DE3752154T2

DE3752154T2 - Rastergeräte mit geladenen Teilchenstrahlen

Info

Publication number: DE3752154T2
Application number: DE3752154T
Authority: DE
Inventors: Bernard Cyril Breton; William Charles Dr Nixon; John Thiam Leong Thong
Original assignee: THONG
Current assignee: THONG
Priority date: 1986-09-24
Filing date: 1987-09-16
Publication date: 1998-04-16
Anticipated expiration: 2007-09-17
Also published as: US4943722A; GB2195860B; EP0261866A3; EP0564008A2; GB8721738D0; JPS63164153A; EP0261866B1; EP0564008B1; DE3751328T2; GB2195860A; DE3751328D1; GB8622976D0; EP0564008A3; EP0261866A2; DE3752154D1

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifif Rastergeräte für geladene Teilchenstrahlen und insbesondere eine Einrichtung und ein Verfahren zum Abtasten für die Stereobilderzeugung sowie ein Verfahren zum quantitativen Bewerten der Topographie eines Prüfobjektes. Die Erfindung kann in Raster-Elektronenmikroskopen, Elektronenmikroskopen, die im Abtastbetrieb arbeiten, in Ionenstrahlmikroskopen und dgl. verwendet werden.
Die Erfindung ist einsetzbar für die Inspektion und das Messen der Topographie von integrierten Schaltungen, ist jedoch nicht auf diese Anwendungsfälle beschränkt, und kann auf beliebige Einrichtungen angewandt werden, die zum Inspizieren der Topographie eines beliebigen Materials (organisch oder anorganisch) senkrecht zur Abtastebene verwendet werden.

Hintergrund der Erfindung

Die stereoskopische Abbildung unter Verwendung eines Raster-Elektronenmikroskops wird in herkömmlicher Weise durch Kippen der Achse des Abtast-Elektronenstrahles von einer Abtastung zu einer anderen und zum Darstellen der beiden Bilder in solcher Weise verwendet, daß das linke Auge des Betrachters eines der Bilder und das rechte Auge das andere Bild sieht. Ein Kippen der Strahlachse wird in unterschiedlicher Weise erzielt. Üblicherweise werden Kipp-Ablenksignale den Hauptablenkspulen oder einem Satz von Spulen aufgegeben, die außerhalb der Endlinse angeordnet sind (und üblicherweise als Ablenkspulen hinter der Linse bezeichnet werden). Ein solches Mikroskop ist beispielsweise in GB-Patent Nr. 1 300 624 Hitachi beschrieben.
Alle derartigen Anordnungen benötigen die Konstruktion einer speziellen Säule, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Mikroskop-Konstruktion anzugeben, die in der Lage ist, eine nicht in Stereo abtastende Elektronenmikroskop-Säule lediglich dadurch anzupassen, daß die zugeführten Steuersignale geändert werden, und zwar mit einer minimalen konstruktiven Änderung, um Signale zu erzeugen, die für die Erzeugung von stereoskopischen Bildern oder für die topographische Analyse geeignet sind.

