DE112020006690T5

DE112020006690T5 - Strahlungsanalysesystem, mit einem strahl geladener teilchen arbeitendes system und strahlungsanalyseverfahren

Info

Publication number: DE112020006690T5
Application number: DE112020006690.8T
Authority: DE
Inventors: Akira Takano; Keiichi Tanaka
Original assignee: Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2020-04-30
Filing date: 2020-04-30
Publication date: 2022-12-15
Also published as: JP7373060B2; JPWO2021220458A1; US20230161053A1; WO2021220458A1

Abstract

Dieses Strahlungsanalysesystem weist einen Übergangskantensensor, der eine Strahlung erfasst, einen Stromerfassungsmechanismus, der einen im Übergangskantensensor fließenden Strom erfasst, und ein Computeruntersystem, das ein Stromerfassungssignal vom Stromerfassungsmechanismus verarbeitet, auf. Das Computeruntersystem ist dadurch gekennzeichnet, dass es Folgendes ausführt: einen Prozess zum Berechnen eines Grundlinienstroms des Stromerfassungssignals, einen Prozess zum Berechnen eines Wellenhöhenwerts eines Signalpulses, der im Erfassungssignal erzeugt wird, wenn der Übergangskantensensor Strahlung erfasst hat, einen Prozess zum Erfassen von Korrelationsdaten auf der Grundlage des Grundlinienstroms und des Wellenhöhenwerts und einen Prozess zum Korrigieren des Wellenhöhenwerts des Signalpulses oder eines anhand des Wellenhöhenwerts berechneten Energiewerts auf der Grundlage der Korrelationsdaten und des Grundlinienstroms, bevor der Signalpuls erzeugt wird, wenn eine Strahlung mit einer unbekannten Energie durch den Übergangskantensensor erfasst wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Strahlungsanalysesystem, ein mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitendes System und ein Strahlungsanalyseverfahren.
Technischer Hintergrund
Als Strahlungsanalysatoren, die in der Lage sind, Strahlungsenergie zu unterscheiden, stehen ein energiedispersiver Röntgendetektor (Energy Dispersive Spectroscopy, nachstehend als „EDS“ bezeichnet) und ein wellenlängendispersiver Röntgendetektor (Wavelength Dispersive Spectroscopy, nachstehend als „WDS“ bezeichnet) zur Verfügung. Der EDS wandelt Energie eines in einen Detektor eintretenden Röntgenstrahls im Detektor in ein elektrisches Signal und berechnet die Energie auf der Grundlage des Betrags des elektrischen Signals. Der WDS monochromatisiert den Röntgenstrahl unter Verwendung eines Spektrometers und erfasst den monochromatischen Röntgenstrahl unter Verwendung eines Proportionalzählers oder dergleichen.
Als EDS werden weitverbreitet Halbleiterdetektoren in der Art von Siliciumlithiumdetektoren, Siliciumdriftdetektoren und Germaniumdetektoren verwendet. Beispielsweise werden Siliciumlithium- oder Siliciumdriftdetektoren für einen Elementanalysator in einem Elektronenmikroskop verwendet, wodurch Energie im Bereich von etwa 0,1 keV bis 20 keV erfasst werden kann. Weil ihre Funktionsweise jedoch von der Bandlücke des im Detektor verwendeten Siliciums (etwa 1,1 eV) abhängt, lässt sich die Energieauflösung nur schwer auf etwa 120 eV oder darunter verbessern, was mehr als zehn Mal schlechter als beim WDS ist.
Dass die Energieauflösung, die einer der die Leistungsfähigkeit des Röntgendetektors angegebenen Indizes ist, beispielsweise 120 eV beträgt, bedeutet, dass die Energie mit einer Unbestimmtheit von 120 eV erfasst werden kann, wenn der Röntgendetektor mit Röntgenstrahlen bestrahlt wird. Je kleiner die Unbestimmtheit ist, desto höher ist die Energieauflösung. Falls Röntgenstrahlen erfasst werden, die aus zwei benachbarten Spektren mit einer Differenz von etwa 20 eV bestehen, können zwei Spitzen getrennt werden, solange die Energieauflösung etwa 20 eV bis 30 eV beträgt.
Alternativ zum für EDS verwendeten Halbleiterdetektor hat ein supraleitender Röntgenanalysator des energiedispersiven Typs, der überdies eine Energieauflösung aufweist, die jener des WDS gleichwertig ist, Aufmerksamkeit erregt. Unter den supraleitenden Röntgenanalysatoren ist ein Detektor, der einen Supraleitungsübergangskantensensor (Übergangskantensensor, nachstehend als „TES“ bezeichnet) aufweist, ein sehr empfindliches Kalorimeter, bei dem eine plötzliche Änderung des Widerstandswerts zwischen der Supraleitfähigkeit und der normalen Leitfähigkeit eines dünnen Metallfilms (beispielsweise beträgt eine Änderung des Widerstandswerts infolge einer Temperaturänderung von einigen mK 100 mΩ) verwendet wird. Der TES wird auch als Mikrokalorimeter bezeichnet.
Der TES analysiert eine Probe durch Erfassen seiner Temperaturänderung, die auftritt, wenn ein Fluoreszenzröntgenstrahl oder ein charakteristischer Röntgenstrahl, der durch Bestrahlung mit einem primären Röntgenstrahl oder einem primären Elektronenstrahl erzeugt wird, in den TES eintritt. Der TES weist eine höhere Energieauflösung als der Halbleiterdetektor auf, beispielsweise eine Energieauflösung von 10 eV oder darunter für einen Röntgenstrahl mit 5,9 keV.
Wenngleich es wichtig ist, den durch den TES fließenden Grundlinienstrom konstant zu halten, um die hohe Energieauflösung des TES zu erreichen, ist es technisch schwierig, die Änderung des Grundlinienstroms zu null zu machen, weshalb verschiedene Empfindlichkeitskorrekturverfahren vorgeschlagen wurden.
Beispielsweise offenbart Patentliteratur 1 einen Röntgenanalysator mit „einer Empfindlichkeitskorrektur-Betriebseinheit 7, die einen von einem Stromerfassungsmechanismus 4 erfassten Strom oder einen durch einen Pulshöhenanalysator 5 gemessenen Spitzenwert abhängig von einer Änderungsbreite für einen Fall, in dem die Änderung des Grundlinienstroms einen Sollwert überschreitet, korrigiert“ (siehe Zusammenfassung in Patentliteratur 1).
Patentliteratur 2 offenbart einen Strahlungsanalysator mit „einer Empfindlichkeitskorrektur-Betriebseinheit 7, welche die Empfindlichkeit eines TES 1 anhand des Verhältnisses zwischen einer vorab erfassten Ausgabe von einer ersten Heizung 20 und einem durch einen Pulshöhenanalysator 5 gemessenen Spitzenwert korrigiert“ (siehe Zusammenfassung in Patentliteratur 2).
Zitatliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2009-271016
Patentliteratur 2: Ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2014-038074

Kurzfassung der Erfindung
Technisches Problem
Beim Röntgenanalysator gemäß Patentliteratur 1 muss der Grundlinienstrom jedoch ständig überwacht werden und müssen zusätzliche Korrekturdaten jedes Mal dann erfasst werden, wenn sich der durch den TES fließende Grundlinienstrom ändert.
Der Strahlungsanalysator gemäß Patentliteratur 2 erfasst Korrelationskennlinien zwischen der Ausgabe der Heizung und der Empfindlichkeit des TES vorab und korrigiert dann den Spitzenwert des Signalpulses des TES unter Verwendung der Empfindlichkeit des TES, die der Ausgabe der Heizung entspricht, wenn der Signalpuls des TES in einer tatsächlichen Messung erfasst wird. Weil die Ausgabe der Heizung ein langsames Ansprechverhalten hat, lässt sich jedoch keine hohe Energieauflösung erhalten, wenn sich der Grundlinienstrom schnell ändert.
Daher sieht die vorliegende Offenbarung ein Strahlungsanalysesystem vor, das keine zusätzlichen Korrekturdaten erfassen muss und das eine stabil hohe Energieauflösung erhalten kann.
Lösung des Problems
Ein Strahlungsanalysesystem gemäß der vorliegenden Offenbarung weist Folgendes auf: einen Supraleitungsübergangskantensensor, der eine Strahlung erfasst, einen Stromerfassungsmechanismus, der einen durch den Supraleitungsübergangskantensensor fließenden Strom erfasst, und ein Computeruntersystem, das ein Erfassungssignal des Stroms vom Stromerfassungsmechanismus verarbeitet, wobei das Computeruntersystem Folgendes ausführt: einen Prozess zum Berechnen eines Grundlinienstroms des Erfassungssignals des Stroms, einen Prozess zum Berechnen eines Spitzenwerts eines im Erfassungssignal erzeugten Signalpulses, wenn der Supraleitungsübergangskantensensor die Strahlung erfasst, einen Prozess zum Erfassen von Korrelationsdaten auf der Grundlage des Grundlinienstroms und des Spitzenwerts und einen Prozess zum Korrigieren des Spitzenwerts des Signalpulses oder eines anhand des Spitzenwerts berechneten Energiewerts auf der Grundlage des Grundlinienstroms, bevor der Signalpuls erzeugt wird, wenn eine Strahlung mit einer unbekannten Energie durch den Supraleitungsübergangskantensensor erfasst wird, und der Korrelationsdaten.
