DE112012002668T5

DE112012002668T5 - Rasterelektronenmikroskop und Rastertransmissionselektronenmikroskop

Info

Publication number: DE112012002668T5
Application number: DE112012002668.3T
Authority: DE
Inventors: Hiromi Inada; Kuniyasu Nakamura
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2011-07-20
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2014-04-24
Anticipated expiration: 2032-07-20
Also published as: CN103703537B; US20140138542A1; CN103703537A; WO2013012041A1; JP2013025967A; JP5712074B2; DE112012002668B4; US8878130B2

Abstract

Ein Rastertransmissionselektronenmikroskop nach der vorliegenden Erfindung umfasst ein Elektronenlinsensystem mit einem kleinen Öffnungsfehlerkoeffizienten zur Ermöglichung der dreidimensionalen Beobachtung oder Untersuchung einer Struktur mit einer atomaren Größe von 0,1 nm. Das Rastertransmissionselektronenmikroskop nach der vorliegenden Erfindung umfasst außerdem eine Blende, die in der Lage ist, einen Beleuchtungswinkel zu ändern, ein Beleuchtungs-Elektronenlinsensystem, das in der Lage ist, die Sondengröße einer Elektronenstrahlsonde und den Beleuchtungswinkel zu ändern, einen Sekundärelektronendetektor (9), einen Transmissionselektronendetektor (13), einen Detektor (12) für vorwärts gestreute Elektronen, eine Fokussiereinheit (16) einen Bildprozessor für die Identifizierung des Bildkontrastes, einen Bildprozessor für die Berechnung der Bildschärfe, einen Prozessor für die dreidimensionale Rekonstruktion eines Bildes und einen Mischer (18) zum Mischen eines Sekundärelektronensignals und eines von der Probe vorwärts gestruten Elektronensignals.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Rastertransmissionselektronenmikroskop, insbesondere auf ein Ladungsteilcheninstrument zum Erzeugen eines dreidimensionalen Bildes auf der Grundlage eines Sekundärelektronenrasterbildes einer Probe mit einer atomaren Auflösung und eines Transmissionselektronenbildes einer Probe, ein Rastertransmissionselektronenmikroskop zur Darstellung der inneren Struktur einer Probe, wenn die untersuchte Probe unterschiedliche innere Strukturen oder Zusammensetzungen aufweist, und ein Rastertransmissionselektronenmikroskop zur Elementidentifizierung auf der Grundlage einer Kombination eines Sekundärelektronenrasterbildes einer Probe und eines vergrößerten Bildes einer mit vorwärts gestreuten Elektronen abgetasteten Probe.
Stand der Technik
In einem Rasterelektronenmikroskop oder einem Rastertransmissionselektronenmikroskop, das eine Probe mit einem Elektronenstrahl abtastet, um ein vergrößertes Bild der Probe zu erhalten, werden aufgrund der Wechselwirkung zwischen der Probe und dem Primärelektronenstrahl für die Bestrahlung verschiedene Arten von Elektronen erhalten, so etwa Sekundärelektronen, Rückstreuelektronen (von der Probe rückgestreute Elektronen), von der Probe vorwärts gestreute Elektronen und Transmissionselektronen. Je nach der Beziehung zwischen der Probe und der Detektionsposition werden die verschiedenen Arten von Elektronen bei der Erfassung unterschieden, und charakteristische Bildkontraste werden mit entsprechenden Detektoren erhalten, wodurch ein vergrößertes Rasterbild der Probe erzeugt werden kann.
Unter Heranziehung des Rastertransmissionselektronenmikroskops als ein Beispiel werden die anhand des Bildes der Probe und der Auflösung erhaltenen dreidimensionalen Probeninformationen beschrieben.
Das Rastertransmissionselektronenmikroskop erzeugt ein Bild auf der Grundlage von Sekundärelektronen, vorwärts gestreuten Elektronen oder Transmissionselektronen, die von der Probe erzeugt werden, wenn diese mit einem winzigen Punkt eines Elektronenstrahls abgetastet wird, und weist eine erzielbare Auflösung im Subnanometer-Bereich auf.
(i-1) Bildauflösung von Vorwärtsstreuungs-Elektronenbildern und Transmissionselektronenbildern
Mit den von der Probe vorwärts gestreuten Elektronen kann, wenn der Streuwinkel-Erfassungswinkel groß ist, ein als „Z-Kontrast” bezeichneter Kontrast, der proportional zum Quadrat der Ordnungszahl Z der Probe ist, erhalten werden. Dieses Bild ist auf die Rutherford-Streuung durch den Atomkern zurückzuführen und wird durch die Faltung der Größe des einfallenden Elektronenstrahls und die Größe der Probenatome angegeben. Daher wird die Bildauflösung entsprechend der Punktgröße des einfallenden Elektrons bestimmt.
Transmissionselektronen bestehen aus Elektronen, die durch die Probe hindurchgetreten sind, und Elektronen die aufgrund von inelastischer Streuung leicht an Energie verloren haben und ein Bild ähnlich einem mit dem so genannten Transmissionselektronenmikroskop erhaltenen Bild erzeugen. Das Transmissionselektronenbild ist in einen Amplitudenkontrast und einen Phasenkontrast getrennt, und ein Bild mit atomarer Auflösung wird durch den Phasenkontrast erzeugt, der durch einen Interferenzelektronenstrahl von der Probe erzeugt wird. In dem mit Transmissionselektronen erhaltenen Bild mit atomarer Auflösung ist es nicht leicht, die Position von Atomen zu bestimmen, weil der Kontrast, der durch den auf die Probe fokussierten Elektronenstrahl erzeugt wird, variiert. Normalerweise ist eine Auswertung auf der Grundlage eines Vergleichs mit einem Simulationsbild erforderlich.
(i-2) Dreidimensionale Informationen von Vorwärtsstreuungs-Elektronenbildern und Transmissionselektronenbildern
Die Bilderzeugung mittels von der Probe vorwärts gestreuter Elektronen und Transmissionselektronen liefert nur planare Informationen. Wenn die Probe eine Dicke in der Tiefenrichtung aufweist, weil das Signalbild auf Elektronen zurückzuführen ist, die durch die Probe hindurchgetreten sind, oder auf vorwärts gestreute Elektronen, werden Strukturen oder Teile mit unterschiedlichen Zusammensetzungen, die in der Tiefenrichtung bezogen auf die Elektronenstrahl-Einfallsrichtung vorliegen, überlagert. Folglich besteht das Problem, dass bisweilen unerwünschte Signale beobachtet werden.