Erläuterung der Erfindung

Nach einem ersten Aspekt vorliegender Erfindung ist ein Verfahren zum Bestimmen der Höhendifferenz zwischen zwei Punkten in einer Oberfläche im Betrachtungsfeld eines Rastergerätes mit geladenen Teilchenstrahlen, gemessen in einer Richtung etwa parallel zum Strahl, wobei die Oberfläche zuerst mit der Strahlachse in einem Winkel und dann in einem anderen Winkel verlaufend abgetastet wird, um zwei Serien von elektrischen Signalen zu erzielen, die die Oberfläche für eine topographische Analyse und ferner eine Anzeige auf einer visuellen Anzeigevorrichtung beschreiben, wobei das angezeigte Bild, das der einen Serie von Signalen entspricht, visuell von dem Bild, das der anderen Serie von Signalen entspricht, unterscheidbar ist, und wobei die Schnittstelle der beiden Strahlachsen einer Bewegung der Brennebene folgt, die durch Einstellung des Brennpunktes verursacht wird, und bei dem eine geeichte Steuervorrichtung zur Einstellung der Position der Brennebene vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß
(1) die Steuervorrichtung so eingestellt wird, daß sie die Brennebene relativ zur Oberfläche verschiebt, und die beiden Bilder des einen Punktes in der Sichtanzeige beobachtet werden, während die Steuervorrichtung eingestellt wird, bis die Verschiebung der beiden Bilder des einen Punktes ein Minimum wird, wobei in dieser Position die Brennebene mit der Oberfläche der unmittelbaren Nach barschaft des einen Punktes zusammenfällt,
(2) Schritt (1) wiederholt wird, während die Konzentration auf den anderen Punkt gerichtet ist, und
(3) die Differenz zwischen den geeichten Werten der Steuervorrichtung an den beiden Punkten der Brennebene und die Oberflächen-Koinzidenz festgestellt wird.
Unter "Höhe" wird dabei der rechtwinklige Abstand zwischen den beiden Bereichen der die beiden Punkte enthaltenden Oberfläche verstanden. Im Falle eines Abtast- Elektronenmikroskops ist die Säule im allgemeinen rechtwinklig; in diesem Fall entspricht der Abstand tatsächlich der Höhe des einen Punktes relativ zum anderen.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Erzeugen eines elektrischen Signales, das die Topographie einer Obefläche beschreibt, die ein Rastergerät mit geladenen Teilchenstrahlen verwendet, das in der Lage ist, zwei Serien von elektrischen Signalen zu erzeugen, von denen eine durch Abtasten der Oberfläche mit einem Strahl, dessen Achse in einem Winkel zur Oberfläche des Prüfobjektes verläuft, und die andere Serie durch Abtasten des gleichen Prüfobjektes mit in einem unterschiedlichen Winkel zur Oberfläche gekippter Strahlachse erhalten wird, und be der die Schnittstelle der beiden Achsen der geladenen Teilchenstrahlen der Brennebene foigt, wenn der Brennpunkt sich ändert, und bei der die Videosignale aus den beiden Serien von elektrischen Signalen erhalten werden, sowie eine Vorrichtung vorgesehen ist, die die Einstellung der Position der Brennebene bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß
(1) die auf diese Weise erzielten beiden Videosignale korreliert werden und ein Korrelationssignal abgeleitet wird, dessen Wert für jeden Punkt in der Oberfläche die offensichtliche Verschiebung der Position dieses Punktes zwischen den normalen und den gekippten Strahlabtastungen anzeigt, und
(2) das Korrelationssignal als elektrische Beschreibung der Topographie der abgetasteten Oberfläche verarbeitet wird.
Das Korrelationssignal kann relativ zu einem Bezugswert durch das Kombinieren mit einem Offset-Signal normiert werden.
Wenn die Oberflächen-Topographie gut definiert ist, aber nur eine geringe Änderung in der Höhe vorliegt, wird dieses Signal eine Annäherung an die Oberflächentopographie darstellen.
Die Erfindung betrififferner ein Rastergerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, das in der Lage ist, zwei Serien von elektrischen Signalen zu erzeugen, und das gekennzeichnet ist durch eine Strahlformungsanordnung zur Abtastung einer Oberfläche mit einem Strahl, dessen Achse zuerst in einem Winkel zur Oberfläche verläuft, um eine Serie von Signalen zu erzielen, und dessen Achse dann in einem unterschiedlichen Winkel zur Oberfläche gekippt wird, um die andere Serie von Signalen zu erzielen, eine Sichtanzeigevorrichtung, z.B. einen TV-Monitor, zur sichtbaren Darstellung zweier Videosignale, die in an sich bekannter Weise aus den beiden Serien von Signalen erhalten werden, wobei das in der Sichtanzeigevorrichtung erzeugte Bild, das durch das eine Signal erzeugt wird, visuell von dem durch das andere Signal erzeugten Bild trennbar ist, wobei ferner der Schnittpunkt der beiden Achsen des Strahles der Brennebene folgt, wenn der Brennpunkt geändert wird, und eine geeichte Brennebenen- Einstellvorrichtung zur Erzielung einer Tiefenmessung als direkte Ablesung zwischen zwei unterschiedlichen Punkten im Prüfobjekt, von denen einer um einen unterschiedlichen Betrag von der Strahlformungsanordnung versetzt ist als der andere, indem die Position der Brennebene des Strahles so eingestellt wird, daß sie zuerst mit dem einen und dann mit dem anderen der beiden Punkte zusammenfällt, und indem aus der Eichung der Abstand oder die Tiefe zwischen den beiden Punkten, in jedem Fall die Position der Koinzidenz der Brennebene bestimmt wird, und der entsprechende Punkt durch Einstellung der geeichten Brennebenen-Einstellvorrichtung bestimmt wird, damit die beiden visuell trennbaren Bilder des Punktes in der Sichtanzeige zusammengeführt werden.
Ein Vorteil vorliegender Erfindung ist darin zu sehen, daß dadurch, daß keine Ablenkspule hinter der Linse verwendet werden, die Kippachse der Bewegung der Brennebene folgt, d.h., der Schnittpunkt der beiden Strahlen stets in der Brennebene liegt.
Weitere Merkmale und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert:
Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines herkömmlichen Raster-Elektronenmikroskops,
Fig. 2 zeigt ein modifiziertes Raster-Elektronenmikroskop nach der Erfindung,
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild eines Raster-Elektronenmikroskop-Systems, das in der Lage ist, Objekte stereoskopisch zu betrachten, indem Signale aus einem Raster-Elektronenmikroskop (SEM) nach Fig. 2 aufgenommen und verarbeitet werden,
Fig. 4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Realisierung eines Teils des Systems nach Fig. 3,
Fig. 5 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform des gleichen Teiles des Systems nach Fig. 3,
Fig. 6 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform dieses Teiles des Systems nach Fig. 3,
Fig. 7 stellt schematisch dar, wie ein Kippstrahl-Raster-Elektronenmikroskop nach dem ersten Aspekt der Erfindung verwendet werden kann, um ein Maß für die Höhe eines Punktes eines Prüfobjektes relativ zu einem anderen darin vorhandenen Punkt zu erzielen,
Fig. 8 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines SEM-Systems, bei dem die Strahlachse kippbar ist, damit Objekte stereoskopisch betrachtet werden können, und bei dem eine Einstellung des Brennpunktes vorgenommen werden kann, um die Höhe unterschiedlicher Punkte im Objekt zu bestimmen,
Fig. 9 zeigt, wie die Beziehung zwischen einem schrittweise zunehmenden Abstand (Höhe) und einem Fokussierstrom hergeleitet werden kann,
Fig. 10 zeigt schematisch die Änderung der Sekundär-Elektronenintensität, wenn eine Oberflächen-Erhebung eine Prüfobjektes unter Verwendung von Strahlen mit normaler und gekippter Achse abgetastet wird,
Fig. 11 zeigt ein System, bei dem es möglich ist, topographische (Höhen-) Messungen selbsttätig vorzunehmen,
Figuren 12a und 12b zeigen das Prinzip der Darstellung nach Fig. 10 genauer,
Fig. 13 zeigt das normale und das gekippte Auftreffen in einem SEM,
Fig. 14 zeigt die Bilder, die (a) bei normalem Auftreffen und (b) bei gekipptem Auftreffen erhalten werden,
Fig. 15 ist eine Liniendarstellung eines Mikrographen einer Metallspur mit einem Durchgangsloch, und
Figuren 16a und 16b zeigen die abgetastete Intensitätsänderung längs der Linie A-A der Fig. 14 für den Brennpunkt am Boden und am oberen Ende des Durchgangsloches.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt ein herkömmliches Raster-Elektronenmikroskop mit Strahlachsen-Kippspulen, die im Bereich der Endlinse angeordnet sind. Eine Elektronenstahlerzeugeranordnung ist mit 10 bezeichnet, die Strahlerzeugungs-Ausrichtspulen sind mit 12 dargestellt, und die Abtast-Auslenk- und Bildverschiebe-Spulen sind mit 14 und 16 bezeichnet. Eine PMT 18 zeigt eine Sekundärelektronen-Emission aus einem Prüfobjekt 20 an. In bekannter Weise verschieben Signale, die den Bildverschiebespulen 21 aufgegeben werden, die Achse des Elektronenstrahles von einem Bildwechsel zum anderen, um eine stereoskopische Betrachtung des Prüfobjektes zu ermöglichen.
