DE102008038216A1

DE102008038216A1 - Verfahren zum Erzeugen von Korpuskularstrahlbildern mit einem Korpuskularstrahlgerät

Info

Publication number: DE102008038216A1
Application number: DE102008038216A
Authority: DE
Inventors: Christian Dr. Hendrich
Original assignee: Carl Zeiss NTS GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2008-08-18
Filing date: 2008-08-18
Publication date: 2010-03-11
Also published as: US20100038534A1; US8153967B2

Abstract

Eine Darstellung eines Korpuskularstrahlbildes wird erzeugt, indem mit einem Korpuskularstrahlgerät mehrere Datensätze gewonnen werden, wobei ein jeder Datensatz Sekundärteilchenintensitäten aus einem Bereich eines Objekts repräsentiert, wobei die Sekundärteilchenintensitäten für die verschiedenen Datensätze mit verschiedenen Parametereinstellungen des Korpuskularstrahlgeräts gewonnen werden. Aus den mehreren gewonnenen Datensätzen werden mit einem Tone-Mapping-Verfahren Bilddaten erzeugt, welche auf einem Ausgabemedium dargestellt werden.

Description

Bereich der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Korpuskularstrahlbildern mit einem Korpuskularstrahlgerät, wie etwa einem Elektronenmikroskop.
Kurze Beschreibung des verwandten Stands der Technik
Ein Beispiel für ein herkömmliches Korpuskularstrahlgerät ist ein Raster-Elektronenmikroskop (scanning electron microscope, SEM). Bei diesem wird ein fein fokussierter sondenformender Primärelektronenstrahl über einen Bereich eines Objekts bewegt bzw. gescannt. Die auf das Objekt treffenden Primärelektronen führen zu Sekundärelektronen, welche durch einen Detektor detektiert werden. Ein von dem Detektor erzeugtes Signal, welches eine Intensität an Sekundärelektronen repräsentiert, wird in Abhängigkeit von dem Ort auf dem Objekt, auf den der Primärstrahl gerichtet ist, aufgezeichnet. Die während des Abscannens des Bereichs des Objekts gewonnenen und aufgezeichneten Intensitäten bilden einen Datensatz, der Bildinformation eines elektronenmikroskopischen Bildes des Objekts trägt. Diese Bildinformation wird dann auf einem Anzeigemedium, wie beispielsweise einem Bildschirm, zur Betrachtung durch einen Benutzer angezeigt. Der Benutzer kann dem angezeigten Bild Merkmale entnehmen und beispielsweise hierauf basierend Entscheidungen über den Zustand des Objekts treffen oder weitere Schritte für die elektronenmikroskopische Untersuchung einleiten.
Es hat sich gezeigt, dass die Darstellung von Korpuskularstrahlbildern herkömmlicherweise nicht zufriedenstellend erfolgt. Insbesondere wird von Benutzern ein Mangel an Kontrast der Darstellung empfunden, und insbesondere werden Merkmale des Objekts, welche in dunklen Bereichen des dargestellten Bildes enthalten sein sollten oder welche in hellen Bereichen des dargestellten Bildes enthalten sein sollten, nicht erkannt.
Überblick über die Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, welches die Erzeugung von Darstellungen von Korpuskularstrahlbildern verbessert.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung werden Teilchenintensitäten aus einem dynamischen Bereich detektiert, der größer ist, als er von einem Medium, welches zur Darstellung des Korpuskularstrahlenbildes eingesetzt wird, darstellbar ist.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung wird ein Tone-Mapping-Verfahren eingesetzt, um detektierte Teilchenintensitäten in Helligkeitswerte des dargestellten Korpuskularstrahlbildes umzuwandeln.
Gemäß weiterer Ausführungsformen der Erfindung werden von einem gleichen Bereich des Objekts nacheinander zwei oder mehr Datensätze aus Intensitätssignalen gewonnen, welche detektierte Teilchenintensitäten aus dem Bereich repräsentieren, wobei wenigstens ein Parameter des Korpuskularstrahlgeräts zwischen der Gewinnung aufeinanderfolgender Datensätze geändert wird.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung kann der wenigstens eine Parameter des Korpuskularstrahlgeräts eine Gesamtver stärkung eines Teilchendetektionssystems des Korpuskularstrahlgeräts, eine Verstärkung eines elektrischen Analogverstärkers des Korpuskularstrahlgeräts, einen Gain eines elektrischen Analog-Digital-Wandlers des Korpuskularstrahlgeräts, eine Verstärkung eines Photomultipliers des Korpuskularstrahlgeräts, eine an Dynoden eines Photomultipliers des Korpuskularstrahlgeräts angelegte Beschleunigungsspannung, einen Strahlstrom des Primärstrahls des Korpuskularstrahlgeräts, eine Scangeschwindigkeit während des Abtastens des Bereichs des Objekts, eine Verweildauer eines abtastenden Korpuskularstrahls an Orten des Objekts und eine Strahlenergie des Korpuskularstrahls umfassen.
