DE102021117592B3 - Verfahren zum Betreiben eines Teilchenstrahlmikroskops, Teilchenstrahlmikroskop und Computerprogrammprodukt - Google Patents

Verfahren zum Betreiben eines Teilchenstrahlmikroskops, Teilchenstrahlmikroskop und Computerprogrammprodukt Download PDF

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Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben eines Teilchenstrahlmikroskops 1 umfasst ein Abscannen eines Objekts 15 mit einem Teilchenstrahl 7 und ein Detektieren von Elektronen 27 und von Röntgenstrahlung 31 beim Abscannen eines Objekts 15 mit einem Teilchenstrahl 7.Es wird verbesserte Röntgenstrahlungsinformation durch Kombinieren von gewichteten Röntgenstrahlungsinformationen erzeugt nach der FormelSe(r→i)=∑jw(i,j)⋅S(r→i),wobeiS(r→i)die einem Ortr→izugeordnete detektierte Röntgenstrahlungsintensität ist.Für die Gewichte gilt zum Beispiel:w(i,j)=e−(r→i−r→j)/σt2⋅e−(I(r→i)−I(r→j))2/σg2,wobeiI(r→)die dem Ortr→zugeordnete Intensität der detektierten Elektronen repräsentiert, und σfund σgeine Konstanten sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft Teilchenstrahlmikroskope und Verfahren zum Betreiben von Teilchenstrahlmikroskopen. Insbesondere betrifft die Erfindung Teilchenstrahlmikroskope und Verfahren zum Betreiben derselben, bei welchen ein Teilchenstrahl auf ein Objekt gerichtet wird und hierbei erzeugte Elektronen und Röntgenstrahlung detektiert werden. Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt, welches zum Betreiben eines Teilchenstrahlmikroskops eingesetzt werden kann.
  • Teilchenstrahlmikroskope, welche von dem auftreffenden Teilchenstrahl erzeugte Elektronen und Röntgenstrahlung detektieren, werden beispielsweise in der Materialanalyse eingesetzt, da in basierend auf den detektierten Elektronen erzeugten Bildern und basierend auf der detektierten Röntgenstrahlung erzeugten Bildern unterschiedliche Eigenschaften von Materialien untersuchter Objekte sichtbar werden. Hintergrundinformationen zur kombinierten Detektion von Elektronen und Röntgenstrahlung bei einem Teilchenstrahlmikroskop kann beispielsweise den Druckschriften WO 2017 / 050 303 A1 , WO 2004 / 034 044 A1 und US 2011 / 0 301 869 A1 entnommen werden.
  • Ein herkömmliches Problem bei derartigen Untersuchungsverfahren liegt darin, dass die Detektion der Röntgenstrahlung für die Aufnahme eines basierend auf der detektierten Röntgenstrahlung erzeugten Bildes einer ausreichenden Qualität wesentlich mehr Zeit benötigt als sie zur Detektion von Elektronen für die Erzeugung eines basierend auf den detektierten Elektronen erzeugten Bildes einer üblichen Qualität nötig wäre. Dies liegt unter anderem daran, dass die Zahl der durch den auftreffenden Teilchenstrahl erzeugten Röntgenquanten und deren Nachweiswahrscheinlichkeit durch übliche Detektoren relativ gering ist. Deshalb ist es schwierig, die Röntgenstrahlungsinformationen zu einem untersuchten Objekt mit ausreichender Statistik und entsprechend niedrigem Rauschanteil in zufriedenstellend kurzer Zeit zu erhalten. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn die Röntgenstrahlung energieaufgelöst detektiert wird und entsprechend Spektren der an dem Objekt erzeugten Röntgenstrahlung aufgezeichnet werden. Darüber hinaus haben auch bei langen Messungen, die zu einer ausreichenden Statistik führen, die basierend auf der detektierten Röntgenstrahlung erzeugten Bilder eine wesentlich geringere Ortsauflösung als die gleichzeitig basierend auf den detektierten Elektronen gewonnenen Bilder. Dies liegt daran, dass die Ortsauflösung durch das Volumen an dem Objekt begrenzt ist, aus dem die jeweils detektierte Strahlung nach Anregung durch den auf das Objekt auftreffenden fokussierten Teilchenstrahl kommt. Das Volumen um den Auftreffort des auftreffenden fokussierten Teilchenstrahls, aus dem detektierte Röntgenstrahlung kommt, ist wesentlich größer als das Volumen um den Auftreffort, aus dem detektierte Elektronen kommen.
  • Um die Qualität der detektierten Röntgenstrahlungsinformation im Hinblick auf statistische Kriterien zu verbessern, werden herkömmlicherweise Röntgenstrahlungsinformationen, die mehreren Orten eines Objekts bzw. Pixeln eines Bildes zugeordnet sind, kombiniert. Beispielsweise werden die Röntgenstrahlungsinformationen, welche 4, 9 oder 16 benachbarten Pixeln zugeordnet sind, durch Addieren kombiniert. Dies verbessert die statistische Qualität der kombinierten Röntgenstrahlungsinformationen im Vergleich zu den Röntgenstrahlungsinformationen, die ursprünglich einzelnen Pixeln zugeordnet sind, führt allerdings zu einer weiteren Verschlechterung der Ortsauflösung eines basierend auf den kombinierten Röntgenstrahlungsinformationen erzeugten mikroskopischen Bildes.
  • Aus EP 2 546 638 A2 ist ein Verfahren bekannt, bei welchem das basierend auf der Detektion von Elektronen erzeugte Bild ausgewertet wird. Pixeln, die gleiche Bereiche an Grauwerten in diesem Bild aufweisen, werden zu Gruppen zusammengefasst. Die den Pixeln einer jeden Gruppe zugeordneten Röntgenstrahlungsinformationen werden dann addiert, um Röntgenstrahlungsinformationen mit verbesserter Statistik für diese Gruppe von Pixeln zu erhalten. Diese Gruppe von Pixeln kann dann in einem Bild mit einer gleichen Farbe dargestellt werden, und voneinander verschiedene Gruppen von Pixeln können mit voneinander verschiedenen Farben dargestellt werden. Das entstehende Farbbild kann mit seinen verschiedenen Farben verschiedene Materialien in dem untersuchten Objekt repräsentieren.
