DE112010005246B4

DE112010005246B4 - Ladungteilchenstrahlvorrichtung

Info

Publication number: DE112010005246B4
Application number: DE112010005246.8T
Authority: DE
Inventors: Yoshinobu Hoshino; Shigeru Kawamata; Eisaku Oho
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2010-02-09
Filing date: 2010-11-08
Publication date: 2020-01-30
Anticipated expiration: 2030-11-09
Also published as: DE112010005246T5; US9099283B2; JP2011165450A; US20120307038A1; JP5455694B2; WO2011099101A1

Abstract

Rasterelektronenmikroskop miteinem Detektor (12) zum Erfassen eines beim Bestrahlen einer Probe (5) mit einem Strahl geladener Teilchen (2) entstehenden Sekundärsignals (11),einer Einrichtung zum Umwandeln des Sekundärsignals (11) in ein elektrisches Signal,einer Verstärkungsschaltung (13-15) zum Verstärken der Amplitude des elektrischen Signals, undeiner Einrichtung zum Erhalten einer Anzahl von Sekundärsignalen (11) für eine Anzahl von unterschiedlichen Abtastgeschwindigkeiten des Strahls geladener Teilchen (2),gekennzeichnet durch eine Einrichtung (21)zum Berechnen einer Verzerrungsfunktion (H(s)) zwischen den erhaltenen Sekundärsignalen (11), wenn die Abtastung mit dem Strahl geladener Teilchen (2) mit einer Geschwindigkeit erfolgt, die höher liegt als die Obergrenze des Frequenzbands für den Detektor (12) und die Verstärkungsschaltung (13-15), undzum Durchführen einer Signalverarbeitung mit einem Korrekturfilter (22) aus einer inversen Funktion (h(t)) der Verzerrungsfunktion (H(s)).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Ladungsteilchenstrahlvorrichtungen mit einer Korrektur der Verschlechterung eines Erfassungssignals aufgrund einer Begrenzung des Frequenzbandes des verwendeten Verstärkers beim Abtasten mit einem Strahl geladener Teilchen mit relativ hoher Geschwindigkeit.
Stand der Technik
Mittels einer Ladungsteilchenstrahlvorrichtung wird eine Probe mit einem Strahl geladener Teilchen zweidimensional in der horizontalen und der vertikalen Richtung abgetastet, wobei das Sekundärsignal erfaßt wird, das von dem Oberflächenbereich der Probe ausgeht, auf den der Strahl der geladenen Teilchen einfällt. Dadurch, daß die Größe des Sekundärsignals an jedem der Koordinatenpunkte einer zweidimensionalen Abbildung, der sich aus den Abtastkoordinaten für den Strahl der geladenen Teilchen ergibt, in einen Konzentrationswert für die Abbildungsdaten umgewandelt wird, kann die Struktur der Oberfläche in dem Oberflächenbereich als zweidimensionale Abbildung betrachtet werden. Bei dieser Ladungsteilchenstrahlvorrichtung wird die Abtastgeschwindigkeit für den Strahl der geladenen Teilchen anhand von Faktoren wie den Materialeigenschaften der Probe, dem Ziel der Untersuchung und den technischen Daten des Detektors für das Sekundärsignal festgelegt.
Wenn die Abtastgeschwindigkeit hoch ist, ist die Integrationszeit für das Erfassungssignal kurz, so daß der Signal-Rausch-Abstand klein ist, die Reaktion auf die zeitlichen Änderungen an der Probe schnell vorliegt und der Strahl der geladenen Teilchen hinsichtlich einer Schädigung, Kontamination und Aufladung geringere Auswirkungen auf die Probe hat, da der Strahl der geladenen Teilchen nur kurz auf den Oberflächenbereich der Probe einfällt.
Wenn die Abtastgeschwindigkeit dagegen niedrig ist, ist die Integrationszeit für das Erfassungssignal lang, so daß Abbildungen mit großem Signal-Rausch-Abstand erhalten werden, während jedoch der Strahl der geladenen Teilchen hinsichtlich einer Schädigung, Kontamination und Aufladung größere Auswirkungen auf die Probe hat.
Deshalb erfolgt das Abtasten in der Regel mit großer Geschwindigkeit, solange nach einem bestimmten Beobachtungsbereich gesucht wird, und mit geringer Geschwindigkeit, wenn sie dann im gewünschten Beobachtungsbereich durchgeführt wird, um eine Abbildung mit hoher Auflösung zu erhalten.
Wenn eine Probe empfindlich ist und durch den Strahl geladener Teilchen leicht zerstört, kontaminiert oder aufgeladen wird, kann die Abtastung mit hoher Geschwindigkeit erfolgen, um diese Effekte zu verringern. Es gibt jedoch auch andere Gegenmaßnahmen als eine hohe Abtastgeschwindigkeit, etwa das Herabsetzen der Beschleunigungsspannung oder das Herabsetzen des elektrischen Stroms des auf die Probe eingestrahlten Strahls geladener Teilchen, oder durch Verkleinern des Durchmessers des Strahls geladener Teilchen.
Zu den Faktoren, die die Abtastgeschwindigkeit bestimmen, gehören auch die Eigenschaften des Detektors. Die Abtastgeschwindigkeit hängt von der Ansprechgeschwindigkeit auf das Sekundärsignal ab, das vom Detektor erfaßt und in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, und auch von der Ansprechgeschwindigkeit auf das Erfassungssignal bei der Verarbeitung in einer Verstärkungsschaltung. Je größer die Verstärkung in der Verstärkungsschaltung ist, um so größer ist die Reaktionszeit der Verstärkungsschaltung.