Der Begriff Gesamtverstärkung des Teilchendetektionssystems bezeichnet im Rahmen der vorliegenden Anmeldung das Verhältnis aus einem durch das Teilchendetektionssystem erzeugten Detektionssignals zu einer Menge an Teilchen, welche an dem Objekt zur Detektion bereitstehen bzw. erzeugt werden. Diese Gesamtverstärkung kann durch die vorangehend erläuterten Maßnahmen, wie beispielsweise die Änderung der Verstärkung des elektrischen Analogverstärkers, erhöht oder erniedrigt werden. Diese Gesamtverstärkung kann ebenfalls durch die Änderung einer Akzeptanz oder Effizienz des Teilchendetektionssystems erhöht oder erniedrigt werden. Dies beinhaltet auch die Selektion eines Teilchendetektionssystems aus mehreren verschiedenen Teilchendetektionssystemen, welche sich hinsichtlich ihrer Effizienz unterscheiden, und dies beinhaltet auch die Änderung von elektrischen Feldern, welche die Extraktion von Teilchen aus dem Objekt und damit die Akzeptanz des Teilchendetektionssystems ändern.
Gemäß Ausführungsformen hierin wird der wenigstens eine Parameter zwischen dem Gewinnen aufeinanderfolgender Datensätze signifikant geändert, so dass sich ebenfalls detektierte Teilchenintensitäten an einander entsprechenden Orten des abgebildeten Bereichs signifikant unterscheiden. Insbesondere wird der wenigstens eine Parameter hierbei so stark geändert, dass sich die detektierten Teilchenintensitäten an den einander entsprechenden Orten des Bereichs um mehr als ein 5-faches und insbesondere mehr als ein 20-faches unterscheiden. Die detektierten Teilchenintensitäten an den einander entsprechenden Orten des Bereichs können sich auch um ein oder mehrere Größenordnungen, beispielsweise um mehr als ein 100-faches, mehr als ein 500-faches, mehr als ein 2.000-faches oder mehr als ein 10.000-faches unterscheiden.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird die Gesamtverstärkung des Teilchendetektionssystems zwischen dem Gewinnen von aufeinanderfolgenden Datensätzen signifikant geändert, beispielsweise um einen Faktor von mehr als 5, mehr als 20, mehr als 100, mehr als 500, mehr als 2.000 oder mehr als 10.000.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung wird zwischen der Gewinnung aufeinanderfolgender Datensätze der Strahlstrom des Korpuskularstrahls und/oder die Strahlenergie des Korpuskularstrahls nicht signifikant geändert oder konstant gehalten. Eine nicht signifikante Änderung in diesem Sinne ist eine Änderung um einen Faktor von weniger als 2, insbesondere weniger als 1,2 oder weniger als 1,02. Der Strahlstrom des Korpuskularstroms ist hierbei die Ladungsmenge der auf das Objekt treffenden Partikel pro Zeiteinheit.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Datensätze für den Bereich des Objekts dadurch gewonnen, dass ein fein fokussierter bzw. sondenformender Korpuskularstrahl über den Bereich des Objekts gescannt wird und die einzelnen Auftrefforten des Primärstrahls auf das Objekt entsprechenden detektierten Teilchenintensitäten aufgezeichnet werden. Beispielhafte Ausführungsformen eines solchen Korpuskularstrahlgeräts umfassen ein scannendes Elektronenmikroskop (SEM), ein scannendes Transmissionselektronenmikroskop (STEM), ein scannendes Ionenmikroskop und ein scannendes Transmissions-Ionen-Mikroskop.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden die Datensätze dadurch gewonnen, dass der Bereich des Objekts durch einen ausgedehnten Primärstrahl gleichzeitig beleuchtet wird und das Korpuskularstrahlgerät eine Teilchenoptik aufweist, welche Teilchen, welche von dem ausgedehnten Bereich ausgehen, auf einen ortsauflösenden Detektor abbildet und dessen Detektionsdaten aufgezeichnet werden. Beispielhafte Ausführungsformen eines solchen Korpuskularstrahlgeräts umfassen ein Elektronenmikroskop vom LEEM-Typ, ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM) und ein Transmissions-Ionen-Mikroskop.
Ausführungsbeispiele
Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert, hierbei zeigt:
1 eine Ausführungsform eines Korpuskularstrahlgeräts, welches zur Ausführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist,
2 eine schematische Darstellung einer Verarbeitung von Datensätzen gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren und
3 ein Flussdiagramm zur Erläuterung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Korpuskularstrahlsystems 1, welches ein Korpuskularstrahlgerät umfasst. In dem dargestellten Beispiel ist das Korpuskularstrahlgerät ein Elektronenmikroskop vom SEM-Typ, wobei die Erfindung nicht auf ein Elektronenmikroskop vom SEM-Typ beschränkt ist. Andere Ausführungsformen der Erfindung umfassen Elektronenmikroskope vom LEEM- oder TEM-Typ sowie Korpuskularstrahlgeräte, welche nicht Elektronen sondern beispielsweise Ionen als Primärteilchen einsetzen oder welche auch Ionen als Sekundärteilchen detektieren.
