界におけるＣＤ測定システム、材料分析におけるＥＤＸなどのような正確な測定のためのシステムは、確定されたビーム電流を要求する。さらに、定量測定は安定したビーム電流を必要とする。標準的なシステムは、定期的にビーム電流を測定するために電位計に接続されたファラデーカップを使用する。したがって、定期的な保守、たとえば、毎日の保守の間に、ビーム電流が測定され、所要の値に再調整される。このプロセスは、時間がかかり、荷電粒子ビーム装置の運転が長時間に亘って中断されるべきでない場合、または、ビーム電流測定がもっと頻繁に実施されるべきである場合は、受け入れられない。

[0005]上記を考慮して、請求項１および３に記載された荷電粒子ビーム装置、および、請求項１８に記載された荷電粒子ビームの１次ビームのビーム電流を測定する方法が提供される。

[0006]一実施形態によれば、荷電粒子ビーム装置が提供される。荷電粒子ビーム装置は、１次荷電粒子ビームを放射するために適合したエミッタと、２次および／または後方散乱荷電粒子が１次荷電粒子ビームの衝突時に放出される試料を保持するために適合した試料場所と、２次粒子および／または後方散乱荷電粒子を検出するために適合した検出ユニットと、１次荷電粒子ビームを検出ユニットへ衝突させるために１次荷電粒子ビームを検出ユニットへガイドするために適合したビームガイドユニットとを含む。

[0007]別の実施形態によれば、荷電粒子装置が提供される。この装置は、１次荷電粒子ビームを放射するために適合したエミッタと、２次および／または後方散乱荷電粒子が１次荷電粒子ビームの衝突時に放出される試料を保持するために適合した試料場所と、シンチレーション要素を含み、荷電粒子ビーム電流を検出するために適合した検出ユニットと、１次荷電粒子ビームを検出ユニットへ衝突させるため１次荷電粒子ビームを検出ユニットへガイドするために適合したビームガイドユニットとを含む。

[0008]別の実施形態によれば、荷電粒子ビームを放射するエミッタおよび検出ユニットを有する荷電粒子ビーム装置の１次ビームのビーム電流を測定する方法が提供される。この方法は、信号を生成するため、荷電粒子ビーム装置のエミッタから放射された１次荷電粒子ビームを検出ユニットの少なくとも１個のシンチレーション要素のうちの１個に導くステップと、１個のシンチレーション要素に衝突する１次荷電粒子ビーム電流を表す信号を測定するステップとを含む。

[0009]上記の実施形態と組み合わされ得るさらなる利点、特徴、態様、および、詳細は、従属請求項、明細書および図面から明白である。

[0010]実施形態は、開示された方法を実行するための、記載された方法の各ステップを実行するための装置部品を含む装置をさらに対象にしている。これらの方法ステップは、ハードウェアコンポーネント、適切なソフトウェアによってプログラムされたコンピュータを用いて、両者の任意の組み合わせによって、または、その他の方法において実行されてもよい。さらに、実施形態は記載された装置が動作する方法をさらに対象とする。装置のあらゆる機能を実行するための方法ステップ、または、装置のあらゆる部品を製造するための方法ステップを含む。

本明細書に記載の実施形態による荷電粒子ビーム装置の下側部分の概略図である。 本明細書に記載の実施形態による荷電粒子ビーム装置の下側部分の概略図である。 本明細書に記載の実施形態による改良型ビーム電流測定のための別の荷電粒子ビーム装置の概略図である。 ビーム電流測定のためのさらなるシンチレーション要素すなわちシンチレートを含む本明細書に記載の実施形態による荷電粒子ビーム装置の概略図である。 ビーム電流測定のためのさらなるシンチレーション要素すなわちシンチレートを含む本明細書に記載の実施形態による荷電粒子ビーム装置の概略図である。 ビーム電流測定のためのさらなるシンチレーション要素すなわちシンチレータを含む本明細書に記載の他の実施形態による荷電粒子ビーム装置の概略図である。 ビーム電流測定のためのさらなるシンチレータを含む本明細書に記載のさらなる実施形態によるさらなる荷電粒子ビーム装置の概略図である。 本明細書に記載の実施形態による制御手段に接続された荷電粒子ビーム装置の概略図である。 本明細書に記載の実施形態による種々の動作方法を説明する図である。

[0011]上記の本発明のより詳細な態様および本発明のその他のより詳細な態様の一部は以下の明細書本文に記載され、図面を参照して部分的に明らかにされている。

[0019]本願の範囲を限定することなく、本願の荷電粒子ビーム装置またはコンポーネントは、以下で、典型的に電子ビーム装置または電子ビーム装置のコンポーネントと呼ばれる。したがって、電子ビームは、特に、検査またはリソグラフィのため利用されてもよい。本発明は、試料画像を取得するか、または、試料をパターン化するために、その他の荷電粒子源および／またはその他の２次荷電粒子源および／またはその他の後方散乱荷電粒子源を使用する装置およびコンポーネントにも適用される可能性がある。

