DE112015004889B4

DE112015004889B4 - Strahlvorrichtung für geladene Teilchen und Informationsverarbeitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112015004889B4
Application number: DE112015004889.8T
Authority: DE
Inventors: Yoshinobu Kimura; Natsuki Tsuno; Toshihide Agemura; Takeshi Ogashiwa; Junichiro Tomizawa
Original assignee: Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2014-10-28
Filing date: 2015-10-22
Publication date: 2021-03-18
Anticipated expiration: 2035-10-23
Also published as: US10453648B2; WO2016068002A1; JP2016085917A; CN107078011B; DE112015004889T5; US20170345614A1; CN107078011A; JP6289339B2

Abstract

Strahlvorrichtung für geladene Teilchen, umfassend:einen Objekttisch (7), auf dem die Probe (5) angeordnet wird;ein mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitendes optisches System, das die Probe (5) mit einem Strahl geladener Teilchen bestrahlt; undeine Detektionsvorrichtung für geladene Teilchen, die sekundär aus der Probe (5) erzeugte geladene Teilchen erfasst,wobei die Detektionsvorrichtung für geladene Teilchen Folgendes umfasst:eine photoelektrische Umwandlungseinheit (101, 102, 103, 104), die die geladenen Teilchen aus der Probe (5) in Photonen umwandelt und die Photonen in ein analoges elektrisches Signal umwandelt,eine Analog-Digital-Wandlereinheit (105), die das analoge elektrische Signal in ein digitales Signal umwandelt, undeine arithmetische Einheit (106, 107, 108), die das digitale Signal zählt, unddie arithmetische Einheit ein Signal pro Zeiteinheit in dem digitalen Signal durch die Verwendung eines Einheitsspitzenwertes in Bezug auf ein Ereignis, das erzeugt wird, wenn die Probe (5) mit einem geladenen Teilchen bestrahlt wird, mehrfach wertet und das mehrwertige Signal als mehrstufigen Zählwert ausgibt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strahlvorrichtung für geladene Teilchen und eine Informationsverarbeitungsvorrichtung zur Verarbeitung erfasster Informationen über geladene Teilchen.
Bisheriger Stand der Technik
Eine Strahlvorrichtung für geladene Teilchen, wie beispielsweise ein Rasterelektronenmikroskop (im Folgenden abgekürzt als SEM (Scanning Electron Microscope)) oder ein lonenmikroskop, erfasst Elektronen, die von einer Probe emittiert werden, wenn sie mit einem geladenen Teilchenstrahl, wie beispielsweise einem Elektronenstrahl oder einem lonenstrahl, bestrahlt wird.
Das Rasterelektronenmikroskop zum Abtasten eines Elektronenstrahls auf einer Probe zur Erfassung eines Bildes wird insbesondere für eine Probenanalyse verwendet, wie beispielsweise eine Betrachtung einer feinen Oberflächenform oder eine lokale Zusammensetzungsanalyse. In dem SEM wird ein Elektronenstrahl (im Folgenden Primärelektronen genannt), der durch eine auf eine Elektronenquelle angelegte Spannung beschleunigt wird, von einer Elektronenlinse fokussiert und die Probe wird mit dem Elektronenstrahl bestrahlt. Der fokussierte Elektronenstrahl wird von einer Ablenkeinrichtung über die Probe abgetastet. Die durch Bestrahlung mit Elektronenstrahlen emittierten Elektronen (Sekundärelektronen, reflektierte Elektronen) von der Probe werden von einem Detektor erfasst. Ferner wird ein von dem Detektor erfasstes Detektionssignal der emittierten Elektronen in einem festen Takt abgetastet. Das Abtasten der Signale der emittierten Elektronen wird synchron zu einem Abtastsignal implementiert, um ein extrahiertes Signal zu erhalten, das jedem Pixel eines zweidimensionalen Bildes entspricht.
Eine Intensität des extrahierten Signals wird in eine Helligkeit des Bildes umgewandelt. Da eine Emissionsrate (auch Ausbeute genannt), die ein Verhältnis der Menge emittierter Elektronen von der Probe zu der Menge bestrahlter Elektronen ist, je nach der Form einer Probenoberfläche schwankt, ergibt sich eine Abweichung bei dem extrahierten Signal, um einen die Form wiedergebenden Kontrast zu erhalten. Außerdem hängt die Emissionsrate auch von einer Zusammensetzung und einem Oberflächenpotenzial der Probe ab. Daher erscheinen in dem SEM-Bild außer der Form verschiedene Kontraste.
Eine Identifikationsbegrenzung dmin, die einer räumlichen Auflösung eines SEM-Bildes entspricht, weist die folgende Beziehung mit einem Strahldurchmesser (Durchmesser) d_p eines Primärelektronenstrahls auf.
[Bsp. 1] $d_{min} = k \cdot d_{p}$
wobei
[Bsp. 2] $k = \sqrt{- ln (1 - \frac{C N R}{2 \sqrt{N_{p} \cdot α} \cdot (\sqrt{σ_{p}} - \sqrt{σ_{s}})})}$
In diesem Beispiel ist CNR (Contrast-to-Noise Ratio) ein Kontrast-zu-RauschVerhältnis und muss empirisch 3 zu 5 betragen. N ist die Strahlungsmenge (Dosis) von Primärelektronen pro Pixel, α ist eine Signalerfassungseffizienz emittierter Elektronen von der Probe zu dem Detektor, σ_p ist eine Emissionsrate eines zu messenden Objekts und σ_s ist eine Emissionsrate eines Sockels.
Falls daher eine Dosismenge und eine Emissionsratendifferenz zwischen dem zu messenden Objekt und dem Sockel im Vergleich zu einem Strahldurchmesser des gegebenen Primärelektronenstrahls groß sind, wird k klein und die Identifikationsgrenze wird hoch. Daher ist es bei dem SEM wichtig, die Menge emittierter Elektronen mit hoher Genauigkeit zu messen.
In den letzten Jahren gibt es immer mehr Fälle, in denen Proben, die weiche Materialien, wie beispielsweise organische Materialien oder Biomaterialien, Halbleitervorrichtungen usw. umfassen, von dem SEM betrachtet werden sollen. Die Halbleitervorrichtung umfasst einen elektrisch hohen Widerstand und Isoliermaterial und die Probe wird durch die Bestrahlung mit Elektronenstrahlen geladen. Dies führt zu einem Problem mit Bildfehlern, wie beispielsweise einem Bilddrift während der Betrachtung, und dem Verschwinden eines Formkontrasts. Außerdem wird in dem organischen Material die Probe zusätzlich zur Ladung von der Bestrahlung mit Elektronenstrahlen beschädigt und eine Veränderung der Form der Probe wird problematisch. Daher wurde ein SEM mit geringer Beschleunigung mit einer Beschleunigungsspannung von 1 kV oder weniger eingesetzt. Ferner wird bei vielen Substanzen die Emissionsrate ein Höchstwert, wenn die Strahlungsenergie des Elektronenstrahls zwischen 200 eV und 400 eV beträgt. Falls eine Aberration des Primärelektronenstrahls verringert werden kann und der Strahldurchmesser verkleinert werden kann, verbessert sich somit ebenfalls eine räumliche Auflösung. Wird jedoch ein Betrachtungsbereich bei einer Betrachtung mit hoher Vergrößerung verkleinert, verringert sich die Pixelgröße und die Menge der Elektronen, die pro Pixel bestrahlt werden, erhöht sich. Somit ist es auch bei dem SEM mit geringer Beschleunigung problematisch, dass der Einfluss des Ladens und der Beschädigung durch die Elektronenbestrahlung offensichtlich wird. Somit ist eine Betrachtung mit einer geringeren Energie des Primärelektronenstrahls und einer geringeren Menge an Elektronenbestrahlung erforderlich und eine höchst genaue Detektion emittierter Elektronen wird immer wichtiger.
Bei dem SEM wird zur Detektion der emittierten Elektronen ein Detektor verwendet, der einen Szintillator und eine Photovervielfacherröhre kombiniert. Kollidieren die emittierten Elektronen mit dem Szintillator, werden Photonen erzeugt und die Photonen werden von einem Lichtleiter zu der Photovervielfacherröhre geleitet und als Signalstrom entnommen. Der Signalstrom wird von einem Verstärker in eine Signalspannung umgewandelt. Nimmt ein emittierter Elektronenstrom ab, wird eine Ausgabe von dem Photovervielfacher zu einem diskreten Impuls, was zu einer Verbesserung eines S/N-Verhältnisses (Signal/Rauschverhältnis) und einer Stabilität durch den Zählvorgang führt. Ein Verfahren zur Erfassung eines SEM-Bildes durch das elektronische Zählverfahren wird in der Patentliteratur 1 offenbart. Wenn andererseits eine Vielzahl von Elektronen innerhalb einer Ansprechzeit des Detektors eintreten, können diese Elektronen als ein Stück in dem elektronischen Zählverfahren ermittelt werden. Wenn anders ausgedrückt die Anzahl emittierter Elektronenströme sich erhöht, gibt es Fälle, in denen das Zählverfahren eine zu geringe Zählung verursachen kann. Aus diesem Grund wird in der Offenbarung der Patentliteratur 2, wenn die Elektronen innerhalb der Ansprechzeit des Detektors eintreten, die Detektion durch ein analoges Verfahren durchgeführt.
Patentliteratur 3 zeigt eine Lichtsignal-Detektierschaltung, welche Folgendes umfasst: Verstärkungsmittel zum Verstärken eines Analogdetektionssignals, das einer durch Lichtdetektiermittel detektierten Lichtmenge entspricht, Analog-Digital-Wandlermittel zum Umwandeln des durch die Verstärkungsmittel verstärkten Analogdetektionssignals in ein Digitaldetektionssignal, ein Schwellenwert-Bestimmungsmittel um Folgendes auszuführen: Wiederholen eines Prozesses zum Detektieren eines Pulses anhand des durch die Analog-Digital-Wandlermittel erhaltenen Digitaldetektionssignals und zum Detektieren der Energie des detektierten Pulses, Berechnen einer Auftrittsfrequenz der Pulse jedes Energiewerts und Bestimmen einer Pulsbestimmungsschwelle auf der Grundlage der berechneten Auftrittsfrequenz der Pulse jedes Energiewerts und Schwellenverarbeitungsmittel, um als ein Detektionssignal das Digitaldetektionssignal auszugeben, das die Pulse der Energiewerte aufweist, die nicht kleiner sind als die durch die Schwellenwert-Bestimmungsmittel bestimmte Pulsbestimmungsschwelle.
