DE3140869C2

DE3140869C2 - Abtasteinrichtung zum Abtasten einer Probe mittels eines geladenen Teilchenstrahls, insbesondere Elektronenstrahls

Info

Publication number: DE3140869C2
Application number: DE3140869A
Authority: DE
Inventors: Naoki Tokio/Tokyo Date; Setsuo Norioka
Original assignee: Nihon Denshi KK
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1980-10-24
Filing date: 1981-10-14
Publication date: 1985-04-11
Also published as: DE3140869A1; FR2493041B1; US4439681A; JPS6240815B2; GB2086182A; JPS5773573A; FR2493041A1; GB2086182B

Abstract

Eine Abtasteinrichtung zum Abtasten einer Probe mit Hilfe eines geladenen Teilchenstrahls, insbesondere Elektronenstrahls mit zwei Koordinatenumwandlungsschaltungen (15x, 15y und 18x, 18y), von denen zur Drehung die Abtastrichtung des geladenen Elektronenstrahls eine Koordinatenumwandlungsschaltung zwischen einem Abtastsignalgenerator (10x, 10y) und eine Vergrößerungsschaltung (11x, 11y), deren Ausgang mit Ablenkmitteln (6x, 6y) für die Abtastbewegung des geladenen Teilchenstrahls verbunden ist, geschaltet ist und der Betrieb der anderen Koordinatenumwandlungsschaltung unabhängig von der Bilddrehung und Bildverschiebung ist und diese Koordinatenumwandlungsschaltungen das Ausgangssignal eines Gleichstromsignalgenerators für die Bildverschiebung (17x, 17y) umwandeln und dieses umgewandelte Signal dem Eingangssignal für die Verstärkerschaltung (11x, 11y) hinzuaddiert wird.

Description

a) eine erste eine Drehung der Abtastrichtung des geladenen Teilchenstrahls bewirkende Koordinatenumwandlungsschaltung (15jc, 15y), die zwischen den Abtastsignalgenerator (10.v, 10>) und die Vergrößerungsschaltung (11 .v, lly) geschähet ist,

b) eine zweite, die Verschiebung des Abtastsignals des Abtastsignalgenerators (lO.v, Wy) bewirkende Koordinatenumwandiungsschaltung (18-v, ISy), der das Ausgangssignal des Gleichstromsignalgenerators (17 χ, lly) zügeführt ist und deren Ausgangssignal dem Eingangssignal für die Vergrößerungsschaltung (11.v, lly) hinzuaddiert ist, und

c) einen Rotationssignalgenerator (14), der die erste und zweite Koordinatenumwandlungsschaltu"? (17x, 17>\ 18 x, 18y) mit vom Drehwinkel der Abtastrichtung des geladenen Teilchenstrahls abhängigen V/inkelfunktionssignalen beliefert.

2. Abtasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusammen mit der ersten Koordinatenumwandlungsschaltung (15x, 15>) eine eine Verringerung des Abtastbereichs des geladenen Teilchenstrahls bewirkende Hilfsvergrößerungsschaltung (16x, I6y) zwischen den Abtastsignalgenerator (10a-, 1OjO und die Vergrößerungsschaltuns; (Ux, Uy) geschaltet ist.

3. Abtasteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der zweiten Koordinatenumwandlungsschaltung (18a:, 18>) mit Hilfe von Schaltern (52) dem Eingangssignal für die Vergrößerungsschaltung (11 λ, 1IjO hinzuaddiert ist.

4. Abtasteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Markierungssignalgenerator (19) in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis zwischen dem Abtastsignal und dem Ausgangssignal des Gleichstromslgnaigenerators (17λ\ 17 ν) ein Markierungssignal für die Bildwiedergabevorrichtung (8) liefert.

5. Abtasteinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Detektor (7) die Emission der Probe (5) empfangt und ein entsprechendes Ausgangssignal für die Bildwiedergabeeinrichtung (8) erzeugt, welche ein Rasterbild in Abhängigkeit von den Abtastsignalen liefert.

Die Erfindung betrifft eine Abtasteinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei einer derartigen aus der US-PS 3795 808 bekannten Abtasteinrichtung ist ein Wechsel von einem zunächst wiedergegebenen Probenbild zu einem gewünschten Bildausschnitt des Probenbildes möglich.