Weitere Merkmale, die sich auf die vorliegende Offenbarung beziehen, werden anhand der Beschreibung der vorliegenden Patentschrift und der anliegenden Zeichnungen verständlich werden. Überdies werden Aspekte der vorliegenden Offenbarung durch Elemente und Kombinationen verschiedener Elemente sowie die folgenden detaillierten Beschreibungen und Modi der anliegenden Ansprüche erreicht und verwirklicht.
Die Beschreibung der Patentschrift präsentiert lediglich typische Beispiele und schränkt die Ansprüche oder Anwendungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise ein.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Durch das Strahlungsanalysesystem gemäß der vorliegenden Offenbarung kann eine stabil hohe Energieauflösung erhalten werden, ohne dass zusätzliche Korrekturdaten erfasst werden müssten.
Andere Probleme, Konfigurationen und Wirkungen werden anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen verständlich werden.
Figurenliste
Es zeigen:

1 eine Konfiguration eines Rasterelektronenmikroskopsystems gemäß einer ersten Ausführungsform,
2 ein schematisches Diagramm einer Konfiguration eines Strahlungsanalysators,
3 ein schematisches Diagramm einer Konfiguration eines TES,
4 ein schematisches Diagramm einer Konfiguration eines Teils des Strahlungsanalysators,
5 ein Flussdiagramm eines vom Strahlungsanalysator ausgeführten Messvorbereitungsverfahrens,
6 einen Graph einer Änderung des Grundlinienstroms von Beginn bis zum Ende der Messvorbereitung,
7 ein schematisches Diagramm einer Korrelationsdatenerfassungs-Bildschirmdarstellung für die Messvorbereitung,
8 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Korrektur eines Spitzenwerts durch eine Korrektureinheit,
9 einen Graph einer Änderung eines von der Korrektureinheit erfassten Stroms,
10 Korrelationsdaten zwischen dem Grundlinienstrom und dem Spitzenwert des Strahlungsanalysators,
11 die Korrelationsdaten, wenn die Energie einer in den TES des Strahlungsanalysators eintretenden Strahlung proportional zum Spitzenwert ist,
12 die Korrelationsdaten, wenn die Energie der in den TES des Strahlungsanalysators eintretenden Strahlung nicht proportional zum Spitzenwert ist, und
13 eine Korrelationsdatenerfassungs-Bildschirmdarstellung zur Erfassung von Korrelationsdaten gemäß einer zweiten Ausführungsform.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Wenngleich ein Beispiel der Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops als Elektronenmikroskop (Untersystem, in dem mit einem Strahl geladener Teilchen bestrahlt wird) in einem mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden System gemäß den Ausführungsformen beschrieben wird, ist dies lediglich ein Beispiel einer hier offenbarten Technologie und ist die Technologie der vorliegenden Offenbarung nicht auf die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. In der vorliegenden Offenbarung soll das Elektronenmikroskop eine breite Vielfalt von Vorrichtungen einschließen, die ein Bild einer Probe unter Verwendung eines Elektronenstrahls aufnehmen. Beispielsweise kann die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung auch auf ein Rasterelektronenmikroskop, ein Transmissionselektronenmikroskop und eine Probenverarbeitungsvorrichtung oder einen Probenanalysator, die oder der mit einem Rasterelektronenmikroskop ausgerüstet ist, angewendet werden.
Überdies umfassen Beispiele eines Röntgenanalysators unter Verwendung des Elektronenstrahls eine Inspektionsvorrichtung, eine Untersuchungsvorrichtung, eine Mustermessvorrichtung und dergleichen, wobei das Rasterelektronenmikroskop verwendet wird. Der das Elektronenmikroskop verwendende Röntgenanalysator sollte ein System, bei dem jeweilige Vorrichtungen, die das vorstehend beschriebene Elektronenmikroskop aufweisen, über ein Netz verbunden sind, und eine Vorrichtung, welche die vorstehend beschriebenen jeweiligen Vorrichtungen kombiniert, einschließen.
Hier umfasst eine „Probe“ eine breite Vielfalt zu beobachtender und zu analysierender Objekte. Beispielsweise umfasst die „Probe“ einen aus Silicium oder dergleichen bestehenden Halbleiterwafer, ein Hochleistungsmaterial in der Art jener, die für eine Lithiumbatterie verwendet werden, eine biologische Probe und dergleichen.
Erste Ausführungsform
<Konfiguration des Rasterelektronenmikroskopsystems>
1 zeigt eine Konfiguration eines Rasterelektronenmikroskopsystems 100 (mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Systems) gemäß einer ersten Ausführungsform. Wie in 1 dargestellt ist, weist das Rasterelektronenmikroskopsystem 100 ein Strahlungsanalyse-Untersystem 200 (Strahlungsanalysesystem), ein Rasterelektronenmikroskop 300 (Untersystem zur Bestrahlung mit einem Strahl geladener Teilchen), eine Hochspannungsversorgung 400 und ein Computeruntersystem 500 auf.
Das Rasterelektronenmikroskop 300 weist eine Elektronenquelle 301, eine Sammellinse 303, eine Ablenkspule 304, eine Objektivlinse 305, einen Probentisch 307, einen Rückstreuelektronendetektor 308 und einen Sekundärelektronendetektor 309 auf.
Das Computeruntersystem 500 steuert Arbeitsvorgänge des Rasterelektronenmikroskops 300 und der Hochspannungsversorgung 400 und weist eine Gesamtsteuereinheit 501, eine Steuereinheit 502 für das elektronenoptische System, eine Tischsteuereinheit 503, eine A/D-Wandlungseinheit 504, eine Bildbetriebseinheit 505, eine Speichervorrichtung 506, eine Anzeigeeinheit 507 und eine Eingabevorrichtung 508 auf.
Eine zu betrachtende Probe 306 wird auf dem Probentisch 307 angeordnet. Der Probentisch 307 bewegt sich auf der Grundlage eines Befehlssignals von der Tischsteuereinheit 503 in X-Y-Richtung. Mit der Elektronenquelle 301 ist die Hochspannungsversorgung 400 verbunden, und es wird auf der Grundlage des Befehlssignals von der Gesamtsteuereinheit 501 eine Spannung von der Hochspannungsversorgung 400 an die Elektronenquelle 301 angelegt.
Ein von der Elektronenquelle 301 abgegebener Elektronenstrahl 302 (Strahl geladener Teilchen) wird durch die Sammellinse 303 und die Objektivlinse 305 auf der Grundlage des Befehlssignals von der Steuereinheit 502 für das elektronenoptische System gesammelt, und er wird durch die Ablenkspule 304 über die Probe 306 gescannt.
Durch den auf die Probe 306 fallenden Elektronenstrahl 302 werden von der Probe 306 Rückstreuelektronen und Sekundärelektronen erzeugt. Die den Rückstreuelektronendetektor 308 erreichenden Rückstreuelektronen und die den Sekundärelektronendetektor 309 erreichenden Sekundärelektronen werden in einen Strom gewandelt, an die A/D-Wandlungseinheit 504 ausgegeben und in ein Digitalsignal gewandelt. Die Bildbetriebseinheit 505 führt die Erzeugung eines SEM-Bilds und eine Bildverarbeitung unter Verwendung des von der A/D-Wandlungseinheit 504 erzeugten Digitalsignals aus.
Mit der Gesamtsteuereinheit 501 sind die Speichervorrichtung 506, die Anzeigeeinheit 507 und die Eingabevorrichtung 508 verbunden, und das von der Bildbetriebseinheit 505 erzeugte SEM-Bild wird in der Speichervorrichtung 506 gespeichert und über die Gesamtsteuereinheit 501 auf der Anzeigeeinheit 507 angezeigt.
Die Anzeigeeinheit 507 zeigt einem Benutzer des Rasterelektronenmikroskopsystems 100 auch eine GUI-Bildschirmdarstellung zur Eingabe eines Befehls. Der Benutzer sendet den Befehl durch Betätigen der Eingabevorrichtung 508 über die auf der Anzeigeeinheit 507 angezeigte GUI-Bildschirmdarstellung zur Gesamtsteuereinheit 501. Die Gesamtsteuereinheit 501 steuert jede Einheit durch Ändern einer Abbildungsbedingung oder Abbildungsposition des SEM-Bilds, Ändern einer Erfassungsbedingung des Strahlungsanalyse-Untersystems 200 und dergleichen durch Senden eines Befehls zur Hochspannungsversorgung 400, zur Steuereinheit 502 für das elektronenoptische System, zur Tischsteuereinheit 503, zur Bildbetriebseinheit 505 oder zum Strahlungsanalyse-Untersystem 200 auf der Grundlage der Benutzereingabe.
