DE112016006884T5

DE112016006884T5 - Ladungsträgerstrahlvorrichtung

Info

Publication number: DE112016006884T5
Application number: DE112016006884.0T
Authority: DE
Inventors: Mitsuhiro Nakamura; Hironori Itabashi; Hirofumi Satou; Tsutomu Saito; Masahiro Sasajima; Natsuki Tsuno; Yohei Nakamura
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2016-06-23
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2019-02-14
Anticipated expiration: 2036-06-24
Also published as: US20210020422A1; CN109314030B; DE112016006884B4; JPWO2017221362A1; CN109314030A; JP6586525B2; US10971347B2; WO2017221362A1

Abstract

Um eine Ladungsträgerstrahlvorrichtung zu schaffen, die Sekundärteilchen und elektromagnetische Wellen auch für eine nichtleitfähige Probe in einer Hochvakuumumgebung stabil detektieren kann und eine hervorragende Beobachtung und Analyse ermöglichen kann, umfasst die Ladungsträgerstrahlvorrichtung eine Ladungsträgerkanone (12), Abtastablenker (17 und 18), die dazu ausgelegt sind, einen Ladungsträgerstrahl (20), der von der Ladungsträgerkanone (12) emittiert wird, auf eine Probe (21) abzulenken, Detektoren (40 und 41), die dazu ausgelegt sind, eine von außen in die Abtastablenker eingegebene Abtaststeuerspannung zu detektieren, eine Recheneinheit (42), die dazu ausgelegt ist, basierend auf der detektierten Abtaststeuerspannung Bestrahlungspixelkoordinaten für den Ladungsträgerstrahl zu berechnen; und einen Bestrahlungscontroller (45), der dazu ausgelegt ist, die Bestrahlung der Probe mit dem Ladungsträgerstrahl gemäß den Bestrahlungspixelkoordinaten zu steuern.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Ladungsträgerstrahlvorrichtung.
Stand der Technik
Ein Rasterelektronenmikroskop (SEM), bei dem es sich um eine Ladungsträgerstrahlvorrichtung handelt, konvergiert von einer Elektronenquelle emittierte Elektronen unter Verwendung einer Elektronenlinse zu einem dünnen Elektronenstrahl und rastert mit dem dünnen Elektronenstrahl unter Verwendung eines Magnetfelds oder eines elektrischen Feldes, das von einem Abtastablenker erzeugt wird, eine Probe ab. Ladungsträger (Sekundärelektronen oder reflektierte Elektronen), die aus einer Probe durch Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl erzeugt werden, werden durch einen Elektronendetektor detektiert und synchron mit dem Rastern des Elektronenstrahls in Bilddaten umgewandelt und somit wird ein abgerastertes Bild erhalten.
Durch Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl werden elektromagnetische Wellen (Röntgenstrahlen oder Licht) sowie die oben erwähnten Ladungsträger von der Probe emittiert. Insbesondere ist als eine der Anwendungen des SEM (z. B. PTL 1) ein Durchführen einer Analyse der Zusammensetzung einer Probe durch Montieren einer Vorrichtung für energiedispersive Röntgenspektrometrie (EDX-Vorrichtung) an einem SEM und Detektieren charakteristischer Röntgenstrahlen sowie eine Beobachtung einer Probenform festgelegt.
Entgegenhaltungsliste
Patentdokument(e)
PTL1: JP-A-2015-184040
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In den letzten Jahren werden nicht nur leitfähige Proben, sondern auch nichtleitfähige Proben wie Funktionskeramik zunehmend SEM-Beobachtungen und EDX-Analysen unterzogen. Um einen ursprünglichen Zustand einer Oberfläche genau zu beobachten oder zu analysieren, wird eine Probenoberfläche häufig keinem Prozess zur Abscheidung eines leitfähigen Materials unterzogen. In solchen Fällen wird ein Verfahren zum Einstellen der Umgebung der Probe auf eine Grobvakuumumgebung von einigen Dutzend Pa bis mehreren Hundert Pa verwendet.
Wenn die Umgebung der Probe auf eine Grobvakuumumgebung eingestellt ist, werden Gasmoleküle durch die Wechselwirkung zwischen einem Elektronenstrahl und den Gasmolekülen ionisiert. Wenn eine Probe nichtleitfähig ist, werden die zu positiven Ladungen ionisierten Gasmoleküle mit Elektronen auf einer Oberfläche der Probe kombiniert, was zu einer Elektrifizierung führt und die Elektrifizierung der Probe unterdrückt. Wenn jedoch ein Elektronstrahl eine Grobvakuumumgebung durchläuft, werden Elektronen durch Stöße mit Restgas gestreut. Infolgedessen nimmt der Bestrahlungsdurchmesser des Elektronenstrahls zu, was zu Problemen wie etwa eine Verringerung der räumlichen Auflösung eines zu beobachtenden Bildes und eine Entstehung von weißem Rauschen führt. Bei einer EDX-Analyse besteht auch das Problem, dass die Röntgenstrahlenerregung aufgrund von gestreuten Elektronen in einem anderen Bereich als einem Zielbereich der Analyse erfolgt und sich somit die Genauigkeit der Analyse verschlechtert.
Bekannte Verfahren zum Unterdrücken der Elektrifizierung einer nicht-leitfähigen Probe, die keinem Prozess zur Abscheidung eines leitfähigen Materials unterzogen worden ist, und unter Aufrechterhaltung einer Hochvakuumumgebung umfassen ein Verfahren zum Verringern der Anzahl von Elektronen, die pro Zeiteinheit auf eine Probe gestrahlt werden, durch Erhöhen der Abtastgeschwindigkeit eines Elektronenstrahls, ein Verfahren zum Unterdrücken einer Elektrifizierung einer Oberfläche einer zu beobachtenden Probe durch Ändern des Intervalls zwischen den Abtastzeilen gemäß Elektrifizierungszeitkonstanten der zu beobachtenden Probe, ein Verfahren zum Verringern einer Elektrifizierung einer Oberfläche einer Probe aufgrund von Einstrahlung eines Elektronenstrahls durch Einstellen der Abtastgeschwindigkeit des Elektronenstrahls so, dass er sich zwischen Pixeln durch Überspringen mehrerer Pixel mit hoher Geschwindigkeit bewegt, und ein Verfahren zum Steuern der Anzahl eingestrahlter Elektronen durch Pulsieren eines Elektronenstrahls und Abbilden eines erhaltenen Signals.
Bei einem SEM, an dem eine Vorrichtung zum externen Steuern der Elektronenstrahlabtastung, beispielsweise ein EDX-Vorrichtung, montiert ist, kann das SEM dann, wenn das Abtasten eines Elektronenstrahls extern durch eine externe Vorrichtung wie die EDX-Vorrichtung gesteuert wird, die Position des Elektronenstrahls auf einer Probe nicht bestimmen und somit ist es nicht möglich, die Elektrifizierung einer nichtleitfähigen Probe in einer Hochvakuumumgebung unter Verwendung des obigen Verfahrens zu unterdrücken.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Ladungsträgerstrahlvorrichtung bereit, die Ladungsträger und elektromagnetische Wellen stabil detektieren kann und eine Probe selbst für eine nichtleitfähige Probe in einer Hochvakuumumgebung beobachten oder analysieren kann.
Lösung des Problems
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Ladungsträgerstrahlvorrichtung bereitzustellen, die umfasst:

eine Ladungsträgerkanone;
einen Abtastablenker zum Rastern eines von der Ladungsträgerkanone emittierten Ladungsträgerstrahls auf eine Probe;
einen Detektor, der dazu ausgelegt ist, eine von außen in den Abtastablenker eingespeiste Abtaststeuerspannung zu detektieren;
eine Recheneinheit, die dazu ausgelegt ist, basierend auf der detektierten Abtaststeuerspannung Bestrahlungspixelkoordinaten für den Ladungsträgerstrahl zu berechnen; und
einen Bestrahlungscontroller, der dazu ausgelegt ist, eine Bestrahlung der Probe mit dem Ladungsträgerstrahl gemäß den Bestrahlungspixelkoordinaten zu steuern.

Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Ladungsträgerstrahlvorrichtung bereitgestellt werden, die Ladungsträger und elektromagnetische Wellen stabil detektieren kann und eine Beobachtung und Analyse einer Probe selbst für eine nichtleitfähige Probe in einer Hochvakuumumgebung ermöglichen kann.
Figurenliste

[1] 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht (Teilquerschnittsansicht) eines Beispiels eines SEM, an dem eine EDX-Vorrichtung montiert werden kann, gemäß einer ersten Ausführungsform.
[2] 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht (Teilquerschnittsansicht) eines Beispiels eines SEM, an dem eine EDX-Vorrichtung montiert ist, gemäß der ersten Ausführungsform.
[3] 3 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer X-Abtaststeuerspannung und einer Y-Abtaststeuerspannung.
[4] 4 ist eine Darstellung, die ein Beispiel einer GUI zum Einstellen von Bedingungen einer Elektronenstrahlbestrahlung in dem SEM gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
[5] 5 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Austastverhaltens während einer EDX-Analyse in dem SEM, das in 2 gezeigt ist.
[6] 6 ist eine schematische perspektivische Ansicht (Teilquerschnittsansicht) eines Beispiels eines SEM, an dem eine EDX-Vorrichtung montiert werden kann, gemäß einer zweiten Ausführungsform.
[7] 7 ist eine Darstellung zum Beschreiben einer optisch erregten Elektronenkanone, die in dem in 6 gezeigten SEM bereitgestellt ist.
[8] 8 ist eine schematische perspektivische Ansicht (Teilquerschnittsansicht) eines Beispiels eines SEM, an dem eine EDX-Vorrichtung montiert ist, gemäß der zweiten Ausführungsform.
[9] 9 ist eine schematische perspektivische Ansicht (Teilquerschnittsansicht) eines Beispiels eines SEM, an dem eine von den Erfindern unter Bezugnahme auf den Stand der Technik rekonstruierte EDX-Vorrichtung montiert werden kann.
[10] 10 ist eine schematische perspektivische Ansicht (Teilquerschnittsansicht) eines Beispiels eines SEM, an dem eine von den Erfindern unter Bezugnahme auf den Stand der Technik rekonstruierte EDX-Vorrichtung montiert ist.