Wenn die Ansprechgeschwindigkeit des Detektors und die Ansprechgeschwindigkeit der Verstärkungsschaltung niedrig sind, ist das Frequenzband für das Erfassungssignal bei der Erfassung und der Verstärkung begrenzt, wenn die Abtastung mit dem Strahl geladener Teilchen schnell erfolgt.
Das bei der Abtastung einer Mikrostruktur der Probe erhaltene Erfassungssignal weist Hochfrequenzkomponenten auf, die bei der Eingabe in die Detektorschaltung eine Impulsreaktion hervorrufen. Das Ausgangssignal stellt daher für die Zeit t, in der die Impulsreaktion konvergiert, die Summe aus dem Erfassungssignal und der Impulsreaktion dar.
Die aus einem solchen Ausgangssignal erzeugte Abbildung ist in der Abtastrichtung des Strahls der geladenen Teilchen verschwommen und so stark verzerrt, daß es unmöglich ist, die Probenstruktur festzustellen. Es ist daher unmöglich, eine Probe mit hoher Abtastgeschwindigkeit und hoher Verstärkung zu betrachten, wenn die Ansprechgeschwindigkeit des Detektors relativ langsam ist.
Der Detektor wird entsprechend dem zu erfassenden Sekundärsignal und solchen Bedingungen wie der Atmosphäre in der Probenkammer und der Erfassungsempfindlichkeit ausgewählt. In dem oben erwähnten Fall wird daher zum Betrachten einer Probe mit einer relativ geringen Abtastgeschwindigkeit ein Detektor verwendet, dessen Ansprechgeschwindigkeit niedrig ist. Das Problem dabei ist, daß es dabei kaum möglich ist, bei der Suche nach einem Bereich mit einem interessierenden Punkt eine Betrachtung mit einer hohen Abtastgeschwindigkeit durchzuführen, um den Schaden an der Probe gering zu halten.
Aus der WO 2003/044821 ist eine Technik bekannt, bei der eine Kompensation der Abbildungsverzerrung in dem bei der Abtastung erzeugten Sekundärsignal aufgrund der Abtastung mit dem Strahl geladener Teilchen erfolgt, wozu die bei mehreren Abtastungen erhaltenen Abbildungen verwendet werden. Bei der in der WO 2003/044821 beschriebenen Technik wird die zeitliche Drift in der betrachteten Abbildung korrigiert, die aufgrund solcher Faktoren wie einer Änderung in der Stabilität des Strahls geladener Teilchen, einer Verformung der Probe und einer Verschiebung des Probentisches auftritt. Die WO 2003/044821 beschreibt eine Technik zum Korrigieren der Position der Abbildung durch Berechnen der Abbildungsverschiebung auf der Basis von Abbildungen, die bei einer Anzahl von Abtastungen erhalten werden, und eine Technik zum Verbessern des Signal-Rausch-Abstands in der Abbildung durch Integrieren von Abbildungen, die bei mehreren Abtastungen mit hoher Geschwindigkeit erhalten werden und bei denen die Abbildungsverschiebungen mit der genannten Technik korrigiert wurden. Bei der Abbildungsverzerrung, die sich bei einer schnellen Abtastung ergibt, wird jedoch die Wellenform des Ausgangssignals nicht durch die Größe des Ausgangssignals oder durch Rauschen im Ausgangssignal verformt, sondern durch die Eigenschaften des Detektors. Diese Verschlechterung läßt sich somit nicht durch Maßnahmen wie eine Verbesserung des Signal-Rausch-Abstands durch Integration beheben.
Druckschriften zum Stand der Technik
Die Korrektur von Bildverzerrungen bei Elektronenmikroskopen wird von Engelke et al. in „Correction of nonlinear deflection distortion in a direct exposure electron-beam system", IBM Journal of Research and Development, 21.6 (1977), Seiten 506-513, beschrieben. Die zweiteilige Form des vorliegenden Anspruchs 1 basiert auf dieser Druckschrift.
Patent-Druckschriften:
Die bereits erwähnte Internationale Veröffentlichung WO 2003/044821 A1 , sowie US 2008/0095358 A1 und US 2008/0251719 Al, die weitere Beispiele für herkömmliche Verfahren zur Verbesserung der Bildauflösung bei Rasterelektronenmikroskopen zeigen.
Zusammenfassende Darstellung der Erfindung
Problem, das mit der Erfindung gelöst werden soll
Mit der vorliegenden Erfindung soll die Ladungsteilchenvorrichtung mit einem Detektor mit einer relativ langsamen Ansprechgeschwindigkeit verbessert werden, wobei bei der Ladungsteilchenvorrichtung die Betrachtung mit einer Verstärkung der Erfassungssignale in einer Verstärkungsschaltung mit einem hohen Verstärkungsfaktor erfolgt. Insbesondere soll mit der vorliegenden Erfindung die Verschlechterung der von einem Detektor der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung ausgegebenen Ausgangssignale und der zweidimensionalen Abbildungen der Ausgangssignale verhindert werden, die auftritt, wenn die Abtastung mit dem Strahl geladener Teilchen mit einer Geschwindigkeit erfolgt, die über der Obergrenze des Frequenzbands für den Detektor und den Verstärker liegt.
