JP2013219031A5 - 検査方法及び荷電粒子顕微鏡 - Google Patents

Description

本願発明者が開発した数学的枠組みは、以下のように説明することができる。
(i) 荷電粒子ビームが試料に衝突するとき、その衝突は、所謂点拡がり関数(PSF)によって表される、試料内部の隠れた相互作用の領域を生成する。このPSFは、使用された検出器によって検知される信号生成体積の形状を表す。
(ii) （線形の）試料中での像Iの生成は、PSF Kと、試料の物理的特性を、その試料体積中での位置の関数として表す空間変数V（たとえば汚染濃度）との3次元(3D)コンボリューション、I〜K*Vとして表されうる。
(iii) 上述したことによると、様々な固有エネルギー(E)を検出することで、使用された検出器と、様々な3DのPSFの式とが突き合わせられる。様々な固有エネルギーEで得られた一連の測定結果n=[1,…,N]のうちの成分像I_nについては、その成分像の生成は、I_n〜K_n*Vによって表すことができる。ここでK_nはPSFのカーネルである。I_nは、上述したようにO_nに対応する、すなわち比例して良いことに留意して欲しい。本願の記載をより一般的な形式にするように、単純O_nの代わりにI_nが用いられても良い。
(iv) 本発明のデコンボリューションプロセスは、未知の空間変数Vと共に様々なカーネルK_nを計算により復元する手順で構成される。これは、推定された未知の変数と観測された像のシーケンスとの間のダイバージェンス（距離）を最小化することによって行われて良い。つまり、min(I_n||K_n*V)が得られる。
(v) 試料とPSFカーネルのいずれに関する知識も推定されない場合、3Dブラインドデコンボリューションタスクが得られる。他方、変数K_n（以降の(vi)参照のこと）についての制約が適用されうる場合、空間変数Vさえ最適化すればよい。その結果、以下の同時最適化タスクが得られる。
min D(I₁||K₁*V)
…
min D(I_N||K_N*V)
これはVについて解くことができる。
(vi) (v)で述べた単純化を可能にするように値K_nへ適用することが可能な制約にはたとえば、以下のうちの1つ以上が含まれうる。
(a) 少なくとも1組の値K_nのコンピュータシミュレーション
(b) 少なくとも1組の値K_nの実験による決定
(c) 少なくとも1組の値K_nの推定を可能にする根拠となる限られた数のモデルパラメータを有するパラメータ化された関数としてのPSF Kのモデル化
(d) 論理的な解空間による制約。ここで理論的にはありうるが物理的には意味がないと判断される値K_nは無視される。
(e) 外挿及び/又は内挿を第1組の値K_nに適用することによる第2組の値K_nの推定
(vii) (v)で述べた最小のダイバージェンスはたとえば、最小二乗法、Csiszar-MorimotoのFダイバージェンス、Bregmanダイバージェンス、α-βダイバージェンス、Bhattacharyya距離、Cramer-Raoの下限、及び様々な派生型、混合型、並びに、これらの結合型であってよい。

Claims (13)