Das Strahlungsanalyse-Untersystem 200 ist eine Vorrichtung, die als Zusammensetzungsanalysator verwendet werden kann, beispielsweise ein Elektronenmikroskop, ein lonenmikroskop, ein Röntgenmikroskop, ein Fluoreszenz-Röntgenmikroskop und dergleichen. Das Strahlungsanalyse-Untersystem 200 erfasst einen bei Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl 302 von der Probe emittierten charakteristischen Röntgenstrahl (Strahlung) und berechnet seine Energie. Weil der charakteristische Röntgenstrahl eine elementspezifische Energie aufweist, kann das Strahlungsanalyse-Untersystem 200 durch Erzeugen eines Spektrums, bei dem die horizontale Achse die Energie angibt und die vertikale Achse einen Zählwert von Röntgenstrahlen angibt, analysieren, welches Element sich an der mit dem Elektronenstrahl 302 auf der Probe 306 bestrahlten Position befindet.
Das Strahlungsanalyse-Untersystem 200 ist dafür ausgelegt, die Daten und das Befehlssignal zur Gesamtsteuereinheit 501 im Computeruntersystem 500 zu senden und davon zu empfangen (diese zu übermitteln), und das Ergebnis der vom Strahlungsanalyse-Untersystem 200 ausgeführten Elementanalyse wird über die Gesamtsteuereinheit 501 an die Speichervorrichtung 506 und die Anzeigeeinheit 507 ausgegeben. Die Gesamtsteuereinheit 501 kann auch Informationen über das erfasste Element über das Netz zu einem Datenmanagementserver (nicht dargestellt) übertragen.
2 ist ein schematisches Diagramm einer Konfiguration des Strahlungsanalyse-Untersystems 200. Wie in 2 dargestellt ist, weist das Strahlungsanalyse-Untersystem 200 einen TES 201, eine Sensorschaltungseinheit 202, eine Bias-Stromquelle 203, einen Stromerfassungsmechanismus 206, ein erstes Thermometer 209, eine Heizung 210, einen Kühler 211 und ein Computeruntersystem 250 auf.
Nach dem Empfang einer Strahlung erkennt der TES 201 ihre Energie als Temperaturänderung und gibt die Temperaturänderung als Stromsignal aus. Die detaillierte Konfiguration des TES 201 wird später beschrieben. Die Bias-Stromquelle 203 legt an die Sensorschaltungseinheit 202 einen Strom zum künstlichen Ansteuern der Sensorschaltungseinheit 202 bei einer konstanten Spannung an. Die Sensorschaltungseinheit 202 ist mit dem TES 201 verbunden und weist einen Nebenflusswiderstand 204 und eine Eingangsspule 205 auf.
Der Nebenschlusswiderstand 204 ist parallel zum TES 201 geschaltet und weist einen Widerstandswert auf, der kleiner als jener des TES 201 ist. Die Eingangsspule 205 ist in Reihe mit dem TES 201 geschaltet. Wenn von der Bias-Stromquelle 203 ein Bias-Strom an die Sensorschaltungseinheit 202 angelegt wird, wird der Strom mit dem Widerstandsverhältnis zwischen dem Widerstandswert des Nebenschlusswiderstands 204 und dem Widerstandswert des TES 201 aufgeteilt. Das heißt, dass der Spannungswert des TES 201 durch den Spannungswert, der durch den durch den Nebenschlusswiderstand 204 fließenden Strom und den Widerstandswert des Nebenschlusswiderstands 204 festgelegt ist, festgelegt wird.
Der Stromerfassungsmechanismus 206 weist einen SQUID-Verstärker 207 (SQUID: Superconducting Quantum Interference Device, supraleitende Quanteninterferenzvorrichtung) und einen Raumtemperaturverstärker 208 auf. Der SQUID-Verstärker 207 erfasst das durch die Eingangsspule 205 erzeugte Magnetfeld, erzeugt ein elektrisches Signal und gibt das elektrische Signal an den Raumtemperaturverstärker 208 aus. Der Raumtemperaturverstärker 208 erfasst einen Signalpuls des durch den TES 201 fließenden Stroms durch Verstärken und Formen des vom SQUID-Verstärker 207 ausgegebenen elektrischen Signals. Auf diese Weise kann der Stromerfassungsmechanismus 206 eine sehr kleine Änderung des durch den TES 201 fließenden Stroms durch die Verwendung des SQUID-Verstärkers 207 erfassen. Es wird später erwähnt, dass, wenngleich der die Eingangsspule 205 verwendende SQUID-Verstärker 207 und der Raumtemperaturverstärker 208 als Stromerfassungsmechanismus 206 verwendet werden, auch andere Konfigurationen eingesetzt werden können, solange die Änderung des durch den TES 201 fließenden Stroms erkannt werden kann.
In 2 ist der Kühler 211 schematisch durch ein von einer strichpunktierten Linie umgebenes Gebiet repräsentiert, und es ist gezeigt, dass der TES 201, die Sensorschaltungseinheit 202, der SQUID-Verstärker 207, das erste Thermometer 209 und die Heizung 210 innerhalb des Kühlers 211 installiert sind. Überdies ist ein Kühlkopf (in 2 nicht dargestellt) innerhalb des Kühlers 211 installiert und sind das erste Thermometer 209 und die Heizung 210 im Kühlkopf installiert.
Das Computeruntersystem 250 weist einen Pulshöhenanalysator 251, eine Korrektureinheit 252, eine Spektrumerzeugungseinheit 253 und eine Temperatursteuereinheit 254 auf. Wenngleich dies in den Figuren nicht dargestellt ist, weist das Computeruntersystem 250 eine Anzeigeeinheit in der Art einer Anzeige, einen Prozessor (eine Betriebsschaltung) in der Art einer Zentralverarbeitungseinheit (CPU) und eine Speichervorrichtung in der Art eines Speichers zum Speichern eines Programms und dergleichen auf. Funktionen jeweiliger Module des Computeruntersystems 250 (Pulshöhenanalysator 251, Korrektureinheit 252, Spektrumerzeugungseinheit 253 und Temperatursteuereinheit 254) können beispielsweise durch Programmverarbeitung durch den Prozessor verwirklicht werden. Es sei bemerkt, dass jedes Modul des Computeruntersystems 250 in die vorstehend beschriebene Gesamtsteuereinheit 501 aufgenommen werden kann oder in einen anderen Personalcomputer aufgenommen werden kann.
Der Pulshöhenanalysator 251 empfängt eine Eingabe eines Erfassungssignals des vom Stromerfassungsmechanismus 206 erfassten Stroms und berechnet den Spitzenwert des Signalpulses des durch den TES 201 fließenden Stroms. Es sei bemerkt, dass der „Spitzenwert“ hier eine breite Vielzahl der zur Verbesserung der Genauigkeit der Analyse berechneten Signalpulse einschließt. Beispielsweise schließt der „Spitzenwert“ eine Höhenkomponente des Signalpulses, einen integrierten Wert des Signalpulses, den mit einem Filter in der Art eines Bandfilters gefalteten Signalpuls und dergleichen ein.
Die Korrektureinheit 252 korrigiert den vom Pulshöhenanalysator 251 berechneten Spitzenwert. Einzelheiten der Korrektur des Spitzenwerts durch die Korrektureinheit 252 gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden später beschrieben. Überdies empfängt die Korrektureinheit 252 eine Eingabe eines Erfassungssignals des vom Stromerfassungsmechanismus 206 erfassten Stroms und berechnet einen Durchschnittswert des Grundlinienstroms.
Die Spektrumerzeugungseinheit 253 erzeugt ein Energiespektrum der vom TES 201 erfassten Strahlung unter Verwendung des von der Korrektureinheit 252 korrigierten Spitzenwerts. Die Spektrumerzeugungseinheit 253 erzeugt das Spektrum durch Wiederholen eines Vorgangs zum Inkrementieren des Zählwerts des Spitzenwerts um eins in einem Histogramm, in dem die horizontale Achse den Spitzenwert angibt und die vertikale Achse den Zählwert angibt. Überdies kann, wenn Daten zur Wandlung des Spitzenwerts in die Energie vorab in den Pulshöhenanalysator 251, die Korrektureinheit 252 oder die Spektrumerzeugungseinheit 253 aufgenommen werden, ein Histogramm, bei dem die horizontale Achse die Energie angibt und die vertikale Achse den Zählwert angibt, auf der Anzeigeeinheit angezeigt werden.
Die Temperatursteuereinheit 254 steuert die Ausgabe der Heizung 210.
3 ist ein schematisches Diagramm einer Konfiguration des TES 201. Wie in 3 dargestellt ist, weist der TES 201 einen Absorber 212, ein zweites Thermometer 213 und eine Membran 214 auf. Der Absorber 212 ist ein Metall, ein Halbmetall, ein Halbleiter oder dergleichen zur Absorption einer Strahlung in der Art von Röntgenstrahlung beispielsweise aus Gold, Kupfer oder Wismut. Das zweite Thermometer 213 besteht aus dem Halbleiter und erfasst im Absorber 212 erzeugte Wärme als Temperaturänderung. Das zweite Thermometer 213 besteht aus einem Stapel mit zwei Schichten beispielsweise aus Titan und Gold. Die Membran 214 besteht beispielsweise aus Siliciumnitrid. Die Membran 214 verbindet lose zwischen dem zweiten Thermometer 213 und dem Kühlkopf 215 und steuert den Wärmefluss zum Kühlkopf 215.