Maßnahmen zur Lösung des Problems
Bei der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung der vorliegenden Erfindung werden ein Erfassungssignal, das bei einer Abtastgeschwindigkeit des Strahls geladener Teilchen erhalten wird, die im Frequenzbereich der Frequenzbandbreite liegt, und ein Erfassungssignal aufgezeichnet, das bei einer Abtastgeschwindigkeit des Strahls geladener Teilchen erhalten wird, die über der Obergrenze des Frequenzbereichs liegt. Die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung der vorliegenden Erfindung umfaßt einen Signalverarbeitungsabschnitt zum Ausführen von Fouriertransformationen an diesen erfaßten Signalen, zum Ausführen von Divisionen an den Ergebnissen der Fouriertransformation, zum Berechnen einer Verzerrungsfunktion, zum Ausführen einer inversen Fouriertransformation an der inversen Funktion der Verzerrungsfunktion und zum Anwenden von eindimensionalen Korrekturfilter-Amplitudenwerten in der Zeit t, in der eine Impulsreaktion konvergiert. Die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung der vorliegenden Erfindung weist eine Funktion zum Anwenden des eindimensionalen Korrekturfilters auf das erfaßte Signal, das bei einer Abtastgeschwindigkeit des Strahls geladener Teilchen erhalten wird, die über der Obergrenze des Frequenzbereichs liegt, oder auf eine zweidimensionale Abbildung auf, die auf dem erfaßten Signal basiert.
Der Signalverarbeitungsabschnitt kann eine Bildbearbeitungsvorrichtung zum Berechnen der Verzerrungsfunktion sein und den eindimensionalen Korrekturfilter durch eine Bildbearbeitung erstellen, wobei ein Standbild, das auf Signalen beruht, die bei einer Abtastgeschwindigkeit für den Strahl geladener Teilchen erfaßt werden, die innerhalb des Frequenzbereichs für das Frequenzband liegt, und ein Standbild verwendet werden, das auf Signalen beruht, die bei einer Abtastgeschwindigkeit für den Strahl geladener Teilchen erfaßt werden, die über der Obergrenze des Frequenzbereichs liegt.
Es können für den Strahl geladener Teilchen mehrere Abtastgeschwindigkeiten mit festen Werten und für den Verstärker des Detektors mehrere Verstärkungsfaktoren mit festen Werten vorgegeben sein. In diesem Fall wird bei der Auswahl der Abtastgeschwindigkeit und des Verstärkungsfaktors des Verstärkers vorab der zu verwendende eindimensionale Korrekturfilter in Abhängigkeit von der Kombination der ausgewählten Abtastgeschwindigkeit mit dem ausgewählten Verstärkungsfaktor des Verstärkers bestimmt, so daß auf das Erfassungssignal oder die auf dem Erfassungssignal beruhende zweidimensionale Abbildung derjenige eindimensionale Korrekturfilter angewendet wird, der für die ausgewählte Abtastgeschwindigkeit und den ausgewählten Verstärkungsfaktors des Verstärkers geeignet ist.
Die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung kann mehrere unterschiedliche Detektoren umfassen. In diesem Fall wird der zu verwendende eindimensionale Korrekturfilter bei der Auswahl des zu verwendenden Detektors, der Abtastgeschwindigkeit und des Verstärkungsfaktors des Verstärkers vorab in Abhängigkeit von der Kombination des ausgewählten Detektors, der ausgewählten Abtastgeschwindigkeit und des ausgewählten Verstärkungsfaktors des Verstärkers der zu verwendende eindimensionale Korrekturfilter bestimmt, der für den ausgewählten Detektor, die ausgewählte Abtastgeschwindigkeit und den ausgewählten Verstärkungsfaktor des Verstärkers die geeigneten Gewichtungskoeffizienten aufweist.
Der eindimensionale Korrekturfilter kann während einer laufenden Beobachtung auf die folgende Weise erzeugt werden. Wenn es auf der Probe keine Mikrooberflächenstrukturen gibt, die zum Erzeugen des eindimensionalen Korrekturfilters geeignet sind, was heißt, daß die gesamte Oberfläche der Probe flach ist, ist es kaum möglich festzustellen, in welchem Ausmaß das erfaßte Signal verzerrt ist, und eine Verzerrungsfunktion zu erhalten. In diesem Fall wird eine Dummy-Probe mit einer geeigneten Mikrostruktur auf den Probentisch gelegt. Dann wird durch Einstellen einer für die Mikrostruktur der Dummy-Probe geeigneten Sichtposition und Vergrößerung der für die Mikrostruktur der Dummy-Probe geeignete eindimensionale Korrekturfilter erstellt und daraufhin die tatsächliche Probe mit einer für die tatsächliche Probe geeigneten Sichtposition und Vergrößerung betrachtet.
Der erzeugte eindimensionale Korrekturfilter kann in einer Speicherschaltung gespeichert werden, in der eine Anzahl von eindimensionalen Korrekturfiltern gespeichert wird. Wenn ein früher erstellter eindimensionaler Korrekturfilter wieder benötigt wird, wird er aus der Speicherschaltung ausgelesen und erneut verwendet.
Auch können mehrere beliebig ausgewählte eindimensionale Korrekturfilter aus der Speicherschaltung ausgelesen und ein Mittelwert der ausgewählten eindimensionalen Korrekturfilter als neu erstellter eindimensionaler Korrekturfilter verwendet werden.
Auswirkungen der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist für eine Ladungsteilchenstrahlvorrichtung mit einem Detektor mit einer relativ langsamen Ansprechgeschwindigkeit vorgesehen, bei dem eine Beobachtung mit einem Erfassungssignal erfolgt, das mit einem hohen Verstärkungsfaktor verstärkt wird, wobei bei hoher Geschwindigkeit eine Korrektur mit einem eindimensionalen Korrekturfilter erfolgt. Mit der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann somit eine Abbildung erhalten werden, die mit hoher Abtastgeschwindigkeit aufgenommen wird und die nicht so stark verzerrt ist wie bei den gegenwärtigen Vorrichtungen, so daß mit dem Detektor bei der Suche nach einem geeigneten Sichtfeld eine schnelle Abtastung mit einer geringen Schädigung der Probe möglich ist.