  • Es hat sich gezeigt, dass dieses Verfahren in manchen Situationen verschiedene Materialien nicht mit ausreichender Zuverlässigkeit unterscheiden kann.
  • Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Verfahren zum Betreiben eines Teilchenstrahlmikroskops bereitzustellen, bei welchen Elektronen und Röntgenstrahlung detektiert werden und anhand der detektierten Elektronenstrahlungsinformationen und Röntgenstrahlungsinformationen teilchenmikroskopische Bilder erzeugt werden können, welche unterschiedliche Materialien in einem Objekt sichtbar machen.
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben eines Teilchenstrahlmikroskops vorgeschlagen, welches ein Richten eines Teilchenstrahls auf eine Vielzahl von Orten eines Objekts umfasst. Hierbei kann das Verfahren für einen jeden gegebenen Ort der Vielzahl von Orten ein Detektieren von Elektronen, die von dem auf den gegebenen Ort gerichteten Teilchenstrahl erzeugt werden, und ein Detektieren von Röntgenstrahlung, die von dem auf den gegebenen Ort gerichteten Teilchenstrahl erzeugt wird, umfassen.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen werden Elektronenstrahlinformationen, die Intensitäten der detektierten Elektronen repräsentieren, und Röntgenstrahlungsinformationen, die Intensitäten der detektierten Röntgenstrahlung repräsentieren, gespeichert. Die Speicherung kann insbesondere so erfolgen, dass aus den gespeicherten Informationen Bilder erzeugt werden können, d. h. die Elektronenstrahlungsinformationen bzw. Röntgenstrahlungsinformationen Orten an dem Objekt bzw. Pixeln in dem jeweils erzeugten Bild zuordenbar sind, so dass in einem zweidimensionalen Bild topologische Beziehungen innerhalb eines zweidimensionalen Objekts erhalten bleiben und sichtbar werden können.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen repräsentiert die gespeicherte Ortsinformation den gegebenen Ort, auf den der Teilchenstrahl gerichtet ist, die gespeicherte Elektronenstrahlungsinformation repräsentiert eine Intensität der detektierten Elektronen, während der Teilchenstrahl auf den gegebenen Ort gerichtet wird, in Zuordnung zu der Ortsinformation, und die gespeicherte Röntgenstrahlungsinformation repräsentiert eine Intensität der detektierten Röntgenstrahlung, während der Teilchenstrahl auf den gegebenen Ort gerichtet wird, ebenfalls in Zuordnung zu der Ortsinformation.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst das Verfahren für mehrere, insbesondere alle, gegebene Orte der Vielzahl von Orten ein Erzeugen von verbesserter Röntgenstrahlungsinformation und ein Speichern der verbesserten Röntgenstrahlungsinformation in Zuordnung zu der den gegebenen Ort repräsentierenden Ortsinformation. Die verbesserten Röntgenstrahlungsinformationen können beispielsweise als Bild dargestellt werden, welches verbesserte Eigenschaften haben kann und insbesondere verschiedene Materialien in dem Objekt auf verschiedene Weisen sichtbar machen kann.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst das Erzeugen der verbesserten Röntgenstrahlungsinformation für den gegebenen Ort ein Kombinieren von mehreren gewichteten Röntgenstrahlungsinformationen. Die mehreren gewichteten Röntgenstrahlungsinformationen können die Röntgenstrahlungsinformation, die dem gegebenen Ort zugeordnet ist, falls dem gegebenen Ort Röntgenstrahlungsinformation zugeordnet ist, und Röntgenstrahlungsinformationen umfassen, die Orten zugeordnet sind, die von dem gegebenen Ort verschieden sind. Das Kombinieren der mehreren gewichteten Röntgenstrahlungsinformationen kann beispielsweise ein Addieren von Werten der mehreren Röntgenstrahlungsinformationen unter Berücksichtigung der entsprechenden Gewichte umfassen.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen gilt für die beim Kombinieren der mehreren gewichteten Röntgenstrahlungsinformationen verwendeten Gewichte der Röntgenstrahlungsinformationen, dass das Gewicht mit dem Abstand zwischen dem gegebenen Ort und dem Ort, der von der Ortsinformation repräsentiert ist, welcher die gewichtete Röntgenstrahlungsinformation zugeordnet ist, abnimmt.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen gilt für die beim Kombinieren verwendeten Gewichte der Röntgenstrahlungsinformationen, dass das Gewicht mit einem Absolutwert einer Differenz zwischen der Intensität, die durch die Elektronenstrahlungsinformation repräsentiert ist, die der Ortsinformation zugeordnet ist, die den gegebenen Ort repräsentiert, und der Intensität, die durch die Elektronenstrahlungsinformation repräsentiert ist, die der Ortsinformation zugeordnet ist, welcher auch die gewichtete Röntgenstrahlungsinformation zugeordnet ist, abnimmt.
  • Damit wird das zum Kombinieren der mehreren gewichteten Röntgenstrahlungsinformationen verwendete Gewicht umso größer, je geringer der Abstand zwischen den Orten ist, deren Röntgenstrahlungsinformationen kombiniert werden, und je geringer die Differenz zwischen den diesen Orten zugeordneten detektierten Elektronenintensitäten ist. Umgekehrt werden die Gewichte umso kleiner, je größer der Abstand zwischen den Orten ist, deren Röntgenstrahlungsinformationen kombiniert werden, und je größer die Differenz zwischen den diesen Orten zugeordneten detektierten Elektronenintensitäten ist.