Die vorstehenden Merkmale werden anhand eines konkreten Beispiels beschrieben. Wenn Katalysatorteilchen mit einem Durchmesser in der Größenordnung von mehreren Nanometern bis mehreren zig Nanometern mit dem Rastertransmissionselektronenmikroskop untersucht und analysiert werden sollen, muss ein Sichtfeld gefunden werden, in dem das Trägermaterial für die zu untersuchenden Katalysatorteilchen oder für andere Katalysatorteilchen in der Beobachtungsrichtung in überlagerter Weise nicht existiert. Im Falle des nur mit einem Detektor für vorwärts gestreute Elektronen oder Transmissionselektronen ausgestatteten Elektronenmikroskops, wie vorstehend beschrieben, ist das beobachtete Bild ein Bild, das im Wesentlichen vollständig durch die Probe transmittiert worden ist. Folglich kann die Tiefenrichtungsposition nicht bestimmt werden, und das Sichtfeld ist schwierig zu finden. Außerdem ist in dem mittels vorwärts gestreuter Elektronen oder Transmissionselektronen erzeugten Bild die Bilderzeugung zweidimensional und planar, was für die stereoskopische Strukturuntersuchung in einer atomaren Größe ungeeignet ist.
Unter Bezugnahme auf 2 wird der Unterschied in der Tiefenschärfe zwischen einem Sekundärelektronenbild und einem Probenvorwärtsstreuungs-Elektronenbild beschrieben. 2 zeigt schematisch die verschiedenen Methoden, mit denen ein beobachtetes zweidimensionales Bild betrachtet wird. Hierbei wird ein Zustand angenommen, bei dem die Probenstrukturen senkrecht im Verhältnis zu dem einfallenden Primärelektronenstrahl angeordnet sind. Sodann werden in einem Sekundärelektronenbild (SE-Bild) und einem Probenvorwärtsstreuungs-Elektronenbild (DF-STEM-Bild) wie gezeigt Bilder untersucht, die die Probenstruktur widerspiegeln. Wenn die Probenstruktur nicht mehr als mehrere Nanometer oder dergleichen groß ist, beseitigt eine Atomanordnung, die eine Fokusverschiebung des Bestrahlungs-Elektronenstrahls (Defokussierung Δf) von ca. 20 nm bewirkt, im Falle des Sekundärelektronenbildes fast vollständig den Kontrast, der die Strukturen widerspiegelt, während sie eine Untersuchung mit einem starken Kontrast ermöglicht, der im Falle des Probenvorwärtsstreuungs-Elektronenbildes aufrechterhalten bleibt.
Im Einzelnen werden im Falle der Bilderzeugung mittels Transmissionselektronen oder von der Probe vorwärts gestreuter Elektronen Signale von Strukturen, die in der Tiefenrichtung der Probe vorliegen, alle projiziert, so dass die stereoskopische Struktur der Probe nicht erfasst werden kann, und auch die inneren Strukturen der Probe sind nicht klar erkennbar.
(ii-1) Bildauflösung von Sekundärelektronenbildern
Die Bildauflösung in einem Sekundärelektronenbild ist eine Kombination der beiden Ereignisse der Elektronenstrahl-Sondengröße und der Elektronendiffusion in der Probe.
Die Sondengröße des Elektronenstrahls ist durch Ausdruck 1 oder die sog. Everhart-Formel gegeben:
Die Sondengröße des Primärelektronenstrahls nach Ausdruck 1 ist durch die gerätebezogenen Faktoren des Elektronenmikroskops gegeben und liefert im Idealfall die Bildauflösung des Rasterelektronenmikroskops. Der erste Term ist der Einfluss der sphärischen Aberration bzw. des Öffnungsfehlers (C_s) der Elektronenlinse und proportional zur dritten Potenz des Elektronenstrahl-Beleuchtungswinkels α. Der zweite Term ist die Wirkung der chromatischen Aberration bzw. des Farbfehlers (C_c) der Elektronenlinse und abhängig vom Betrag der winzigen Verschiebung δE der Beschleunigungsspannung E des Primärelektronenstrahls und des Bestrahlungs- bzw. Beleuchtungswinkels α. Der dritte Term ist der Beugungsfehler. Der vierte Term ist abhängig von der Funktion der Helligkeit β der Elektronenquelle und des Elektronenstrahl-Sondenstroms i_p.
8 zeigt die Beziehung zwischen dem Elektronenstrahl-Beleuchtungswinkel und der Elektronenstrahl-Sondengröße, wobei die Beziehung zwischen der Elektronenstrahl-Sondengröße und dem Beleuchtungswinkel nach Ausdruck 1 gezeigt ist. Wenn in einem Ladungsteilcheninstrument nach der vorliegenden Erfindung ein Aberrationskorrektor zur Korrektur des Öffnungsfehlers C_s der Elektronenstrahlsonde installiert ist, kann der erste Term in Ausdruck 1 im Wesentlichen den Wert null annehmen. Durch Verwendung eines Elektronenmikroskops des Rasterelektronenmikroskops mit dem Öffnungsfehlerkorrektor kann eine Elektronenstrahlsonde mit einer Größe von nicht mehr als 0,1 nm gebildet werden. Die Elektronenstrahl-Sondengröße wird kleiner, weil der Beleuchtungswinkel entsprechend den Ausdrücken nach dem zweiten Term zunimmt. Der kleinste Wert ist durch den Beleuchtungswinkel α₀ gegeben, ab dem die Sondengröße mit zunehmendem Beleuchtungswinkel größer wird. Dabei wird die Bildauflösung des erhaltenen vergrößerten Rasterbildes erhöht, was die Untersuchung kleinerer Strukturen ermöglicht.
Als Nächstes wird die Elektronendiffusion in der Probe beschrieben. Wenn zum Beispiel ein Sekundärelektronenbild einer Probe mit einem universellen Rasterelektronenmikroskop erhalten werden soll, dessen Beschleunigungsspannung auf weniger als 30 kV eingestellt ist, verursacht der Primärelektronenstrahl eine Mehrfachstreuung in der Probe und weist eine tränenförmige Divergenz auf. Daher werden Sekundärelektronen von der weiten Fläche erzeugt, was zu einer Verringerung der Bildauflösung führt.
Während die Bildauflösung des Sekundärelektronenbildes auf die Kombination der beiden Ereignisse der Elektronenstrahl-Sondengröße und der Elektronendiffusion in der Probe zurückzuführen ist, wurde daher die atomare Auflösung in herkömmlichen Sekundärelektronenbildern nicht erreicht.
(ii-2) Dreidimensionale Informationen von Sekundärelektronenbildern
Als ein Verfahren zur Beobachtung und Untersuchung einer dreidimensionalen Oberflächenstruktur, also ein topographisches Beobachtungsverfahren, ist in der Vergangenheit üblicherweise ein Beobachtungs- und Untersuchungsverfahren auf der Grundlage der Verwendung von Sekundärelektronen verwendet worden. In dem herkömmlichen Sekundärelektronenbild werden die Sekundärelektronen je nach Material aus einer Tiefe in der Größenordnung von 2 bis 10 nm von der Probenoberflächenschicht emittiert. Die emittierten Elektronen liefern zum Beispiel wegen des Effekts der erhöhten Signalintensität von den Kanten der Probe entsprechend einer Kosinus-Winkelverteilung ähnlich dem Lambertschen Kosinusgesetz typischerweise einen Kontrast, der von der Morphologie der Probenoberfläche abhängig ist. Daher spiegelt das Sekundärelektronenbild in hohem Maße die dreidimensionalen Informationen der Probe wider.
Zitierliste
Patentdokumente

