DE19703048A1 - Ladungspartikelstrominstrument und Verfahren zur Steuerung von darin verwendeten Linsen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ladungspartikelstrominstrument wie ein Abtastelektronen­ mikroskop mit mehreren Linsen, die genau gesteuert werden können. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur genauen Steuerung dieser Linsen, die in das Ladungspartikelstrominstrument eingebaut sind.

Bei einem Elektronenstrahlinstrument wie einem Abtastelektronenmikroskop oder einem Elektronenstrahllithographiesystem wird ein Elektronenstrahl mittels mehrerer Linsen auf eine Probe fokussiert. Die Erregung jeder Linse wird durch die über die Linsen angelegte Spannung bestimmt, wenn es vom elektrostatischen Typ ist. Wenn es vom elektromagnetischen Typ ist, wird die Stärke durch die der Linsenspule zugeführte Strommenge bestimmt. Dies bedeutet, daß diese Spannung oder dieser Strom eine Größe ist, die die Steuerung der Erregung der Linse bewirkt. Bei einem Elektronenstrahlinstrument wie einem Abtastelektronenmikroskop werden die Werte mehrerer Arten von Größen, die die Steuerung der Linse bewirken, in kleinen Inkrementen entsprechend der Beschleunigungsspannung und des Strahlstromes eingestellt.

Fig. 1 zeigt ein Abtastelektronenmikroskop. Dieses Mikroskop hat eine Elektronenkanone 1, die einen Elektronenstrahl EB emittiert, der auf eine Probe 5 mittels einer ersten Kondensorlinse 2, einer zweiten Kondensorlinse 3 und einer Objektivlinse (Endstufe der Kondensorlinse) 4 scharf fokussiert wird. Der Elektronenstrahl EB tastet die Oberfläche einer Probe 5 mittels eines Deflektors (nicht gezeigt) ab.

Aufgrund dieser Abtastung werden von der Probe 5 Sekundärelektronen e erzeugt. Diese Elektronen werden von einem Sekundärelektronendetektor 6 erfaßt. Das Ausgangssignal des Detektors 6 wird einer CRT 8 zugeführt, die mit der Abtastung über eine Bildsignal-Verarbeitungseinheit 7 synchronisiert ist, die einen Verstärker, einen Kontrasteinstellkreis und einen Helligkeitseinstellkreis aufweist. Eine Blende 9 begrenzt die Dosis des Primärelektronenstrahls EB, der auf die Probe 5 trifft, und ist zwischen der zweiten Kondensorlinse 3 und der Objektivlinse 4 angeordnet. Die Dosis des Elektronenstrahls, der auf die Probe 5 trifft, d. h. der Elektronenstrom an der Probe, wird von der Größe der Blende 9 und der Erregung der ersten und zweiten Kondensorlinse 2, 3 bestimmt. Ein Faraday′scher Käfig 10 ist unterhalb der Blende angeordnet, so daß der Käfig in dem und aus dem Elektronenstrahlpfad bewegt werden kann.

Eine Beschleunigungsspannungssteuereinrichtung 11 erzeugt eine Beschleunigungs­ spannung zur Beschleunigung des Primärelektronenstroms EB, der von der Elektronenkanone 1 emittiert wird. Eine Steuereinrichtung 12 erzeugt eine Linsenerregungs-Steuergröße, die die Steuerung der Erregung der ersten Kondensorlinse 2 bewirkt. Eine Steuereinrichtung 13 erzeugt eine Linsenerregungs-Steuergröße, die die Steuerung der Erregung der zweiten Kondensorlinse bewirkt. Eine Steuereinrichtung 4 erzeugt eine Linsenerregungs-Steuergröße, die die Steuerung der Erregung der Objektivlinse 4 bewirkt. Der Betrieb der Steuereinrichtungen 11-14 steht unter der Steuerung eines Rechners 15, der mit einer Linsendaten-Einstelleinrichtung 16 versehen ist, um die Linsenerregungs-Steuergrößen zu bestimmen, die die Steuerung der Linsenstärken bewirken. Der Rechner 15 hat auch eine Linsendatentabelle 17, in der die Linsenerregungs-Steuergrößen gespeichert sind. Die Linsendaten-Einstelleinrichtung 16 bestimmt die Linsenerregungs-Steuergrößen unter Bezugnahme auf die Linsendatentabelle 17. Die bestimmten Größen werden über ein Operator-Maschineninterface 18 zu den Steuereinrichtungen 12-14 übertragen.

Eine Steuer-CRT 19 ermöglicht es dem Operator, die gewünschten Parameter wie die Beschleunigungsspannungs-Steuergröße und den die Probe erreichenden Sondenstrom einzustellen. Wenn die Einstellparameter von der Steuer-CRT 19 zu der Linsendaten-Einstelleinrichtung 16 gesendet werden, werden alle Linsenerregungs-Steuergrößen einander zugeordnet bestimmt. Eine Strommeßeinrichtung 20 mißt die Dosis des Elektronenstrahls, der von dem Faraday′schen Käfig 10 ermittelt wird. Das Ausgangssignal der Meßeinrichtung 20 wird dem Rechner 15 zugeleitet. Das Instrument, das insoweit beschrieben aufgebaut ist, arbeitet in der nachstehend beschriebenen Weise.

Wenn ein Sekundärelektronenstrahl beobachtet wird, steuert der Rechner 15 einen Elektronenstrahl-Ablenkkreis (nicht gezeigt), so daß der Ablenkkreis ein gewünschtes zweidimensionales Abtastsignal dem Deflektor und der CRT 8 synchron zuführt. Als Ergebnis wird ein gewünschter zweidimensionaler Bereich der Probe 5 vom Elektronenstrahl EB rasterabgetastet, so daß die Probe Sekundärelektronen erzeugt. Diese Elektronen werden vom Detektor 6 ermittelt. Da das Ausgangssignal des Detektors 6 der CRT 8 über die Bildsignal-Verarbeitungseinheit 7 zugeführt wird, wird ein Sekundärelektronenbild des gewünschten Bereichs auf der CRT 8 wiedergegeben.