  • Damit ist es insbesondere möglich, dass Bereiche des Objekts, die aus verschiedenen Materialien bestehen und mit Abstand voneinander in dem Objekt vorliegen und eine gleiche detektierte Elektronenintensität hervorrufen, d. h. im Elektronenbild einen gleichen Grauwert aufweisen, dennoch in dem basierend auf den verbesserten Röntgenstrahlungsinformationen erzeugten Bild unterschiedlich erscheinen, da die den einzelnen Bereichen zugeordneten Röntgenstrahlungsinformationen nach Bereichen getrennt kombiniert werden können. So werden nicht notwendigerweise etwa alle Pixel der beiden Bereiche, die aus verschiedenen Materialien bestehen, deshalb zu einer Gruppe zusammengefasst, weil die Bereiche im Elektronenbild mit gleichem Grauwert erscheinen. Dies könnte nämlich dazu führen, dass die Röntgenstrahlungsinformationen der beiden Bereiche gemeinsam gemittelt werden und deshalb spezifische Röntgenstrahlungsinformationen zu den einzelnen Bereichen verloren gehen.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen wird aus den verbesserten Röntgenstrahlungsinformationen, die der Vielzahl von Orten zugeordnet sind, eine Darstellung erzeugt, welche beispielsweise auf einem Bildschirm oder auf Papier dargestellt werden kann und welche visuell betrachtet werden kann. Hierbei können insbesondere die verbesserten Röntgenstrahlungsinformationen, die der Vielzahl von Orten zugeordnet sind, in eine Mehrzahl von Gruppen eingeteilt werden, wobei Paare von Röntgenstrahlungsinformationen, die einer gleichen Gruppe zugeordnet sind, einander gemäß einem vorbestimmten Ähnlichkeitskriterium ähnlicher sind als Paare von Röntgenstrahlungsinformationen, die verschiedenen Gruppen zugeordnet sind. Das vorbestimmte Ähnlichkeitskriterium kann beispielsweise eine mathematische Formel umfassen, die die Röntgenstrahlungsinformation als Argument annimmt deren Auswertung einen Wert ergibt.
  • Das vorbestimmte Ähnlichkeitskriterium kann dann ferner eine Vergleichsoperation umfassen, die zwei solche Werte als Argument annimmt und einen Wert ergibt, der die Ähnlichkeit zwischen zwei Röntgenstrahlungsinformationen angibt. Wenn die einem Ort zugeordnete Röntgenstrahlungsinformation durch einen numerischen Wert repräsentiert ist, kann die Einteilung in Gruppen beispielsweise anhand von mehreren vorbestimmten Wertebereichen des Wertes erfolgen. Wenn die einem Ort zugeordnete Röntgenstrahlungsinformation beispielsweise ein Röntgenspektrum ist, erfordert die Bestimmung des Ähnlichkeitskriteriums einen Vergleich zwischen Paaren von Röntgenspektren, die verschiedenen Orten zugeordnet sind. Hierzu können die beiden Spektren beispielsweise zuerst normalisiert werden und dann eine Summe von Abstandsquadraten bei verschiedenen Energien bestimmt werden, um einen Wert zu erhalten, der die Ähnlichkeit zwischen zwei Spektren repräsentiert. Die Einteilung der Röntgenstrahlungsinformationen in die Mehrzahl von Gruppen kann dann beispielsweise mittels eines Cluster-Verfahrens, wie zum Beispiel K-means, erfolgen.
  • In einer Darstellung der Röntgenstrahlungsinformationen werden solche, die einer gleichen Gruppe zugeordnet sind, jeweils mit einem gleichen Darstellungsmerkmal dargestellt, und es werden solche, die verschiedenen Gruppen zugeordnet sind, mit verschiedenen Darstellungsmerkmalen dargestellt. Die Darstellungsmerkmale können beispielsweise eine Farbe, eine Helligkeit und/oder eine Farbsättigung umfassen.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst das Detektieren der Röntgenstrahlung ein Auslesen eines energiedispersiven Röntgendetektors. Gemäß weiterer beispielhafter Ausführungsformen umfasst das Detektieren der Elektronen ein Auslesen eines Elektronendetektors, der insbesondere ein Rückstreuelektronendetektor sein kann.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst das Kombinieren der mehreren gewichteten Röntgenstrahlungsinformationen ein Addieren von gewichteten Intensitätswerten von detektierten Röntgenstrahlungsintensitäten. Die Intensitätswerte können dabei integrale Werte sein, d. h. auf Ausgaben des Röntgenstrahlungsdetektors zurückgehende Werte, welche über einen gegebenen Abtastzeitraum energieunabhängig integriert wurden. Ferner können die addierten Intensitätswerte auf Ausgaben des Röntgendetektors zurückgehen, die über eine bestimmte Zeitdauer in einem bestimmten Energieintervall detektiert wurden. Insbesondere kann der Detektor in der Lage sein, die Energie von auftreffenden Röntgenquanten zu detektieren und Detektionssignale ausgeben, welche die detektierte Energie des jeweils detektierten Röntgenquants repräsentieren.
  • Erfindungsgemäß wird ferner ein Teilchenstrahlmikroskop bereitgestellt, welches eine Teilchenquelle zur Erzeugung eines Teilchenstrahls, einen Elektronendetektor, einen Röntgenstrahlungsdetektor und eine Steuerung umfasst. Die Steuerung ist hierbei dazu konfiguriert, Instruktionen abzuarbeiten, welche das Teilchenstrahlmikroskop das hier offenbarte Verfahren auszuführen.