Patentliteratur 4 zeigt ein Verfahren zum Analysieren des Ausgangssignals eines Siliziumdriftdetektors (SDD). Ein SDD wird zum Erfassen von Röntgenstrahlen verwendet, die von einer Probe infolge von auftreffender Strahlung emittiert werden. Das Signal einer SDD umfasst eine Anzahl von zufällig beabstandeten Schritten, bei denen die Stufenhöhe eine Funktion der Energie des detektierten Röntgenphotons ist. Die Varianz der Schritthöhe ist dabei eine Funktion der Mittelungszeit, die zur Bestimmung des Plateaus zwischen den Schritten verwendet werden kann. Patentliteratur 5 zeigt ein Elektronenstrahlsystem, das Bilder mit rückgestreuten Elektronen mit derselben Helligkeit und demselben Kontrast anzeigen kann, wenn die Atomzahlunterschiede gleich sind, wenn die Beleuchtungsbedingungen einschließlich Beschleunigungsspannung und Emissionsstrom variiert werden oder wenn die Proben mit verschiedenen Instrumenten abgebildet werden.
Entgegenhaltungsliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung JP H03-20947 A
Patentliteratur 2: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung JP 2011 / 175 811 A
Patentliteratur 3: DE 11 2013 002 670 T5
Patentliteratur 4: US 2013/0 277 555 A1
Patentliteratur 5: US 2008 / 0 087 821 A1

Kurzdarstellung der Erfindung
Technische Aufgabe
Gemäß dem Verfahren der Verlagerung auf das elektronische Zählverfahren und dem analogen Verfahren gemäß der Menge emittierter Signale unterscheidet sich ein Verfahren zur Berechnung einer Signalintensität bei jedem des elektronischen Zählverfahrens und des analogen Verfahrens und bei dem analogen Verfahren sind eine Schwankung der Anzahl von Photonen von dem Szintillator und ein Dunkelstromrauschen der Photovervielfacherröhre enthalten. Da die standardmäßig unterschiedlichen extrahierten Signale in dem Bild miteinander gemischt werden, ist es kompliziert, die Signalintensitäten bei dem elektronischen Zählverfahren und dem analogen Verfahren kontinuierlich umzuwandeln und eine Entsprechung zwischen der Menge emittierter Elektronen und dem Pixelhelligkeitssignaleinzurichten.
Bei dem elektronischen Zählverfahren wird ermittelt, ob ein Elektron vorhanden ist oder nicht. Da die Emissionsrate jedoch bei einer Bedingung mit geringer Beschleunigung größer als 1 wird, auch wenn der Primärelektronenstrahl nur gering ist, kann eine Vielzahl von Sekundärelektronenzahlen von einem Primärelektron emittiert werden und die Zeitdifferenz einer Elektronenerzeugung ist gleich groß oder kleiner als eine Picosekunde. Andererseits ist eine Ansprechgeschwindigkeit des Detektors durch eine Nachglühzeit (von etwa einigen Nanosekunden) des Szintillators begrenzt. Aus diesem Grund wird eine Vielzahl emittierter Sekundärelektronen als eine ermittelt, wodurch eine Signalmenge als kleiner gemessen wird. Bei dem elektronischen Zählverfahren gibt es ein Problem, dass ein dynamischer Bereich des Bildes unter einer Niedrigbeschleunigungsbedingung abgesenkt wird, da das Emissionssignal aus einer Frequenz pro Zeiteinheit (beispielsweise Pixeldauer) berechnet wird.
Daher stellt die vorliegende Erfindung eine Strahlvorrichtung für geladene Teilchen und eine Informationsverarbeitungsvorrichtung bereit, die ein hohes S/N-Verhältnis mit einer geringen Menge an Elektronenstrahlung erzielen kann. Problemlösung
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass ein mehrstufiges elektronisches Zählverfahren bei den Detektionsinformationen der geladenen Teilchen (beispielsweise Elektronen), die durch eine Probe verursacht werden, die mit einem Strahl geladener Teilchen bestrahlt wird, durchgeführt werden kann. Die Einzelheiten des mehrstufigen elektronischen Zählverfahrens werden in Ausführungsformen beschrieben. Das mehrstufige elektronische Zählverfahren erfolgt durch Impulshöhendiskriminierung, sodass dadurch eine höchst präzise Signalmenge im Vergleich zu dem herkömmlichen elektronischen Zählverfahren gemessen werden kann.
Um die oben genannten Probleme zu lösen, werden beispielsweise Konfigurationen verwendet, die in den Ansprüchen definiert sind. Die vorliegende Erfindung umfasst eine Vielzahl von Lösungen zur Lösung des oben genannten Problems, und als ein Beispiel derartiger Lösungen wird eine Strahlvorrichtung für geladene Teilchen bereitgestellt, die Folgendes umfasst: einen Objekttisch, auf dem die Probe angeordnet wird; ein mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitendes optisches System, das die Probe mit einem Strahl geladener Teilchen bestrahlt; und eine Vorrichtung zur Detektion geladener Teilchen, das geladene Teilchen erfasst, die sekundär aus der Probe erzeugt werden, wobei die Vorrichtung zur Detektion geladener Teilchen Folgendes umfasst: eine photoelektrische Umwandlungseinheit, die die geladenen Teilchen aus der Probe in Photonen umwandelt und die Photonen in ein analoges elektrisches Signal umwandelt, eine Analog-Digital-Wandlereinheit, die das analoge elektrische Signal in ein digitales Signal umwandelt, und eine arithmetische Einheit, die das digitale Signal zählt. Die Recheneinheit vergibt wertet ein Signal pro Zeiteinheit in dem digitalen Signal durch die Verwendung eines Einheitsspitzenwerts in Bezug auf ein Ereignis, das erzeugt wird, wenn die Probe mit einem geladenen Teilchen bestrahlt wird, mehrfach und gibt das mehrwertige Signal als mehrstufigen Zählwert aus.
Ebenso wird gemäß einem weiteren Beispiel eine Informationsverarbeitungsvorrichtung bereitgestellt, die Folgendes umfasst: eine Eingabeeinheit, die Detektionsinformationen eingibt, die durch die Detektion der geladenen Teilchen, die durch die mit dem Strahl geladener Teilchen bestrahlte Probe verursacht werden, als Stromwert oder Spannungswert erhalten werden; und eine Bestimmungseinheit, die eine erste Bestimmung der Unterteilung der Detektionsinformationen in einen ersten Zustand, einen zweiten Zustand und einen dritten Zustand auf Basis beliebiger erster und zweiter Schwellenwerte, die von einem Stromwert oder einem Spannungswert ermittelt werden, vornimmt. Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung lässt sich ein hohes S/N-Verhältnis mit einer geringen Menge von Elektronenstrahlung erzielen.
Weitere Merkmale im Hinblick auf die vorliegende Erfindung werden aus einer Beschreibung der vorliegenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Außerdem werden die Probleme, Konfigurationen und andere vorteilhafte Wirkungen als die oben genannten durch die Beschreibung der folgenden Ausführungsformen verdeutlicht.
Figurenliste

1 ist ein Konfigurationsdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels einer Detektionsvorrichtung für geladene Teilchen gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines mehrstufigen elektronischen Zählverfahrens gemäß der ersten Ausführungsform.
3 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung von Informationen, die in einem elektronischen Zähler gemäß der ersten Ausführungsform verarbeitet wurden, sowie von Informationen, die von einer arithmetischen Verarbeitungseinheit verarbeitet wurden.
4 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels einer GUI.
5 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines flachen Bereichs und eines Kantenbereichs als Beispiel für ein Messergebnis.
6 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Signals des flachen Bereichs als Beispiel für das Messergebnis.
7 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Signals des Kantenbereichs als Beispiel für das Messergebnis.
8 ist ein Konfigurationsdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels einer Strahlvorrichtung für geladene Teilchen gemäß einer zweiten Ausführungsform.
9 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels einer GUI in einer Anzeigeeinheit für das Messergebnis.
10 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines weiteren Beispiels der GUI in der Anzeigeeinheit für das Messergebnis.
11 ist ein Konfigurationsdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels einer Strahlvorrichtung für geladene Teilchen gemäß einer vierten Ausführungsform.

Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die beigefügten Zeichnungen veranschaulichen spezifische Ausführungsformen gemäß einem Grundsatz der vorliegenden Erfindung, aber die Zeichnungen dienen dem Verständnis der vorliegenden Erfindung und sollen nicht verwendet werden, um die vorliegende Erfindung einschränkend auszulegen. Gemeinsamen Konfigurationen in den jeweiligen Zeichnungen sind gleiche Bezugszeichen zugeordnet.
Die unten beschriebenen Ausführungsformen betreffen eine Technik einer Detektionsvorrichtung für geladene Teilchen zur Detektion geladener Teilchen und eine Strahlvorrichtung für geladene Teilchen zur Betrachtung einer Probe durch Verwendung eines Strahls geladener Teilchen und insbesondere ein Verfahren zur Detektion emittierter Elektronen und eine Signalverarbeitungstechnik in diesen Vorrichtungen.
Erste Ausführungsform
1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm einer Detektionsvorrichtung für geladene Teilchen gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Detektionsvorrichtung für geladene Teilchen ist eine Vorrichtung zur Detektion geladener Teilchen, die sekundär aus einer Probe erzeugt werden, wenn die Probe mit primären geladenen Teilchen bestrahlt wird. Die Detektionsvorrichtung für geladene Teilchen umfasst einen Szintillator 101, einen Lichtleiter 102, eine Photovervielfacherröhre 103, einen analogen Verstärker 104, einen Analog-Digital-Wandler (AD-Wandler) 105, eine Wellenhöhendiskriminierungseinheit 106, einen elektronischen Zähler 107 und eine arithmetische Verarbeitungseinheit 108.
Der Szintillator 101 wandelt geladene Teilchen (beispielsweise Elektronen) in Photonen um und der Lichtleiter 102 lenkt die Photonen von dem Szintillator 101 zu der Photovervielfacherröhre 103. Die Photovervielfacherröhre 103 multipliziert die Photonen intern, wandelt die multiplizierten Photonen in ein elektrisches Signal um und gibt das umgewandelte elektrische Signal als Ausgabestrom an den analogen Verstärker 104 aus. Der analoge Verstärker (Strom-Spannung-Umwandlungsverstärker) 104 ist eine Verstärkungseinheit, die ein Stromsignal der Photovervielfacherröhre 103 in ein Spannungssignal umwandelt. In der folgenden Beschreibung können die Komponenten des Szintillators 101, des Lichtleiters 102, der Photovervielfacherröhre 103 und des analogen Verstärkers 104 insgesamt als photoelektrische Umwandlungseinheit bezeichnet werden. Der Analog-Digital-Wandler 105 wandelt ein analoges Signal von einem analogen Verstärker 104 in ein digitales Signal um.