Beschreibung von Ausführungsformen
Um die oben genannten Probleme zu lösen, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung ein SEM, an dem eine EDX-Vorrichtung montiert ist, die unter Bezugnahme auf die in PTL 1 erstellte technische Konfiguration rekonstruiert wurde, oder ein SEM, an dem die EDX-Vorrichtung montiert werden kann, untersucht.
9 ist eine schematische perspektivische Ansicht (Teilquerschnittsansicht) eines SEM, an dem eine umkonfigurierte EDX-Vorrichtung montiert werden kann. Eine Elektronenkanone 12 ist in einem Gehäuse 11 bereitgestellt und ein Elektronenstrahl 20 wird aus der Elektronenkanone 12 emittiert. Der Elektronenstrahl 20, der von einer ersten Kondensorlinse 13 verarbeitet wird und durch eine Blende 15 hindurchtritt, durchläuft eine zweite Kondensorlinse 16, wird von einem X-Abtastablenker 17 und einem Y-Abtastablenker 18 abgelenkt und von einer Objektivlinse 19 so verarbeitet, dass er auf eine Oberfläche einer Probe 21, die auf einem Probentisch 22 angeordnet ist, fokussiert wird. Um einen Bestrahlungspunkt des Elektronenstrahls 20 auf der Probe 21 zu steuern, werden Ansteuerströme für den X-Abtastablenker 17 und den Y-Abtastablenker 18 durch einen Abtasttreiber 30 basierend auf einer Abtaststeuerspannung, die aus einem SEM-Hauptcontroller 151 ausgegeben wird, erzeugt. Aus dem Bestrahlungspunkt des Elektronenstrahls 20 auf der Probe 21 werden Sekundärelektronen 23 und charakteristische Röntgenstrahlen 24 erzeugt.
Hier ist die Energie der Sekundärelektronen im Allgemeinen als 50 eV oder weniger definiert und Sekundärelektronen, die an Stellen erregt werden, an denen Entfernungen von der Oberfläche der Probe relativ weit sind, verlieren ihre Energie und werden innerhalb einer Probe absorbiert, bevor sie die Oberfläche der Probe erreichen. Daher hat ein Sekundärelektronenbild auch die Eigenschaft, dass es einen Kontrast aufweist, der hauptsächlich eine Oberflächenform einer Probe wiedergibt. Außerdem sind Sekundärelektronen für den Einfluss des Potentials in der Nähe einer Oberfläche einer Probe anfällig, da ihre Energie gering ist. Anormale Kontraste aufgrund von Elektrifizierung können häufig in Sekundärelektronenbildern beobachtet werden, die in Bezug auf nichtleitfähige Proben erhalten werden. Bei Halbleiterproben werden häufig Sekundärelektronenbilder beobachtet, um einen Spannungskontrast zu erhalten, der die innere Struktur wiedergibt.
Die Sekundärelektronen 23 werden von einem Sekundärelektronendetektor 25 detektiert und von einem Detektionssignalprozessor 26 von analog zu digital umgewandelt (A/D-umgewandelt). Ein A/D-umgewandeltes Detektionssignal wird als Sekundärelektronendaten, die aus einem bestimmten Pixel abgeleitet werden, basierend auf einem Integrationszeitvorgabesignal, das aus dem SEM-Hauptcontroller 151 in den Detektionssignalprozessor 26 eingegeben wird, integriert und in Bilddaten umgewandelt. Die Bilddaten werden von dem Detektionssignalprozessor 26 über den SEM-Hauptcontroller 151 jedes Mal an einen Computer 35 gesendet, wenn eine Erfassung von Bilddaten von 1 Zeile oder von 1 Einzelbild gemäß den Abtastgeschwindigkeiten abgeschlossen ist, und auf einem Monitor 37 als ein SEM-Bild angezeigt.
Die Elektronenkanone 12 wird durch einen Elektronenkanonencontroller 34 gesteuert, die erste Kondensorlinse 13, die zweite Kondensorlinse 16 und die Objektivlinse 19 werden durch einen Controller für das elektronenoptische System 33 gesteuert, und die Probenbühne 22 wird durch einen Probenbühnencontroller 27 gesteuert, wobei Operationen davon ausgeführt werden, wenn der SEM-Hauptcontroller 151 unter Verwendung einer Bedienungsschnittstelle 36 eingegebene Einstellungswerte an den Elektronenkanonencontroller 34, den Controller für das elektronenoptische System 33 und den Probenbühnencontroller 27 sendet.
Der SEM-Hauptcontroller 151 umfasst eine Abtaststeuerspannungs-Schalteinheit 29, die eine Abtaststeuerspannung, die in den Abtasttreiber 30 eingespeist werden soll, zwischen einer Abtaststeuerspannung, die von einem SEM-Abtaststeuerspannungsgenerator 38 eingespeist wird, und einer Abtaststeuerspannung, die von einem an einer EDX-Vorrichtung bereitgestellten EDX-Abtaststeuerspannungsgenerator 53 eingespeist wird, umschaltet. Ein X-Abtasttreiber 31 und ein Y-Abtasttreiber 32, die in dem Abtasttreiber 30 bereitgestellt sind, werden jeweils basierend auf einer X-Abtaststeuerspannung und einer Y-Abtaststeuerspannung wie in 3 gezeigt angesteuert und somit werden folgende Ströme in dem X-Abtastablenker 17 und dem Y-Abtastablenker 18 so gesteuert, dass sie eine zweidimensionale Abtastung mit dem Elektronenstrahl 20 durchführen. In diesem vorliegenden rekonstruierten Beispiel sind der Abtastablenker 17 und der Y-Abtastablenker 18 als elektromagnetische Ablenker beschrieben, sie können jedoch auch elektrostatische Ablenker sein
10 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht (Teilquerschnittsansicht) eines SEM, an dem die rekonstruierte EDX-Vorrichtung montiert ist. Die gleichen Bezugszeichen wie in 9 bezeichnen die gleichen Komponenten. Ein Beispiel für die montierte EDX-Vorrichtung kann eine in PTL 1 offenbarte EDX-Vorrichtung sein. Ein EDX-Detektor 51 ist an dem Gehäuse 11 des SEM angebracht und detektiert den charakteristischen Röntgenstrahl 24, der von der Probe 21 erzeugt wird. Ein detektiertes Signal wird basierend auf seinem Spitzenwert in dem EDX-Hauptcontroller 52 in ein Energiespektrum umgewandelt. Energiespektraldaten werden zu einem Computer 54 übertragen und auf einem Monitor 56 als ein Energiespektralbild oder ein Elementkartierungsbild angezeigt. Der EDX-Hauptcontroller 52 enthält den EDX-Abtaststeuerspannungsgenerator 53, und eine von dem EDX-Abtaststeuerspannungsgenerator 53 erzeugte Abtaststeuerspannung wird in den SEM-Hauptcontroller 151 eingegeben.
Ferner sind der Computer 35 und der Computer 54 über ein Kommunikationskabel verbunden, und wenn eine EDX-Analyse gestartet wird, wird ein EDX-Analyse-Startbefehl von dem Computer 54 an den Computer 35 gesendet. Nach Empfang des Befehls sendet der Computer 35 entsprechende Informationen an den SEM-Hauptcontroller 151 und betätigt die Abtaststeuerspannungs-Schalteinheit 29, um die Eingangsquelle einer Abtaststeuerspannungseingabe an den Abtasttreiber 30 von dem SEM-Abtaststeuerspannungsgenerator 38 auf den EDX-Abtaststeuerspannungsgenerator 53 umzuschalten. Das heißt, während einer EDX-Analyse steuert die EDX-Vorrichtung das Abtasten des Elektronenstrahls 20. Zu dieser Zeit wird an dem SEM so gesteuert, dass Faktoren, die eine Beschleunigungsspannung oder eine Elektronendosis des Elektronenstrahls umfassen, festgelegt werden, aber das Abtasten des Elektronenstrahls jedoch nicht mit dem SEM durchgeführt wird. Daher kann die Position des Elektronenstrahls auf einer Probe nicht bestimmt werden.
Im Allgemeinen weist ein Ladungsträgerdetektor oder ein Detektor für elektromagnetische Wellen eine Ansprechzeitcharakteristik auf, dass ein Ausgangssignal für eine bestimmte Zeitdauer aufrechterhalten wird, selbst nachdem Ladungsträger oder elektromagnetische Wellen, die von einer Probe erzeugt werden, nicht länger einfallen. Die Zeit, bis ein Ausgangssignal, das aus einem Einfall von Ladungsträgern oder elektromagnetischen Wellen auf einen entsprechenden Detektor abgeleitet wird, verschwindet, nachdem die Ladungsträger oder die elektromagnetischen Wellen nicht mehr einfallen, wird nachstehend als Ausgabedauer bezeichnet. Beispielsweise werden in einem Silizium-Driftdetektor (SDD), der zur Röntgendetektion in einer EDX verwendet wird, Ladungen, die durch einen auf den SDD einfallenden Röntgenstrahl erzeugt werden, an einer Sammelelektrode gemäß einem in dem SDD angelegten elektrischen Feld gesammelt. Die Driftzeit hängt von einer Detektionsfläche ab und somit liegt die Ausgabedauer des SDD in der Größenordnung von Mikrosekunden.
Die „minimale“ Einheit, die „einen Zielbereich“ zur Beobachtung oder Analyse bildet, wird im Folgenden ungeachtet der Unterschiede zwischen Beobachtung und Analyse als ein Pixel bezeichnet. Wenn sich Signale unter zwei Pixeln oder mehreren Pixeln, die aufeinanderfolgend unter Verwendung eines Detektors mit einer Ausgabedauer wie oben beschrieben detektiert werden, überlappen, können keine Pixel bestimmt werden, aus denen die detektierten Signale emittiert werden, und somit verschlechtert sich die räumliche Auflösung eines Ergebnisses einer Beobachtung und einer Analyse.
Um dies zu verhindern, werden detektierte Daten im Allgemeinen vor und nach dem Bewegen eines Elektronenstrahls zwischen Pixeln über einen längeren Zeitraum als die Ausgabedauer verworfen.
Wenn jedoch ein Verfahren zum Ändern des Intervalls zwischen Abtastzeilen gemäß einer Ladezeitkonstante einer zu beobachtenden Probe und somit zum Unterdrücken die Elektrifizierung der Oberfläche der Probe oder ein Verfahren zum Unterdrücken der Elektrifizierung der Oberfläche der Probe durch Einstrahlung eines Elektronenstrahls durch Einstellen des Elektronenstrahls so, dass er sich zwischen Pixeln durch Überspringen mehrerer Pixel mit hoher Geschwindigkeit bewegt, um die Elektrifizierung der Probe zu unterdrücken, angewendet werden, tritt die folgende Einschränkung auf.
Wenn nämlich die Zeit, während der der Elektronenstrahl, der fortlaufend auf die Probe gestrahlt wird, auf einem bestimmten Pixel bleibt, kürzer als die Ausgabedauer des Detektors ist, werden dann, wenn ein Prozess zum Verwerfen detektierter Daten ausgeführt wird, um Signalüberlappungen zwischen Pixeln zu vermeiden, keine Detektionsdaten übrig bleiben. Daher gibt es eine minimale Zeit, während der der Elektronenstrahl auf einem bestimmten Pixel bleibt, und es ist schwierig, den Effekt der Unterdrückung der Elektrifizierung zu erzielen, es sei denn, die minimale Zeit ist kurz genug, um die Elektrifizierung der Probe wirksam zu unterdrücken.
Der Elektronenstrahl wird in einem Abbildungsverfahren, in dem die Anzahl der eingestrahlten Elektronen gesteuert wird, indem der Elektronenstrahl gepulst und mit Unterbrechungen auf eine Probe gestrahlt wird, ausgetastet und somit können die Zeit zum Einstrahlen des Elektronenstrahls auf ein bestimmtes Pixel und die Zeit zum Blockieren des Elektronenstrahls gemäß der Ausgabedauer eines Detektors unabhängig voneinander eingestellt werden. Wenn die EDX-Vorrichtung jedoch nicht die Funktion hat, ein Austaststeuersignal auszugeben, ist es notwendig, die Funktion zu der EDX-Vorrichtung hinzuzufügen. Selbst wenn die EDX-Vorrichtung ein Austaststeuersignal ausgeben kann, hängt ein Mittel zum Austasten oder eine Ansprechzeit, die für das Austasten charakteristisch ist, zudem von der Vorrichtungskonfiguration des SEM ab. Daher ist es unsicher, ob eine gewünschte Bestrahlungssteuerung mit Unterbrechungen in Bezug auf einen Elektronenstrahl möglich ist und somit wird es schwierig, eine Kompatibilität der Vielseitigkeit und der Elektrifizierungsunterdrückungsfunktion der EDX-Vorrichtung aufrechtzuerhalten.
Daher haben die Erfinder als Ergebnis von Untersuchungsverfahren zum Lösen der oben genannten Probleme herausgefunden, dass die Einstrahlung eines Ladungsträgerstrahls basierend auf Koordinaten von Pixeln auf einer Probe, auf die die Ladungsträger gestrahlt werden, gesteuert werden kann, wobei die Koordinaten basierend auf einem Wert berechnet werden, der durch Detektieren einer von außen eingegebenen Abtaststeuerspannung erhalten wird. Daher kann das SEM die Position eines Elektronenstrahls auf einer Probe selbst dann bestimmen, wenn das Abtasten des Elektronenstrahls durch eine externe Vorrichtung wie die EDX-Vorrichtung gesteuert wird, und in einer Hochvakuumumgebung kann beispielsweise eine Elektrifizierung einer nichtleitfähigen Probe unter Verwendung des oben genannten Verfahrens unterdrückt werden.
