DE112017008147B4

DE112017008147B4 - Vorrichtung für strahl geladener teilchen und verfahren zur probenbeobachtung unter verwendung derselben

Info

Publication number: DE112017008147B4
Application number: DE112017008147.5T
Authority: DE
Inventors: Katsura Takaguchi; Natsuki Tsuno; Masahiro Sasajima; Toshihide Agemura
Original assignee: Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2017-11-27
Filing date: 2017-11-27
Publication date: 2023-09-14
Anticipated expiration: 2037-11-28
Also published as: JPWO2019102603A1; US20200294764A1; CN111344831A; US11183362B2; DE112017008147T5; JP6957641B2; WO2019102603A1; CN111344831B

Abstract

Rasterelektronenmikroskop, das aufweist:eine Quelle (16) zur Erzeugung elektromagnetischer Wellen, die dazu ausgebildet ist, eine elektromagnetische Welle, mit der eine Probe (7) bestrahlt wird, zu erzeugen;ein optisches System (2 bis 6) für geladene Teilchen, das einen Pulsmechanismus (3) und einen Deflektor (5) enthält und dazu ausgebildet ist, die Probe mit einem fokussierten Strahl geladener Teilchen zu bestrahlen, der durch den Deflektor auf Bestrahlungspositionen auf der Probe abgelenkt wird, um diese zweidimensional abzutasten;einen Detektor (10), der dazu ausgebildet ist, ein Sekundärelektron, das durch eine Wechselwirkung zwischen dem Strahl geladener Teilchen und der Probe emittiert wird, zu detektieren;eine erste Bestrahlungssteuereinheit (15), die dazu ausgebildet ist, die Quelle zur Erzeugung elektromagnetischer Wellen zu steuern und die Probe mit einer gepulsten elektromagnetischen Welle zu bestrahlen, um einen angeregten Träger zu erzeugen;eine zweite Bestrahlungssteuereinheit (14), die dazu ausgebildet ist, den Pulsmechanismus zu steuern und einen Elektromagnetische-Wellen-Bestrahlungsbereich der Probe mit einem gepulsten Strahl geladener Teilchen zu bestrahlen; undeine Zeitablaufsteuereinheit (13), wobeiwährend das Sekundärelektron durch den Detektor synchron zu der Bestrahlung des gepulsten Strahls geladenen Teilchen detektiert wird, ist die Zeitablaufsteuereinheit dazu ausgebildet, die erste Bestrahlungssteuereinheit und die zweite Bestrahlungssteuereinheit zu steuern und eine Intervallzeit zwischen der gepulsten elektromagnetischen Welle und dem gepulsten Strahl geladener Teilchenstrahl zu dem Elektromagnetische-Wellen-Bestrahlungsbereich zu steuern.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für einen Strahl geladener Teilchen, die einen Elektronenstrahl und eine elektromagnetische Welle kombiniert, und insbesondere eine Technik zum Spezifizieren eines Leuchtstoffs aus einer transienten Änderung eines Elektronenemissionsausmaßes.
Hintergrund
Ein Elektronenmikroskop, das eine vergrößerte Betrachtung einer Probe mit hoher Auflösung ermöglicht, wird als Mittel zum Visualisieren einer Oberflächenform und Strukturinformation durch eine Änderung eines Außmaßes an Sekundärelektronenemission durch Streuen von Elektronen und Substanzen verwendet. Andererseits ermöglicht ein Lichtmikroskop die Visualisierung einer Oberfläche, Grenzflächenmorphologie und Fluoreszenz durch eine Änderung der Lichtmenge und Wellenlänge aufgrund von Interferenz und Energieumwandlung. Das Lichtmikroskop wird als Beobachtungsmittel in einem Submikrobereich wie beispielsweise Fluoreszenzbeobachtung für Biotechnologie unter Ausnutzung der Eigenschaften von Licht und die Grenzflächeninspektion für Kristalldefekte eingesetzt. In den letzten Jahren werden Beobachtungsobjekte wie fluoreszierende Viren, Fadenversetzungen der Kristalldefekte und Quantenpunkte mit der Vertiefung der Nanotechnologie nanoskalig, und der Bedarf an Nanoinformationen steigt. Mit einem Bedarf an Nanoanalyse wird erwartet, dass das Elektronenmikroskop in einem breiteren Bereich von Anwendungen wie beispielsweise in den Bereichen Medizin und Biologie sowie im Bereich von Halbleitern eingesetzt wird. So gibt es zum Beispiel ein Kathodolumineszenz („cathodoluminescence“; CL)-Verfahren zum Betrachten einer Probe, die mit einem im Bereich der Biologie bekannten Leuchtstoff eingefärbt wurde. Hierbei handelt es sich um eine Technik zum Detektieren von Fluoreszenz, die erzeugt wird, wenn eine fluoreszenzgefärbte Probe mit einem Elektronenstrahl bestrahlt wird, und zum Vergleichen der Fluoreszenz mit der vom Elektronenmikroskop gemessenen Positionsinformation, um die Fluoreszenzinformation zu ermitteln. Ein Verfahren der korrelativen Licht- und Elektronenmikroskopie („correlative light and electron microscopy“; CLEM) ermöglicht die Beobachtung derselben Position durch Elektronenmikroskopie und Lichtmikroskopie und beobachtet die Lokalisierung des Leuchtstoffs. Weiterhin offenbart PTL 1 ein Verfahren zum Ermitteln einer Abnahme der Lichtmenge, die von einem durch Elektronenstrahlbestrahlung beschädigten Leuchtstoff emittiert wird, und zum Erfassen von Fluoreszenzinformationen.
Zitierliste
Patent-Literatur
PTL 1: JP 2006 / 145 526 A
Ein laserpulsunterstütztes Transmissionselektronenmikroskop zur ultraschnellen Elektronenkristallographie wird zudem im Artikel V.A. Lobastov et al., Four-dimensional ultrafast electron microscopy, Proceedings of the National Academy of Sciences 102 (2005), S. 7069-7073, beschrieben. Weitere Elektronenmikroskope mit Gemeinsamkeiten zu dem der vorliegenden Erfindung finden sich in dem Artikel W. King et al., Ultrafast electron microscopy in materials science, biology, and chemistry, Journal of Applied Physics 97 (2005), S. 111101-1 - 111101-27 sowie in den Druckschriften JP H04-212 250 A und DE 60 2005 004 354 T2 .
Überblick über die Erfindung
Technisches Problem
Die Auflösung des Elektronenmikroskops ist wesentlich, um für Beobachtungsobjekte in der Größenordnung im Nanobereich wie beispielsweise die fluoreszierenden Viren, die Fadenversetzungen der Kristalldefekte und die Quantenpunkte Probeninformationen mit einer räumlichen Auflösung im Nanobereich zu erhalten. Die Hauptprobeninformation, die man im Allgemeinen durch das Elektronenmikroskop erhält, ist jedoch auf die Oberflächenform und die Information über die Zusammensetzung der Probe basierend auf einem Ausmaß an Sekundärelektronenemission beschränkt. Ein Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung für einen Strahl geladener Teilchen, die in der Lage ist, eine Fluoreszenzwellenlänge zu identifizieren, bereitzustellen.
Bei einem CL-Verfahren, das eines der Verfahren zum Spezifizieren der Fluoreszenzwellenlänge ist, muss ein Leuchtstoff, der durch die Elektronenstrahlbestrahlung Licht emittiert, ausgewählt werden. Da es sich bei dem CLEM-Verfahren um eine Technik zum Überlagern eines lichtmikroskopischen Bildes und eines elektronenmikroskopischen Bildes handelt, ist ein Problem einer Auflösung nicht grundsätzlich gelöst. Weiterhin muss die Probe bei dem Verfahren von PTL 1, um eine Abnahme der von dem Leuchtstoff emittierten Lichtmenge zu erkennen, durch die Elektronenstrahlbestrahlung beschädigt werden.