Die Wellenhöhendiskriminierungseinheit 106 gibt einen Diskriminierungswert (im Folgenden als Einheitsspitzenwert bezeichnet) mit Bezug auf die digitale Signalausgabe von dem Analog-Digital-Wandler 105 aus. Der elektronische Zähler 107 gibt eine Frequenz des Einheitsspitzenwerts pro Zeiteinheit (im Folgenden als mehrstufiger Zählwert bezeichnet) in dem digitalen Signal unter Verwendung des Einheitsspitzenwertes, der von der Wellenhöhendiskriminierungseinheit 106 ausgegeben wird, aus. Die arithmetische Verarbeitungseinheit 108 führt ein vorgegebenes arithmetisches Verfahren bei dem mehrstufigen Zählwert durch, der von dem elektronischen Zähler 107 ausgegeben wird. In der folgenden Beschreibung können die Komponenten der Wellenhöhendiskriminierungseinheit 106, des elektronischen Zählers 107 und der arithmetischen Verarbeitungseinheit 108 insgesamt als arithmetische Einheit bezeichnet werden.
In der vorliegenden Ausführungsform erfolgt eine Beschreibung, bei der als Beispiel die Messung eines Stroms dient, der von der Probe emittiert wird, die mit einem Primärelektronenstrahl bestrahlt wird, der einen Strom von 5 pA aufweist. Auch wenn die einfallende Energie der Probe der Primärelektronen beliebig sein kann, beträgt sie vorzugsweise zwischen 200 eV und 400 eV, was eine Emissionsrate aller emittierten Elektronen (Summe aus Sekundärelektronen und reflektierten Elektronen) maximiert.
Außerdem wird in diesem Beispiel die Detektion emittierter Elektronen, wenn ein Primärelektron in diese Probe eindringt, ein Ereignis genannt. Anders gesagt kann ein Ereignis vier Prozesse aufweisen, wenn (1) nur die reflektierten Elektronen erfasst werden, (2) nur Sekundärelektronen erfasst werden, (3) reflektierte Elektronen und Sekundärelektronen erfasst werden und (4) weder die Sekundärelektronen noch die reflektierten Elektronen erfasst werden.
Es wird davon ausgegangen, dass Elektronen nicht gebündelt sind, weil die Elektronen Fermi-Teilchen sind. Eine Elektronenemission aus einer Elektronenquelle ist ein Poisson-Prozess und Elektronenabstände sind nicht konstant. Es wird davon ausgegangen, dass der Abstand eines Ereignisses Δti beträgt. Wird davon ausgegangen, dass ein durchschnittlicher Elektronenabstand τ beträgt, wird der Abstand durch den folgenden Ausdruck ausgedrückt.

[Bsp. 3] $τ = {lim}_{N \to \infty} \frac{\sum_{i = 1}^{N} Δ L_{i}}{N - 1} = \frac{e}{l_{p}}$
In diesem Beispiel gilt e = 1,6 × 10^-19 Coulomb. Somit wird mit einem Strahlungsstrom von 5 pA der folgende Ausdruck erfüllt.
[Bsp. 4] $τ = \frac{1.6 \times 10^{- 19}}{5 \times 10^{- 12}} = 32 \times 10^{- 9} = 32 ns$
Es wird davon ausgegangen, dass eine Schwankung bei den Elektronenabständen eines Emissionsstroms etwa die gleiche ist wie die Schwankung bei den Elektronenabständen des Strahlungsstroms, und die Schwankung des Elektronenabstands wird in Zeitabständen von 1/10 von t gemessen. Eine Ansprechgeschwindigkeit des in der vorliegenden Ausführungsform verwendeten Szintillators 101 beträgt 3 ns oder weniger. Außerdem beträgt eine Anstiegszeit des Photovervielfachers 103 0,6 ns, eine Elektronenlaufzeit beträgt 3 ns und eine Fluktuation der Elektronenlaufzeit beträgt 0,2 ns. Ein Band eines analogen Verstärkers (Strom-Spannung-Umwandlungsverstärker) 104 kann bei mindestens 313 MHz liegen, und 350 MHz (Verstärkung beträgt 60 db) wird verwendet.
2 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines mehrstufigen elektronischen Zählvorgangs gemäß der vorliegenden Ausführungsform, das ein analoges Impulswellenformsignal, ein digitales Signal nach digitaler Umwandlung und ein digitales Signal zur Veranschaulichung eines Zählvorgangs durch Wellenhöhendiskriminierung veranschaulicht. Gemäß der Konfiguration des Szintillators 101, des Lichtleiters 102, der Photovervielfacherröhre 103 und des analogen Verstärkers 104 kann eine Ausgabe des Strom-Spannungsverstärkers des Emissionsstroms (anders gesagt, das Signal, das in dem analogen Verstärker 104 verarbeitet wurde) als isoliertes analoges Impuls-Wellenformsignal für ein Ereignis gemessen werden.
Als nächstes wandelt der Analog-Digital-Wandler 105 ein analoges Impuls-Wellenformsignal von dem analogen Verstärker 104 in ein digitales Signal um. Demzufolge werden eine Schwankung bei der Anzahl der Photonen von dem Szintillator 101 und Dunkelstromrauschen in der Photovervielfacherröhre 103 beseitigt. In 2 bezeichnet das Bezugszeichen 111 ein digitales Signal, das einer Umwandlungsverarbeitung durch den Analog-Digital-Wandler 105 unterzogen wurde, und die Symbole a bis g in dem digitalen Signal 111 bezeichnen Abstände von 32 Nanosekunden, wie oben beschrieben. In diesem Beispiel kann der Analog-Digitalwandler 105 eine Auflösung von 6 Bits und eine Umwandlungsrate von 700 Msps (sps: Abtastungen pro Sekunden) aufweisen, und in der vorliegenden Ausführungsform wird 1 Gsps verwendet.
Unter dem oben genannten Gesichtspunkt ist es bei der Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform, wenn davon ausgegangen wird, dass der Strom des Elektronenstrahls (Strahl geladener Teilchen) I ist und eine Elementarladung e ist, wünschenswert, dass ein Frequenzband f des analogen Verstärkers 104 10×l_p/e ist und eine Abtastfrequenz f₂ des Analog-Digitalwandlers 105 2×f₁ oder mehr ist.
Als nächstes gibt die Wellenhöhendiskriminierungseinheit 106 einen Wert (Einheitswellenhöhenwert) für die Diskriminierung mit Bezug auf das digitale Signal eines Ereignisses aus, das von dem Analog-Digital-Wandler 105 ausgegeben wird. In diesem Beispiel haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung aus der Wellenhöhenmessung herausgefunden, dass die Wellenhöhe diskret ist und die Einheitshöhe einem Elektron entspricht. In der vorliegenden Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass die Einheitswellenhöhe 0,15 V beträgt und, wie später beschrieben, eine obere Grenze der Anzahl emittierter Elektronen 15 beträgt. Somit beträgt ein Quantifizierungsfehler ΔV der Auflösung von 6 Bits 2,25 (= 0,15 × 15)/64 = 0,035 V, was für die Diskriminierung der Einheitswellenhöhe ausreichend ist. In 2 ist das Bezugszeichen 112 ein Diagramm des digitalen Signals, das von dem Analog-Digital-Wandler 105 ausgegeben wird, mit einer Breite (Breite 0,15 V) des durch gestrichelte Linien angezeigten Einheitsspitzenwerts. Auch wenn der Wert der Einheitswellenhöhe beispielhaft als 0,15 V beschrieben wird, ist der Wert der Einheitswellenhöhe nicht auf diesen Wert beschränkt und kann entsprechend einer Leistung des analogen Verstärkers 104 und dergleichen festgelegt werden.
Die Wellenhöhendiskriminierungseinheit 106 gibt den Einheitsspitzenwert für ein Ereignis aus und der elektronische Zähler 107 berechnet eine Frequenz des Werts der Einheitswellenhöhe für das Signal pro Zeiteinheit in dem digitalen Signal unter Verwendung des Einheitsspitzenwerts, der von der Wellenhöhendiskriminierungseinheit 106 ausgegeben wird, und gibt die Frequenz als mehrstufigen Zählwert aus. Mit Bezug auf ein Beispiel des digitalen Signals 112 in 2 gibt der elektronische Zähler 107 beispielsweise eine Frequenz „0“ für a, eine Frequenz „1“ für b aus und gibt eine Frequenz „2“ für c oder dergleichen aus und führt dadurch den mehrstufigen Zählvorgang durch.
3 veranschaulicht Informationen, die dem Zählvorgang von dem elektronischen Zähler 107 unterzogen wurden, sowie Informationen, die der arithmetischen Verarbeitung von der arithmetischen Verarbeitungseinheit 108 unterzogen wurden. Das Bezugszeichen 113 3 bezeichnet Informationen über den mehrstufigen Zählwert, der dem Zählvorgang durch den elektronischen Zähler 107 unterzogen wurde. Die Symbole a bis g des Signals 113 in 3 entsprechen den Symbolen a bis g des Signals 112 in 2. Wird die Frequenz für jeden Impuls des digitalen Signals und 112 in 2 für jede gestrichelte Linie berechnet, wird die Frequenz ein mehrstufiger Zählwert in dem Signal 113 aus 3.
Die Daten des mehrstufigen Zählwerts, der von dem elektronischen Zähler 107 ausgegeben wird, wird von einer arithmetischen Verarbeitungseinheit (arithmetischen Verarbeitungsschaltung) 108, die von einem FPGA (Field Programmable Gate Array) konfiguriert wird, verarbeitet. Auch wenn die arithmetische Verarbeitungseinheit 108 später ausführlich beschrieben wird, diskriminiert sie Daten von mehrstufigen Zählwerten des Signals 113 unter Verwendung eines vorgegebenen Schwellenwerts. Die Bezugszeichen 114 und 115 in 3 bezeichnen Ergebnisse, die unter Verwendung von Schwellenwerten diskriminiert werden. Das Bezugszeichen 114 bezeichnet Daten des mehrstufigen Zählwerts, der durch Extraktion nur der Werte 2 oder mehr in dem Signal 113 erhalten wird. Andererseits bezeichnet das Bezugszeichen 115 Daten des mehrstufigen Zählwerts, der durch Extraktion nur des Werts 0 oder 1 in dem Signal 113 erhalten wird.
Es ist anzumerken, dass die arithmetische Verarbeitungseinheit 108 eine andere arithmetische Verarbeitung der Daten des mehrstufigen Zählwerts, der von dem elektronischen Zähler 107 ausgegeben wird, durchführen kann. Der elektronische Zähler 107 kann beispielsweise eine Integration der elektronische Zähler 107 kann beispielsweise eine Integrationsverarbeitung oder eine statistische Verarbeitung ausführen, wie zum Beispiel einen Durchschnitt oder eine Streuung (oder Standardabweichung) der Daten des mehrstufigen Zählwerts, der von dem elektronischen Zähler 107 ausgegeben wird, und das Ergebnis als Detektionssignal ausgeben.