Patentdokument 1: Japanische Patent-Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 5-299048 A (1993)
Patentdokument 2: Japanische Patent-Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 2006-49161 A

Nicht-Patentdokument

Nicht-Patentdokument 1: Yimei Zhu, Hiromi Inada, Kuniyasu Nakamura und Joseph Wall, „Imaging single atoms using secondary electrons with an aberration corrected electron microscope”, Nature Materials, 8, 808–812 (2009)

Zusammenfassung der Erfindung
Mit der Erfindung zu lösendes Problem
Wie vorstehend beschrieben, weisen (i) das Vorwärtsstreuungs-Elektronenbild und das Transmissionselektronenbild sowie (ii) das Sekundärelektronenbild aus der Sicht der Bildauflösung und der dreidimensionalen Informationen unterschiedliche Eigenschaften auf.
Üblicherweise ist in dem Sekundärelektronenbild die atomare Auflösung nicht erreicht worden. Die Anmelder der vorliegenden Erfindung haben jedoch festgestellt, dass, wie in Nicht-Patentdokument 1 erörtert, durch Verringern der Größe des Bestrahlungs-Elektronenstrahls ein Sekundärelektronenbild mit atomarer Auflösung auch mit einem Rasterelektronenmikroskop beobachtet werden kann. Dies hat eine Anwendung des Raster(transmissions)elektronenmikroskops auf der Grundlage des Sekundärelektronenbilds mit atomarer Auflösung ermöglicht.
Patentdokument 1 beschreibt eine Elektronenstrahlvorrichtung, die die Erzeugung und Messung eines dreidimensionalen Bildes einer Probe mit Oberflächenrauigkeit ermöglicht. Während die Elektronenstrahlvorrichtung durch Variieren der Elektronenstrahl-Fokussierbedingungen dreidimensionale Probeninformationen liefert, ist sie nicht in der Lage, ein dreidimensionales Bild zur Identifizierung von Atomen zu liefern.
Um eine dreidimensionale Struktur einer Probe zu erhalten, wird in Patentdokument 2 der Elektronenstrahl geneigt, wenn die Probe untersucht wird, und ein stereoskopisches Bild wird durch Kombinieren mit einem separaten Beobachtungsverfahren wie etwa der Atomkraftmikroskopie (AFM) oder Rastertunnelmikroskopie (STM) erhalten. Ein dreidimensionales Bild mit atomarer Auflösung kann jedoch nicht erhalten werden.
Ziele der vorliegenden Erfindung sind unter anderem die Ermöglichung (a) der dreidimensionalen Beobachtung einer Struktur mit einer atomaren Größe von 0,1 nm mit einem Raster(transmissions)elektronenmikroskop und (b) der Identifizierung der dreidimensionalen Struktur der Atome und des Materials einer Probe mit dem Raster(transmissions)elektronenmikroskop.
Mittel zur Lösung des Problems
Die vorliegende Erfindung umfasst als die Hauptmerkmale ein Elektronenlinsensystem mit einem kleinen Öffnungsfehlerkoeffizienten zur Ermöglichung der dreidimensionalen Beobachtung einer Struktur mit einer atomaren Größe von 0,1 nm, eine Blende, die in der Lage ist, einen Beleuchtungswinkel zu ändern, ein Beleuchtungs-Elektronenlinsensystem, das in der Lage ist, die Sondengröße einer Elektronenstrahlsonde und den Beleuchtungswinkel zu ändern, einen Sekundärelektronendetektor, einen Transmissionselektronendetektor, einen Detektor für vorwärts gestreute Elektronen, eine Fokussiereinheit, einen Bildprozessor für die Identifizierung des Bildkontrastes, einen Bildprozessor für die Berechnung der Bildschärfe, einen Prozessor für die dreidimensionale Rekonstruktion eines Bildes und einen Mischer zum Mischen eines Sekundärelektronensignals und eines von der Probe vorwärts gestreuten Elektronensignals.
Wirkungen der Erfindung
Ein Vorteil eines Ladungsteilcheninstruments nach der vorliegenden Erfindung ist der, dass wegen der Verwendung von Sekundärelektronen, die die Identifizierung von Atomen ermöglichen, eine dreidimensionale Beobachtung oder Untersuchung im atomaren Größenbereich durchgeführt werden kann.
Ein weiterer Vorteil ist der, dass in einem solchen Sichtfeld, bei dem sich die Probe als der Untersuchungsgegenstand in überlagerter Weise in der Beobachtungsrichtung in Tiefenrichtung befindet, eine Struktur im Inneren der Probe problemlos sichtbar gemacht werden kann.
Ein weiterer Vorteil ist der, dass wegen der Verwendung der Sekundärelektronen, die die Identifizierung von Atomen ermöglichen, und der von der Probe vorwärts gestreuten Elektronen, die einen elementabhängigen Kontrast erzeugen, Unterschiede in den Elementen der Oberflächenatome im atomaren Größenbereich oder Unterschiede im Material eines Gegenstands von nicht mehr als 1 nm identifiziert werden können.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Implementierung eines Ladungsteilcheninstruments nach der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung von Änderungen im Bildkontrast als Folge einer Fokussierungsänderung in einem Sekundärelektronenbild und einem Probenvorwärtsstreuungs-Elektronenbild.
3 zeigt Diagramme zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen dem Elektronenstrahl-Beleuchtungswinkel und der Tiefenschärfe.
4 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen einem auf die Probe einfallenden Elektronenstrahl und einem Sekundärelektronenbild der Probe mit Strukturen in der Tiefenrichtung des einfallenden Elektronenstrahls.
5 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen einer Probe mit einer konusförmigen Struktur und dem einfallenden Elektronenstrahl.
6 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels für ein Ladungsteilcheninstrument nach der vorliegenden Erfindung mit einem optischen System, bei dem der Elektronenstrahl-Beleuchtungswinkel variiert werden kann, ohne die Sondengröße des Elektronenstrahls zu ändern, der die Probe bestrahlt bzw. beleuchtet.
7 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels für das Ladungsteilcheninstrument nach der vorliegenden Erfindung mit einem optischen System, bei dem der Beleuchtungswinkel des Elektronenstrahls, der die Probe bestrahlt bzw. beleuchtet, durch Ändern der Öffnungsgröße einer Blende beliebig variiert werden kann.
8 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen dem Elektronenstrahl-Beleuchtungswinkel und der Elektronenstrahl-Sondengröße.
9 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Implementierung der vorliegenden Erfindung einschließlich der Extraktion von Informationen aus einer Tiefenrichtung der Probe, während der Elektronenstrahl-Beleuchtungswinkel so geändert wird, dass automatisch ein optimaler Kontrast erhalten werden kann, und der Erzeugung eines zweidimensionalen vergrößerten Bildes der Probe.
10 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung eines einfallenden Elektronenstrahls, verschiedener erzeugter Signalelektronen und einer Serie von Abtastbildern, die durch Variieren der Fokussierung erhalten werden.
11 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bildes aus der Serie von Abtastbildern, die durch Variieren der Fokussierung erhalten werden.
12 zeigt ein Schemadiagramm der Konfiguration eines einfallenden Elektronenstrahls, der erzeugten von der Probe vorwärts gestreuten Elektronen, der Sekundärelektronen und ihrer Detektoren sowie Diagramme zur Veranschaulichung des Kontrastunterschiedes zwischen einem Sekundärelektronenbild und einem Probenvorwärtsstreuungs-Elektronenbild eines Probenbildes mit zwei Arten von Elementen A und B, die bei einem Vergrößerungsverhältnis mit atomarer Auflösung beobachtet werden.
13 zeigt ein Diagramm, das angibt, dass der Bildkontrast der von der Probe vorwärts gestreuten Elektronen eine Funktion der Ordnungszahl der Probe ist.
14 zeigt das Sekundärelektronenbild und das Probenvorwärtsstreuungs-Elektronenbild des Probenbildes mit zwei Arten von Elementen A und B, die bei dem Vergrößerungsverhältnis mit atomarer Auflösung beobachtet werden, und ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels, bei dem die Atome in dem Sekundärelektronen-Atombild durch die von der Probe vorwärts gestreuten Elektronen unterschieden und eingefärbt sind.
15 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein Beispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem Informationen aus der Tiefenrichtung der Probe extrahiert werden, während der Elektronenstrahl-Beleuchtungswinkel so geändert wird, dass automatisch ein optimaler Kontrast erhalten werden kann, und ein zweidimensionales vergrößertes Bild der Probe erzeugt wird.
16 zeigt ein Diagramm mit einer Wertetabelle zur Bewertung der Bildschärfe, in der die Pixelposition, der Defokussierungswert und die Ergebnisse der Bildschärfebewertung erfasst sind.
17 zeigt ein Schemadiagramm zur Veranschaulichung der pixelweisen Einstellung einer Tiefenschärfe Z_DOF in einem zweidimensionalen digitalisierten Sekundärelektronenbild.
18 zeigt ein Diagramm mit einer Tabelle, in der Pixel für Pixel die optimale Tiefenschärfe, der Beleuchtungswinkel und der Kondensorlinsenstrom erfasst sind.
Ausführungsformen der Erfindung
Zuerst wird das Prinzip der vorliegenden Erfindung beschrieben.

(a) Im Hinblick auf die Ermöglichung der dreidimensionalen Beobachtung einer Struktur mit einer atomaren Größe von 0,1 nm in einem Raster(transmissions)elektronenmikroskop erreicht die vorliegende Erfindung das Ziel durch Erzielung einer atomaren Auflösung in einem Sekundärelektronenbild.

Das Prinzip für die Erzielung der atomaren Auflösung in einem Sekundärelektronenbild wird beschrieben.
Zu den Bedingungen für die Beobachtung bzw. Untersuchung eines Bildes mit atomarer Auflösung in einem Sekundärelektronenbild gehören: (1) die Divergenz des Primärelektronenstrahls in der Probe ist klein und das Interaktionsvolumen mit der Probe ist klein, (2) der Öffnungsfehler der Objektivlinse wird extrem klein gewählt, so dass die Elektronenstrahl-Sondengröße im Subnanometer-Bereich eingestellt werden kann, (3) der Beleuchtungswinkel des Elektronenstrahls ist groß und die Tiefenschärfe ist gering und (4) der Sondenstrom ist groß und kann eine ausreichend große Menge von Sekundärelektronen für die Erfassung erzeugen.
Im Hinblick auf (1) gilt, da die Energie (Beschleunigungsspannung) der Primärelektronen ausreichend erhöht ist, wird die Wechselwirkung zwischen der Probe und dem Elektronenstrahl gering. Im Falle eines Elektronenstrahls mit einer Beschleunigungsspannung in der Größenordnung von 20 kV wird zum Beispiel der Elektronenstrahl bei einer Probentiefe von 100 nm auf 200 bis 300 nm diffundiert, während im Falle einer Beschleunigungsspannung von 200 kV die Diffusion weniger als 10 nm beträgt. Im Hinblick auf (2) bis (4) gilt, dass die Bedingungen durch Verringern der Größe der Elektronenstrahlsonde durch Verwendung eines Öffnungsfehlerkorrektors erreicht werden. Daher kann durch Erhöhen der Beschleunigungsspannung des Primärelektronenstrahls mit einem Aberrationskorrektor ein Sekundärelektronenbild mit einer atomaren Auflösung erhalten werden.

(b) Im Hinblick auf die Ermöglichung der Identifizierung einer dreidimensionalen Struktur der Atome und des Materials einer Probe in einem Raster(transmissions-)elektronenmikroskop wird das Ziel von der vorliegenden Erfindung durch Kombinieren von Informationen eines Sekundärelektronenbildes mit einer atomaren Auflösung und eines Vorwärtsstreuungs-Elektronenbildes oder eines Transmissionselektronenbildes erreicht.