Wenn das Signal bei dieser Ladungsteilchenstrahlvorrichtung mit einer Abtastung mit einer hohen Abtastgeschwindigkeit aufgenommen wird, ist die Einstrahlzeit des Strahls geladener Teilchen auf eine Flächeneinheit der Probe kürzer, so daß weniger Sekundärelektronen erzeugt werden und die Signalintegrationszeit kürzer ist. Der Signal-Rausch-Abstand des Signals ist daher kleiner. Bei der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung der vorliegenden Erfindung wird jedoch das Hochfrequenzrauschen verringert, das zufällig am Detektor entsteht, da das Frequenzband des Detektors und des Verstärkers für das durchzulassende Signal begrenzt ist und der Detektor und der Verstärker einen Tiefpaßfilter darstellen. Im Ergebnis ist bei den Abbildungen, die mit dem eindimensionalen Korrekturfilter der vorliegenden Erfindung erhalten werden, der Signal-Rausch-Abstand größer, auch wenn sie mit einer hohen Abtastgeschwindigkeit des geladenen Teilchenstrahls aufgenommen werden.
Figurenliste

1 zeigt die Bauteile für die Funktionen zum Ausführen der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Flußdiagramm zum Erstellen einer Verzerrungsfunktion und eines eindimensionalen Korrekturfilters bei der vorliegenden Erfindung.
3A, 3B, 3C und 3D zeigen Photographien, die jeweils einem einzelnen Prozeß im Flußdiagramm der 2 entsprechen.
4 zeigt, wie die inverse Funktion der Verzerrungsfunktion bei der vorliegenden Erfindung durch den eindimensionalen Korrekturfilter ersetzt wird.

Ausführungsform zum Ausführen der Erfindung
Anhand der 1 und 2 wird die vorliegende Erfindung beispielhaft erläutert.
Die 1 zeigt beispielhaft eine Ausführungsform einer Ladungsteilchenvorrichtung mit den Funktionen zum Ausführen der vorliegenden Erfindung.
Der von einer Elektronenkanone 1 emittierte Strahl 2 geladener Teilchen wird von einer Kondensorlinse 3 so fokussiert, daß der Strahldurchmesser auf der Oberfläche einer Probe 5 nach dem Durchlaufen einer Objektivlinse 4 minimal ist. Da der Auslenkstrom, der von einer Auslenksteuerschaltung 7 zugeführt wird und durch eine Auslenkspule 6 fließt, sich mit der Zeit ändert, ändert sich auch die Intensität des davon erzeugten Magnetfeldes, so daß mit dem Strahl 2 geladener Teilchen eine zweidimensionale Abtastung in horizontaler und vertikaler Richtung erfolgt. Die Abtastgeschwindigkeit des Strahls 2 geladener Teilchen kann durch Einstellen der Änderungsperiode des von der Auslenksteuerschaltung 7 zugeführten Auslenkstroms entsprechend einer Anzahl von Geschwindigkeitswerten verändert werden. Der Bediener gibt die gewünschte Abtastgeschwindigkeit in eine CPU 9 ein. Die CPU 9 weist die Auslenksteuerschaltung 7 an, die Abtastgeschwindigkeit entsprechend einzustellen. Ein Probentisch 10, auf dem sich die Probe 5 befindet, wird manuell oder von einem Motor bewegt, wodurch sich die Position der Probe 5 verschiebt. Dadurch wird der Oberflächenbereich auf der Probe 5 verschoben, auf den der Strahl 2 geladener Teilchen einfällt, und entsprechend dem Oberflächenbereich auch der Beobachtungsbereich. An dem Oberflächenbereich, auf den der Strahl 2 geladener Teilchen einfällt, wird ein Sekundärsignal 11 erzeugt, das von einem Detektor 12 erfaßt und in ein elektrisches Signal, das Erfassungssignal, umgewandelt wird. Dieses Erfassungssignal wird in einem Verstärker 13 zu einem verstärkten Signal mit einer ausreichend großen Amplitude verstärkt. Wenn das Erfassungssignal sehr klein ist, können mehrere Verstärker mit unterschiedlichen Verstärkungsfaktoren erforderlich sein, von denen ein Verstärkungsfaktor größer ist als normal oder von denen ein Verstärker einen beliebig einstellbaren Verstärkungsfaktor aufweist.
Das in der 1 gezeigte Beispiel umfaßt drei Verstärker, nicht nur den Verstärker 13, sondern auch die Verstärker 14 und 15, deren Verstärkungsfaktoren größer sind als der des Verstärkers 13. Durch Umschalten eines Selektors 16 auf einen der drei Verstärker wird der jeweils erforderliche und tatsächlich verwendete Verstärker ausgewählt. Die Anzahl der Verstärker wird von den erforderlichen Verstärkungsfaktoren bestimmt. Wenn ein Bediener mit einer Steuerfaktor-Eingabevorrichtung 8 einen Verstärkungsfaktor in die CPU 9 eingibt, stellt die CPU 9 den Selektor 8 so ein, daß der Verstärker mit dem eingegebenen Verstärkungsfaktor angeschlossen ist. Das vom Verstärker verstärkte Erfassungssignal wird in einem Analog-Digital-Konverter 17 in ein digitales Signal mit einem Grauskalenwert im Grauwertbild umgewandelt, der der Intensität des Erfassungssignals entspricht. Das digitale Signal für die Intensität des Erfassungssignals wird unter den horizontalen und vertikalen Koordinaten der Abbildungsdaten, die den Abtastkoordinaten in der horizontalen und vertikalen Richtung entsprechen, in einem Bildspeicher 18 gespeichert und zu einer Bildanzeigevorrichtung 19 ausgegeben. Auf diese Weise wird eine zweidimensionale Abbildung eines Grauwertbildes für die Oberflächenstruktur der Probe erhalten, auf die der Strahl geladener Teilchen eingestrahlt wird. Der Bildspeicher 18 ist bei geschlossenem Schalter 20 mit der Bildanzeigevorrichtung 19 verbunden. Dieser Aufbau ist der gleiche wie bei einer üblichen Ladungsteilchenvorrichtung.