4 ist ein schematisches Diagramm einer Konfiguration eines Teils des Strahlungsanalyse-Untersystems 200. Wie in 4 dargestellt ist, sind der TES 201, der Nebenschlusswiderstand 204 (in 4 nicht dargestellt) und der SQUID-Verstärker 207 an einer Spitze des Kühlkopfs 215 bereitgestellt. Ein den TES 201 aufweisendes Substrat und ein den SQUID-Verstärker 207 aufweisendes Substrat sind mit einer supraleitenden Verdrahtung 216 verbunden. Der Kühlkopf 215 ist von einer Wärmeabschirmung 217 umgeben.
Innerhalb des Kühlkopfs 215 sind das erste Thermometer 209, das die Temperatur des Kühlkopfs 215 überwacht, und die Heizung 210 bereitgestellt. Ein Widerstandsthermometer kann als erstes Thermometer 209 verwendet werden, und das Material des Sensors kann beispielsweise ein Halbleiter in der Art von Germanium, ein Supraleiter oder ein Metalloxid in der Art von Rutheniumoxid sein. Das erste Thermometer 209 weist einen von der Temperatur des Kühlkopfs 215 abhängigen Widerstandswert auf. Genaue Temperaturinformationen des Kühlkopfs 215 können durch Korrelieren der Temperatur und des vom ersten Thermometer 209 ausgegebenen elektrischen Signals und vorab erfolgendes Speichern von ihnen in der Temperatursteuereinheit 254 erhalten werden.
Der Kühlkopf 215 wird durch den Kühler 211 auf 50 mK - 400 mK gekühlt. Insbesondere muss der TES 201 auf eine Temperatur gekühlt werden, die niedriger ist als die Temperatur, bei der der Supraleitungsübergang auftritt. Beispiele für die Einrichtung zum Kühlen des Kühlers 211 sind ein Verdünnungskühler und ein isolierter demagnetisierter Kühler (Adiabatic Demagnetization Refrigerator - Adiabatische-Demagnetisierung-Kühler, nachstehend als „ADR“ bezeichnet). Der Erstgenannte verwendet eine Technologie zum Kühlen unter Verwendung einer Enthalpieänderung, die auftritt, wenn 3He aus einer dichten Phase in einer Mischkammer in eine verdünnte Phase schmilzt. Der Letztgenannte verwendet eine Technologie zum Kühlen eines mit einem magnetischen Körper verbundenen Objekts unter Verwendung einer Entropieänderung, die auftritt, wenn durch Anlegen eines Magnetfelds an den magnetischen Körper entlang einer Spin-Richtung ausgerichtet wird und das Magnetfeld entfernt wird. In beiden Fällen wird der Kühlkopf 215 an der am stärksten gekühlten Position installiert.
Falls die Temperatur des Kühlkopfs 215 mit dem Verdünnungskühler stabilisiert wird, steuert die Temperatursteuereinheit 254, sobald eine Zieltemperatur für sie festgelegt wurde, die Ausgabe der Heizung 210 auf der Grundlage der Temperatur des ersten Thermometers 209. Es sei bemerkt, dass die Temperatur des Kühlkopfs 215 beim ADR durch Steuern der Stärke des an den magnetischen Körper angelegten Magnetfelds auf der Grundlage der Temperatur des ersten Thermometers 209 konstant gehalten wird.
<Arbeitsprinzip des TES>
Der TES 201 verwendet einen Supraleitungsübergang im Supraleiter und hält den Arbeitspunkt während des Erfassens von Strahlung in einem Zwischenzustand zwischen einer normalen Leitfähigkeit und der Supraleitfähigkeit. Wenn eine einzige Strahlung vom TES 201 absorbiert wird, ermöglicht dies in einem Zustand, in dem der Arbeitspunkt während des supraleitenden Übergangs beibehalten wird, beispielsweise das Erfassen einer Änderung des Widerstandswerts von wenigen mΩ bei einer Temperaturänderung von 100 µK und das Erfassen eines Signalpulses in der Größenordnung von µA. Überdies kann, wenn eine Strahlung mit einer unbekannten Energie in den TES 201 eintritt, durch vorab erfolgendes Berechnen einer Beziehung zwischen der Energie der Strahlung und dem Spitzenwert des Signalpulses die Energie der einfallenden Strahlung vom Spitzenwert des Signalpulses erfasst werden.
Wenn der TES 201 während des Supraleitungsübergangs am Arbeitspunkt gehalten wird, wird der Arbeitspunkt des TES 201 durch das thermische Gleichgewicht zwischen dem durch den TES 201 fließenden Strom (nachstehend als „TES-Strom It“ bezeichnet) und einer thermischen Verbindung zum Kühlkopf 215 bestimmt. Die Energieauflösung des TES 201 ist mit der Temperatur korreliert, und die Temperatur ist vorzugsweise möglichst niedrig. Die Temperatur des Kühlkopfs 215 wird beispielsweise bei etwa 50 mK - 400 mK belassen. Der TES-Strom It wird durch die folgende Formel (1) bestimmt:
[Formel 1] $I t^{2} R t (T) = G (T - T b)$
In Formel (1) wird der TES-Strom It mit dem dynamischen Widerstand Rt des TES 201, der thermischen Leitfähigkeit G der thermischen Verbindung zwischen dem zweiten Thermometer 213 und dem Kühlkopf 215, die im TES 201 bereitgestellt sind, der Temperatur T des zweiten Thermometers 213 und der Temperatur Tb des Kühlkopfs 215 beschrieben. Hier bedeutet der Grundlinienstrom den TES-Strom It in einem Zustand, in dem der TES 201 nicht bestrahlt wird.
Ferner ist die Beziehung zwischen dem TES-Strom It und dem Signalpuls ΔI durch die folgende Formel (2) gegeben. Idealerweise wird, wenn der TES-Strom It konstant ist, der stets konstante Signalpuls ΔI erhalten.
[Formel 2] $I t = \frac{C T}{α E} Δ I$
In Formel (2) werden der TES-Strom It und der Signalpuls ΔI mit der Empfindlichkeit α des TES 201, der Wärmekapazität C, der Energie E der eingestrahlten Strahlung und der Temperatur T des zweiten Thermometers 213 beschrieben. Wie aus Formel (2) ersichtlich ist, ändert sich, wenn sich der durch den TES 201 fließende Grundlinienstrom ändert, der Signalpuls ΔI selbst dann, wenn der TES 201 mit Strahlung gleicher Energie bestrahlt wird. Überdies ändert sich, wie aus Formel (1) ersichtlich ist, der Grundlinienstrom, wenn sich die Temperatur des Kühlkopfs 215 ändert. Das heißt, dass sich der Signalpuls ΔI ändert, wenn sich die Temperatur des Kühlkopfs 215 ändert.
Der Signalpuls ΔI, wenn der TES 201 bestrahlt wird, ändert sich gemäß der vorstehend beschriebenen Formel (2) in zunehmender Richtung mit der Erhöhung des durch den SQUID-Verstärker 207 fließenden Stroms (gleich dem TES-Strom It). Der Signalpuls ΔI wird durch den Pulshöhenanalysator 251 mit dem Filter gefaltet, und der davon berechnete Spitzenwert wird durch die Korrektureinheit 252 korrigiert und zur Spektrumerzeugungseinheit 253 übertragen. Dann wird von der Spektrumerzeugungseinheit 253 das Spektrum erzeugt, wobei die horizontale Achse den Spitzenwert angibt und die vertikale Achse den Zählwert angibt. Wenn der Spitzenwert 100 ist, wird beispielsweise eins bei einer Position 100 gezählt.
Dass der Signalpuls trotz einer Bestrahlung mit Strahlung gleicher Energie variiert, bedeutet, dass der Spitzenwert schwankt. Der Grad dieser Schwankung entspricht der vorstehend beschriebenen Energieauflösung. Das heißt, dass für das Erreichen einer hohen Energieauflösung die Schwankung des Spitzenwerts in Bezug auf die Strahlung gleicher Energie verringert werden muss.
Wenn der TES 201 im Zwischenzustand zwischen der normalen Leitfähigkeit und der Supraleitfähigkeit gehalten wird, ist die im zweiten Thermometer 213 erzeugte joulesche Wärme im thermischen Gleichgewicht mit der durch die Membran 214 zum Kühlkopf 215 strömenden Wärme. Das thermische Gleichgewicht zwischen der jouleschen Wärme und dem Wärmefluss ist durch die vorstehend beschriebene Formel (1) gegeben. Hier wird die vorstehend beschriebene Formel (1) unter Berücksichtigung, dass der TES-Strom It durch die Wärme Pex von außerhalb des TES 201 beeinflusst wird, in die folgende Formel (3) umgeschrieben:
[Formel 3] $I t^{2} R t (T) + (V + \frac{G T}{I α}) δ I t + P e x = G (T - T b)$
Wenn die Wärme Pex von außerhalb des TES 201 zunimmt, wird δlt im zweiten Term auf der linken Seite verringert, so dass Formel (3) erfüllt ist. Das heißt, dass sich der Grundlinienstrom ändert, wenn sich die Wärme Pex von außerhalb des TES 201 ändert, und dass sich der Signalpuls ΔI ändert, wenn sich der Grundlinienstrom ändert. Weil sich der Spitzenwert ändert, wenn sich der Signalpuls ΔI ändert, wird die Energieauflösung beeinträchtigt. Beispielhafte Variationen der Wärme Pex von außerhalb des TES 201 schließen eine Temperaturänderung des den TES 201 kühlenden Kühlkopfs 215, eine Änderung der Wärmestrahlung infolge der Temperaturänderung in der den Kühlkopf 215 umgebenden Wärmeabschirmung 217, eine Änderung der Wärmeleitung von der Wärmeabschirmung 217 zum TES 201 infolge eines im Kühler 211 vorhandenen Restgases oder dergleichen ein.