1. 荷電粒子顕微鏡を用いた試料の検査方法であって：
   前記試料を試料ホルダ上に載置する手順、
   粒子光学鏡筒を用いて粒子放射線の少なくとも１本のビームを前記試料の表面Ｓへ案内することで、前記試料から放出放射線を放出させる相互作用を生じさせる手順、
   検出器装置を用いて前記放出放射線の少なくとも一部を検出する手順、
   前記放出放射線中の電子を検出するように前記検出器装置を実装する手順、
   前記検出器装置の出力Ｏ_ｎを前記電子の運動エネルギーＥ_ｎの関数として記録することで、複数のＥ_ｎの値について測定結果の組Ｍ＝｛（Ｏ_ｎ，Ｅ_ｎ）｝をまとめる手順、
   コンピュータ処理装置を用いて前記測定結果の組Ｍを自動的にデコンボリューションし、結果の組Ｒ＝｛（Ｖ_ｋ，Ｌ_ｋ）｝へ空間的に分解する手順、
   を有し、
   空間変数Ｖは、前記表面Ｓを基準とした関連する離散的深さレベルＬ_ｋでＶ_ｋの値をとり、
   ｎとｋは整数で、かつ、
   空間変数Ｖは、前記試料バルク内での位置の関数としての前記試料の物理的特性を表す、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記検出装置は、離散的な複数のエネルギー値Ｅ _ｎ を同時に検討することで、測定結果の組Ｍが、前記組Ｍの成分データ対（Ｏ_ｎ，Ｅ_ｎ）を同時に取得することによってまとめられるようにするために、実質的に離散的な複数のエネルギー値Ｅ _ｎ を同時に検査するように実装される、請求項１に記載の方法。
3. 前記検出装置は、複数の離散的なエネルギー値Ｅ _ｎ を順次検査することで、前記測定結果Ｍがは、前記組Ｍの成分データ対（Ｏ_ｎ，Ｅ_ｎ）を順次取得することによってまとめられるようにするために、実質的に離散的な複数のエネルギー値Ｅ _ｎ を順次検査するように実装される、請求項１に記載の方法。
4. 前記検出装置が、
   複数の混合エネルギーの値が混合したによる入射電子ビームを、エネルギー分解されたサブビームのアレイに変換する偏向場装置；
   グリッドに方向付けられる電子束のハイパスフィルタとして機能するように所与の電位が与えられる選択グリッド；及び、
   半導体材料を用いる多チャネルカウンタ；又は
   それらのハイブリッド組み合わせ；
   からなる群から選ばれるを有する少なくとも１つの検出組立体を有し、
   前記半導体材料に衝突する電子によって電流が誘起され、かつ、前記の誘起測定された電流は分類及び計数される、
   請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載の方法。
5. 前記電子が、後方散乱電子及び、２次電子又はそれらの組み合わせを有するからなる群から選ばれる、請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の方法。
6. 前記デコンボリューションが、最小収束法、最大エントロピー法、最大先験法、及び線形デコンボリューション法又はそれらの組み合わせを含むからなる群から選ばれる数学的手法によって実行される、請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の方法。
7. 前記測定結果の組Ｍのデコンボリューション及び空間分解は、検出モデルに対して制約を課しながら、ノイズモデルに従う仮定の下でと推定される、前記検出モデルと前記測定結果の組Ｍとの間での統計的発散を最小化することによって行われる、請求項６に記載の方法。
8. 前記測定結果の組Ｍは、
   点拡がり関数を定義する手順であって、前記点拡がり関数は各ｎの値についてカーネルＫ_ｎを有し、前記カーネルＫ_ｎは、電子エネルギー値Ｅ _ｎ について前記検出装置によって認識される電子エネルギー値Ｅ _ｎ の特定の放射線のビームの前記試料のバルク中での挙動を表す、手順、
   各ｎの値について、Ｑ_ｎ＝Ｋ_ｎ＊Ｖとなるような、Ｋ_ｎとＶの多次元コンボリューションである値Ｑ_ｎを有する像品質イメージング量を定義する手順、及び、
   各ｎの値について、Ｋ_ｎの値に対して制約を課しながらＶについて解くかれることによって、Ｏ_ｎとＱ_ｎとの間での最小発散ｍｉｎＤ（Ｏ_ｎ｜｜Ｋ_ｎ＊Ｖ）を計算により決定する手順、
   によって自動的に処理される、請求項６に記載の方法。
9. ボクセル位置ｘでの空間変数Ｖ（ｘ）がエントロピーＥｎｔ（Ｖ（ｘ））で定義される最大エントロピー法が用いられ、
   Ｅｎｔ（Ｖ（ｘ））は、シャノンエントロピーΣ_ｘＶ（ｘ）・ｌｏｇＶ（ｘ）、とバーグエントロピーΣ_ｘｌｏｇＶ（ｘ）及びそれらのハイブリッド組み合わせを含むからなる群から選ばれる、
   請求項６に記載の方法。
10. 前記ノイズモデルが、ポアソンノイズ及び／又は、ガウシアンノイズ及びそれらのハイブリッド組み合わせのうちの少なくとも１つを有する、請求項７又は８に記載の方法。
11. 前記デコンボリューションを実行する際に正則化項が用いられる、請求項６乃至１０のうちのいずれか一項に記載の方法。
12. 前記測定結果の組Ｍをまとめる手順と前記測定結果の組Ｍを自動的にデコンボリューションし、結果の組Ｒへ空間的に分解する手順が、コンピュータによるスライシング手順に含まれ、かつ、
    前記コンピュータによるスライシング手順は、物理的スライシング手順と組み合わせられ、前記試料の本来の表面から材料層を物理的除去してするのに物理的な材料除去法を用いることで、前記試料の新たに露出した表面を曝露させるために物理的な材料除去法が使用され物理的スライシング手順と併用される、
    請求項１乃至１１のうちのいずれか一項に記載の方法。
13. 荷電粒子顕微鏡であって、
    試料を保持する試料ホルダ、
    粒子放射線の少なくとも１本のビームを前記試料の表面Ｓへ案内することで、前記試料から放出放射線を放出させる相互作用を生じさせる粒子光学鏡筒、
    電子を含む前記放出放射線の少なくとも一部を検出する検出装置、
    前記検出器装置の出力Ｏ_ｎを前記電子の運動エネルギーＥ_ｎの関数として記録することで、複数のＥ_ｎの値について測定結果の組Ｍ＝｛（Ｏ_ｎ，Ｅ_ｎ）｝をまとめる電子メモリ、及び
    コンピュータ処理装置を用いて前記測定結果の組Ｍを自動的にデコンボリューションし、結果の組Ｒ＝｛（Ｖ_ｋ，Ｌ_ｋ）｝へ空間的に分解するコンピュータ処理装置、
    を有し、する荷電粒子顕微鏡であって、
    空間変数Ｖは、前記表面Ｓを基準とした関連する離散的深さレベルＬ_ｋでＶ_ｋの値をとり、
    ｎとｋは整数で、かつ、
    空間変数Ｖは、前記試料バルク内での位置の関数としての前記試料の物理的特性を表す、
    ことを特徴とする荷電粒子顕微鏡。