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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Rasterelektronenmikroskop und ein Verfahren zur Bildkorrektur unter Verwendung des Rasterelektronenmikroskops.
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Stand der Technik
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Ein Mikroskop, bei dem geladene Teilchen eingesetzt werden, wird häufig verwendet, um die Struktur von Substanzen bei hoher Vergrößerung zu betrachten. Gelegentlich kann jedoch aufgrund der Charakteristika der Probe und des Tisches der Apparatur Drift auftreten. Die geladene Teilchen verwendenden Mikroskope bewegen im Allgemeinen das Sichtfeld des Bildes, indem ein Tisch verfahren wird, der eine auf einem Probenträger angeordnete Probe trägt. Wegen Schwierigkeiten bezüglich der mechanischen Genauigkeit, bleibt der Tisch nicht sofort stehen, wenn der Stop-Vorgang eingeleitet wird, sondern bewegt sich noch weiter, wenn auch nur eine geringe Strecke. Drift wird hauptsächlich durch eine geringfügige Bewegung des Probenhalters nach dem Stop-Vorgang verursacht.
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Bei dem geladene Teilchen verwendenden Mikroskop erfordert das Aufnehmen des Bildes einen längeren Zeitraum von einigen Sekunden bis mehreren Dutzend Sekunden und umso mehr bei Bildern, die sehr vergrößert sind, sodass sogar ein geringer Drift eine Verzerrung hervorruft, die in dem Bild zu sehen ist. Es ist jedoch (im Stand der Technik) nicht möglich, nur aufgrund des Bildes, in dem die Verzerrung aufgetreten ist, festzustellen, welches Ausmaß die Bildverschiebung aufgrund von Drift hat, oder herauszufinden, in welcher Richtung die Verschiebung aufgetreten ist, sodass es erforderlich ist, zum Zeitpunkt der Messung zu verhindern, dass eine Verzerrung in dem Bild auftritt, oder man benötigt ein Verfahren zur Korrektur der Verzerrung in dem Bild.
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Eine Möglichkeit, um zu verhindern, dass während der Messung eine Verzerrung in dem Bild auftritt, besteht darin, mit der Betrachtung erst dann zu beginnen, wenn der Probenhalter nach dem Arbeitsgang, die Bewegung des Probenhalters anzuhalten, zum völligen Stillstand gekommen ist, wobei jedoch die Effizienz der Bildaufnahme in diesem Fall sehr gering ist. Zur Lösung dieses Problems wurde ein Vielzahl von Methoden für die Korrektur der Bildverzerrung aufgrund von Drift ersonnen.
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Beispielsweise ist ein Driftkorrekturverfahren zur Korrektur von Slow-Scan-Bildernbekannt, bei dem die Ergebnisse aus der Feststellung der Unschärfe (Driftgeschwindigkeit) pro Zeiteinheit in der X-Richtung und der Y-Richtung aus zwei Fast-Scan-Bildern (Fernsehbildabtastung) verwendet werden, um den Versatz aufgrund von Drift in dem bei geringer Abtastgeschwindigkeit aufgenommenen Bild (Slow-Scan) festzustellen.
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Das Dokument B. Schaffert et al., Automated spatial drift correction for EFTEM image series, Ultramicroscopy 102 (2004), S. 27 - 36 offenbart ein Verfahren für die Korektur von räumlicher Drift bei EFTEM-Bildern. Ein weiteres Verfahren zur Driftkorrektor ist aus einer am 28.06.2006 erstellten Firmenschrift der Carl Zeiss SMT GmbH bekannt.
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Technische Problemstellung
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Das Verfahren, bei dem die Messung erst begonnen wird, nachdem die Bewegung des Probenhalters aufgehört hat, erfordert, dass abgewartet wird, bis der Probenhalter zum vollständigen Stillstand gekommen ist, so oft sich der Probenhalter bewegt, sodass es während der Betrachtung zu einem drastischen Rückgang der Nutzbarkeit kommt. Das in der Patentliteratur 1 offenbarte Driftkorrekturverfahren korrigiert dagegen ein Bild ausgehend von zumindest drei Bildern; die Zahl der aufgenommenen Bilder wirkt sich jedoch direkt auf den Vorrichtungsdurchsatz aus und beeinträchtigt die Probe, sodass eine Driftkorrekturmethode erforderlich ist, bei der die Driftkorrektur aus möglichst wenigen Bildern erreicht wird.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Driftkorrektur ausgehend von so wenig aufgenommenen Bildern wie möglich bereitzustellen.