4 veranschaulicht ein Beispiel einer GUI (grafische Benutzerschnittstelle) für eine zählende Messung. Die GUI 20, die an einer Betriebsschnittstelle 17 angezeigt wird, umfasst eine Eingabeeinheit für Messbedingungen 21 und eine Anzeigeeinheit für Messergebnisse 26.
Die Eingabeeinheit für Messbedingungen 21 umfasst eine Einheit zur Einstellung der Beschleunigungsspannung 22, eine Einheit zur Einstellung eines Primärelektronenstroms 23, eine Einheit zur Einstellung der angelegten Spannung des Probenhalters 24 und eine Einheit zur Einstellung der Messzeit 25. Ein Benutzer kann verschiedene Einstellungsparameter in die Eingabeeinheit für Messbedingungen eingeben.
Die Anzeigeeinheit für Messergebnisse 26 umfasst eine Einheit zur Anzeige von durch Zeitreihen gegebene Messdaten 27 für emittierte Elektronen, eine erste Einheit zur Anzeige von statistischen Verarbeitungsergebnissen 28 und eine zweite Einheit zur Anzeige von statistischen Bearbeitungsergebnissen 29. Auf der Anzeige der durch Zeitreihen gegebenen Messdaten können beispielsweise (1) ein analoges Signal, (2) ein digitales Signal, das einer AD-Umwandlung unterzogen wird, (3) Daten des mehrstufigen Zählwerts, der von dem elektronischen Zähler 107 ausgegeben wird, und dergleichen mit der Abszissenachse als Zeit angezeigt werden. In einem Beispiel aus 4 werden die Daten des mehrstufigen Zählwerts, der von dem elektronischen Zähler 107 ausgegeben wird, auf der Einheit zur Anzeige der durch Zeitreihen gegebenen Messdaten 27 mit der horizontalen Achse als Zeit angezeigt.
Ein Histogramm der Frequenz emittierter Elektronen wird in dem ersten Bereich der Anzeige statistischer Verarbeitungsergebnisse 28 angezeigt. Verschiedene Daten, wie beispielsweise Durchschnitt und Streuung, werden in dem zweiten Bereich der Anzeige statistischer Verarbeitungsergebnisse 29 angezeigt. Auf diese Weise können die Daten des mehrstufigen Zählwerts, der von dem elektronischen Zähler 107 ausgegeben wird, und das Ergebnis der statistischen Verarbeitung nebeneinander angezeigt werden.
Ein Beispiel des Messergebnisses wird mit Bezug auf 5, 6 und 7 beschrieben. 5 veranschaulicht das Ergebnis der Messung der Probe, in der zylindrische Löcher (Löcher) ausgestaltet sind. In diesem Beispiel werden Kantenbereiche 130 der Löcher und ein flacher Bereich 120 mit Primärelektronen bestrahlt und die emittierten Elektronen wurden gemessen.
6 veranschaulicht ein Ergebnis einer Messung der emittierten Elektronen durch Bestrahlung des flachen Bereichs 120 aus 5 mit den Primärelektronen. Das Bezugszeichen 121 bezeichnet ein erfasstes analoges Signal (anders gesagt, das analoge Signal, das der Verarbeitung in dem analogen Verstärker 104 unterzogen wurde) mit der Abszissenachse als Zeit. Das Bezugszeichen 122 bezeichnet ein Ergebnis der Umwandlung des analogen Signals von 121 in ein digitales Signal und die Ausführung eines herkömmlichen binären Zählvorgangs. Das Bezugszeichen 123 bezeichnet ein Ergebnis der Umwandlung des analogen Signals von 121 in ein digitales Signal und die Ausführung des mehrstufigen Zählvorgangs der vorliegenden Ausführungsform.
Wie in 6 veranschaulicht, wird ein integrierter Wert des Ergebnisses 122 des herkömmlichen binären Zählvorgangs durch das Bezugszeichen 207 angegeben, und ein integrierter Wert des Ergebnisses 123 des mehrstufigen Zählvorganges in der vorliegenden Ausführungsform wird durch das Bezugszeichen 290 angegeben. Somit ist eine Signalmenge in dem mehrstufigen Zählvorgang etwa 40 % höher als im herkömmlichen binären Zählvorgang.
7 veranschaulicht ein Ergebnis einer Messung der emittierten Elektronen durch Bestrahlung der Kantenbereiche 130 aus 5 mit den Primärelektronen. Das Bezugszeichen 131 bezeichnet ein erfasstes analoges Signal (anders gesagt, das analoge Signal, das der Verarbeitung in dem analogen Verstärker 104 unterzogen wurde) mit der Abszissenachse als Zeit. Das Bezugszeichen 132 bezeichnet ein Ergebnis der Umwandlung des analogen Signals von 131 in ein digitales Signal und die Ausführung des herkömmlichen binären Zählvorgangs. Das Bezugszeichen 133 bezeichnet ein Ergebnis der Umwandlung des analogen Signals von 131 in ein digitales Signal und die Ausführung des mehrstufigen Zählvorgangs der vorliegenden Ausführungsform. Außerdem ist eine Signalmenge in dem mehrstufigen Zählvorgang der Kantenbereiche in 7 etwa 60% höher als im herkömmlichen binären Zählvorgang.
In den Ergebnissen 123 und 133 des mehrstufigen Zählvorgangs beträgt ein Höchstwert des Ereignisses etwa 4 bis 5. Bei einem Vergleich des Ergebnisses 123 des mehrstufigen Zählvorgangs in dem flachen Bereich aus 6 mit dem Ergebnis 133 des mehrstufigen Zählvorgangs in den Kantenbereichen aus 7 steigt die Frequenz von zwei oder mehr Elektronen in einem Ereignis.
Im herkömmlichen binären Zählvorgang beträgt der integrierte Wert des flachen Bereichs „207“, während der integrierte Wert der Kantenbereiche „460“ beträgt. Andererseits beträgt im herkömmlichen binären Zählvorgang der vorliegenden Ausführungsform der integrierte Wert des flachen Bereichs „290“, während der integrierte Wert der Kantenbereiche „748“ beträgt. Somit wird durch die Ausführung des mehrstufigen Zählvorgangs ein Kontrast der Kantenbereiche gegenüber dem flachen Bereich um etwa 18 % verbessert.
Als Referenz beträgt ein experimenteller Wert des Gradienteneffekts der Sekundärelektronenemission maximal fünfmal oder weniger im Vergleich mit dem flachen Fall, und unter der Annahme, dass die Emissionsrate im Fall von Flachheit maximal 3 beträgt, beträgt ein oberer Schwellenwert der Ausgabespannung schätzungsweise 0,15x15 = 2,25 V. Durch die Einstellung des oberen Schwellenwerts kann ein Rauschen, wenn kosmische Strahlen, wie beispielsweise Muonen, in den Detektor eindringen, entfernt werden.
Gleichzeitig kann der elektronische Zähler 107 sowohl den mehrstufigen Zählvorgang als auch den herkömmlichen binären Zählvorgang ausführen. In diesem Fall kann der elektronische Zähler 107 das Ergebnis des mehrstufigen Zählvorgangs (123 in 6 oder 133 in 7) und das Ergebnis des binären Zählvorgangs (122 in 6 und 132 in 7) ausgeben. Die arithmetische Verarbeitungseinheit 108 kann das Ergebnis des mehrstufigen Zählvorgangs (beispielsweise integrierter Wert) mit dem Ergebnis des binären Zählvorgangs (beispielsweise integrierter Wert) vergleichen und die Betriebsschnittstelle 17 von dem Ergebnis des Vergleichs im Falle einer großen Abweichung in Kenntnis setzen (wenn eine Differenz integrierter Werte einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet).
Wie oben beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Zählung mit hoher Genauigkeit erfolgen, auch wenn eine Vielzahl geladener Teilchen in einem Ereignis vorhanden sein können. Folglich werden im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren sowohl die Signalmenge als auch der Kontrast verbessert.
Außerdem können gemäß der vorliegenden Ausführungsform die emittierten Elektronen mit hoher Genauigkeit erfasst werden, Signalfehler und unnötige Signaldetektion können unterbunden und Erfassungsabtastung und Erfassungspegel können gesteuert werden.
Ferner können gemäß der vorliegenden Ausführungsform bei dem Verfahren der Messung des Strahls geladener Teilchen die Signale mit größerer Genauigkeit erfasst werden, während der Einfluss von Rauschen, das bei einem winzigen Erfassungssignal zu einem Problem wird, verringert wird.
Auch wenn die vorliegende Ausführungsform als Beispiel für eine Vorrichtung zur Detektion geladener Teilchen beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann als eine Informationsverarbeitungsvorrichtung zur Verarbeitung von Detektionsinformationen, die durch die Erfassung geladener Teilchen erhalten werden, welche durch eine mit einem Strahl geladener Teilchen bestrahlte Probe verursacht werden, implementiert werden. Die Informationsverarbeitungsvorrichtung umfasst eine Eingabeeinheit, die die Detektionsinformationen bei Erfassung der geladenen Teilchen, die durch die mit dem Strahl geladener Teilchen bestrahlte Probe verursacht werden, eingibt. In diesem Beispiel können die Detektionsinformationen ein Stromwert oder ein Spannungswert sein, der bei Erfassung der zu erfassenden geladenen Teilchen erhalten wird.
Die Informationsverarbeitungsvorrichtung umfasst eine Bestimmungseinheit, die eine erste Bestimmung der Unterteilung der Detektionsinformationen in einen ersten Zustand, einen zweiten Zustand und einen dritten Zustand auf Basis beliebiger erster und zweiter Schwellenwerte vornimmt, die von einem Stromwert oder einem Spannungswert ermittelt werden. Die Bestimmungseinheit führt eine Verarbeitung entsprechend der Einheit der Impulshöhendiskriminierung 106, dem elektronischen Zähler 107 und der arithmetischen Verarbeitungseinheit 108 aus. Der erste Schwellenwert und der zweite Schwellenwert können Schwellenwerte sein, die die Detektionsinformationen in die drei oben genannten Zustände diskriminieren können. Der zweite Schwellenwert ist beispielsweise größer als der erste Schwellenwert.
Als ein Beispiel des Ergebnisses der Bestimmung auf Basis des ersten Schwellenwerts und des zweiten Schwellenwerts ist der erste Zustand ein Zustand, in dem die geladenen Teilchen nicht erfasst werden, der zweite Zustand ist ein Zustand, in dem ein geladenes Teilchen erfasst wird und der dritte Zustand ist ein Zustand, in dem zwei oder mehr geladene Teilchen erfasst werden. In diesem Fall ist der erste Schwellenwert ein Wert, der einem geladenen Teilchen entspricht und der zweite Schwellenwert ist ein beliebiger Wert, der zwei oder mehr geladenen Teilchen entspricht.