In Fig. 2 ist das Prinzip der Erfindung dargestellt, bei dem ein Verschiebesignal den Strömen hinzuaddiert wird, die in die Strahlerzeugungs-Ausrichtspulen 12 eingespeist werden, und ein komplementäres Abweichungs-Signal wird den Verschiebespulen 14, 16 aufgegeben, um den Elektronenstrahl zurückzuführen, damit er durch den Brennpunkt geht. Die fest ausgezogene Linie 22 zeigt den nicht abgelenkten Strahl und die Linie 24 den Pfad des Strahls aufgrund der Verschiebung und Versetzung, die durch die Spulen 12, 14 und 16 eingeführt wird.
In Fig. 3 ist ein SEM-System dargestellt, bei dem die Säule 26 mit Steuerströmen in bekannter Weise aus einem Steuerzentrum 28 gespeist wird und der Sekundärelektronen- Emissionsstrom als ein Videosignal an ein Signalverarbeitungssystem 30 gegeben wird. Das System weist einen Analog-Digital-Wandler 32 und einen Präprozessor 34 auf, mit dessen Hilfe unterschiedliche, zeitbezogene Teile des Signales eine Versetzung erfahren, um eine rote oder grüne Modulationsamplitude zu haben. Diese Signale werden in ein rekursives Standard-Filter eingespeist, das einen Einzel-Bildwechsel-Speicher 36 mit Rückkopplungsschleife und Eingangs- und Rückkopplungs-Vervielfachungsstufen 38 und 40 aufweist. Der Ausgang für das Filter wird in Verbindung mit einem Signalwandler 42 verwendet, der einen Speicher enthält, der als eine RGB-Nachschlagetabelle ausgebildet ist, um entweder R-, G- oder B- Signale zur Einspeisung in einen Farbmonitor 44 zu erzeugen. Die digitalen Signale aus dem Filter und/oder dem Wandler 42 können in einen Computer 46 eingespeist werden.
Der Präprozessor 34 kann auf verschiedene Weise betrieben werden, typischerweise jedoch werden, wie dargestellt, abwechselnde Leiter als R- und G-Signale im Bildspeicher 36 zur Sichtanzeige unter Verwendung eines Standard-Zeilensprungs zwischen einem Bild und dem nächsten dargestellt, wobei jedes Bild aus der Hälfte der Leiter besteht, die die volle Bild-Abtastung ergeben.
In Fig. 4 sind die eigentlichen Schritte der Vorverarbeitung zur Erzielung des Standard- Zeilensprunges dargestellt. Das ankommende Videosignal auf der Leitung 48 nach Fig. 3 wird zuerst gedämpft, damit die Amplitudenausschläge um einen Faktor 2 im durch zwei teilenden Netzwerk 50 reduziert werden. Dieses im Dynamikbereich reduzierte Signal wird dann in ein digitales Signal mit sieben Bits durch einen Analog-Digital- Wandler 52 umgewandelt. Bildwechsel-Synchronisierimpulse 54 werden verwendet, um ein Binärsignal am Ende einer jeden Bild-Abtastperiode umzuschalten, und der so erhaltene Wert 1 oder 0 wird als ein achtes Bit mit dem aus sieben Bits bestehenden Signal kombiniert, um ein digitales Signal mit acht Bits zu erzeugen. Durch Festlegen, daß alle Werte unterhalb 128 beispielsweise einen grünen Farbwert mit sich ändernder Helligkeit (abhängig von dem tatsächlichen Wert) ergeben, und daß alle Werte über 128 einen roten Farbwert (ebenfalls mit sich ändernder Helligkeit, abhängig von dem tatsächlichen Wert) ergeben, wenn das achte Bit während des n-ten Bildwechsels vorhanden ist, erscheint das dargestellte Bild in rot, und wenn das achte Bit während des (n+ 1) ten Bildwechsels fehlt, erscheint das dargestellte Bild in grün. Durch Wechseln des Vorhandensein des achten Bits zwischen Bildwechsel-Abtastungen werden die beiden roten und grünen Sichtanzeigen erzeugt, die, wenn sie durch entsprechende rote und grüne Brillengläser betrachtet werden, den Betrachter in die Lage versetzen, das angezeigte Bild stereoskopisch zu sehen.
Der übrige Teil der Schaltung nach Fig. 4 ist im wesentlichen wie in Fig. 3 gezeigt, und es sind zur Bezeichnung gleicher Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet worden.
Fig. 5 zeigt, wie durch Vergrößern der Geschwindigkeit, mit der das digitalisierte Videosignal umgewandelt wird, rote und grüne Bildelemente erzeugt werden, so daß das Flackern (das bei normalen TV-Abtastgeschwindigkeiten auftritt, wenn die Schaltung nach Fig. 4 verwendet wird) reduziert oder eliminiert werden kann, wenn die Bilder dargestellt werden.
In Fig. 5 werden die Bildwechsel-Synchronisierimpulse 54 (mit der Frequenz F) nach Fig. 4 in einen Frequenzteiler 55 eingespeist, so daß sie Impulse mit einer Frequenz von F/2 erzeugen. Diese werden verwendet, um den Wert eines Binärsignales wie vorher umzuschalten; dieses Mal ändert sich jedoch der Wert von 1 nach 0 (und umgekehrt) am Ende einer jeden zweiten Bildwechsel-Abtastperiode. Die endgültige Sichtanzeige wird in ein Schachbrettmuster mit abwechselnden Quadraten unter Verwendung eines 2:1 Multiplexers unterteilt, um die ankommenden Signale aus dem Multiplexer 40 und die erneut in Umlauf gesetzten Signale aus dem Bild-Speicher 36 vom zweiten Multiplexer 38 zu kombinieren und zu leiten.
Die Multiplexervorrichtung weist als einen ihrer Eingänge ein Signal aus einem Schachbrett-Generator 56 auf, der selbst durch einen ersten Zähler (nicht dargestellt), welcher die numerischen Werte der Pixel längs einer jeden Abtastlinie liefert, und einen zweiten Zähler (nicht dargestellt), der den numerischen Wert einer jeden Abtastlinie liefert, angetrieben wird. Ein Umschaltsignal F entsprechend dem Signal mit halber Bildwechselrate, das, wie vorstehend beschrieben, das achte Bit in dem Signal mit acht Bits steuert, wird ebenfalls dem Vervielfacher 40 zugeführt.
Der Generator 56 arbeitet so, daß digitale Videosignalwerte, die entstehen, wenn die Abtaststrahlachse in einem Winkel steht, in Feldern gespeichert werden, die als "weiße" Quadrate in dem schachbrettartigen Schema dargestellt sind, und die digitalen Werte, die entstehen, wenn die Abtaststrahlachse im anderen Winkel steht, in Feldern gespeichert werden, die als "schwarze" Quadrate des schachbrettartigen Schemas dargestellt sind.
Dieser Vorgang reduziert die Flackerkomponente in der endgültigen Sichtanzeige.
Fig. 6 zeigt, wie sogar eine höhere Auflösung in der End-Sichtanzeige dadurch möglich ist, daß zwei volle Bildspeicher und ein Umschaltsignal 58 (entsprechend einer Hälfte der Bildwechsel-Synchronisierimpuls-Rate) verwendet werden, wodurch ein 2:1 Multiplexer 60 im Eingang zum ersten Bildspeicher 62 während der ersten beiden Bildwechsel-Abtastperioden aktiviert wird, und ein binärer Inverter 64 den anderen 2:1 Multiplexer 66 während des nächsten Paares von Bildwechsel-Abtastperioden beaufschlagt. Durch Synchronisieren (in an sich bekannter Weise) des Kippvorganges der SEM- Strahlachse mit den aufeinanderfolgenden Paaren von Bildwechsel-Abtastungen entsprechen die digitalen Signale im Speicher 62 alle einem Kippwinkel, und die im Speicher 68 dem anderen Kippwinkel. Der Ausgang aus 62 erzeugt somit beispielsweise die Steuersignale roter Farbe (und der Ausgang aus 68 die grüner Farbe) für eine Sichtanzeige auf einer Kathodenstrahlröhre oder dgl., die, wie vorher, mit Hilfe von roten und grünen Brillengläsern betrachtet wird.
Das Strahlkippsystem, das in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben wurde, stellt sicher, daß der Strahl um einen Punkt, der in der Brennebene positioniert ist, kippt. Ein beliebiger Punkt in einem so abgetasteten Prüfobjekt kann als "über" oder "unter" dieser Ebene aufgrund der Bild-"Verschiebungen" entsprechend der Aufnahme des gekippten Strahles mit der Fläche bestimmt werden. Dies ergibt sich in Verbindung mit Fig. 7, in der 70 eine Linie darstellt, die die Oberflächentopographie eines Prüfobjektes definiert, wenn sie im Querschnitt betachtet wird, 72 die Position der Brennebene, und 74, 76 die beiden Achsen des gekippten Strahles bezeichnen, die in drei verschiedenen Positionen längs eines Abtastlinienverlaufes der Schnittlinie 70 gezeigt sind. Wenn die Konvergenzstelle mit der Oberfläche übereinstimmt, wie z.B. bei B, fallen das "rote" und "grüne" Bild dieser Stelle zu einem Punkt zusammen. Wenn die Oberflächenpegel "unterhalb" der Brennebene 72 (z.B. a', a") und "über" der Brennebene 72 (z.B. c', c") liegen, fallen die roten und die grünen Bilder nicht zusammen. Wenn 74 das rote Bild und 76 das grüne Bild bestimmt, erscheint "unterhalb" der Ebene 72 das grüne Bild links von dem roten und "über" der Ebene 72 das grüne Bild rechts von dem roten.