In einem Gerät mit Abtastfunktion, beispielsweise einem Rasterelektronenmikroskop, einer Elektronenstrahlbelichtungseinrichtung o. dgl., wird der Elektronenstrahl zur Bestrahlung und Abtastung eines ausgewählten Bereichs einer Probenoberfläche verwendet, Das aus dieser Elektronenbestrahlung resultierende Signal wird als Helligkeitsmoduiationssignal bei der Bildwiedergabe verwendet und ist synchronisiert mit der Abtastbewegung des Elektronenstrahls. Die Vergrößerung und das Gesichtsfeld des Probenbildes, das auf der Wiedergabeeinrichtung gezeigt wird, hängt ab von den Abmessungen und der Lage des Abtastbereichs des Elektronenstrahls auf der Probenoberfläche. Es ist daher notwendig, das Abtastsignal und/odei die Probengoniometerstufe (enthaltend den Verschiebe-, Dreh- und Schwenkmechanismus) entsprechend einzustellen, damit der gewünschte Bereich auf der Ffübenoberfläche mit dem Elektronenstrahl bestrahlt wird. Dies bedingt die Bestimmung des gewünschten Blickfeldes unter Verwendung eines Bildes mit geringer Vergrößerung, die Einstellung des Abtastsignals für den Elektronenstrahl und/oder der Probengoniometerstufe, so daß der gewüns&rfe Punkt (kleine Bereich) auf dem Bild mit geringer Vergrößerung etwa in der Mitte des Bildschirmes wiedergegeben wird, sowie die Verringerung der Größe bzw. Amplitude des Abtastsignals, so daß auf dem Bildschirm ein Bild mit erhöhter Vergrößerung wiedergegeben wird. Der vorstehende Verfahrensablauf muß mehrere Male wiederholt werden, um das gewünschte Blickfeld beobachten zu können. Hierzu ist ein erhöhter Zeit- und Arbeitsaufwand notwendig. Insbesondere ist es äußerst schwierig, manuell die Probengoniometerstufe stoßfrei und ruhig sowie genau zu bedienen. Bei der aus der US-PS 37 95808 bekannten Abtasteinrichtung sind zur Steuerung der Bildverschiebung elektrische Mittel vorgesehen, ohne daß der Verschiebungs- und Drehmechanismus der Probengoniometerstufe verwendet wird. Hierzu wird ein eine Verschiebung des Abtastsignals des Abtastsignalgenerators bewirkendes Ausgangssignai eines Gleichstromgenerators dem Eingangssignal für die Vergrößerungsschaltung hinzuaddiert. Ferner ist aus der DE-OS 24 18279 eine Abtasteinrichtung zum Abtasten einer Probe mit einem Elektronenstrahl mit Ablenkmitteln bekannt, die mit Abtastsignalen eines Abtastsignalgenerators versorgt werden, bei der eine eine Drehung der Abtastrichtung des Elektronenstrahls bewirkende Koordinatenumwandlungsschaltung zwischen den Ablenksignalgenerator und die Ablenkmittel geschaltet ist, die mit einem Rotationssignalgenerator verbunden ist, der die zur Drehung der Abtastrichtung erforderlichen Winkelfunktionssignale erzeugt.

Die elektrische Bildverschiebung und elektrische Bilddrehung können jedoch be· herkömmlichen Abtasteinrichtungen gleichzeitig nicht verwendet werden, weil diese Funktionen voneinander abhängen und einander beeinflussen wurden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Abtasteinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Bildverschiebung und die Bilddrehung unabhängig voneinander und ohne daß sie einander beeinflussen durchgeführt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindüngsgemäß' durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Unteransprüche kennzeichnen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

In vorteilhafter Weise erzielt man damit eine verbesserte Abtasteinrichtung, bei der Auswahl des Blickfeldes in einem Probenbild rasch und genau durchgeführt werden kann. Bei dem Teilchenstrahl kann es sich auch um einen Ionenstrahl handeln.