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Lösung der Problemstellung
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Zur Lösung des oben beschriebenen Problems schlägt die Erfindung ein Rasterelektronenmikroskopsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vor. Es wird ein Referenzbild aufgenommen, um eine Verzerrung an einer Position und bei einer Vergrößerung zu korrigieren, die mit dem für die Betrachtung aufgenommenen Bild (Messbild) übereinstimmt. Das Referenzbild wird hierbei innerhalb einer geringeren Zeitspanne gemessen als das tatsächliche Messbild, um die Wirkungen des Drifts zu mildern. Bei dem Referenzbild erfolgt die Messung im Vergleich mit dem Messbild in einer kurzen Zeitspanne, sodass die Signalstärke abnimmt und das Referenzbild nicht zum Betrachten verwendet werden kann. Im Vergleich mit dem Messbild weist das Referenzbild jedoch nur geringe Verzerrungen auf und gibt daher die Form der Probe korrekt wieder. Die Form des Messbildes wird korrigiert, indem die Form des Referenzbildes und des Messbildes verglichen werden und die Form des Messbildes so korrigiert wird, dass es mit der Form des Referenzbildes übereinstimmt.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Bei der vorliegenden Erfindung ist es nicht erforderlich, abzuwarten, bis der Probenhalter zum vollständigen Stillstand gekommen ist, bevor mit der Betrachtung begonnen wird. Zudem erfordert die Korrektur des Standes der Technik die Aufnahme von drei Bildern, wohingegen gemäß der Erfindung die Korrektur mit zwei Bildern ausgeführt werden kann.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Blockdiagramm des Aufbaus der Vorrichtung;
- 2 zeigt Bilder, die die Driftkorrektur veranschaulichen;
- 3 zeigt Bilder, die das Ausmaß der lateralen Driftkorrektur veranschaulichen;
- 4 ist eine graphische Darstellung, die die laterale Driftkorrektur zeigt;
- 5 zeigt Bilder, die die laterale Driftkorrektur veranschaulichen;
- 6 zeigt Bilder, die die vertikale Driftkorrektur veranschaulichen;
- 7 zeigt Bilder, die die vertikale Driftkorrektur veranschaulichen;
- 8 ist ein Flussdiagramm des Prozesses; und
- 9 ist eine Zeichnung des Warn-GUI.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Erste Ausführungsform
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Im Folgenden werden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen die Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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1 ist eine Zeichnung, die den Aufbau der Vorrichtung zur Verwirklichung der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein Rasterelektronenmikroskop 101 ist ein Mikroskop, bei dem geladene Teilchen eingesetzt werden und das eine hohe Vergrößerung erzielt, indem die Probe mit geladenen Teilchen bestrahlt wird. Allgemein bekannte Mikroskope, die einen Elektronenstrahl einsetzen, sind Rasterelektronenmikroskope oder Transmissionselektronenmikroskope. Die durch das Rasterelektronenmikroskop 101 aufgenommenen Bilder werden mittels der Bildeingabevorrichtung 102 erhalten. Die von der Bildeingabevorrichtung 102 aufgenommenen Bilder können in der Speichereinheit 105 gespeichert werden. Die unter Verwendung des Rasterelektronenmikroskops 101 und der Bildeingabevorrichtung 102 gemessenen Bilder werden auf der Basis der durch die Korrekturbedingungseingabevorrichtung 103 eingegebenen Korrekturbedingungen durch das Rechenwerk (Arithmetic logic unit (ALU)) 104 korrigiert und die Bilder werden von der Bildausgabeeinrichtung 106 ausgegeben.