Ist die Auflösung eines nicht modifizierten gekippten Strahls SEM ausreichend, können die roten und grünen Signale in herkömmlicher Weise erhalten werden. Wenn jedoch die unterschiedlichen Höhen aufgrund der Topographie der Oberfläche des Prüfobjektes sehr klein sind und eine hohe Verstärkung erforderlich ist, kann die in Verbindung mit den Figuren 3 - 6 beschriebene Modifikation mit Vorteil verwendet werden, da damit das Signal-Rausch-Verhältnis ganz entscheidend verstärkt werden kann, mit dem Ergebnis, daß wesentlich höhere Verstärkungen während der stereoskopischen Betrachtung von Prüfobjekten verwendet werden können, als dies bisher der Fall war.
Gleichgültig, welches System verwendet wird, wird die Topographie der Oberfläche des Prüfobjektes durch Ränder manifestiert, wo die Oberfläche des Prüfobjektes nicht in der Brennebene liegt. Es ist somit möglich, unmittelbar aus der stereoskopischen Sichtanzeige zu erkennen, ob ein bestimmtes Merkmal in der Oberfläche des Prüfobjektes im Brennpunkt vorhanden ist oder nicht, und abhängig von den relativen Positionen der "grünen" und "roten" Ränder, ob das Merkmal sich unterhalb oder oberhalb der Brennebene befindet.
Fig. 8 zeigt, wie die Topographie unter Verwendung einer geeichten "Brennpunkt"- Steuerung eines kippenden Strahles SEM abgebildet werden kann. Betrachtet man Fig. 3, schließt das System ein rekursives Filter ein, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern. Dies ist jedoch für geringere Verstärkungen nicht entscheidend, und es ist zu berücksichtigen, daß das SE-Signal aus dem SEM einem beliebigen geeigneten Abbildungssystem zugeführt werden kann, das in der Lage ist, zwei Signale als visuell trennbare Bilder in einer Sichtanzeige darzustellen.
In Fig. 8 wird der Fokussierstrom If für die Fokussierlinse 80 aus einer von Hand betätigbaren Brennpunkt-Stromsteuerung 82 und aus einem Digital/Analog-Wandler 84 abgeleitet. Ein Analog/Digital-Wandler 86 wandelt den Stromwert, der durch die Steuerung 82 eingestellt wird, in einen digitalen Wert um und dient als ein Eingang für einen Computer 88, der auch für ein fein fokussierendes Stromsteuersignal aus einer Feinfokussier-Steuerung 90 aufnahmefähig ist, und erzeugt daraus den Korrelationsstrom dIf über den D/A-Wandler 84 und einen numerischen Höhenwert zur Sichtanzeige in einer digitalen Auslesung 92 als eine Funktion des Wertes des Fokussierstromes und des Korrelationsstromes dIf.
Um das System zu benutzen, wird das SEM unter Verwendung der Steuerungen 82 und 90 fokussiert, bis ein Punkt auf der Oberfläche des Prüfobjektes (z.B. der Boden einer Vertiefung in der Oberfläche) im Brennpunkt in der Sichtanzeige erscheint. Der numerische Wert in der Sichtanzeige 92 wird dann auf Null gesetzt, indem beispiels-weise ein Offset-Signal oder dgl. in den Computer 88 eingeführt wird. Die Feinbrennpunkt- Steuerung 90 wird dann eingestellt, bis ein zweiter Punkt auf der Oberfläche (z.B. im Oberflächenbereich, der die Vertiefung umgibt) in den Brennpunkt gebracht ist. Der numerische Wert, der nunmehr durch die Sichtanzeige 92 dargestellt wird, ist ein Maß für die Höhe des einen Punktes (d.h. am Boden der Vertiefung) relativ zu dem anderen Punkt (an der Oberseite der Vertiefung). Der Computer kann so programmiert werden, daß er aus einer anderen Information, z.B. u.a. der Verstärkung des SEM, einen Maßstabsfaktor bestimmt, der der Information vor der Sichtanzeige bei 92 aufgegeben werden kann, so daß der gezeigte Wert der tatsächlichen Höhendimension (z.B. in Mikron- oder Angström-Einheiten) zwischen den beiden Punkten entspricht. Alternativ kann der Skalenfaktor getrennt als ein numerischer Wert zur Anzeige gebracht werden, damit eine Bedienungsperson in die Lage versetzt wird, daraus und aus dem numerischen Wert in der Sichtanzeige 92 die tatsächliche Höhendimension, wie vorher erwähnt, zu berechnen.
Bei diesem System ist es wichtig, daß der Bedienungsperson eine klare und relativ rauschfreie Sichtanzeige zur Verfügung gestellt wird, um sicherzustellen, daß die Positionen des Brennpunktes exakt bestimmt werden. Hierzu soll ein System verwendet werden, das eine Kombination aus den Figuren 3 und 6 darstellt.
Fig. 9 zeigt, wie eine Beziehung zwischen dem Fokussierstrom If und der Position des Brennpunktes eines Elektronenstrahles in einem Kippstrahl SEM aufgebaut werden kann.
Der Abstand D ist eine Funktion sowohl von If als auch dem Strahlpotential. Wenn die Strahlerzeugungs-Spannung konstant ist, vereinfacht sich die Beziehung auf D = f(If),
wobei D = der Abstand der Brennebene von der Endlinse, und
If = der Strom der Endlinse zur Erzielung des Brennpunktes bei D ist.
Die Differenzierung ergibt:
dD/dIf = f'(If).
Wenn dD sehr klein ist, gilt die vereinfachte Darstellung
dD = dIf. f'(If)
und da f'(If) im wesentlichen für kleine Änderungen in If konstant ist, ergibt sich, daß
dD = K. dIf (für konstante Strahlspannung)
wobei dD = die Zuwachsänderung in der Höhe, und
dIf = die Zuwachsänderung von If ist, die erforderlich ist, um die dD- Änderung im Brennpunkt zu erzielen.
Dieses System kann automatisiert werden, um ein Signal in die Lage zu versetzen, die Topographie längs einer Linie oder einer zu erzielenden Oberfläche zu beschreiben; um das Verständnis dieses Vorganges und das Erreichen dieses Vorganges zu unterstützen, wird auf Fig. 10 bezug genommen. Hier sind die Aufsicht auf und ein Querschnitt durch ein Prüfobjekt in Fig. 10(a) und Fig. 10(b) dargestellt, und die resultierende SE-Intensität ist graphisch in Fig. 10(c) gezeigt.
Die Prüfobjekt-Oberfläche, die in Fig. 10(a) und Fig. 10(b) dargestellt ist, hat eine Erhebung oder einen Kamm mit einer "flachen" oberen Fläche 100, zwei steil geneigte Seiten 102, 104, und eine untere "flache" Oberfläche 106, 108 am Fuß einer jeden Seite.
Die SE-Intensität, die detektiert wird, wenn ein gekippter Strahl längs der Linie 110 abtastet, wobei die Brennebene auf den Pegel der Oberseite 100 gesetzt ist, ist durch die gestrichelte Linie 112 dargestellt.
Die SE-Intensität, die detektiert wird, wenn ein gekippter Strahl längs der Abtastlinie abtastet, wobei dieses Mal die Brennebene auf den Pegel der unteren Oberfläche (106, 108) eingestellt ist, ist durch die strichpunktiert dargestellte Linie 114 gezeigt.
Schließlich ist die SE-Intensität, die detektiert wird, wenn ein "normaler" Strahl längs der Abtastlinie abtastet, durch die fest ausgezogene Linie 116 dargestellt.
Wenn der Brennpunkt dynamisch eingestellt werden kann, so daß der Schwenkpunkt der Kippachsen (d.h. der Brennpunkt) der Spur der Oberflächen-Topographie während einer jeden solchen Abtastung folgt, fällt das Bild, bedingt durch den Strahl mit gekippter Achse mit dem Bild zusammen, das durch den "normalen" Auftreffstrahl bestimmt ist. Dies ergibt ein Kriterium dafür, daß eine "beste Profilanpassung" durch einen Korrelationsvorgang zwischen Signalen bestimmt wird, die während zweier Abtastungen erhalten werden. Eine schrittweise Korrelationsmethode wird bevorzugt und wird nachstehend beschrieben.
Ein Refokussieren folgt der Topographie der Oberfläche, und da kleine Änderungen im Brennpunkt proportional Änderungen in der Endlinsen-Erregung sind, ist es möglich (wie bereits gezeigt), Brennpunkt-Positionsänderungen, z.B. eine Änderung im Fokussiersignal (typischerweise einen elektrischen Strom) aufzutragen.
Ein System zur Erzielung der selbsttätigen topographischen Verfolgung ist in Fig. 11 gezeigt.
In dieser Fig. 11 wird ein Prüfobjekt 120 nacheinander durch einen normalen Auftreffstrahl 122 und einen gekippten Strahl 124 abgetastet und der SE-Strom durch einen Detektor 126 in bekannter Weise detektiert. Dieser Strom wird durch 128 verstärkt und durch die ADC 130 digital isiert, und kann zwischen dem Verstärker 128 und der ADC 130 durch eine Verarbeitungsschaltung (nicht gezeigt) gegattert und verarbeitet werden. Ein Haupt-Steuercomputer 132 steuert den Fokussierstrom If (über den DAC 134 und den Verstärker 136) und den Kippwinkel A des gekippten Strahles, und erfaßt die Intensitätsdaten aus der ADC 130.
Durch Änderung der Position der Brennebene (d.h. des Punktes, in welchem die normale und die gekippte Strahlachse einander schneiden) zwischen normalen und gekippten Strahlabtastungen kann die Position eines Merkmals so vorgenommen werden, daß sie in beiden Abtastungen gleich erscheint. Dies ist der Fall, wenn die Brennebene das Merkmal schneidet. Folgt die Fokussierung der Oberflächentopographie, besteht eine gute Korrelation zwischen den Signalen, die durch die normale und die gekippte Abtastung erzeugt werden, und der Computer 132 kann so programmiert werden, daß er nach einer optimalen Korrelation der Signale, die sich aus dieser Abtastung ergeben, sucht.