  • Erfindungsgemäß wird ferner ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt, welches computerlesbare Anweisungen umfasst, die, wenn sie von einer Steuerung eines Teilchenstrahlsystems ausgeführt werden, das Teilchenstrahlsystem dazu veranlassen, das hier offenbarte Verfahren auszuführen. Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Teilchenstrahlmikroskops gemäß einer Ausführungsform;
    • 2 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Betreiben des Teilchenstrahlmikroskops der 1 gemäß einer Ausführungsform;
    • 3 eine schematische Darstellung eines Bildes, das basierend auf Elektronenstrahlungsinformationen, die mit dem Teilchenstrahlmikroskop der 1 von einem Objekt gewonnen wurden, erzeugt wurde;
    • 4 eine schematische Darstellung eines Bildes, das basierend auf verbesserten Röntgenstrahlungsinformationen, die mit dem Teilchenstrahlmikroskop der 1 von dem Objekt der 3 gewonnen wurden, erzeugt wurde; und
    • 5A und 5B beispielhafte Röntgenstrahlungsinformationen, die verschiedenen Bereichen der Bilder in den 3 und 4 zugeordnet sind.
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines Teilchenstrahlmikroskops 1. Das Teilchenstrahlmikroskop 1 umfasst eine Teilchenquelle 3, welche Teilchen emittiert, die hin zu einer Elektrode 5 beschleunigt werden, um einen Strahl 7 von Teilchen zu erzeugen. Die Teilchen können Elektronen oder Ionen sein. Der Teilchenstrahl 7 kann mit einer Kollimationslinse 9 kollimiert werden. Der Teilchenstrahl 7 durchläuft eine Objektivlinse 11, um an einer Oberfläche 13 eines Objekts 15 fokussiert zu werden. Ein Strahlablenker 17 wird von einer Steuerung 19, die einen Computer umfasst, kontrolliert, um den Teilchenstrahl 7 so abzulenken, dass er innerhalb eines zweidimensionalen Bereichs 21 an einem gewünschten einstellbaren Ort 23 auf die Oberfläche 13 des Objekts 15 trifft.
  • Der auf einen gegebenen Ort 23 an der Oberfläche 13 des Objekts 15 treffende Teilchenstrahl 7 erzeugt, aufgrund der Wechselwirkung der Teilchen des Teilchenstrahls 7 mit dem Material des Objekts 15 an dem Ort 23, Wechselwirkungsprodukte, die detektierbar sind. Das Teilchenstrahlmikroskop umfasst einen Rückstreuelektronendetektor 25 zur Detektion von Rückstreuelektronen. Eine beispielhafte Trajektorie eines Rückstreuelektrons ist in 1 mit den Bezugszeichen 27 versehen. Das Teilchenstrahlmikroskop umfasst ferner einen Röntgendetektor 29 zur Detektion von Röntgenquanten. Eine beispielhafte Trajektorie eines Röntgenquants ist in 1 mit den Bezugszeichen 31 versehen.
  • Ein Beispiel eines Verfahrens zum Betreiben des Teilchenstrahlmikroskops 1 wird nachfolgend anhand des Flussdiagramms der 2 erläutert.
  • Zunächst wird das Objekt 15 relativ zu dem Teilchenstrahlmikroskop 1 so positioniert, dass das Teilchenstrahlmikroskop 1 mit dem Teilchenstrahl 7 einen interessierenden Bereich 21 der Oberfläche 13 des Objekts 15 abscannen kann. Dann wird in einem Schritt 101 der Bereich 21 der Oberfläche 13 des Objekts 15 mit dem Teilchenstrahl 7 systematisch abgescannt. Dies bedeutet, dass der Teilchenstrahl 7 zeilenweise über die Oberfläche 13 gerastert wird. Hierbei wird, durch Betätigen des Strahlablenkers 17, der Auftreffort 23 des Strahls 7 an der Oberfläche an einen nächsten Ort innerhalb der Zeile verlagert und für eine vorbestimmte Zeit („dwell time“) dort belassen. Während dieser Zeit sammeln die Detektoren 25 und 29 Elektronenstrahlungsinformation bzw. Röntgenstrahlungsinformation, die von der Steuerung 19 eingelesen wird und dem Ort 23, auf den der Teilchenstrahl 7 gerichtet ist, zugeordnet gespeichert wird. Die Speicherung kann beispielsweise in der Datenstruktur eines zweidimensionalen Feldes erfolgen, wie dies in 2 mit einem Feld 103 für die Elektronenstrahlungsinformationen und einem Feld 105 für die Röntgenstrahlungsinformationen beispielhaft dargestellt ist. Die Speicherinhalte der Datenstrukturen 103 und 105 sind jeweils über zwei Indizes x und y adressierbar, deren Werte zwischen 0 und N bzw. 0 und M liegen. Die einzelnen Speicherinhalte der Datenstruktur 103 der Elektronenstrahlstrahlungsinformationen können beispielsweise jeweils ein numerischer Wert sein, der die Anzahl der Elektronen repräsentiert, die während der vorbestimmten Zeitdauer von dem Detektor 25 detektiert wurden. Die einzelnen Speicherinhalte der Datenstruktur 105 der Röntgenstrahlungsinformationen können beispielsweise jeweils ein Energiespektrum sein, das das Röntgenspektrum repräsentiert, das während der vorbestimmten Zeitdauer von dem Detektor 29 detektiert wurde. Ein jedes Röntgenspektrum kann durch eine bestimmte Anzahl von numerischen Werten repräsentiert sein, welche jeweils die Anzahl von Röntgenquanten repräsentieren, die in einem bestimmten Energieintervall detektiert wurden.