[0020]以下の図面の説明中、同じ参照番号は同じコンポーネントを指している。一般に、個々の実施形態に関する相違点だけが記載されている。

[0021]図１Ａおよび図１Ｂは本明細書に記載された実施形態の一部を示している。図１Ａは、荷電粒子ビーム１２が試料５に向かって光軸２に沿ってガイドされる、荷電粒子ビーム装置１００の下側部分を示している。１次荷電粒子１２の衝突時に、２次および／または後方散乱粒子が放出される。１次荷電粒子ビーム１２は対物レンズ３０によって試料５に集められる。

[0022]以下で２次粒子２２と呼ばれる２次および／または後方散乱粒子２２は、対物レンズ３０の中を進み、検出ユニット１３０に向かってガイドされる。検出ユニット１３０は、２次粒子２２の衝突時に信号を生成し、この信号は荷電粒子ビーム装置１００の通常運転中に画像生成のため使用される。

[0023]したがって、検出ユニット１３０は、２次および／または後方散乱粒子を検出するために適合し、シンチレータ１３６、光ガイド１３４、および、光電子増倍管１３２などを含む。

[0024]図１Ｂの中では、一実施形態によれば偏向ユニットであるビームガイドユニット１２２は、１次荷電粒子ビーム１２を検出ユニットに向かって偏向させるため制御される。したがって、偏向１次荷電粒子ビーム１１２のビーム電流が測定され得る。

[0025]したがって、１次荷電粒子ビーム１２のビーム電流の検出のため、正常（イメージング）運転中に２次粒子２２の検出のために適合した検出ユニットを使用することが可能である。よって、ファラデーカップを１次荷電粒子ビームの領域に移動させる必要がない。偏向ユニット１２２は非常に高速にビーム電流測定モードに変化することが可能である。その結果、１次荷電粒子ビーム１２のビーム電流は、頻繁に、かつ、約数（３〜４）秒未満の制限時間内に、たとえば、１０ミリ秒〜３秒の範囲内で測定され得る。

[0026] その結果、一部の実施形態によれば、１次荷電粒子ビームのビーム電流測定は、試料の交換中に、ビームが通常は放射されていない期間、たとえば、１０ミリ秒〜３秒の間に、および、約５秒未満の短い非イメージング期間（たとえば、試料の交換）中に実施されることがある。

[0027]さらなる実施形態によれば、後方散乱および／または２次粒子を測定するために適合した検出ユニットを用いる１次荷電粒子ビームのビーム電流測定は、典型的に、１次荷電粒子ビームが数ｋｅＶ以上のビームブースト電位にある荷電粒子ビームカラムの中をガイドされる荷電粒子ビーム装置のため適用され得る。一般に、１次荷電粒子ビームをビームブースト電位で供給するシステムは、高電位にある管（図２の管２４０を参照のこと）を含む。したがって、これらのシステムは、一般に、試料支持体の付近にあるファラデーカップを特色としている。このようなファラデーカップは測定領域に出し入れされなければならない。よって、場合によっては、本明細書に記載されている実施形態は、１次荷電粒子ビーム用のビームブーストユニットを備えた荷電粒子ビーム装置のために、さらにより有利に使用される可能性がある。

[0028]たとえば、低電圧アプリケーションでは、標準的な荷電粒子ビーム装置の性能はいわゆるビームブーストを使用することによってかなり高められることができる。ビームブーストは、顕微鏡の光学カラム内の荷電粒子を高い運動エネルギーまで加速し、試料に衝突する前に荷電粒子を減速する。減速ステップは、荷電粒子が対物レンズを通過するときに殆ど実行される。一般に、ビームブーストは、カラム内のビームを高い加速電位までシフトされている電極によって取り囲むことによって実現される。

[0029]図１Ｂは、検出ユニット１３０と、試料支持体５０上の試料５との間に設けられた偏向ユニット１２２を含む実施形態に言及している。その結果、偏向ユニット１２２は、イメージング動作中に１次荷電粒子ビームが侵入する開口を含む電極要素によって提供され、電極要素は電極要素にバイアスをかける電圧供給ユニットに接続されている。したがって、電極要素は、１次荷電粒子ビームを検出ユニット１３０へ、特に、検出ユニットのシンチレーション要素１３６へ反射または偏向させるために適合している。

[0030]２次荷電粒子の検出と同様に、１次荷電粒子ビームの電流は以下のとおり検出され得る。検出ユニットのシンチレーション要素１３６へ向けられた１次荷電粒子ビームはシンチレーション要素内で光子を生成する。光子は光ガイド１３４によって光電子増倍管１３２（ＰＭ）へガイドされる。ＰＭ １３２は、光子をシンチレーション要素１３６に衝突する電流に対応する電気信号に変換する。

[0031]図２は、偏向ユニットが荷電粒子ビーム源と検出ユニット１３０との間に設けられている荷電粒子ビーム装置２００のさらなる実施形態を示している。その結果、静電偏向ユニット、磁気偏向ユニット、または、静電磁気複合型偏向ユニットが１次荷電粒子ビーム１２／１１２を検出ユニット１３０のシンチレーション要素１３６に導くために使用されることがある。その結果、１次荷電粒子ビームのビーム電流に対応する電気信号がＰＭ １３２によって生成されることがある。たとえば、図１Ａに示され、１次荷電粒子ビームが試料５へガイドされるイメージングモードと、１次荷電粒子ビームが２次および／または後方散乱粒子を検出するために適合した検出ユニット１３０へ向けられるモードとの間の切り替えは、非常に高速に実施することが可能である。よって、ビーム電流はより頻繁に検証され、および／または、調節されることが可能である。