<Betrieb des Strahlungsanalyse-Untersystems>
Dementsprechend verwendet die vorliegende Ausführungsform das nachstehend beschriebene Verfahren zur Korrektur des Spitzenwerts. Zusammenfassend erfasst die Korrektureinheit 252 den Grundlinienstrom und den Spitzenwert bei einer Bestrahlung mit Strahlung einer vorgegebenen Energie (ersten Energie) unter wenigstens zwei verschiedenen Temperaturbedingungen und speichert sie vorab als Korrelationsdaten (vor Beginn der Analyse). Wenn die eigentliche Strahlung analysiert wird (wenn das Rasterelektronenmikroskopsystem 100 in Betrieb ist), misst die Korrektureinheit 252 den gewöhnlich durch den TES 201 fließenden Grundlinienstrom unmittelbar bevor der TES 201 den Signalpuls erfasst. Dann kann ein genauer Spitzenwert durch Korrigieren des Spitzenwerts des Signalpulses unter Verwendung der vorab erhaltenen Korrelationsdaten zwischen dem Grundlinienstrom und dem Spitzenwert erhalten werden. Es sei bemerkt, dass die Korrelationsdaten nur auf dem Grundlinienstrom und dem Spitzenwert beruhen müssen und dass der Grundlinienstrom und der Energiewert, die anhand des Spitzenwerts berechnet wurden, als Korrelationsdaten genommen werden können.
Der Grundlinienstrom hat eine statistische Schwankung, weil es sich dabei um einen Strom handelt, der gewöhnlich durch den TES 201 fließt. Daher können beispielsweise etwa 100 Abtastdatenpunkte gemittelt werden und kann der gemittelte Wert verwendet werden. Es ist beispielsweise möglich, einen Stromwert, der die Ausgabe des Raumtemperaturverstärkers 208 ist, unter Verwendung eines 1-ms/s-Analog-Digital-Wandlers (ADC) zu überwachen, mehrere Daten bei einem 1-µs-Abtastintervall zu erfassen und sie zu mitteln.
Im Strahlungsanalyse-Untersystem 200 kann durch Unterdrücken der Änderung des Grundlinienstroms während des Betriebs des Rasterelektronenmikroskopsystems 100 (während der Probenanalyse) innerhalb von ±2,0 µA die Änderung der gemessenen Strahlungsenergie auf höchstens 1 eV gelegt werden, welche als Bin-Breite des Energiespektrums verwendet wird, und ständig eine hohe Energieauflösung erhalten werden.
(Messvorbereitung: Erfassen von Korrelationsdaten)
5 ist ein Flussdiagramm eines vom Strahlungsanalyse-Untersystem 200 ausgeführten Messvorbereitungsverfahrens. Die erwähnten Korrelationsdaten werden bei dieser Messvorbereitung erhalten. Wenngleich der in 5 dargestellte Arbeitsvorgang tatsächlich vom Computeruntersystem 250 ausgeführt wird, das ein Programm ausführt, um die Funktion der jeweiligen Module zu implementieren, kann in der nachstehenden Beschreibung jedes Modul des Computeruntersystems 250 als Gegenstand jedes Arbeitsvorgangs genommen werden.
Während der Messvorbereitung muss der TES 201 mit Strahlung gleicher Energie (Energie E0 (erste Energie)) bestrahlt werden. Die Energie der in den TES 201 eintretenden Strahlung wird durch ein Element bestimmt, das in der Probe 306 enthalten ist, die auf dem Probentisch 307 des in 1 dargestellten Rasterelektronenmikroskops 300 angeordnet ist. Demgemäß wird die Messvorbereitung unter Verwendung der Probe 306 ausgeführt, wodurch Strahlung mit der gewünschten Energie E0 erhalten werden kann. Auf dem Probentisch 307 können beispielsweise eine Probe für die Messvorbereitung und eine durch das Rasterelektronenmikroskop 300 zu betrachtende Probe angeordnet werden. Das mit dem Elektronenstrahl 302 zu bestrahlende Element kann durch Bewegen des Probentisches 307 in X-Y-Richtung unter Verwendung einer mehrere Elementtypen enthaltenden Probe für die Messvorbereitung geändert werden. Alternativ kann das mit dem Elektronenstrahl 302 zu bestrahlende Element durch Abtasten der Probe für die Messvorbereitung, die mehrere Elementtypen enthält, unter Verwendung der Ablenkspule 304 mit dem Elektronenstrahl 302 geändert werden. Beispielsweise wird, falls Silicium mit dem Elektronenstrahl 302 bestrahlt wird, eine Strahlung mit einer Energie von 1740 eV erzeugt.
Zuerst bestätigt das Computeruntersystem 250 auf der Grundlage der vom ersten Thermometer 209 erfassten Temperatur, dass der Kühler 211 ausreichend gekühlt wird. Die Temperatursteuereinheit 254 setzt dann eine Referenztemperatur auf T0 und stellt die Ausgabe der Heizung 210 auf der Grundlage der vom ersten Thermometer 209 erfassten Temperatur ein. Nachdem die Temperatur des Kühlkopfs 215 T0 erreicht hat, schwankt die Ausgabe des ersten Thermometers 209 um die Temperatur T0.
In Schritt S11 bestätigt die Temperatursteuereinheit 254, dass die vom ersten Thermometer 209 erhaltene Temperaturänderung auf weniger als ±0,1 mK verringert wurde, und bestätigt die Korrektureinheit 252, dass die Änderung des Grundlinienstroms auf weniger als ±0,2 µA verringert wurde.
In Schritt S12 berechnet der Pulshöhenanalysator 251 nach der Erfassung des Signalpulses infolge der Bestrahlung mit der die Energie E0 aufweisenden Strahlung den Spitzenwert und gibt ihn als Spitzenwert PH0 an die Korrektureinheit 252 aus. Die Korrektureinheit 252 speichert den Grundlinienstrom BL0 und den Spitzenwert PH0 zu dieser Zeit als Korrelationsdaten.
In Schritt S13 stellt die Temperatursteuereinheit 254 die Ausgabe der Heizung 210 durch Ändern der Solltemperatur auf T+ ein und erhöht die Temperatur derart, dass der Grundlinienstrom etwa 2,0 µA größer als BLO ist. Die Temperatursteuereinheit 254 bestätigt, dass die Temperaturänderung kleiner als ±0,1 mK geworden ist, und die Korrektureinheit 252 bestätigt, dass die Änderung des Grundlinienstroms kleiner als ±0,2 µA geworden ist.
In Schritt S14 berechnet der Pulshöhenanalysator 251 nach der Erfassung des Signalpulses infolge der Bestrahlung mit der die Energie E0 aufweisenden Strahlung den Spitzenwert und gibt ihn als Spitzenwert PH+ an die Korrektureinheit 252 aus. Die Korrektureinheit 252 speichert den Grundlinienstrom BL+ und den Spitzenwert PH+ zu dieser Zeit als Korrelationsdaten.
In Schritt S15 ändert die Temperatursteuereinheit 254 die Solltemperatur auf T-, stellt die Ausgabe der Heizung 210 ein und verringert die Temperatur derart, dass der Grundlinienstrom etwa 2,0 µA kleiner als BLO ist. Die Temperatursteuereinheit 254 bestätigt, dass die Temperaturänderung kleiner als ±0,1 mK geworden ist, und die Korrektureinheit 252 bestätigt, dass die Änderung des Grundlinienstroms kleiner als ±0,2 µA geworden ist.
In Schritt S16 berechnet der Pulshöhenanalysator 251 nach der Erfassung des Signalpulses infolge der Bestrahlung mit der die Energie E0 aufweisenden Strahlung den Spitzenwert und gibt ihn als Spitzenwert PH- an die Korrektureinheit 252 aus. Die Korrektureinheit 252 speichert den Grundlinienstrom BL- und den Spitzenwert PH- zu dieser Zeit als Korrelationsdaten.
In Schritt S17 stellt die Temperatursteuereinheit 254 die Ausgabe der Heizung 210 so ein, dass die Temperatur bei einem Referenzwert T0 liegt. Die Temperatursteuereinheit 254 bestätigt, dass die Temperaturänderung kleiner als ±0,1 mK geworden ist. Auf diese Weise wird die Messvorbereitung abgeschlossen und eine Analyse mit einer konstant hohen Energieauflösung möglich.