Lösung des Problems
Das Rasterelektronenmikroskop und das Probenbeobachtungsverfahren der vorliegenden Erfindung sind in den unabhängigen Patentansprüchen definiert. Weitere vorteilhafte Merkmale sind in den abhängigen Patentansprüchen ausgeführt.
Andere Probleme und neue Merkmale werden aus der Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen ersichtlich.
Vorteilhafte Wirkung
Basierend auf einer transienten Änderung der Menge emittierter Elektronen ist es möglich, die Probeninformationen mit einer räumlichen Auflösung im Nanobereich zu erfassen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen

[1] 1 ist ein Blockdiagramm eines lichtinduzierten Elektronenmikroskops.
[2] 2 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen einer mehrfarbig eingefärbten Probe, die als Beobachtungsprobe verwendet wurde.
[3] 3 ist ein Diagramm, das ein Messprinzip veranschaulicht.
[4 ist ein Diagramm, das das Messprinzip veranschaulicht.
[5] 5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Zeitdiagramms eines Anregungspulslichts und eines gepulsten Elektronenstrahls veranschaulicht.
[6] 6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für einen Analysefluss nach einer ersten Ausführungsform veranschaulicht.
[7] 7 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Änderung der Menge der Sekundärelektronenemission und einer photoelektrischen Intervallzeit schematisch veranschaulicht.
[8] 8 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine GUI zum Anzeigen von Einstellungen der Leuchtstoffdetektion und eines Analyseergebnisses veranschaulicht.
[9] 9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine GUI zum Anzeigen einer Auswahl einer Detektionsbedingung und eines Ergebnisses veranschaulicht.
[10] 10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine GUI zum Anzeigen von Steuerungseinstellungen gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
[11A] 11A ist ein Diagramm, das ein Bildgebungsverfahren, das das lichtinduzierte Elektronenmikroskop einsetzt, veranschaulicht.
[11B] 11B ist ein Diagramm, das das Bildgebungsverfahren, das das lichtinduzierte Elektronenmikroskop einsetzt, veranschaulicht.
[12] 12 ist ein Diagramm, das ein Bildgebungsverfahren, das das lichtinduzierte Elektronenmikroskop einsetzt, veranschaulicht.
[13] 13 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Killerdefekt-Erkennungsverfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform.
[14] 14 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Bewertung des Umwandlungswirkungsgrades eines photoelektrischen Umwandlungselements gemäß einer dritten Ausführungsform.

Beschreibung von Ausführungsformen
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, aus einer transienten Änderung einer von einer Probe emittierten Elektronenemissionsmenge eine Fluoreszenzwellenlänge mit nanoräumlicher Auflösung zu spezifizieren. Die Erfinder achten auf die Tatsache, dass ein Leuchtstoff basierend auf einer Trägerlebensdauer aus einer Beziehung zwischen der Fluoreszenzwellenlänge und der Trägerlebensdauer spezifiziert werden kann. Die Probe wird mit einer elektromagnetischen Welle bestrahlt, um angeregte Träger zu erzeugen, und danach wird die transiente Änderung der Elektronenemissionsmenge, die mit abnehmenden angeregten Trägern abklingt (Trägerlebensdauer), mit einem Elektronenstrahl untersucht. Infolgedessen kann durch Verwendung eines Elektronenmikroskops eine Beobachtung mit der räumlichen Auflösung im Nanobereich durchgeführt werden. Im Elektronenmikroskop, das die transiente Änderung der Elektronenemissionsmenge detektiert, ist eine Beobachtungseinrichtung, die eine zeitliche Auflösung ermöglicht, erforderlich. Darüber hinaus kann in einem Fall des Spezifizierens des Leuchtstoffs, sogar wenn die transiente Änderung selbst nicht berechnet wird, wenn eine Beobachtung unter Verwendung einer Mehrzahl von Leuchtstoffen durchgeführt wird, der Leuchtstoff aus einem Unterschied in der Elektronenemissionsmenge bei einem bestimmten Ereignis basierend auf einem Unterschied in der Trägerlebensdauer des Leuchtstoffs spezifiziert werden.
Zusätzlich kann das, was die angeregten Träger erzeugen kann, als elektromagnetische Welle entsprechend einem Beobachtungsobjekt ausgewählt werden. Beispielsweise können Röntgenstrahlen, ultraviolette Strahlen, sichtbare Strahlen und Infrarotstrahlen ausgewählt und verwendet werden. Weiterhin ist ein Phänomen, das die Erzeugung der angeregten Träger verursacht, nicht auf jene beschränkt, die in den später beschriebenen Ausführungsformen beschrieben werden, sondern es kann ein Phänomen wie beispielsweise dielektrische Polarisation und dielektrische Relaxation sein.
Bei der nachfolgend im Detail beschriebenen Ausführungsform ist es im Gegensatz zu einem CL-Verfahren nur erforderlich, Licht durch Bestrahlung mit der elektromagnetischen Welle, zum Beispiel sichtbarem Licht oder ultraviolettem Licht, zu emittieren und der bisher in der Fluoreszenzmikroskopie einsetzbare Leuchtstoff kann so verwendet werden, wie er ist, und eine Auswahl des Leuchtstoffs ist groß. Weiterhin kann, da die Positionsinformation durch den Elektronenstrahl erfasst wird, die Beobachtung, anders als bei einem CLEM-Verfahren, mit der räumlichen Auflösung im Nanobereich durch das Elektronenmikroskop implementiert werden. Weiterhin wird der Elektronenstrahl im Gegensatz zur PTL 1 unter Berücksichtigung des Aufladungseffektes mit geringer Beschleunigungsenergie intermittierend emittiert, so dass eine Elektronenbestrahlungsmenge kontrolliert werden kann und die durch den Elektronenstrahl verursachte Schädigung der Probe verringert werden kann.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
[Erste Ausführungsform]
1 zeigt ein Blockdiagramm eines lichtinduzierten Elektronenmikroskops 1. Das lichtinduzierte Elektronenmikroskop 1 spezifiziert einen Leuchtstoff basierend auf der Trägerlebensdauer aus einer detektierten transienten Änderung einer Sekundärelektronenemissionsmenge.
Die Hauptkomponenten des lichtinduzierten Elektronenmikroskops 1 enthalten ein elektronenoptisches System, ein Lichtbestrahlungssystem, ein Tischmechaniksystem, ein Zeitablaufsteuerungssystem, ein SEM-Steuerungssystem, ein Signalanalysesystem und ein Bildverarbeitungssystem. Das elektronenoptische System enthält eine Elektronenkanone 2, einen Austaster 3, eine Blende 4, einen Deflektor 5 und eine Objektivlinse 6. Wie später beschrieben, ist das elektronenoptische System dazu ausgebildet, eine Probe 7 mit einem gepulsten Elektronenstrahl zu bestrahlen. Daher wird die Ablenkung des von der Elektronenkanone 2 emittierten Elektronenstrahls durch den Austaster 3 ein-/ausgeschaltet, um die Bestrahlung der Probe 7 mit dem Elektronenstrahl ein-/auszuschalten. Der Elektronenstrahl wird durch die Objektivlinse 6 auf eine Oberfläche der Probe 7 fokussiert und wird durch den Deflektor 5 abgelenkt, um eine Bestrahlungsposition des Elektronenstrahls auf der Probe 7 zweidimensional abzutasten. Eine REM-Steuereinheit 11, die das REM-Steuersystem konfiguriert, stellt die optischen Zustände in dem elektronenoptischen System ein. Zum Beispiel steuert in der REM-Steuereinheit 11 eine Elektronenkanonen-Steuereinheit 12 eine Beschleunigungsspannung des Elektronenstrahls und die Stärke des Bestrahlungsstroms. Die REM-Steuereinheit 11 ist eine Steuereinheit für das gesamte elektronenoptische System und steuert auch den Deflektor 5, die Objektivlinse 6 und eine Steuereinheit für jede Komponente des elektronenoptischen Systems wie beispielsweise eine Kondensorlinse (nicht abgebildet) entsprechend den optischen Bedingungen.