  • Ein Paar der Indizes (xi, yi) gibt somit die Ortsinformation r i
    Figure DE102021117592B3_0007
    an, die der i-te Ort 23 an der Oberfläche 13 des Objekts 15 repräsentiert, auf den der Teilchenstrahl 7 bei der Gewinnung der diesem Ort zugeordneten Elektronenstrahlinformation und der diesem Ort zugeordneten Röntgenstrahlungsinformation gerichtet war. Die Speicherung in der Datenstruktur der zweidimensionalen Felder 103 und 105 ist jedoch nur ein Beispiel, und es können andere Datenstrukturen verwendet werden, um die Ortsinformationen r i
    Figure DE102021117592B3_0008
    und die diesen jeweils zugeordnete Elektronenstrahlinformation und Röntgenstrahlungsinformation zu speichern.
  • Die Inhalte der Datenstrukturen 103 und 105 können als Bilder auf einem Darstellungsmedium, wie etwa einem Bildschirm oder Papier, dargestellt werden, indem den Inhalten, d. h. den einzelnen Elektronenstrahlungsinformationen und Röntgenstrahlungsinformationen, Darstellungsmerkmale, wie etwa Helligkeit, Farbe oder Farbsättigung zugeordnet werden und diese Darstellungsmerkmale bei der Erzeugung der Darstellung verwendet werden.
  • In der Praxis ist es so, dass die in den einzelnen Elementen der Datenstruktur 105 für die Röntgenstrahlungsinformationen gespeicherten Werte im Vergleich zu den in den Elementen der Datenstruktur 103 für die Elektronenstrahlungsinformationen aufgrund einer mangelnden Statistik einen vergleichsweise hohen Rauschanteil und kleinen Signalanteil aufweisen können. Deshalb werden nach dem Abscannen der Oberfläche 13 des Objekts 15 in dem Schritt 101 die Röntgenstrahlungsinformationen der Datenstruktur 105 verbessert.
  • Hierzu wird eine aus mehreren Schritten bestehende Bearbeitung 107 für jeden Ort (xi, yi) durchgeführt. Deshalb wird ein gegebener Ort (xi, yi) in einem Schritt 109 auf den Wert (0, 0) gesetzt, für diesen gegebenen Ort wird die Bearbeitung 107 ausgeführt, sodann in einem Schritt 111 abgefragt, ob alle gegebenen Orte (xi, yi) bearbeitet wurden. Falls dies nicht der Fall ist, wird in einem Schritt 113 der gegebene Ort (xi, yi) auf einen nächsten Ort gesetzt, und es wird die Bearbeitung 107 sowie die Abfrage 111 erneut ausgeführt.
  • Die Bearbeitung 107 umfasst einen Schritt 119, in welchem die dem gegebenen Ort (xi, yi) zugeordnete verbesserte Röntgenstrahlungsinformation Se auf Null gesetzt wird.
  • Dann wird für den gegebenen Ort (xi, yi) eine Berechnung durchgeführt, bei der sämtliche Orte (x, y) in Betracht gezogen werden. Hierzu wird ein betrachteter Ort (xj, yj) in einem Schritt 121 auf den Wert (0, 0) gesetzt, für diesen betrachteten Ort wird in einem Schritt 123 eine Bearbeitung ausgeführt, sodann wird in einem Schritt 125 abgefragt, ob alle betrachteten Orte (xj, yj) bearbeitet wurden. Falls dies nicht der Fall ist, wird in einem Schritt 127 der betrachtete Ort (xj, yj) auf einen nächsten Ort gesetzt, und es wird der Schritt 123 sowie die Abfrage 125 erneut ausgeführt.
  • In dem Schritt 123 wird die Röntgenstrahlungsinformation, die dem betrachteten Ort (xi, yi) zugeordnet ist, mit dem Gewicht w(i, j) gewichtet und zu der verbesserten Röntgenstrahlungsinformation, die dem gegebenen Ort (xi, yi) zugeordnet ist, addiert. Die Bearbeitung 107 realisiert somit eine Berechnung gemäß folgender Gleichung: S e ( r i ) = j w ( i ,j ) S ( r i )
    Figure DE102021117592B3_0009
  • Das hierbei verwendete Gewicht w hängt von den beiden Orten, das heißt dem gegebenen Ort (xi, yi) und dem betrachteten Ort (xj, yj) ab. Das Gewicht nimmt mit dem Abstand zwischen dem gegebenen Ort (xi, yi) und dem betrachteten Ort (xj, yj) ab. Das Gewicht nimmt ferner mit dem Absolutwert der Differenz zwischen der Intensität, die durch die Elektronenstrahlungsinformation repräsentiert ist, die dem gegebenen Ort (xi, yi) zugeordnet ist, und der Intensität, die durch die Elektronenstrahlungsinformation repräsentiert ist, die dem betrachteten Ort (xj, yj) zugeordnet ist, ab.
  • Insbesondere kann das Gewicht beispielsweise als ein Produkt von zwei Termen berechnet werden, von denen einer von dem Abstand zwischen dem gegebenen Ort (xj, yi) und dem betrachteten Ort (xj, yj) abhängt und der andere von der Differenz zwischen der Elektronenstrahlungsintensität an dem gegebenen Ort (xi, yi) und der Elektronenstrahlungsintensität an dem betrachteten Ort (xj, yj) abhängt.
  • Beispielsweise kann das Gewicht berechnet werden nach der Formel: w ( i , j ) = w ( r i , r j ) = f ( | r i r j | ) g ( | I ( r i ) I ( r j ) | )
    Figure DE102021117592B3_0010
    wobei
  • den Ort (x, y) repräsentiert,
    die dem Ort (x, y) zugeordnete Intensität der detektierten Elektronen repräsentiert,
    eine Funktion ist, die mit dem Abstand zwischen den gegebenen Ort r i
    Figure DE102021117592B3_0014
    und dem betrachteten Ort r j
    Figure DE102021117592B3_0015
    abnimmt, und
    eine Funktion ist, die mit dem Absolutwert der Differenz zwischen den Intensitäten der detektierten Elektronen abnimmt.