Nachfolgend sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform ist ein SEM unter Verwendung von Elektronen als Primärladungsträgern beschrieben, die vorliegende Erfindung ist jedoch auch auf ein Raster-Transmissionselektronenmikroskop (STEM) anwendbar. Die vorliegende Erfindung ist auch auf Vorrichtungen anwendbar, die Ionen als Primärladungsträgern verwenden (z. B. ein Rasterionenmikroskop (SIM) usw.). In diesem Fall wird das optische System durch eine elektrostatische Linse und einen elektrostatischen Ablenker ersetzt; dies beeinträchtigt jedoch nicht die Anwendung der vorliegenden Erfindung. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine EDX-Vorrichtung als eine Vorrichtung zum Steuern des Abtastens eines SEM durch externes Eingeben einer Abtaststeuerspannung in den SEM angegeben; die vorliegende Erfindung ist jedoch auch auf Fälle anwendbar, in denen eine Vorrichtung wie etwa eine Elektronenrückstreubeugungs-Vorrichtung (EBSD-Vorrichtung) oder eine Röntgen-Mikrokalorimetervorrichtung mit supraleitendem Übergangsflankensensor (TES) an dem SEM montiert ist.
Erste Ausführungsform
Ein SEM, an dem eine EDX-Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung montiert werden kann oder montiert ist, ist unter Bezugnahme auf 1 bis 5 beschrieben. In Bezug auf die in den 1 und 2 gezeigten Bezugszeichen bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen Komponenten in 9 und 10, die vorstehend als Stand der Technik beschrieben sind.
1 ist eine schematische perspektivische Ansicht (Teilquerschnittsansicht) eines SEM, an dem eine EDX-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform montiert werden kann. Verglichen mit dem SEM-Hauptcontroller 151 von 9 und 10 weist ein SEM-Hauptcontroller 28 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die folgenden zusätzlichen Funktionen auf. Bei dem SEM-Hauptcontroller 28 werden nämlich die Ausgaben der Abtaststeuerspannungs-Schalteinheit 29 für X-Abtastung und Y-Abtastung verzweigt, durch einen X-Abtastdetektions-A/D-Umsetzer 41 bzw. einen Y-Abtastdetektions-A/D-Umsetzer 40 umgewandelt und eine Eingabe in eine Recheneinheit 42 kann erhalten werden.
Wie in 3 gezeigt ändert sich der Wert der Abtaststeuerspannung für eine bestimmte Zeitdauer, die einer Ein-Pixel-Verweilzeit oder einer Ein-Zeilen-Abtastzeit entspricht, nicht und ändert sich zu einer Zeitvorgabe des Verschiebens zu einem nächsten Pixel oder einer nächsten Zeile in eine rechteckige Form. Daher können in der Recheneinheit 42 durch Bestimmen, ob eine Differenz zwischen den vorherigen und aktuellen Eingangswerten den festgelegten Schwellenwert (z. B. 10 mV im Falle eines Übergangs zwischen benachbarten Pixeln und mehrere V im Fall einer mit dem Abschluss eines Abtastzyklus verbundenen Rückführung) überschreitet, Pixelverschiebungszeitvorgaben für X-Abtastung und Y-Abtastung detektiert werden.
Zusätzlich können durch Zählen der Anzahl von Detektionen der Pixelverschiebungszeitvorgaben und Detektieren des Rücklaufs der Abtaststeuerspannung Pixelkoordinaten berechnet werden, die das Ziel der Ablenkung der aktuellen Abtaststeuerspannung sind. Um die hochfrequenten Rauschkomponenten zu entfernen, die eine Eingangsspannung eines AD-Umsetzers überlappen, kann ein gewichteter Durchschnitt digitaler Daten, die mehreren Ereignissen unmittelbar vor der Berechnung einer Differenz in der Recheneinheit 42 entsprechen, erhalten werden.
Wenn eine Pixelverschiebungszeitvorgabe basierend auf der oben genannten Berechnung detektiert wird, gibt die Recheneinheit 42 ein Pixelverschiebungszeitvorgabesignal in einen Austastcontroller 45 ein, der in dem SEM-Hauptcontroller 28 enthalten ist, und zeichnet gleichzeitig Daten bezüglich Pixelkoordinaten, die das Ziel der Ablenkung der aktuellen Abtaststeuerspannung sind, in der Speichereinheit 43 auf.
Der Austastcontroller 45 kann auf die Speichereinheit zugreifen, in der eine voreingestellte Austastperiode, ein Tastgrad, der den Einschalt-Prozentsatz der Elektronenstrahlbestrahlung während der Austastperiode ausdrückt, die Anzahl der zu überspringenden Pixel, die die Anzahl der Pixel ist, die nicht mit einem Elektronenstrahl bestrahlt werden und sandwichartig zwischen einem Pixel, auf das ein Elektronenstrahl eingestrahlt wird, und dem nächsten Pixel, das mit dem Elektronenstrahl zu bestrahlen ist, angeordnet sind, und die aktuellen Pixelkoordinatendaten, die von der Recheneinheit 42 aktualisiert werden, gespeichert sind, und gibt gemäß einem entsprechenden Pixelverschiebungszeitvorgabesignal und den gespeicherten Informationen, die aus der Speichereinheit 43 abgerufen werden, ein Austaststeuersignal in einen Austasttreiber 39 ein, um das EIN/AUS der Einstrahlung des Elektronenstrahls 20 auf die Probe 21 zu steuern. Der Austasttreiber 39 erzeugt basierend auf dem Austaststeuersignal eine Spannung für einen Austaster 14. Wenn eine Spannung an den Austaster 14 angelegt wird, wird der Elektronenstrahl 20 von der Blende 15 weg abgelenkt, und somit wird die Bestrahlung der Probe 21 ausgeschaltet.
Der Austastcontroller 45 kann auch eine Einheit zum Eingeben eines Pixelverschiebungszeitvorgabesignals aus der Recheneinheit 42 und einen Pixelverschiebungszeitvorgabesignalgenerator 44, der in dem SEM-Hauptcontroller 28 enthalten ist, umfassen und somit kann eine Eingangsquelle gemäß in den Computer 35 eingegebenen, eingestellten Bedingungen ausgewählt werden. Alternativ kann die Austaststeuerung durch Blockieren von Eingaben aus beiden Eingangsquellen ausgeschaltet werden. Weiterhin bestimmt der Austastcontroller 45 auf die gleiche Weise wie vorstehend beschrieben entsprechend dem von der Recheneinheit 42 oder dem Pixelverschiebungszeitvorgabesignalgenerator 44 eingegebenen Pixelverschiebungszeitvorgabesignal und den gespeicherten Informationen, die aus der Speichereinheit 43 abgerufen werden, ob die Einstrahlung des Elektronenstrahls 20 auf die Probe 21 ein- und ausgeschaltet wird, und gibt ein Integrationszeitvorgabesignal ein, um zu steuern, ob ein Detektionssignal des Sekundärelektronendetektors 25 in den Detektionssignalprozessor 26 eingebracht oder verworfen werden soll.
4 zeigt einen Elektronenstrahlbestrahlungsbedingungs-Einstellungsbildschirm des SEM gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Der Elektronenstrahlbestrahlungsbedingungs-Einstellungsbildschirm 71 enthält als Einstellungselemente eine Verweilzeit 72, die einer Ein-Pixel-Verweilzeit entspricht, eine Elektronenstrahl-Austastperiode 73, den oben erwähnten Tastgrad 74. die oben genannte Anzahl von zu überspringenden Pixeln 75 und eine Anzahl von Einzelbildintegrationen 76, die die Anzahl der verwendeten Einzelbilder in einem Integrationsprozess zum Ausbilden eines Sekundärelektronenbildes unter Verwendung von Bilddaten, die durch eine Y-Abtastung als ein Einzelbild erhalten werden, ein SEM-Abtastverbindungs-Kontrollkästchen 77 zum Einstellen, ob der Austastbetrieb in Verbindung mit einer SEM-Abtaststeuerspannung vorgenommen werden soll, und ein EDX-Abtastverbindungs-Kontrollkästchen 78 zum Einstellen, ob der Austastbetrieb in Verbindung mit einer EDX-Abtaststeuerspannung auf ähnliche Weise vorgenommen werden soll.
Abhängig von einer eingestellten Zeit der Verweilzeit 72, die aus einer Aufklappliste oder einer Texteingabe ausgewählt wird, werden Optionen, die 1/n der eingestellten Zeit (n = 1, 2, 3, ...) entsprechen, in der Aufklappliste der Austastperiode 73 angezeigt. Ferner werden entsprechend der Anzahl s von zu überspringenden Pixeln (s = 0, 1, 2, 3, ...), die aus der Aufklappliste ausgewählt wird, Optionen entsprechend (s + 1) * p wird in der Aufklappliste der Anzahl von Einzelbildintegrationen 76 angezeigt, so dass die Häufigkeit p der Integration von Pixeln (p = 1, 2, 3) über einen abgetasteten Bereich gleichmäßig ist. Das SEM-Abtastverbindungs-Kontrollkästchen 77 und das EDX-Abtastverbindungs-Kontrollkästchen 78 schließen sich aus und können nicht gleichzeitig gewählt und eingeschaltet werden, können jedoch gleichzeitig ohne Auswahl deaktiviert werden. In diesem Fall wird der auf dem Elektronenstrahlbestrahlungsbedingungs-Einstellungsbildschirm 71 eingestellte Austastbetrieb nicht ausgeführt, selbst wenn das Abtasten eines Elektronenstrahls basierend auf einer Abtaststeuerspannung des SEM oder der EDX-Vorrichtung gestartet wird.
2 ist eine schematische perspektivische Ansicht (Teilquerschnittsansicht) eines SEM, an dem eine EDX-Vorrichtung montiert ist, gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Ein Verfahren zum Durchführen einer Elementkartierungsanalyse unter Verwendung einer EDX-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird beschrieben.
Eine erforderliche Beschleunigungsspannung des Elektronenstrahls 20 ist durch eine kritische Erregungsspannung der charakteristischen Röntgenstrahlen eines zu analysierenden Elements definiert. Um eine ausreichende charakteristische Röntgenintensität zu erhalten, wird vorzugsweise eine Beschleunigungsspannung angelegt, die das Doppelte der kritischen Erregungsspannung oder mehr beträgt. Wenn ein enthaltenes Element unbekannt ist, wird die Beschleunigungsspannung im Allgemeinen auf 15 kV bis 20 kV eingestellt. In dem Fall, in dem die Quantitativität der Analyse für leichte Elemente wichtig ist oder wenn ein Diffusionsbereich des Elektronenstrahls 20 in einer Probe 21 reduziert wird, um die räumliche Auflösung der Analyse zu erhöhen, wird gemäß diesen Bedingungen eine niedrigere Beschleunigungsspannung eingestellt. Die Vergrößerung eines Elektronenstrahl-Abtastbereichs wird auf eine Vergrößerung eingestellt, die zum Zeitpunkt einer Elementkartierungsanalyse angenommen wird, und die Probenbühne 22 wird betätigt, um sich zu einem Beobachtungsfeld in der Nähe eines zu analysierenden Zielbereichs zu bewegen.
Die Anpassung der Bestrahlungsstrommenge des Elektronenstrahls 20 wird durchgeführt, nachdem das EDX-Abtastverbindungs-Kontrollkästchen 78 im Voraus auf dem in 4 gezeigten Elektronenstrahlbestrahlungsbedingungs-Einstellungsbildschirm 71 ausgeschaltet worden ist, und die ersten Kondensorlinse 13 und die zweite Kondensorlinse 16 des SEM werden so konfiguriert, dass eine Totzeit, die in einer GUI der EDX-Vorrichtung angezeigt wird, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt (beispielsweise von 20 % bis 30 %).
Nach dem Einstellen der Beschleunigungsspannung und der Bestrahlungsstrommenge wird die Verweilzeit 72 aus der Aufklappliste oder der Texteingabe gemäß einem Wert, der zu der Zeit einer Elementkartierungsanalyse angenommen wird, auf dem Elektronenstrahlbestrahlungsbedingungs-Einstellungsbildschirm 71 ausgewählt.
Als Nächstes werden die Austastperiode 73 und der Tastgrad 74 jeweils in der Aufklappliste eingestellt. Nach dem Einschalten des SEM-Abtastverbindungs-Kontrollkästchens 77 wird das Abtasten des Elektronenstrahls 20 an dem SEM gestartet, um ein Sekundärelektronenbild zu erhalten. Wenn ein anormaler Kontrast aufgrund der Elektrifizierung der Probe 21 visuell in dem Sekundärelektronenbild erkannt wird, werden die Austastperiode 73 und der Tastgrad 74, die wie oben beschrieben eingestellt sind, geändert. Zusätzlich dazu werden die Anzahl von zu überspringenden Pixeln 75 und die Anzahl von Einzelbildintegrationen 76 eingestellt und es wird geprüft, ob der anormale Kontrast in einem erneut erhaltenen Sekundärelektronenbild zu sehen ist.