Während das vergrößerte Sekundärelektronen-Rasterbild der Probe einen Kontrast liefert, der die Oberflächenstruktur widerspiegelt, ist die Ordnungszahlabhängigkeit des Kontrastes gering. Obwohl es wie vorstehend beschrieben möglich geworden ist, ein Sekundärelektronenbild mit atomarer Auflösung mit dem Rasterelektronenmikroskop zu beobachten, konnten verschiedene Elemente im Sichtfeld nicht identifiziert werden, weil das Sekundärelektronen-Atombild keinen von der Ordnungszahl abhängigen Kontrast aufweist. 12 zeigt schematisch den Kontrastunterschied aufgrund der Unterschiede bei den Elementen für einen Fall, bei dem ein Sekundärelektronenbild und ein Dunkelfeld-STEM-Bild gleichzeitig aufgenommen wurden. Daher ist es durch Kombination der Informationen des Sekundärelektronenbildes mit einer atomaren Auflösung und des Vorwärtsstreuungs-Elektronenbildes oder des Transmissionselektronenbildes möglich geworden, die dreidimensionale Struktur der Atome in der Probe und ihr Material zu identifizieren.
Im Folgenden wird eine konkrete Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Beispiel 1
1 zeigt ein schematisches Diagramm eines Beispiels für ein Ladungsteilcheninstrument nach der vorliegenden Erfindung.
Ein von einer Elektronenkanone 1 erzeugter Primärelektronenstrahl 2 wird mit einer Kondensorlinse 3 gebündelt und durch eine Blende 4 geleitet. Während in 1 die Kondensorlinse der Einfachheit halber mit nur einer Stufe gezeigt ist, kann die Kondensorlinse zwei Stufen zum Ändern des Beleuchtungswinkels oder drei oder mehr Stufen zum Ändern des Beleuchtungswinkels aufweisen, während die durch die Elektronenkanone erzeugte Verkleinerung der Elektronenquelle fest ist. Die Blende 4 kann auf einen beliebigen Blendendurchmesser eingestellt werden, um einen gewünschten Beleuchtungswinkel auf der Probenoberfläche zu erzielen. Der Beleuchtungswinkel des Elektronenstrahls, mit dem die Probe bestrahlt wird, wird durch den Blendendurchmesser bestimmt. Während die Blende in einer späteren Stufe hinter der Kondensorlinse angeordnet ist, unterliegt die Einbauposition für die Zwecke der Änderung des Beleuchtungswinkels keinen besonderen Einschränkungen.
Um die Strahlgröße des Primärelektronenstrahls 2 an der Probenposition auf 0,1 nm oder weniger zu verringern, ist ein Aberrationskorrektor 5 zur Korrektur des Öffnungsfehlers der Objektivlinse 7 eingebaut. Der Aberrationskorrektor 5 kann verschiedene Konfigurationen aufweisen, je nach der Kombination der verwendeten Mehrpollinsen. Nach der vorliegenden Erfindung kann der Aufbau einen Hexapol-Typ oder einen komplexen Quadrupol-Oktupol-Typ umfassen, solange sich eine Elektronenlinse auf der Elektronenstrahl-Einfallsseite des Öffnungsfehlerkorrektors befindet. Die durch Ausdruck 1 angegebene Elektronenstrahl-Sondengröße ist gleichwertig mit dem Einstellen des ersten Terms, des Öffnungsfehler-Terms, auf null. Wegen des Einflusses des Öffnungsfehlers der Elektronenlinse ist es im Allgemeinen schwierig, einen Elektronenstrahl mit einer geringen Tiefenschärfe zu erzeugen, wenn eine Elektronenstrahlsonde von 0,1 nm Durchmesser gebildet wird. Aus diesem Grund wird der Aberrationskorrektor verwendet. Wenn der Öffnungsfehler der Elektronenlinse mit dem Aberrationskorrektor korrigiert wird, wird es außerdem möglich, einen Primärelektronenstrahl zu erzeugen, der in einem von der optischen Achse des Elektronenstrahls abweichenden Bereich nicht durch den Öffnungsfehler beeinflusst wird. Daher kann ein Elektronenstrahl mit einem großen Beleuchtungswinkel bereitgestellt werden, und die Tiefenschärfe kann verringert werden.
Die Probe wird durch die Elektronenstrahl-Abtasteinheit 6 mit dem Primärelektronenstrahl 2 abgetastet. Die Abtastrichtung entspricht der von dem Abtastsignalgenerator 17 erzeugten Stromkurve. Der Aufbau der Elektronenstrahl-Abtasteinheit 6 kann auf einem magnetischen Feld oder einem elektrischen Feld basieren.
Der Primärelektronenstrahl 2, der die Probe 15 bestrahlt, nachdem er von der Objektivlinse 7 auf eine winzige Größe verengt worden ist, erzeugt Sekundärelektronen 14, die mit einem oberen Sekundärelektronendetektor 8 oder einem unteren Sekundärelektronendetektor 9 erfasst werden. Während das in 1 gezeigte Bild zwei Sekundärelektronendetektoren zeigt, einen oberen und einen unteren, kann auch nur ein Detektor vorgesehen sein. Vom Aufbau her kann der Detektor ein Detektor mit einem Leuchtstoff und einem Photovervielfacher oder ein Halbleiterdetektor sein. Auch wenn in 1 nicht gezeigt, kann ein Energiefilter für die Elektronenstrahl-Energiediskriminierung oder ein Diskriminator für Sekundärelektronen/reflektierte Elektronen mit einem elektromagnetischen Feld zwischen dem Sekundärelektronendetektor und der Probe angeordnet sein oder nicht.
Transmissionselektronen und vorwärts gestreute Elektronen, die durch die Probe 15 hindurchgetreten sind, werden mit dem Detektor 12 für vorwärts gestreute Elektronen und dem Transmissionselektronendetektor 13 erfasst, die unter der Probe 15 angeordnet sind. Die von den Detektoren erfassten verschiedenen Signalelektronenstrahlen werden über jeweilige Verstärkerschaltungen in einen Signalmischer 18 eingegeben, und die Sekundärelektronen und ein gewünschtes Übertragungssignal werden ausgewählt. Das Signal, das durch den Signalmischer 18 geleitet worden ist, wird mit einem Abtastsignal in einem Signalsynchronisierer 19 synchronisiert, um ein Rasterabtastbild zu erzeugen.
Der Fokus des Elektronenstrahls, mit dem die Probe bestrahlt wird, wird mit einer Fokussiereinheit 16 eingestellt, die die Objektivlinse 7 oder einen Probentischbewegungsmechanismus 10 steuert, der den Probentisch antreibt. Jedes Mal, wenn der Fokus mit einem Fokussierschritt von nicht mehr als der Tiefenschärfe der Sekundärelektronen geändert wird, wird ein vergrößertes Rasterbild der Probe in der Aufnahmeeinheit aufgenommen. Die vergrößerten Bilder bei jedem Fokussierschritt werden übereinandergelegt und von einem Bildprozessor 20 zu einem dreidimensionalen Bild rekonstruiert. Die Sekundärelektronensignale von einer Oberflächenstruktur der Probe und einer Struktur in der Tiefenrichtung werden durch Variieren des Elektronenstrahl-Beleuchtungswinkels mit der Blende oder dem Strom für die Kondensorlinse erfasst und in der Aufnahmeeinheit als ein Sekundärelektronenrasterbild aufgezeichnet.
Das rekonstruierte Bild wird in der Bildaufnahmeeinheit 21 aufgezeichnet und auch auf der Bildanzeigeeinheit 22 angezeigt. Der Kontrast der von der Probe vorwärts gestreuten Elektronen wird mit dem Bildprozessor 20 ausgewertet, ein Kontrastschwellenwert für jedes Element wird bestimmt und der Kontrast wird mit dem Sekundärelektronenrasterbild zusammengesetzt. Das zusammengesetzte Bild wird in der in der Bildaufnahmeeinheit 21 aufgenommen oder mit der Bildanzeigeeinheit 22 angezeigt.
10 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung des einfallenden Elektronenstrahls, verschiedener erzeugter Signalelektronen und einer Serie von Abtastbildern, die durch Variieren der Fokussierung erhalten werden.
Der auf eine Größe im Bereich von 0,1 nm eingeengte Primärelektronenstrahl 2 bestrahlt die Probe 15 und tastet diese ab. Der Elektronenstrahl interagiert mit der Probe und erzeugt die Sekundärelektronen 14, die mit dem oberen Sekundärelektronendetektor 8 oder dem unteren Sekundärelektronendetektor 9 erfasst werden. Die Elektronen, die durch die Probe hindurchgetreten sind, werden in vorwärts gestreute Elektronen 28 und Transmissionselektronen 29 unterteilt, je nach ihrem Erfassungswinkel. Die Transmissionselektronen 29, die auf inelastische Streuung entlang der optischen Achse des Elektronenstrahls zurückzuführen sind, werden mit dem Transmissionselektronendetektor 13 erfasst. Die vorwärts gestreuten Elektronen 28, die auf elastische Streuung durch die Probe zurückzuführen sind, werden mit dem Detektor 12 für vorwärts gestreute Elektronen erfasst. Die Erfassungssignale werden mit der Abtastwellenform synchronisiert und vorübergehend als zweidimensionale Abtastbilder aufgezeichnet, die bei beliebigen Fokussierschritten aufgenommen sind, und erhalten fortlaufende Bezeichnungen wie zum Beispiel Fokus 1, Fokus 2, ... usw. Die von der Probe erzeugten Sekundärelektronen und die vorwärts gestreuten Elektronen oder die Transmissionselektronen werden gleichzeitig erfasst und aufgezeichnet.