Das Lichtbestrahlungssystem enthält eine Steuereinheit 15 für die Anregungspulslichtbestrahlung und eine Anregungspulslichtquelle 16. Wie später beschrieben wird, synchronisiert das lichtinduzierte Elektronenmikroskop 1 ein von der Anregungspulslichtquelle emittiertes Anregungspulslicht und den von der Elektronenoptik emittierten gepulsten Elektronenstrahl und bestrahlt damit die Probe 7. Das Zeitablaufsteuerungssystem hierfür ist mit einer Zeitablaufsteuereinheit 13, einer Austaststeuereinheit 14 und der Steuereinheit 15 für die Anregungspulslichtbestrahlung ausgebildet. Die Zeitablaufsteuereinheit 13 mit einem Master-Taktgeber steuert diese Bestrahlungszeitabläufe entsprechend einer Bestrahlungszeitablaufbedingung, die über eine Bedienungsschnittstelle 18 eingestellt wird. Bei dieser Ausführungsform werden der Austaster 3 und die Austast-Steuereinheit 14 für die Bestrahlung mit dem gepulsten Elektronenstrahl verwendet, aber die Erfindung ist nicht hierauf beschränkt. Der gepulste Elektronenstrahl kann direkt von einer gepulsten Elektronenquelle emittiert werden, und der Elektronenstrahl kann durch einen mechanischen/elektrischen Zerhackermechanismus gepulst werden. Es ist eine Bestrahlungsteuereinheit für den gepulsten Elektronenstrahl, die einem Pulsmechanismus, der den gepulsten Elektronenstrahl erzeugt, entspricht, vorgesehen und die Bestrahlungsteuereinheit für den gepulsten Elektronenstrahl kann dazu ausgebildet sein, durch die Zeitablaufsteuereinheit 13 gesteuert zu werden.
Ein Tischmechaniksystem enthält einen Tisch 9 mit Neigungssteuerung in XYZ-Achsen und einen Probentisch 8 auf dem Tisch 9. Die Probe 7 wird auf dem Probentisch 8 platziert.
Das Signalanalysesystem enthält eine Sekundärelektronen-Detektionseinheit 17, die die Menge der Sekundärelektronen detektiert, die von einem Detektor 10 detektiert wird, der Sekundärelektronen detektiert, die durch eine Wechselwirkung zwischen dem emittierten Elektronenstrahl und der Probe 7 emittiert werden, eine Einheit 19 zur Berechnung der Trägerlebensdauer und eine einen Leuchtstoff spezifierende Einheit 20. Einzelheiten der Einheit 19 zur Berechnung der Trägerlebensdauer und der einen Leuchtstoff spezifierenden Einheit 20 werden später beschrieben. Bei dieser Ausführungsform werden die Sekundärelektronen als emittierte Elektronen detektiert.
Das Bildverarbeitungssystem enthält eine Bilderzeugungseinheit 21 und eine Bildanzeigeeinheit 22. Bei der Bilderzeugungseinheit 21 wird basierend auf den von dem Detektor 10 detektierten Sekundärelektronen ein elektronenmikroskopisches Bild (REM-Bild) erzeugt und durch die Bildanzeigeeinheit 22 auf einem Monitor angezeigt. Bei der Bilderzeugungseinheit 21 wird mit dem Elektronenstrahl ein normaler zweidimensionaler Scan (als TV-Scan bezeichnet) an der Probe durchgeführt, so dass das REM-Bild basierend auf den durch den Detektor 10 detektierten Sekundärelektronen erzeugt werden kann, und das REM-Bild kann auch durch zweidimensionales Scannen unter Verwendung des gepulsten Elektronenstrahls erzeugt werden. Ein Verfahren zum Erzeugen des REM-Bildes basierend auf den Sekundärelektronen, die durch den Detektor 10 durch zweidimensionales Scannen mit dem gepulsten Elektronenstrahl detektiert werden, wird später beschrieben.
2 zeigt als Beispiel der Beobachtungsprobe in der ersten Ausführungsform eine fluoreszenzgefärbte Probe 27, in der ein Funktionsbestandteil des Zellgewebes 23 mit Leuchtstoffen, die unterschiedliche Fluoreszenzwellenlängen aufweisen, mehrfarbig eingefärbt ist. Fluoreszierende Viren (im Folgenden als Leuchtstoff abgekürzt) 24, 25, 26 weisen unterschiedliche, eindeutige Fluoreszenzwellenlängen auf. Durch Ausnutzen der Permeabilität der fluoreszierenden Viren kann der Funktionsbestandteil des Zellgewebes (zum Beispiel Zellkern, Mitochondrien oder dergleichen) entsprechend mehrfarbig eingefärbt werden, wobei die Leuchtstoffe unterschiedliche Fluoreszenzwellenlängen aufweisen.
Ein Messprinzip wird unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beschrieben. Wenn die fluoreszenzeingefärbte Probe 27 mit Anregungspulslicht 28 bestrahlt wird, werden Elektronen von einem Grundzustand (VB) in einen angeregten Zustand (CB) überführt und eine große Anzahl von photoangeregten Trägern wird erzeugt. Zu dieser Zeit wird für das Anregungspulslicht 28 ein Intervall einer beliebigen photoelektrischen Intervallzeit Ti(n) 30, das durch die Bedienungsschnittstelle 18 spezifiziert wird, bereitgestellt, und Sekundärelektronen, die durch Bestrahlung mit einem gepulsten Elektronenstrahl 29 von der Probe emittiert werden, werden durch den Detektor 10 detektiert. 3 veranschaulicht einen Fall, in dem die photoelektrische Intervallzeit Ti(n) 30 Ti(0) ist und eine große Anzahl photoangeregter Träger im angeregten Zustand CB vorhanden ist. In diesem Zustand ist die Menge der von der Probe 7 emittierten Sekundärelektronenemission groß, so dass die Intensität eines Sekundärelektronendetektionssignals ansteigt. Hierbei emittieren die in den angeregten Zustand CB überführten Elektronen Fluoreszenzlicht 31 und verlieren Energie, so dass ein Phänomen der Relaxation in den Grundzustand VB auftritt. 4 veranschaulicht einen Fall, in dem die photoelektrische Intervallzeit Ti(n) 30 Ti (1) ist (Ti (1) Ti(>0)) und eine große Anzahl photoangeregter Träger in den Grundzustand VB relaxiert wird. In diesem Zustand wird die Intensität des Sekundärelektronensignals schwach. Das heißt, während die photoangeregten Träger in den angeregten Zustand CB überführt werden und das Fluoreszenzlicht 31 emittieren, ist die Intensität des Sekundärelektronendetektionssignals stark. Weiterhin ist, da sich die Intensität des Sekundärelektronendetektionssignals entsprechend dem Ausmaß der Trägerlebensdauer verringert, der Grad der Verringerung der Intensität des Sekundärelektronendetektionssignals auf einer Zeitachse für jeden Leuchtstoff anders.
5 zeigt ein Beispiel für ein Zeitdiagramm des Anregungspulslichts 28 und des gepulsten Elektronenstrahls 29. Die Zeitablaufsteuereinheit 13 steuert Steuereinheit 15 für die Anregungspulslichtbestrahlung und die Ausblendungssteuereinheit 14 durch einen Master-Taktgeber 32, der durch ein Taktsignal getaktet wird. Wenn die photoelektrische Intervallzeit Ti(n) 30 länger wird, wird der Träger relaxiert und die durch den Detektor 10 erhaltene Menge an Sekundärelektronenemission verringert sich mit einem derartigen Effekt. Der Detektionszeitablauf des Detektors 10 ist mit dem gepulsten Elektronenstrahl 29 synchronisiert, und die Abtastung wird unabhängig von der photoelektrischen Intervallzeit Ti(n) mit einem konstanten Zeitablauf durchgeführt.