Zusätzlich zu diesen Bauteilen umfaßt die vorliegende Erfindung eine Bildbearbeitungsvorrichtung 21, die eine Verzerrungsfunktion für die Abbildung berechnet, wenn die Abtastung mit dem Strahl 2 geladener Teilchen mit einer Geschwindigkeit erfolgt, die höher liegt als die Obergrenze des Frequenzbands für den Detektor und den Verstärker. Die Bildbearbeitungsvorrichtung 21 ist mit dem Bildspeicher 18 verbunden, in dem eine Abbildung gespeichert ist, die mit einer niedrigeren Abtastgeschwindigkeit aufgenommen wurde, die im Frequenzband für den Detektor und den Verstärker liegt, und in dem eine weitere Abbildung gespeichert ist, die mit einer höheren Abtastgeschwindigkeit aufgenommen wurde, die über dem Frequenzband für den Detektor und den Verstärker liegt. Sowohl die mit einer niedrigeren Abtastgeschwindigkeit aufgenommene Abbildung als auch die mit einer höheren Abtastgeschwindigkeit aufgenommene Abbildung weisen jeweils das identische Sichtfeld auf und wurden mit dem gleichen Verstärker und dem gleichen Verstärkungsfaktor aufgenommen, wenn es verschiedene Verstärker mit unterschiedlichen Verstärkungsfaktoren gibt.
Aus dem Paar der genannten Abbildungsdaten erstellt die Bildbearbeitungsvorrichtung 21 einen eindimensionalen Korrekturfilter. Der von der Bildbearbeitungsvorrichtung 21 erstellte eindimensionale Korrekturfilter wird an einer Filtervorrichtung 22 installiert.
Dabei gilt folgendes. Wenn der Benutzer an der Steuerfaktor-Eingabevorrichtung 8 die gleiche Abtastgeschwindigkeit, den gleichen Detektor und den gleichen Verstärker mit dem gleichen Verstärkungsfaktor wie bei der höheren Abtastgeschwindigkeit auswählt, die zum Erstellen des eindimensionalen Korrekturfilters verwendet wurde, wird das Bild der Abbildung derart erzeugt, daß die im Bildspeicher 18 gespeicherten Bilddaten von einer horizontalen Linie zur nächsten horizontalen Linie durch den eindimensionalen Korrekturfilter gefiltert werden, wobei jeweils die Bilddaten für eine horizontale Linie gefiltert werden und die korrigierten Daten für die horizontale Linie in einem Bildspeicher 23 gespeichert werden. Bei geschlossenem Schalter 24 kann durch die Anzeige der im Bildspeicher 23 gespeicherten Daten an der Bildanzeigevorrichtung 19 eine Abbildung betrachtet werden, bei der die von der schnellen Abtastung verursachte Bildverzerrung verringert ist.
Auch wenn die Bilddaten an der Filtervorrichtung 22 aufeinanderfolgend in Echtzeit mit einer Geschwindigkeit gefiltert werden müssen, die der Abtastgeschwindigkeit entspricht, mit der die Abtastung durch den Strahl 2 geladener Teilchen erfolgt, braucht der Prozeß zum Berechnen der Verzerrungsfunktion durch die Bildbearbeitungsvorrichtung 21 und zum Erstellen des eindimensionalen Korrekturfilters nicht so schnell ablaufen, daß er der Abtastung durch den Strahl 2 geladener Teilchen folgt. Der Aufbau der Vorrichtung wird dadurch vereinfacht, daß die CPU 9 einen Software-Bildbearbeitungsprozeß ausführt, um einen eindimensionalen Software-Korrekturfilter zu erstellen, wobei der sich ergebende eindimensionale Korrekturfilter in der Filtervorrichtung 22 installiert wird.
Der eindimensionale Korrekturfilter kann vorab für jede Kombination einer Abtastgeschwindigkeit des Strahls 2 geladener Teilchen und eines Verstärkungsfaktors des Verstärkers durch die Bildbearbeitungsvorrichtung 21 erstellt werden. Wenn die Abtastgeschwindigkeit des Strahls 2 geladener Teilchen oder der Verstärkungsfaktor des Verstärkers auf die Anweisung eines Bedieners hin von der CPU 9 geändert wird, wird der eindimensionale Korrekturfilter für die jeweilige Kombination der Abtastgeschwindigkeit des Strahls 2 geladener Teilchen mit dem Verstärkungsfaktor des Verstärkers, die an der Steuerfaktor-Eingabevorrichtung 8 ausgewählt wurde, in der Filtervorrichtung 22 installiert, und die Abbildung kann nach einer der gewählten Abtastgeschwindigkeit und dem gewählten Verstärkungsfaktor entsprechenden Korrektur betrachtet werden.
