DE102018204683B3

DE102018204683B3 - Elektronenstrahlmikroskop

Info

Publication number: DE102018204683B3
Application number: DE102018204683.2A
Authority: DE
Inventors: Luyang Han; Jörg Fober; Stefan Meyer; Wolfgang Berger
Original assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2018-03-27
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2019-08-08
Anticipated expiration: 2038-03-28
Also published as: CZ309521B6; CN110310876A; US20190304742A1; CN110310876B; US10615000B2; CZ2019181A3

Abstract

Ein Elektronenstrahlmikroskop umfasst einen energieempfindlichen Detektor 47, um Rückstreuelektronen zu detektieren, und einen Signalprozessor 61, um Detektionssignale 67 des Detektors 47 zu verarbeiten. Der Signalprozessor umfasst einen Analogverstärker 63, und einen Fensterkomparator 83, der einen Signaleingang 84 aufweist, der mit einem Ausgang 79 des Analogverstärkers verbunden ist. Ein am Ausgang 95 des Signalprozessors erzeugtes Signal wird auf Basis eines Signals erzeugt, das an einem Ausgang 85 des Fensterkomparators bereitgestellt wird. Der Fensterkomparator ist dazu konfiguriert, ein vorbestimmtes Signal 90 nur dann auszugeben, wenn das verstärkte Signal 81, das seinem Signaleingang zugeführt wird, kleiner oder gleich einem oberen Grenzwert und größer oder gleich einem unteren Grenzwert ist.