Hier wird die die von der Bedienungsschnittstelle 18 spezifizierte photoelektrische Intervallzeit Ti(n) zwischen dem Anregungspulslicht 28 und dem gepulsten Elektronenstrahl 29 durch die Zeitablaufsteuereinheit 13 elektrisch gesteuert, aber durch Bereitstellen eines Tischmechanismus, der in der Lage ist, einen optischen Abstand zwischen der Anregungspulslichtquelle 16 und der Probe 7 einzustellen, kann die Verzögerungszeit durch Einstellen einer optischen Weglänge eingestellt werden.
6 zeigt ein Beispiel für einen Analysefluss gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden Messung und Analyse zum Spezifizieren eines Leuchtstoffs in einer Probe als Beispiel beschrieben. Zuerst wird die Bestrahlungsposition festgelegt (S1), und die festgelegte Bestrahlungsposition wird mit dem Anregungspulslicht bestrahlt (S2). Als nächstes wird die vorgegebene photoelektrische Intervallzeit Ti(n) gezählt, um ein Verzögerungsintervall bereitzustellen (S3), und die Bestrahlungsposition des Anregungspulslichts wird mit dem gepulsten Elektronenstrahl bestrahlt (S4). Die durch die Bestrahlung mit dem gepulsten Elektronenstrahl emittierten Sekundärelektronen werden durch den Detektor 10 detektiert (S5). Die Operationen von S2 bis S5 werden wiederholt, während die photoelektrische Intervallzeit Ti(n) geändert wird. Die Abhängigkeit einer erhaltenen Änderung des Ausmaßes der Sekundärelektronenemission von der photoelektrischen Intervallzeit Ti(n) wird analysiert (S6) und die Trägerlebensdauer wird basierend auf einem Analyseergebnis berechnet (S7). Schließlich wird basierend auf der berechneten Trägerlebensdauer ein Leuchtstoff spezifiziert (S8).
7 zeigt schematisch ein Beispiel für die Abhängigkeit der Änderung des Ausmaßes der Sekundärelektronenemission von der photoelektrischen Intervallzeit Ti(n). 7 ist ein Beobachtungsbeispiel einer fluoreszenzeingefärbten Probe unter Verwendung von drei Arten von Leuchtstoffen, von denen jeder eine eindeutige, in 2 beschriebene Trägerlebensdauer aufweist. Wenn die Zeit ab der Bestrahlung mit dem Anregungspulslicht verstreicht, klingt das Ausmaß der Sekundärelektronenemission entsprechend der jeweiligen Trägerlebensdauer des Leuchtstoffs ab. Ein Graph 71 veranschaulicht den Übergang des Ausmaßes der Sekundärelektronenemission in Abhängigkeit von der photoelektrischen Intervallzeit Ti(n) für jeden Leuchtstoff. Weiterhin sind REM-Bilder, die zu den photoelektrischen Intervallzeiten (a), (b), (c) und (d) aufgenommen wurden, in dem Graphen 71 als Bild 33 dargestellt. Das REM-Bild ist ein Bild mit einem Helligkeitskontrast entsprechend dem Ausmaß der von dem Detektor 10 detektierten Sekundärelektronenemission.
Wenn ein zum Zeitpunkt (b) aufgenommenes Bild 33-2 von einem zum Zeitpunkt (a) aufgenommenen Bild 33-1 subtrahiert wird, bleibt ein Signal eines eingefärbten Teils eines Leuchtstoffs 34 einer ersten Farbe übrig. Dies liegt daran, dass sich, wie in dem Graphen 71 dargestellt, das Ausmaß der Sekundärelektronenemission eines Leuchtstoffs 35 und eines Leuchtstoffs 36 während der fotoelektrischen Intervallzeit (a) und (b) kaum ändert, aber ein Ausmaß der Sekundärelektronenemission des Leuchtstoffs 34 abnimmt. Dadurch können eine Position und ein Typ des Leuchtstoffs 34, der eine kurze Trägerlebensdauer aufweist, als erste Farbe spezifiert werden. Ähnlich kann durch Subtrahieren eines zum Zeitpunkt (c) aufgenommenen Bildes 33-3 von dem zum Zeitpunkt (b) aufgenommenen Bild 33-2 der Leuchtstoff 35 als zweite Farbe spezifiziert werden. Dies liegt daran, dass sich, wie in dem Graphen 71 dargestellt, das Ausmaß der Sekundärelektronenemission des Leuchtstoffs 36 während der fotoelektrischen Intervallzeit (b) und (c) kaum ändert, aber ein Ausmaß der Sekundärelektronenemission des Leuchtstoff 35 abnimmt. Weiterhin kann durch Subtrahieren eines zum Zeitpunkt (d) aufgenommenen Bildes 33-4 von dem zum Zeitpunkt (c) aufgenommenen Bild 33-3 der Leuchtstoff 36 als dritte Farbe spezifiziert werden. Dies liegt daran, dass, wie in dem Graphen 71 dargestellt, das Ausmaß der Sekundärelektronenemission des Leuchtstoffs 36 während der fotoelektrischen Intervallzeit (c) und (d) abnimmt.
8 zeigt ein Beispiel für eine grafische Benutzerschnittstelle („graphic user Interface“; GUI) zum Anzeigen von Einstellungen für die Leuchtstofferkennung und des in 7 dargestellten Analyseergebnisses. Wenn eine Detektionseinstellung der Bedienungsschnittstelle 18 gewählt wird, wird die in 8 dargestellte GUI auf einem Monitor angezeigt. Ein Fenster 37 ist eine Bildanzeigeeinheit, auf der ein zuerst bei Ti(0) aufgenommenes REM-Bild angezeigt wird. Ein Fenster 38 wird verwendet, um Informationen über die zum Einfärben der Probe verwendeten Leuchtstoffe einzugeben. Die Anzahl der verwendeten Leuchtstofftypen 81 wird eingegeben, und Leuchtstoffe (Modell 82), die der Anzahl der Typen 81 entsprechen, können aus einer vorab gespeicherten Leuchtstoffliste ausgewählt werden. Ein Analyseergebnis wird in einem Fenster 39 angezeigt. Der Typ des verwendeten Leuchtstoffs und eine transiente Änderung des Ausmaßes der Sekundärelektronenemission werden in einem Graphen angezeigt und für jeden Leuchtstoff wird eine Trägerlebensdauer berechnet. Die aus der berechneten Trägerlebensdauer spezifizierte Information über den Leuchtstoff wird in dem Fenster 37 wiedergegeben und es kann zum Beispiel eine Markierung, die den Typ des Leuchtstoffs oder eine Fluoreszenzwellenlängenfarbe angibt, überlagert und auf dem Bild des Fensters 37 angezeigt werden.
Dann zeigt 9 ein Beispiel für eine GUI zum Anzeigen einer Auswahl einer Detektionsbedingung und eines Ergebnisses. Wenn eine Einstellung der Detektionsbedingung der Bedienungsschnittstelle 18 ausgewählt wird, wird die in 9 dargestellte GUI auf dem Monitor angezeigt. Da das Ausmaß der Sekundärelektronenemission des Leuchtstoffs entsprechend jeder Trägerlebensdauer abklingt, wird in dieser GUI die Detektionsbedingung, in der der Kontrast zwischen eingefärbten Bereichen in einer fluoreszenzeingefärbten Probe mit einer Mehrzahl von Leuchtstoffen am stärksten erscheint, insbesondere die photoelektrische Intervallzeit, bestimmt.