2 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung von Änderungen im Bildkontrast als Folge einer Fokussierungsänderung in dem Sekundärelektronenbild und dem Vorwärtsstreuungs-Elektronenbild, wobei Änderungen in der Tiefenschärfe der Sekundärelektronen und der vorwärts gestreuten Elektronen zu erkennen sind. Ausgehend von den Ergebnissen eines Experiments zur Fokusabhängigkeit eines mit Sekundärelektronen erhaltenen Atombildes ist die Tiefenschärfe von Sekundärelektronen gering im Vergleich mit einem Vorwärtsstreuungs-Elektronenbild. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass der Kontrast der vorwärts gestreuten Elektronen dem Kanalisierungskontrast zuzuschreiben ist, dessen Intensität durch die Atomsäulen erhöht wird. Basierend auf den Eigenschaften, dass die Tiefenschärfe des Sekundärelektronenbildes mit einer atomaren Auflösung gering ist, und durch Überlagerung der in 10 gezeigten Defokussierungsserie von Abtastbildern wird eine dreidimensionale Struktur rekonstruiert, wie in 11 gezeigt, das ein Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Das dreidimensionale Bild wird allein mit dem Sekundärelektronenbild mit atomarer Auflösung rekonstruiert. Als Rekonstruktionsverfahren kann ein Elektronenstrahl-Computertomographieverfahren (CT-Verfahren) verwendet werden. Das unter den Atombild-Beobachtungsbedingungen nach der vorliegenden Erfindung und bei variierendem Fokus aufgenommene Sekundärelektronenbild mit einer geringen Tiefenschärfe kann als Schnittbilder erhalten werden, die die Struktur jeder einzelnen Schicht widerspiegeln. Daher werden mehrere solche Schnittbilder aufgenommen und durch Berechnung in dem dreidimensionalen Bild rekonstruiert.
Wenn die Rekonstruktion allein mit dem Sekundärelektronenbild durchgeführt wird, kann ein Atombild aus der Nähe der Probenoberfläche gleichzeitig dreidimensional mit dem Kontrast, der die Form der Probenoberfläche widerspiegelt, beobachtet werden, was ein Merkmal von Sekundärelektronen ist. Es ist auch möglich, eine stereoskopische Struktur eines Gegenstands in der Größenordnung einer einzelnen Atomlage zu beobachten. Wenn die dreidimensionale Struktur anhand einer Überlagerung des Sekundärelektronenbildes und des gleichzeitig aufgenommenen Transmissionselektronen- oder vorwärts gestreuten Elektronensignals rekonstruiert wird, ist es möglich, nicht nur die Oberflächenstruktur mit den Sekundärelektronen zu rekonstruieren, sondern auch eine dreidimensionale Struktur, die den Zustand der kristallinen Struktur in der Tiefenrichtung der Probe widerspiegelt.
Beispiel 2
Als Nächstes wird ein Beispiel für den Erhalt eines zweidimensionalen Elektronenbildes durch Variieren der Tiefenschärfe beschrieben.
Zunächst wird die Beziehung zwischen dem Beleuchtungswinkel und der Tiefenschärfe der Primärelektronenstrahlsonde anhand von 3 beschrieben. Die Tiefenschärfe Z_DOF der Elektronenstrahl-Sondengröße d bei dem Beleuchtungswinkel α ist durch Ausdruck 2 gegeben. Z_DOF = d / α Ausdruck 2
Daher wird, wenn die Elektronenstrahl-Sondengröße d fest gegeben ist, die Tiefenschärfe geringer, wenn der Beleuchtungswinkel des Elektronenstrahls vergrößert wird. Folglich kann zur Verdoppelung der Tiefenschärfe der Elektronenstrahl-Beleuchtungswinkel halbiert werden.
4 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen dem auf die Probe einfallenden Elektronenstrahl und einem Sekundärelektronenbild der Probe, die Strukturen in der Tiefenrichtung des einfallenden Elektronenstrahls aufweist. Eine Struktur A hat zum Beispiel eine Elementzusammensetzung in dem Bereich der Probenoberflächenschicht, die sich von den anderen unterscheidet, eine Struktur B hat eine Elementzusammensetzung im Inneren der Probe, die sich von den anderen unterscheidet, und eine Struktur C ragt bogenförmig von der Probenoberflächenschicht nach innen. Die Struktur A weist eine Tiefe von 2 nm in der Tiefenrichtung auf. Die Struktur B ist in einer Tiefe von ca. 20 nm von der Oberfläche angeordnet und weist eine Tiefe von 2 nm in der Tiefenrichtung auf.
Wird eine Abtastung mit einem vergrößerten Beleuchtungswinkel des Elektronenstrahls und einer verringerten Tiefenschärfe bei Fokussierung auf die Probenoberfläche durchgeführt, kann ein Signal von Sekundärelektronen von der Struktur A in dem Bereich der Oberflächenschicht erfasst werden. Von der Struktur B im Inneren der Probe kann jedoch praktisch kein Signal erfasst werden. Außerdem weist im Falle der Struktur C, weil das Bild nur durch ein Signal aus der Nähe der Oberflächenschicht erzeugt wird, das Sekundärelektronenbild eine Gradation auf, wie gezeigt.
Andererseits werden im Falle eines durch die Transmissionselektronen oder die von der Probe vorwärts gestreuten Elektronen erzeugten Bildes alle Signale von den in der Proben-Tiefenrichtung vorliegenden Strukturen projiziert, so dass die Positionen der Strukturen A, B und C in der Probe in 4 nicht klar definiert werden können.
Daher wird in dem vorliegenden Beispiel die Beschleunigungsspannung des Primärelektronenstrahls erhöht, so dass praktisch keine Wechselwirkung zwischen dem Primärelektronenstrahl und der Probe auftritt (ein Zustand, bei dem der Einfluss der Diffusion der Primärelektronen in der Probe gering ist), der Beleuchtungswinkel wird verkleinert und die Tiefenschärfe wird erhöht, wodurch es möglich wird, die Probe mit der Struktur A in dem Bereich der Probenoberflächenschicht, die Struktur B im Inneren der Probe und die Struktur C, die im Inneren von dem Bereich der Probenoberflächenschicht verläuft, alle fokussiert zu beobachten.
Wenn zum Beispiel die Elektronenstrahl-Beschleunigungsspannung auf eine hohe Spannung in der Größenordnung von 200 kV eingestellt ist, dringt der Elektronenstrahl praktisch ohne Wechselwirkung zwischen dem Primärelektronenstrahl und der Probe in das Innere der Probe ein, so dass der Einfluss der Diffusion von Primärelektronen in der Probe unterdrückt wird. Weiter wird es durch Verkleinern des Beleuchtungswinkels und Erhöhen der Tiefenschärfe möglich, ein Bild mit einem Signal aus dem Inneren der Probe zu erzeugen, etwa von der Struktur B.
Die Sekundärelektronen können grob in vier Arten eingeteilt werden, die je nach ihrem Ursprungsort als SE1, SE2, SE3 und SE4 bezeichnet werden. SE1 bezieht sich. auf Sekundärelektronen, die durch direkte Interaktion zwischen dem Primärelektronenstrahl und der Probe erzeugt werden. SE2 bezieht sich auf Sekundärelektronen, die sekundär durch von der Probe rückgestreute Elektronen (reflektierte Elektronen) erzeugt werden, die wiederum durch den Primärelektronenstrahl erzeugt werden. SE3 bezieht sich auf Sekundärelektronen, die durch von der Probe rückgestreute Elektronen (reflektierte Elektronen) erzeugt werden, die auf ein Element im Inneren des Elektronenmikroskops einwirken. SE4 bezieht sich auf Sekundärelektronen, die durch den Primärelektronenstrahl erzeugt werden, der auf ein Element im Inneren des Elektronenmikroskops einwirkt. Weil die Rückstreuelektronen durch elastische Streuung entstehen, weisen die Rückstreuelektronen im Wesentlichen dieselbe Energie wie der einfallende Primärelektronenstrahl auf. Das Signal von den inneren Strukturen der Probe, die durch Erhöhen der Tiefenschärfe beobachtet wird, umfasst die Rückstreuelektronen selbst, die durch die Probe hindurchgetreten sind, also SE2, SE3 und SE1. Während die Sekundärelektronen von der Struktur in dem Bereich der Probenoberflächenschicht hauptsächlich auf SE1 zurückzuführen sind, kann es sich bei den Sekundärelektronen, die durch die inneren Strukturen der Probe erzeugt werden, möglicherweise um SE1, SE2 oder SE3 oder eine Zusammensetzung davon handeln, und sie können nicht klar unterschieden werden.
In dem mit dem vorstehenden Beispiel erhaltenen Sekundärelektronenbild sind die Strukturen A bis C alle im Fokus, und die wechselseitige Positionsbeziehung in der Tiefenrichtung ist ebenfalls erkennbar. Unterschiede in den Bestandteilelementen der Strukturen A bis C können jedoch nicht erfasst werden.
Beispiel 3
5 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen einer Probe mit einer konusförmigen Struktur und dem darauf einfallenden Elektronenstrahl. Durch Verwendung der Probe mit der konusförmigen Struktur können die Größenordnung der Tiefenschärfe und der Umfang der Defokussierung gemessen werden. Die Probe wird hergestellt, indem die Größe der Struktur so bemessen wird, dass zum Beispiel die Länge der Probenoberseite L_top ist, die Länge der Probenunterseite L_bottom ist und der Kegelwinkel θ ist. Die Probe mit der konusförmigen Struktur kann durch Epitaxialwachstum verschiedener Materialien auf einem einzelnen Kristall-Wafer mit einem Herstellungsverfahren wie Sputtern (Vakuumaufdampfen – PVD), chemisches Aufdampfen (CVD) oder Molekularstrahlepitaxie (MBE) gefolgt von einem selektiven Ätzen bestimmter Bereiche hergestellt werden.