[0032]本明細書に記載されているさらなる実施形態によれば、検出ユニット１３０は、シンチレーション要素１３６と、ＰＭまたはフォトダイオードのような信号生成ユニットとを含む検出ユニットでもよい。特に、フォトダイオードが設けられているならば、検出ユニットは一般に後方散乱および／または２次粒子を測定するために適合していない。したがって、シンチレーション要素を有している検出ユニット１３０（たとえば、図１Ａ〜図２）は、荷電粒子ビーム電流測定のため設けられ、後方散乱／２次粒子を測定するさらなる検出ユニットが設けられる。

[0033]本明細書に記載されている実施形態は、多数の荷電粒子ビーム用途、特に、一般的な定量的測定、ＣＤ測定、および、ＥＤＸ測定の電流安定性を向上させるため利用されることがある。殆どの用途は０．１％未満の荷電粒子ビーム電流の精度を要求する。よって、ビーム電流の頻繁な検証および／または適応が望まれる。本明細書に記載されている実施形態は、高速かつ頻繁なビーム電流測定を提供することが可能である。たとえば、一部の実施形態によれば、ビーム電流測定および対応する再キャリブレーションは、数分に１回（たとえば、３〜１０分間に１回ずつ）から数十分（たとえば、３０〜６０分）に１回の範囲で実施されることがある。

[0034]一部の実施形態によれば、１次ビーム電流測定要素、装置および方法は、冷陰極電界エミッタ（ＣＦＥ）を含む荷電粒子ビーム装置のため使用されることがある。その結果、ビーム電流は、フラッシング（クリーニング）プロセス後に、１次ビーム電流内で最大１０％までの上方または下方ジャンプを起こす可能性がある。これらの変動およびその他の変動を定期的に補償することを可能にするため、１次ビーム電流は定期的に測定され、エキストラクタ電圧、サプレッサ電圧の調節によって、または、その他の方法によって補償される。

[0035]図３Ａおよび図３Ｂは、２次および／または後方散乱粒子のために適合した偏向ユニットが１次荷電粒子ビームのビーム電流を測定するためさらに適合している荷電粒子ビーム装置３００のさらなる実施形態を示している。荷電粒子ビーム１２は荷電粒子銃２０によって放射される。銃２０は、ベース２３およびサプレッサ２６に取り付けられているエミッタ２４を含む。荷電粒子ビームは本質的に光軸２に沿って放射される。集光レンズ６０、陽極、および／または、アパーチャ４０のようなビームガイドおよび成形手段が、ある種の実施形態のため荷電粒子ビーム装置内に設けられることがある。しかし、当業者にとって明白であるように、試料のイメージング中における荷電粒子ビーム生成と試料５に向かう荷電粒子ビームのガイドとは、当業者に知られている様々な方法で実施することが可能である。

[0036]図３Ａおよび図３Ｂは、荷電粒子ビーム装置のビームブースト系の一部分でもよく、かつ、ベルシュ効果のような、電子間相互作用のための仮想ビーム経路を低減するために荷電粒子ビームを高電位に保つ高電圧電極３４０をさらに示している。

[0037]図３Ａに示されているように、１次荷電粒子ビーム１２は、検出ユニット１３０内の開口を通過し、対物レンズ３０によって試料支持体５０上の試料５に集められる。その結果、試料から放出された２次および／または後方散乱粒子２２は、対物レンズ３０に再び侵入する。２次および／または後方散乱粒子はシンチレーション要素３３６に衝突する。上述されているように、検出ユニット１３０の信号生成は、シンチレーション要素内での光子生成と、光ガイド内での光子のガイドと、ＰＭ １３２における信号生成とを含む。

[0038]一般に、一部の実施形態によれば、１次荷電粒子ビーム１２が試料の適切な電位によって減速され、２次および／または後方散乱荷電粒子が試料５から検出ユニットに向かって加速されることが可能である。

[0039]図３Ａおよび図３Ｂに示されているように、本明細書に記載されている一部の実施形態によれば、検出ユニット１３０は、シンチレーション要素３３６、光ガイド１３４および光電子増倍管１３２を含む。検出ユニット１３０は、さらなる実施形態によれば、さらなるシンチレーション要素３３７を含んでもよい。さらなるシンチレーション要素３３７は、１次荷電粒子ビーム１２をさらなるシンチレーション要素３３７の上へ偏向させ、それによって、１次偏向粒子ビームのビーム電流を測定するため使用されることがある。

[0040]さらなる実施形態によれば、１次荷電粒子ビームの検出領域、すなわち、シンチレーション領域は、２次および／または後方散乱粒子のためのシンチレーション要素３３６のシンチレーション領域より小さいサイズを有することがある。一例として、約１ｍｍ^２〜５ｍｍ^２の面積が１次荷電粒子ビームをその面積の上に衝突させるため使用されることがある。