In einem Fenster 40 wird eine Markierung zum Einstellen der Erkennungsbedingung gesetzt. Es werden Markierungen für die zum Einfärben der Probe verwendeten Leuchtstofftypen gesetzt. Wie in 8 kann aus einer vorab gespeicherten Leuchtstoffliste ein Leuchtstoff (Modell) entsprechend der Anzahl von Markierungen ausgewählt werden. Ein Fenster 41 ist eine Bildanzeigeeinheit, auf der ein REM-Bild angezeigt wird. Zunächst wird ein REM-Bild 91 der Probe gewonnen und in einem Fenster F4341a angezeigt. Bei diesem Bild kann es sich um ein REM-Bild handeln, das durch einen allgemeinen TV-Scan ohne Verwendung des gepulsten Elektronenstrahls gewonnen wird. Eine Position, an der die Signalintensität detektiert wird, wird durch Ausrichten der Markierung auf dem REM-Bild 91 ausgewählt (Markierungen 1 bis 3 in dem REM-Bild 91). Diese Position, an der die Signalintensität detektiert wird, ist eine repräsentative Position, die von jedem einer Mehrzahl von Einfärbungsmaterialien eingefärbt ist. Ein Fenster 42 zeigt ein Detektionsergebnis an. Bei diesem Beispiel wird die Stärke eines elektrischen Signals von dem Detektor 10 an der durch jede Markierung ausgewählten Position gemessen, während die photoelektrische Intervallzeit geändert wird. Das heißt, es wird kein Bild, wie es in 7 dargestellt ist, erzeugt. Der Detektor 10 gibt eine Spannung oder einen Strom entsprechend dem Ausmaß der detektierten Sekundärelektronen aus. Bei dem elektrischen Signal kann es sich entweder die Spannung oder den Strom sein, die/der von dem Detektor 10 ausgegeben wird, handeln. Wenn bei dem Beispiel des Detektionsergebnisses von 9 die photoelektrische Intervallzeit auf 50 ns eingestellt ist, ist ein Unterschied zwischen den elektrischen Signalen der drei Markierungen am größten.
So zeigt ein Fenster 41b ein REM-Bild 93, das durch Bestrahlung mit dem gepulsten Elektronenstrahl gewonnen wurde, wenn die photoelektrische Intervallzeit auf 50 ns eingestellt ist ((c)). Bei der Einstellung dieser Detektionsbedingung kann, da die Stärke des elektrischen Signals nur an der eingestellten Markierungsposition erfasst wird, ohne bei jeder photoelektrischen Intervallzeit ein Bild zu erzeugen, die Messzeit verkürzt und das Aufladen der Probe verhindert werden.
Bei der obigen Beschreibung wird zur Unterscheidung des Leuchtstoffs ein Verfahren beschrieben, bei dem eine Tatsache ausgenutzt wird, dass das Ausmaß der Sekundärelektronenemission des Leuchtstoffs entsprechend der Trägerlebensdauer abklingt, aber es ist ebenso möglich, den Leuchtstoff zu unterscheiden, indem man eine Tatsache ausnutzt, dass das Ausmaß des Verstärkungseffekts abhängig von der Lichtabsorptionsintensität des Leuchtstoffs selbst unterschiedlich ist. Wenn zum Beispiel bei der photoelektrischen Intervallzeit von 0 ns ein Unterschied beim Ausmaß der Sekundärelektronenemissionen der Leuchtstoffe besteht, ist es möglich, den Leuchtstoff zu unterscheiden, ohne die photoelektrische Intervallzeit anzupassen.
Dann zeigt 10 ein Beispiel für eine GUI zum Anzeigen einer Steuerungseinstellung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wenn eine Steuerungseinstellung der Bedienungsschnittstelle 18 ausgewählt wird, wird die GUI von 10 auf dem Monitor angezeigt. In einem Fenster 43 ist es möglich, auszuwählen, ob die Probe mit dem Anregungspulslicht bestrahlt werden soll. Wenn die Bestrahlung mit dem Anregungspulslicht durchgeführt wird, wird die photoelektrische Intervallzeit Ti(n) eingegeben. Weiterhin kann ausgewählt werden, ob ein Bild erzeugt werden soll. Wenn ein Bild erzeugt wird, werden die Anzahl von Pixelaufteilungen, die Anzahl integrierter Frames und eine Größe des anzuzeigenden Bildes eingegeben.
Das Verfahren zum Erzeugen eines REM-Bildes, wenn die Bestrahlung mit dem gepulsten Elektronenstrahl durchgeführt wird, wird unter Bezugnahme auf die 11A und 11B beschrieben. Bei der Bilderzeugungseinheit 21 ist eine Mehrzahl von Speichern vorgesehen, und Signale von der Sekundärelektronen-Detektionseinheit 17 werden selektiv in die Mehrzahl von Speichern geschrieben. Die Aufnahmebedingungen werden durch einen Benutzer über ein System oder die GUI, wie in 10 dargestellt, eingestellt. Konkret werden eine Pulsbreite des Pulselektronenstrahls, die photoelektrische Intervallzeit Ti(n), der Detektionszeitablauf, die Anzahl der Frame-Integrationen und eine Intervallzeit zwischen den Frame-Integrationen eingestellt. Die Pulsbreite des gepulsten Elektronenstrahls wird auf einen Bestrahlungszustand eingestellt, in dem das Aufladen unter Bestrahlung mit dem gepulsten Elektronenstrahl ein Sekundärelektronensignal kaum beeinflusst. Die photoelektrische Intervallzeit Ti(n) 30 ist ein Intervall zwischen dem Anregungspulslicht 28 und dem gepulsten Elektronenstrahl 29, und um die in 7 dargestellte Detektion durchzuführen, ist es erforderlich, eine Mehrzahl photoelektrischer Intervallzeiten Ti(n) für ein Anregungspulslicht vorzusehen. Alternativ kann, wenn durch Einstellen einer optimalen photoelektrischen Intervallzeit Ti(n) gemäß 9 ein REM-Bild aufgenommen wird, ein REM-Bild mit einer geeigneten Periode der photoelektrischen Intervallzeit aufgenommen werden. Die Detektionszeitabläufe des Detektors 10 sind für alle photoelektrischen Intervallzeiten Ti(n) gleich.
Wie in 11A dargestellt, ist, verglichen mit der einmal in einem Zyklus durchgeführten Bestrahlung mit dem Anregungspulslicht, eine Mehrzahl (bei diesem Beispiel ist n = 1 bis 3) photoelektrischer Intervallzeiten Ti(n) vorgesehen, und die Bestrahlung mit dem gepulsten Elektronenstrahl durchgeführt. Die Bestrahlung mit dem gepulsten Elektronenstrahl wird auf einem Scanbereich 61 mit n Pixeln in einer Pixelrichtung (X-Richtung) und m Zeilen in einer Zeilenrichtung (Y-Richtung) durchgeführt. Die Größen von n und m werden entsprechend einer eingestellten Bildgröße bestimmt. Für die Ablenkung in der Pixelrichtung (X-Richtung) werden die Pixelpositionen 1 bis n mit einer sägezahnwellenförmigen Spannung 48 abgescannt und für die Ablenkung in der Zeilenrichtung (Y-Richtung) wird dieselbe Spannung an dieselbe Zeile angelegt. Wenn der Elektronenstrahl zwischen den Zeilen bewegt wird, wird ein Bereich 49 bereitgestellt, aus dem keine Daten erfasst werden, um eine Fluktuation des Elektronenstrahls zu verhindern. Wenn das Scannen der m Zeilen abgeschlossen ist, ist das Scannen eines ersten Einzelbildes abgeschlossen, der Prozess kehrt wieder zu einer Zeile 1 zurück, und das Scannen eines zweiten Frames wird gestartet.