Die oben beschriebenen Linsen werden in der nachstehend beschriebenen Weise gesteuert. Die verschiedenen Parameter einschließlich der gewünschten Beschleunigungsspannung und des Sondenstromes werden in die Steuer-CRT 19 eingegeben. Die Werte dieser Parameter werden der Linsendaten-Einstelleinrichtung 16 über das Interface 18 zugeführt. In Abhängigkeit von den Eingangsparameter­ werten liest die Einstelleinrichtung 16 die verschiedenen Steuergrößen für die Linsendatentabelle 17. Dann werden die auf diese Weise ausgelesenen Werte den Steuereinrichtungen 12-14 über das Interface 18 zugeführt. Folglich wird die Erregung der Linsen 2, 3 und 4 auf Werte entsprechend der gegebenen Beschleunigungsspannung und der Sondenstromgröße eingestellt.

Wenn eine unterschiedliche Linsenerregungs-Steuergröße über die Steuer-CRT 19 eingegeben wird, um die Beschleunigungsspannung zu steuern, wird ein Signal, das diese Größe angibt, der Steuereinrichtung 11 über das Interface 18 zugeführt. Daher ändert sich die Spannung zur Beschleunigung des Primärelektronenstrahls EB der Elektronenkanone 1. Wenn der Operator kontrolliert, ob die Dosis des Elektronenstrahls, der auf die Probe trifft, den gewünschten Wert erreicht hat, wird der Faraday′sche Käfig 10 in den Elektronenstrahlweg eingebracht. Die Strommeßeinrichtung 20 mißt den vom Faraday′schen Käfig 10 aufgenommenen Elektronenstrahl. Der gemessene Wert wird der Linsendaten-Einstelleinrichtung 16 über das Interface 18 zugeführt. Der gemessene Stromwert wird an der Steuer-CRT 19 angezeigt. Wenn dieser angezeigte Wert von der Einstellung verschieden ist, ändert der Operator die Linsenerregungs-Steuergrößen über die Steuer-CRT 19, so daß der gemessene Stromwert den Sollwert erreicht.

In einem Abtastelektronenmikroskop werden die Linsenerregungs-Steuergrößen durch zahlreiche Parameter bestimmt, die sich entsprechend den Bedingungen ändern. Diese Parameter sind die Beschleunigungsspannung, der Sondenstrom (d. h. der Strom, der die Probe erreicht), der Objektivlinsen-Blendendurchmesser und die virtuelle Elektronenquellenposition. Bei einem Abtastelektronenmikroskop wird die Bahn des Primärelektronenstrahls EB von mehreren Elektronenlinsen gesteuert, deren Erregung wie oben beschrieben bestimmt wird. Dies bedeutet, daß das Mikroskop wie ein multivariables Steuersystem wirkt, das aus mehreren Elektronenlinsen aufgebaut ist. Außerdem werden bei einem Abtastelektronenmikroskop die Endausgangssignale in Form eines REM-Bildes statt in numerischen Werten ausgedrückt. Daher wird kein Rückkopplungssignal erhalten. Folglich wird bei solch einem Mikroskop die Linsenerregung rückführungslos gesteuert. Insbesondere sind bei solch einem Mikroskop die Linsenerregungs-Steuerwerte in der Linsendatentabelle 17 für jede Gruppe von Beobachtungszuständen wie der Beschleunigungsspannung, des Sondenstromes, des Objektivlinsen-Blendendurchmessers und der virtuellen Elektronenquellenposition organisiert. Die Linsendaten-Einstelleinrichtung 16 wählt Linsenerregungs-Steuergrößen, die für die Beobachtungsbedingungen geeignet sind, aus der Linsendatentabelle aus. Über die Steuergrößen, die in der Tabelle 17 gespeichert sind, wurden auf der Grundlage von Elektronenoptiken aus einer Anzahl von Beobachtungsbedingungen oder Linsenparametern berechnet und haben diskrete Werte. Um die Steuergenauigkeit zu verbessern, müssen engere diskrete Werte berechnet werden. Dies macht den Berechnungsaufwand und die Menge der in der Tabelle 17 gespeicherten Daten extrem groß.

Andererseits werden der Objektivlinsen-Blendendurchmesser und der Sondenstrom von der Winkelstromdichte bzw. der Helligkeit der Elektronenkanone 1 bestimmt. Es ist jedoch schwierig, die Winkelstromdichte und die Helligkeit genau zu messen. Daher weichen die Linsenerregungs-Steuergrößen etwas von den berechneten Größen ab. Um dies zu kompensieren, muß die Erregung aller Linsen korrigiert werden, da der Abtastelektronenstrahl wie ein multivariables Steuersystem wirkt, und es ist somit nicht möglich, nur eine Linsenerregung zu ändern.

Fig. 2 zeigt einen dreidimensionalen Parameterraum zur Bestimmung einer Linsenerregungs-Steuergröße Vc1, die die Steuerung der Erregung der ersten Kondensorlinse 2 bewirkt. Die Größe Vc1 wird in der Tabelle 17 gespeichert und ist eine Funktion der Beschleunigungsspannung Va, der virtuellen Elektronenstrom­ position Zo des Sondenstromes Ip und des Durchmessers ⌀a der Objektivlinsenblende 9. Es wird zweckmäßigerweise angenommen, daß der Durchmesser ⌀a der Objektivlinsenblende 9 gegeben ist. Man erhält dann

Vc1 = Vc1 (Va, Zo, Ip)

Wie Fig. 2 zeigt, besteht der dreidimensionale Parameterraum aus einer Gruppe von ersten Kondensorlinsen-Steuertabellen 22, in denen die Werte von Vc1 an Schnittpunkten diskreter Werte von Va, Zo und Ip auftreten. Die virtuelle Elektronenquellenposition Zo ist eine Funktion der Spannung Vex zur Extraktion von Elektronen von der Elektronenkanone 1 und ergibt eine Beziehung Zo = Zo (Vex). Wenn daher die Erregungsspannung Vex bestimmt ist, dann ist die virtuelle Elektronenquellenposition Zo bestimmt. Wenn dem so ist, ist die Größe Vc1 durch die Beschleunigungsspannung Va und dem Sondenstrom Ip bestimmt. Daher ist der Steuerbereich für die erste Kondensorlinse 2 durch Gitterpunkte auf einer zweidimensionalen Steuertabelle 21 des ersten Kondensors gegeben. Wenn sich jedoch die Extraktionsspannung Vex ändert, ändert sich die Winkelstromdichte des Primärelektronenstrahls EB der Elektronenkanone 1. Dies ändert den Sondenstrom Ip, der auf die Probe 5 trifft. Aus diesem Grund ist es nicht möglich, die Größe Vc1 einfach aus dem Sondenstrom Ip und der Beschleunigungsspannung Va zu bestimmen.