[0041]他の実施形態によれば、さらなるシンチレーション要素すなわちシンチレート３３７は、０．５〜２ｍｍの範囲で１次荷電粒子ビームの侵入のための検出ユニット１３０内の開口から離れている。その結果、一方で、試料５のイメージング中にさらなるシンチレータによって信号は生成されない、と仮定することが可能である。他方で、１次荷電粒子ビームは１次ビーム電流測定中に開口に侵入することがなく、信号を混乱させることがある２次荷電粒子信号を生成することがない。

[0042]図３Ｂに示されているように、一部の実施形態によれば偏向器３２２および３４４を含むことがある偏向ユニット２２２は、１次荷電粒子ビーム１２／１１２をさらなるシンチレーション要素３３７へ導くために使用されることがある。その結果、１次荷電粒子ビームのビーム電流は、電位計に接続されたファラデーカップを１次荷電粒子ビームの範囲に移動させる必要なく、いつでも測定され得る。

[0043]さらなる実施形態によれば、偏向ユニットは、静電偏向要素および／または磁気偏向要素を含むことがある。さらなる実施形態によれば、記憶要素が、１次電子ビームが検出ユニット１３０内の開口を通ってガイドされ、および／または、１次電子ビームが１次ビーム電流を測定するシンチレーションユニットにガイドされるために使われる偏向ユニットの制御値を記憶するため設けられる。図５を参照して説明されているように、１次荷電粒子ビーム位置決めのためのさらなる位置が記憶要素に記憶されることがある。典型的に、制御値は、所望の偏向に対応する電圧および／または電流でもよい。

[0044]一般に、本明細書に記載されている実施形態に対し、２次および／または後方散乱粒子の検出のために適合した検出ユニットの、電気信号を生成するための要素であると一般に考えられる光電子増倍管は、１次荷電粒子ビームのビーム電流に対応する信号を生成するために使用されることがある。

[0045]本明細書に記載されている実施形態によれば、１次荷電粒子ビームの偏向は、ビーム電流測定中に、いかなる高電圧も適合させることなく、たとえば、高電圧電極、または、１次荷電粒子ビームを定義済みの（高）電位の状態にさせるその他の手段を用いることなく、実施されることがある。このことはシステムの安定性を向上させることができる。

[0046]図４は荷電粒子ビーム装置４００のさらなる実施形態を示している。その結果、図４は上述されている図３Ａと一緒に検討されるべきである。図３Ａに示されたイメージングモードと比較して、図４は１次荷電粒子ビーム１２に向けて動かされている検出ユニット１３０を示している。検出ユニット１３０を動かすことにより、１次荷電粒子ビーム１２は、個々に、検出ユニット内の開口に侵入するか、または、さらなるシンチレータもしくはシンチレート３３７に衝突することができる。その結果、図３Ａに示されたシステムのさらなる実施形態が得られる。検出ユニットの移動は、たとえば、荷電粒子ビーム装置が偏向ユニット２２２を収容するために十分なスペースを提供しないならば、同様に適用されることがある。

[0047]さらなる実施形態によれば、図５に示されるような荷電粒子ビーム装置５００が提供されることがある。それによって、第１の光ガイド１３４および第２の光ガイド５３４はＰＭ １３２に接続されている。下側光ガイド１３４は、その下側導波路に取り付けられ、２次および／または後方散乱荷電粒子を検出するシンチレーション要素すなわちシンチレート１３６を有している。上側光ガイドは、ビーム電流測定中に信号の生成のため光ガイドに隣接したさらなるシンチレーション要素３３７を有している。

[0048]さらなる実施形態によれば、差動ポンピングアパーチャ５４０が検出ユニット１３０の下側部分（１３４／３３６）と上側部分（５３４／３３７）との間に設けられている。したがって、図５に関して上述された実施形態は、たとえば、様々な圧力の荷電粒子ビームカラムの差動チャンバを含む差動圧力ポンピングシステムを有している荷電粒子ビーム装置のため使用されることがある。

[0049]上記のいずれの実施形態と組み合わせてもよいさらなる実施形態によれば、シンチレーション要素３３６およびさらなるシンチレータ３３７に加えて、第３のシンチレートが設けられることがある。それによって、様々な感度をもつ種々のシンチレーション領域が１次荷電粒子ビームのビーム電流検出のため設けられることがある。その結果、様々なビーム電流範囲に対し、対応するシンチレーション要素またはシンチレートの選択が電気的に（たとえば、図３を参照のこと）または機械的に（たとえば、図４を参照のこと）実施されることがある。

[0050]本明細書に記載されているいずれの実施形態と組み合わせてもよい更に別の実施形態によれば、シンチレーション要素、特に、１次荷電粒子ビームのビーム電流測定に使用されるシンチレーション要素は、ビーム電流測定領域の帯電を低下させるため、ＡＬ膜などの伝導層で蒸着されることがある。