Das Elektronenmikroskopiesystem 3 umfasst eine Elektronenstrahlquelle 5 mit einer Kathode 7 und Extraktor- und Suppressorelektroden 9 sowie eine Kondensorlinse 11, um einen Primärelektronenstrahl 13 zu erzeugen. Der Primärelektronenstrahl 13 durchsetzt eine Ausnehmung 15 in einem Detektor 17 eines Sekundärelektronendetektionssystems 18 und wird durch eine Elektronenoptik 19 auf einen Ort 21 auf einer Oberfläche 23 eines Objekts 25 gerichtet. Die Elektronenoptik 19 umfasst in der schematischen Darstellung der 1 eine magnetische Objektivlinse 27 und kann weitere magnetische oder elektrostatische Linsen und Elektroden umfassen, welche in der 1 nicht dargestellt sind. Ferner umfasst die Optik 19 Deflektoren 29, um den Primärelektronenstrahl 13 von seinem geradlinigen Verlauf einstellbar abzulenken, so dass der Primärelektronenstrahl 13 auf auswählbare Orte 21 innerhalb eines ausgedehnten Bereichs 31 auf der Oberfläche 23 des Objekts 25 gerichtet werden kann. Insbesondere kann eine Steuerung 33 des Elektronenmikroskopiesystems 1 über eine Schnittstelle 35 Steuerspannungen oder Steuerströme an den Strahlablenker 29 anlegen, um den Primärelektronenstrahl 13 nach einem vorbestimmten Muster z. B. zeilenweise über den ausgedehnten Bereich 31 zu scannen.
Die Elektronen des Primärelektronenstrahls 13 lösen an dem Ort 21, an dem der Primärelektronenstrahl 13 auf das Objekt 25 trifft, Sekundärelektronen aus, welche durch eine in der schematischen Darstellung der 1 nicht dargestellte Elektrode von der Oberfläche 23 des Objekts 25 weg beschleunigt werden und in die Objektivlinse 27 eintreten. Exemplarische Trajektorien solcher Sekundärelektronen sind in 1 mit dem Bezugszeichen 37 versehen. Ein Teil der Sekundärelektronen trifft auf eine an dem Detektor 17 angebrachte Schicht 39 aus Szintillatormaterial und erzeugt hierbei ein oder mehrere Photonen, welche in einen Lichtleiter 41 des Detektors 17 eintreten und in diesem zu einer Photokathode 43 eines Photomultipliers 45 geleitet werden. Dort erzeugen die Photonen Elektronen, welche über eine Kaskade von Dynoden 47 vervielfacht werden, auf eine Anode 49 des Photomultipliers 45 treffen und einen Strom erzeugen, der von einem elektrischen Analogverstärker 51 verstärkt wird und von einem Analog-Digital-Wandler 53 in ein digitales Signal umgewandelt wird. Das digitale Signal repräsentiert eine Intensität an Sekundärelektronen, welche an dem Ort 21 durch den Primärelektronenstrahl 13 erzeugt werden. Das von dem Analog-Digital-Wandler 53 bereitgestellte Signal wird von der Steuerung 33 kontinuierlich oder in regelmäßigen Abständen ausgelesen.
Bei dem hier erläuterten Ausführungsbeispiel ist der Detektor 17 des Teilchendetektionssystems 18 derart angeordnet, dass Teilchen, welche detektiert werden, die Objektivlinse 27 durchlaufen müssen. Es ist jedoch auch möglich, dass das Teilchendetektionssystem 18 alternativ oder in Ergänzung zu dem Detektor 17 ein oder mehrere weitere Detektoren umfasst, welche ebenfalls dazu geeignet sind, Sekundärelektronen zu detektieren. Ein solcher Detektor kann benachbart zu der Objektivlinse 27 nahe der Oberfläche 23 des Objekts 25 angeordnet sein.
Die Steuerung 33 ist dazu konfiguriert, einen dem Bereich 31 der Oberfläche 21 des Objekts 25 zugeordneten Datensatz an Intensitätssignalen zu gewinnen, indem der Primärelektronenstrahl durch Ansteuerung über die Schnittstelle 35 nach dem vorgegebenen Muster, beispielsweise zeilen- und spaltenweise, nacheinander auf verschiedene Orte 21 in dem Bereich 31 gerichtet wird und die entsprechenden Intensitätssignale in Abhängigkeit von den Orten 21 als ein Datensatz in einem Speicher 55 des Elektronenmikroskopiesystems 1 gespeichert werden. Der Speicher kann hierbei in die Steuerung 33 integriert sein, von dieser separat ausgebildet sein und beispielsweise einen Halbleiterspeicher oder Festplattenspeicher oder Netzwerkspeicher und andere umfassen.
An die Steuerung 33 sind ferner ein oder mehrere Eingabegeräte 57, wie beispielsweise eine Tastatur oder eine Maus, sowie ein Ausgabemedium 59, wie beispielsweise ein Bildschirm oder ein Drucker, angeschlossen. Die Steuerung 33 kann, über das Eingabegerät 57 durch einen Benutzer gesteuert, einen dem Bereich 31 zugeordneten Datensatz aus dem Speicher 55 laden und in Helligkeitswerte für eine Bilddarstellung auf dem Ausgabemedium 59 umwandeln. Beispielsweise werden hierzu Pixel bzw. Bildelemente des Ausgabemediums 59 ein oder mehreren Orten 21 des Bereichs 31 zugeordnet, aus den den Orten 21 zugeordneten Intensitätssignalen des Datensatzes wird jeweils ein Helligkeitswert für das betreffende Pixel errechnet und das Pixel auf den entsprechenden Helligkeitswert gesetzt. Die Gesamtheit der so gesetzten Pixel des Ausgabemediums 29 stellt somit ein elektronenmikroskopisches Bild des Bereichs 31 des Objekts 25 dar. Hierbei kann die Darstellung so erfolgen, dass Orte, an denen eine größere Sekundärelektronenintensität detektiert wurde, heller dargestellt werden, während Orte, an denen eine geringere Sekundärelektronenintensität detektiert wurde, vergleichsweise dunkler dargestellt werden, oder umgekehrt.