  • Die Funktion f kann beispielsweise durch die folgende Formel repräsentiert sein: f ( | r i r j | ) = 1 C f e ( r i r j ) / σ t 2
    Figure DE102021117592B3_0017
    wobei σf und Cf Parameter sind, die geeignet gewählt werden können.
  • Die Funktion g kann beispielsweise durch die folgende Formel repräsentiert sein: g ( | r i r j | ) = 1 C g e I ( r i ) I ( r j ) ) 2 / σ t 2
    Figure DE102021117592B3_0018
    wobei σg und Cg Parameter sind, die geeignet gewählt werden können.
  • Wenn sich in dem Schritt 125 herausstellt, dass sämtliche Orte als betrachtete Orte (xj, yj) in dem Schritt 123 verwendet wurden, wird die Bearbeitung an dem Schritt 111 fortgesetzt.
  • Wenn sich in dem Schritt 111 herausstellt, dass sämtliche Orte als gegebene Orte (xi, yi) in der Bearbeitung 107 verwendet wurden, werden die verbesserten Röntgenstrahlungsinformationen S e ( r )
    Figure DE102021117592B3_0019
    in einem Schritt 131 in Gruppen eingeteilt. In einem Schritt 133 werden den mehreren Gruppen jeweils verschiedene Darstellungsmerkmale zugeordnet. In einem Schritt 135 werden die Röntgenstrahlungsinformationen dann auf einem Darstellungsmedium unter Verwendung der Darstellungsmerkmale dargestellt.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Bildes 51, das basierend auf den Inhalten der Speicherstruktur 103, d.h. den Elektronenstrahlungsinformationen, die mit dem Teilchenstrahlmikroskop 1 von einem Objekt 15 gewonnen wurden, erzeugt wurde. Die 3 zeigt damit ein Bild 51 der Oberfläche 13 des Objekts 15, in welchem zwei kleinere Bereiche 53 und 55 erkennbar sind, die voneinander beabstandet und in einem größeren Bereich 57 eingebettet sind. Die Bereiche 53 und 55 weisen in dem Bild 51 gleiche Grauwerte auf, während der Grauwert des die Bereiche 53 und 55 umgebenden Bereichs 57 hiervon verschieden ist. Basierend auf der Analyse des Bildes 51 der Elektronenstrahlungsinformation kann darauf geschlossen werden, dass das Material in den Bereichen 53 und 55 verschieden ist von dem Material in dem Bereich 57. Es kann jedoch nicht unbedingt darauf geschlossen werden, dass das Material in dem Bereich 55 gleich dem Material in dem Bereich 53 ist, da es möglich ist, dass verschiedene Materialien zu gleichen Grauwerten im Elektronenstrahlbild führen.
  • Letzteres ist in dem hier erläuterten Beispiel der Fall. 5A zeigt ein beispielhaftes Röntgenspektrum 61, welches durch Kombinieren der Röntgenspektren erhalten wurde, die den Orten innerhalb des Bereichs 53 des Bildes 51 zugeordnet sind. 5B zeigt ein beispielhaftes Röntgenspektrum 63, welches durch Kombinieren der Röntgenspektren erhalten wurde, die den Orten innerhalb des Bereichs 55 des Bilds 51 zugeordnet sind. Es ist ersichtlich, dass sich die Röntgenspektren 61 und 63 der 5A bzw. der 5B signifikant voneinander unterscheiden, weshalb darauf geschlossen werden kann, dass die Bereiche 53 und 55 durch verschiedene Materialien gebildet sind.
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Bildes 65, das basierend auf den verbesserten Röntgenstrahlungsinformationen S e ( r ) ,
    Figure DE102021117592B3_0020
    die basierend auf den Elektronenstrahlungsinformationen und den Röntgenstrahlungsinformationen, die mit dem Teilchenstrahlmikroskop 1 von einem Objekt 15 gewonnen wurden, erzeugt wurde. In 4 sind die Bereiche 53, 55 und 57 durch paarweise voneinander verschiedene Darstellungsmerkmale, wie etwa der Helligkeit oder der Farbe, dargestellt, sodass der Betrachter des Bildes unmittelbar wahrnehmen kann, dass sich die Bereiche 53 und 55 hinsichtlich ihres Materials voneinander unterscheiden.
  • Bei der Ausführung des anhand der 2 erläuterten Verfahrens ergibt es sich, dass sich die verbesserten Röntgenstrahlungsinformationen S e ( r )
    Figure DE102021117592B3_0021
    für die Bereiche 53 und 55 voneinander unterscheiden. Dies liegt daran, dass zur Bestimmung der verbesserten Röntgenstrahlungsinformationen S e ( r )
    Figure DE102021117592B3_0022
    mehrere gewichtete Röntgenstrahlungsinformationen kombiniert werden, wobei die verwendeten Gewichte mit dem Abstand zwischen den betrachteten Orten abnehmen. Deshalb tragen bei der Bestimmung der verbesserten Röntgenstrahlungsinformationen S e ( r )
    Figure DE102021117592B3_0023
    beispielsweise innerhalb des Bereichs 55 Röntgenstrahlungsinformationen aus dem Bereich 55 stärker bei als Röntgenstrahlungsinformationen aus dem mit Abstand von dem Bereich 55 angeordneten Bereich 53. Entsprechend werden bei der Bestimmung der verbesserten Röntgenstrahlungsinformationen die Orte in den beiden verschiedenen Bereichen 53 und 55 nicht aufgrund ihrer übereinstimmenden Elektronenstrahlungsinformationen, d. h. übereinstimmender Grauwerte, gleich behandelt, was sie in dem aus den verbesserten Röntgenstrahlungsinformation erzeugten Bild für das Auge des Betrachters ununterscheidbar machen würde. Nach dem hier beschriebenen Verfahren können mit Abstand voneinander angeordnete Bereiche, welche basierend auf den diesen zugeordneten Elektronenstrahlungsinformationen sehr ähnlich sind, als hinsichtlich des die Bereiche bildenden Materials durchaus unterschiedliche Bereiche detektiert und entsprechend auch dargestellt werden.