Die Messung der Tiefenschärfe wird wie folgt durchgeführt. Unter der Bedingung, dass die Tiefenschärfe bei dem Beleuchtungswinkel α Z_DOF ist, wird unter Abtastung mit dem Elektronenstrahl ein Sekundärelektronenbild erzeugt. Ein Signal von einem kegelförmigen Abschnitt liefert ein Sekundärelektronenbild, das mit der Breite von d_image fokussiert ist, so dass die eigentliche Messung der Tiefenschärfe auf der Grundlage der Größe der Probe mit der konusförmigen Struktur entsprechend der Auslegung vorgenommen werden kann. In 5 ist die Tiefenschärfe Z_DOF durch Ausdruck 3 gegeben.
Der Umfang der Defokussierung wird wie folgt gemessen. Ein Objektivlinsenstromwert wird so eingestellt, dass der Elektronenstrahl auf der obersten Fläche fokussiert ist, und dieser Fokuspunkt wird als die korrekte Fokuspunktposition angenommen. Während der Abtastung mit dem Elektronenstrahl wird ein Sekundärelektronenbild erzeugt. Dabei ist die Größe des Strukturbereichs im Wesentlichen gleich L_top. Nach Abschluss der zweidimensionalen Abtastung der Probenoberfläche wird der Objektivlinsen-Spulenerregungsstrom geändert, ein Sekundärelektronenbild wird erzeugt, die Größe des Strukturbereichs wird gemessen und danach kann ein Defokussierungswert durch Vergleich des Objektivlinsenstromwertes mit der Größe aus dem Strukturbereich bestimmt werden. Während im vorliegenden Beispiel der Objektivlinsen-Spulenerregungsstrom als ein Defokussierungsverfahren geändert wird, kann auch ein Verfahren zur Änderung der Höhe des Probentischs angewendet werden. Durch Durchführung der Messung bei geringer Tiefenschärfe kann der Defokussierungswert genauer gemessen werden.
Wenn die Probe dieselbe Zusammensetzung wie der Untersuchungsgegenstand aufweist, kann die Bewertung unter Bedingungen erfolgen, die den tatsächlichen Bedingungen nahekommen, wodurch die Genauigkeit der quantitativen Bewertung der Tiefenschärfe und des Umfangs der Defokussierung weiter erhöht werden kann.
Die Probe kann auf dem Rastertransmissionselektronenmikroskop nach der vorliegenden Erfindung angebracht werden, und die Beziehung zwischen der Defokussierung des Elektronenstrahls und dem Bildsignal und/oder die Beziehung zwischen der Tiefenschärfe des Elektronenstrahls und dem beobachtbaren Bildsignal können unter Verwendung der vorliegenden Probe bewertet werden. Außerdem kann ein Rastertransmissionselektronenmikroskop bereitgestellt werden, mit dem unter Verwendung der Probe die Beziehung zwischen dem Umfang der Defokussierung und dem Bildkontrast im Voraus bestimmt werden kann, indem die Defokussierung des Elektronenstrahls durch Variieren der Intensität der Objektivlinse oder der Höhe des Probentischs und der Bildkontrast des gleichzeitig beobachteten Sekundärelektronenbildes quantitativ bewertet werden. Weiter kann ein Rastertransmissionselektronenmikroskop bereitgestellt werden, mit dem unter Verwendung der Probe die Beziehung zwischen der Tiefenschärfe und dem Bildkontrast im Voraus bestimmt werden kann, indem die Tiefenschärfe des Elektronenstrahls durch Variieren des Elektronenstrahl-Beleuchtungswinkels durch Ändern der Größe der Blende oder des Stroms für die Sammellinse variiert wird und der Bildkontrast des gleichzeitig beobachteten Sekundärelektronenbildes quantitativ bewertet werden.
Der Bildkontrast kann mit verschiedenen Verfahren quantitativ bewertet werden, Bei einem Verfahren basiert die Bewertung zum Beispiel auf der Summe der Signalintensität jedes einzelnen Pixels eines zweidimensionalen digitalisierten Bildes. Bei einem anderen Verfahren kann die Bildschärfe bestimmt werden. Im Folgenden wird das Verfahren mittels der Bestimmung der Bildschärfe beschrieben.
Die Bildschärfe eines zweidimensional digitalisierten Bildes von M × N ist durch die folgende Berechnung gegeben. ∀f(x, y) = δf(x, y) / δx + δf(x, y) / δy = f_x(x, y) + f_y(x, y) Ausdruck 4
Eine Differenzierung erster Ordnung des zweidimensionalen Bildes kann durch die Differenz gegenüber einem Bild mit einer Verschiebung der Bildpixel um ein Pixel angegeben und daher durch den folgenden Ausdruck gegeben werden. f_x(i, j) = f(i + i,j) – f(i, j) f_y(i, j) = f(i,j + 1) – f(i, j) Ausdruck 5
In gleicher Weise kann eine Differenzierung zweiter Ordnung des Bildes durch den folgenden Ausdruck gegeben werden.
Die Bildschärfe G ist durch das mittlere Quadrat der Komponenten x und y durch den folgenden Ausdruck gegeben. Gx = (Originalbild) – (x-Komponente der Differenzierung erster Ordnung) Ausdruck 7 Gy = (Originalbild) – (y-Komponente der Differenzierung erster Ordnung) Ausdruck 8
Das Mittel der Bildschärfe ist:
Die Dispersion V und die Standardabweichung σ sind durch die folgenden Ausdrücke gegeben.
Die Standardabweichung der Bildschärfe des zweidimensionalen Bildes wird als ein Index für die Schärfe des Bildes verwendet. Durch Verwendung der Bildschärfe wird abschließend ein geeigneter Einstellwert als Bewertungsindex für die Defokussierung des Elektronenstrahls oder die Tiefenschärfe erhalten.
Beispiel 4
Das Verfahren zum Ändern des Beleuchtungswinkels des Elektronenstrahls ohne Änderung der Elektronenstrahl-Sondengröße umfasst zwei Verfahren, die anhand von 6 und 7 beschrieben werden.
6 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels für ein Ladungsteilcheninstrument nach der vorliegenden Erfindung mit einem optischen System, das den Elektronenstrahl-Beleuchtungswinkel ändern kann, ohne die Sondengröße des Elektronenstrahls zu ändern, mit dem die Probe bestrahlt wird. Die vorliegende Konfiguration ist dadurch gekennzeichnet, dass drei Stufen von Kondensorlinsen in einer Stufe vor dem Aberrationskorrektor vorgesehen sind. Diese Konfiguration ermöglicht ein Variieren des Beleuchtungswinkels, während gleichzeitig eine konstante virtuelle Quellgröße der Elektronenkanone aufrechterhalten wird. Eine auf dem Aberrationskorrektor angebrachte Elektronenlinse kann als eine dritte Kondensorlinse 26 verwendet werden. Die Kondensor-Elektronenlinsenerregungsintensität wird durch Variieren des an eine elektromagnetische Spule angelegten Stromwertes gegeben. Die sonstigen in 6 gezeigten Elemente sind ähnlich derjenigen in dem Systemdiagramm in 1, weshalb auf eine ausführliche Beschreibung der ähnlichen Elemente verzichtet wird.
7 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels für ein Ladungsteilcheninstrument nach der vorliegenden Erfindung mit einem optischen System, das den Beleuchtungswinkel des Elektronenstrahls, mit dem die Probe bestrahlt wird, durch Änderung der Öffnungsgröße der Blende beliebig variieren kann. Die vorliegende Konfiguration ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Blende 27, die an einer Kondensorlinse eingesetzt ist, mehrere Lochgrößen aufweist. Diese Konfiguration ermöglicht ein Variieren des Beleuchtungswinkels, während die Elektronenstrahl-Sondengröße aufrechterhalten bleibt, unter der Bedingung, dass kein Einfluss des Beugungsfehlers vorliegt. Eine größere Anzahl von Lochgrößen in der Blende ermöglicht das Einstellen des Beleuchtungswinkels auf vielfältigere Weise. Die sonstigen in 7 gezeigten Elemente sind ähnlich derjenigen in dem Systemdiagramm in 1, weshalb auf eine ausführliche Beschreibung der ähnlichen Elemente verzichtet wird.
Beispiel 5
Ein Beispiel nach der vorliegenden Erfindung, bei dem mit den vorstehenden Verfahren Informationen aus der Tiefenrichtung der Probe in der Weise extrahiert werden, dass der Kontrast automatisch optimiert wird, und ein zweidimensionales vergrößertes Bild der Probe erzeugt wird, wird anhand von 9 beschrieben.
Die vorliegende Konfiguration ist dadurch gekennzeichnet, dass erste bis dritte Kondensorlinsen 24, 25 und 26 so gesteuert werden, dass der Beleuchtungswinkel Pixel für Pixel auf einen optimalen Wert eingestellt werden kann, indem die Positionsinformationen des zweidimensionalen Abtastbildes, das durch den Bildprozessor 20 erhalten wird, durch einen Signalsynchronisierer 19 mit der Einstellung des Beleuchtungswinkels der Elektronenstrahlsonde assoziiert werden.