Anhand der beiliegenden Figuren wird an einem Ausführungsbeispiel die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels und

Fig. 2 u. 3 Schaubilder zur Erläuterung der Betriebsweise des Ausführungsbeispiels in der Fig. 1.

In der Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Rasterelektronenmikroskops mit einer Abtasteinrichtung dargestellt. Eine Elektronenstrahlquelle 1 ist im oberen Teil einer Mikroskopsäule 1 angeordnet und erzeugt einen Elektronenstrahl 3, der auf eine Probe 5 mit Hilfe einer Kondensorlinse 4 fokussiert wird. Dieser Elektronenstrahl tastet die Probenoberfläche aufgrund der Wirkung von Ablenkspulen 6 χ und 6 ν ab. Aufgrund der Abtastung werden Sekundärelektronen, riickgestreute Elektronen und dergleichen von der Probe 5 ausgesendet und von einem Detektor 7 empfangen, der an das Gitter einer Kathodenstrahlröhre 8 über einen Verstärker 9 entsprechende Signale liefert. Wenn die Wiedergabe eines gewöhnlichen (Anfangs-)Rasterbildes auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre 8 gewünscht wird, werden Umschalter 51, Sl und S3 an Kontakte »au, »ca und »e« gelegt. Dabei liefert ein horizontaler Abtastsignalgenerator 10 λ und ein vertikaler Abtastsignalgenerator 10 .y horizontale und vertikale Abtastsignale an die Ablenkspulen 6 χ und 6 ν über Vergrößerungsschaltungen 11 x, 11 y und Addierschaltungen 12 χ, 12>>, sowie gleichzeitig an Ablenkspulen 13 x, 13 ν der Kathodenstrahlröhre 8.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 erzeugt ein Rotationssignalgenerator 14 Signale sin Θ und cos 0, wobei Θ ein (manuell oder extern) bestimmtes Signal zur Drehung der Abtastrichtung des Elektronenstrahls 3 um die Mitte dei Anfangsabtastbereichs auf der Probe um den Winkel Θ ist. Die Ausgänge de;, Rotationssignalgenerators 14 werden an die ersten Koordinatenumwandlungsschaltungen 15x, \5y geliefert, welche das 45 (1) horizontale Abtastsignal H des horizontalen Abtastsignalgeneraiors 10 χ und das vertikale Abtastsignal Vu".s vertikalen Abtastsignalgenerators 1Oy in

tors 14, so daß eine Koordinatenumwandlung der Ausgänge X und Y der Positionierschaltungen 17 x, Hy in Signale

(Λ'· cos Θ + Y- sin Θ) und
(Y · cos Θ - X ■ sin Θ)

erzielt wird, wobei diese Signale den Addierschaltungen 12 χ, YIy über Kontakte »d« der Schalter Sl zugeleitet werden. Die Signale Χ\χηύ Kder Positionierschaltungen 17 x, 17>> zur zentralen Positionierung werden außerdem über Kontakte »f« der Schalter S3 einem Markierungssignalgenerator 19 zugeführt. Der Markierungssignalgenerator 19 erzeugt Aufhellsignale, welche an die Kathodenstrahlröhre zu dem Zeitpunkt angelegt werden, an welchem das horizontale Abtastsignal H im wesentlichen gleich dem Signal X und das vertikale Abtastsignal V im wesentlichen gleich dem Signal Y sind.

Beim vorstehend beschrieben η Ausfuhrungsbeispiel wird angenommen, daß das Anfangsrasterbiid mit einer Anfangsvergrößerung Mo, wie in F i g. 3 (a) gezeigt ist, auf dem Bildschirm erhalten wird, wenn die Oberfläche der Probe 5, wie in F i g. 2 (a) gezeigt ist, um ihren Mittelpunkt O\ durch den Elektronenstrahl abgetastet wird. In diesem Fall sind die Schalter S1,52, S3 mit den Kontakten »a«, »c«, »e« verbunden, und der Rotationssignalgenerator 14 ist auf ein Anfangssignal 0 = 0° eingestellt.

Das in der F i g. 3 (b) gezeigte Rasterbild wird abgeleitet aus einem Bildteil F', dessen Mitte in der F i g. 3 (a) durch O'i angegeben ist.