Bezugnehmend auf Fig. 3 ist ein dreidimensionaler Parameterraum zur Bestimmung einer Linsenerregungs-Steuergröße Vc2, die die Steuerung der Erregung der zweiten Kondensorlinse 3 bewirkt, der Form nach ähnlich dem in Fig. 2 gezeigten Raum. Die Größen Vc1 und Vc2 sind keine unabhängigen Größen, sie müssen vielmehr in Kombination bestimmt werden.

In der Praxis müssen die Linsenerregungs-Steuergrößen nicht unabhängig, sondern in Kombination bestimmt werden. Für jede Linsenerregungs-Steuergröße müssen die Beschleunigungsspannung Va, der Sondenstrom Ip, der Durchmesser ⌀a der Objektivlinsenblende und die virtuelle Erregungsquellenposition Zo quantisiert werden, und die sich ergebenden diskreten Werte müssen kombiniert werden. Daher ist jede Größe äußerst umfangreich. Es wird angenommen, daß die Beschleunigungsspannung Va in n-Werte, der Sondenstrom Ip in m-Werte, der Objektivlinsen-Blendendurchmesser ⌀a in q-Werte , und die virtuelle Elektronenquellenposition Zo in r-Werte quantisiert werden. Die die Steuerung jeder Linsenerregung bewirkende Größe wird in n × m × q × r-Werte quantisiert. Es wird angenommen, daß sich die Beschleunigungsspannung in 50 Inkrementen (n = 50), der Sondenstrom in 10 Inkrementen (m = 10) der Objektivlinsen-Blendendurchmesser in fünf Inkrementen (q = 5) und die virtuelle Elektronenquellenposition in zehn Inkrementen (r = 10) ändern. Die Anzahl der diskreten Elemente, die die Größe darstellen, die die Steuerung jeder Linsenerregung bewirkt, beläuft sich auf bis zu 25 000. Dies macht es im wesentlichen unmöglich, die Daten zu handhaben. Selbst, wenn nur ein Teil der tatsächlich erhaltenen Daten von dem entsprechenden Teil der Daten abweicht, die durch Berechnung erhalten werden, muß jede Datengröße über die Steuerung der Linsenerregung auf der Grundlage von Elektronenoptiken erneut berechnet werden. Dies erfordert eine lange Zeit. Da außerdem die in den Datentabellen gespeicherten Daten aus Folgen numerischer Werte bestehen, ist die physikalische Bedeutung jedes numerischen Wertes nicht verständlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur genauen Steuerung der Erregung von Linsen in einem Ladungspartikelstrominstrument mit einer geringen Datenmenge zu schaffen.

Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, ein Ladungspartikelstrominstrument zu schaffen, das Linsen hat, deren Erregung mit einer geringen Datenmenge genau gesteuert werden kann.

Ein Verfahren zur Steuerung der Erregung von Linsen in einem Ladungspartikelstrominstrument gem. der Erfindung hat eine Ladungspartikel-Stromquelle zur Erzeugung eines Ladungspartikelstromes und mehrere Linsen. Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die Linsenerregungs-Steuergrößen, die die Steuerung der Erregung der Linsen bewirken, durch Fuzzy-Bemessung bestimmt werden.

Ein Ladungspartikelstrominstrument gem. der Erfindung hat eine Ladungspartikel­ stromquelle zur Erzeugung eines Ladungspartikelstromes und mehrere Linsen. Das Instrument hat eine Regelbasis und eine Fuzzy-Bemessungseinrichtung. Verschiedene Linsenparameterwerte zur Bestimmung der Linsenerregungs-Steuergrößen und diese Steuergrößen werden durch eine Wenn . . . Dann-Konstruktion beschrieben, so daß Regeln aufgestellt werden. Diese Regeln werden in der Regelbasis gespeichert. Die Fuzzy-Bemessungseinrichtung bestimmt die Linsenerregungs-Steuergrößen aus den verschiedenen Linsenparameterwerten durch Bezugnahme auf die Regeln durch die Fuzzy-Bemessung.

Ein weiteres Ladungspartikelstrominstrument gem. der Erfindung hat eine Ladungspartikelstromquelle zur Erzeugung eines Ladungspartikelstromes und mehrere Linsen sowie außerdem eine erste Regelbasis, eine erste Fuzzy-Bemessungseinrichtung, eine zweite Regelbasis und eine zweite Fuzzy-Bemessungseinrichtung. Verschiedene Linsenparameterwerte zur Bestimmung der Linsenerregungs-Steuergrößen, die die Linsenerregung steuern, sind durch Regeln und durch eine Wenn . . . Dann-Konstruktion beschrieben. Diese Regeln sind in der ersten Regelbasis gespeichert. Die erste Fuzzy-Bemessungseinrichtung bestimmt Linsenparameter-Korrekturwerte zur Fuzzy-Bemessung aus eingegebenen verschiedenen Linsenparameter-Werten unter Bezugnahme auf die erste Regelbasis. Die verschiedenen Linsenparamter-Werte und Linsenerregungs-Steuergrößen anhand der Wenn . . . Dann-Konstruktion beschreibenden Regeln sind in der zweiten Regelbasis gespeichert. Die zweite Fuzzy-Bemessungseinrichtung bestimmt die Linsen-Erregungsteuergrößen durch Fuzzy-Bemessung aus den eingegebenen verschiedenen korrigierten Linsenparametergrößen unter Bezugnahme auf die zweite Regelbasis.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1-11 beispielsweise erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein bekanntes Abtastelektronenmikroskop;