Soweit vorangehend beschrieben entsprechen der Aufbau und die Funktion des Korpuskularstrahlsystems 1 denen eines herkömmlichen Elektronenmikroskopiesystems. Hierbei ist eine Qualität des dargestellten Bildes zum einen durch einen dynamischen Bereich des Sekundärteilchendetektionssystems 18 und zum anderen durch einen dynamischen Bereich des Anzeigemediums 59 beschränkt. Gemäß der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ist das Korpuskularstrahlsystem 1 dazu konfiguriert, Korpuskularstrahlbilder mit erhöhter Qualität, insbesondere mit einem erhöhten dynamischen Bereich aufzunehmen und/oder darzustellen.
Insbesondere ist die Steuerung 33 dazu konfiguriert, von dem Bereich 31 nacheinander zwei oder mehrere Datensätze zu gewinnen, wobei zwischen der Gewinnung eines Datensatzes und der Gewinnung eines darauffolgenden Datensatzes ein oder mehrere Parameter des Elektronenmikroskops 3 geändert werden. Die nacheinander gewonnenen Datensätze werden jeweils in dem Speicher 55 gespeichert. Die Änderung dieser Parameter soll dazu führen, dass sich die Sekundärelektronenintensitäten, welche bei der Gewinnung des einen Datensatzes an den Orten 21 des Bereichs 31 entstehen, signifikant von den Sekundärelektronenintensitäten unterscheiden, welche an den entsprechenden Orten 21 des Bereichs 31 während der Gewinnung des anderen Datensatzes entstehen. Der relative Unterschied der jeweiligen Sekundärteilchenintensitäten kann beispielsweise größer als 5, größer als 10 oder größer als 100 sein. Der relative Unterschied kann auch mehrere Größenordnungen betragen, beispielsweise mehr als 100, 500, 2.000 oder 10.000. Zwei auf diese Weise aufgenommene Datensätze repräsentieren damit elektronenmikroskopische Bilder, welche sich hinsichtlich ihrer Belichtung und/oder ihres Dynamikumfangs unterscheiden. So können beispielsweise in dem durch den einen Datensatz repräsentierten Bild bestimmte Teilbereiche unterbelichtet sein und andere Bereiche normal belichtet sein, während in dem durch den anderen Datensatz repräsentierten Bild die einen Bereiche normal belichtet sind und die anderen Bereiche überbelichtet sind. Durch die Gewinnung der zwei oder mehreren dem Bereich 31 zugeordneten Datensätze ist die zu dem Bereich 31 gewonnene Bildinformation im Vergleich zu einer Situation, wo lediglich ein Datensatz zu dem Bereich 31 gewonnen wird, erhöht. Die erhöhte Bildinformation kann damit dazu eingesetzt werden, eine Darstellung des Bildes mit höherer Qualität zu erzeugen.
Als Parameter, welche zwischen der Gewinnung aufeinander folgender Datensätze geändert werden können, kommen beispielsweise folgende Parameter in Betracht: Eine Verstärkung der Verstärkers 51 welche durch die Steuerung 33 über eine Schnittstelle 63 einstellbar ist, ein Gain des Analog-Digital-Wandlers 53, welches durch die Steuerung 33 über eine Schnittstelle 65 einstellbar ist und eine Verstärkung des Photomultipliers 45, welche durch die Steuerung 33 über eine Schnittstelle 67 einstellbar ist. Hierbei werden über die Schnittstelle 67 Spannungen geändert, welche über ein Widerstandsnetzwerk 69 an die Dynoden 57 und die Anode 49 des Photomultipliers 45 angelegt werden. Als weiterer Parameter kann ein Strahlstrom des Primärelektronenstahls 13 vorgesehen sein, welcher durch die Steuerung einstellbar ist, indem beispielsweise eine der Kathode 7 zugeführte Heizspannung oder an die Elektrode 9 angelegte Spannungen geändert werden. Als noch weiterer Parameter kann die Strahlenergie des Primärelektronenstrahls 13 vorgesehen sein, welche durch die Steuerung 33 änderbar ist, indem eine Spannung zwischen der Kathode 7 und dem Objekt 25 geändert wird. Als noch weiterer Parameter kann eine Scangeschwindigkeit vorgesehen sein, mit welcher der Ort 21, an dem der Primärelektronenstrahl 13 auf die Oberfläche 23 des Objekts 25 trifft, gemäß dem vorbestimmten Muster über den Bereich 31 gescannt wird.