Eine einfache Messung der auftretenden Verschiebung in der Position eines Merkmals in einem Bild, das sich aus einer gekippten Abtastung und einer normalen Abtastung ergibt, führt zu einer Annäherung der relativen Höhe des Merkmals, gemessen von der Brennebene oder der Kippebene. Infolgedessen kann ein ganzes Prüfobjektprofil dadurch bestimmt werden, daß dieser Vorgang für jedes auflösbare Pixel im Bild wiederholt wird. Während ein individueller Bildpunkt in einem Bild nur wenig Informationen enthält, um eine Lokalisierung des entsprechenden Punktes in dem Kippbild zu unterstützen, können Merkmale zweckmäßigerweise durch konventionelle Querkorrelations- Techniken angepaßt werden, vorausgesetzt, daß keine versteckten Ansichten vorliegen, d.h., daß keine Merkmale vorhanden sind, die vollständig verschwinden, wenn der Strahl gekippt oder in der normalen Position ist, und daß Merkmale in dem Bild vorhanden sind, mit denen begonnen wird.
Notwendigerweise bedingt die Bild-Querkorrelation die Anpassung von endlichen Bereichen zwischen zwei Bildern und eine Bildstörung, die sich aus sich ändernder Topographie ergibt, setzt eine Begrenzung in bezug auf die Größe des Korrelationsfensters, das das zu einem bestimmten Zeitpunkt betrachtete Merkmal umschließt, konträr zu der Zuverlässigkeit der Merkmalsanpassung. Eine Verbesserung der Schätzung von relativen Höhen aus der Bildverschiebeinformation wird erhalten, wenn die Daten verwendet werden, um den Strahl während aufeinanderfolgender Schritte der Bilderfassung zu fokussieren (und damit die Spurhaltung der Kippachsenhöhe zu modifizieren). Der gesamte Vorgang kann wiederholt werden, bis das Signal, das die Restbildverschiebung angibt, auf einen gewünschten Pegel gefallen ist. Somit konvergiert die Brenn- oder Kippebene auf dem tatsächlichen Profil, das in einem geschlossenen System abgetastet wird.
Die Einrichtung nach Fig. 11 weist als Teil des Computers einen Bildwechselspeicher für das digitale Bild auf, wie er von der Firma Gems of Cambridge Limited hergestellt wird, und der Computer selbst kann ein microVAX (eingetragenes Warenzeichen) Computer sein. Wie in Fig. 11 dargestellt, liefert letzterer Computer zweckmäßigerweise die Strahlkippsteuerung und die Brennpunktversetzung zum Abtast-Elektronenmikroskop über eine Digital/Analog-Wandlerstufe, z.B. eine 12 Bit DAC.
Während die Brennpunktversetzung typischerweise den Endlinsen mit ihrer eingeprägten Langzeitkonstanten (typischerweise 100 Millisekunden) aufgegeben wird, kann der gleiche Effekt durch elektrostatische oder elektromagnetische Fokussierelemente erzielt werden, um eine dynamische Fokussierung bei TV-Raten (10 MHz) oder schneller, wenn dies erforderlich ist, zu erreichen, wenn der Antrieb durch entsprechende Hardware vorgenommen wird. Die Bildgewinnung kann dann in dem Zeitraster durchgeführt werden, der für das rekursive Filtern oder Mitteln des Bildes auf das gewünschte Signal-Rausch-Verhältn is erforderlich ist.
Im Betrieb kann das SEM so eingestellt werden, daß es bei normalem Einfall abtastet, und das SE-Intensitätssignal wird als Bezugswert gespeichert. Die Strahlachse wird dann um einen bekannten kleinen Winkel (A) gekippt; wird der Linsenerregungsstrom so eingestellt, daß er die Brennebene etwas unterhalb der unteren Oberfläche 106 (der Fig. 10(b)) positioniert, wird ein erstes Test-SE-Signal erzeugt und Differenzen zwischen diesem und dem Bezugswert werden für jeden Punkt der Abtastung berechnet sowie diese Differenzen gespeichert.
Die Prüfobjekt-Topographie ist in Fig. 12(a) dargestellt.
Fig. 12(b) zeigt, was mit dem SE-Signal während einer Abtastung geschieht, deutlicher als Fig. 10, da nur das normale (Bezugs-) SE-Bild und das erste (gekippte Test-) SE-Biid mit 120, 122 dargestellt sind. Die diese erzeugende Prüfobjekt-Topographie ist in Fig. 12(a) gezeigt.
Bei einem bevorzugten Betriebsverfahren, das weiter unten näher beschrieben wird, kann eine Schätz-Funktion, die dD mit dx und A (Kippwinkel) verbindet, benutzt werden, um eine erste Schätzung der Werte von dD (und damit die Korrekturströme, die an unterschiedlichen Stellen längs der Linie erforderlich sind) zu bestimmen, damit die Position der Brennebene so verändert wird, daß sie der Linie 120 näher folgt.
Jeder Satz von laufenden Korrekturwerten, der auf diese Weise erhalten wird, kann während aufeinanderfolgender Abtastungen gespeichert und benutzt werden, um den Brennpunkt des SEM während nachfolgender Abtastungen dynamisch zu ändern, und es werden weitere laufende Korrekturwerte unter Verwendung der Schätz-Funktion während einer jeden nachfolgenden Abtastung erzielt. Während einer jeden Abtastung werden die berechneten dD-Werte mit den vorausgehenden und dem besten Wert für dIf verglichen, der der Reihe nach für jeden Punkt (aus den Werten von dx) bestimmt wird, bis keine entscheidende Änderung mehr zwischen den berechneten Werten für dIf und denen, die aus der vorhergehenden Abtastung gespeichert werden, festgestellt wird. Bei dieser Stufe kann angenommen werden, daß die gespeicherten Werte von dIf den Korrekturen entsprechen, die für den Fokussierstrom erforderlich sind, damit er der Topographie der Oberfläche folgt, und durch Verwendung der Beziehung zwischen dIf und dD ist es möglich, die Höhe aller Punkte längs der Linie, die das Merkmal einschließt, aufzutragen.
Es ist unter Umständen nicht möglich, eine exakte Anpassung zwischen den gespeicherten und den neu entstehenden Werten von dIf zu erzielen, und es kann entweder die Bedingung der Identität als dann gegeben definiert werden, wenn der Differenzwert kleiner als ein gegebener minimaler Wert ist, oder z.B., wenn nach N Versuchen keine nennenswerte Abnahme zwischen gespeicherten und neu entstehenden dIf-Werten detektiert werden kann.
Üblicherweise ist es notwendig, elektronisch den Bereich des Prüfobjektes, der topographisch abgebildet werden soll, zu definieren. Dies kann dadurch geschehen, daß ein elektronisches Akzeptanz-Fenster definiert wird, und daß aus der Betrachtung alle SE- Signale, die außerhalb des Fensters entstehen, eliminiert werden.
Fig. 13 zeigt das Prinzip, das gilt, wenn die Brennebene PP' auch die Position des Schwenkpunktes der Kippstrahlen anzeigt. Alle Punkte oberhalb oder unterhalb der Brenn-(Schwenk-) Ebene erfahren Verschiebungen in der Bildposition (relativ zu dem Bild, das bei normalem Auftreffen erhalten wird), wenn der Strahl gekippt wird. Dies erscheint als Farbränder in einem zusammengesetzten stereoskopischen Bild, das aus zwei Bildern unterschiedlicher Farbe besteht.
Die Figuren 14(a) und 14(b) zeigen, was in den Bildern zu sehen ist, die aus der Abtastung des Merkmals 130 des Prüfobjektes der Fig. 13 reproduziert wird (unter der Annahme, daß es sich um eine elliptische Form, von oben gesehen, handelt. Fig. 14(b) zeigt deutlich die Verschiebung, die durch Kippen der Strahlachse erzeugt wird.
Fig. 15 zeigt eine Metallspur 132 einer integrierten Schaltung mit einem Durchgangsloch 134, das von einer Abtastlinie A-A' durchquert wird.
Fig. 16(a) zeigt die CRT-Lininzüge der beiden entgegengesetzt gekippten Strahlen, die längs der Linie A-A' mit dem Brennpunkt am Boden der Loches 134, und in Fig. 16(b) auf der Oberseite des Loches 134 abtasten. Eine Koinzidenz des Bildes demonstriert, wo der Brennpunkt erreicht wird. Eine dynamische Einstellung des Fokussierstromes If ermöglicht, daß eine Koinzidenz an allen Punkten auf den Kurven erreicht wird.
Obgleich nicht gezeigt, kann eine nichtlineare Eingabe/Ausgabe-Charakteristik- Signalverarbeitungsvorrichtung vorgesehen sein, die das zuletzt erzeugte Brennpunkt- Steuersignal verarbeitet, um letzteres in eine genauere Darstellung der Höhenänderung in der Oberfläche umzuwandeln. Alternativ kann ein "Nachschlage-Tabellen"- Umwandler vorgesehen sein.
Während Bezug auf die visuelle Trennung der beiden Bilder unter Verwendung von Farbe gemacht worden ist, ist festzustellen, daß die Erfindung nicht auf die stereoskopische Präsentation der beiden Videosignale durch Verwendung unterschiedlicher Farben beschränkt ist, und daß stattdessen der dreidimensionale Monitor verwendet werden kann, der kürzlich von Tektronix Ltd. entwickelt worden ist, bei dem zwei unterschiedliche Bilder jeweils in voller Farbe auf dem gleichen Schirm mit einer visuellen Trennung unter Verwendung von unterschiedlich polarisiertem Licht zur Anzeige gebracht werden können.
Das vorstehend beschriebene Verfahren kann für alle Punkte einer Oberfläche wiederholt werden, so daß eine elektrische Beschreibung der Topographie einer gesamten Oberfläche erhalten werden kann.
Eine Zerlegung der verschiedenen Schritte in dem automatisierten Verfahren ermöglicht eine detailliertere Analyse der Abtastung und der Erzeugung der topographischen Beschreibung, die präsentiert werden soll. Damit gilt:

Bilderfassung

Bei der ersten Schätzung der Topographie für eine Einzellinie werden zwei Bilder f&sub1; und g&sub1; entsprechend dem Prüfobjekt erfaßt und gespeichert, das durch einen normalen und einen gekippten Strahl abgetastet wird. Der Brennpunkt wird zu Beginn irgendwo in der Nähe des Prüfobjektes fixiert. Die Topographie wird als relative Höhenabstände von dieser Brennebene ausgedrückt.

Schätzung der Bildverschiebungen

Ein Akzeptanzfenster mit der Länge w und der Höhe b wird für jedes Bild definiert. Wenn das Fenster im ersten Bild als auf den Punkt n zentriert angesehen wird, können die Punkte, die durch das Fenster im ersten Bild definiert sind, allgemein durch den Ausdruck f&sub1;, n (i, j) beschrieben werden.
In ähnlicher Weise kann ein Fenster von Punkten im zweiten Bild allgemein durch den Ausdruck g&sub1;, m (i, j) beschrieben werden, wobei das Fenster an einem Punkt m zentriert ist.
In jedem Fall liegt j zwischen -b/2 und b/2 und i liegt entweder zwischen (n-w/2) und (n+w/2) oder (m-w/2) und (m+w/2).
Eine Korrelation wie zwischen dem Bildgehalt an der Stelle n im f&sub1;n(i, j) Fenster, und der Bildgehalt an der Stelle m im g&sub1;m(i, j) Fenster ist durch den Ausdruck gegeben
cn(m) = $[f&sub1;, n(i, j) .g&sub1; n (i, j) / (f&sub1;, n(i, j))²]
(wobei $ die Summe aller Werte des folgenden Ausdrucks für alle möglichen Werte von i und j für gegebene Werte von n und m bezeichnet).
Optische Korrelation wird angezeigt, wenn der Wert von Cn (m) ein Maximum ist.
Somit kann der Punkt p bestimmt werden, an dem die Korrelationsfunktion einen maximalen Wert hat, und die Verschiebung S&sub1; n zwischen den normalen und den gekippten Bildern ist gegeben durch (p-n)
d.h. S&sub1;n = (p - n)
(wobei n der Punkt ist, an welchem die maximale Korrelation erwartet wird, ausgenommen für den Effekt der Verschiebung aufgrund des gekippten Strahles).
Ein ähnliches Verschiebesignal kann für alle Werte von f&sub1; längs der Linie im normalen Bild erhalten werden.
Wenn es erforderlich ist, und wenn eine ausreichende Rechnerleistung gegeben ist, können in entsprechender Weise ähnliche Verschiebesignale für alle Werte von n längs einiger oder aller Linien, die die vollständige Abtastung der zu inspizierenden Oberfläche ausmachen, erhalten werden, so daß eine Gruppe von Verschiebesignalen erreicht wird, die die Verschiebung für einige oder alle Punkte in der Oberfläche beschreiben.