Nach dem vorliegenden Beispiel wird der Beleuchtungswinkel für jedes einzelne Pixel, der im Voraus eingestellt wird, bezogen auf die Pixelpositionsinformationen des zweidimensionalen Abtastbildes erfasst, so dass ein Beleuchtungswinkel 1 für ein Pixel durch Steuerung der ersten bis dritten Kondensorlinsen eingestellt werden kann, während zum Beispiel ein Beleuchtungswinkel 2 für ein anderes Pixel durch Steuerung der ersten bis dritten Kondensorlinsen eingestellt werden kann. In dieser Konfiguration kann die Beobachtung vorgenommen werden, während der Beleuchtungswinkel dynamisch geändert wird, weil die Probe mit der Elektronenstrahlsonde abgetastet wird. Daher können, während ein Atombild der Probenoberfläche mit hoher Auflösung beobachtet wird, Strukturen im Inneren der Probe auch beobachtet werden, während die Elektronenstrahl-Sondengröße aufrechterhalten wird. Dabei erfolgt die Abtastung mit dem Primärelektronenstrahl mit einer auf die Probenoberflächenposition fixierten Fokusposition. Dies liegt daran, dass das Bild auf andere Weise betrachtet würde, wenn die Fokusposition des Primärelektronenstrahls auf das Innere der Probe geändert wird.
Auf eine ausführliche Beschreibung der sonstigen Elemente, die ähnlich derjenigen in dem Systemdiagramm in 1 sind, wird verzichtet.
Ein Ablaufdiagramm für das vorliegende Beispiel ist in 15 gezeigt.
In Schritt S001 werden die Ausgangsbedingungen für das Ladungsteilcheninstrument eingestellt. In dem vorliegenden Beispiel ist der Ausgangswert für den Betrag der Fokusverschiebung Δf = 0, der Beleuchtungswinkel α hat den Ausgangswert α_ini, der Umfang des Defokussierungsschrittes für den Elektronenstrahl ist DFS und der Endpunkt der Defokussierung ist FFIN.
In Schritt S002 wird ausgehend von den in Schritt S001 eingestellten Bedingungen ein zweidimensionales Sekundärelektronenbild, das durch Abtasten der Probe als Untersuchungsgegenstand mit dem Elektronenstrahl erzeugt wird, digital erfasst.
Nach der Aufnahme wird in Schritt S003 ein Defokussierungsbetrag entsprechend dem Umfang des Defokussierungsschrittes DFS addiert.
Schritt S004 ist ein Schritt zur Bestimmung dessen, ob Δf den Endpunktbetrag FFTN erreicht hat. Wenn Δf ≠ FFIN ist, werden die Schritte S002 bis S003 wiederholt durchgeführt. Ist Δf = FFIN in Schritt S004, wird der Prozess mit Schritt S005 fortgesetzt. In Schritt S005 wird der Differenzialwert zweiter Ordnung nach Ausdruck 6 als pixelweise Bildschärfe für jedes Pixel des zweidimensionalen digitalen Sekundärelektronenbildes berechnet, und die Tiefe DPT der Struktur wird bestimmt. Um den Betrag der Defokussierung Pixel für Pixel der Bildschärfe S zuzuordnen, wird eine Wertetabelle zur Bewertung der Bildschärfe erstellt, in der die Pixelposition, der Defokussierungswert und die Ergebnisse der Bildschärfebewertung erfasst sind, wie in 16 gezeigt.
In Schritt S006 werden die Strukturtiefe DPT und die Tiefenschärfe Z_DOF einander zugeordnet, und die pixelweise Tiefenschärfe Z_DOF wird eingestellt.
In Schritt S007 wird basierend auf der Beziehung zwischen dem zuvor erfassten und berechneten Beleuchtungswinkel α und der Tiefenschärfe Z_DOF ein optimaler Wert für den Beleuchtungswinkel α für jedes Pixel angegeben.
In Schritt S008 wird basierend auf den pixelweisen Einstellwerten für α der Kondensorlinsen-Erregungsstrom eingestellt. Die Einstellungen in den Schritten S006 bis S008 werden anhand von 17 und 18 beschrieben. 17 zeigt ein zweidimensionales digitalisiertes Sekundärelektronenbild. Die in Schritt S006 eingestellte Tiefenschärfe Z_DOF wird Pixel für Pixel zugeordnet. 18 zeigt eine Tabelle, in der Pixel für Pixel die optimale Tiefenschärfe, der Beleuchtungswinkel und der Kondensorlinsenstrom erfasst sind. Die in den Schritten S007 und S008 berechneten numerischen Werte werden in der Tabelle in 18 erfasst.
In Schritt S009 erfolgt das Abtasten mit dem Elektronenstrahl, und ein Sekundärelektronenbild wird aufgenommen und erfasst, während ein Kondensorlinsen-Erregungsstromwert, der für den Pixel für Pixel eingestellten Beleuchtungswinkel α geeignet ist, angegeben wird, wie in 18 gezeigt.
Durch Durchführung der Beobachtung entsprechend der Konfiguration und dem Ablauf nach der vorliegenden Erfindung können in einem Sichtfeld, bei dem sich die Probe als der Untersuchungsgegenstand in überlagerter Weise in der Beobachtungsrichtung in Tiefenrichtung befindet, die Strukturen im Inneren der Probe problemlos sichtbar gemacht werden. Daher kann ein Sekundärelektronenbild mit atomarer Auflösung nicht nur von der Oberfläche der Probe, sondern auch von Strukturen im Inneren der Probe gleichzeitig als ein einziges Bild erfasst werden.
Beispiel 6
12 zeigt ein Schemadiagramm zur Veranschaulichung eines einfallenden Elektronenstrahls, der erzeugten von der Probe vorwärts gestreuten Elektronen und Sekundärelektronen und ihrer Detektoren sowie Diagramme zur Veranschaulichung des Kontrastunterschiedes zwischen einem Sekundärelektronenbild und einem Probenvorwärtsstreuungs-Elektronenbild eines Probenbildes mit zwei Arten von Elementen A und B, die bei einem Vergrößerungsverhältnis mit atomarer Auflösung beobachtet werden. Der einfallende Primärelektronenstrahl 2 interagiert mit der Probe 15 und erzeugt die Sekundärelektronen 14. Elastische Streuelektronen aufgrund der Rutherford-Streuung von der Probe werden mit dem Detektor für vorwärts gestreute Elektronen als von der Probe vorwärts gestreute Elektronen 28 erfasst. Wenn der Einfallswinkel auf den Vorwärtselektronendetektor, das heißt der Erfassungswinkel des Streuwinkels, groß ist, ist der Kontrast der so genannte Z-Kontrast, der von der Ordnungszahl der Probe abhängig ist. Ein unter solchen Bedingungen aufgenommenes Bild wird als ein Z-Kontrastbild bezeichnet. 13 zeigt die Beziehung zwischen der Ordnungszahl der Probe für das Z-Kontrastbild und dem Bildkontrast. Im Allgemeinen ist der Bildkontrast in etwa proportional zum Quadrat der Ordnungszahl Z der Probe. Wenn verschiedene Arten von Elementen vorliegen, können die Elemente so identifiziert werden. Wenn, wie in 12 gezeigt, das Material der Probe mit den Elementen A und B mit unterschiedlichen Elementzahlen auf einen Vergrößerungsfaktor vergrößert wird, bei dem die Atome mit dem Rasterelektronenmikroskop identifiziert werden können, können die Elemente A und B nicht identifiziert werden, weil es wegen der Elementzahl praktisch keine Änderung im Kontrast des Sekundärelektronenbildes gibt. Jetzt wird angenommen, dass das Element A ein schweres Element und das Element B ein leichtes Element ist. Während in 12 die Elemente zur Illustration durch schwarze Punkte angegeben sind, sind in den tatsächlichen vergrößerten Bildern der Probe Schwarz und Weiß vertauscht, das heißt die schwereren Elemente werden heller dargestellt. Dabei kann der Beleuchtungswinkel des Bestrahlungs-Elektronenstrahls durch Einstellen des Durchmessers der Blende 4 eingestellt werden, wodurch die Tiefenschärfe geändert wird. Ein weiteres Merkmal des Sekundärelektronenbildes besteht darin, dass bei Beobachtung mit demselben Beleuchtungswinkel die Tiefenschärfe gering ist, verglichen mit den von der Probe vorwärts gestreuten Elektronen. Daher wird der Fokus für ein Element in der Probenoberflächenschicht oder eine feine Struktur in der Größenordnung von 1 nm, die in der Probenoberflächenschicht vorliegt, auf der Grundlage eines vergrößerten Sekundärelektronenbildes eingestellt.
14 zeigt ein Sekundärelektronenbild und ein Probenvorwärtsstreuungs-Elektronenbild eines Probenbildes mit zwei Arten von Elementen A und B, die bei einem Vergrößerungsverhältnis mit atomarer Auflösung beobachtet werden, und ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels der vorliegenden Erfindung, bei dem die Atome in dem Sekundärelektronen-Atombild durch die von der Probe vorwärts gestreuten Elektronen unterschieden und eingefärbt sind. Das Sekundärelektronenbild und das gleichzeitig erfasste Vorwärtsstreuungs-Elektronenbild werden mit einem Signalmischer zusammengesetzt. Der Signalmischer sieht dieselben Atome in den Elektronenbildern, so dass der Signalmischer die wechselseitigen Positionen der Bilder bezogen auf dieselben Atome anpassen bzw. einstellen kann.
Zum Vergleich von Kontrast und Ordnungszahl werden die Bestandteilelemente in der Probe und der Kontrast mit einem Bildprozessor im Verhältnis 1:1 einander zugeordnet. Das Sekundärelektronenbild wird anhand des Kontrastes des Vorwärtsstreuungs-Elektronenbildes eingefärbt, wodurch ein elementabhängiges Sekundärelektronenbild erzeugt wird.
Nach dem vorliegenden Beispiel kann ein Rastertransmissionselektronenmikroskop bereitgestellt werden, das die Bestandteile in einer Probe klären kann, während gleichzeitig die dreidimensionale Struktur der Probe geklärt wird.
Bezugszeichenliste