Wenn es bei der Vorrichtung mehrere Detektoren gibt, deren Ansprechgeschwindigkeiten sich unterscheiden, wird jeder der Detektoren 12 über den Selektor 16 mit den Verstärkern 13, 14, 15 verbunden. In diesem Fall gibt es mehrere Auswahlleitungen zwischen den Detektoren und den Verstärkern, und der eindimensionale Korrekturfilter kann vorab für jede Kombination eines Detektors, eines Verstärkungsfaktors für den Verstärker und einer Abtastgeschwindigkeit erstellt werden. Der eindimensionale Korrekturfilter für die jeweilige Kombination eines Detektors, eines Verstärkungsfaktors und einer Abtastgeschwindigkeit wird dann von der CPU 9 an der Filtervorrichtung 22 installiert.
Wenn es aufgrund einer fehlenden Mikrostruktur auf der Probe 5 nicht möglich ist, den Grad der Verzerrung in der betrachteten Abbildung zu berechnen, wird der Probentisch 10 in eine Position gebracht, an der der Strahl 2 geladener Teilchen auf eine Bezugsprobe 25 fällt, die für die Erstellung des eindimensionalen Korrekturfilters vorgesehen ist. Die Bezugsprobe 25 sollte eine Probe mit einer Oberflächenstruktur sein, an der eine Anzahl von parallelen Linien ausgebildet ist, wobei die Abtastung mit dem Strahl 2 geladener Teilchen senkrecht zu den parallelen Linien erfolgt. Bei der Verwendung der Bezugsprobe 25 wird der eindimensionale Korrekturfilter mit dem gleichen Detektor, dem gleichen Verstärkungsfaktor für den Verstärker und der gleichen Abtastgeschwindigkeit wie für die tatsächlich zu betrachtende Probe 5 erstellt. Der so erhaltene eindimensionale Korrekturfilter wird dann an der Filtervorrichtung 22 installiert und anschließend der Probentisch 10 in eine Position gebracht, in der der Strahl 2 geladener Teilchen auf die zu betrachtende Probe 5 fällt. Auf diese Weise kann auch dann eine mit einem geeigneten eindimensionalen Korrekturfilter korrigierte Abbildung der Probe 5 erhalten werden, wenn die Probe 5 keine geeignete Mikrostruktur aufweist.
Die 2 ist ein Flußdiagramm für den von der Bildbearbeitungsvorrichtung 21 ausgeführten Prozeß der vorliegenden Erfindung zum Erzeugen einer Verzerrungsfunktion und eines eindimensionalen Korrekturfilters.
Zum Berechnen der Verzerrungsfunktion erfolgt zuerst im Schritt S10 eine Abtastung mit dem Strahl 2 geladener Teilchen mit einer niedrigen Abtastgeschwindigkeit, die innerhalb des Frequenzbands für den Detektor und den Verstärker liegt und mit der eine nicht verzerrte Abbildung f(x,y) erhalten wird. Zum Beispiel ist in der 3A die Abbildung f(x,y) einer Gitterstruktur mit horizontalen und vertikalen Linien zu sehen.
Dann wird im Schritt S20 das gleiche Sichtfeld wie bei der Abbildung f(x,y) mit einer so hohen Geschwindigkeit mit dem Strahl 2 geladener Teilchen abgetastet, daß sich Verzerrungen ergeben, und dabei die Abbildung g(x,y) erhalten. Die 3B zeigt die Abbildung g(x,y) für das gleiche Sichtfeld wie bei der Abbildung der 3A. Aus der 3B ist ersichtlich, daß die Abbildung in der der Abtastrichtung entsprechenden horizontalen Richtung so stark verschwimmt, daß die vertikale Gitterstruktur nicht zu sehen ist.
Da es egal ist, welcher der Schritte S10 und S20 zuerst ausgeführt wird, kann jeder der Schritte S10 und S20 als erster ausgeführt werden.
Dann wird im Schritt S30 auf beide Abbildungen f(x,y) und g(x,y) eine Fensterfunktion angewendet, wobei die Abbildungen f'(x,y) und g'(x,y) erhalten werden. Das Anwenden der Fensterfunktion ist ein allgemeiner Vorgang, um bei der folgenden Fouriertransformation die Erzeugung von Artefakten zu verhindern, die sich an der schnellen Änderung am Startpunkt und am Endpunkt eines Signals ergeben. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Hanning-Fenster angewendet, um das Signal am Startpunkt und am Endpunkt des Signals auf Null zu reduzieren und die Artefakte zu vermeiden, die sich sonst in der durch die Anwendung des eindimensionalen Korrekturfilters korrigierten Abbildung in der vertikalen Richtung zeigen würden. Es können jedoch auch andere Fensterfunktionen als das Hanning-Fenster angewendet werden. Da bei dem zweidimensionalen Abtastprozeß die Abtastung durch den Strahl geladener Teilchen in der Regel längs einer Zeile in der horizontalen X-Richtung erfolgt und dann nach der Verschiebung um eine Zeile in der vertikalen Y-Richtung längs der nächsten Zeile in der horizontalen X-Richtung weitergeführt wird, treten die Verzerrungen, die von einer hohen Abtastgeschwindigkeit verursacht werden, in der horizontalen X-Richtung auf, in der sich der Strahl der geladenen Teilchen schnell bewegt. Die Verzerrung des Signals braucht daher nur längs der Linien in der horizontalen X-Richtung untersucht zu werden, und es ist nicht erforderlich, im Schritt S30 die Fensterfunktion zweidimensional auf die Abbildung anzuwenden. Die Fensterfunktion kann auch nur auf die Daten für den Startpunkt und den Endpunkt des Signals in der horizontalen X-Richtung angewendet werden. Die Bilder in den 3C und 3D sind Beispiele für die Abbildungen, die nach dem Anwenden der Fensterfunktion auf die Abbildung der 3A bzw. auf die Abbildung der 3B erhalten werden.
