DE2617159A1

DE2617159A1 - Electron microscope distortion free image generator - uses control unit for deflection unit or coils in accordance with empirical correction function

Info

Publication number: DE2617159A1
Application number: DE19762617159
Authority: DE
Inventors: Eduard Dipl Ing Dr Hieke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-04-20
Filing date: 1976-04-20
Publication date: 1977-11-10

Abstract

The electron microscope has a deflection unit, or correction coils and a condenser lens control, or with objective lenses. The deflected beam falls on a specimen tilted by a certain angle. A first conveyor (2) delivers at its output (21) a first signal dependent on the angle of tilt. A second converter (4) delivers at its output (41) a second signal on the working distance. Outputs (21, 41) of both converters (2, 4) are connected to the inputs (32, 33) of a control device (3) whose outputs (31) is connected to a scanning pattern unit (17), which it delivers an output signal. The scanning pattern rotation unit (17) is connected either through a scan generator (16) to the deflection unit (11), or to the correction coils (13). Control unit (3) output signal carries out a correcting rotation at the deflection unit (11) or at the correction coil (13) in accordance with an empirical correction function obtained for the respective microscope.

Description

Zusatz zu VPA 75 P 7171 (= P 25 42 812.0)Addition to VPA 75 P 7171 (= P 25 42 812.0)

Vorrichtung zur Erzeugung rasterverzerrungsfreier REM-Bilder Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von rasterverzerrungsfreien REM-Bildern nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.Apparatus for generating raster-distortion-free SEM images. The invention relates to a device for generating SEM images free of raster distortion according to the preamble of claim 1.

In der Hauptpatentanmeldung VPA 75 P 7171 ist ein Verfahren zur Erzeugung von rasterparallelen Abbildungen beschrieben.In the main patent application VPA 75 P 7171 is a method for production described by raster-parallel images.

Das Problem der Rasterverzerrung auf geneigten Proben, das durch die Rasterdrehung im erregten Linsenfeld bedingt ist, wird dabei dadurch gelöst, daß eine dem jeweiligen Rasterelektronenmikroskop angepaßte Kalibrierungsfunktion fe ^ (L, #, Eo, icond) über eine Rasterrotationseinheit dem Rastergenerator übertragen wird. Die Ermittlung der Kalibrierungsfunktion he ist in der oben angegebenen Patentanmeldung ebenfalls beschrieben. In dieser Funktion bedeutet L den Arbeitsabstand, 0 den Probenneigungswinkel, Eo die Primärstrahlspannung und icond die Kondensorlinsenstromstärke.The problem of raster distortion on inclined samples caused by the Raster rotation is caused in the excited lens field, is solved in that a calibration function fe adapted to the respective scanning electron microscope ^ (L, #, Eo, icond) transmitted to the raster generator via a raster rotation unit will. The determination of the calibration function he is in the patent application cited above also described. In this function, L means the working distance, 0 the sample inclination angle, Eo is the primary beam voltage and icond is the condenser lens current.

In der US-PS 3 900 734 ist ein Vorschlag zur Unterbindung der spiralhelikalen Verzerrung der Rasterrichtung beschrieben.In US Pat. No. 3,900,734, there is a proposal to eliminate the spiral helicals Distortion of the raster direction described.

Dabei wird eine Aufhebung der Drehung durch ein Mischen von Signalen der Funktionen L' = L . cos«O + F sin tO und F I F cos /0 + L siniO erreicht. Dabei bedeuten L, L, F, F, cos und sin#o die abgeleiteten Signale in horizontaler bzw.The rotation is canceled by mixing signals of the functions L '= L. cos «O + F sin tO and F I F cos / 0 + L siniO reached. Included L, L, F, F, cos and sin # o mean the derived signals in horizontal resp.

vertikaler Richtung des Elektronenrasterstrahls (Line und Frame) bei den Jeweiligen Richtungen der Rasterdrehung. Diese Größen werden bei einer Drehung g0 an einer nicht geneigten Probe ermittelt. Das Signalgemisch steuert Ablenkeinheiten für Line und Frame unabhängig von den üblicherweise vorgegebenen festen, in der Regel rechtwinkeligen Rasterrichtungen.vertical direction of the electron scanning beam (line and frame) the respective directions of the grid rotation. These sizes are used when rotating g0 on a non-inclined Sample determined. The composite signal controls Deflection units for line and frame independent of the usually specified fixed, usually right-angled grid directions.