1: Elektronenkanone
2: Primärelektronenstrahl
3: Kondensorlinsensystem
4: Blende
5: Öffnungsfehlerkorrektor
6: Elektronenstrahl-Abtasteinheit
7: Objektivlinse
8: Oberer Sekundärelektronendetektor
9: Unterer Sekundärelektronendetektor
10: Probentischbewegungsmechanismus
11: Projektionslinse
12: Detektor für vorwärts gestreute Elektronen
13: Transmissionselektronendetektor
14: Sekundärelektronen
15: Probe
16: Fokussiereinheit
17: Abtastsignalgenerator
18: Signalmischer
19: Signal synchronisierer
20: Bildprozessor
21: Bildaufnahmeeinheit
22: Bildanzeigeeinheit
23: Probe mit konusförmiger Struktur
24: Erste Kondensorlinse
25: Zweite Kondensorlinse
26: Dritte Kondensorlinse
27: Blende
28: Vorwärts gestreute Elektronen
29: Transmissionselektronen
30: Fokusserie von Abtastbildern der Probe
31: Rekonstruiertes Bild der Probe

Claims

Rasterelektronenmikroskop, aufweisend: eine Objektivlinse, einen Öffnungsfehlerkorrektor zur Korrektur des Öffnungsfehlers der Objektivlinse, einen Sekundärelektronendetektor und eine Fokussiereinheit, wobei mehrere mit dem Sekundärelektronendetektor erhaltene zweidimensionale vergrößerte Rasterbilder einer Probe mit einer atomaren Auflösung erfasst werden, die mit einem von der Fokussiereinheit eingestellten Fokussierwert aufgenommenen zweidimensionalen vergrößerten Rasterbilder der Probe dem Fokussierwert zugeordnet werden und die mehreren zweidimensionalen vergrößerten Rasterbilder der Probe überlagert werden, um ein vergrößertes Bild der dreidimensionalen Struktur mit einer atomaren Auflösung zu rekonstruieren.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1, wobei die Fokussiereinheit die Fokussierung durch Änderung des Objektivlinsenstroms ändert.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1, wobei die Fokussiereinheit die Fokussierung durch Änderung der Höhe des Probentischs ändert.
Rastertransmissionselektronenmikroskop, das eine Beobachtung mit atomarer Auflösung ermöglicht, aufweisend: einen Sekundärelektronendetektor und eine Fokussiereinheit, wobei mehrere mit dem Sekundärelektronendetektor erhaltene zweidimensionale vergrößerte Rasterbilder einer Probe mit einer atomaren Auflösung erfasst werden, die mit einem von der Fokussiereinheit eingestellten Fokussierwert aufgenommenen zweidimensionalen vergrößerten Rasterbilder der Probe dem Fokussierwert zugeordnet werden und die mehreren zweidimensionalen vergrößerten Rasterbilder der Probe überlagert werden, um ein vergrößertes Bild der dreidimensionalen Struktur mit einer atomaren Auflösung zu rekonstruieren.
Rastertransmissionselektronenmikroskop, aufweisend: eine Objektivlinse, einen Öffnungsfehlerkorrektor zur Korrektur des Öffnungsfehlers der Objektivlinse, einen Sekundärelektronendetektor, einen Transmissionselektronendetektor und eine Fokussiereinheit, wobei mehrere mit dem Sekundärelektronendetektor erhaltene zweidimensionale vergrößerte Rasterbilder mit einer atomaren Auflösung und mehrere mit dem Transmissionselektronendetektor erhaltene Vorwärtsstreuungs-Elektronenbilder gleichzeitig erfasst werden, die mit einem von der Fokussiereinheit eingestellten Fokussierwert aufgenommenen zweidimensionalen vergrößerten Rasterbilder der Probe, die Transmissionselektronenbilder und der Fokussierwert einander zugeordnet werden und ein vergrößertes Bild der dreidimensionalen Struktur mit einer atomaren Auflösung mit Informationen über die Zusammensetzung rekonstruiert wird.
Rastertransmissionselektronenmikroskop nach Anspruch 5 wobei der Transmissionselektronendetektor ein vorwärts gestreutes Elektron erfasst, das durch die Probe hindurchgetreten ist, die zweidimensionalen vergrößerten Rasterbilder der mit einem von der Fokussiereinheit eingestellten Fokussierwert aufgenommenen Probe, die Vorwärtsstreuungs-Elektronenbilder und der Fokussierwert einander zugeordnet werden und ein vergrößertes Bild der dreidimensionalen Struktur mit einer atomaren Auflösung mit Informationen über die Zusammensetzung rekonstruiert wird.
Rastertransmissionselektronenmikroskop, aufweisend: einen Öffnungsfehlerkorrektor zur Korrektur des Öffnungsfehlers einer Objektivlinse, einen Sekundärelektronendetektor, eine Kondensorlinse, die den Elektronenstrahl-Beleuchtungswinkel bestimmt, und eine Fokussiereinheit, wobei mehrere mit dem Sekundärelektronendetektor erhaltene zweidimensionale vergrößerte Rasterbilder einer Probe mit einer atomaren Auflösung erfasst werden und eine Struktur der Oberfläche einer Probe und eine Struktur im Inneren der Probe beide gleichzeitig beobachtet werden, indem die Tiefenschärfe durch Änderung des Erregungsstroms für die Kondensorlinse variiert wird.
Rasterelektronenmikroskop, aufweisend: einen Öffnungsfehlerkorrektor zur Korrektur des Öffnungsfehlers einer Objektivlinse, einen Sekundärelektronendetektor, eine Blende, die den Elektronenstrahl-Beleuchtungswinkel bestimmt, und eine Fokussiereinheit, wobei mehrere mit dem Sekundärelektronendetektor erhaltene zweidimensionale vergrößerte Rasterbilder einer Probe mit einer atomaren Auflösung erfasst werden und eine Struktur der Oberfläche einer Probe und eine Struktur im Inneren der Probe beide gleichzeitig beobachtet werden, indem die Tiefenschärfe durch Variieren der Größe der Blende variiert wird.
Rastertransmissionselektronenmikroskop nach Anspruch 7, wobei die Tiefe der Struktur im Inneren der Probe auf der Grundlage der Bildschärfe der zweidimensionalen vergrößerten Rasterbilder der Probe gemessen werden kann.
Rastertransmissionselektronenmikroskop nach Anspruch 8, wobei die Tiefe der Struktur im Inneren der Probe auf der Grundlage der Bildschärfe der zweidimensionalen vergrößerten Rasterbilder der Probe gemessen werden kann.
Rastertransmissionselektronenmikroskop nach Anspruch 7, wobei die Tiefenschärfe auf der Grundlage einer Kombination von Erregungsströmen für die Kondensorlinse geändert werden kann, ohne die Sondengröße des Elektronenstrahls zu ändern.
Rastertransmissionselektronenmikroskop nach Anspruch 8, wobei die Tiefenschärfe durch Ändern der Blendengröße geändert werden kann, ohne die Sondengröße des Elektronenstrahls zu ändern.
Rastertransmissionselektronenmikroskop nach Anspruch 1, wobei die Probe eine konusförmige Struktur aufweist.
Rastertransmissionselektronenmikroskop nach Anspruch 7, wobei die Probe eine konusförmige Struktur aufweist.
Rastertransmissionselektronenmikroskop, aufweisend: einen Öffnungsfehlerkorrektor zur Korrektur des Öffnungsfehlers einer Objektivlinse, einen Sekundärelektronendetektor, eine Kondensorlinse, die den Elektronenstrahl-Beleuchtungswinkel bestimmt, und eine Fokussiereinheit, wobei mehrere mit dem Sekundärelektronendetektor erhaltene zweidimensionale vergrößerte Rasterbilder einer Probe mit einer atomaren Auflösung erfasst werden, eine Struktur der Oberfläche einer Probe und eine Struktur im Inneren der Probe beide gleichzeitig beobachtet werden können, indem die Tiefenschärfe durch Änderung des Erregungsstroms für die Kondensorlinse variiert wird, die Tiefe der Struktur im Inneren der Probe durch Defokussieren eines Elektronenstrahls, mit dem die Probe bestrahlt wird, gemessen wird und eine optimale Tiefenschärfe bestimmt wird.
Rastertransmissionselektronenmikroskop nach Anspruch 15, wobei die Bildschärfe Pixel für Pixel bestimmt wird, die Tiefe der Struktur im Inneren der Probe gemessen wird, die optimale Tiefenschärfe bestimmt wird und die Tiefe der Struktur im Inneren der Probe gemessen wird.
Rastertransmissionselektronenmikroskop nach Anspruch 16, wobei die Tiefe der Struktur im Inneren der Probe gemessen wird und ein Ergebnis der Bildschärfebewertung Pixel für Pixel in Verbindung mit einem zweidimensionalen Bild erfasst wird.
Rastertransmissionselektronenmikroskop nach Anspruch 16, wobei ein Ergebnis der Bildschärfebewertung Pixel für Pixel in einem zweidimensionalen Bild angegeben wird und eine Tabelle zur pixelweisen Einstellung der optimalen Tiefenschärfe, des Elektronenstrahl-Beleuchtungswinkels und des Kondensorlinsenstroms bereitgestellt wird.
Rastertransmissionselektronenmikroskop, aufweisend: eine Objektivlinse, einen Öffnungsfehlerkorrektor zur Korrektur des Öffnungsfehlers der Objektivlinse, einen Sekundärelektronendetektor und eine Fokussiereinheit, wobei ein mit dem Sekundärelektronendetektor erhaltenes vergrößertes Sekundärelektronen-Rasterbild mit einer atomaren Auflösung und ein vergrößertes Rasterbild der Probe auf der Grundlage der von der Probe vorwärts gestreuten Elektronen gleichzeitig erfasst werden, der Kontrast der vor der Probe vorwärts gestreuten Elektronen analysiert wird und das vergrößerte Sekundärelektronen-Rasterbild der Probe mit einem auf die Zusammensetzung zurückführbaren Kontrast bereitgestellt wird.
Rastertransmissionselektronenmikroskop, das eine Beobachtung mit atomarer Auflösung ermöglicht, aufweisend: einen Sekundärelektronendetektor und eine Fokussiereinheit, wobei ein mit dem Sekundärelektronendetektor erhaltenes vergrößertes Sekundärelektronen-Rasterbild mit einer atomaren Auflösung und ein vergrößertes Rasterbild der Probe auf der Grundlage der von der Probe vorwärts gestreuten Elektronen gleichzeitig erfasst werden, der Kontrast der vor der Probe vorwärts gestreuten Elektronen analysiert wird und das vergrößerte Sekundärelektronen-Rasterbild der Probe mit einem auf die Zusammensetzung zurückführbaren Kontrast bereitgestellt wird.