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2 umfasst Bilder, die die von der vorliegenden Erfindung erzielte Wirkung zeigen. Ein Messbild 201 ist ein Bild, das zum Zweck der Betrachtung unter Verwendung des Rasterelektronenmikroskops 102 aufgenommen wurde. Die Messung erfolgt in einem Zeitraum von einigen Sekunden bis einigen Dutzend Sekunden, um eine Bild mit hoher Bildqualität zu erhalten, und beinhaltet daher eine große Verzerrung. Wie das Messbild 201 ist das Korrekturreferenzbild 202 ein Bild, das unter Verwendung des Rasterelektronenmikroskops 102 aufgenommen wurde. Das Korrekturreferenzbild 202 wird schneller als das Messbild 201 aufgenommen, um die Effekte des Drifts des Probenhalters zu verringern. Beispielsweise wird das Messbild 201 40 Sekunden gemessen, sodass der Effekt des Drifts 1/1000 beträgt, wenn das Korrekturreferenzbild 202 während 40 Millisekunden aufgenommen wird. Ein korrigiertes Messbild 203 wird erhalten, indem die Form des Messbildes 201 mit dem Korrekturreferenzbild 202 verglichen und Korrekturen durchgeführt werden. Es tritt eine Driftbewegung des Probenhalters in der lateralen Richtung und in der vertikalen Richtung und zudem durch die lateralen und vertikalen Komponenten in der diagonalen Richtung auf.
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3 zeigt bildliche Darstellungen zur Veranschaulichung der Korrektur des lateralen Drifts. Es wird eine Profilposition 301 entlang einer Linie festgelegt, um die Form des Bildes an einer gewünschten Stelle lateral an dem Messbild 201 zu überprüfen. Außerdem wird eine Profilposition 302 auf dem Korrekturreferenzbild 202 an der der auf dem Messbild festgelegten Profilposition 301 entsprechenden Stelle gesetzt. Das Profil 303 ist ein Bildprofil für die Profilposition 301, die auf dem Messbild 201 festgelegt wurde. Das Profil 304 ist ein Bildprofil für die Profilposition 302, die auf dem Korrekturreferenzbild 202 festgelegt wurde. Der Verschiebebetrag in lateraler Richtung kann ermittelt werden, indem die Form dieser beiden Profile verglichen wird. Das Driftniveau für das gesamte Bild kann erhalten werden, indem sequentiell der Drift an jeder Linie ermittelt wird, wenn die Lage des Profils von der oberen Kante des Bildes zur unteren Kante verschoben wird.
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4 ist eine Abbildung, die den Drift in lateraler Richtung entlang des gesamten Bildes zeigt. Der tatsächlich gemessene Driftbetrag 402beinhaltet einen Fehler aufgrund von Rauschen und Fluktuationen in der Form während der Messung usw.. Der Driftbetrag schwankt jedoch kontinuierlich, wenn die Ursache des Drifts als Drift von dem Zeitpunkt nach dem Stopvorgang des Probenhalters bis zum Anhalten des Probenhalters festgesetzt wird. Abweichungen aufgrund von Rauschen und dergleichen können durch Berechnung der Näherungskurve aus dem gemessenen Driftbetrag vermindert werden. Das Verfahren zur Berechnung der Näherungskurve ist die Methode der kleinsten Quadrate.
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5 ist eine Abbildung, die das Verfahren zur Berechnung des Drifts in lateraler Richtung zeigt. Für das Messbild 201 kann ein hinsichtlich lateraler Drift korrigiertes Bild 501 erhalten werden, indem eine Linie nach der anderen gemäß der aus 4 erhaltenen Näherungskurve des Driftbetrags in lateraler Richtung lateral verschoben wird.