Ferner ist gemäß der hier erläuterten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, aus den gewonnenen Datensätzen, welche Intensitätssignale enthalten, die Sekundärelektronenintensitäten repräsentieren, gemäß einem speziellen Tone-Mapping-Verfahren in Helligkeitswerte für die Bilddarstellung umzuwandeln. Gemäß diesem Tone-Mapping-Verfahren werden auf die Bilddaten lokale Filter angewendet, welche Bereiche des Bildes, die im Vergleich zu anderen Bereichen des Bildes relativ dunkel sind, in ihrer Helligkeit angehoben werden, während andere Bereiche des Bildes, welche relativ hell sind, in ihrer Helligkeit abgesenkt werden. Insbesondere kann dies dazu führen, dass für mehrere Tripel von Orten in dem vorbestimmten Bereich folgende Bedingungen erfüllt sind: einem jeden der Orte ist jeweils ein Mittelwert zugeordnet, der aus einer Sekundärteilchenintensität, welche durch das einem gegebenem Ort in dem ersten Datensatz entsprechende Intensitätssignal repräsentiert ist, und einer Sekundärteilchenintensität, welche durch das diesem Ort in dem zweiten Datensatz entsprechende Intensitätssignal repräsentiert ist, gebildet ist, ein erster Ort des Tripels ist von einem zweiten Ort des Tripels einen ersten Abstand entfernt, ein dritter Ort des Tripels ist von dem ersten Ort des Tripels einen zweiten Abstand entfernt, der wenigstens drei mal größer ist als der erste Abstand, der dem ersten Ort zugeordnete Mittelwert ist größer als der dem zweiten Ort zugeordnete Mittelwert, der dem ersten Ort zugeordnete Mittelwert ist größer als der dem dritten Ort zugeordnete Mittelwert, in der Bilddarstellung wird der erste Ort mit einer größeren Intensität repräsentiert als der zweite Ort, und in der Bilddarstellung wird der erste Ort mit einer kleineren Intensität repräsentiert als der dritte Ort.
Hierbei kann, je nach dem ob die Bilddarstellung eine Positivdarstellung oder eine Negativdarstellung ist, ein Pixel, das eine größere Intensität repräsentiert als ein anderes Pixel, im Vergleich zu diesem dunkler oder heller dargestellt sein.
Mit dem beschriebenen Tone-Mapping-Verfahren ist es möglich, dass Strukturen mit geringen Intensitätsunterschieden auf einem geringen Intensitätsniveau in dem dargestellten Bild auf einem höheren Intensitätsniveau mit größeren Intensitätsunterschieden dargestellt werden und somit deutlicher wahrnehmbar sind. Ebenso kann dies dazu führen, dass Strukturen mit geringen Intensitätsunterschieden auf einem hohen Intensitätsniveau in der Bilddarstellung auf ein niedrigeres Intensitätsniveau abgesenkt und dort mit größeren Intensitätsunterschieden dargestellt sind. Insgesamt führt dies zu einer deutlicheren Wahrnehmbarkeit von Strukturen, die durch Bilddaten repräsentiert sind, welche einen größeren Dynamikumfang aufweisen als der Dynamikumfang des Mediums, welches für die Bilddarstellung vorgesehen ist.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung ist es möglich, die mehrfache Gewinnung von Datensätzen desselben Bereichs mit unterschiedlichen Parametereinstellungen des Korpuskularstrahlgeräts durchzuführen, wobei das Tone-Mapping-Verfahren nicht eingesetzt wird. Gemäß weiterer Ausführungsformen ist es möglich, das Tone-Mapping-Verfahren auf lediglich einen mit einer einzigen Parametereinstellung des Korpuskularstrahlgeräts gewonnenen Datensatz anzuwenden. Gemäß noch weiterer Ausführungsformen ist es auch möglich, sowohl das Gewinnen mehrerer Datensätze mit unterschiedlichen Parametereinstellungen des Korpuskularstrahlgeräts zusammen mit dem Tone-Mapping-Verfahren zur Bilddarstellung einzusetzen.
2 ist eine schematische Darstellung von beispielhaften Varianten für die Ausführung der Erfindung. In 2 repräsentiert das Rechteck 101 einen ersten Datensatz, welcher mit einer ersten Parametereinstellung des in 1 gezeigten Korpuskularstrahlsystems gewonnen wurde. Der Datensatz umfasst 25 Dateneinträge 103. Ein jeder Dateneintrag repräsentiert ein Intensitätssignal, das wiederum eine Teilchenintensität an einem bestimmten Ort 21 des Bereichs 31 repräsentiert. In der Darstellung der 2 sind die Dateneinträge 103 in einem zweidimensionalen Feld derart angeordnet, dass in dem Feld einander benachbarte Einträge auch einander benachbarten Orten 21 in dem Bereich 31 entsprechen, zu denen die Teilchenintensitäten gewonnen wurden. Die Zahl von 25 Dateneintragen 103 wurde für den Zweck der Darstellung gering gewählt. In Realität ist die Anzahl der Dateneinträge 103 pro Datensatz 101 wesentlich größer, z. B. 1000 × 1000.
Die Dateneinträge 103 können vergleichsweise große und vergleichsweise kleine Teilchenintensitäten repräsentieren. Ein dynamischer Bereich der durch den Datensatz 101 repräsentierten Teilchenintensitäten ist beschränkt, beispielsweise durch ein Rauschen oder einen Sättigungsstrom des Photomultipliers 45, durch eine Auflösung oder eine Sättigung oder ein Rauschen des Verstärkers 51, oder eine Genauigkeit oder das Gain oder eine Sättigung oder eine Anzahl von Binärbits des Analog-Digital-Wandlers 53.