Description

BEREICH
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektronenstrahlmikroskop, das einen energieempfindlichen Detektor zum Detektieren von Rückstreuelektronen aufweist.
HINTERGRUND
Ein Elektronenstrahlmikroskop richtet einen Elektronenstrahl auf eine Probe. Die Elektronen des Strahls interagieren mit der Probe und erzeugen Strahlung, wie Röntgen-Photonen und Rückstreuelektronen, die von einem energieempfindlichen Detektor detektiert werden. Der energieempfindliche Detektor erzeugt Detektionssignale, welche eine Signalintensität aufweisen, die der Energie der detektierten Strahlung entspricht. Die Detektionssignale werden von einem Signalprozessor verarbeitet, der typischerweise einen Analogverstärker, einen Analog-Digital-Wandler und nachfolgende Elektronik zur Analyse der Signalhöhen der digitalen Signale aufweist. Die nachfolgende Elektronik begrenzt die Zählrate, die detektiert werden kann.
Energie-empfindliche Detektoren werden erfolgreich zur Ausführung energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) eingesetzt, bei der Röntgen-Photonen, die von Elektronen erzeugt werden, die auf die Probe auftreffen, in Abhängigkeit der Energie detektiert werden, wobei ein geeignetes Fenster, beispielsweise eine dünne Membran, Rückstreuelektronen davon abhält, den Detektor zu erreichen. Wenn das Fenster nicht genutzt wird, ist der Detektor auch dazu in der Lage, Rückstreuelektronen zu detektieren und die Rückstreuelektronen werden überwiegend zu den Detektionssignalen beitragen, da die Anzahl der erzeugten Rückstreuelektronen viel größer ist, als die Anzahl der erzeugten Röntgen-Photonen. Allerdings ist der Strom des Elektronenstrahls in solch einem Betriebsmodus auf wenige Picoampere beschränkt, da die nachfolgende Elektronik die maximale Zählrate, die verarbeitet werden kann, begrenzet.
Die US 2013/0099114 A1 offenbart ein Elektronenstrahlmikroskop, das eine Siliziumdriftdiode (SDD) als seinen energieempfindlichen Detektor aufweist. Der Detektor kann in zwei verschiedenen Modi betrieben werden: Einem „Pulshöhen-Messmodus“, in dem die Signalintensität analysiert werden kann und zur Detektion der Röntgen-Photonen genutzt wird, wenn ein Fenster die Rückstreuelektronen vom Auftreffen auf den Detektor abhält, und einem „Strom-Messmodus“, der zur Detektion von Rückstreuelektronen bei höheren Strahl-Strömen genutzt wird und bei dem das Ausgabesignal des Detektors von der Anzahl der Elektron/Loch-Paare abhängig ist, die pro Zeiteinheit im Detektor erzeugt werden.
Während der „Strom-Messmodus“ dieses konventionellen Elektronenstrahlmikroskops die Detektion von Rückstreuelektronen bei höheren Strahl-Strömen mit Hilfe einer Siliziumdriftdiode zulässt, lässt der Detektor keine Energieanalyse der detektierten Rückstreuelektronen zu.
Hintergrundinformationen zu herkömmlichen Detektoren, Detektionsverfahren und zugehöriger Elektronik können beispielsweise den Druckschriften US 4 600 839 A US 2009/0101817 A1 , US 2004/0026621 A1 und US 2006/0076489 A1 entnommen werden.
ÜBERBLICK
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein Elektronenstrahlmikroskop bereitzustellen, das einen energieempfindlichen Detektor aufweist, der es ermöglicht, eine energieabhängige Verarbeitung von Detektionssignalen, die den detektierten Rückstreuelektronen entsprechen, bei höheren Strahl-Strömen durchzuführen.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst ein Elektronenstrahlmikroskop eine Elektronenstrahloptik, die dazu konfiguriert ist, einen fokussierten Elektronenstrahl auf eine Probe zu richten, einen Detektor, der dazu konfiguriert ist Detektionssignale zu erzeugen, die Rückstreuelektronen entsprechen, die von der Probe ausgehen und auf den Detektor treffen und einen Signalprozessor, der einen Ausgang umfasst und dazu konfiguriert ist, die von dem Detektor erzeugten Detektionssignale zu verarbeiten und basierend auf der Verarbeitung des Detektionssignals ein Signal an seinem Ausgang zu erzeugen. Der Detektor ist ein energieempfindlicher Detektor, der die Detektionssignale derart erzeugt, dass eine Intensität eines jeweiligen Detektionssignals mit einer kinetischen Energie des entsprechenden detektierten Rückstreuelektrons zunimmt.