Die Bestimmungseinheit kann eine zweite Bestimmung zur Unterteilung der Detektionsinformationen in den ersten Zustand und den zweiten Zustand auf Basis des ersten Schwellenwerts durchführen. Die Informationsverarbeitungseinheit kann eine GUI zur Anzeige des gemessenen Bildes der Probe anhand der ersten Bestimmung und des gemessenen Bildes der Probe anhand der zweiten Bestimmung aufweisen. Somit kann die Bestimmungseinheit eine Vielzahl von Bestimmungsvorgängen durch eine Vielzahl von Schwellenwerten ausführen und die jeweiligen gemessenen Bilder der Probe in der Vielzahl von Zuständen anzeigen, die durch die Vielzahl von Bestimmungsvorgängen an der GUI erhalten werden.
Es ist anzumerken, dass der erste Schwellenwert und der zweite Schwellenwert gemäß der Art (Sekundärelektronen, reflektierte Elektronen, Streuelektronen, usw.) der zu erfassenden geladenen Teilchen bestimmt werden können. Die Bestimmung ist vorzuziehen, wenn die Energie der entladenen geladenen Teilchen sich je nach der Art der geladenen Teilchen unterscheidet. Der erste Schwellenwert und der zweite Schwellenwert können gemäß der Art der Probe bestimmt werden. Falls die Probe beispielsweise ein Wafer ist, können der erste Schwellenwert und der zweite Schwellenwert nach dem Material des Wafers bestimmt werden.
Zweite Ausführungsform
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, bei dem eine Vorrichtung zur Detektion geladener Teilchen auf eine Strahlvorrichtung für geladene Teilchen angewendet wird. Die Strahlvorrichtung für geladene Teilchen tastet eine Oberfläche einer Probe mit einem Primärstrahl geladener Teilchen (beispielsweise Elektronen) ab und erfasst geladene Teilchen, die sekundär aus der Probe erzeugt werden, und erhält, analysiert und verarbeitet daraus das betrachtete Bild der Probe. Ein typisches Beispiel der Strahlvorrichtung für geladene Teilchen ist ein Rasterelektronenmikroskop (SEM). Ein Beispiel, in dem die vorliegende Erfindung auf ein Rasterelektronenmikroskop (SEM) angewendet wird, wird unten beschrieben. Die vorliegende Erfindung kam ebenfalls auf eine andere Strahlvorrichtung für geladene Teilchen angewendet werden (Rastertransmissionselektronenmikroskop, Helium-Ionenmikroskop und so weiter). Anders gesagt ist die vorliegende Erfindung auf alle Strahlvorrichtungen für geladene Teilchen anwendbar.
Im Folgenden werden ein Verfahren zur Messung emittierter Elektronen und ein Verfahren zum Erfassen eines Bildes in dem Rasterelektronenmikroskop (SEM) beschrieben. 8 veranschaulicht ein Konfigurationsbeispiel eines Rasterelektronenmikroskops gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Das Rasterelektronenmikroskop umfasst ein elektronen-optisches System, ein mechanisches Objekttischsystem, ein SEM-Steuersystem und ein SEM-Betriebssystem.
Das elektronenoptische System umfasst eine Elektronenkanone 1, eine Ablenkeinrichtung 2, eine Objektivlinse 3 und Vorrichtungen zur Detektion geladener Teilchen (101, 102, 103, 104, 105, 106, 107 und 108), die in 1 veranschaulicht sind. Übrigens kann das elektronenoptische System des Rasterelektronenmikroskops neben dem oben Genannten andere Linsen, Elektroden und Detektoren umfassen oder kann sich teilweise von dem oben Genannten unterscheiden und die Konfiguration des optischen Elektronenstrahlsystems ist auf diese Konfiguration beschränkt.
Das System des Objekttischmechanismus umfasst einen Probenhalter 6 zur Installation einer Probe 5 und einen Objekttisch 7, der in Richtung der X-, Y- und Z-Achse schwenksteuerbar und beweglich ist.
Das SEM-Steuersystem umfasst eine Beschleunigungsspannungs-Steuereinheit 8, die eine Beschleunigungsspannung der Elektronenkanone 1 steuert, eine Stromsteuereinheit 9, die einen Strom von Primärelektronen steuert, eine Ablenkabtastsignal-Steuereinheit 10, die die Ablenkeinrichtung 2 steuert, eine Objektivlinsen-Spulensteuereinheit 11, die die Objektivlinse 3 steuert und eine Objekttischsteuereinheit 12, die eine Bremsspannung an den Objekttisch 7 anlegen kann.
Das SEM-Betriebssystem umfasst eine Anzeigeeinheit für Messergebnisse 18 und eine Betriebsschnittstelle 17. Die Anzeigeeinheit für Messergebnisse 18 umfasst eine Anzeige, die ein Bild anzeigt, das durch die Messung in den Detektionsvorrichtungen für geladene Teilchen (101, 102, 103, 104, 105, 106, 107 und 108) und so weiter erzeugt wird. Die Betriebsschnittstelle 17 ist eine Schnittstelle, die die verschiedenen Steuereinheiten (8, 9, 10, 11, 12), die arithmetische Verarbeitungseinheit 108 und eine Anzeigeeinheit der Messergebnisse 18 steuert. Bedingungen für die Betrachtung können unter Verwendung der Betriebsschnittstelle 17 eingestellt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform werden, um den emittierten Elektronenstrom mit hoher Genauigkeit zu messen, eine Vielzahl von Triggersignalen von der Betriebsschnittstelle 17 als Zeitreferenz erzeugt und eine Ablenkungssteuerung eines Elektronenstrahls und ein Detektionssteuersystem werden miteinander synchronisiert, um dadurch ein SEM-Bild mit hohem CNR zu erhalten.
In der vorliegenden Ausführungsform steuert die Ablenkungsabtastsignal-Steuereinheit 10 in einem Abtastpuls des Primärelektronenstrahls in dem SEM eine Polarisationsabtastung in X-Richtung, sodass eine Zeit (Pixelzeit), während der die Primärelektronen in einem Pixel verbleiben, 100 ns beträgt. Die Strahlungsenergie der Primärelektronen ist nicht besonders begrenzt, aber beträgt vorzugsweise 200 eV bis 400 eV mit einer maximalen Emissionsrate von 300 eV im vorliegenden Beispiel.
Ein Strom der Primärelektronen wird, wie in der ersten Ausführungsform, auf 5 pA festgelegt. Eine Photonenmenge des Szintillators 101 hängt von der Anzahl der auftreffenden Elektronen und der Energie ab In diesem Beispiel beträgt die emittierte Elektronenenergie 10 kV plus Sekundärelektronenenergie (10 kV + 0,05 kV) im Falle von Sekundärelektronen (Energie < 50 eV), da eine Spannung von 10 kV an den Szintillator 101 (nicht dargestellt) angelegt wird. Außerdem beträgt die emittierte Elektronenenergie im Fall von Rückstreuelektronen 10 kV plus auftreffender Elektronenenergie (10 kV + 0,3 kV). Somit kann die Photonenmenge von dem Szintillator 101 nur eine Differenz von etwa 10 % bis 20 % erreichen. Anders gesagt spiegelt die Menge der von dem Szintillator 101 erzeugten Photonen hauptsächlich die Anzahl der Elektronen wieder.
Wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, beträgt eine durchschnittliche Zeitdauer eines Ereignisses 32 ns, und innerhalb einer Pixelzeit treten 3 bis 4 Ereignisse auf. Die Detektionsvorrichtung für geladene Teilchen synchronisiert mit einem Reflexionsabtastsignal und zählt auf Basis von drei Ereignissen.
Das Problem betreffend die vorliegende Ausführungsform liegt übrigens in der sehr genauen Messung emittierter Elektronen. In der ersten Ausführungsform wurde ein Verfahren zur Beseitigung der Schwankung der Photonenmenge des Szintillators 101 und des Dunkelstromrauschens der Photovervielfacherröhre durch die digitale Verarbeitung beschrieben. Um jedoch das Schrotrauschen zu verringern, das durch Fluktuation aufgrund der Primärelektronen, die eine Poisson-Verteilung aufweisen, verursacht wird, ist eine konstante Signalintegration erforderlich. Da die Schwankung aufgrund des Schrotrauschens von einer Quadratwurzel der Signalmenge aus der Probe abhängt, hängt eine erforderliche Integrationszahl von der Emissionsrate der Probe ab.
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Schrotrauschen unter Verwendung der Strahlungsenergiebedingung zur Erhöhung der Emissionsrate von Sekundärelektronen und mit der zählenden arithmetischen Verarbeitung oder einer in der folgenden dritten Ausführungsform zu beschreibenden Frame-Integration verringert.
Dritte Ausführungsform
In der vorliegenden Ausführungsform werden in der Detektionsvorrichtung für geladene Teilchen gemäß der ersten Ausführungsform und der Strahlvorrichtung für geladene Teilchen gemäß der zweiten Ausführungsform ein Verfahren zum Zählen und Berechnen emittierter Elektronen und ein Verfahren zum Erfassen eines Bildes beschrieben.
Wie in der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform wird in diesem Beispiel ein Primärelektronenstrom auf 5 pA eingestellt und eine Pixelzeit wird auf 100 ns eingestellt. Außerdem wird ein Zählwert eines Ereignisses I und Pixelkoordinaten (I, m) eines k-th-Framebildes auf N^k _l,m,i eingestellt, ein Pixelsignalwert beträgt Z^k _l,m und ein Pixelsignal des SEM-Bildes ist Z_l,m.
(Erstes Beispiel einer arithmetischen Signalverarbeitung)
Ein erstes Beispiel der arithmetischen Signalverarbeitung zur Umwandlung in ein Bildsignal nach dem Zählen der emittierten Elektronen ist das einfachste Verfahren, das ein Verfahren zur Ausgabe eines integrierten Wertes des Zählwertes in dem Ereignis in jedem Pixel ist. Eine arithmetische Verarbeitungseinheit 108 gibt einen integrierten Wert des mehrstufigen Zählwerts an jedem Pixel eines Probenbildes als Pixelsignal aus. Anders gesagt wird das Pixelsignal Z_l,m des SEM-Bildes wie folgt ausgedrückt.

[Bsp. 5] $Z_{l, m} = \sum_{k} \sum_{i = 1}^{3} N_{l, m, i}^{k}$
Die Frame-Integrationszahl (der Höchstwert von k) hängt von dem erforderlichen CNR und der Emissionsrate der Probe ab. Wird ein Bild in diesem Verfahren gebildet, kann ein Bild mit CNR erreicht werden, das einem analogen Verfahren zu 50 % oder mehr ähnelt.