6 ist ein Graph, der die Änderung des Grundlinienstroms von Beginn bis zum Ende der Messvorbereitung zeigt. In 6 gibt die horizontale Achse die Zeit an und gibt die vertikale Achse den Grundlinienstrom an. Beim in 6 dargestellten Beispiel beträgt der Grundlinienstrom BLO bei der Solltemperatur T0 10 µA, beträgt der Grundlinienstrom BL+ bei der Solltemperatur T+ 12 µA und beträgt der Grundlinienstrom BL- bei der Solltemperatur T- 8 µA. Der in 6 dargestellte Graph kann auf der Anzeigeeinheit des Computeruntersystems 250 oder auf der Anzeigeeinheit 507 des Computeruntersystems 500 angezeigt werden.
Überdies kann die Anzeigeeinheit des Computeruntersystems 250 dem Benutzer eine GUI-Bildschirmdarstellung zur Eingabe der Energie E0 der Strahlung, der Solltemperaturen T0, T+ und T- der Temperatursteuereinheit 254, die in der vorstehend erwähnten Messvorbereitung festgelegt wurden, und zur Anzeige der erfassten Korrelationsdaten zeigen.
7 ist ein schematisches Diagramm einer Korrelationsdatenerfassungs-Bildschirmdarstellung 255 (GUI-Bildschirmdarstellung) für die Messvorbereitung. Wie in 7 dargestellt ist, hat die Korrelationsdatenerfassungs-Bildschirmdarstellung 255 ein Eingabekästchen beispielsweise zur Eingabe von drei Temperaturen (T0, T+, T-) und zur Eingabe der Energie der Strahlung (E0) durch einen Benutzer. Die Korrelationsdatenerfassungs-Bildschirmdarstellung 255 weist eine Starttaste auf, und wenn der Benutzer die Starttaste anklickt, führt das Computeruntersystem 250 die Messvorbereitung gemäß dem in 5 dargestellten Flussdiagramm aus und erfasst die Korrelationsdaten zwischen dem Grundlinienstrom und dem Spitzenwert. Das Computeruntersystem 250 zeigt die erhaltenen Korrelationsdaten zwischen dem Grundlinienstrom und dem Spitzenwert auf der Korrelationsdatenerfassungs-Bildschirmdarstellung 255 an. Weil es die Korrelationsdatenerfassungs-Bildschirmdarstellung 255 dem Benutzer auf diese Weise ermöglicht, die Korrelationsdaten zwischen dem Grundlinienstrom und dem Spitzenwert zu bestätigen, wird das System benutzerfreundlich gemacht.
(Verfahren zur Korrektur des Spitzenwerts bei der Analyse von Strahlung)
Nachstehend wird ein Verfahren zur Korrektur des Spitzenwerts bei der Analyse einer Strahlung mit unbekannter Energie (zweiten Energie) beschrieben.
8 ist ein Flussdiagramm des Verfahrens zur Korrektur des Spitzenwerts durch die Korrektureinheit 252. Wie vorstehend beschrieben kann der Grundlinienstrom weniger durch Schwankungen beeinflusst werden, wenn etwa 100 Abtastdatenpunkte gemittelt werden und der gemittelte Wert verwendet wird. Dementsprechend erfasst die Korrektureinheit 252 in Schritt S21 einen Punkt von Stromwert-Abtastdaten in Bezug auf jede µs und erfasst die Stromwert-Abtastdaten von insgesamt 110 Punkten.
In Schritt S22 erfasst die Korrektureinheit 252 einen Punkt der Stromwert-Abtastdaten. In Schritt S23 stellt die Korrektureinheit 252 fest, ob der letzte in Schritt S22 erfasste Stromwert eine Schwelle überschreitet und ob der Signalpuls erkannt wird. Schritte S22 und S23 werden wiederholt, bis der Signalpuls erkannt wird.
Falls der letzte Stromwert die Schwelle überschreitet (Ja), wird der Prozess in Schritt S24 fortgesetzt, wo die Korrektureinheit 252 den Durchschnittswert von insgesamt 100 Stromwerten aus 110 Punkten vor der Überschreitung des Schwellenwerts bis zu 11 Punkten vor seiner Überschreitung berechnet, wobei der Durchschnittswert als Grundlinienstrom BL angesehen wird.
9 ist ein Graph, der die Änderung des von der Korrektureinheit 252 erfassten Stroms zeigt. In 9 gibt die horizontale Achse den Zählwert abgetasteter Punkte an und gibt die vertikale Achse den Grundlinienstrom an. Beim in 9 dargestellten Beispiel überschreitet der Stromwert die Schwelle am 526. Punkt und ist der Grundlinienstrom BL 9,042 µA, wenn ein Durchschnittswert vom 416. Punkt zum 515. Punkt genommen wird.
Zu 8 zurückkehrend sei bemerkt, dass die Korrektureinheit 252 den Spitzenwert PH des Signalpulses infolge der Bestrahlung mit der die unbekannte Energie aufweisenden Strahlung unter Verwendung des zur gleichen Zeit erfassten Grundlinienstroms BL und der vorab durch das in 5 dargestellte Verfahren erfassten Korrelationsdaten korrigiert. Insbesondere wird ein genauer Spitzenwert PH' nach der Korrelation unter Verwendung des bei der Messvorbereitung erfassten Grundlinienstroms (BL0, BL+, BL-) und des Spitzenwerts (PHO, PH+, PH-) des Signalpulses der Strahlung mit der Energie E0 berechnet.
Die Korrektureinheit 252 berechnet zuerst den Spitzenwert PH0' der Strahlung mit der Energie E0, wenn der Grundlinienstrom B0 ist, unter Verwendung der folgenden Formel (4). Die Korrektureinheit 252 berechnet dann den Spitzenwert PH' nach der Korrektur unter Verwendung einer Beziehung, bei der das Verhältnis zwischen dem Spitzenwert PH und dem Spitzenwert PH0' gleich dem Verhältnis zwischen dem Spitzenwert PH' und dem Spitzenwert PH0 ist, unter Verwendung der folgenden Formel (5). Die Korrektureinheit 252 oder die Spektrumerzeugungseinheit 253 kann den Wert der unbekannten Energie durch Wandeln des Spitzenwerts PH' nach der Korrektur in die Energie erfassen.
[Formel 4] $P H 0' = {\begin{matrix} P H 0 + \frac{P H^{+} - P H 0}{B L^{+} - B L 0} \times (B L - B L 0) (B L \geq B L 0) \\ P H 0 - \frac{P H 0 - P H -}{B L 0 - B L -} \times (B L 0 - B L) (B L < B L 0) \end{matrix}$

[Formel 5] $P H' = \frac{P H 0}{P H 0'} \times P H$
10 zeigt ein Beispiel der Korrelationsdaten zwischen dem Grundlinienstrom und dem Spitzenwert des Signalpulses der Strahlung mit der Energie E0 und eine Beziehung zwischen PH0, PH0', PH und PH'. In 10 gibt die horizontale Achse den Grundlinienstrom an und gibt die vertikale Achse den Spitzenwert an. Wie in 10 dargestellt ist, kann es, wenngleich die Korrelationsdaten mit drei Datenpunkten näherungsweise berechnet werden, wenigstens zwei Datenpunkte für das Erfassen der Korrelationsdaten geben. Es sei bemerkt, dass, wie vorstehend beschrieben wurde, die Korrektureinheit 252 in Schritt S24, wenn die anhand des Spitzenwerts (PHO, PH+, PH-) und des Spitzenwerts (PHO, PH+, PH-) berechnete Energie als Korrelationsdaten verwendet wird, den Energiewert nach der Korrektur durch Korrigieren des anhand des Spitzenwerts PH berechneten Energiewerts erhalten kann.
Zu 8 zurückkehrend sei bemerkt, dass die Korrektureinheit 252 in Schritt S25 beispielsweise 900 Punkte der Stromwert-Abtastdaten erfasst, um zu warten, bis der durch den TES 201 fließende Strom in seinen statischen Zustand zurückkehrt.
In Schritt S26 erfasst die Korrektureinheit 252 einen Punkt der Stromwert-Abtastdaten. In Schritt S27 stellt die Korrektureinheit 252 fest, ob der letzte Stromwert niedriger als die Schwelle ist. Die Schritte S26 und S27 werden wiederholt, bis der letzte Stromwert niedriger als die Schwelle wird.
Wenn in Schritt S27 festgestellt wird, dass der letzte Stromwert niedriger als die Schwelle ist (Ja), kehrt der Prozess zu Schritt S21 zurück und führt den gleichen Prozess wie vorstehend beschrieben aus.
Das vorstehend beschriebene Verfahren zur Korrektur des Spitzenwerts gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist anwendbar, wenn die Energie der in den TES 201 eintretenden Strahlung proportional zum Spitzenwert des Signalpulses des TES 201 ist.
11 ist ein Graph, der ein Beispiel der Korrelationsdaten zeigt, wenn die Energie der in den TES 201 eintretenden Strahlung proportional zum Spitzenwert ist. In 11 gibt die horizontale Achse die Energie der Strahlung an und gibt die vertikale Achse den Spitzenwert an. Wie in 11 dargestellt ist, bleibt das Verhältnis zwischen den Spitzenwerten PH0, PH+ und PH- des Signalpulses unabhängig vom Energiewert konstant, wenn die Energie der Strahlung proportional zum Spitzenwert ist. Dementsprechend ist es möglich, die Korrelationsdaten unter Verwendung einer Strahlung mit der Energie E0 zu erfassen und den Spitzenwert PH' nach der Korrektur, wie vorstehend unter Verwendung der Formeln (4) und (5) beschrieben, zu berechnen.