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6 ist eine Abbildung zur Darstellung des Driftbetrags in vertikaler Richtung. Der laterale Driftbetrag wird so dargestellt, dass er als Bildverschiebung gemessen wird, wobei jedoch der vertikale Drift in Form von Erweiterungen und Verkürzungen in dem Bild in Erscheinung tritt. Methoden, die lediglich Profile auf einer Linie vergleichen, können demnach den vertikalen Driftbetrag nicht erfassen. Der vertikale Driftbetrag wird daher berechnet, indem erfasst wird, welcher Bereich in dem Korrekturreferenzbild 202 mit einem Schnittbild in dem Messbild übereinstimmt. Bei diesem Verfahren wird zunächst ein Referenzgebiet 601 an einer beliebigen Position des hinsichtlich lateraler Drift korrigierten Bildes 501 festgelegt. Daraufhin wird ein Korrekturpositionssuchgebiet 602 an einer Position festgelegt, das dem Referenzgebiet 601 entspricht, das in dem hinsichtlich lateraler Drift korrigierten Bild 501 auf dem Korrekturreferenzbild 202 festgelegt wurde. Der vertikale Driftbetrag kann in der Folge berechnet werden, indem aus dem Korrekturpositionssuchgebiet 602 eine Position erfasst wird, die die gleiche Form wie das Referenzgebiet 601 aufweist. Das Korrekturpositionssuchgebiet 602 wird jedoch auf ein Gebiet festgelegt, das größer als das Referenzgebiet 601 ist, damit ein Bereich mit der gleichen Form wie das Referenzgebiet 601 innerhalb des Korrekturpositionssuchgebiets 602 erfasst werden kann. Ein Verfahren zum Suchen einer identischen Form ist als Objekterkennung durch Muster (Template-Matching) unter Verwendung einer normalisierten Beziehung weitbekannt. Der Driftbetrag für das gesamte Bild kann berechnet werden, indem der Driftbetrag ermittelt wird, während das Referenzgebiet 601 und das Korrekturpositionssuchgebiet 602 nach oben und unten verschoben werden. Bei dem vertikalen Driftbetrag können Effekte durch Rauschen und dergleichen wie bei dem lateralen Driftbetrag gelegentlich Abweichungen in dem Driftbetrag hervorrufen, sodass in gleicher Weise eine Näherungskurve für den vertikalen Driftbetrag ermittelt werden kann.
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7 veranschaulicht das Verfahren zur Korrektur des vertikalen Driftbetrages. In dem hinsichtlich lateraler Drift korrigierten Bild 501 kann der vertikale Driftbetrag berücksichtigt werden, indem das Bild gemäß der aus 6 erhaltenen Näherungskurve des Driftbetrags vertikal verschoben wird. Der Drift in vertikaler Richtung kann jedoch nicht einfach dadurch korrigiert werden, indem die vertikale Line einfach verschoben und vervielfältigt wird. Eine solche Korrektur ist nicht möglich, da der Driftbetrag in vertikaler Richtung in Form von Erweiterungen und Verkürzungen in dem Bild in Erscheinung tritt. Ein korrigiertes Messbild 203 kann erhalten werden, indem berechnet wird, welche Position in dem hinsichtlich lateraler Drift korrigierten Bild 501 gemäß der aus 6 erhaltenen Näherungskurve des Driftbetrags jeweils mit welchen Pixeln in dem korrigierten Messbild 203 übereinstimmt, wobei der Wert jedes Pixels in dem korrigierten Messbild 203 mittels Interpolation an dem hinsichtlich lateraler Drift korrigierten Bild 501 berechnet wird.
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Die Bereiche (Profilposition 301, 302, Referenzgebiet 601, Korrekturpositionssuchgebiet 602) zum Erfassen des Driftbetrages und das Verfahren zum Auffinden der Korrekturkurve ausgehend von dem Driftbetrag müssen festgelegt werden, um den lateralen und vertikalen Driftbetrag zu berechnen. Eine Vorgehensweise zum Festlegen dieser Bereiche und dieser Methode besteht darin, vorab feste Gebiete und ein Verfahren festzulegen. Ein Verfahren zum Auffinden des Gebiets zum Erfassen des Driftbetrags und der Korrekturkurve aus dem erfassten Driftbetrag kann zudem durch die Korrekturbedingungseingabevorrichtung 103 eingegeben werden.