  • Hierbei kann das Verfahren in der Praxis durch Einstellen von Parametern an ein konkret vorliegendes Problem angepasst werden. Einer dieser Parameter ist der Parameter σf in der obigen Formel (3), welcher als eine laterale Filterbreite betrachtet werden kann, die einstellt, wie der Beitrag von Röntgenstrahlungsinformation an einem betrachteten Ort (xj, yj) zu der verbesserten Röntgenstrahlungsinformation an dem gegebenen Ort (xi, yi) mit dem Abstand zwischen dem betrachteten Ort und dem gegebenen Ort abnimmt. Der Parameter Cf in der obigen Formel (3) kann als ein Normierungsparameter betrachtet werden und entsprechend eingestellt werden. Die Parameter können beispielsweise für jedes untersuchte Objekt geeignet gewählt werden. Beispielsweise kann der Benutzer den Wert des Parameters σf einstellen und ändern bis ihm das entstandene Bild der verbesserten Röntgenstrahlungsinformation nach Betrachtung zusagt. Es ist auch denkbar, die Werte der Parameter σf und Cf automatisiert einzustellen, und zwar beispielsweise basierend auf einer Analyse der Elektronenstrahlungsinformation, der Röntgenstrahlungsinformation und/oder der verbesserten Röntgenstrahlungsinformation hinsichtlich beispielsweise Kontrast, Bildrauschen, charakteristischen Größen von Bildbestandteilen und dergleichen. Ähnlich kann mit den Parametern σg und Cf der Formel (4) verfahren werden. Wenn in dem Verfahren andere Formeln als die im Zusammenhang mit der anhand der 2 erläuterten Ausführungsform genannten Formeln (1) bis (4) verwendet werden, so enthalten solche anderen Verfahren auch Parameter, die entsprechend einstellbar sind, so dass sich ein für den Benutzer geeignetes Ergebnis einstellt.
  • Das vorangehend erläuterte Verfahren kann von der Steuerung 19 des Teilchenstrahlmikroskops 1 ausgeführt werden. Die Steuerung 19 hat hierzu die Funktionen eines Computers, um die notwendige Bildverarbeitung auszuführen. Diese Funktionen werden durch Hardware mit Komponenten bereitgestellt, die einen oder mehrere Prozessoren, Arbeitsspeicher für den Prozessor, Speichermedien für Programme und Daten und Kommunikationsschnittstellen umfassen. Diese Komponenten können nahe bei den teilchenoptischen Komponenten wie der Teilchenquelle 3 und der Objektivlinse 11 angeordnet sein, sie können aber auch teilweise oder gänzlich entfernt von diesen angeordnet sein und hierbei beispielsweise über eine Datenfernverbindung, wie etwa das Internet, mit einem Teil der Steuerung 19 verbunden sein, die nahe teilchenoptischen Komponenten angeordnet ist, um diese zu steuern. Das Verfahren wird beispielsweise von der Steuerung ausgeführt, indem diese auf ein Computerprogrammprodukt zugreift, welches computerlesbare Anweisungen umfasst. Diese Anweisungen implementieren das Verfahren als ein Programm, welches Instruktionen für Prozessoren der Steuerung 19 umfasst, von einem Speichermedium in den Arbeitsspeicher der Prozessoren geladen wird und von den Prozessoren abgearbeitet wird. Durch das Programm werden die Ortsinformationen und die den Orten zugeordneten Elektronenstrahlungsinformationen und Röntgenstrahlungsinformationen ebenfalls in den Arbeitsspeicher geladen und wie vorangehend beschrieben analysiert, um die verbesserten Röntgenstrahlungsinformationen zu erzeugen, in Speichermedien abzuspeichern und gegebenenfalls auf einem Anzeigemedium darzustellen.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Teilchenstrahlmikroskops (1), umfassend: Richten eines Teilchenstrahls (7) auf eine Vielzahl von Orten (23) eines Objekts (15); wobei das Verfahren für einen jeden gegebenen Ort (23) der Vielzahl von Orten (23) umfasst: ein Speichern von Ortsinformation ( r ) ,
    Figure DE102021117592B3_0024
    welche den gegebenen Ort (23) repräsentiert, auf den der Teilchenstrahl (7) gerichtet ist; ein Detektieren von Elektronen (27), die von dem auf den gegebenen Ort (23) gerichteten Teilchenstrahl (7) erzeugt werden, und ein Speichern von Elektronenstrahlungsinformation (103), die eine Intensität der detektierten Elektronen (27) repräsentiert, in Zuordnung zu der Ortsinformation ( r ) ;
    Figure DE102021117592B3_0025
    ein Detektieren von Röntgenstrahlung (31), die von dem auf den gegebenen Ort (23) gerichteten Teilchenstrahl (7) erzeugt wird, und ein Speichern von Röntgenstrahlungsinformation (105), die eine Intensität der detektierten Röntgenstrahlung (31) repräsentiert, in Zuordnung zu der Ortsinformation ( r ) ;
    Figure DE102021117592B3_0026
    wobei das Verfahren für mehrere gegebene Orte ( r i )
    Figure DE102021117592B3_0027
    der Vielzahl von Orten (23) ferner umfasst: ein Erzeugen von verbesserter Röntgenstrahlungsinformation ( S e ( r i ) )
    Figure DE102021117592B3_0028
    und ein Speichern der verbesserten Röntgenstrahlungsinformation ( S e ( r i ) )
    Figure DE102021117592B3_0029
    in Zuordnung zu der den gegebenen Ort ( r i )
    Figure DE102021117592B3_0030
    repräsentierenden Ortsinformation; wobei das Erzeugen der verbesserten Röntgenstrahlungsinformation ( S e ( r i ) )
    Figure DE102021117592B3_0031
    ein Kombinieren von mehreren gewichteten Röntgenstrahlungsinformationen ( S ( r j ) )
    Figure DE102021117592B3_0032