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst der Signalprozessor einen Analogverstärker, der einen Signaleingang aufweist, der mit einem Signalausgang des Detektors verbunden ist, und einen Fensterkomparator, der einen Signaleingang aufweist, der mit einem Ausgang des Analogverstärkers verbunden ist. Das an dem Ausgang des Signalprozessors erzeugte Signal kann basierend auf einem Signal erzeugt werden, das an einem Ausgang des Fensterkomparators bereitgestellt wird. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann der Analogverstärker dazu konfiguriert sein, an seinem Ausgang ein verstärktes Signal auszugeben, welches dem Detektionssignal, das seinem Signaleingang zugeführt wird, entspricht. Gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen hiervon kann der Fensterkomparator dazu konfiguriert sein, an seinem Ausgang ein vorbestimmtes Signal nur dann auszugeben, wenn das verstärkte Signal, das seinem Signaleingang zugeführt wird, kleiner oder gleich einem oberen Grenzwert, und größer oder gleich einem unteren Grenzwert ist.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann der Fensterkomparator einen oberen Grenzwerteingang zum Einstellen des oberen Grenzwerts auf einen auswählbaren Wert aufweisen. Gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann der Fensterkomparator einen unteren Grenzwerteingang zum Einstellen des unteren Grenzwerts auf einen auswählbaren Wert aufweisen.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann der Signalprozessor einen Zähler umfassen, der einen Signaleingang aufweist, der mit einem Ausgang des Fensterkomparators verbunden ist. Der Zähler weist einen Ausgang auf und kann dazu konfiguriert sein, an seinem Ausgang ein Signal zu erzeugen, das eine Zahl repräsentiert, welche bei jedem Auftreten des vorbestimmten Signals, das seinem Signaleingang zugeführt wird, inkrementiert. Das an dem Ausgang des Signalprozessors erzeugte Signal kann basierend auf dem an dem Ausgang des Zählers bereitgestellten Signal erzeugt werden.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann der Fensterkomparator einen Rücksetz-Eingang aufweisen, wobei der Zähler dazu konfiguriert ist, das an seinem Ausgang erzeugte Signal, auf einen vorbestimmten Wert zurückzusetzen, wenn ein vorbestimmtes Signal an seinen Rücksetz-Eingang angelegt wird.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen ist das an dem Ausgang des Zählers erzeugte Signal ein digitales Signal.
Gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen weist der Signalprozessor einen Widerstand auf, der den Ausgang des Fensterkomparators mit Masse verbindet.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen ist das an dem Ausgang des Analogverstärkers erzeugte Signal ein analoges Signal.
Gemäß einigen Ausführungsformen ist der Detektor entweder eine Siliziumdriftdiode (SDD), eine PIN-Diode, eine Schottky-Diode oder eine Avalange-Diode.
Gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen umfasst das Elektronenstrahlmikroskop ferner eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, die Elektronenoptik zu steuern, um den fokussierten Elektronenstrahl auf mehrere verschiedene Orte an der Probe zu richten, den fokussierten Elektronenstrahl an jedem der mehreren verschiedenen Orte für eine vorbestimmte Verweildauer aufrechtzuerhalten und Daten, die jedem der mehreren verschiedenen Orte zugeordnet sind und die die Änderungen des Ausgabesignals des Zählers darstellen, während der fokussierte Elektronenstrahl an einem selben Ort auf der Probe aufrechtgehalten wird, zu speichern.
Figurenliste
Die vorangegangenen genauso wie weitere vorteilhafte Eigenschaften dieser Offenbarung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen deutlicher. Es sei angemerkt, dass nicht alle möglichen Ausführungsformen jeweils jeden oder überhaupt einen der hier bezeichneten Vorteile aufweisen.