Danach wird im Schritt S40 auf f'(t) jeder Zeile der Abbildung f'(x,y) in der horizontalen X-Richtung eine Fouriertransformation angewendet, um F(s) zu erhalten.
Dann wird im Schritt S50 auf g'(t) jeder Zeile der Abbildung g' (x,y) in der horizontalen X-Richtung eine Fouriertransformation angewendet, um G(s) zu erhalten.
Anschließend wird der Schritt S60 ausgeführt, in dem gemäß der folgenden Gleichung (1) die inverse Funktion H^-1(s) zu einer Verzerrungsfunktion H(s) erhalten wird: $H^{- 1} (s) = F (s) /G (s)$
Im Schritt S70 wird nun aus der im Schritt S60 erhaltenen inversen Funktion H^-1(s) zu der Verzerrungsfunktion H(s) ein eindimensionaler Korrekturfilter erzeugt. Im Schritt S70 wird dazu auf H^-1(s) eine inverse Fouriertransformation angewendet, um h^-1(t) zu erhalten. Dieses h^-1 (t) entspricht einer Reparaturfunktion für eine verzerrte Abbildung im realen Abbildungsraum. Die Multiplikation von h^-1(t) mit den verzerrten Abbildungsdaten g(t) ermöglicht eine Reparatur der verzerrten Abbildung.
Im Schritt S80 wird der eindimensionale Korrekturfilter durch Festlegen von Gewichtungskoeffizienten für die Amplitudenwerte von h^-1(t) bis zur Konvergenz der Amplitudenwerte auf Null erstellt.
Die 4 zeigt den Vorgang zum Erstellen des eindimensionalen Korrekturfilters aus h^-1(t) im Schritt S60 der 2. Die 4 zeigt beispielhaft den Fall, daß der Amplitudenwert von h^-1(t) innerhalb der Zeit t für sieben Pixel in der Abbildung auf Null konvergiert. Der Amplitudenwert jedes Pixels zum Zeitpunkt t relativ zum Amplitudenwert Null wird derart in ein Amplitudenverhältnis umgesetzt, daß die Summe aller Amplitudenverhältnisse zu Null wird, wobei jedes dieser Verhältnisse den Gewichtungskoeffizienten für das jeweilige Pixel darstellt. Wenn zum Beispiel das Amplitudenverhältnis für das erste Pixel von h^-1(t) gleich 1 ist, das Amplitudenverhältnis für das zweite Pixel von h^-1(t) gleich -2, das Amplitudenverhältnis für das dritte Pixel von h^-1(t) gleich 5, das Amplitudenverhältnis für das vierte Pixel von h^-1(t) gleich -7, das Amplitudenverhältnis für das fünfte Pixel von h^-1(t) gleich 3, das Amplitudenverhältnis für das sechste Pixel von h^-1(t) gleich -1 und das Amplitudenverhältnis für das siebte Pixel von h^-1(t) gleich 1, wird der eindimensionale Korrekturfilter zu einem eindimensionalen Korrekturfilter für die sieben Pixel mit den Gewichtungskoeffizienten 1, -2, 5, -7, 3, -1, 1.
Bei dem Beispiel der 4 konvergiert die Amplitude von h^-1(t) in einer Zeit t auf Null, die sieben Pixel entspricht, die tatsächliche Anzahl von Pixel des eindimensionalen Korrekturfilters für die Zeit t kann jedoch jede geeignete Zahl sein, die nur davon abhängt, in welchen Ausmaß sich die erhaltene Abbildung verschlechtert. Wenn die Zeit für die Konvergenz der Amplitude von h^-1 (t) auf Null zu lang ist, kann der Bediener für die Zeit t eine geeignete Zeit festlegen, die in einem Bereich liegt, in dem die Amplitude so klein wird, daß sie im Vergleich zur maximalen und minimalen Amplitude von h^-1(t) als gleich Null betrachtet werden kann.
Wie beschrieben wird der eindimensionale Korrekturfilter aus den Daten für jede der horizontal abgetasteten Zeilen in X-Richtung erstellt. Im Bildspeicher 18 der 1 sind zweidimensionale Abbildungen gespeichert, die mit einer Abtastung des Strahls 2 geladener Teilchen in der horizontalen X-Richtung und der vertikalen Y-Richtung erhalten werden, wobei die Anzahl der Daten für die horizontal abgetasteten Zeilen in X-Richtung der Anzahl der Zeilen in der vertikalen Y-Richtung entspricht. Entsprechend ergibt sich aus einer zweidimensionalen Abbildung eine Anzahl von eindimensionalen Korrekturfiltern, die gleich der Anzahl der horizontal abgetasteten Zeilen in der vertikalen Y-Richtung ist, und aus den in der vertikalen Y-Richtung angeordneten horizontal abgetasteten Zeilen wird ein Mittelwert für die Anzahl der Pixel des eindimensionalen Korrekturfilters für die Zeit t erhalten. Dieser Mittelwert aus den eindimensionalen Korrekturfiltern wird für den in der Filtervorrichtung 22 installierten eindimensionalen Korrekturfilter verwendet. Rauschen, das nicht von der Frequenzbandbegrenzung des Detektors und des Verstärkers verursacht wird und das in der bei relativ geringer Abtastgeschwindigkeit erhaltenen Abbildung f(x,y) oder in der bei relativ hoher Abtastgeschwindigkeit erhaltenen Abbildung g(x,y) enthalten ist, wird durch die Verwendung der Filtervorrichtung 22 entfernt. Alternativ kann ein Vergleich der Form der eindimensionalen Korrekturfilter für die in der vertikalen Y-Richtung angeordneten horizontal abgetasteten Zeilen durchgeführt werden, wobei vorab diejenigen eindimensionalen Korrekturfilter entfernt werden, deren Form sich von denen der anderen unterscheidet. Der Mittelwert für die Anzahl der Pixel des eindimensionalen Korrekturfilters für die Zeit t kann aus den eindimensionalen Korrekturfiltern erhalten werden, deren Formen sich mehr oder weniger gleichen, was zu einer Erhöhung der Genauigkeit des eindimensionalen Korrekturfilters beiträgt.