    umfasst, wobei für die beim Kombinieren verwendeten Gewichte (w(i, j)) der Röntgenstrahlungsinformationen jeweils gilt: das Gewicht (w(i, j)) nimmt mit einem Abstand zwischen dem gegebenen Ort ( r i )
    Figure DE102021117592B3_0033
    und dem Ort ( r j ) ,
    Figure DE102021117592B3_0034
    der von der Ortsinformation repräsentiert ist, welcher die gewichtete Röntgenstrahlungsinformation zugeordnet ist, ab; und das Gewicht nimmt mit einem Absolutwert einer Differenz zwischen der Intensität, die durch die Elektronenstrahlungsinformation repräsentiert ist, die der Ortsinformation zugeordnet ist, die den gegebenen Ort ( r i )
    Figure DE102021117592B3_0035
    repräsentiert, und der Intensität, die durch die Elektronenstrahlungsinformation repräsentiert ist, die der Ortsinformation ( r j )
    Figure DE102021117592B3_0036
    zugeordnet ist, welcher auch die gewichtete Röntgenstrahlungsinformation zugeordnet ist, ab.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Erzeugen einer Darstellung (65) der verbesserten Röntgenstrahlungsinformationen ( S e ( r i ) )
    Figure DE102021117592B3_0037
    die der Vielzahl von Orten zugeordnet sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend: Einteilen der verbesserten Röntgenstrahlungsinformationen, die der Vielzahl von Orten zugeordnet sind, in eine Mehrzahl von Gruppen, wobei Paare von Röntgenstrahlungsinformationen, die einer gleichen Gruppe zugeordnet sind, einander gemäß einem vorbestimmten Ähnlichkeitskriterium ähnlicher sind als Paare von Röntgenstrahlungsinformationen, die verschiedenen Gruppen zugeordnet sind, wobei in der Darstellung Röntgenstrahlungsinformationen, die der gleichen Gruppe zugeordnet sind, jeweils mit einem gleichen Darstellungsmerkmal dargestellt werden, und wobei in der Darstellung Röntgenstrahlungsinformationen, die verschiedenen Gruppen zugeordnet sind, mit verschiedenen Darstellungsmerkmalen dargestellt werden,
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Darstellungsmerkmale eine Helligkeit, eine Farbe und/oder eine Farbsättigung umfassen.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Röntgenstrahlungsinformation, die einer der Ortsinformationen zugeordnet ist, ein Energiespektrum (61, 63) repräsentiert.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Detektieren der Röntgenstrahlung ein Auslesen eines energiedispersiven Röntgendetektors (29) umfasst.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Detektieren der Elektronen ein Auslesen eines Elektronendetektors (25) umfasst.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Elektronendetektor ein Rückstreuelektronendetektor ist.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Kombinieren der mehreren gewichteten Röntgenstrahlungsinformationen ein Addieren von gewichteten Intensitätswerten von detektierten Röntgenstrahlungsintensitäten umfasst.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die verbesserte Röntgenstrahlungsinformation nach folgender Gleichung bestimmt wird: S e ( r i ) = j w ( i ,j ) S ( r i )
    Figure DE102021117592B3_0038
    wobei
    Figure DE102021117592B3_0039
    die dem gegebenen Ort ( r i )
    Figure DE102021117592B3_0040
    zugeordnete verbesserte Röntgenstrahlungsintensität repräsentiert,
    Figure DE102021117592B3_0041
    die dem Ort ( r j )
    Figure DE102021117592B3_0042
    zugeordnete Röntgenstrahlungsintensität repräsentiert, und w(i, j) das Gewicht repräsentiert.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei für das Gewicht gilt: w ( i , j ) = w ( r i , r j ) = f ( | r i r j | ) g ( | I ( r i ) I ( r j ) | )
    Figure DE102021117592B3_0043
    wobei
    Figure DE102021117592B3_0044
    die dem Ort r
    Figure DE102021117592B3_0045
    zugeordnete Intensität der detektierten Elektronen repräsentiert,
    Figure DE102021117592B3_0046
    eine Funktion ist, die mit dem Abstand zwischen den Orten r i
    Figure DE102021117592B3_0047
    und r j
    Figure DE102021117592B3_0048
    abnimmt, und
    Figure DE102021117592B3_0049
    eine Funktion ist, die mit dem Absolutwert der Differenz zwischen den Intensitäten der detektierten Elektronen abnimmt.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei für die Funktion f gilt: f ( | r i r j | ) = 1 C f e ( r i r j ) / σ t 2
    Figure DE102021117592B3_0050
    wobei Cf und σf Parameter sind.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei für die Funktion g gilt: g ( | I ( r i ) I ( r j ) | ) = 1 C f e ( I ( r i ) I ( r j ) ) 2 / σ z 2
    Figure DE102021117592B3_0051
    wobei Cg und σg Parameter sind.
  14. Teilchenstrahlmikroskop, umfassend: eine Teilchenquelle (3) zur Erzeugung eines Teilchenstrahls (7); einen Elektronendetektor (25); einen Röntgenstrahlungsdetektor (29); und eine Steuerung (19), wobei die Steuerung (19) dazu konfiguriert ist, Instruktionen abzuarbeiten, welche das Teilchenstrahlmikroskop (1) das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausführen lassen.
  15. Computerprogrammprodukt, welches computerlesbare Anweisungen umfasst, die, wenn sie von einer Steuerung eines Teilchenstrahlsystems ausgeführt werden, das Teilchenstrahlsystem dazu veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 durchzuführen.
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