[0051]本明細書に記載されている実施形態によれば、１次荷電粒子ビームがイメージング中に使用される検出ユニットの検出面、たとえば、シンチレーション要素へ向けられるような方法が提供される。

[0052]種々の実施形態によれば、１次荷電粒子ビームは検出ユニットのシンチレータに向かって偏向または反射されることがある。

[0053]さらなる実施形態は定期的に検出ユニット１３０のキャリブレーションを含むことがある。一部の実施形態によれば、検出ユニット１３０から取得される信号はファラデーカップ（電位計）から取得される信号と比較される。その結果、検出ユニット信号は電位計によって測定された値にキャリブレーションされることがある。典型的に、検出ユニット信号に応じた１次ビーム電流のキャリブレーション曲線（たとえば、直線）が実現され得るように、様々なビーム電流がキャリブレーション中に生成される。

[0054]たとえば、キャリブレーションは、ビーム電流測定のドリフトを避けるために、定期的な保守期間の間に２４時間毎に、または、その他の時間間隔で実施されることがある。一部の実施形態によれば、検出ユニットに接続された制御ユニットが設けられる。制御ユニットはＰＭ １３２から電気信号を受信する。

[0055]制御ユニットはファラデーカップを用いて１次ビーム電流を測定する電位計に接続できるようにされてもよい。代替的に、ビーム電流測定が繰返し実施されるならば、制御ユニットは、定期的なキャリブレーションまたは再キャリブレーションのため荷電粒子ビーム装置に設けられたファラデーカップ・電位計配置に接続されてもよい。

[0056]本明細書に記載の実施形態のために場合によっては設けられるさらなる選択肢は、１次ビーム電流を測定するため使用されるシンチレーション要素への１次荷電粒子ビーム衝突の局部平均化を含む。その結果、偏向ユニット１２２は、シンチレーション要素上で１次荷電粒子ビームの僅かな動きを生じさせる。それによって、シンチレーション材料のダークスポット汚染領域またはその他の不規則性の潜在的な影響が局部平均化によって軽減され得る。

[0057]更に別の実施形態によれば、本明細書に記載の方法は、測定されたビーム電流信号の時間平均化を含む。それによって、ビーム電流は、少なくとも１００マイクロ秒の間、または、１００マイクロ秒〜１０ミリ秒の期間、典型的に、１００マイクロ秒〜５００マイクロ秒に亘って測定されることがある。これらのビーム電流測定期間は、このように、イメージングモードにおける単一画素の通常の信号積分時間より長い。一般に、信号積分時間は測定速度のために適合するが、単一の測定結果、すなわち、ビーム電流に対しては、より長い積分時間が選択される可能性がある。

[0058]測定されたビーム電流は、１次荷電粒子ビーム電流の揺らぎまたはジャンプを補償するため使用されることがある。たとえば、ビーム電流のジャンプまたは変動は、冷陰極電界エミッタ（ＣＦＥ）のフラッシングプロセス中に取り込まれることがある。補償は、エキストラクタ電圧、サプレッサ電圧、または、その他の方法を使用して実施されることがある。

[0059]動作中に残留気体分子の吸着および脱着が冷陰極電界電子エミッタの放射面で起こることがある。これらの吸着および脱着は、連続的に劣化する放射電流および瞬時に不安定状態になる放射電流をそれぞれに生じせしめるので、放射面は定期的な間隔で清浄されるべきである。従来、この清浄はいわゆる「フラッシング」法によって行われる。フラッシング法によれば、加熱電流がエミッタに供給され、その結果、放射面が熱くなり、破片が表面から除去される。

[0060]さらなる実施形態によれば、エミッタの「フラッシング」またはクリーニングは以下のいずれかを含むことがある。結果として生じる１次ビーム電流の変化は、１次ビーム電流測定および所望の対策によって上述されているように補償されることができる。たとえば、光子は、特に真空中で、金属表面から気体分子を脱着することができる。したがって、エミッタチップの放射面は、放射面に光を照射することにより継続的にきれいに保たれることがある。光子源は、たとえば、レーザーとすることができる。本発明の別の実施形態によれば、光源は、ＵＶ光の光源、たとえば、ＵＶレーザーでもよい。ＵＶ光はより高いエネルギーを保有し、吸着された原子および／または分子を直接的に励起するであろう。よって、ＵＶ光は強い気体脱着を引き起こすが、放射面を加熱しない。さらに別の実施形態によれば、光源は放射面のパルス照明のために適合している。よって、光電子の放射が非常に強い場合、または、放射された光電子が電界放射された電子のエネルギーに類似したエネルギーを保有するか、または、光源が高光出力を放射するならば、特に、電界放射された電子に類似したエネルギー範囲内での過剰な光電子の生成、または、エミッタの過剰な加熱は、光源のパルス動作に起因して妨げられる可能性がある。

[0061]図６は、本明細書に記載のいずれかの実施形態と組み合わされることがある荷電粒子ビーム装置６００のさらなる実施形態を示している。荷電粒子ビーム装置６００は荷電粒子ビームカラム６１０を含む。さらに、検出ユニット１３０が含まれている。制御ユニット６２０が荷電粒子ビームカラム６１０に接続されている。たとえば、制御ユニット６２０は、ビームガイドユニット１２２／２２２を制御する（図１Ａ〜図５を参照のこと）。その他の実施形態によれば、付加的に、荷電粒子ビームカラム６１０内のその他の要素が制御ユニット６２０によって制御されることがある。