In einem Fall, in dem der Einfluss einer unmittelbar vorhergehenden Elektronenstrahlbestrahlung bestehen bleibt, werden das Ändern der Austastperiode 73, des Tastgrades 74, der Anzahl von zu überspringenden Pixeln 75 und der Anzahl von Einzelbildintegrationen 76 und die Erfassung eines Sekundärelektronenbilds wiederholt, wodurch eine Elektronenstrahlbestrahlungsbedingung festgestellt wird, ohne dass der anormale Kontrast in dem Sekundärelektronenbild erscheint. Insbesondere dann, wenn es erforderlich ist, den Tastgrad 74 zu verringern, wird erwartet, dass eine Zählrate der charakteristischen Röntgenstrahlen verringert wird. Daher wird vorzugsweise geprüft, ob ein Sekundärelektronenbild ohne anormalen Kontrast auch dann erhalten werden kann, wenn die Anzahl der Einzelbildintegrationen weiter erhöht wird.
Nachdem eine gewünschte Elektronenstrahl-Bestrahlungsbedingung wie oben beschrieben erhalten worden ist, wird ein eingestellter Wert, der mit der Anzahl der Einzelbildintegrationen 76 in der Elektronenstrahl-Bestrahlungsbedingung identisch ist, in der GUI der EDX-Vorrichtung eingestellt. Das Beobachtungssichtfeld wird zu dem zu analysierenden Zielbereich bewegt, das EDX-Abtastverbindungs-Kontrollkästchen 78 wird in Bezug auf den Elektronenstrahlbestrahlungsbedingungs-Einstellungsbildschirm 71 eingeschaltet und eine Elementkartierungsanalyse wird an der EDX-Vorrichtung gestartet.
Zum Startzeitpunkt der Analyse wird ein EDX-Analyse-Startbefehl wie oben beschrieben von dem Computer 54 an den Computer 35 gesendet und die Abtaststeuerspannungs-Schalteinheit 29 schaltet die Eingangsquelle einer zu wählenden Abtaststeuerspannung auf die EDX-Vorrichtung um und somit kann das SEM den Start der Analyse detektieren.
5 ist eine Darstellung zum Beschreiben eines Austastbetriebs während einer EDX-Analyse in dem in 2 gezeigten SEM. Eine Zeitvorgabe zum Erfassen eines Röntgensignals wird durch die EDX-Vorrichtung unter Bezugnahme auf die Zeitwellenform einer Abtaststeuerspannung, die aus der EDX-Vorrichtung in das SEM eingegeben wird, gesteuert. Während des Ansteuerns des X-Abtastablenkers 17 und des Y-Abtastablenkers 18 basierend auf der von der EDX-Vorrichtung eingegebenen Abtaststeuerspannung wie oben beschrieben detektieren in dem SEM der X-Abtastdetektions-A/D-Umsetzer 41, der Y-Abtastdetektions-A/D-Umsetzer 40 und die Recheneinheit 42 eine Pixelverschiebungszeitvorgabe und berechnen Pixelkoordinaten, die als Ziel der Ablenkung dienen.
Nach dem Zugreifen auf die Speichereinheit 43 und dem Aktualisieren von Pixelkoordinatendaten gibt die Recheneinheit 42 ein Pixelverschiebungszeitvorgabesignal in den Austastcontroller 45 ein. Verglichen mit einer Pixelverschiebungszeitvorgabe bezüglich einer Abtaststeuerspannung für die EDX-Vorrichtung tritt eine Verzögerung, die einer Summe einer Zeitdifferenz zwischen Systemtakten, einer Umwandlungsperiode eines AD-Umsetzers oder einem Prozess zur Bildung eines gewichteten Durchschnitts bezüglich digitaler Daten, einer Differenzberechnung oder eines Vergleichs mit einem Schwellenwert und einer für den Zugriff auf die Speichereinheit 43 erforderlichen Verarbeitungszeit entspricht, in einer durch den SEM detektierten Pixelverschiebungszeitvorgabe auf. Die Verzögerung beträgt jedoch etwa 100 ns und ist im Vergleich zu einer Verweilzeit (im Allgemeinen einige µs oder länger) zu der Zeit der EDX-Analyse relativ kurz, wodurch sie vernachlässigbar ist. Genau genommen gibt es auch eine Verzögerungszeit von der Eingabe des Pixelverschiebungszeitvorgabesignals bis zum Abschluss eines Anlegens der Spannung an den Austaster 14. Die Verzögerungszeit beträgt jedoch Dutzende von ns, ist relativ kurz und somit vernachlässigbar.
Der Austastcontroller 45 gibt auf der Grundlage des in der Speichereinheit 43 gespeicherten Inhalts und des Pixelverschiebungszeitvorgabesignals ein Austaststeuersignal in den Austasttreiber 39 ein und gibt gleichzeitig ein Integrationszeitvorgabesignal in den Detektionssignalprozessor 26 ein. Sekundärelektronendaten, die durch den Detektionssignalprozessor 26 über den Sekundärelektronendetektor 25 auf der Grundlage des Integrationszeitvorgabesignals erhalten werden, werden einer Einzelbildintegration unterzogen, wodurch sie in ein Sekundärelektronenbild umgewandelt werden, das den Elektrifizierungszustand der Probe 21 während einer Elementkartierungsanalyse widerspiegelt. Durch Anzeigen des Sekundärelektronenbildes auf dem Monitor 37 des SEM können zudem die Elektrifizierungszustände der Probe während und nach der Analyse geprüft werden. Die Sekundärelektronendaten, die von dem Detektionssignalprozessor 26 über den Sekundärelektronendetektor 25 auf der Grundlage des Integrationszeitvorgabesignals erfasst werden, werden als ein Videosignal von den SEM-Hauptcontroller 28 in den EDX-Hauptcontroller 52 eingegeben. Wie oben unter Bezugnahme auf 5 beschrieben werden die Sekundärelektronendaten im Wesentlichen synchron mit der Pixelverschiebungszeitvorgabe der von der EDX-Vorrichtung in das SEM eingegebenen Abtaststeuerspannung erfasst. Daher können die Sekundärelektronendaten sogar Pixeln in der EDX-Vorrichtung zugeordnet werden. Wenn die EDX-Vorrichtung mit einer Funktion zum Integrieren von Einzelbildern des oben genannten Videosignals versehen ist, kann daher ein Sekundärelektronenbild auf einem Monitor 56 der EDX-Vorrichtung angezeigt werden.
Wie oben beschrieben werden gemäß der vorliegenden Ausführungsform ähnlich wie in dem Stand der Technik während einer EDX-Analyse, während die Konfiguration, in der die EDX-Vorrichtung eine Abtaststeuerung durchführt, beibehalten wird, durch Detektieren einer Pixelverschiebungszeitvorgabe und Berechnen von Pixelkoordinaten, die als aktuelles Ziel der Ablenkung dienen, voreingestellte Elektronenstrahlbestrahlungsbedingungen für jeweilige Pixel auf die EDX-Analyse angewendet. Daher kann eine Elektrifizierung einer Probe selbst für eine nichtleitfähige Probe, die in einer Hochvakuumumgebung analysiert wird, unterdrückt werden.
Zweite Ausführungsform
Eine zweite Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 4 bis 6 beschrieben. Im Übrigen können Beschreibungen, die oben in der ersten Ausführungsform gegeben sind und in der vorliegenden Ausführungsform nicht gegeben sind, auch auf die vorliegende Ausführungsform angewendet werden, sofern nicht ein außergewöhnlicher Umstand vorliegt.
6 ist eine schematische perspektivische Ansicht (Teilquerschnittsansicht) eines Beispiels eines SEM, an dem eine EDX-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform montiert werden kann. In dem SEM der vorliegenden Ausführungsform ist die Elektronenkanone 12 des in 1 gezeigten SEM durch eine optisch erregte Elektronenkanone 91 ersetzt, der Elektronenkanonencontroller 34 ist durch einen Controller für eine optisch erregte Elektronenkanone 92 ersetzt und der Austaster 14 und der Austreiber 39 sind entfernt.
Controller für eine optisch erregte Elektronenkanone 92 umfasst einen Hochspannungsgenerator 93 und einen Erregungslichtcontroller 94. Eine Beschleunigungsspannung und eine Extraktionsspannung, die von dem Hochspannungsgenerator 93 erzeugt werden, werden in eine Elektrode in der optisch erregten Elektronenkanone 91 eingespeist, wobei die Elektrode nachstehend beschrieben ist. Der Erregungslichtcontroller 94 erzeugt einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von etwa 600 nm bis etwa 800 nm und der Laserstrahl wird durch ein optisches Transmissionsmittel wie etwa eine Lichtleitfaser in die optisch erregte Elektronenkanone 91 eingebracht.
7 zeigt die optisch erregte Elektronenkanone 91 im Einzelnen. Die optisch erregte Elektronenkanone 91 umfasst ein transparentes Substrat 101, einen GaAs-Film 102, einen Halter 103, eine Kondensorlinse 104, ein Fenster 105, eine Lichtleitfaser 106 und eine Extraktionselektrode 107. Der GaAs-Film 102 ist an dem transparenten Substrat 101 befestigt und der GaAs-Film steht mit dem aus einem Metall bestehenden Halter 103 in Kontakt.
Eine Beschleunigungsspannung (Vacc in 7), die von dem Hochspannungsgenerator 93 erzeugt wird, wird an den Halter 103 angelegt und eine Extraktionsspannung (Vext in 7), die ebenfalls von dem Hochspannungsgenerator 93 erzeugt wird, wird an die Extraktionselektrode 107, die unter dem Halter 103 angeordnet ist, angelegt.
Ein Laserstrahl 108, der von dem Erregungslichtcontroller 94 erzeugt wird und aus einer Endfläche der Lichtleitfaser 106 emittiert wird, tritt durch das Fenster 105 eines Gehäuses 11 und wird durch die Kondensorlinse 104 auf den GaAs-Film 102 fokussiert. Die Umgebung des GaAs-Films 102 in dem Gehäuse 11 befindet sich aufgrund einer (nicht gezeigten) Absaugeinheit in einem Ultrahochvakuum von 10^-8 Pa oder weniger und in der Nähe des Brennpunkts des Laserstrahls 108 auf dem GaAs-Film 102 werden Elektronen in dem Valenzelektronenband des GaAs-Films 102 in das Leitungsband erregt und die Elektronen werden durch negative Elektronenaffinität (NEA) aus einer Oberfläche in das Ultrahochvakuum emittiert. Die emittierten Elektronen werden durch die Extraktionselektrode 107, an die die Extraktionsspannung Vext angelegt wird, in ein elektronenoptisches System geleitet und werden zu dem Elektronenstrahl 20.
In dem SEM der vorliegenden Ausführungsform wird ein Austaststeuersignal von dem Austastcontroller 45 in den Erregungslichtcontroller 94 in dem Controller für eine optisch erregte Elektronenkanone 92 eingegeben. Der Erregungslichtcontroller 94 schaltet einen Laserstrahl basierend auf dem Austaststeuersignal EIN/AUS und der von der optisch erregten Elektronenkanone 20 emittierte Elektronenstrahl 20 wird auch EIN/AUS geschaltet, wenn der Laserstrahl EIN/AUS geschaltet wird. Mit anderen Worten wird das EIN/AUS der Einstrahlung des Elektronenstrahls 20 auf die Probe 21 durch das Austaststeuersignal gesteuert, das von dem Austastcontroller 45 ausgegeben wird.
8 ist eine schematische perspektivische Ansicht (Teilquerschnittsansicht) eines SEM, an dem eine EDX-Vorrichtung montiert ist, gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie aus den oben unter Bezugnahme auf 6 gegebenen Beschreibungen hervorgeht, wird in Bezug auf eine Abtaststeuerspannung, die von der EDX-Vorrichtung in das SEM eingegeben wird, eine Pixelverschiebungszeitvorgabe detektiert und Pixelkoordinaten, die als aktuelles Ziel der Ablenkung dienen, werden berechnet, und somit werden voreingestellte Elektronenstrahlbestrahlungsbedingungen für jeweilige Pixel auf die EDX-Analyse angewendet. Daher kann eine Elektrifizierung einer Probe selbst für eine nichtleitfähige Probe, die in einer Hochvakuumumgebung analysiert wird, unterdrückt werden. Hier bezeichnet das Bezugszeichen 55 eine Bedienungsschnittstelle.
Zudem ist es in der vorliegenden Ausführungsform nicht notwendig, eine Bestrahlung einer Probe durch Ablenken eines Elektronenstrahls unter Verwendung eines Austasters wie in der ersten Ausführungsform auszuschalten und somit kann der Austaster in einem elektronenoptischen System weggelassen werden. Daher gibt es Vorteile einschließlich der Beseitigung von Ablenkungsrauschen des Austasters in Bezug auf einen Elektronenstrahl und einer verbesserten Gestaltungsfreiheit.
Wie oben beschrieben kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Ladungsträgerstrahlvorrichtung bereitgestellt werden, die in der Lage ist, Ladungsträger und elektromagnetische Wellen stabil zu detektieren und eine Beobachtung oder Analyse einer Probe selbst für eine nichtleitfähige Probe in einer Hochvakuumumgebung zu ermöglichen. Durch Verwendung einer optisch erregten Elektronenkanone als Elektronenkanone kann zudem ein Austaster aus einem elektronenoptischen System weggelassen werden, wodurch das Ablenkrauschen des Austasters in Bezug auf einen Elektronenstrahl beseitigt wird und die Gestaltungsfreiheit verbessert wird.
Die vorliegende Erfindung umfasst die folgenden Ausführungsformen.