Um das in der F i g. 3 (b) dargestellte Bild zu erhalten, müssen die folgenden Schritte durchgeführt werden, so daß ein Teil F auf der Probe, der in Fig. 2 (a) dargestellt ist und dem Bildteil F' auf dem Rasterbild entspricht, so dargestellt ist, wie wenn die Abrasterung um die Mitte O₂ des interessierenden Probenteils durch den Elektronenstrahl mit einer Amplitude erfolgen würde, die der Vergrößerung M₁ (£ Mo) entspricht und eine Richtung aufweist, die einem Winkel 6>, gegenüber der horizontalen Richtung hat.

(H ■ cos Θ + V- sin Θ) und

(V- cos Θ - H sin θ)

umwandeln. Diese umgewandelten Ausgänge der Koordinatenumwand'ungsschaltung 15.ν und 15 y werden Hilfsvergrößerungsschaltungen 16 x, 16y zugeleitet, deren Amplitude (Si 1) manuell derart eingestellt wird, daß der gewünschte Bereich innerhalb des Anfangsrasterbildes auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre derart eingestellt wird, daß er den gesamten Bildschirm ausfüllt.

Positionierschaltungen 17x, ITy zur Gewinnung einer zentralen Positionierung erzeugen Gleichstromäusgangssignale X und Y, die den zweiten Koordinatenumwandlungsschaltungen 18xund 18j>zugeleitetwerden. Die zweiten Koordinatenumwandlungsschaltungen 18x und 18.V werden außerdem versorgt mit den Ausgängen sin Θ und cos Θ des Rotationssignalgenera-Die Schalter S3 werden an die Kontakte »f«gelegt, so daß der Aufhellbereich auf dem Bildschirm innerhalb des Rasterbildes wiedergegeben wird, wie es in Fig. 3(a) dargestellt ist.

(2) Die Postition des Aufhellbereiches wird in Richtung zum Mittelpunkt O'{ verschoben durch entsprechende Einstellung der Positionierschaltung 17 x, YIy für die zentrale Positionierung. Auf diese Weise werden die Ausgangssignale der Positionierschaltung 17 χ und 17>· so verstellt, daß sie den Koordinaten (AV Y]) des Punktes O₂ auf der Probe entsprechen.

(3) Die Schalter S3, S2 werden auf die Kontakte »t«. »<1« gelegt. Bei dieser Betriebsbedingung wird der Aufhellbrreich auf dem Bildschirm gelöscht und der Abtastbereich auf der Probe wird, wie in Fig. 2(b) dargestellt, verschoben.

(4) Die Schalter S1 werden an die Kontakte φ«gelegt, und die Amplitude der Hilfsvergiößerungsschal-

tungen 16x, \6y werden auf—— (£ 1) eingestellt,

Λ/)

so daß die Abtastbreiten W_x und H^.aufderProbeS auf den in Fig. 2(c) gezeigten Bereich verkleinert werden.

(5)

(6)

(7)

Der Rotationssignalgenerator 14 wird manuell eingestellt, derart, daß die Ausgangssignale sinO°, cos 0°, sin (O⁰+ 0,), cos(0°+ 0,) an die zweiten Koordinatenumwandlungsschaltungen 18.v, 18>'und an die ersten Koordinatenumwandlungsschaltungen 15*, I5y geliefert werden. Als Folge davon ergeben sich Ausgangssignale der Hilfsvergrößerungsschaltungen 16*, löymit

Mo M₁

Mo M_x

(H- cos Θ + V- sin Θ,) und

(V- cosQ₁ -H- sin©,).

25

Die Ausgangssignale der zweiten Koordinatenumwandlungsschaltungen 18*, 18.V werden zu

X; ■ cosO° + Y; - sinQ° = X₁, Y₁ cosO°- Λ', -sin0^o= Y₁.

Bei dieser Betriebsbedingung wird die Probe 5 durch den Elektronenstrahl, wie in Fig. 2(d) gezeigt, abgetastet, und auf dem Bildschirm erscheint das in der Fig. 3(b) gezeigte Bild.