Bezugszeichenliste

1: Elektronenkanone
2: Strahl geladener Teilchen
3: Kondensorlinse
4: Objektivlinse
5: Probe
6: Auslenkspule
7: Auslenksteuerschaltung
8: Steuerfaktor-Eingabevorrichtung
9: CPU
10: Probentisch
11: Sedundärsignal
12: Setektor
13: Verstärker 1
14: Verstärker 2
15: Verstärker 3
16: Selektor
17: Analog-Digital-Konverter
18: Bildspeicher 1
19: Bildanzeige
20: Schalter 1
21: Bildbearbeitungsvorrichtung
22: Filtervorrichtung
23: Bildspeicher 2
24: Schalter 2
25: Bezugsprobe zum Erstellen des eindimensionalen Korrekturfilters.

Claims

Rasterelektronenmikroskop mit einem Detektor (12) zum Erfassen eines beim Bestrahlen einer Probe (5) mit einem Strahl geladener Teilchen (2) entstehenden Sekundärsignals (11), einer Einrichtung zum Umwandeln des Sekundärsignals (11) in ein elektrisches Signal, einer Verstärkungsschaltung (13-15) zum Verstärken der Amplitude des elektrischen Signals, und einer Einrichtung zum Erhalten einer Anzahl von Sekundärsignalen (11) für eine Anzahl von unterschiedlichen Abtastgeschwindigkeiten des Strahls geladener Teilchen (2), gekennzeichnet durch eine Einrichtung (21) zum Berechnen einer Verzerrungsfunktion (H^-1(s)) zwischen den erhaltenen Sekundärsignalen (11), wenn die Abtastung mit dem Strahl geladener Teilchen (2) mit einer Geschwindigkeit erfolgt, die höher liegt als die Obergrenze des Frequenzbands für den Detektor (12) und die Verstärkungsschaltung (13-15), und zum Durchführen einer Signalverarbeitung mit einem Korrekturfilter (22) aus einer inversen Funktion (h^-1(t)) der Verzerrungsfunktion (H^-1(s)).
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1, das ferner dazu ausgelegt ist, die Amplitude des elektrischen Signals, in das das Sekundärsignal (11) umgewandelt wird, in einen Grauskalenwert für Abbildungsdaten umzuwandeln und die Abbildungsdaten zur Betrachtung des Sekundärsignals (11) auszugeben, die Abbildungsdaten (f(x,y), g(x,y)) der erhaltenen Sekundärsignale (11) mit den unterschiedlichen Abtastgeschwindigkeiten des Strahls geladener Teilchen (2) aufzunehmen, die Verzerrungsfunktion (H^-1(s)) zwischen den Abbildungsdaten zu berechnen und eine Bildbearbeitung mit dem Korrekturfilter (22) aus der inversen Funktion (h^-1(t)) der Verzerrungsfunktion (H^-1(s)) durchzuführen.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1 oder 2, das ferner dazu ausgelegt ist, Gewichtungskoeffizienten zu verändern, die bei der Korrektur durch den Korrekturfilter (22) entsprechend der Abtastgeschwindigkeit des Strahls geladener Teilchen (2) verwendet werden.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Rasterelektronenmikroskop eine Anzahl von Detektoren (12) umfasst, die sich im Erfassungsverfahren unterscheiden, und ferner dazu ausgelegt ist, Gewichtungskoeffizienten zu verändern, die bei der Korrektur durch den Korrekturfilter (22) entsprechend der Abtastgeschwindigkeit des Strahls geladener Teilchen (2) verwendet werden.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1 oder 2, das femer dazu ausgelegt ist, das elektrische Signal mit einem aus einer Anzahl von Verstärkungsfaktoren zu verstärken, und Gewichtungskoeffizienten zu verändern, die bei der Korrektur durch den Korrekturfilter (22) entsprechend der Abtastgeschwindigkeit des Strahls geladener Teilchen (2) verwendet werden.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1 oder 2, das femer dazu ausgelegt ist, Gewichtungskoeffizienten zu bestimmen, die für die Korrektur durch den Korrekturfilter (22) verwendet werden.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Speichereinrichtung zum Speichern einer Anzahl von Gewichtungskoeffizienten, die für die Korrektur durch den Korrekturfilter (22) verwendet werden, wobei das Rasterelektronenmikroskop ferner dazu ausgelegt ist, Gewichtungskoeffizienten aus der Anzahl von Gewichtungskoeffizienten auszuwählen und die Korrektur mit einem Mittelwert der ausgewählten Gewichtungskoeffizienten durchzuführen.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Probentisch (10), auf dem sich eine Bezugsprobe (25) befindet, die zum Erstellen des Korrekturfilters (22) verwendet wird.