(Zweites Beispiel einer arithmetischen Signalverarbeitung)
Ein zweites Beispiel der arithmetischen Signalverarbeitung ist ein Verfahren der Durchführung einer Unterscheidung durch Hinzufügung eines Schwellenwerts zu einem Zählwert N in einem Ereignis in jedem Pixel. Unterscheidet die arithmetische Verarbeitungseinheit 108 zwischen einer ersten Gruppe, bei der der mehrstufige Zählwert N kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert, und einer zweiten Gruppe, bei der der mehrstufige Zählwert N gleich groß oder größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist und gibt jeden eines integrierten Wertes der ersten Gruppe und eines integrierten Wertes der zweiten Gruppe als Pixelsignal aus. Es gibt beispielsweise ein Verfahren der Unterscheidung zwischen einer Gruppe A von N = 0 oder N = 1 und einer Gruppe B, in der N 2 oder mehr beträgt. Die Bezugszeichen 114 und 115 aus 3 bezeichnen die Ergebnisse der Unterteilung von Daten des mehrstufigen Zellwerts in zwei Gruppen unter Verwendung eines Schwellenwerts. In diesem Beispiel entspricht das Bezugszeichen 115 in 3 der Gruppe A und 114 in 3 entspricht der Gruppe B.
Das Ereignis der Gruppe B ist im Wesentlichen ein Emissionsprozess von Sekundärelektronen. Die Gruppe A ist im Wesentlichen ein Emissionsprozess reflektierter Elektronen. In einem Kantenbereich der Probe wird bei dem Bild, das die Gruppe N = 2 oder mehr verwendet, ein Bild erhalten, in dem eine Konturenlinie der Probe hervorgehoben wird, da der Sekundärelektronenprozess ansteigt. Es ist anzumerken, dass ein Schwellenwert von N > 2 für die Gruppe B bereitgestellt werden kann. In diesem Fall kann ein extrahiertes Bild mit einer schärferen Konturlinie erhalten werden.
Ferner kann in dem Bild, das die Signale der Gruppe A von N = 0 oder N = 1 verwendet, ein Bild erhalten werden, in dem ein Unterschied der Zusammensetzung der Probe hervorgehoben wird. Bei dem bekannten Verfahren erfolgt eine Energiediskriminierung emittierter Elektronen durch das optische Elektronensystem, und um das Sekundärelektronenbild und das Rückstreuelektronenbild zu erhalten, muss das Bild zweimal erfasst werden. In der vorliegenden Ausführungsform können, obwohl die reflektierte Elektronenkomponente und die Sekundärelektronenkomponente nicht streng unterschieden werden, ein Bild (Pseudo-Sekundärelektronenbild), das einem Sekundärelektronenbild entspricht, und ein Bild (reflektiertes Pseudoelektronenbild), das einem Rückstreuelektronenbild entspricht, durch eine Bilderfassung erfasst werden.
Die Signale jeder durch das vorliegende Verfahren unterschiedenen Gruppe werden durch den Ausdruck (5) integriert und abgebildet. Jedes Bild kann einzeln ausgegeben werden oder kann mit einem Bild farbcodiert und ausgegeben werden.
In diesem Beispiel wird das Beispiel beschrieben, in dem der Schwellenwert N = 2 zur Unterscheidung in zwei Gruppen verwendet wird, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Anhand des Einheitsspitzenwertes und des Schwellenwerts N = 2 kann beispielsweise der mehrstufige Zählwert N in einen ersten Zustand, einen zweiten Zustand und einen dritten Zustand unterteilt werden. Der erste Zustand ist beispielsweise ein Zustand von N = 0 (ein Zustand, in dem keine Elektronen erfasst werden), und der zweite Zustand ist ein Zustand von N = 1 (ein Zustand, in dem ein Elektron erfasst wird), und der dritte Zustand ist ein Zustand, in dem N gleich groß oder größer als 2 ist (ein Zustand, in dem zwei oder mehr Elektronen erfasst werden). Ferner kann der mehrstufige Zählwert N unter Verwendung von zwei oder mehr Schwellenwerten in eine Vielzahl von Zuständen unterteilt werden.
9 veranschaulicht ein Beispiel der GUI in der Anzeigeeinheit für Messergebnisse 18, welches das Ergebnis einer Bilderfassung bei Unterscheidung von Daten des mehrstufigen Zählwerts, der von dem elektronischen Zähler 107 ausgegeben wird, unter Verwendung eines Schwellenwerts zeigt. In diesem Beispiel gibt die arithmetische Verarbeitungseinheit 108 den integrierten Wert des mehrstufigen Zählwerts, der gleich groß oder größer als der Schwellenwert ist, als Pixelsignal mit Bezug auf einen vorgegebenen Schwellenwert aus. Die GUI 30 umfasst eine Einstelleinheit für SEM-Betrachtungsbedingungen 31, eine Einstelleinheit für Signalschwellenwerte 32, eine Anzeigeeinheit für SEM-Bilder 33 und eine Anzeigeeinheit für Schwellenbilder 34.
Verschiedene Betrachtungsbedingungen, wie beispielsweise eine Beschleunigungsspannung, können in dem Einstellbereich für SEM-Betrachtungsbedingungen 31 eingestellt werden. Eine untere Grenze und eine obere Grenze des Schwellenwerts können in dem Einstellbereich für Signalschwellenwerte 32 eingestellt werden. Ein normales SEM-Bild (ein Bild als Ergebnis der Durchführung eines binären Zählvorgangs) wird auf der Anzeigeeinheit für SEM-Bilder 33 angezeigt. Ein Bild, das durch Extrahierung des Signals in einem Bereich (ein Bereich des Schwellenwerts liegt zwischen 3 und 15), der in der Einstelleinheit für Signalschwellenwerte 32 eingestellt wird, aus dem mehrstufigen Zählwert erhalten wird, wird auf der Anzeigeeinheit für Schwellenbilder 34 angezeigt. Bei dieser Konfiguration können ein übliches SEM-Bild und ein Bild, das einer Schwellenwertverarbeitung unterzogen wurde, nebeneinander angezeigt werden. Die Anzeigeeinheit für Schwellenbilder 34 kann beispielsweise so konfiguriert sein, dass die Bilder der oben beschriebenen Gruppe A und der B abwechselnd angezeigt werden.
In dem Beispiel aus 9 führt die arithmetische Einheit das mehrstufige Zählverfahren als einen ersten Bestimmungsprozess aus und sortiert den mehrstufigen Zählwert N in einen ersten Zustand (0 ≤ N <3), einen zweiten Zustand (3 ≤ N ≤ 15) und einen dritten Zustand (15 < N). Als zweiten Bestimmungsprozess führt die Berechnungseinheit ferner eine Verarbeitung zur Erfassung des normalen SEM-Bildes durch (anders gesagt ein binäres Zählverfahren zur Unterscheidung eines Zustandes, in dem keine Elektronen erfasst werden, von einem Zustand, in dem die Elektronen erfasst werden). In dem Beispiel aus 9 zeigt die arithmetische Einheit das normale SEM-Bild (gemessenes Bild) und das SEM-Bild (gemessenes Bild) des zweiten Zustands (3 ≤ N ≤ 15) an der GUI an. Eine untere Grenze und eine obere Grenze des Schwellenwerts können auf dem Bildschirm entsprechend geändert werden. Somit kann das an der GUI anzuzeigende Bild entsprechend geändert werden.
Die vorliegende Erfindung ist auch nicht auf das Beispiel aus 9 beschränkt, und die arithmetische Einheit kann alle oder mehrere beliebige Zustände des erstens Zustands, der zweiten Zustands und des dritten Zustands, die unter Verwendung der mehreren Schwellenwerte unterschieden werden, auswählen und die Vielzahl von Bildern kann an der GUI angezeigt werden. Anders gesagt kann die arithmetische Einheit eine Vielzahl von Bestimmungsprozessen anhand einer Vielzahl von Schwellenwerten ausführen, und ein beliebiger Zustand kann aus einer Vielzahl von Zuständen, die von der Vielzahl von Bestimmungsprozessen unterteilt werden, ausgewählt werden und an der GUI angezeigt werden.
(Drittes Beispiel einer arithmetischen Signalverarbeitung)
In einem dritten Beispiel des arithmetischen Signalverfahrens führt die arithmetische Verarbeitungseinheit 108 eine vorgegebene statistische Verarbeitung des mehrstufigen Zählwerts von jedem Pixel aus und gibt das Ergebnis der statistischen Verarbeitung aus. Die arithmetische Verarbeitungseinheit 108 gibt beispielsweise das Histogramm N^k _l,m,i aus und berechnet einen Durchschnittswert und eine Streuung aus dem Ereigniswert (mehrwertiger Zählwert) in jedem Pixel. Wie bereits oben beschrieben, veranschaulicht 4 ein Beispiel der Ausgabe des Histogramms, des Durchschnittswerts und der Streuung. Es ist denkbar, dass das Histogramm, der Durchschnitt, die Abweichung und Ähnliches entsprechend der zu betrachtenden Probe verändert werden, und das Ergebnis einer derartigen statistischen Verarbeitung kann zur Signalverarbeitung verwendet werden.
Wie oben beschrieben, weisen die Primärelektronen und die Rückstreuelektronen eine Poisson-Verteilung auf, aber Sekundärelektronen weisen eine Poisson-Verteilung oder eine normale Verteilung auf. Wird ein Bild erfasst, ohne dass eine mehr als nötige Bestrahlung der Probe mit den Elektronenstrahlen erfolgt, um eine Senkung des CNR aufgrund einer mangelnden Signalmenge auszugleichen, kann ein statistisches Modell erzeugt werden und ein Bild kann aus dem geschätzten Zählwert jedes Pixels erzeugt werden. Das statistische Modell wird vorab durch Ausführung der Messung erzeugt, wobei der äußere Betrachtungsbereich mit einem ausreichenden Elektronenstrahl bestrahlt wird, und wird in einer nicht dargestellten Speichervorrichtung gespeichert. Die oben beschriebenen Histogramminformationen können beispielsweise verwendet werden, um in diesem Fall ein statistisches Modell zu erzeugen. Die arithmetische Verarbeitungseinheit 108 berechnet einen geschätzten Zählwert jedes Pixels unter Verwendung eines statistischen Modells, das vorab erzeugt wurde, und gibt den geschätzten Zählwert als Pixelsignal aus. Dies ermöglicht es, ein Bild aus dem geschätzten Zählwert zu erzeugen.
(Viertes Beispiel einer arithmetischen Signalverarbeitung)
Ein viertes Beispiel des arithmetischen Signalverarbeitungsverfahrens ist ein Verfahren der Durchführung einer arithmetischen Verarbeitung unter Verwendung eines Zählwerts eines Teils von Ereignissen benachbarter Pixel. Die arithmetische Verarbeitungseinheit 108 gibt den integrierten Wert, der einen Teil der benachbarten Pixel umfasst, mit Bezug auf jeden Pixel des Probenbildes als Pixelsignal aus. Das Verfahren ist besonders effektiv, wenn eine Betrachtungsvergrößerung erhöht wird und eine Pixelgröße kleiner wird als eine Probenverteilung der Primärelektronen (im Fall einer Betrachtung von 200.000 Malen beträgt die Pixelgröße beispielsweise etwa 0,6 nm). Im Falle von benachbarten Pixeln in X-Richtung lässt sich das Pixelsignal durch den folgenden Ausdruck ausdrücken.