<Technische Wirkung>
Wie vorstehend beschrieben korrigiert das Strahlungsanalyse-Untersystem 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform den Spitzenwert gemäß dem Grundlinienstrom, der durch den TES 201 fließt, unmittelbar bevor der Spitzenwert bei der eigentlichen Analyse durch den Pulshöhenanalysator 251 gemessen wird, unter Verwendung der vorab erhaltenen Korrelationsdaten auf der Grundlage des Grundlinienstroms und des Spitzenwerts. Weil es hierdurch möglich ist, einen konstanten Spitzenwert unabhängig von einer Änderung des Grundlinienstroms in Bezug auf die Strahlung mit der gleichen Energie zu erhalten, ohne dass die zusätzlichen Korrekturdaten erfasst werden, kann ständig eine hohe Energieauflösung erhalten werden.
Zweite Ausführungsform
In der ersten Ausführungsform wurde die Technologie zur Korrektur des Spitzenwerts auf der Grundlage der Tatsache beschrieben, dass die Energie der in den TES 201 eintretenden Strahlung proportional zum Spitzenwert des Signalpulses des TES 201 ist. Bei einem tatsächlichen Strahlungsanalysator kann die Energie der Strahlung jedoch nicht proportional zum Spitzenwert des Signalpulses sein. Selbst in einem solchen Fall ist es möglich, einen genauen Spitzenwert durch vorab erfolgendes Erhalten der Korrelationsdaten auf der Grundlage der Energie der Strahlung und des Spitzenwerts des Signalpulses zu erhalten. Dementsprechend wird gemäß einer zweiten Ausführungsform ein Arbeitsvorgang des Strahlungsanalyse-Untersystems in einem Fall vorgeschlagen, in dem die Energie der Strahlung nicht proportional zum Spitzenwert ist.
Die Konfiguration des Strahlungsanalyse-Untersystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann der Konfiguration gemäß der ersten Ausführungsform gleichen, weshalb auf ihre Beschreibung verzichtet wird.
<Betrieb des Strahlungsanalyse-Untersystems>
(Messvorbereitung: Erfassen von Korrelationsdaten)
12 ist ein Graph, der ein Beispiel der Korrelationsdaten zeigt, wenn die Energie der in den TES 201 eintretenden Strahlung nicht proportional zum Spitzenwert ist. In 12 gibt die horizontale Achse die Energie der Strahlung an und gibt die vertikale Achse den Spitzenwert an. Wie in 12 dargestellt ist, müssen die Korrelationsdaten unter Verwendung von Strahlungen mit zwei oder mehr Energien erfasst werden, wenn die Energie der Strahlung nicht proportional zum Spitzenwert ist.
Das Verfahren zum Erfassen der Korrelationsdaten gemäß der vorliegenden Ausführungsform gleicht abgesehen von den folgenden Punkten im Wesentlichen jenem der ersten Ausführungsform (Flussdiagramm in 5). Das heißt, dass der Pulshöhenanalysator 251, wenn er den Spitzenwert (PHO, PH+, PH-) beim Erfassen der Korrelationsdaten (Schritte S12, S14 und S16) erhält, den Signalpuls erfasst, der den zwei oder mehr Strahlungsenergien entspricht, und dass die Korrektureinheit 252 den Spitzenwert speichert. Die Energie der Strahlung kann durch Ändern der mit dem Elektronenstrahl 302 zu bestrahlenden Probe 306 (des Elements) durch Bewegen des Probentisches 307 des in 1 dargestellten Rasterelektronenmikroskops 300 oder durch Abtasten mit der Abtastspule 304 geändert werden. Überdies erzeugt die Korrektureinheit 252 eine Korrekturkurve (Funktion f0, f+, f-) der Daten einschließlich der erfassten Strahlungsenergie und des durch eine Funktion n-ter Ordnung (n ist eine natürliche Zahl) oder eine Spline-Kurve interpolierten Spitzenwerts und speichert die Korrekturkurve als Korrelationsdaten.
13 zeigt eine Korrelationsdatenerfassungs-Bildschirmdarstellung 256 (GUI-Bildschirmdarstellung) zum Erfassen von Korrelationsdaten gemäß der zweiten Ausführungsform. Wie in 13 dargestellt ist, ist die Korrelationsdatenerfassungs-Bildschirmdarstellung 256 eine GUI-Bildschirmdarstellung zum Erfassen des Grundlinienstroms und der Korrelationsdaten zwischen der Strahlungsenergie und dem Spitzenwert und weist ein Eingabekästchen beispielsweise zum Eingeben von drei Temperaturen (T0, T+, T-), von zwei oder mehr Strahlungsenergien und eines Interpolationsverfahrens auf.
Beispielsweise können bis zu etwa 20 Strahlungsenergien festgelegt werden. Die in 13 dargestellte Korrelationsdatenerfassungs-Bildschirmdarstellung 256 ist so ausgelegt, dass neun Energien festgelegt werden können. Überdies kann als Interpolationsverfahren beispielsweise entweder die Funktion n-ter Ordnung (n ist eine natürliche Zahl) oder die Spline-Kurve ausgewählt werden. Die Korrelationsdatenerfassungs-Bildschirmdarstellung 256 ist mit der Starttaste versehen, und wenn der Benutzer die Starttaste anklickt, führt das Computeruntersystem 250 die Messvorbereitung gemäß dem in 5 dargestellten Flussdiagramm aus und speichert die Daten des Grundlinienstroms und der Spitzenwerte entsprechend allen Strahlungsenergien. Das Computeruntersystem 250 erzeugt dann die Korrekturkurve der Strahlungsenergie und des Spitzenwerts und speichert die Korrekturkurve als Korrelationsdaten. Das Computeruntersystem 250 zeigt den erfassten Grundlinienstrom sowie die Korrelationsdaten der Strahlungsenergie und des Spitzenwerts bei jedem Grundlinienstrom auf der Korrelationsdatenerfassungs-Bildschirmdarstellung 256 an.
(Verfahren zur Korrektur des Spitzenwerts bei der Analyse von Strahlung)
Das Verfahren zum Erfassen der Korrelationsdaten gemäß der vorliegenden Ausführungsform gleicht abgesehen von den folgenden Punkten im Wesentlichen jenem der ersten Ausführungsform (Flussdiagramm in 8).
Die Korrektureinheit 252 korrigiert den durch den Pulshöhenanalysator 251 gemessenen Spitzenwert PH des Signalpulses der Strahlung mit der unbekannten Energie E (zweiten Energie) in der folgenden Weise unter Verwendung des zur gleichen Zeit gemessenen Grundlinienstroms BL und der Korrelationsdaten. Insbesondere wird der genaue Spitzenwert PH' nach der Korrektur unter Verwendung des bei der Messvorbereitung erfassten Grundlinienstroms (BL0, BL+, BL-) und der Korrekturkurve der Strahlungsenergie und des Spitzenwerts bei jedem Grundlinienstrom (Funktion f0, f+, f-) berechnet. Zu dieser Zeit ist die Beziehung zwischen der unbekannten Energie E und dem Spitzenwert PH durch die folgende Formel (6) gegeben. Die Korrektureinheit 252 berechnet dann den Spitzenwert PH' nach der Korrektur unter Verwendung der Umkehrfunktion der Korrekturkurve unter Verwendung der folgenden Formel (7):
[Formel 6] $E = {\begin{matrix} ƒ^{+} (P H) & (B L = B L^{+}) \\ ƒ 0 (P H) & (B L = B L 0) \\ ƒ - (P H) & (B L = B L -) \end{matrix}$

[Formel 7] $P H' = {\begin{matrix} ƒ 0^{- 1} (ƒ 0 (P H) + \frac{ƒ^{+} (P H) - ƒ 0 (P H)}{B L^{+} - B L 0} \times (B L - B L 0)) & (B L \geq B L 0) \\ ƒ 0^{- 1} (ƒ 0 (P H) - \frac{ƒ 0 (P H) - ƒ - (P H)}{B L 0 - B L -} \times (B L 0 - B L)) & (B L < B L 0) \end{matrix}$
In Formel (7) gibt der Ausdruck in Klammern hinter f0^-1 an, dass, wenn eine einzige Strahlung erfasst wird, der Energiewert der Strahlung anhand des Spitzenwerts des Pulses und des Grundlinienstroms berechnet werden kann. Formel (7) dient der Berechnung eines genauen Spitzenwerts PH' nach der Korrektur unter Verwendung der Umkehrfunktion des Energiewerts.