Ein Rechteck 105 in 2 repräsentiert einen zweiten Datensatz, welcher mit dem Korpuskularstrahlsystem 1 gewonnen wurde. Ebenso repräsentiert das Rechteck 107 in 2 einen dritten Datensatz, welcher ebenfalls mit dem Korpuskularstrahlsystem 1 gewonnen wurde. Die drei Datensätze 101, 105 und 107 haben gemeinsam, dass deren Dateneinträge 103 jeweils Teilchenintensitäten zu einander entsprechend gleichen Orten 21 des gleichen Bereichs 31 repräsentieren. Die drei Datensätze 101, 105 und 107 unterscheiden sich jedoch dahingehend, dass die durch die Dateneinträge 103 repräsentierten Teilchenintensitäten mit unterschiedlichen Einstellungen von Parametern des Korpuskularstrahlsystems 1 gewonnen wurden. Insbesondere repräsentieren einander entsprechende Dateneinträge 103 der Datensätze 101, 105 und 107 somit unterschiedliche Teilchenintensitäten an entsprechend gleichen Orten 21. Obwohl die durch die Dateneinträge 103 in einem jeden der Datensätze 101, 105 und 107 repräsentierten Teilchenintensitäten, wie vorangehend beschrieben, hinsichtlich ihres Dynamikumfangs begrenzt sind, enthalten die drei Datensätze 101, 105 und 107 zusammen Information über Teilchenintensitäten in einem im Vergleich hierzu vergrößerten Dynamikumfang.
Ein Software- oder Hardwaremodul 109, welches in der Steuerung 33 integriert sein kann, verwendet die Datensätze 101, 105 und 107, um einen neuen Datensatz 111 zu errechnen. Der Datensatz 111 weist eine Anzahl von Dateneinträgen 113 auf, welche der Anzahl der Dateneinträge 103 der Datensätze 101, 105 und 107 entspricht. Die Dateneinträge 113 des Datensatzes 111 werden durch das Modul 109 aus entsprechenden Dateneinträgen 103 der Datensätze 101, 105 und 107 errechnet und repräsentieren wiederum Teilchenintensitäten zu Orten 21 des Bereichs 31. Allerdings weisen die durch die Dateneinträge 113 des Datensatzes 111 repräsentierten Teilchenintensitäten einen Dynamikumfang auf, der größer ist, als der Dynamikumfang der durch die Dateneinträge 103 der Datensätze 101, 105 und 107 jeweils repräsentierten Teilchenintensitäten. Da die Datensätze 101, 105, 107 und 111 jeweils Bilddaten für eine Darstellung des Bereichs 31 repräsentieren, repräsentiert der Datensatz 111 ein Bild mit einem Dynamikumfang, der größer ist, als der Dynamikumfang der durch die Datensätze 101, 105 und 107 repräsentierten Bilder.
Der Datensatz 111 kann wiederum in dem Speicher 55 gespeichert werden.
Ein Software- oder Hardwaremodul 119 errechnet aus dem Datensatz 111 die zur Darstellung auf dem Ausgabemedium 59 vorgesehenen Bilddaten. Das Rechteck 121 repräsentiert einen ersten Bilddatensatz zur Darstellung auf dem Ausgabemedium 55. Der Bilddatensatz 121 umfasst Einträge 123, welche Pixeln des Ausgabemediums 59 entsprechen. Ferner ist eine Anzahl der Einträge 123 des Datensatzes 121 gleich der Anzahl der Einträge 113 des Datensatzes 111, so dass der gesamte Datensatz 111 in Bilddaten 121 umgewandelt ist. Die Einträge 123 repräsentieren jeweils eine Helligkeit auf dem Ausgabemedium und werden aus den Dateneinträgen 113 des Datensatzes 111 gemäß dem vorangehenden erläuterten Tone-Mapping-Verfahren errechnet, um eine gute Wahrnehmbarkeit von Details in dem dargestellten Bild zu ermöglichen. Die Zahl der Einträge 123 kann gleich der Zahl der zur Darstellung des Bilddatensatzes 121 auf dem Ausgabemedium 59 verwendeten Pixel sein. Die Zahl der Pixel kann jedoch auch größer oder kleiner als die Zahl der Einträge 123 sein.
Das Rechteck 125 repräsentiert einen Bilddatensatz 125 zur Darstellung eines Teilbereichs des Bereichs 31 als Bild auf dem Ausgabemedium 59. Einträge 123 des Bilddatensatzes 125 sind lediglich aus einer Teilmenge der Dateneinträge 113 des Datensatzes 111 gewonnen, wobei durch das Modul 119 wiederum das vorangehend beschriebene Tone-Mapping-Verfahren eingesetzt wird. Allerdings sind die Inhalte der Einträge 123 des Datensatzes 125 verschieden von den Einträgen 123 des Bilddatensatzes 121, da das auf den kleineren Bildbereich des Bilddatensatzes 125 angewandte Tone-Mapping-Verfahren für einzelne Bildpunkte ein anderes Ergebnis liefert als das auf den gesamten Bildbereich angewandte Tone-Mapping-Verfahren, da z. B. maximale und minimale Teilchenintensitäten, die in dem Datensatz 125 reprä sentiert sind, verschieden sein können von maximalen und minimalen Teilchenintensitäten, die durch den Datensatz 121 repräsentiert sind.
Ähnlich stellt das Rechteck 127 einen weiteren Datensatz dar, welcher zur Darstellung eines Details des Bereichs 31 auf dem Ausgabemedium 59 vorgesehen ist, welcher von dem Teilbereich des Datensatzes 125 verschieden ist. Einträge 123 des Datensatzes 127 sind wiederum durch das Modul 119 durch Anwendung des Tone-Mapping-Verfahrens errechnet, wobei sich wiederum die Inhalte der Einträge 123 des Datensatzes 127 von den Inhalten sowohl der Einträge 123 des Datensatzes 125 als auch der entsprechenden Einträge 123 des Datensatzes 121 unterscheiden können, da die Einträge 123 wiederum andere maximale und minimale repräsentierte Sekundärelektronenintensitäten enthalten können als die Datensätze 125 und 121.