[0062]検出ユニット１３０は検出ユニットのための制御ユニット６３０によって制御される。制御ユニット６２０および６３０はそれぞれが主制御器６４０に接続されている。一例として、主制御器６４０はメモリ６４５を含む。メモリ６４５は検出ユニット１３０のキャリブレーションを記憶し、そのために検出ユニット１３０の信号が１次荷電粒子ビームのビーム電流と相関させられることがある。さらなる実施形態によれば、メモリ６４５は、他の制御器のいずれか、または、検出ユニット１３０自体に含まれることがある。

[0063]荷電粒子ビーム装置６００は試料支持体５０をさらに含む。さらに、図６は、主制御器６４０に接続されているファラデーカップ６６０および電位計６６５を示している。他の実施形態によれば、ファラデーカップ６６０および電位計６６５は、別の制御ユニット、たとえば、検出ユニットのための制御ユニット６３０に接続されていることがある。

[0064]荷電粒子ビーム装置６００のイメージングモード中に、試料は試料支持体５０上に載置されることがある。１次荷電粒子ビームが試料にガイドされ、２次および／または後方散乱粒子が検出ユニット１３０によって検出される。定期的に、１次荷電粒子ビームのビーム電流は、１次荷電粒子ビームを検出ユニット１３０のシンチレーション要素にガイドすることによって測定されることがある。その結果、信号が生成される。信号生成は、たとえば、検出ユニットのための制御ユニット６３０内で起こることがある。したがって、様々な実施形態によれば、制御ユニット６３０は、増幅器、Ａ／Ｄコンバータなどを含むことがある。その結果、１次ビーム電流の値は、検出ユニット１３０または検出ユニットのための制御ユニット６３０の信号を、それぞれ、ビーム電流に変換するキャリブレーションによって集められる。本明細書に記載されている実施形態によれば、キャリブレーションはメモリ６４５に記憶されることがある。

[0065]１次荷電粒子ビームのこれらのビーム電流測定は、１次ビーム電流揺らぎを補償するために使用されることがある。上述されているように、補償は、エキストラクタ電圧、アノード電圧、および、サプレッサ電圧、エミッタチップ電圧などの調節によって実施されることがある。

[0066]本明細書に記載されている他の実施形態と組み合わされることがあるさらなる実施形態によれば、検出ユニット１３０を用いる１次荷電粒子ビームのビーム電流測定が正確であることを保証するために、検出ユニットのキャリブレーションが検証され、すなわち、メモリ６４５内のキャリブレーションデータが検証されることがある。したがって、図６に示されているように、電位計６６５に接続されているファラデーカップ６６０は、１次ビーム電流をファラデーカップおよび電位計を用いて測定するために荷電粒子ビーム装置６００内に設置されることがある。それによって測定されたビーム電流値は主制御器６５０または別の制御ユニットへ供給される。その結果、検出ユニットの新しいキャリブレーションが生成され、たとえば、メモリ６４５に記憶されることがある。

[0067]対応する方法の実施形態が図７に示されている。ステップ７１０において、検出器のためのキャリブレーションが生成され、または、荷電粒子ビーム装置に供給される。一部の実施形態によれば、検出器のキャリブレーションが上述されているようにファラデーカップを用いる測定との比較により生成されることがある。他の実施形態によれば、キャリブレーションは外部で生成され、荷電粒子ビーム装置のメモリに供給されることがある。破線矢印によって示されているように、検出器キャリブレーションを保存するステップが場合によっては含まれることがある（７１２）。さらに他の実施形態によれば、検出器キャリブレーションは、本荷電粒子ビーム装置内でキャリブレーションデータを予め生成することなく、荷電粒子ビーム装置のメモリにそのまま保存されることがある。ステップ７２０内で、荷電粒子ビーム装置は画像生成のために使用され、そのために、２次および／または後方散乱粒子が検出ユニットによって検出される。１次荷電粒子ビームのビーム電流がキャリブレーションを必要としない限り（ステップ７３２におけるｎｏ）、画像生成を継続することが可能である。ステップ７３２内で、ビーム電流キャリブレーションが必要であると決定されたならば（ステップ７３２におけるｙｅｓ）、この方法はステップ７３０へ進み、それによって、１次荷電粒子ビーム電流が、１次荷電粒子ビームを荷電粒子ビーム装置の検出ユニットへガイドすることによりキャリブレーションされる。本明細書に記載されている一部の実施形態によれば、ステップ７３０の後に、検出器の再キャリブレーションが必要であるかどうかが、決定される。他の実施形態によれば、この方法はステップ７３２の後にステップ７２０へ進む。何れの場合も、検出器の再キャリブレーションが必要とされないならば、荷電粒子ビーム装置は画像生成（ステップ７２０）によってさらに運転されることがある。ステップ７１４において、検出器の再キャリブレーション（またはキャリブレーション）が必要とされると決定されるならば、この方法はステップ７１０へ進む。ステップ７１０内で、１次荷電粒子ビーム電流を検出ユニットの信号と相関させる新しいキャリブレーションデータが生成される。