Der Bestrahlungszeitablauf des gepulsten Elektronenstrahls und die Ablenkung in der Pixelrichtung (X-Richtung) sind so synchronisiert, dass sich die mit dem gepulsten Elektronenstrahl bestrahlte Position um ein Pixel verschiebt, und die photoelektrische Intervallzeit Ti(n) ist so eingestellt, dass diese Synchronisation hergestellt wird. Wie in 11B dargestellt, werden die Signale von der Sekundärelektronen-Detektionseinheit 17, die zu der photoelektrischen Intervallzeit Ti(n) (n = 1 bis 3 bei diesem Beispiel) in jedem Zyklus erfasst werden, in dem Speicher n gespeichert. Das heißt, im ersten Frame und im ersten Zyklus wird die gesamte Probe mit einem ersten angeregten Licht bestrahlt, die Pixelposition 1 wird zur Zeit von Ti(1) mit dem gepulsten Elektronenstrahl bestrahlt, und das Detektionssignal wird in dem Speicher 1 gespeichert. Nachfolgend wird die Pixelposition 2 zur Zeit von Ti(2) mit dem Pulselektronenstrahl bestrahlt, das Detektionssignal wird in dem Speicher 2 gespeichert, und die Pixelposition 3 wird zur Zeit von Ti(3) mit dem Pulselektronenstrahl bestrahlt, das Detektionssignal wird in dem Speicher 3 gespeichert. Durch Wiederholen dieses Prozesses wird, wenn das Scannen bis zum dritten Frame abgeschlossen ist, ein REM-Bild (Frame-Bild) für jedes Ti(n) aus den in jedem der Speicher 1 bis n gespeicherten Daten erzeugt. Wenn die Anzahl integrierter Frames festgelegt ist, werden die Frame-Bilder eine festgelegte Anzahl von Malen erfasst, und die erfassten Bilder werden kumulativ aufaddiert und als die REM-Bilder angezeigt. Wie oben beschrieben, ist die Anzahl der Bestrahlungen mit dem Anregungspulslicht klein, und die Messung kann mit weniger Schäden an einer Messprobe durchgeführt werden.
In den 11A und 11B werden benachbarte Pixelpositionen mit dem gepulsten Elektronenstrahl bestrahlt. In 12 wird die Anzahl von Pixelaufteilungen eingestellt, und eine durch Pixel beabstandete Position, die der Anzahl der Pixelaufteilungen von einer Position entspricht, an der die Bestrahlung mit dem gepulsten Elektronenstrahl früher durchgeführt wird, wird mit einem nächsten gepulsten Elektronenstrahl bestrahlt, so dass ein Einfluss des Bestrahlungsverlaufs in der Nähe der Signalerfassung vermieden werden kann. Aus Gründen der Einfachheit der Erläuterung zeigt ein Kurvenverlauf Wellenform in 12 nur den gepulsten Elektronenstrahl, der während des photoelektrischen Intervalls von Ti(1) von der Bestrahlung mit dem Anregungspulslicht angewendet wird, aber ähnlich wie in den 11A und 11B ist die Erfindung auch auf einen Fall anwendbar, bei dem ein gepulster Elektronenstrahl bei der Mehrzahl der photoelektrischen Intervallzeiten Ti(n) in einem Zyklus angewendet wird, und es werden hauptsächlich von den 11A und 11B verschiedende Teile beschrieben. Wenn der gepulste Elektronenstrahl bei der Mehrzahl photoelektrischer Intervallzeiten Ti(n) angewendet wird, sind Pixelpositionen, an denen Signale zum Zeitpunkt der photoelektrischen Intervallzeit Ti(n) (n = 1 bis 3), wie in dem Scanbereich 62 dargestellt, erfasst werden, durch Pixel entsprechend der Anzahl von Pixelaufteilungen voneinander beabstandet.
Bei dem Beispiel von 12 wird, wenn das Scannen in der Pixelrichtung (X-Richtung) abgeschlossen ist, das Scannen in der Pixelrichtung (X-Richtung) an einer Position 63 mit einem vorgegebenen Pixelintervall auch in der Zeilenrichtung (Y-Richtung) gestartet. Das Scannen wird wiederholt, und wenn das Scannen in allen Zeilen abgeschlossen ist, werden Signale in einer Reihe des Scanbereichs 62 (z.B. einer Reihe 64) vorbereitet. Das Scannen des Scanbereichs 62 wird erneut gestartet, aber diesmal wird durch Verschieben einer Phase des Scannens in der in Pixelrichtung (X-Richtung) eine Bestrahlungsposition, die sich von der Bestrahlungsposition des Pulselektronenstrahls beim vorangehenden Scannen unterscheidet, mit dem Pulselektronenstrahl bestrahlt. Indem dies wiederholt wird, wird ein Frame-Bild erzeugt. Obwohl bei diesem Beispiel die Anzahl der Scans im Scanbereich größer ist als in den 11A und 11B, kann durch Trennung der Bestrahlungsposition der gepulsten Elektronen der Einfluss der umgebenden Aufladung vermieden und ein REM-Bild, das einen genaueren potentiellen Kontrast aufweist, erzeugt werden.
Im Ergebnis kann bei der ersten Ausführungsform der Leuchtstoff basierend auf der detektierten Trägerlebensdauer aus der transienten Änderung des Ausmaßes der Sekundärelektronenemission spezifiziert werden.
[Zweite Ausführungsform]
Bei der zweiten Ausführungsform wird ein Verfahren zum Prüfen eines Stapelfehlers in einem Halbleiter und zum Detektieren eines Killerdefekts beschrieben. Ein Konfigurationsbeispiel des lichtinduzierten Elektronenmikroskops bei der vorliegenden Ausführungsform ist ähnlich zu dem in 1 dargestellten, und die Beobachtungsprobe ist ein Halbleiter, der in einem Substrat mit breiter Lücke lokal einen Stapelfehler aufweist. 13 zeigt Bandschemata von zwei Arten von Stapelfehlern (Defekttyp 1 und Defekttyp 2) mit unterschiedlichen Defektniveaus, sowie Elektronenmikroskopbilder (schematische Darstellung) einer Probe, die mit unterschiedlichen photoelektrischen Intervallzeiten Ti beobachtet wurde. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Probe nach dem Bestrahlen einer Halbleiterprobe mit einem Anregungspulslicht mit einer geeigneten Wellenlänge mit einem gepulsten Elektronenstrahl mit einer beliebigen photoelektrischen Intervallzeit Ti(n) bestrahlt, so dass eine transiente Änderung des Ausmaßes an Sekundärelektronenemission, die von Stapelfehlerstellen emittiert wird, erfasst wird. Ein Elektronenmikroskopbild 44a ist ein Bild, das bei der photoelektrischen Intervallzeit Ti(0) aufgenommen wurde, ein elektronenmikroskopisches Bild 44b ist ein Bild, das bei der photoelektrischen Intervallzeit Ti(1) (Ti(1) > Ti(0)) aufgenommen wurde, und Stapelfehler 45, die in jedem Bild beobachtet wurden, sind schematisch dargestellt.
In einem Teil, in dem das Substrat mit breiter Lücke keinen Stapelfehler aufweist, ist die Menge der angeregten Träger klein und das Ausmaß der Sekundärelektronenemission ist gering, so dass der potentielle Kontrast gering ist. Andererseits ist bei dem Stapelfehler 45 die Menge der angeregten Träger aufgrund des Störstellengrades groß und das Ausmaß der Sekundärelektronenemission ist erhöht, so dass der potentielle Kontrast hoch ist. Daher werden die in dem Substrat mit breiter Lücke enthaltenen Stapelfehler in dem Elektronenmikroskopbild 44a, das mit der relativ kurzen photoelektrischen Intervallzeit Ti(0) aufgenommen wurde, mit hohem Kontrast beobachtet.
Hier bei dem Stapelfehler vom Defekttyp 1 ist die Zeit für den Träger, um aus einer Falle zu entkommen, lang, und der Träger bleibt lange Zeit im erregten Zustand. Im Gegensatz dazu ist bei dem Stapelfehler vom Defekttyp 2 die Zeit für den Träger, um aus einer Falle entkommen kann, kurz, und der Träger wird früh in den Grundzustand relaxiert. Daher geht in dem Elektronenmikroskopbild 44b, das mit der photoelektrischen Intervallzeit Ti(1) aufgenommen wurde, unter den Stapelfehlern, die bei der photoelektrischen Intervallzeit Ti(0) beobachtet wurden, der Kontrast einiger Stapelfehler verloren. Das heißt, bei der photoelektrischen Intervallzeit Ti(1) werden die Stapelfehler vom Defekttyp 1 (Killerdefekt) noch mit hohem Kontrast beobachtet, aber der Kontrast des Stapelfehlers vom Defekttyp 2 geht verloren, so dass man einen Kontrast, der der Trägerlebensdauer des Stapelfehlers entspricht, erhält. Indem man also die photoelektrische Intervallzeit Ti(n) als Bewertungsindex für die Bauelementleistungsfähigkeit einstellt und die Beobachtung der zweiten Ausführungsform durchführt, können die Stellen der Stapelfehler identifiziert und festgestellt werden, ob es sich bei dem Stapelfehler um einen Killerdefekt handelt, der die Bauelementleistungsfähigkeit verschlechtert.