Auf diese Weise wird erreicht, das dann, wenn lediglich Teile des gesamten Datensatzes auf dem Ausgabemedium dargestellt werden, eine bestmögliche Erkennbarkeit von den in den dargestellten Teilbereich enthaltenen Strukturen ermöglicht wird.
In dem in Zusammenhang mit 2 erläuterten Ausführungsbeispiel wird aus den mehreren gewonnenen Datensätzen 101, 105 und 107 durch das Modul 119 zunächst der Datensatz 111 errechnet, aus welchem das Modul 119 dann Bilddatensätze 121 errechnen kann. Es ist jedoch auch möglich, aus den Datensätzen 101, 105 und 107 unmittelbar einen Bilddatensatz zu errechnen, ohne den zwischengeschalteten Datensatz 111 zu errechnen oder abzuspeichern.
In dem in Zusammenhang mit 2 erläuterten Ausführungsbeispiel weist der Datensatz 111 mit dem erhöhten Dynamikumfang eine gleiche Anzahl von Dateneinträgen auf wie die Datensätze 101, 105 und 107 mit dem verringerten Dynamikumfang. Es ist jedoch auch möglich, dass der in dem Software- oder Hardwaremodul 119 errechnete Datensatz 111 im Vergleich zu den dem Modul 119 zugeführten Datensätzen eine erhöhte oder eine verringerte Anzahl von Dateneinträgen aufweist.
Ferner ist es möglich, dass die Datensätze 101, 105 und 107, welche Teilchenintensitäten repräsentieren, vor ihrer Verarbeitung durch das Modul 109 zu einem Datensatz mit hohem Dynamikumfang noch durch andere Bildverarbeitungsverfahren bearbeitet werden. Beispiele für derartige andere Bildverarbeitungsverfahren sind Verfahren zur Kontrasterhöhung, Verfahren zur Glättung von Kontrasten und auch Autokorrelationsverfahren, um beispielsweise einen Versatz der Probe zwischen aufeinanderfolgenden Aufnahmen zu kompensieren.
3 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erzeugen einer Darstellung eines Korpuskularstrahlbildes. In einem Schritt 201 wird ein Korpuskularstrahlgerät und dessen Steuerung initialisiert, indem eine Gesamtverstärkung eines Sekundärteilchendetektionssystems des Korpuskularstrahlgeräts auf einen ersten Wert gesetzt wird und ein Zähler zurückgesetzt wird. In einem Schritt 203 wird abgefragt, ob der Inhalt des Zählers einem Zielwert entspricht, was zu Beginn des Verfahrens nicht der Fall sein wird, so dass ein Schritt 205 durchgeführt wird, in welchem mit dem Korpuskularstrahlgerät ein Bereich eines Objekts gescannt wird und hierbei detektierte Sekundärteilchenintensitäten in einem Datensatz repräsentiert werden. Dieser Datensatz kann abgespeichert werden. Sodann wird in einem Schritt 207 der Zähler inkrementiert, und es wird eine Gesamtverstärkung des Sekundärteilchendetektionssystems auf einen zweiten Wert geändert. Sodann wird in dem Schritt 203 geprüft, ob der in dem Schritt 207 inkrementierte Wert des Zählers der Zielvorgabe entspricht. Wenn dies nicht der Fall ist, wird im Schritt 205 wiederum der Bereich gescannt und ein neuer Datensatz mit der in dem Schritt 207 geänderten Gesamtverstärkung gewonnen.
Ist der Wert des Zählers in dem Schritt 203 gleich dem Zielwert, so werden in einem Schritt 209 aus den mehreren Datensätzen Bilddaten errechnet. Die Bilddaten können nach einem Tone-Mapping-Verfahren errechnet werden. Nach der Errechnung der Bilddaten wird auf einem Ausgabemedium eine Darstellung der Bilddaten in einem Schritt 211 erzeugt.
Diese Darstellung weist eine hohe Qualität auf, da den errechneten Bilddaten aufgrund der mehreren gewonnenen Datensätze eine große Menge an Information über den gescannten Bereich zugrunde liegt und ferner, wenn das Tone-Mapping-Verfahren eingesetzt wird, Details und Unterschiede der durch die Datensätze repräsentierten Sekundärteilchenintensitäten in dem dargestellten Bild durch das Auge des Betrachters gut wahrnehmbar sind.
Ein Zielwert für den Zähler, dessen Wert in dem Schritt 203 abgefragt wird, kann 2, 3, 4 oder 5 oder mehr betragen. In dem Schritt 205 wird der neue Datensatz gewonnen, indem der Bereich des Objekts mit einem fokussierten Primärstrahl abgescannt wird. Es ist jedoch auch möglich, den Bereich mit einem ausgedehnten Primärstrahl zu beleuchten und durch den ausgedehnten Primärstrahl in dem Bereich erzeugte Sekundärteilchen auf einem ortsauflösenden Detektor abzubilden, welcher mehrere Detektorelemente bzw. Pixel umfasst, deren Detektionssignale durch den neuen Datensatz repräsentiert werden.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung wird eine Darstellung eines Korpuskularstrahlbildes erzeugt, indem mit einem Kor puskularstrahlgerät mehrere Datensätze gewonnen werden, wobei ein jeder Datensatz Sekundärteilchenintensitäten aus einem Bereich eines Objekts repräsentiert, wobei die Sekundärteilchenintensitäten für die verschiedenen Datensätze mit verschiedenen Parametereinstellungen des Korpuskularstrahlgeräts gewonnen werden. Aus den mehreren gewonnen Datensätzen werden mit einem Tone-Mapping-Verfahren Bilddaten erzeugt, welche auf einem Ausgabemedium dargestellt werden.