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8 zeigt den Bearbeitungsablauf gemäß der vorliegenden Erfindung. Durch ‚Nimm Referenzbild auf‘ 801 erhält man das Korrekturreferenzbild 202. Durch ‚Nimm Messbild auf‘ 802 wird das Messbild 201 erhalten. Dann wird der laterale Driftbetrag durch ‚Berechne lateralen Driftbetrag‘ 803 unter Verwendung des durch ‚Nimm Referenzbild auf‘ 801 erhaltenen Korrekturreferenzbildes 202 und des durch ‚Nimm Messbild auf‘ 802 erhaltenen Messbildes 201 ermittelt. Durch ‚Finde genäherten lateralen Driftbetrag‘ 804 wird ein genäherter lateraler Driftbetrag festgelegt, der durch ‚Berechne lateralen Driftbetrag‘ 803 berechnet wurde, und eine Näherungskurve des lateralen Driftbetrages berechnet. Bei ‚Korrigiere den lateralen Drift‘ 805 wird der laterale Driftbetrag unter Verwendung der Näherungskurve des lateralen Driftbetrages und des Messbildes 201 korrigiert und man erhält das in Bezug auf laterale Drift korrigierte Bild.
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Das ‚Berechne vertikalen Driftbetrag‘ 806 berechnet den vertikalen Driftbetrag unter Verwendung des hinsichtlich lateraler Drift korrigierten Bildes 501, das bei ‚Korrigiere den lateralen Drift‘ 805 korrigiert wurde, und des Korrekturreferenzbildes 202, das bei ‚Nimm Referenzbild auf‘ 801 erhalten wurde. Das ‚Finde genäherten vertikalen Driftbetrag‘ 807 approximiert den vertikalen Driftbetrag, der bei ‚Berechne vertikalen Driftbetrag‘ 806 berechnet wurde, und berechnet die Näherungskurve des vertikalen Driftbetrages. Das ‚Korrigiere den vertikalen Drift‘ 808 korrigiert den vertikalen Driftbetrag unter Verwendung des hinsichtlich lateraler Drift korrigierten Bildes 501 und der Näherungskurve des vertikalen Driftbetrages, sodass das korrigierte Messbild 203 erhalten wird.
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Zweite Ausführungsform
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 9 die zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben. In Ergänzung zu den bisher beschriebenen Verfahren wird mittels des Betriebsbildschirms ferner eine Anwenderunterstützung bereitgestellt. Ein Warnbildschirm 901 umfasst eine warnende Zeichenkette 904, eine erste Schaltfläche 902 und eine zweite Schaltfläche 903. Wenn in dem Bild Drift festgestellt wird, wird dem Anwender der Warnbildschirm 901 angezeigt, um aufzuzeigen, dass das aufgenommene Bild Drift aufweist. Zu diesem Zeitpunkt legt der Anwender auf dem Warnbildschirm 901 fest, ob an dem aufgenommen Bild eine Driftkorrektur durchgeführt werden soll oder nicht. Zur Auswahl klickt der Anwender eine erste Schaltfläche 902 oder eine zweite Schaltfläche 903 an, um die Driftkorrektur zu ermöglichen oder abzubrechen.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- Rasterelektronenmikroskop
- 102
- Bildeingabevorrichtung
- 103
- Korrekturbedingungseingabevorrichtung
- 104
- Rechenwerk (Arithmetic logic unit (ALU))
- 105
- Speichereinheit
- 106
- Bildausgabeeinrichtung
- 201
- Messbild
- 202
- Korrekturreferenzbild
- 203
- Korrigiertes Messbild
- 301
- Messbildprofilposition
- 302
- Korrekturreferenzbildprofilposition
- 303
- Messbildprofil
- 304
- Korrekturreferenzbildprofil
- 401
- Graphische Darstellung des lateralen Driftbetrags
- 402
- Gemessener Betrag des lateralen Drifts
- 403
- Näherungskurve des lateralen Driftbetrags
- 501
- Hinsichtlich lateraler Drift korrigiertes Bild
- 601
- Referenzgebiet
- 602
- Korrekturpositionssuchgebiet
- 603
- Graphische Darstellung des vertikalen Driftbetrags
- 801
- Nimm Referenzbild auf
- 802
- Nimm Messbild auf
- 803
- Berechne lateralen Driftbetrag
- 804
- Finde genäherten lateralen Driftbetrag
- 805
- Korrigiere den lateralen Drift806Berechne vertikalen Driftbetrag
- 807
- Finde genäherten vertikalen Driftbetrag
- 808
- Korrigiere den vertikalen Drift
- 901
- Warnbildschirm
- 902
- Erste Schaltfläche
- 903
- Zweite Schaltfläche
- 904
- Zeichenkette