Infolgedessen ist es gemäß der zweiten Ausführungsform möglich, Koordinaten eines Kristalldefekts in einem Halbleiter mit hoher räumlicher Auflösung einzustellen, und durch Bestimmen, ob der Kristalldefekt an jeder Stelle ein Killerdefekt ist, der eine Verringerung der Bauelementleistungsfähigkeit verursacht, basierend auf der detektierten Trägerlebensdauer können eine Qualitätsverbesserung, Ungleichförmigkeits- und die Leistungsfähigkeitsbewertung des Halbleiters erreicht werden.
[Dritte Ausführungsform]
Bei der dritten Ausführungsform wird ein Verfahren zum Bewerten des Umwandlungswirkungsgrads eines photoelektrischen Umwandlungselements beschrieben. Ein Konfigurationsbeispiel des lichtinduzierten Elektronenmikroskops bei der vorliegenden Ausführungsform ist ähnlich zu dem in 1 gezeigten, und die Beobachtungsprobe ist eine kombinatorische Probe einer Quantenpunktzelle, bei der es sich um eines von in der Solarzellenforschung bekannten photoelektrischen Umwandlungsmaterialien handelt. In den letzten Jahren haben in der Solarzellenforschung Quantenpunktstrukturen als photoelektrisches Wandlerelement, das Lichtstrahlungsenergie mit hohem Wirkungsgrad in elektrische Energie umwandelt, Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Um das Material und die Zusammensetzung der Quantenpunkte mit hervorragenden photoelektrischen Umwandlungseigenschaften zu untersuchen, ist die kombinatorische Probe eine Probe, bei der eine extrem große Anzahl der Quantenpunktzellen aus verschiedenen Zusammensetzungen auf einem Substrat erzeugt werden. 14 zeigt Bandschemata von Quantenpunktzellen und Elektronenmikroskopbilder (schematische Darstellung) einer kombinatorischen Probe, in der Quantenpunktzellen 46, die mit verschiedenen Zusammensetzungen (a bis i) hergestellt wurden, angeordnet sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird nach dem Bestrahlen der Probe mit Licht, das einer Wellenlänge des Sonnenlichts entspricht, eine transiente Änderung des Ausmaßes der Sekundärelektronenemission, die durch Bestrahlen der Probe mit einem gepulsten Elektronenstrahl bei einer beliebigen photoelektrischen Intervallzeit Ti(n) emittiert wird, erfasst.
Wie in 14 dargestellt, werden die photoangeregten Träger, obwohl sich ein Energieniveau abhängig vom Material und der Zusammensetzung der Quantenpunkte unterscheidet, durch Bestrahlen der Quantenpunktzellen 46 mit Licht erzeugt. Ein Elektronenmikroskopbild 47a ist ein Bild, das zu der photoelektrischen Intervallzeit Ti(0) unmittelbar nach der Photoanregung aufgenommen wurde, ein Elektronenmikroskopbild 47b ist ein Bild, das zu der photoelektrischen Intervallzeit Ti(1) (Ti(1) > Ti(0)) aufgenommen wurde, und die in jedem Bild beobachteten Quantenpunktzellen 46 sind schematisch dargestellt. In Ti(0) unmittelbar nach der Photoanregung ist das Ausmaß der Sekundärelektronenemission groß und der potentielle Kontrast ist in jeder der Quantenpunktzellen 46 aufgrund der Anwesenheit der photoangeregten Träger hoch. Wenn jedoch das Ausmaß der Sekundärelektronenemission durch Bestrahlung mit dem gepulsten Elektronenstrahl mit einer Verzögerung der photoelektrischen Intervallzeit Ti(1) gegenüber der Lichtbestrahlung detektiert wird, wie in der elektronenmikroskopischen dargestellt, tritt ein Unterschied im potentiellen Kontrast der Quantenpunktzellen auf. In einer Quantenpunktzelle mit geringem Wirkungsgrad werden die Träger in ein direktes Valenzband relaxiert und die Trägerlebensdauer ist kurz, während die angeregten Träger in einer Quantenpunktzelle mit hohem Wirkungsgrad durch die bei der Relaxation freigesetzte Energie wieder induziert werden, so dass die Trägerlebensdauer länger wird. Aus diesem Grund nimmt zu der Zeit der photoelektrischen Intervallzeit Ti(1), wenn die Quantenpunktzelle hocheffizient wird, das Ausmaß der Sekundärelektronenemission zu und ein höherer potentieller Kontrast tritt auf. Wie oben beschrieben, kann eine Quantenpunktzelle, die sogar zur Zeit der photoelektrischen Intervallzeit Ti(1) mit dem hohen Kontrast beobachtet werden kann, so bewertet werden, dass sie als das photoelektrische Umwandlungselement einen hohen Wirkungsgrad aufweist.
Obwohl in der Zeichnung schematisch dargestellt, beträgt eine tatsächliche Größe des Quantenpunktes mehrere Nanometer. Daher ist es gemäß der dritten Ausführungsform möglich, den Wirkungsgrad des photoelektrischen Umwandlungselements einschließlich der Quantenpunktstruktur mit einer räumlichen Auflösung im Nanobereich zu bewerten und jeweils eine Auswahl eines geeigneten Materials und eines Zusammensetzungsverhältnisses zu beobachten, zu analysieren und zu bewerten.
Obwohl die durch die vorliegenden Erfinder gemachte Erfindung speziell basierend auf den Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und es können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Rahmen der Erfindung abzuweichen.
Beschreibung der Bezugszeichen
1: lichtinduziertes Elektronenmikroskop, 2: Elektronenkanone, 3: Austaster, 4: Blende, 5: Deflektor, 6: Objektivlinse, 7: Probe, 8: Probentisch, 9: Tisch in XYZ-Achsen, 10: Detektor, 11: REM-Steuereinheit, 12: Elektronenkanonen-Steuereinheit, 13: Zeitablaufsteuereinheit, 14: Austaststeuereinheit, 15: Steuereinheit für Anregungspulslichtbestrahlung, 16: Anregungspulslichtquelle, 17: Sekundärelektronen-Detektionseinheit, 18: Bedienungsschnittstelle, 19: Einheit zur Berechnung der Trägerlebensdauer, 20: einen Leuchtstoff spezifierende Einheit, 21: Bilderzeugungseinheit, 22: Bildanzeigeeinheit.