[Bsp. 6] $Z_{l, m} = \sum_{k} \sum_{i = 1}^{3} (N_{l, m, i}^{k} + N_{l - 1, m,3}^{k} + N_{l + 1, m,1}^{k})$
Der Ausdruck (6) bedeutet, dass die Signalverarbeitung des oben beschriebenen ersten Beispiels oder zweiten Beispiels bei einem Pixel dieser Koordinate (I, m) unter Verwendung eines dritten Ereigniswerts von einem ((1-1), m)-Pixel und einem ersten Ereigniszählwert von einem ((I + 1), m)-th-Pixel als fünf Ereignisse durchgeführt wird.
Ist das CNR des normalen SEM-Bildes ausreichend (3 bis 5), wird eine Frame-Integrationszahl auf 60 % eingestellt. Infolgedessen kann die Strahlungsdosis des Primärelektronenstrahls gesenkt werden. Falls ferner das CNR des normalen SEM-Bildes geringer ist als 3, verbessert sich das CNR, ohne dass die Zahl der Frames sich vergrößert (ohne Erhöhung der Strahlungsmenge des Primärelektronenstrahls).
10 veranschaulicht ein Beispiel der GUI in der Anzeigeeinheit für Messergebnisse 18, welches das Ergebnis der Bilderfassung veranschaulicht, wenn die Integrationsverarbeitung mit den benachbarten Pixeln ausgeführt wird. Die GUI 40 umfasst eine Eingabeeinheit für SEM-Betrachtungsbedingungen 41, eine Eingabeeinheit für Pixel-Integrationsbedingungen 42, eine Anzeigeeinheit für SEM-Bilder 43 und eine Anzeigeeinheit für Pixelintegrationsverarbeitungsbilder 44.
In der Eingabeeinheit für SEM-Betrachtungsbedingungen 41 können verschiedene Betrachtungsbedingungen, wie beispielsweise eine Beschleunigungsspannung, eingestellt werden. In der Eingabeeinheit für Pixelintegrationsbedingungen 42 können die Integrationsbedingungen mit den nächstliegenden Pixeln oben, unten, rechts und links eingestellt werden. Die Einstellbedingungen in der Eingabeeinheit für Pixelintegrationsbedingungen 42 aus 10 bedeuten, dass die Integrationsverarbeitung für sieben Ereignisse unter Verarbeitung des Signals eines beliebigen Ereignisses jedes der vertikal und horizontal am nächsten liegenden Pixel, die auf einem Zielpixel zentriert sind, sowie der Signale von drei Ereignissen des Zielpixels ausgeführt wird, um auf diese Weise den Integralwert in dem Zielpixel bereitzustellen. Ein normales SEM-Bild (ein Bild ohne Integrationsverarbeitung mit benachbarten Pixeln) wird auf dem Anzeigebereich des SEM-Bildes 43 angezeigt. Auf der Anzeigeeinheit des Pixelintegrationsverarbeitungsbildes 44 wird das SEM-Bild angezeigt, das gemäß den von der Eingabeeinheit für die Pixel- Integrationsbedingung 42 festgesetzten Bedingungen integriert wurde.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform können die Signale in dem Messverfahren mit der Detektionsvorrichtung für geladene Teilchen oder der Strahlvorrichtung für geladene Teilchen mit höherer Genauigkeit erfasst werden, wobei gleichzeitig der Einfluss von Rauschen, das bei einem winzigen Detektionssignal problematisch ist, verringert wird. Außerdem kann die Detektionsvorrichtung für geladene Teilchen oder die Strahlvorrichtung für geladene Teilchen mit einem hohen S/N-Verhältnis bei gleichzeitiger Verhinderung der Spannungsschwankung bereitgestellt werden.
Vierte Ausführungsform
Wird eine geeignete geringe Strahlungsenergie mit einer hohen Emissionsrate von Sekundärelektronen verwendet, kann eine Probe positiv geladen werden und ein Bildfehler kann bei der Betrachtung eines Isolators oder einer Probe mit hohem Widerstand auftreten. Daher wird in der vorliegenden Ausführungsform, um den Einfluss der Probenaufladung zu vermeiden, ein Beispiel beschrieben, bei dem die Detektionsvorrichtung für geladene Teilchen gemäß der ersten Ausführungsform auf ein Rasterelektronenmikroskop angewandt wird, bei dem die Bestrahlungszeitsteuerung und die Detektionszeitsteuerung mit einem Steuersystem synchronisiert werden, das einen Primärelektronenstrahl blockieren kann.
11 ist ein Konfigurationsdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels einer Strahlvorrichtung für geladene Teilchen gemäß der vierten Ausführungsform. Es wird Bezug genommen auf 11, in der dieselben Komponenten wie die in 8 durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet sind und eine wiederholte Beschreibung entfällt.
In einem elektronen-optischen System gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden außerdem ein Blanker 13 und eine Blankeröffnung 13a der Konfiguration aus 8 bereitgestellt. Außerdem wird in dem SEM-Steuersystem eine Blanker- Steuereinheit 14, die den Blanker 13 steuert, der Konfiguration aus 8 hinzugefügt.
In der vorliegenden Ausführungsform werden eine Vielzahl von Triggersignalen, die als Zeitreferenz dienen, von der Betriebsschnittstelle 17 erzeugt, um den emittierten Elektronenstrom mit hoher Genauigkeit zu messen, der Elektronenstrahl wird von der Blanker-Steuereinheit 14 gepulst und ein Ablenkungssteuersystem des Elektronenstrahls des Bestrahlungsimpulses 15 wird mit dem Ablenkungssteuersystem der emittierten Elektronenimpulse 16 synchronisiert. Durch die Programmierung der Erzeugung der Triggersignale von der Betriebsschnittstelle 17 kann durch Bestrahlung eines beliebigen Pixels mit einem Elektronenstrahl ein Bild erzeugt werden.
Beispielsweise kann ein Bild erhalten werden, das beliebig mit dem Elektronenstrahl bestrahlt wird, oder es können Pixeldaten erfasst werden, die in festgelegten Zeitabständen in X-und Y-Richtung ausgedünnt werden und die in den nachfolgenden Frames ausgedünnten Pixeldaten können erfasst werden. Da es unwahrscheinlich ist, dass diese Verfahren im Vergleich mit einem normalen TV-Abtastverfahren durch die Probenaufladung beeinflusst werden, kann das SEM-Bild ohne Bildstörung aufgrund von Aufladungen erfasst werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Steuereinheit für Ablenkungsabtastsignale 10 eingestellt, sodass ein Abtastimpuls eines Primärelektronenstrahls des SEM konstant gehalten wird, und eine Zeit (Pixelzeit), während der die Primärelektronen in einem Pixel verbleiben, wird auf 100 ns eingestellt. Die Strahlungsenergie von Elektronen ist nicht besonders begrenzt, aber die Strahlungsenergie beträgt vorzugsweise 200 eV bis 400 eV mit einer maximalen Emissionsrate und beträgt in diesem Beispiel 300 eV. Der Strom der Primärelektronen wird, wie in der ersten Ausführungsform, auf 5 pA festgelegt.
In diesem Fall beträgt der Großteil der Energie emittierter Elektronen, da eine Spannung von 10 kV auf den Szintillator 101 angelegt wird, 10 kV plus Sekundärelektronenenergie (10 kV + 0,05 kV) im Fall von Sekundärelektronen (Energie < 50 eV) KV). Im Fall von Rückstreuelektronen beträgt die emittierte Elektronenenergie 10 kV plus auftreffende Elektronenenergie (10 kV + 0,3 kV). Somit kann die Ausgabe einer Impulswellenhöhe nur eine Differenz von etwa 10 % bis 20 % erreichen.
Wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, beträgt die durchschnittliche Zeitdauer eines Ereignisses 32 ns und beträgt 3 bis 4 Ereignisse pro Pixel. Die Detektionsvorrichtung für geladene Teilchen synchronisiert mit einem Ablenkungsabtastsignal und führt eine Zählung auf Basis von drei Ereignissen durch. Das Ausgabesignal eines Pixels wird durch die unterschiedliche arithmetische Signalverarbeitung erhalten, die in der dritten Ausführungsform beschrieben wird. Eine Bilderzeugung erfolgt durch Erfassung einer Vielzahl von Frames durch den Elektronenstrahl für Strahlungsimpulse 15.
Bei der Betrachtung des Isolators oder der Probe mit hohem Widerstand wird die Probe positiv aufgeladen und es kann ein Bildfehler auftreten. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird der Elektronenstrahl von dem Blanker 13 und der Blankeröffnung 13a blockiert und die Probe wird mit den Impulselektronen bestrahlt. Außerdem werden das Ablenkungssteuersystem des Elektronenstrahls für Bestrahlungsimpulse 15 und das Detektionssteuersystem der Emissionsimpulselektronen 16 miteinander synchronisiert. Somit lässt sich der Einfluss einer Probenaufladung vermeiden.
Die jeweiligen Ausführungsformen der vorliegenden Beschreibung wurden oben beschrieben. Die vorliegende Erfindung umfasst jedoch verschiedene geänderte Beispiele, ohne dass vom Gegenstand der vorliegenden Erfindung abgewichen wird. In den oben genannten Ausführungsformen werden beispielsweise spezifische Konfigurationen beschrieben, um die vorliegende Erfindung leicht verständlich zu machen. Die vorliegende Erfindung stellt jedoch nicht immer sämtliche oben beschriebenen Konfigurationen bereit. Auch kann ein Teil eines Konfigurationsbeispiels durch ein anderes Konfigurationsbeispiel ersetzt werden und die Konfiguration einer Ausführungsform kann der Konfiguration einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. Auch kann bei einem Teil der jeweiligen Konfigurationsbeispiele eine andere Konfiguration hinzugefügt, entfernt oder ersetzt werden.