[0068]本明細書に記載されている実施形態によれば、荷電粒子ビーム装置が提供される。この装置は、１次荷電粒子ビームを放射するために適合したエミッタと、２次および／または後方散乱荷電粒子が１次荷電粒子ビームの衝突時に放出される試料を保持するために適合した試料場所と、２次粒子および／または２次粒子を検出するために適合した検出ユニットと、１次荷電粒子ビームを検出ユニットへ衝突させるために１次荷電粒子ビームを検出ユニットへガイドするために適合したビームガイドユニットとを含む。さらなる実施形態によれば、場合によっては、検出ユニットは、光電子増倍管と、光ガイドと、少なくとも１個のシンチレーション要素とを含むことが可能である。上記のいずれの実施形態と組み合わせてもよいさらに別の実施形態によれば、１次荷電粒子ビームのためのビームガイドユニットは、１次荷電粒子ビームを少なくとも１個のシンチレーション要素へ偏向させる偏向要素をさらに含むことがある。

[0069]本明細書に記載されているいずれの実施形態と組み合わされてもよいさらなる実施形態によれば、光電子増倍管と通信し、１次荷電粒子ビームによって生成された信号に適合し、１次荷電粒子ビームのビーム電流をキャリブレーションするための評価ユニットが設けられる。場合によっては、評価ユニットは、キャリブレーションデータを評価ユニットへ供給する電位計およびファラデー箱に接続可能にされることがある。

[0070]偏向要素が、対物レンズと検出ユニットとの間に、または、検出ユニットと同じ高さに設けられてもよい更に別の実施形態が提供される。代替的に、偏向要素は、エミッタと検出ユニットとの間に、または、検出ユニットと同じ高さに設けられてもよい。

[0071]本明細書に記載されているいずれの実施形態と組み合わされてもよいさらに別の実施形態によれば、少なくとも１個のシンチレーション要素は、２個のシンチレーション要素を含み、第１のシンチレーション要素が試料場所と対向し、第２のシンチレーション要素がエミッタと対向する。その結果、場合によっては、検出ユニットは１次荷電粒子ビームの試料への衝突中に１次荷電粒子ビームが侵入する開口をさらに含むことが可能である。一部の実施形態によれば、第２のシンチレーション要素は検出ユニット内の開口から少なくとも１０ｍｍ離されていることがある。さらに別の実施形態によれば、付加的にまたは代替的に、第２のシンチレーション要素が、１〜５ｍｍ^２の衝突面積をもつサイズを有することがある。

[0072]一部の実施形態によれば、ガイドユニットは、集光レンズ、アパーチャ、および／または、偏向ユニットによって提供されることがあり、検出ユニットは、第２のシンチレーション要素を１次荷電粒子ビーム内に位置合わせするために動かされる。

[0073]少なくとも２個のシンチレーション要素を含む実施形態と組み合わされてもよい一部の実施形態によれば、第２のシンチレーション要素は光電子増倍管に接続された第２の光ガイドに接続されることがある。

[0074]更に別の実施形態によれば、装置は、様々な１次ビーム電流範囲を測定するため、第１および／または第２のシンチレーション要素と異なる感度を有している少なくとも第３のシンチレーション要素を含むことがある。

[0075]本明細書に記載されている実施形態によれば、荷電粒子ビームを放射するエミッタと、２次および／または後方散乱粒子を検出する検出ユニットとを有する荷電粒子ビーム装置の１次ビームのビーム電流をキャリブレーションする方法が提供される。この方法は、荷電粒子ビーム装置のエミッタから放射された１次荷電粒子ビームを検出ユニットの少なくとも１個のシンチレーション要素のうちの１個に導くステップと、その１個のシンチレーション要素に衝突する１次荷電粒子ビーム電流を表す光電子増倍管信号を測定するステップとを含む。

[0076]その結果、場合によっては、１次荷電粒子ビームを少なくとも１個のシンチレーション要素へ導くステップは、１次荷電粒子ビームを偏向させる工程を含むことが可能である。代替的にまたは付加的に、１次荷電粒子ビームを少なくとも１個のシンチレーション要素へ導くステップは、少なくとも１個のシンチレーション要素を動かす工程を含む。

[0077]本明細書に記載されている実施形態は、光電子増倍管信号を電位計測定でキャリブレーションするステップをさらに含む。

[0078]さらに別の実施形態によれば、光電子増倍管信号の測定は少なくとも１時間毎に実施される。さらなる選択肢として、検出ユニットのキャリブレーション、たとえば、電位計測定は、２４時間の時間間隔、または、１２時間以上の時間間隔で実施される。

[0079]本明細書に記載のいずれかの実施形態の組み合わせによってもたらされるさらなる実施形態によれば、荷電粒子ビーム装置は電子ビーム装置でもよい。

[0080]上記の説明は本発明の実施形態を対象にしているが、本発明のその他の実施形態およびさらなる実施形態が発明の基本的な範囲から逸脱することなく考え出されることがあり、発明の範囲は特許請求の範囲によって決定される。