Claims

Rasterelektronenmikroskop, das aufweist: eine Quelle (16) zur Erzeugung elektromagnetischer Wellen, die dazu ausgebildet ist, eine elektromagnetische Welle, mit der eine Probe (7) bestrahlt wird, zu erzeugen; ein optisches System (2 bis 6) für geladene Teilchen, das einen Pulsmechanismus (3) und einen Deflektor (5) enthält und dazu ausgebildet ist, die Probe mit einem fokussierten Strahl geladener Teilchen zu bestrahlen, der durch den Deflektor auf Bestrahlungspositionen auf der Probe abgelenkt wird, um diese zweidimensional abzutasten; einen Detektor (10), der dazu ausgebildet ist, ein Sekundärelektron, das durch eine Wechselwirkung zwischen dem Strahl geladener Teilchen und der Probe emittiert wird, zu detektieren; eine erste Bestrahlungssteuereinheit (15), die dazu ausgebildet ist, die Quelle zur Erzeugung elektromagnetischer Wellen zu steuern und die Probe mit einer gepulsten elektromagnetischen Welle zu bestrahlen, um einen angeregten Träger zu erzeugen; eine zweite Bestrahlungssteuereinheit (14), die dazu ausgebildet ist, den Pulsmechanismus zu steuern und einen Elektromagnetische-Wellen-Bestrahlungsbereich der Probe mit einem gepulsten Strahl geladener Teilchen zu bestrahlen; und eine Zeitablaufsteuereinheit (13), wobei während das Sekundärelektron durch den Detektor synchron zu der Bestrahlung des gepulsten Strahls geladenen Teilchen detektiert wird, ist die Zeitablaufsteuereinheit dazu ausgebildet, die erste Bestrahlungssteuereinheit und die zweite Bestrahlungssteuereinheit zu steuern und eine Intervallzeit zwischen der gepulsten elektromagnetischen Welle und dem gepulsten Strahl geladener Teilchenstrahl zu dem Elektromagnetische-Wellen-Bestrahlungsbereich zu steuern.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1, wobei die Zeitablaufsteuereinheit (13) dazu ausgebildet ist, die erste Bestrahlungssteuereinheit (15) und die zweite Bestrahlungssteuereinheit (14) zu steuern, um die Bestrahlung mit dem gepulsten Strahl geladener Teilchen für eine Bestrahlung mit der gepulsten elektromagnetischen Welle mehrere Male durchzuführen.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 2, das weiterhin aufweist: ein Bildverarbeitungssystem (21, 22), das dazu ausgebildet ist, aus einem Signal von dem Detektor (10) ein Bild zu erzeugen und das Bild anzuzeigen, wobei die Zeitablaufsteuereinheit (13) dazu ausgebildet ist, die erste Bestrahlungssteuereinheit (15) und die zweite Bestrahlungssteuereinheit (14) so zu steuern, dass sie die Bestrahlung mit einem ersten gepulsten Strahl geladener Teilchen zu einer ersten Intervallzeit von der Bestrahlung mit der gepulsten elektromagnetischen Welle ausführt und die Bestrahlung mit einem zweiten gepulsten Strahl geladener Teilchen zu einer zweiten Intervallzeit, die sich von der ersten Intervallzeit unterscheidet, von der Bestrahlung mit der gepulsten elektromagnetischen Welle ausführt, und das Bildverarbeitungssystem dazu ausgebildet ist, ein erstes Bild basierend auf der Bestrahlung mit dem ersten gepulsten Strahl geladener Teilchen und ein zweites Bild basierend auf der Bestrahlung mit dem zweiten gepulsten Strahl geladener Teilchen zu erzeugen.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 3, wobei eine Bestrahlungsposition des zweiten gepulsten Strahls geladener Teilchen eine Position ist, die durch eine Mehrzahl von Pixeln von einer Bestrahlungsposition des ersten gepulsten Strahls geladener Teilchen getrennt ist.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1, wobei die Zeitablaufsteuereinheit (13) dazu ausgebildet ist, die erste Bestrahlungssteuereinheit (15) und die zweite Bestrahlungssteuereinheit (14) so zu steuern, dass sie die Bestrahlung mit dem gepulsten Strahl geladener Teilchen für eine Bestrahlung mit der gepulsten elektromagnetischen Welle einmal durchführt, und eine Bestrahlungsposition des gepulsten Strahls geladener Teilchen eine Position ist, die durch eine Mehrzahl von Pixeln von einer Bestrahlungsposition eines vorangehenden gepulsten Strahls geladener Teilchen getrennt ist.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 2, wobei die Probe (7) eine Probe ist, die mit einer Mehrzahl von Leuchtstoffen, von denen jeder eine eindeutige Fluoreszenzwellenlänge aufweist, eingefärbt ist, die Vorrichtung für den geladenen Teilchenstrahl weiterhin ein Signalanalysesystem (17, 19, 20), das dazu ausgebildet ist, ein Signal von dem Detektor (10) zu analysieren, enthält, und das Signalanalysesystem dazu ausgebildet ist, eine Änderung bei einem von dem Detektor detektierten Elektronenemissionsausmaß in Bezug auf die Intervallzeit zu erhalten und den Leuchtstoff basierend auf einer Trägerlebensdauer des Leuchtstoffs zu spezifizieren.
Rasterelektronenmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die elektromagnetische Welle aus Röntgenstrahlen, ultraviolettem Licht, sichtbarem Licht und Infrarotlicht ausgewählt ist.
Probenbeobachtungsverfahren zum Beobachten einer Probe (7) unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops, wobei das Verfahren aufweist: Bestrahlen der Probe mit einer gepulsten elektromagnetischen Welle; Mehrmaliges Bestrahlen eines Bestrahlungsbereichs der gepulsten elektromagnetischen Welle mit einem gepulsten Strahl geladener Teilchen mit einer unterschiedlichen Intervallzeit für eine Bestrahlung mit der gepulsten elektromagnetischen Welle, wobei der gepulste Strahl geladener Teilchen auf Bestrahlungspositionen auf der Probe abgelenkt wird, um diese zweidimensional abzutasten Detektieren eines Sekundärelektrons, das durch eine Wechselwirkung zwischen dem gepulsten Strahl geladener Teilchen und der Probe emittiert wird, synchron zu der Bestrahlung des gepulsten Strahls geladener Teilchen; und Erhalten einer Änderung eines Ausmaßes der Elektronenemission des detektierten Sekundärelektrons in Bezug auf die Intervallzeit.
Das Probenbeobachtungsverfahren nach Anspruch 8, wobei die Probe (7) eine mit einem Leuchtstoff eingefärbte Probe ist, und der Leuchtstoff aus der Änderung des Elektronenemissionsausmaßes in Bezug auf die Intervallzeit basierend auf einer Trägerlebensdauer des Leuchtstoffs spezifiziert wird.
Das Probenbeobachtungsverfahren nach Anspruch 8, wobei die Probe (7) eine mit einer Mehrzahl von Leuchtstoffen eingefärbte Probe ist, und das Verfahren weiterhin beinhaltet: Erzeugen einer Mehrzahl von Bildern basierend auf den Sekundärelektronen, die zu unterschiedlichen Intervallzeiten synchron zu jedem der Mehrzahl gepulster Strahlen geladener Teilchen detektiert werden; und Spezifizieren einer Position, an der jeder der Mehrzahl der Leuchtstoffe eingefärbt ist, aus der Änderung des Kontrastes bei der Mehrzahl der Bilder entsprechend der Änderung der Intervallzeit.
Probenbeobachtungsverfahren nach Anspruch 8, wobei die Probe (7) eine mit einer Mehrzahl von Leuchtstoffen eingefärbte Probe ist, und das Verfahren weiter beinhaltet: Spezifizieren einer Position, an der jeder der Mehrzahl von Leuchtstoffen eingefärbt ist, und Spezifizieren einer Intervallzeit, während der ein Unterschied im Elektronenemissionsausmaß der Sekundärelektronen, die an der Position detektiert werden, groß wird; und Erzeugen eines Bildes basierend auf den Sekundärelektronen, die in der festgelegten Intervallzeit synchron zu dem gepulsten Strahl geladener Teilchen detektiert werden.
Probenbeobachtungsverfahren nach Anspruch 8, wobei die Probe (7) ein Halbleitersubstrat mit breiter Lücke ist, und basierend auf einer Änderung des von einer Position eines Stapelfehlers des Halbleitersubstrats mit breiter Lücke emittierten Elektronenemissionsausmaßes in Bezug auf die Intervallzeit ermittelt wird, ob es sich bei dem Stapelfehler um einen Killerdefekt handelt.
Probenbeobachtungsverfahren nach Anspruch 8, wobei die Probe (7) eine kombinatorische Probe ist, bei der eine Mehrzahl von Quantenpunktzellen, von denen jede ein anderes Material oder eine andere Zusammensetzung aufweist, auf einem Substrat als photoelektrisches Umwandlungselement ausgebildet sind, und der Wirkungsgrad der Quantenpunktzelle basierend auf einer Änderung des von der Quantenpunktzelle emittierten Elektronenemissionsausmaßes in Bezug auf die Intervallzeit bewertet wird.
Probenbeobachtungsverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei die gepulste elektromagnetische Welle aus Röntgenstrahlen, ultraviolettem Licht, sichtbarem Licht und Infrarotlicht ausgewählt wird.