Claims

Verfahren zum Erzeugen einer Darstellung eines Korpuskularstrahlbildes mit einem Korpuskularstrahlgerät, welches eine Korpuskularstrahlquelle zur Erzeugung eines Korpuskularstrahls, eine Optik zum Richten des Korpuskularstrahls auf ein Objekt, und ein Teilchendetektionssystem zum Detektieren von Teilchen und zum Erzeugen von Teilchenintensitäten repräsentierenden Intensitätssignalen umfasst, wobei das Verfahren nacheinander umfasst: Einstellen einer Gesamtverstärkung des Teilchendetektionssystems auf einen ersten Verstärkungswert, Gewinnen eines ersten Datensatzes von in einem Bereich des Objekts erzeugten Intensitätssignalen, Ändern der Gesamtverstärkung des Teilchendetektionssystems auf einen von dem ersten Verstärkungswert verschiedenen zweiten Verstärkungswert, Gewinnen eines zweiten Datensatzes von in dem Bereich des Objekts erzeugten Intensitätssignalen, und Erzeugen einer Bilddarstellung wenigstens eines Teils des Bereichs aus dem ersten Datensatz und dem zweiten Datensatz.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Teilchendetektionssystem einen elektrischen Analog-Verstärker umfasst und das Einstellen der Gesamtverstärkung ein Einstellen einer Verstärkung des elektrischen Analog-Verstärkers umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Teilchendetektionssystem einen elektrischen Analog- Digital-Wandler umfasst und das Einstellen der Gesamtverstärkung ein Einstellen eines Gains des elektrischen Analog-Digital-Wandlers umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Teilchendetektionssystem einen Photomultiplier umfasst und das Einstellen der Gesamtverstärkung ein Einstellen von an Dynoden des Photomultipliers angelegten Beschleunigungsspannungen umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Erzeugen der Bilddarstellung derart erfolgt, dass für mehrere Tripel von Orten in dem vorbestimmten Bereich folgende Bedingungen erfüllt sind: einem jeden der Orte ist jeweils ein Mittelwert zugeordnet, der aus einer Teilchenintensität, welche durch das einem gegebenem Ort in dem ersten Datensatz entsprechende Intensitätssignal repräsentiert ist, und einer Teilchenintensität, welche durch das diesem Ort in dem zweiten Datensatz entsprechende Intensitätssignal repräsentiert ist, gebildet ist, ein erster Ort des Tripels ist von einem zweiten Ort des Tripels einen ersten Abstand entfernt, ein dritter Ort des Tripels ist von dem ersten Ort des Tripels einen zweiten Abstand entfernt, der wenigstens drei mal größer ist als der erste Abstand, der dem ersten Ort zugeordnete Mittelwert ist größer als der dem zweiten Ort zugeordnete Mittelwert, der dem ersten Ort zugeordnete Mittelwert ist größer als der dem dritten Ort zugeordnete Mittelwert, in der Bilddarstellung wird der erste Ort mit einer größeren Intensität repräsentiert als der zweite Ort, und in der Bilddarstellung wird der erste Ort mit einer kleineren Intensität repräsentiert als der dritte Ort.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Bedingungen für mehr als 50, insbesondere für mehr als 100, oder mehr als 500, mehr als 1.000 oder mehr als 10.000 verschiedene Tripel erfüllt sind.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Orte der Tripel voneinander verschiedenen Pixeln der Bilddarstellung entsprechen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Verhältnis zwischen dem ersten Verstärkungswert und dem zweiten Verstärkungswert oder ein Verhältnis zwischen dem zweiten Verstärkungswert und dem ersten Verstärkungswert größer als 5, insbesondere größer als 20, insbesondere größer als 100, insbesondere größer als 500, insbesondere größer als 2.000 und insbesondere größer als 10.000, ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei für den Bereich mehr als zwei Mal ein Datensatz mit jeweils verschiedenen Einstellungen der Gesamtverstärkung gewonnen wird, und die Bilddarstellung des wenigstens einen Teils des Bereichs aus den entsprechend mehreren Datensätzen erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei für ein Verhältnis V aus einem Strahlstrom des Korpuskularstrahls zum Gewinnen des ersten Datensatzes und einem Strahlstrom des Korpuskularstrahls zum Gewinnen des zweiten Datensatzes gilt: 0,5 < V < 2,0, insbesondere 0,8 < V < 1,2 und insbesondere 0,98 < V < 1,02.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Gewinnen der Datensätze in dem Bereich des Objekts jeweils ein Abscannen des Bereichs mit dem Korpuskularstrahl umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei für ein Verhältnis V aus einer Scangeschwindigkeit während des Abscannens zum Gewinnen des ersten Datensatzes und einer Scangeschwindigkeit während des Abscannens zum Gewinnen des zweiten Datensatzes gilt: 0,5 < V < 2,0, insbesondere 0,8 < V < 1,2 und insbesondere 0,98 < V < 1,02.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Teilchen Elektronen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Korpuskularstrahlquelle eine Elektronenstrahlquelle ist.