Umwandlung von Verschiebewerten in Höhenwerte

Die Höhe h&sub1;, n ist aufdie Verschiebung durch den Ausdruck bezogen:
h&sub1;, n = S&sub1;, n.A.D
wobei A = Kippwinkel
D = Größe eines Pixels.
Somit ist die "Höhe" der Oberfläche an der Stelle n gegeben durch das Produkt des Verschiebesignales für diesen Punkt multipliziert mit einer Konstanten K, wobei der Kippwinkel und die Pixelgröße als konstant angenommen werden können (K = A.D).

Iteration zur Verbesserung der Höhenschätzung

Die Schätzung der Höhe aus der einen Iteration wird verwendet, um den Brennpunkt an jedem Pixel auf nachfolgende Bild-Aquisitionen einzustellen. Die relätiven Bildverschiebungen werden wie oben bewertet, woraus eine neue Schätzung der Höhe abgeleitet wird, und diese wird für das dynamische Fokussieren während der nächsten Abtastung wiederholt verwendet.
Im allgemeinen Fall der k-ten Abtastung gilt:
hkn, = hk-1, n + Sk,n . A. S

Iterations-Konvergenz

Der Vorgang wird beendet, wenn der Restfehler ein vorher definiertes Fehler-Kriterium erfüllt. Es kann beispielsweise ein r.m.s. Fehlerkriterium verwendet werden.

Endgültige Schätzung

Die endgültige Schätzung der Topographie wird in der Gruppierung von Höhenwerten hk,n . (für alle Werte von für die ein Höhenwert berechnet wird) enthalten.

Erweiterung auf die Messung von relativen Höhen zwischen zwei Punkten

In diesem Fall kann die Abtastlinie auf die Fenstergröße w reduziert werden, die einen Punkt von Interesse definiert. Der Vorgang bleibt der gleiche, mit der Ausnahme, daß nur ein Punkt in dem normalen Bild betrachtet wird. Nachdem die Höhe des ersten Punktes erhalten worden ist (relativ zu einer Anfangshöhe der Brennebene), kann der Vorgang über einen zweiten interessierenden Punkt wiederholt werden. Die Höhendifferenz zwischen den beiden Punkten ist dann die Differenz der so erhaltenen relativen Höhen. Dies kann als Teilsatz des vorbeschriebenen Vorganges angesehen werden, wobei wesentlich weniger Rechenarbeit anfällt, da nur zwei Punkte von Interesse sind, im Gegensatz zu einer vollständigen Linie oder einer Bildwechsel-abtastung.

Zusammenfassung

Eine Abtaststrahleinrichtung ist in der Lage, zwei Ansichten einer Oberfläche zur stereoskopischen Betrachtung zur Anzeige zu bringen, wobei zwei Reihen von elektrischen Signalen durch Abtasten der Oberfläche mit einem normalen und dann gekippten Strahl gewonnen werden, ein abwechselndes Kippen des Strahles dadurch erzielt wird, daß während abwechselnder Abtastungen die Ströme, die in den Strahlerzeugungs- Ausrichtspulen (12) des SEM fließen, eingestellt werden, und gleichzeitig eine Versetzung in den Signalen eingeführt wird, die mindestens einem anderen Element (14 oder 16) in der Strahlformungs- und -fokussieranordnung aufgegeben werden, um der durch die Ausrichteinstellung eingeführten Verschiebung entgegenzuwirken. Die Versetzung stellt sicher, daß der Schnittpunkt der Strahlachsen der Brennebene folgt, wenn der Brennpunkt geändert wird. Die beiden Videosignale können zueinander in Beziehung gesetzt werden, damit ein Korrelationssignal erzeugt wird, dessen Wert für jeden Punkt in der Oberfläche die offensichtliche Verschiebung der Position dieses Punktes zwischen den normalen und den gekippten Strahlabtastungen anzeigt, damit ein Signal erzeugt wird, das der Oberflächen-Topographie entspricht. Das Korrelationssignal kann in ein Fokussier-Steuersignal umgewandelt werden und kann durch ein Verfahren aufeinanderfolgender Annäherungen verbessert werden. Wenn die Signale angezeigt werden sollen, können die beiden Serien von elektrischen Signalen einem Bildwechselspeicher (36) zugeführt werden, der eine Rückkopplungsschleife und eine Eingabe- Rückkopplungs-Vervielfachereinrichtung (38, 40), die ein rekursives Filter bildet, sowie einen Signalumwandler (42), mit einer R B G Nachschlagetabellen-Speichervorrichtung zur Erzeugung von R, G und B-Signalen für die Sichtanzeige durch einen Farbmonitor (44) aufweist.

Claims

1. Verfahren zum Bestimmen der Höhendifferenz zwischen zwei Punkten in einer Oberfläche im Betrachtungsfeld eines Rastergerätes mit geladenen Teilchenstrahlen, gemessen in einer Richtung etwa parallel zum Strahl, wobei die Oberfläche zuerst mit der Strahlachse in einem Winkel und dann in einem anderen Winkel verlaufend abgetastet wird, um zwei Serien von elektrischen Signalen zu erzielen, die die Oberfläche für eine topographische Analyse und ferner für eine Anzeige auf einer visuellen Anzeigevorrichtung beschreiben, wobei das angezeigte Bild, das der einen Serie von Signalen entspricht, visuell von dem Bild, das der anderen Serie von Signalen entspricht, unterscheidbar ist, und wobei die Schnittstelle der beiden Strahlachsen einer Bewegung der Brennebene folgt, die durch Einstellung des Brennpunktes verursacht wird, und bei dem eine geeichte Steuervorrichtung zur Einstellung der Position der Brennebene vorgesehen ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

(1) die Steuervorrichtung so eingestellt wird, daß sie die Brennebene relativ zur Oberfläche verschiebt, und die beiden Bilder des einen Punktes in der Sichtanzeige beobachtet werden, während die Steuervorrichtung eingestellt wird, bis die Verschiebung der beiden Bilder des einen Punktes ein Minimum wird, wobei in dieser Position die Brennebene mit der Oberfläche der unmittelbaren Nachbarschaft des einen Punktes im wesentlichen zusammenfällt,

(2) Schritt (1) wiederholt wird, während die Konzentration auf den anderen Punkt gerichtet ist, und

(3) die Differenz zwischen den geeichten Werten der Steuervorrichtung an den beiden Punkten der Brennebene und die Oberflächen-Koinzidenz festgestellt wird.