(1) Eine Ladungsträgerstrahlvorrichtung, die umfasst:
- eine optisch erregte Ladungsträgerkanone;
- einen Abtastablenker zum Ablenken eines Ladungsträgerstrahls, der von der optisch erregten Ladungsträgerkanone emittiert wird, auf eine Probe;
- einen Detektor zum Detektieren einer von außen in den Abtastablenker eingegebenen Abtaststeuerspannung;
- eine Recheneinheit zum Berechnen von Bestrahlungspixelkoordinaten für den Ladungsträgerstrahl basierend auf der detektierten Abtaststeuerspannung; und
- einen Bestrahlungscontroller zum Steuern der Bestrahlung der Probe mit dem Ladungsträgerstrahl gemäß den Bestrahlungspixelkoordinaten.
(2) Eine Ladungsträgerstrahlvorrichtung, die umfasst:
- eine Ladungsträgerkanone;
- einen Abtastablenker zum Abtasten mit einem Ladungsträgerstrahl, der von der Ladungsträgerkanone emittiert wird, auf einer Probe;
- einen Abtaststeuerspannungsgenerator zum Erzeugen einer Abtaststeuerspannung. die in den Abtastablenker eingegeben werden soll;
- einen Detektor zum Detektieren einer externen Abtaststeuerspannung, die von außen in den Abtastablenker eingegeben wird und sich von der Abtaststeuerspannung unterscheidet;
- eine Recheneinheit zum Berechnen von Bestrahlungspixelkoordinaten für den Ladungsträgerstrahl basierend auf der detektierten externen Abtaststeuerspannung; und
- einen Bestrahlungscontroller zum Steuern der Bestrahlung der Probe mit dem Ladungsträgerstrahl gemäß den Bestrahlungspixelkoordinaten.
(3) In der Ladungsträgerstrahlvorrichtung (2), umfasst die Ladungsträgerstrahlvorrichtung einen Austaster, und der Bestrahlungscontroller steuert das Einschalten/Ausschalten der Bestrahlung aus der Ladungsträgerkanone auf die Probe mit dem Ladungsträgerstrahl durch den Austaster.
(4) In der Ladungsträgerstrahlvorrichtung von (2) ist die Ladungsträgerkanone eine optisch erregte Ladungsträgerkanone, und der Bestrahlungscontroller steuert einen Erregungslichtcontroller der optisch erregten Ladungsträgerkanone, wodurch das Einschalten/Ausschalten der Bestrahlung aus der optisch erregten Ladungsträgerkanone auf die Probe mit dem Ladungsträgerstrahl gesteuert wird.

Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und verschiedene Abwandlungen können daran vorgenommen werden. Zum Beispiel sind die oben beschriebenen Ausführungsformen im Einzelnen beschrieben worden, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, und sind nicht notwendigerweise auf die Ausführungsformen beschränkt, die alle oben beschriebenen Konfigurationen aufweisen. Ferner kann ein Teil der Konfiguration einer Ausführungsform durch die Konfiguration einer anderen Ausführungsform ersetzt werden. Die Konfiguration einer anderen Ausführungsform kann auch zu der Konfiguration einer Ausführungsform hinzugefügt werden. Darüber hinaus können die Konfigurationen anderer Ausführungsformen zu der Konfiguration einer jeweiligen Ausführungsform hinzugefügt werden, aus dieser entfernt werden und einen Teil der Konfiguration davon ersetzen.
Bezugszeichenliste

11: Gehäuse
12: Elektronenkanone
13: Erste Kondensorlinse
14: Austaster
15: Blende
16: Zweite Kondensorlinse
17: X-Abtastablenker
18: Y-Abtastablenker
19: Objektivlinse
20: Elektronenstrahl
21: Probe
22: Probenbühne
23: Sekundärelektronen
24: Charakteristische Röntgenstrahlen
25: Sekundärelektronendetektor
26: Detektionssignalprozessor
27: Probenbühnencontroller
28: SEM-Hauptcontroller
29: Abtaststeuerspannungs-Schalteinheit
30: Abtasttreiber
31: X-Abtasttreiber
32: Y-Abtasttreiber
33: Controller für ein elektronisch-optisches System
34: Elektronenkanonencontroller
35: Computer
36: Bedienungsschnittstelle
37: Monitor
38: SEM-Abtaststeuerspannungsgenerator
39: Austasttreiber
40: Y-Abtastdetektions-A/D-Umsetzer
41: X-Abtastdetektions-A/D-Umsetzer
42: Recheneinheit
43: Speichereinheit
44: Pixelverschiebungszeitvorgabesignalgenerator
45: Austastcontroller
51: EDX-Detektor
52: EDX-Hauptcontroller
53: EDX-Steuerspannungsgenerator
54: Computer
55: Bedienungsschnittstelle
56: Monitor
71: Elektronenstrahlbestrahlungsbedingungs-Einstellungsbildschirm
72: Verweilzeit
73: Austastperiode
74: Tastgrad
75: Anzahl von zu überspringenden Pixeln
76: Anzahl von Einzelbildintegrationen
77: SEM-Abtastverbindungs-Kontrollkästchen
78: EDX-Abtastverbindungs-Kontrollkästchen
91: Optisch erregte Elektronenkanone
92: Controller für eine optisch erregte Elektronenkanone
93: Hochspannungsgenerator
94: Erregungslichtcontroller
101: Transparentes Substrat
102: GaAs-Film
103: Halter
104: Kondensorlinse
105: Fenster
106: Lichtleitfaser
107: Extraktionselektrode
108: Laserstrahl
151: SEM-Hauptcontroller