Mit Hilfe dieser Vorrichtung kann eine verzerrte Rasterelektronenmikroskopabbildung unabhängig vom Arbeitsabstand für geneigte Proben korrigiert werden. Obwohl bei diesem Verfahren für Jeden Winkel und für Jeden Arbeitsabstand L die Rasterrichtungen L' und F' unabhängig voneinander einer geneigten Probe angepaßt werden können, haftet ihr der Mangel an, daß diese Anpassung unsicher und nicht automatisch erfolgt. Unsicher ist das Verfahren deshalb, da nur für eine angenommenermaßen rechtwinkelige Probe die horizontale und vertikale Richtung nachjustiert wird, wobei nicht garantiert ist, daß ein wirklich rasterparalleles Bild entsteht. Da außerdem diese Korrektur für Jede Probe jedesmal neu durchgeführt werden muß, ist neben der Unsicherheit auch ein exaktes rationelles Arbeiten nicht gegeben.With the aid of this device, a distorted scanning electron microscope image can be corrected for inclined specimens regardless of the working distance. Although at this method for each angle and for each working distance L the grid directions L 'and F' can be adapted independently of one another to an inclined sample, adheres their lack of such an adjustment being uncertain and not automatic. Unsure the method is there only for an assumed right-angled sample the horizontal and vertical direction is readjusted, but not guaranteed is that a really raster-parallel image is created. Since, moreover, this correction must be carried out anew each time for each sample is in addition to the uncertainty also an exact, rational work is not given.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demgemäß darin, eine Vorrichtung anzugeben, mit deren Hilfe automatisch nicht verzerrte Abbildungen von geneigten Proben erzeugbar sind, die auch t?iviale topographische Maßanalysen zulassen.The object of the present invention is accordingly to provide a Specify device with the help of which automatically non-distorted images of inclined samples can be generated, which also allow daily topographical measurement analyzes.

Diese Aufgabe wird durch eine wie eingangs bereits erwähnte Vorrichtung gelöst, die durch die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmale gekennzeichnet ist.This task is accomplished by a device as mentioned at the beginning solved by those listed in the characterizing part of claim 1 Features is marked.

Weitere Erläuterungen zur Erfindung gehen aus der Beschreibung und den Figuren hervor.Further explanations of the invention can be found in the description and the figures.

Die Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.1 shows the block diagram of a device according to the invention.

Die Fig. 2 zeigt Kalibrierungsfunktionen ie in Abhängigkeit vom Arbeitsabstand und von dem Neigungswinkel 9 der Probe.FIG. 2 shows calibration functions ie as a function of the working distance and from the inclination angle θ of the sample.