Wenn eine Drehung des in der F i g. 3 (b) gezeigten Probenbildes um einen zusätzlichen Winkel Q₂ sowie eine Erhöhung der Vergrößerung von M₁ auf /W₂ erwünscht ist, wie es in F i g. 3 (c) dargestellt ist, sind die folgenden Verfahrensschritte noch notwendig.

Die Amplitude der Hilfsvergrößerungsschaltungen 16*, \dy werden eingestellt auf Wenn es ferner erwünscht ist, das in der F i g. 3 (b) gezeigte Probenbild um einen Punkt O'{ um einen zusätzlichen Winkel O₃ zu drehen, wie es in Fig. 3(d) gezeigt ist, sind noch die folgenden Verfahrensschritte durchzurühren.

(6') Die Positionierungsschaltungen 17.v, 17j>zur zentralen Positionierung werden so eingestellt, daß der Punkt 0" auf der Bildwiedergabe in die Mitte des Bildschirms verschoben wird. Bei dieser Betriebsbedingung wird der Rotationssignalgenerator 14 so gesteuert, daß die Ausgangssignale sin(O°+0|) und cos(0° + Θ,) an die zweiten Koordinatenumwandlungsschaltungen 18.V, 18y gesendet werden und die vorherigen Signale sinO° und cosO° ersetzen. Die Ausgangssignale der zweiten Koordinatenumwandlungsschaltungen 18.v, 18>> werden zu

wobei X₂ und Y₂ die Abstände zwischen O₁ und Oj auf der Probe sind.

(70 Der Rotationssignalgenerator 14 wird manuell so eingestellt, daß die nächsten Ausgangssignale sin(0, + O₃), cos(0, + 0j) an die ersten Koordinatenumwandlungsschaltungen 15.v, ISy geliefert werden. Hieraus ergeben sich Ausgangssignale Tür die Hilfsvergrößerungsschaltungen 16.v, 16^ von

Ml.
M₇

^Mo M₁

Der Rotationssignalgenerator 14 wird manuell so eingestellt, daß die Ausgangssignale

sin(0°+ Q₁),
cos(0°+0,),

45

sin{(0°+
cos{(0°+

0₂}, 0₂}

am die zweiten und ersten Koordinatenumwandlungsschalturgen 18*, 18^, 15*, \5y geliefert werden. Hieraus ergeben sich Ausgangssignale der Flilfsvergrößerungsschaltungen 16x, \6ym\t

50

\H ■ cos(0, + 0₂) + V- sin (0, + 0₂)},

Ml.

M₂

~-{V- cos(0, + Q-,) -H-Sm(Q₁ + 0,)}.

55

60 Mo M₁

Mo M₁

[H ■ cos(0, + 0,) + V ■ sin(0, + 0₃)},
[V- cos(0, + 0j) - H- sin(0, + Θ,)}.

Modifizierungen und Änderungen des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels sind möglich. Beispielsweise kann der Elektronenstrahl, der die Probe abtastet, anstelle von elektromagnetischen Mitteln durch elektrostatische Mittel abgelenkt werden. Die Hilfsvergrößerungsschaltungen iö.v, 16y und die ersten Koordinatenumwandlungsschaltungen 15.V, 15>> können beim vorstehenden Ausführungsbeispiel untereinander ausgetauscht werden. Außerdem kann zur Steuerung des Rotationssignalgenerators 14 und der ersten Koordinatenumwandlungsschaltungen 15*, 15„v ein Mikroprozessor verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Die Ausgänge der zweiten Koordinatenumwandhangsschaltungen 18*, 18j> werden

Xi ■ cos 0, + Y₁ - sin 0,,
-X₁ -sin0,.

65

Claims

Patentansprüche:

1. Abtasteinrichtung zum Abtasten einer Probe mittels eines geladenen Teilchenstrahis, insbesondere Elektronenstrahls, mit Ablenkmitteln, die über Vergrößerungsschaltungen mit Abstastsignalen eines Abtastsignalgenerators versorgt sind, bei der ein eine Verschiebung des Abtastsignals des Abtastsignalgenerators bewirkendes Ausgangssignal eines Gleichstromsignalgenerators dem Eingangssignal für die Vergrößerungsschaltung hinzuaddiert ist, gekennzeichnet durch