２…光軸、５…試料、１２…１次荷電粒子ビーム、２０…荷電粒子銃、２２…２次および／または後方散乱粒子、２３…ベース、２４…エミッタ、２６…サプレッサ、３０…対物レンズ、４０…アパーチャ、５０…試料支持体、６０…集光レンズ、１００，２００，３００，４００，５００，６００…荷電粒子ビーム装置、１１２…偏向１次荷電粒子ビーム、１２２…ビームガイドユニット、１３０…検出ユニット、１３２…光電子増倍管、１３４…光ガイド、１３６…シンチレータ、２２２…偏向ユニット、２４０…管、３２２，３４４…偏向器、３３６…シンチレータ要素、３３７…さらなるシンチレータ要素、５３４…第２の光ガイド、５４０…差動ポンピングアパーチャ、６１０…荷電粒子ビームカラム、６２０，６３０…制御ユニット、６４０…主制御器、６４５…メモリ、６６０…ファラデーカップ、６６５…電位計。

Claims (15)

1. １次荷電粒子ビームを放射するために適合したエミッタと、
   ２次および／または後方散乱荷電粒子が前記１次荷電粒子ビームの衝突時に放出される試料を保持するために適合した試料場所と、
   前記２次粒子および／または後方散乱粒子を検出するために適合した検出ユニットと、
   １次荷電粒子ビームを前記検出ユニットへ衝突させるため前記１次荷電粒子ビームを前記検出ユニットへガイドするために適合したビームガイドユニットと、
   を備える荷電粒子ビーム装置。
2. 前記検出ユニットが、
   光電子増倍管と、
   光ガイドと、
   少なくとも１個のシンチレーション要素と、
   をさらに備える、請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置。
3. １次荷電粒子ビームを放射するために適合したエミッタと、
   ２次および／または後方散乱荷電粒子が前記１次荷電粒子ビームの衝突時に放出される試料を保持するために適合した試料場所と、
   シンチレーション要素を含み、荷電粒子ビーム電流を検出するために適合した検出ユニットと、
   １次荷電粒子ビームを前記検出ユニットへ衝突させるため前記１次荷電粒子ビームを前記検出ユニットへガイドするために適合したビームガイドユニットと、
   を備える荷電粒子ビーム装置。
4. 前記検出ユニットが前記２次粒子および／または前記後方散乱粒子を検出するためさらに適合し、
   前記検出ユニットがフォトダイオードまたは光電子増倍管をさらに備える、
   請求項３に記載の荷電粒子ビーム装置。
5. 前記１次荷電粒子ビームのための前記ビームガイドユニットが、前記１次荷電粒子ビームを少なくとも１個のシンチレーション要素へ偏向させる偏向要素をさらに備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
6. 前記光電子増倍管と通信し、前記１次荷電粒子ビームによって生成された信号に適合し、前記１次荷電粒子ビームのビーム電流をキャリブレーションするための評価ユニットをさらに備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
7. 前記評価ユニットがキャリブレーションデータを前記評価ユニットへ供給するための電位計およびファラデー箱に接続可能である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
8. 少なくとも１個のシンチレーション要素が２個のシンチレーション要素を含み、第１のシンチレーション要素が前記試料場所と対向し、第２のシンチレーション要素が前記エミッタと対向する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
9. 前記検出ユニットが前記１次荷電粒子ビームの前記試料への衝突中に前記１次荷電粒子ビームが侵入する開口をさらに備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
10. 前記検出ユニットが前記第２のシンチレーション要素を前記１次荷電粒子ビーム内に位置合わせするために動かされる、請求項８または９のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
11. 荷電粒子ビームを放射するエミッタと検出ユニットとを有する荷電粒子ビーム装置の１次ビームのビーム電流を測定する方法であって、
    信号を生成するため、前記荷電粒子ビーム装置の前記エミッタから放射された１次荷電粒子ビームを前記検出ユニットの少なくとも１個のシンチレーション要素のうちの１個に導くステップと、
    前記１個のシンチレーション要素に衝突する１次荷電粒子ビーム電流を表す信号を測定するステップと、
    を備える方法。
12. 前記検出ユニットが２次および／または後方散乱粒子を検出するために適合し、前記信号が光電子増倍管信号である、請求項１１に記載の方法。
13. 前記１次荷電粒子ビームを前記少なくとも１個のシンチレーション要素へ導くステップが、前記１次荷電粒子ビームを偏向させる工程を含み、および／または、前記１次荷電粒子ビームを前記少なくとも１個の要素へ導くステップが、前記少なくとも１個のシンチレーション要素のうちの前記１個を動かす工程を含む、請求項１１または１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記光電子増倍管信号を電位計測定でキャリブレーションするステップをさらに備える、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 荷電粒子ビーム装置の１次ビームのビーム電流をキャリブレーションする方法であって、
    請求項１１〜１４のうちのいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム電流を測定する方法と、
    前記荷電粒子ビーム電流を調節するステップと、
    を備える方法。

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