Fig. 2 ein Diagramm, aus dem ein dreidimensionaler Parameterraum hervorgeht, der dazu verwendet wird, die Linsenerregungs-Steuergrößen bestimmen, die die Steuerung der Erregung einer ersten Kondensorlinse bewirken, die in ein bekanntes Abtastelektronenmikroskop eingebaut ist;

Fig. 3 ein Diagramm ähnlich Fig. 2, bei dem jedoch die Linsenerregungs-Steuergrößen, die die Steuerung der Erregung einer zweiten Kondensorlinse bewirken, bestimmt sind;

Fig. 4 ist ein Diagramm, aus dem ein Abtastelektronenmikroskop gem. der Erfindung hervorgeht;

Fig. 5 ein Diagramm, das die Art erläutert, in der Daten in einen Rechner und von diesem übertragen werden, der in der in das Mikroskop in Fig. 4 eingebaut ist;

Fig. 6 ein Diagramm, aus dem Beispiele der Unterteilung eines variablen Eingangsraumes in Fuzzy-Gruppen hervorgeht;

Fig. 7 ein Diagramm, aus dem die Fuzzy-Bemessung hervorgeht, in der Ausgangsvariable des Dann-Teils jeder Regel durch numerische Werte ausgedrückt werden;

Fig. 8 ein Diagramm, aus dem die Fuzzy-Bemessung hervorgeht, in der Ausgangsvariable des Dann-Teils jeder Regel durch Fuzzy-Gruppen ausgedrückt werden, wobei die Regel beim Mikroskop in Fig. 4 angewandt wird;

Fig. 9 ein Diagramm, aus dem ein weiteres Verfahren zur Übertragung von Daten zum Rechner und vom Rechner hervorgeht, der in das Mikroskop in Fig. 4 eingebaut ist;

Fig. 10 ein Diagramm, aus dem der dreidimensionale Parameterraum hervorgeht, der durch Regeln beschrieben ist, die in den Regelbasen gespeichert sind, die sich im Mikroskop in Fig. 4 befinden, und

Fig. 11 ein Diagramm, aus dem ein dreidimensionaler Parameterraum hervorgeht, der durch ein Verfahren gem. der Erfindung korrigiert wurde.

Fig. 4 zeigt ein Abtastelektronenmikroskop gem. der Erfindung. Gleiche Komponenten sind in den verschiedenen Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen, und solche, die bereits beschrieben wurden, werden nicht mehr im einzelnen beschrieben.

Das Instrument hat einen Rechner 25, der die Beschleunigungsspannungs-Steuereinrichtung 11 auf einen Sollwert einstellt. Der Rechner 25 stellt eine Steuereinrichtung 12 für die erste Kondensorlinse, eine Steuereinrichtung 13 für die zweite Kondensorlinse und eine Steuereinrichtung 14 für die Objektivlinse auf Sollgrößen ein.

Der Rechner 25 hat eine Fuzzy-Bemessungseinrichtung 26, eine Vorbehandlungseinrichtung 27, eine Nachbehandlungseinrichtung 28, eine Regelbasis 29 und einen Regeleditor 30. Die Fuzzy-Bemessungseinrichtung 26 bestimmt jede Steuergröße durch Fuzzy-Bemessung. Die Vorbehandlungseinrichtung 27 normiert verschiedene Parameter und gibt sie in die Fuzzy-Bemessungseinrichtung 26 ein. Die Nachbehandlungseinrichtung 28 denormiert das Ausgangssignal der Fuzzy-Bemessungseinrichtung 26. Die Regelbasis 29 speichert die Regeln, die verschiedene Linsenparameter und Steuergrößen durch eine Wenn . . . Dann-Konstruktion beschreiben, wobei die Parameter dazu verwendet werden, die Steuergrößen zu bestimmen. Der Regeleditor 30 gibt die in der Regelbasis 29 gespeicherten Regeln aus. Die Fuzzy-Bemessungseinrichtung 26, die Vorbehandlungseinrichtung 27, die Nachbehandlungseinrichtung 28, die Regelbasis 29 und der Regeleditor 30 bilden zusammen eine Linsensteuereinrichtung 31.

Fig. 5 zeigt die Art, in der die Daten zum Rechner 25 und von diesem übertragen wird. Ein Operator gibt die Beschleunigungsspannung Va, die virtuelle Elektronenquellenposition Zo, den Sondenstrom Ip, den Objektivlinsen-Blendendurch­ messer ⌀a und die Probenposition Zs in die Vorbehandlungseinrichtung 27 über die Steuer-CRT 19 ein. Die Vorbehandlungseinrichtung 27 normiert diese eingegebenen Werte und gibt die normierte Beschleunigungsspannung #Va, die normierte virtuelle Elektronenquellenposition #Zo, den normierten Sondenstrom #Ip, den normierten Objektivlinsen-Blendendurchmesser #⌀a, und die normierte Probenposition #Zs in die Fuzzy-Bemessungseinrichtung 26 ein.

Die Fuzzy-Bemessungseinrichtung 26 bestimmt die Erregungssteuergröße #Vc1 der ersten Kondensorlinse, eine Erregungssteuergröße #Vc2 der zweiten Kondensorlinse und eine Erregungssteuergröße Vo1 für die Objektivlinse aus diesen normierten Werten #Va, #Zo, #Ip, #⌀a und #Zs durch Fuzzy-Bemessung unter Bezugnahme auf die in der Regelbasis 29 gespeicherten Regeln. Die bestimmten Werte werden zur Nachbehandlungseinrichtung 28 übertragen.

Die Nachbehandlungseinrichtung 28 denormiert die normierten Werte #Vc1, #Vc2 und #Vo1 und überträgt eine denormierte Erregungssteuergröße Vc1 der ersten Kondensorlinse, eine denormierte Erregungssteuergröße Vc2 der zweiten Kondensorlinse und eine denormierte Erregungssteuergröße Vo1 der Objektivlinse zur Steuereinrichtung 12 der ersten Kondensorlinse, zur Steuereinrichtung 13 der zweiten Kondensorlinse bzw. der Steuereinrichtung 14 der Objektivlinse.