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2015184040 A [0004]

Claims

Ladungsträgerstrahlvorrichtung, die Folgendes umfasst: eine Ladungsträgerkanone; einen Abtastablenker, der dazu ausgelegt ist, einen Ladungsträgerstrahl, der von der Ladungsträgerkanone emittiert wird, auf eine Probe abzulenken; einen Detektor, der dazu ausgelegt ist, eine von außen in den Abtastablenker eingegebene Abtaststeuerspannung zu detektieren; eine Recheneinheit, die dazu ausgelegt ist, Bestrahlungspixelkoordinaten für den Ladungsträgerstrahl basierend auf der detektierten Abtaststeuerspannung zu berechnen; und einen Bestrahlungscontroller, der dazu ausgelegt ist, eine Bestrahlung der Probe mit dem Ladungsträgerstrahl gemäß den Bestrahlungspixelkoordinaten zu steuern.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner Folgendes umfasst: einen Sekundärteilchendetektor, der dazu ausgelegt ist, Sekundärteilchen zu detektieren, die durch Bestrahlung mit dem Ladungsträgerstrahl aus der Probe freigesetzt werden; einen Signalprozessor, der dazu ausgelegt ist, eine Bildgebung für Sekundärteilchendaten, die von dem Sekundärteilchendetektor ausgegeben werden, gemäß den Bestrahlungspixelkoordinaten auszuführen; und eine Bildanzeigeeinheit, die dazu ausgelegt ist, ein Sekundärteilchenbild anzuzeigen, das von dem Signalprozessor erzeugt wird.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Bestrahlungscontroller eine Bestrahlungszeit, eine Intervallzeit zwischen Bestrahlungen und die Anzahl von Pixeln zwischen Bestrahlungen steuert.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Bestrahlungscontroller eine Bestrahlungszeit, eine Intervallzeit zwischen Bestrahlungen und die Anzahl von Pixeln zwischen Bestrahlungen steuert.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ladungsträgerstrahlvorrichtung mit einem energiedispersiven Röntgenstrahlanalysator, einem Rückstreuelektronendiffraktometer oder einem Röntgen-Mikrokalorimeter vom Typ mit supraleitendem Übergangsflankensensor, der/das einen Abtaststeuerspannungsgenerator zum Anlegen an den Abtastablenker aufweist, versehen ist.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung, die Folgendes umfasst: eine optisch erregte Ladungsträgerkanone; einen Abtastablenker, der dazu ausgelegt ist, einen Ladungsträgerstrahl, der von der optisch erregten Ladungsträgerkanone emittiert wird, auf eine Probe abzulenken; einen Detektor, der dazu ausgelegt ist, eine von außen in den Abtastablenker eingegebene Abtaststeuerspannung zu detektieren; eine Recheneinheit, die dazu ausgelegt ist, Bestrahlungspixelkoordinaten für den Ladungsträgerstrahl basierend auf der detektierten Abtaststeuerspannung zu berechnen; und einen Bestrahlungscontroller, der dazu ausgelegt ist, eine Bestrahlung der Probe mit dem Ladungsträgerstrahl gemäß den Bestrahlungspixelkoordinaten zu steuern.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung nach Anspruch 6, die ferner Folgendes umfasst: einen Sekundärteilchendetektor, der dazu ausgelegt ist, Sekundärteilchen zu detektieren, die durch Bestrahlung mit dem Ladungsträgerstrahl aus der Probe freigesetzt werden; einen Signalprozessor, der dazu ausgelegt ist, eine Bildgebung für Sekundärteilchendaten, die von dem Sekundärteilchendetektor ausgegeben werden, gemäß den Bestrahlungspixelkoordinaten auszuführen; und eine Bildanzeigeeinheit, die dazu ausgelegt ist, ein Sekundärteilchenbild anzuzeigen, das von dem Signalprozessor erzeugt wird.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Bestrahlungscontroller eine Bestrahlungszeit, eine Intervallzeit zwischen Bestrahlungen und die Anzahl von Pixeln zwischen Bestrahlungen steuert.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Bestrahlungscontroller eine Bestrahlungszeit, eine Intervallzeit zwischen Bestrahlungen und die Anzahl von Pixeln zwischen Bestrahlungen steuert.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Ladungsträgerstrahlvorrichtung mit einem energiedispersiven Röntgenstrahlanalysator, einem Rückstreuelektronendiffraktometer oder einem Röntgen-Mikrokalorimeter vom Typ mit supraleitendem Übergangsflankensensor, der/das einen Abtaststeuerspannungsgenerator zum Anlegen an den Abtastablenker aufweist, versehen ist.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung, die Folgendes umfasst: eine Ladungsträgerkanone; einen Abtastablenker, der dazu ausgelegt ist, einen Ladungsträgerstrahl, der von der Ladungsträgerkanone emittiert wird, auf eine Probe abzulenken; einen Abtaststeuerspannungsgenerator, der dazu ausgelegt ist, eine Abtaststeuerspannung. die in den Abtastablenker eingegeben werden soll, zu erzeugen; einen Detektor, der dazu ausgelegt ist, eine externe Abtaststeuerspannung, die von außen in den Abtastablenker eingegeben wird und sich von der Abtaststeuerspannung unterscheidet, zu detektieren; eine Recheneinheit, die dazu ausgelegt ist, Bestrahlungspixelkoordinaten für den Ladungsträgerstrahl basierend auf der detektierten externen Abtaststeuerspannung zu berechnen; und einen Bestrahlungscontroller, der dazu ausgelegt ist, eine Bestrahlung der Probe mit dem Ladungsträgerstrahl gemäß den Bestrahlungspixelkoordinaten zu steuern.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Ladungsträgerstrahlvorrichtung einen Austaster umfasst, und der Bestrahlungscontroller das Einschalten/Ausschalten der Bestrahlung aus der Ladungsträgerkanone auf die Probe mit dem Ladungsträgerstrahl durch den Austaster steuert.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Ladungsträgerkanone eine optisch erregte Ladungsträgerkanone ist, und der Bestrahlungscontroller einen Erregungslichtcontroller der optisch erregten Ladungsträgerkanone steuert, wodurch das Einschalten/Ausschalten der Bestrahlung aus der optisch erregten Ladungsträgerkanone auf die Probe mit dem Ladungsträgerstrahl gesteuert wird.