Zunächst soll im Zusammenhang mit der Fig. 1 die Funktion eines Rasterelektronenmikroskops beschrieben werden. Die Erzeugung des Rasters im Rasterelektronenmikroskop 1 geschieht durch zeilenförmige Ablenkung mittels transversaler magnetischer Felder. Dabei erfolgt die Ablenkung mittels des Ablenksystems 11. Eine Erhöhung der Vergrößerung der Abbildung erfolgt durch eine Abschwächung des Spulenstromes durch die damit verbundene Verkleinerung des abgerasteten Bereiches. Dabei erscheint das Bild auf der Bildröhre unverändert groß. Die Ablenkung des Strahls in x- und y-Richtung erfolgt normalerweise zwischen zwei Kondensorlinsen. Die Montage der Ablenkeinheit 11 oberhalb oder unterhalb der Kondensorlinse 12 führt dazu, daß die Bilddrehung dieser Linse eingeht. In der Fig. 1 ist eine unterhalb der Kondensorlinse 12 angeordnete Ablenkeinheit mit 13 bezeichnet. Dies bedeutet, daß bei der Veränderung des Arbeitsabstandes 19 -und einer damit verbundenen Brennweitenänderung Af relativ große Drehungen des Rasters entstehen. Diese Drehungen liegen bei einer Änderung des Arbeitsabstandes umAL = 20 mm in einer Größenordnung von 200. Bei einer im Rasterelektronenmikroskop 1 normalerweise schwachen Linse 12 gilt, daß der Drehwinkel proportional zu W ist. Es läßt sich mit Hilfe einer elektrischen Korrekturvorrichtung zum Rastergenerator (Scan-Generator) oder mit festen Ablenkspulen 13 die Bilddrehung für einen bestimmten Arbeitsabstand 19 kompensieren.First, in connection with FIG. 1, the function one Scanning electron microscope will be described. The generation of the grid in the scanning electron microscope 1 is done by linear deflection by means of transverse magnetic fields. The deflection takes place by means of the deflection system 11. An increase in the magnification the mapping is done by a weakening of the coil current through it associated reduction in the scanned area. The picture appears of the picture tube unchanged in size. The beam is deflected in the x and y directions usually between two condenser lenses. The assembly of the deflection unit 11 above or below the condenser lens 12 causes the image rotation of this lens comes in. In FIG. 1, a deflection unit arranged below the condenser lens 12 is shown denoted by 13. This means that when the working distance 19 -and a related change in focal length Af relatively large rotations of the Raster arise. These rotations occur when the working distance changes umAL = 20 mm on the order of 200. For one in the scanning electron microscope 1 normally weak lens 12, the angle of rotation is proportional to W. It can be converted to a raster generator with the aid of an electrical correction device (Scan generator) or with fixed deflection coils 13 the image rotation for a certain Compensate working distance 19.

Dies geschieht üblicherweise von außen, entweder durch eine mechanische oder durch eine elektrische Drehung. Eine geometrisch paralleloid verzerrte Abbildung einer regelmäßigen Figur, etwa eines rechteckigen Gitters, ensteht nun durch Wechselwirkung einer in der Rasterelektronenmikroskoptechnik Ublicherweise geneigten Probe mit der Ablenkeinheit.This is usually done from the outside, either by a mechanical one or by an electrical rotation. A geometrically paralleloid distorted figure a regular figure, such as a rectangular grid, is now created through interaction a sample usually inclined in scanning electron microscope technology the deflection unit.