Es wird nun die Arbeitsweise der oben beschriebenen Ausführungsform näher beschrieben. Wie zuvor erwähnt, normiert die Vorbehandlungseinrichtung 27 den eingegebenen Beschleunigungsspannungswert Va, die virtuelle Elektronenquellen­ position Zo, den Sondenstromwert Ip, den Objektivlinsen-Blendendurchmesser ⌀a und die Probenposition Zs und sendet die normierten Werte #Va, #Zo, #Ip, #⌀a, #Zs zur Fuzzy-Bemessungseinrichtung 26. Diese normierten Werte sind gegeben durch

#Va = Va/Va · norm
#Zo = Zo/Zo · norm
#Ip = Ip/Ip · norm
#⌀a = ⌀a/⌀a · norm
#Zs = Zs/Zs · norm

wobei Va · norm ein Beschleunigungsspannungs-Normierkoeffizient, Zo · norm ein Normierkoeffizient der virtuellen Elektronenquellenposition, Ip · norm ein Sondenstrom-Normierkoeffizient, ⌀a · norm ein Objektivlinsen-Blendendurchmesser-Normierkoeffizient und Zs · norm ein Probenpositions-Normierkoeffizient ist. Jeder variable Raum von {#Va, #Zo, #Ip, #⌀a, #Zs} ist in mehrere Fuzzy-Gruppen eingeteilt. Beispiele hiervon zeigt Fig. 6.

Fig. 6(a) zeigt ein Beispiel der Unterteilung von #Va. Ein Bereich von #Va mit einem Minimalwert #Va · min und einem Maximalwert #Va · max ist in 16 Fuzzy-Gruppen (0,5 kV, 1 kV, 2 kV, 3 kV, 4 kV, 5 kV, 6 kV, 7 kV, 8 kV, 9 kV, 10 kV, 11 kV, 12 kV, 13 kV, 14 kV, 15 kV) unterteilt. Wie Fig. 6(b) zeigt, ist ein Minimalwert #Zo · min und ein Maximalwert #Zo · max in acht Fuzzy-Gruppen (7,5 Zo, 7,0 Zo, 6,5 Zo, 6,0 Zo, 5,5 Zo, 5,0 Zo, 4,5 Zo, 4,0 Zo) unterteilt.

Bezugnehmend auf Fig. 6(c) ist ein Bereich #Ip mit einem Minimalwert #IP · min und einem Maximalwert #Ip · max in 16 Fuzzy-Gruppen (Ip · 1, Ip · 2, Ip · 3, Ip · 4, Ip · 5, Ip ·6, Ip ·7, Ip ·8, Ip ·9, Ip · 10, Ip · 11, Ip · 12, Ip · 13, Ip · 14, Ip · 15, Ip · 16) unterteilt. Wie Fig. 6(d) zeigt, ist ein Bereich #⌀a mit einem Minimalwert #⌀a · min und einem Maximalwert #⌀a · max in fünf Fuzzy-Gruppen {35 µm, 40 µm, 45 µm, 50 µm, 55 µm} unterteilt. Wie Fig. 6(3) zeigt, ist ein Bereich #Zs mit einem Minimalwert #Zs · min und einem Maximalwert #Zs max in fünf Fuzzy-Gruppen {5.0 Zs, 5.5 Zs, 6.0 Zs, 6.5 Zs, 7.0 Zs} unterteilt.

Diese Unterteilungsbeispiele zeichnen sich dadurch aus, daß sie die Fuzzy-Bereich einander überlappen. Die Fuzzy-Gruppen in Fig. 6 werden durch ihre Anteilsfunktionen dargestellt, die den Grad (Anteilswerte) angeben, mit dem Elemente zu ihren jeweiligen Fuzzy-Gruppen gehören. Wenn insbesondere in Fig. 6 irgendein dreieckiger aufgedruckter Anteil #Va angewandt wird, sind µ (1 kV | #Va), µ (2 kV | #Va) seine Anteilswerte, die den Grad angeben, mit dem die Elemente zur Fuzzy-Gruppe {1 kV} bzw. {2 kV} gehören.

In ähnlicher Weise ist in Fig. 6(b) µ (7,0 Zo | # Zo) ein Anteilswert, der den Grad angibt, mit dem die Elemente zu irgendeiner Fuzzy-Gruppe {7,0 Zo} gehören. In Fig. 6(c) sind µ (Ip · 1 | #Ip) und µ (Ip · 2 | #Ip) Anteilswerte, die den Grad angeben, mit dem die Elemente zu irgendwelchen Fuzzy-Gruppen {#Ip · 1} bzw. {#Ip · 2} gehören. In Fig. 6(d) sind µ (50 µm | #⌀a) und µ (55 µm | #⌀a) Anteilswerte, die den Grad angeben, mit dem die Elemente zu einigen Fuzzy-Gruppen {50 µm} bzw. {55 µm} von #⌀a gehören. In Fig. 6(e) sind µ (5,0 Zs | #Zs) und µ (5,5 Zs | #Zs) Anteilswerte, die den Grad angeben, mit dem die Elemente zu einigen Fuzzy-Gruppen {5,0 Zs} bzw. {5,5 Zs} von #Zs gehören.

Regeln über die Art, in der die oben beschriebenen {#Vc1, #Vc2, #Vo1} aus {#Va, #Zo, #Ip, #⌀a, #Zs} bestimmt werden, sind durch folgende Wenn . . . Dann-Konstruktion (wenn A gilt, dann B) innerhalb der Regelbasis 29 beschrieben. Es ist zu beachten, daß diese Wenn . . . Dann-Konstruktionsregel nur ein Beispiel bildet.

Wenn Va 0,5 kV und Zo 7,5 Zo und Ip Ip · 1 und ⌀a 35 µm und Zs 5,0 Zs ist, dann ist Vc1 355,0 und Vc2 ist 50,5 und Vo1 ist 1000,0.