2. Verfahren zum Erzeugen eines elektrischen Signales, das die Topographie einer Obefläche beschreibt, die ein Rastergerät mit geladenen Teilchenstrahlen verwendet, welches in der Lage ist, zwei Serien von elektrischen Signalen zu erzeugen, von denen eine durch Abtasten der Oberfläche mit einem Strahl, dessen Achse in einem Winkel zur Oberfläche des Prüfobjektes verläuft, und die andere Serie durch Abtasten des gleichen Prüfobjektes mit in einem unterschiedlichen Winkel zur Oberfläche gekippter Strahlachse erhalten wird, bei der die Schnittstelle der beiden Achsen der mit geladenen Teilchenstrahlen der Brennebene folgt, wenn der Brennpunkt sich ändert, und bei der die Videosignale aus den beiden Serien von elektrischen Signalen erhalten werden, und eine Vorrichtung vorgesehen ist, die die Einstellung der Position der Brennebene bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß

(1) die auf diese Weise erzielten beiden Videosignale korreliert werden und ein Korrelationssignal abgeleitet wird, dessen Wert für jeden Punkt in der Oberfläche die offensichtliche Verschiebung der Position dieses Punktes zwischen den normalen und den gekippten Strahlabtastungen anzeigt, und

(2) das Korrelationssignal als elektrische Beschreibung der Topographie der abgetasteten Oberfläche verarbeitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrelationssignal relativ zu einem Bezugswert durch Kombinieren mit einem Versetzungssignal normiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Brennpunkt- Einstellsignal aus dem Korrelationssignal erzeugt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das den Brennpunkt einstellende Signal während einer nachfolgenden Abtastung verwendet wird, und ein weiteres Korrelationssignal zum Kombinieren mit dem ersten Korrelationssignal ableitet, um eine exaktere Beschreibung der Oberflächentopographie und als Folge davon ein genaueres Brennpunkt-Einstellsignal erzeugt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Schritt nach Anspruch 9 wiederholt wird, um noch genauere Brennpunkt-Einstellsignale nach einem Verfahren der schrittweisen Annäherung während einer Folge von Abtastungen zu erzeugen, wobei vorausgehend berechnete Brennpunkt-Einstellsignale verwendet werden, um den Strahlbrennpunkt während aufeinanderfolgender Abtastungen einzustellen und das den endgültigen Brennpunkt einstellende Signal als elektrisches Signal zu verarbeiten, das die Topographie der abgetasteten Oberfläche beschreibt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß das den Brennpunkt einstellende Signal durch eine Signalverarbeitungsvorrichtung verarbeitet wird, die eine nichtlineare Eingangs/Ausgangs-Charakteristik hat.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 - 7 ,dadurch gekennzeichnet, daß eine Nachschlagetabelle mit korrigierten Höhenwerten vorgesehen ist, um das Höhensignal aus den den Brennpunkt einstellenden Signalwerten zu erzielen.

9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein abwechselndes Kippen des Strahles zum Wirksammachen der zu betrachtenden Oberfläche bei unterschiedlichen Winkeln dadurch erreicht wird, daß während abwechselnder Abtastungen die in den Strahlsystem-Ausrichtspulen (12) eines elektromagnetischen Ausrichtsystems fließenden Ströme eingestellt werden, oder die elektrischen Signale den Strahlsystem-Ausrichtelektroden eines elektrostatischen Systems zugeführt werden, damit der Strahl verschoben wird und gleichzeitig eine Versetzung in den Signalen eingeführt wird, die mindestens einem anderen Element (14 oder 16) in der Strahlform- und -fokussieranordnung aufgegeben werden, um der Verschiebung entgegenzuwirken, die durch die Ausrichteinstellung eingeführt wird, wobei die Schnittstelle der beiden Achsen des Strahles der Brennebene folgt, wenn der Brennpunkt geändert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Videosignale einem Signalverarbeitungssystem (30) zugeführt werden, und eine visuelle Sichtanzeigevorrichtung (44) so arbeitet, daß das von dem einen Signal erzeugte Bild üblicherweise von dem Bild getrennt werden kann, das, von dem anderen Signal erzeugtwird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Bildspeicher (36), dem die beiden Serien von elektrischen Signalen aufgegeben werden, und der eine Rückkopplungsschleife und eine Eingangs- und Rückkopplungs-Vervielfachungsvorrichtung (38, 40) aufweist und eine rekursive Filter- und Signalumwandlervorrichtung (42) darstellt, die einen R G B - Nachschlagetabellen-Speicher zur Erzeugung von R-, C- und B-Signalen für die Sichtanzeige durch einen Farbmonitor (44) enthält.

12. Rastergerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, das in der Lage ist, zwei Serien von elektrischen Signalen zu erzeugen, gekennzeichnet durch eine Strahlformungsanordnung zur Abtastung einer Oberfläche mit einem Strahl, dessen Achse zuerst in einem Winkel zur Oberfläche verläuft, um eine Serie von Signalen zu erzielen, und dessen Achse dann in einem unterschiedlichen Winkel zur Oberfläche gekippt wird, um die andere Serie von Signalen zu erzielen, eine Sichtanzeigevorrichtung, z.B. einen TV-Monitor (44), zur sichtbaren Darstellung zweier Videosignale, die in an sich bekannter Weise aus den beiden Serien von Signalen erhalten werden, wobei das in der Sichtanzeigevorrichtung erzeugte Bild, das durch das eine Signal erzeugt wird, visuell von dem durch das andere Signal erzeugten Bild trennbar ist, wobei ferner der Schnittpunkt der beiden Achsen des Strahles der Brennebene folgt, wenn der Brennpunkt geändert wird, und eine geeichte Brennebenen-Einstellvorrichtung (70, 82) zur Erzielung einer Tiefen messung als direkte Ablesung zwischen zwei unterschiedlichen Punkten im Objekt, von denen einer um einen unterschiedlichen Betrag von der Strahlformungsanordnung versetzt ist als der andere, indem die Position der Brennebene des Strahles so eingestellt wird, daß sie zuerst mit dem einen und dann mit dem anderen der beiden Punkte zusammenfällt, und indem aus der Eichung der Abstand oder die Tiefe zwischen den beiden Punkten, in jedem Fall aber die Position der Koinzidenz der Brennebene bestimmt wird, und der entsprechende Punkt durch Einstellung der geeichten Brennebenen-Einstellvorrichtung (70, 82) bestimmt wird, damit die beiden visuell trennbaren Bilder des Punktes in der Sichtanzeige zusammengeführt werden.

13. Rastergerät nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen Bildspeicher (trame store) (36), dem die beiden Serien von elektrischen Signalen zugeführt werden, wobei der Bildspeicher eine Rückkopplungsschleife und eine Eingabe- und Rückkopplungs-Vervielfachungsvorrichtung (38, 40) aufweist und ein rekursives Filter bildet, und eine Signalumwandlervorrichtung (42) einschließlich einer R G B - Nachschlagetabellen-Speichervorrichtung zur Erzeugung von R-, G- und B-Signalen zur Sichtanzeige durch einen Farbmonitor (44) besitzt.

14. Rastergerät nach Anspruch 12 oder 13, bei dem ein abwechselndes Kippen des Strahles, das das Betrachten der Oberfläche mit unterschiedlichen Winkeln ermöglicht, dadurch erreicht wird, daß während abwechsel nder Abtastungen die in den Strah lsystem-Ausrichtspulen (12) eines elektromagnetischen Ausrichtsystems fließenden Ströme oder die elektrischen Signale, die den Strahlsystem-Ausrichtelektroden eines elektrostatischen Systems zugeführt werden, eingestellt werden, damit der Strahl verschoben wird, und gleichzeitig eine Versetzung der Signale eingeführt wird, die mindestens einem anderen Element (14 oder 16) in der Strahlformungs- und -fokussieranordnung aufgegeben werden, um der Verschiebung entgegenzuwirken, die durch die Ausrichteinstellung eingeführt wird, wobei der Schnittpunkt der beiden Achsen des Strahles der Brennebene folgt, wenn der Brennpunkt geändert wird.