Die y-Achse des Rasters nicht in der Fallinie des Neigungswinkels. Eine infolge der geneigten Probe parallelcid verzeigt. Abbildung läßt beispielsweise keine triviale topographische Nafianalyse zu.The y-axis of the grid is not in the line of fall of the angle of inclination. A parallelcid branched as a result of the inclined specimen. Figure leaves for example no trivial topographical Nafian analysis allowed.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich iat, werden die Sctn-Ablenkspulen 11 oder die Korrekturspulen 13 durch einen Scan-Generator 16 und dieser durch eine Scan-Rotationsein?eit 17 gesteuert. Erfindungsgemäß ist die Scan-Rotationseinheit 17 des stere1etroneniikroskops 1 utt ins Steuerteil 3, bei dem es sich vorzugsweise um einen Mikroprozessor handelt, verbunden. Am Ausgang des Steuergerätes 3 liegt das Signal UMe BIN Dieses Signal ist eine Funktion des Arb'eitsabstandes 19 und des Probenneigungswinkels #. Zur Erzeugung des Signales UWe Bin werden an das Steuerteil 3 Signale ULBin und UBin gegeben, die Auskunft über den Jeweiligen Neigungswinkel der Probe 15 und über den Arbeitsabstand 19 enthalten und die mit Hilfe der Wandler 2, 4 erzeugt werden. Zur Gewinnung des Signals UBin kann beispielsweise gleichzeitig mit der Bedienungsvorrichtung zur Neigung der Probe um den Winkel # ein Potentiometer betätigt werden. Das am REM abgegriffene Signal UL, das Auskunft über den Arbeitsabstand 19 gibt, wird der ObJektivlinsensteuerung 18 entnommen und winivorzugsweise über einen Analog-Digital-Wandler 4 den Erfordernissen des Einganges des Steuerteils 3 angepaßt. Das gemischte Signal Bin wird dann durch das Steuerteil aus dem in einem digital ungewandelten ObJektivlinsensignal UL, das gleichbedeutend ist mit einer Fokussierung auf die Probe 15 und somit mit der Einstellung des Arbeitsabstandes 19, und aus der Spannung U#,@e wie oben beschrieben Auskunft über den Neigungswinkel # gibt, erzeugt. Beispielsweise entspricht die Spannung U einer Funktion , cos oder 1/cos . Aus diesen beiden Signalen wird durch das Steuerteil 3 automatisch die Funktion UyeBin bzw. U#e hergestellt. Auf diese Weise wird eine verzerrte REM-Abbildung automatisch durch die Kalibrierungsfunktion #e=#e(L,#, Eo, icond) die für cond Jedes Gerät empirisch ermittelt wird, wie das in der Hauptpatentanmeldung beschrieben ist, entzerrt. Die liner speziellen Rasterelektronenmikroskop eigene Kalibrierungsfunktion Ye kann in einem in dem Steuergerät enthaltenen Nikroprozessor bzw. Rechner fest eingestellt werden.As can be seen from FIG. 1, the Sctn deflection coils 11 or the correction coils 13 by a scan generator 16 and this by a Scan rotation unit 17 is controlled. According to the invention is the scan rotation unit 17 of the stereo electron microscope 1 utt into the control part 3, at that it is preferably a microprocessor connected. At the control unit output 3 is the UMe BIN signal. This signal is a function of the working distance 19 and the sample inclination angle #. To generate the UWe Bin signal, on the control part gives 3 signals ULBin and UBin, the information about the respective Inclination angle of the sample 15 and included over the working distance 19 and the with Using the converter 2, 4 are generated. To obtain the signal UBin, for example Simultaneously with the operating device to incline the specimen by the angle # a potentiometer can be operated. The UL signal tapped at the SEM, the information over the working distance 19, the objective lens control 18 is removed and preferably via an analog-to-digital converter 4 to meet the requirements of the input of the control part 3 adapted. The mixed signal Bin is then generated by the control section from the lens signal UL converted into a digitally converted lens, which is synonymous is with a focus on the sample 15 and thus with the setting of the working distance 19, and information about the angle of inclination from the voltage U #, @ e as described above # gives, creates. For example, the voltage U corresponds to a function, cos or 1 / cos. The control part 3 automatically turns these two signals into the function UyeBin or U # e produced. In this way, a distorted SEM image becomes automatic by the calibration function # e = # e (L, #, Eo, icond) which is empirical for cond each device is determined, as described in the main patent application, rectified. the liner special scanning electron microscope own calibration function Ye can permanently set in a microprocessor or computer contained in the control unit will.

In der Fig. 2 sind beispielsweise solche Geräts spezifischen und praktisch erprobten Kalibrierungsfunktionen . in Abhkn6igkeit von den Arbeitsabstand L und von des Neigungswinkel 9 der Probe für Eo - const und i cond = const darstellt Fur Jeden Neigungswinkel # und Arbeitsabstend 19 errechnet das Steuerteil 3 anhand dieser Funktionen automatisch die.For example, in Fig. 2, such devices are specific and practical proven calibration functions. as a function of the working distance L and of the angle of inclination 9 of the sample for Eo - const and i cond = const represents Fur The control part 3 calculates every angle of inclination # and working evening 19 on the basis of this Functions automatically the.

Steuerfunktion U#@Bin.Control function U # @ Bin.