Wenn Va 0,5 kV und Zo 6,0 Zo und Ip Ip · 5 und ⌀a 40 µm und Zs 5,0 Zs ist, dann ist Vc1 200,0 und Vc2 130,0 und Vo1 800,0.

Die zuvor erwähnte Fuzzy-Bemessungseinrichtung 26 bestimmt Ausgangsvariable {#Vc1, #Vc2, #Vo1} aus Eingangsvariablen {#Va, #Zo, #Ip, #⌀a, #Zs} durch Fuzzy-Bemessung unter Bezugnahme auf die in der Regelbasis 29 gespeicherten Regeln. Bei dem obigen Beispiel der Wenn . . . Dann-Konstruktionsregel sind die Ausgangsvariablen der Dann-Teile (rechte Seite) durch numerische Werte beschrieben. Es ist auch möglich, die Ausgangsvariablen der Dann-Teile durch Fuzzy-Gruppen wie folgt zu beschreiben:

Wenn Va 0,5 kV und Zo 7,5 Zo und Ip Ip · 1 und ⌀a 35 µm und Zs 5,0 Zs ist, dann ist Vc1 F355,0 und Vc2 F50,5 und Vo1 F1000,0.

Wenn Va 0,5 kV und Zo 6,0 Zo und Ip Ip · 5 und ⌀a 40 µm und Zs 5,0 Zs ist, dann ist Vc1 F200,0 und Vc2 F1 30,0 und Vo1 F800,00.

Bei den obigen Beispielen geben F355,0 F50,5, F1000,0, F200,0, F130,0 und F800,0 Fuzzy-Gruppen an. Der Fall, bei dem die Ausgangsvariablen der Dann-Teile durch numerische Werte beschrieben sind, ist im Algorithmus von der Fuzzy-Bemessung von dem Fall verschieden, bei dem die Ausgangsvariablen der Dann-Teile durch Fuzzy-Gruppen beschrieben sind. Der Algorithmus des Falles, bei dem die Ausgangsvariablen der Dann-Teile durch numerische Teile beschrieben wird, wird zunächst erläutert.

Fig. 7 zeigt Beispiele, bei denen die Fuzzy-Bemessung bei zwei Eingangssignalen und einem Ausgangssignal durchgeführt werden. Zwei Eingangsvariable sind eine normierte Beschleunigungsspannung #Va bzw. ein normierter Sondenstrom #Ip. Eine Ausgangsvariable ist eine Erregungssteuergröße #Vc1 der ersten Kondensorlinse. Es sei angenommen, daß #Va und #Ip gleich v bzw. p sind. Wie Fig. 7(a) zeigt, ist Vc1, das durch den Dann-Teil der n-ten Regel beschrieben ist, durch "Vc1 ist vc1n" gegeben (wobei vc1n ein symmetrischer Wert ist). Wie Fig. 7(b) zeigt, ist Vc1, das durch den Dann-Anteil der m-ten Regel beschrieben ist, gegeben durch "Vc1 ist vc1m" (wobei vc1m ein numerischer Wert ist). Es wird nun angenommen, daß die n-te Regel wie folgt beschrieben ist:

wenn Va gleich 2 kV und Ip gleich Ip · 3,
dann Vc1 gleich vc1n

In diesem Falle ist der Anteilswert, der den Grad angibt, mit dem das Eingangssignal v zur Fuzzy-Gruppe {2 kV} gehört, µ (2 kV | v). Der Anteilswert, der den Grad angibt, mit dem das Eingangssignal p zur Fuzzy-Gruppe {Ip · 3} gehört, ist µ (Ip · 3 | p). Der Grad, mit dem der Wenn-Teil (linke Seite) der n-ten Regel in Fig. 7(a) gültig ist, wird bestimmt durch min {µ (2kV | v), µ (Ip · 3 | p)}. Dies bedeutet, daß der Grad, mit dem der Wenn-Teil (linke Seite) der n-ten Regel gültig ist, gegeben ist durch

µn = min 8n = {µ (Vn | v), µ (Ipn | p)}

wobei Vn und Ipn Fuzzy-Gruppen der Beschleunigungsspannung bzw. des Sondenstromes sind, die in der n-ten Regel beschrieben sind. In gleicher Weise wird, wenn die Anzahl der Eingangsvariablen 3 oder mehr ist, der minimale Wert der Anteilswerte gewählt. Dabei wird bestimmt, daß der Grad der Richtigkeit von vc1n, beschrieben im Dann-Anteil der n-ten Regel µn · vc1n ist. Diese Operationen werden für jede Regel statt nur für die n-te Regel durchgeführt. Ein geschätzter Wert $Vc1, der ein Ausgangssignal ist, wird entsprechend der folgenden Gleichung berechnet:

Die oben beschriebenen Operationen zur Bemessung werden in der gleichen Weise unter Verwendung einer Summierung Σ durchgeführt, wobei die Anzahl der Ausgangsvariablen zwei oder mehr ist.

Der Fall, bei dem die Ausgangsvariablen des Dann-Teils durch Fuzzy-Gruppen beschrieben sind, wird nun anhand der Fig. 8 erläutert, die ein Beispiel mit zwei Eingangssignalen und einem Ausgangssignal zeigen. Die beiden Eingangssignale sind der normierte Beschleunigungsspannungswert #Va bzw. der normierte Sondenstrom #Ip. Das einzelne Ausgangssignal ist die Erregungssteuergröße #Vc1 der ersten Kondensorlinse. Es wird angenommen, daß #Va und #Ip gleich v bzw. p sind. Wenn Vc1, das durch den Dann-Teil der n-ten Regel beschrieben ist, durch "Vc1 ist vc1n" gegeben ist, (wobei vc1n eine Fuzzy-Gruppe ist), wie Fig. 8(a) zeigt, und wenn Vc1, das durch den Dann-Teil der m-ten Regel beschrieben ist, durch "Vc1 ist vc1m" gegeben ist (wobei vc1m eine Fuzzy-Gruppe ist), wie Fig. 8(b) zeigt, wird angenommen, daß die n-te Regel z. B. wie folgt beschrieben ist:

wenn VA 2 kV und Ip Ip · 3 ist,
dann Vc1 gleich vc1n

In diesem Falle ist der Anteilsgrad des Eingangssignals v, das den Grad angibt, mit dem es zu Fuzzy-Gruppe {2 kV} gehört, µ (2 kV | v) ist, und der Anteilswert des Eingangssignals p, das den Grad angibt, mit dem es zur Fuzzy-Gruppe {Ip · 3} gehört, ist µ (Ip · 3 p). Der Grad der Gültigkeit µn des Wenn-Teils der n-ten Regel der in Fig. 8(a) gezeigt ist, ist durch min {µ (2 kV | v), µ (Ip · | p)} bestimmt. Dies bedeutet, daß der Grad der Gültigkeit µn des Wenn-Anteils der n-ten Regel gegeben ist durch

µn = min {µ (Vn | v), µ (Ip | p)}

wobei Vn und Ipn eine Fuzzy-Gruppe der Beschleunigungsspannung bzw. des Sondenstromes sind, die in der n-ten Regel beschrieben sind. Wenn in ähnlicher Weise die Anzahl der Eingangsvariablen 3 oder mehr ist, wird eine, die den letzten Anteilswert ergibt, gewählt. Eine Anteilsfunktion µBn, die verwendet wird, um die Fuzzy-Gruppen auszuwählen, wird aus der Anteilsfunktion µ (vc1n) und aus µn erzeugt, die den Grad der Gültigkeit des Wenn-Teils der n-ten Regel angeben. Die Anteilsfunktion µ (vc1n) drückt die Fuzzy-Gruppe vc1n aus, die im Dann-Teil der n-ten Regel beschrieben ist. Dies bedeutet, daß die Anteilsfunktion gegeben ist, durch

µ Bn = min {µn, µ (cv1)}

Diese Operationen werden für jede Regel statt nur für die n-te Regel durchgeführt. Dadurch wird, wie Fig. 8 zeigt, eine neue synthetisierte Ausgangsfunktion aus der folgenden Formel erzeugt.

Der Schwerpunkt von µB* wird aus dieser synthetisierten Ausgangsfunktion µB* unter Verwendung der folgenden Formel berechnet:

wobei a und b Grenzwerte des Ausgangsvariablenraums sind. Der berechnete Wert wird dann als geschätzter Wert §Vc1 (siehe Fig. 8(c)) des Linsensteuerwertes der ersten Kondensorlinse angenommen. Wenn die Anzahl der Ausgangsvariablen 2 oder mehr ist, werden die oben beschriebenen Operationen ebenfalls durchgeführt.

Die Fuzzy-Bemessungseinrichtung 26 implementiert die Fuzzy-Bemessung und sendet die erste Erregungssteuergröße #Vc1 der ersten Kondensorlinse, die zweite Erregungssteuergröße #Vc1 der zweiten Kondensorlinse und die Erregungssteuergröße #V01 der Objektivlinse zur Nachbehandlungseinrichtung 28, die wiederum diese Größen #Vc1, #Vc2 und #Vp1 denormiert. Z.B. multipliziert die Nachbehandlungseinrichtung 28 diese mit den Parametern α, β, bzw. γ, die gegeben sind durch

Vc1 = α#Vc1, Vc2 = βVc2, Vo1 = γ#Vo1

Somit werden die Denormierungen durchgeführt. Die in der Regelbasis 29 gespeicherten Regeln können modifiziert, und neue Regeln können durch den Regeleditor 30 zugefügt werden.

Soweit bei der Erfindung beschrieben wurde, sind Regeln zur Steuerung der Elektronenlinsen nicht Anordnungen numerischer Werte, sondern werden statt dessen durch eine Wenn . . . Dann-Konstruktion beschrieben. Daher sind ihre physikalischen Bedeutungen leicht verständlich. Folglich können die Daten leicht gehandhabt werden. Wenn neue Regeln über die Steuerung zugefügt oder die Regeln gelöscht werden sollen, ist es nur notwendig, die Regeln zuzufügen oder zu löschen. Beim Stand der Technik müssen sogar die Algorithmen der numerischen Berechnungen geändert werden. Außerdem sind die Steuerpunkte, die anhand von Regeln beschrieben werden, durch Fuzzy-Gruppen beschrieben, und somit wird eine Fuzzy-Bemessung über den gesamten Ausgangsvariablenraum durchgeführt. Damit können die Elektronenlinsen mit einer geringeren Anzahl von Regeln gesteuert werden, während bisher eine außergewöhnlich große Menge von Daten für diesen Zweck notwendig war.

Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform wird die Fuzzy-Bemessung durch eine erste Fuzzy-Bemessungseinrichtung 26(a) und eine zweite Fuzzy-Bemessungseinrichtung 26(b) implementiert. Die erste Bemessungseinrichtung 26(a) empfängt die normierten Variablen {#Va, #Zo, #Ip, #⌀a, #Zs} von der Vorbehandlungseinrichtung 27. Die Bemessungseinrichtung 26(a) korrigiert die Variablen durch Bezugnahme auf die Regeln, die in einer Regelbasis 29(a) gespeichert und durch eine Wenn . . . Dann-Konstruktion beschrieben sind. Die Regeln, bei denen die korrigierten Werte der Linsenparameter durch die Wenn . . . Dann-Konstruktion beschrieben sind, werden in der Regelbasis 29a gespeichert. Die Beschleunigungsspannung Va+, die virtuelle Elektronen­ quellenposition Zo+, der Sondenstrom Ip+, der Objektivlinsen-Blendendurchmesser ⌀a+, die in dieser Art modifiziert werden, werden zur zweiten Bemessungseinrichtung 26b gesendet. Die Bemessungseinrichtung 26b bestimmt #Vc1, #Vc2 und #Vo1 aus Va+, Zo+, Ip+, ⌀a+ und Zs+ durch Fuzzy-Bemessung anhand der Regeln, die in der Regelbasis 29b gespeichert und durch die Wenn . . . Dann-Konstruktion beschrieben sind. Regeln über verschiedene Linsenparameterwerte und Linsenerregungs-Steuerwerte, die auf der Grundlage elektronischer Optiken berechnet werden, werden in der Regelbasis 29b gespeichert, wobei die Regeln durch die Wenn . . . Dann-Konstruktion beschrieben sind.