<Technische Wirkung>
Wie vorstehend beschrieben erhält das Strahlungsanalyse-Untersystem gemäß der zweiten Ausführungsform die Spitzenwerte bei 254, bestätigt wenigstens zwei Grundlinienströme in Bezug auf jeden Energiewert unter Verwendung von Strahlungen mit wenigstens zwei bekannten Energiewerten und erhält dadurch die Korrelationsdaten (Korrekturkurve) des Spitzenwerts und des Energiewerts. Diese Korrelationsdaten werden zur Korrektur des Spitzenwerts gemäß dem Grundlinienstrom, der durch den TES fließt, unmittelbar bevor der Spitzenwert durch den Pulshöhenanalysator gemessen wird, verwendet. Dies ermöglicht das Erhalten eines konstanten Spitzenwerts in Bezug auf die Strahlung mit der gleichen Energie unabhängig von der Änderung des Grundlinienstroms, ohne die zusätzlichen Korrekturdaten zu erfassen, so dass konstant eine hohe Energieauflösung erhalten werden kann.
Modifikation
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die vorstehend erwähnten Ausführungsformen beschränkt, sondern kann verschiedene Modifikationen einschließen. Beispielsweise wurden die vorstehenden Ausführungsformen detailliert für ein einfaches Verständnis der vorliegenden Offenbarung beschrieben, und die Erfindung schließt nicht notwendigerweise alle hier beschriebenen Konfigurationen ein. Ein Teil einer Ausführungsform kann durch eine Konfiguration einer anderen Ausführungsform ersetzt werden. Eine Konfiguration einer Ausführungsform kann auch zu einer Konfiguration einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. Überdies kann ein Teil einer Konfiguration einer Ausführungsform zu einem Teil der Konfiguration einer anderen Ausführungsform hinzugefügt, daraus entnommen oder dadurch ersetzt werden.
Es erübrigt sich zu bemerken, dass, wenngleich jede vorstehend beschriebene Konfiguration, Funktion, Steuereinheit oder dergleichen in Bezug auf ein Beispiel zur Erzeugung eines Programms für die Implementation davon oder eines Teils davon beschrieben wurde, diese oder ein Teil davon beispielsweise durch Entwurf einer integrierten Schaltung in Hardware implementiert werden kann. Das heißt, dass die Funktion der Steuereinheit oder ein Teil davon beispielsweise statt durch ein Programm durch eine integrierte Schaltung in der Art eines ASICs (anwendungsspezifische integrierte Schaltung), eines FPGAs (feldprogrammierbaren Gate-Arrays) und dergleichen implementiert werden kann.
Bezugszeichenliste

100: Rasterelektronenmikroskopsystem
200: Strahlungsanalyse-Untersystem
201: TES
202: Sensorschaltungseinheit
203: Bias-Stromquelle
204: Nebenschlusswiderstand
205: Eingangsspule
206: Stromerfassungsmechanismus
207: SQUID-Verstärker
208: Raumtemperaturverstärker
209: erstes Thermometer
210: Heizung
211: Kühler
212: Absorber
213: zweites Thermometer
214: Membran
215: Kühlkopf
216: supraleitende Verdrahtung
217: Wärmeabschirmung
250: Computeruntersystem
251: Pulshöhenanalysator
252: Korrektureinheit
253: Spektrumerzeugungseinheit
254: Temperatursteuereinheit
255, 256: Korrelationsdatenerfassungs-Bildschirmdarstellung
300: Rasterelektronenmikroskop
301: Elektronenquelle
302: Elektronenstrahl
303: Sammellinse
304: Ablenkspule
305: Objektivlinse
306: Probe
307: Probentisch
308: Rückstreuelektronendetektor
309: Sekundärelektronendetektor
400: Hochspannungsversorgung
500: Computeruntersystem
501: Gesamtsteuereinheit
502: Steuereinheit für das elektronenoptische System
503: Tischsteuereinheit
504: A/D-Wandlungseinheit
505: Bildbetriebseinheit
506: Speichervorrichtung
507: Anzeigeeinheit
508: Eingabevorrichtung

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 2014038074 [0009]

Claims

Strahlungsanalysesystem, aufweisend: einen Supraleitungsübergangskantensensor, der eine Strahlung erfasst, einen Stromerfassungsmechanismus, der einen durch den Supraleitungsübergangskantensensor fließenden Strom erfasst, und ein Computeruntersystem, das ein Erfassungssignal des Stroms vom Stromerfassungsmechanismus verarbeitet, wobei das Computeruntersystem Folgendes ausführt: einen Prozess zum Berechnen eines Grundlinienstroms des Erfassungssignals des Stroms, einen Prozess zum Berechnen eines Spitzenwerts eines im Erfassungssignal erzeugten Signalpulses, wenn der Supraleitungsübergangskantensensor die Strahlung erfasst, einen Prozess zum Erfassen von Korrelationsdaten auf der Grundlage des Grundlinienstroms und des Spitzenwerts und einen Prozess zum Korrigieren des Spitzenwerts des Signalpulses oder eines anhand des Spitzenwerts berechneten Energiewerts auf der Grundlage des Grundlinienstroms, bevor der Signalpuls erzeugt wird, wenn eine Strahlung mit einer unbekannten Energie durch den Supraleitungsübergangskantensensor erfasst wird, und der Korrelationsdaten.
Strahlungsanalysesystem nach Anspruch 1, wobei das Computeruntersystem beim Prozess zum Erfassen der Korrelationsdaten die Korrelationsdaten auf der Grundlage des Grundlinienstroms und des Spitzenwerts erfasst, wenn eine Strahlung mit zumindest einer ersten Energie unter zwei oder mehr verschiedenen Temperaturbedingungen durch den Supraleitungsübergangskantensensor erfasst wird.
Strahlungsanalysesystem nach Anspruch 1, wobei das Computeruntersystem ferner eine Berechnung der unbekannten Energie auf der Grundlage des korrigierten Spitzenwerts ausführt.
Strahlungsanalysesystem nach Anspruch 2, wobei das Computeruntersystem beim Prozess zum Erfassen der Korrelationsdaten die Korrelationsdaten auf der Grundlage des Grundlinienstroms und des Spitzenwerts erfasst, wenn eine Strahlung mit mehreren Energien unter zwei oder mehr verschiedenen Temperaturbedingungen durch den Supraleitungsübergangskantensensor erfasst wird.
Strahlungsanalysesystem nach Anspruch 1, ferner aufweisend: einen Kühlkopf zum Kühlen des Supraleitungsübergangskantensensors und eine Heizung, die für den Kühlkopf bereitgestellt ist.
Strahlungsanalysesystem nach Anspruch 5, wobei das Computeruntersystem ferner einen Prozess zum Steuern der Ausgabe der Heizung ausführt.
Strahlungsanalysesystem nach Anspruch 6, wobei das Computeruntersystem beim Prozess zum Erfassen der Korrelationsdaten die Ausgabe der Heizung so steuert, dass eine Temperaturänderung im Kühlkopf kleiner oder gleich ±0,1 mK ist.
Strahlungsanalysesystem nach Anspruch 7, wobei das Computeruntersystem beim Prozess zum Erfassen der Korrelationsdaten die Ausgabe der Heizung so steuert, dass eine Änderung des Grundlinienstroms kleiner oder gleich ±0,2 µA ist.
Strahlungsanalysesystem nach Anspruch 6, wobei das Computeruntersystem die Ausgabe der Heizung so steuert, dass eine Änderung des Grundlinienstroms kleiner oder gleich ±2,0 µA ist.
Strahlungsanalysesystem nach Anspruch 1, wobei das Computeruntersystem eine Anzeigeeinheit aufweist und wobei das Computeruntersystem eine GUI-Bildschirmdarstellung zum Erfassen der Korrelationsdaten auf der Anzeigeeinheit anzeigt.
Strahlungsanalysesystem nach Anspruch 1, wobei der Stromerfassungsmechanismus Folgendes aufweist: einen supraleitenden Quanteninterferenzverstärker und einen Raumtemperaturverstärker zum Verstärken und Formen eines vom supraleitenden Quanteninterferenzverstärker ausgegebenen elektrischen Signals.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitendes System, das ein Strahlungsanalysesystem nach Anspruch 1 aufweist.
Strahlungsanalyseverfahren, aufweisend: Erfassen einer Strahlung durch einen Supraleitungsübergangskantensensor, Erfassen eines durch den Supraleitungsübergangskantensensor fließenden Stroms durch einen Stromerfassungsmechanismus, Berechnen eines Grundlinienstroms eines Erfassungssignals des Stroms durch ein Computersystem, Berechnen eines Spitzenwerts eines im Erfassungssignal erzeugten Signalpulses durch das Computersystem, wenn der Supraleitungsübergangskantensensor die Strahlung erfasst, Erfassen von Korrelationsdaten auf der Grundlage des Grundlinienstroms und des Spitzenwerts durch das Computersystem und Korrigieren des Spitzenwerts des Signalpulses oder eines anhand des Spitzenwerts berechneten Energiewerts auf der Grundlage des Grundlinienstroms, bevor der Signalpuls erzeugt wird, wenn eine Strahlung mit einer unbekannten Energie durch den Supraleitungsübergangskantensensor erfasst wird, und der Korrelationsdaten durch das Computersystem.
Strahlungsanalyseverfahren nach Anspruch 13, wobei die Korrelationsdaten auf dem Grundlinienstrom und dem Spitzenwert beruhen, wenn eine Strahlung mit zumindest einer ersten Energie unter zwei oder mehr verschiedenen Temperaturbedingungen durch den Supraleitungsübergangskantensensor erfasst wird.