Vorzugsweise können durch das Steuergerät 3 ebenfalls veränderliche Parameter UEo und. Ucond berücksichtigt werden. Dabei bezieht sich der ParameterlJEO auf die Primärstrahlspannung und der Parameter U fond auf die Kondensorlinsenstromstärke. In der Praxis werden diese Werte UEound Ucond aber nicht oft geändert sondern bleiben über längere Zeit konstant.Preferably can also be changed by the control unit 3 Parameters UEo and. Ucond be taken into account. The parameter IJEO on the primary beam voltage and the parameter U fond on the condenser lens current intensity. In practice, however, these values U and Ucond are not changed often but remain constant over a long period of time.

Mit der beschriebenen Vorrichtung ist es vorteilhafterweise erstmalig möglich, eindeutige, rasterverzerrungsfreie REM-Abbildungen automatisch zu erzeugen. Vorteilhafterweise ist mit der erfindungsgemäßen Anordnung nicht nur die Wiedergabe eines echten Bildes des Objektes möglich, wobei etwa tatsächlich auf dem Objekt vorhandene rechte Winkel auch in der geneigten Abbildung rechtwinklig erscheinen, sondern erlaubt auch erstmalig allgemein die triviale Anwendung von kartesischen oder ähnlichen Koordinaten bei der quantitativen Auswertung rasterelektronenmikroskopischer Abbildungen. Die Abbildungen des Rasterelektronenmikroskops werden dadurch erst weitgehend fehlerlos.It is advantageously the first time with the device described possible to automatically generate clear, raster-distortion-free SEM images. With the arrangement according to the invention, not only the reproduction is advantageous a real image of the object possible, with about actually on the object existing right angles also appear at right angles in the inclined figure, but also for the first time generally allows the trivial application of Cartesian or similar coordinates in the quantitative evaluation of the scanning electron microscope Illustrations. Only then are the images of the scanning electron microscope largely flawless.

Zum Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrinhtung werden beispielsweise die im folgenden aufgeführten Bauteile verwendet: Wandler A/D-Converter 7570 von Analog Devices Steuerteil Motorola M 6800, INTEL 8080, Fairchild F8, Rockwell PP58, Scan-Generator "Autoscan" ETEL Corporation, Cal. USA Scan-Rotations- "Autoscan" ETEL Corporation, Cal. USA einheit ObJektivlinsen- "Autoscan" ETEL Corporation, Cal. USA steuerung LeerseiteTo build a Vorrinhtung according to the invention, for example the following components are used: Converter A / D converter 7570 from Analog Devices control unit Motorola M 6800, INTEL 8080, Fairchild F8, Rockwell PP58, "Autoscan" Scan Generator ETEL Corporation, Cal. USA scan rotation "autoscan" ETEL Corporation, Cal. USA unit Objective lens "Autoscan" ETEL Corporation, Cal. USA control Blank page

Claims

Device for the automatic generation of raster distortion-free SEM images using a scanning electron microscope with a deflection unit or with Correction coils and provided with a condenser lens control or with objective lenses and wherein the deflected beam is incident on a sample that is tilted at an angle of inclination is inclined, thereby g e k e n n n -z e i c h n e t that a first transducer (2) is provided is, at the output (21) of which a first piece of information about the angle of inclination can be removed is that a second converter (4) is provided, at whose output (41) a second Information about the respective working distance can be removed 9t that the output (21) of the first converter (2) and the output (41) of the second converter (4) with inputs (32, 33) of a control part (3) are connected that an output (31) of the control part (3) is connected to a raster rotation unit (17) that with the help of the control part (3) depending on the first and second applied to the inputs (32, 33) Information an output signal to the raster rotation unit (17) can be given that the Raster rotation unit (17) either via a scan generator (16) with the deflection unit (11) or with the correction coils (13), and that with the aid of the output signal of the control part (3) a corrective rotation on the deflection unit (or on the Correction coil (13) as a function of one for the respective scanning electron microscope empirically determinable calibration function can be carried out automatically leads to a distortion-free image.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that g e k e n n z e i c h n e t that the control part (3) has additional inputs (34, 35) to the information via the primary beam voltage and via the condenser lens current to modify the Output signal can be applied to the output (31).

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that a microprocessor is used as the control part (3).

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized g e -k e It is not indicated that analog-to-digital converters are used as converters (2, 4).