Der Einfachheit halber wird angenommen, daß der Objektivlinsen-Blenden­ durchmesser ⌀a und die Probenposition Zs bestimmt wurden. Es wird auch angenommen, daß die zweite Fuzzy-Bemessungseinrichtung 26b die Fuzzy-Bemessung der drei Ausgangsvariablen {#Vc1, #Vc2, #Vo1} aus den drei Eingangsvariablen {Va+, Zo+, Ip+} durchführt. Fig. 10 zeigt einen dreidimensionalen Parameterraum, der anhand der in der Regelbasis 29b gespeicherten Regeln beschrieben ist. Variable oder Parameter werden quantisiert, so daß Gitterpunkte im dreidimensionalen Raum gebildet werden. Drei Ausgangsvariablenwerte (#Vc1, #Vc2, #Vo1), die durch Berechnungen auf der Grundlage von Elektronenoptiken gehalten werden, sind an diesen Gitterpunkten vorhanden.

Berechnungen zeigen, daß diese Werte, die an den Gitterpunkten vorhanden sind, optimale Werte der Parameter sind. In der Praxis jedoch werden Instrumentenfehler in den Eingangssignalen Va, Zo und Ip zur Vorbehandlungseinrichtung 27 eingebracht. Daher können Abweichungen von den berechneten optimalen Werten auftreten.

Daher korrigiert die erste Fuzzy-Bemessungseinrichtung 26a Parameter an Stellen, wo Abweichungen von den optimalen Werten auftreten. Daher werden, wie Fig. 11 zeigt, ein dreidimensionaler Parameterraum erhalten, der für das tatsächliche Instrument geeignet ist.

Bei den obigen Ausführungsformen wurde ein Elektronenmikroskop beispielsweise beschrieben. Die Anwendung der Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt. Statt dessen ist sie auf jedes Instrument anwendbar, bei dem ein Ladungspartikelstrom durch mehrere Linsen wie einem Elektronensonden-Mikroanalysator, einem Auger-Elektronenspektrometer und einem Ionensonden-Mikroanalysator konvergiert wird. Bei der Erfindung werden die Größen, die die Steuerung oder Erregung mehrerer Linsen bewirken, durch Fuzzy-Bemessung bestimmt. Daher kann die Erregung der Linsen mit einer geringen Anzahl von Regeln genau und fein gesteuert werden. Außerdem werden bei der Erfindung Daten anhand der Wenn . . . Dann-Konstruktion beschrieben. Dies macht die physikalische Bedeutung der Daten verständlicher. Außerdem kann das Hinzufügen, Löschen und Modifizieren von Daten leicht durchgeführt werden. Außerdem ermöglicht die Fuzzy-Bemessung mehrfache Eingangs- und Ausgangssignale. Wenn daher Regeln teilweise gelöscht oder modifiziert werden sollen, oder eine neue Regel hinzugefügt werden soll, wird die Fuzzy-Bemessung mit allen Variablen einander zugeordnet durchgeführt.

Claims (4)

1. Verfahren zur Steuerung der Erregung mehrerer Linsen in einem Ladungspartikelstrominstrument zur Erzeugung eines Ladungspartikelstromes, dadurch gekennzeichnet, daß die die Steuerung der Erregung der Linsen bewirkenden Größen durch Fuzzy-Bemessung bestimmt werden.

2. Ladungspartikelstrominstrument mit einer Ladungspartikelstromquelle zur Erzeugung eines Ladungspartikelstromes, gekennzeichnet durch
mehrere Linsen,
eine Regelbasis, in der Regeln, die zur Bestimmung der Größen verwendet werden, die die Steuerung der Erregung der Linsen bewirken, gesteuert sind und die verschiedene Linsenparameterwerte und verschiedene Größen betreffen, die die Steuerung der Erregung der Linsen bewirken, wobei die verschiedenen Linsenparameter und die verschiedenen Größen durch eine Wenn . . . Dann-Konstruktion ausgedrückt sind, und
eine Fuzzy-Bemessungseinrichtung zur Bestimmung der Größen, die die Steuerung der Erregung der Linsen durch Fuzzy-Bemessung aus den verschiedenen Eingangslinsen-Parameterwerten unter Bezugnahme auf die Regeln bewirken.

3. Ladungspartikelstrominstrument mit Ladungspartikelstromquelle zur Erzeugung eines Ladungspartikelstromes, gekennzeichnet durch
mehrere Linsen,
eine erste Regelbasis, in der Regeln, die verschiedene Linsenparameterwerte und Korrekturwerte betreffen, gespeichert sind, die durch eine Wenn . . . Dann-Konstruktion beschrieben sind,
eine erste Fuzzy-Bemessungseinrichtung zur Bestimmung von Linsenparameter-Korrekturwerten durch Fuzzy-Bemessung aus verschiedenen Eingangslinsenparameter­ werten unter Bezugnahme auf die erste Regelbasis,
eine zweite Regelbasis, der die Regeln, die verschiedene Linsenparameterwerte und Linsenerregungs-Steuergrößen bestimmen, gespeichert sind, die anhand einer Wenn . . . Dann-Konstruktion beschrieben sind, und
eine zweite Fuzzy-Bemessungseinrichtung zur Bestimmung von Größen, die die Steuerung der Erregung der Linsen bewirken, durch Fuzzy-Bemessung aus verschiedenen korrigierten Eingangslinsenparameterwerten unter Bezugnahme auf die zweite Regelbasis.

4. Instrument nach Anspruch 2, 3 oder 4, gekennzeichnet durch einen Regeleditor zur Modifizierung und Löschung der Regel oder der Regeln, die in der Regelbasis oder den Regelbasen gespeichert sind, und zum Hinzufügen neuer Regeln.