Das Zählverfahren und die oben beschriebene arithmetische Signalverarbeitung können auch von einem Programmcode einer Software durchgeführt werden, die die Funktionen der Ausführungsform realisiert. In diesem Fall wird ein System oder eine Vorrichtung mit einem Speichermedium bereitgestellt, in dem der Programmcode aufgezeichnet ist, und ein Computer (oder eine CPU oder eine MPU) des Systems oder der Vorrichtung liest den in dem Speichermedium gespeicherten Programmcode. In diesem Fall realisiert der aus dem Speichermedium gelesene Programmcode selbst die Funktionen der oben beschriebenen Ausführungsform und somit bilden der Programmcode selbst und das Speichermedium, in dem der Programmcode gespeichert ist, die vorliegende Erfindung. Als Speichermedium zur Bereitstellung eines derartigen Programmcodes werden beispielsweise eine flexible Platte, eine CD-ROM, eine DVD-ROM, eine Festplatte, eine optische Platte, eine magnetoptische Platte, eine CD-R, ein Magnetband, eine nichtflüchtige Speicherkarte, ein ROM oder dergleichen verwendet.
Die hier beschriebenen Verfahren und Techniken betreffen nicht von Natur aus eine bestimmte Vorrichtung, sondern können von jeder geeigneten Kombination von Komponenten implementiert werden. Ferner können verschiedene Arten von Vorrichtungen für allgemeine Zwecke verwendet werden. In einigen Fällen kann es günstig sein, eine dedizierte Vorrichtung zu bauen, um die Schritte des oben beschriebenen Verfahrens durchzuführen. Das heißt, dass ein Teil oder die gesamte oben beschriebene Zählverarbeitung und arithmetische Signalverarbeitung durch Hardware unter Verwendung elektronischer Komponenten, wie beispielsweise integrierter Schaltungen, realisiert werden kann.
Ferner können bei den oben beschriebenen Ausführungsformen die dargestellten Steuerleitungen und Informationsleitungen als notwendig für eine Beschreibung erachtet werden. Alle Steuerleitungen und Informationsleitungen sind nicht notwendigerweise für Erzeugnisse erforderlich. Es kann berücksichtigt werden, dass alle Bestandteile tatsächlich miteinander verbunden sind.
Bezugszeichenliste

1:: Elektronenkanone
2:: Ablenkeinrichtung
3:: Objektivlinse
5:: Probe
6:: Probenhalter
7:: Objekttisch
8:: Steuereinheit der Beschleunigungsspannung
9:: Steuereinheit des Primärelektronenstroms
10:: Steuereinheit des Ablenkungs-Abtastsignals
11:: Steuereinheit der Objektivlinsenspule
12:: Steuereinheit des Objekttisches
13:: Blanker
13a:: Blankeröffnung
14:: Steuereinheit des Blankers
15:: Elektronenstrahl des Bestrahlungsimpulses
16:: emittiertes Impulselektron
17:: Betriebsschnittstelle
18:: Anzeigeeinheit für Messergebnisse
20:: GUI
21:: Eingabeeinheit für Messbedingungen
22:: Einstelleinheit für Beschleunigungsspannung
23:: Einstelleinheit für Primärelektronenstrom
24:: Einstelleinheit für angelegte Spannung des Probenhalters
25:: Einstelleinheit für Messzeiten
26:: Anzeigeeinheit für Messergebnisse
27:: Anzeigeeinheit für Messdaten der Zeitreihe
28:: Anzeigeeinheit für erste statistische Verarbeitungsergebnisse (Histogramm der emittierten Elektronenanzahl)
29:: Anzeigeeinheit für zweite statistische Verarbeitungsergebnisse (Durchschnittswert und Streuung)
30:: GUI
31:: Einstelleinheit für SEM-Betrachtungsbedingungen
32:: Einstelleinheit für Signalschwellenwerte
33:: Anzeigeeinheit für SEM-Bilder
34:: Anzeigeeinheit für Schwellenwertbilder
40:: GUI
41:: Eingabeeinheit für SEM-Betrachtungsbedingungen
42:: Eingabeeinheit für Pixelintegrationsbedingungen
43:: Anzeigeeinheit für SEM-Bilder
44:: Anzeigeeinheit für Pixelintegrationsverarbeitungsbilder
101:: Szintillator
102:: Lichtleiter
103:: Photovervielfacherröhre
104:: analoger Verstärker
105:: Analog-Digital-Wandler
106:: Wellenhöhendiskriminierungseinheit
107:: elektronischer Zähler
108:: arithmetische Verarbeitungseinheit
110:: analoges Impulssignal
111:: digitales Signal
112:: Wellenhöhenmessergebnis
113:: Zählergebnis
114:: Signalverarbeitungsergebnis
115:: Signalverarbeitungsergebnis
120:: flacher Bereich
121:: analoges Signal eines flachen Bereichs
122:: Zählergebnis eines binären Wertes eines flachen Bereichs
123:: mehrstufiges Zählergebnis eines flachen Bereichs
130:: Kantenbereich
131:: analoges Signal eines Kantenbereichs
132:: binäres Zählergebnis eines Kantenbereichs
133:: mehrstufiges Zählergebnis eines Kantenbereichs

Claims

Strahlvorrichtung für geladene Teilchen, umfassend: einen Objekttisch (7), auf dem die Probe (5) angeordnet wird; ein mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitendes optisches System, das die Probe (5) mit einem Strahl geladener Teilchen bestrahlt; und eine Detektionsvorrichtung für geladene Teilchen, die sekundär aus der Probe (5) erzeugte geladene Teilchen erfasst, wobei die Detektionsvorrichtung für geladene Teilchen Folgendes umfasst: eine photoelektrische Umwandlungseinheit (101, 102, 103, 104), die die geladenen Teilchen aus der Probe (5) in Photonen umwandelt und die Photonen in ein analoges elektrisches Signal umwandelt, eine Analog-Digital-Wandlereinheit (105), die das analoge elektrische Signal in ein digitales Signal umwandelt, und eine arithmetische Einheit (106, 107, 108), die das digitale Signal zählt, und die arithmetische Einheit ein Signal pro Zeiteinheit in dem digitalen Signal durch die Verwendung eines Einheitsspitzenwertes in Bezug auf ein Ereignis, das erzeugt wird, wenn die Probe (5) mit einem geladenen Teilchen bestrahlt wird, mehrfach wertet und das mehrwertige Signal als mehrstufigen Zählwert ausgibt.
Strahlvorrichtung für geladene Teilchen nach Anspruch 1, wobei die arithmetische Einheit (106, 107, 108) einen integrierten Wert der mehrstufigen Zählwerte in jedem Pixel eines Probenbildes als Pixelsignal ausgibt.
Strahlvorrichtung für geladene Teilchen nach Anspruch 1, wobei die arithmetische Einheit (106, 107, 108) zwischen einer ersten Gruppe, bei der der mehrstufige Zählwert kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert, und einer zweiten Gruppe, bei der der mehrstufige Zählwert gleich groß oder größer ist als der vorgegebene Schwellenwert, unterscheidet und einen akkumulierten Wert der ersten Gruppe und einen integrierten Wert der zweiten Gruppe als Pixelsignal ausgibt.
Strahlvorrichtung für geladene Teilchen nach Anspruch 1, wobei die arithmetische Einheit (106, 107, 108) einen vorgegebenen statistischen Prozess bei dem mehrstufigen Zählwert ausführt und ein Ergebnis des statistischen Prozesses ausgibt.
Strahlvorrichtung für geladene Teilchen nach Anspruch 4, wobei das Ergebnis des statistischen Prozesses mindestens eines aus einem Histogramm, einem Durchschnitt und einer Streuung des mehrstufigen Zählwerts umfasst.
Strahlvorrichtung für geladene Teilchen nach Anspruch 1, wobei die arithmetische Einheit (106, 107, 108) einen geschätzten Zählwert in jedem Pixel eines Probenbildes als Pixelsignal unter Verwendung eines vorab erzeugten statistischen Modells ausgibt.
Strahlvorrichtung für geladene Teilchen nach Anspruch 1, wobei die arithmetische Einheit (106, 107, 108) einen integrierten Wert ausgibt, der einen Teil von benachbarten Pixeln für jedes Pixel eines Probenbildes als Pixelsignal umfasst.
Strahlvorrichtung für geladene Teilchen nach Anspruch 1, wobei, wenn davon ausgegangen wird, dass ein Strom des Strahls geladener Teilchen I ist und eine Elementarladung e ist, ein Frequenzband f einer analogen Verstärkung in der photoelektrischen Umwandlungseinheit gleich groß oder größer als 10 × l/e ist und eine Abtastfrequenz f₂ der Analog-Digital-Umwandlungseinheit gleich groß oder größer als 2 × f₁ ist.
Strahlvorrichtung für geladene Teilchen nach Anspruch 1, wobei das mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende optische System den Strahl geladener Teilchen blockiert und die Probe mit gepulsten geladenen Teilchen bestrahlt, und eine Ablenkungssteuerung der gepulsten geladenen Teilchen in dem mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden optischen System und eine Detektionssteuerung der emittierten gepulsten geladenen Teilchen aus der Probe (5) in der Detektionsvorrichtung für geladene Teilchen miteinander synchronisiert werden.
Strahlvorrichtung für geladene Teilchen nach Anspruch 1, wobei die Strahlvorrichtung für geladene Teilchen ein Rasterelektronenmikroskop ist.
Ein System umfassend die Strahlvorrichtung für geladene Teilchen gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10 und einer Informationsverarbeitungsvorrichtung, die Informationsverarbeitungsvorrichtung umfassend: eine Eingabeeinheit, die Detektionsinformationen eingibt, die durch die Detektion der geladenen Teilchen, die durch die mit dem Strahl geladener Teilchen von der Strahlvorrichtung für geladene Teilchen bestrahlten Probe verursacht werden, als Stromwert oder Spannungswert erhalten werden; und eine Bestimmungseinheit, die eine erste Bestimmung der Unterteilung der Detektionsinformationen in einen ersten Zustand, einen zweiten Zustand und einen dritten Zustand auf Basis beliebiger erster und zweiter Schwellenwerte, die von einem Stromwert oder einem Spannungswert ermittelt werden, vornimmt.
System nach Anspruch 11, wobei der erste Zustand ein Zustand ist, in dem die geladenen Teilchen nicht erfasst werden, der zweite Zustand ein Zustand ist, in dem eines der geladenen Teilchen erfasst wird, und der dritte Zustand ein Zustand ist, in dem zwei oder mehr der geladenen Teilchen erfasst werden.
System nach Anspruch 11, wobei die geladenen Teilchen Elektronen sind, die von einem Rasterelektronenmikroskop gemessen werden.
System nach Anspruch 11, wobei der zweite Schwellenwert entsprechend einer Art der Probe oder einer Art der geladenen Teilchen bestimmt wird.
System nach Anspruch 11, wobei die Bestimmungseinheit auf Basis des ersten Schwellenwerts eine zweite Bestimmung zur Unterteilung der Detektionsinformationen in den ersten Zustand und den zweiten Zustand durchführt und die Informationsverarbeitungseinheit ferner eine GUI umfasst, die ein Messbild der Probe auf Basis der ersten Bestimmung und ein Messbild der Probe auf Basis der zweiten Bestimmung umfasst.