1 ist eine schematische Darstellung eines Elektronenstrahlmikroskops gemäß einer Ausführungsform.
2 ist ein Schaltdiagramm eines Signalprozessors des in 1 gezeigten Elektronenstrahlmikroskops.
3A, 3B und 3C sind Rückstreuelektronen-Bilder, die bei verschiedenen Energiegrenzwerten aufgenommen wurden.
4 ist ein Schaltdiagramm eines Teils eines Signalprozessors des in 1 gezeigten Elektronenstrahlmikroskops gemäß einer weiteren Ausführungsform.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Elektronenstrahlmikroskops 1. Das Elektronenstrahlmikroskop 1 umfasst eine Elektronenoptik, die eine Elektronenstrahlquelle 5 umfasst, die eine Kathode 7 und Extraktor- und Suppressor-Elektroden 9 aufweist, zur Erzeugung eines Primärteilchenstrahls 13. Der Primärteilchenstrahl 13 durchläuft eine Kondensorlinse 11 der Elektronenoptik, eine Blende 15, die in einem Elektronendetektor 17 bereitgestellt ist, und eine Objektivlinse 19 der Elektronenoptik, um den primären Partikelstrahl auf einen Ort 21 einer Objektebene 23 zu fokussieren. Eine Oberfläche einer zu untersuchenden Probe 25 ist in der Objektebene 23 angeordnet.
Die Objektivlinse 19 umfasst eine Ringspule 27, die in einem ringförmigen Joch bereitgestellt wird, das ein ringförmiges oberes Polelement 31 und ein ringförmiges unteres Polelement 32 derart aufweist, dass ein ringförmiger Spalt zwischen dem oberen und dem unteren Polelementen 31, 32 ausgebildet ist. In diesem Spalt wird ein magnetisches Feld zur Fokussierung des Elektronenstrahls 13 erzeugt.
Das Elektronenstrahlmikroskop 1 umfasst ferner ein Strahlrohr 35, welche in die Objektivlinse 19 hineinragt und diese teilweise durchläuft. Eine Endelektrode 37 ist an einem unteren Ende des Strahlrohrs 35 bereitgestellt. Eine Abschlusselektrode 36 ist zwischen der Endelektrode 37 und der Objektebene angeordnet, wobei ein elektrostatisches Feld, das zwischen der Endelektrode 37 und der Abschlusselektrode 36 erzeugt wird, eine fokussierende Wirkung auf den Primärelektronenstrahl 13 bereitstellt. Die fokussierende Wirkung, die durch das elektrostatische Feld zwischen den Elektroden 36 und 37 bereitgestellt wird, und die fokussierende Wirkung, die durch das Magnetfeld zwischen den Polelementen 31 und 32 bereitgestellt wird, stellen gemeinsam die fokussierende Wirkung der Objektivlinse 19 des Elektronenstrahlmikroskops 1 bereit.
Eine Steuerung 39 ist bereitgestellt, um die Abschlusselektrode 36, die Endelektrode 37, die Kathode 7 und die Extraktor- und Suppressorelektroden 9 so mit geeigneten Spannungen zu versorgen, dass ein Elektronenstrahlfokus in der Objektebene ausgebildet wird.
Diese Spannungen können derart gewählt werden, dass die Elektronen des Primärelektronenstrahls eine vorbestimmte kinetische Energie aufweisen, wenn sie auf das Objekt 25 an dem Ort 21 auftreffen. Es ist insbesondere möglich, dass die Steuerung 39 eine dem Massepotential entsprechende Spannung oder eine vom Massepotential verschiedene Spannung an die Abschlusselektrode 36 zuführt.
Die Elektronenoptik umfasst ferner Deflektoren 41, welche auch von der Steuerung 39 gesteuert werden, um den Primärelektronenstrahl 13 abzulenken und den Ort 21 zu ändern, an dem der Primärelektronenstrahl 13 auf die Probe 25 in der Objektebene 23 trifft. Durch Ablenkung des primären Elektronenstrahls ist es insbesondere möglich, einen Abschnitt der Oberfläche der Probe 25 mit dem primären Partikelstrom systematisch abzutasten.
Das Auftreffen des Primärteilchenstrahls auf die Probe 25 bewirkt, dass Sekundärelektronen von der Probe 25 ausgehen. Ein Teil solcher Sekundärelektronen kann derart in das Strahlrohr 35 eintreten, dass die Elektronen dieses Teils von dem Elektronendetektor 17 detektiert werden. Im Kontext der vorliegenden Offenbarung umfasst der Begriff Sekundärelektronen alle Arten von Elektronen, die aufgrund des Richtens des Primärteilchenstrahls auf das Objekt von dem Objekt ausgehen und durch den Elektronendetektor 17 detektiert werden können. Der Begriff Sekundärelektronen umfasst insbesondere Rückstreuelektronen, die eine kinetische Energie aufweisen, die der kinetischen Energie der auf die Probe auftreffenden primären Partikel entspricht oder etwas kleiner als diese ist. Der Begriff umfasst ferner Sekundärelektronen, die, wenn sie von der Oberfläche des Objekts ausgehen, eine kinetische Energie aufweisen, die deutlich kleiner ist als die kinetische Energie der Primärteilchen beim Auftreffen auf das Objekt. 1 zeigt mit der Referenznummer 43 schematisch eine Trajektorie eines Sekundärelektrons, das auf den Elektronendetektor 17 trifft.
Das Elektronenstrahlmikroskop 1 umfasst ferner einen weiteren Detektor 47, der zwischen der Objektivlinse 19 und der Objektebene 23 angeordnet ist. Der Detektor 47 umfasst eine zentrale Öffnung 49, die es dem Primärteilchenstrahl 13 und den Sekundärelektronen 43 erlaubt, den Detektor 47 zu passieren. Der Detektor 47 umfasst mehrere Detektionsoberflächen 51, die in einem radialen Abstand von einer Hauptachse 12 der Objektivlinse angeordnet sind. Der Detektor 47 ist bereitgestellt, um sowohl Sekundärelektronen, als auch Röntgenstrahlung zu detektieren, die durch den Primärteilchenstrahl 13 erzeugt werden, der auf das Objekt trifft. Eine beispielhafte Trajektorie eines Sekundärelektrons oder Röntgenstrahls, der durch das Auftreffen des Primärelektronenstrahls 13 an dem Ort 21 entsteht und auf den Detektor 47 trifft, ist in 1 mit der Referenznummer 53 gekennzeichnet.
Die Detektoren 17 und 43 des Elektronenmikroskops 1 der dargestellten Ausführungsform sind Beispiele von Detektoren, welche ein Elektronenstrahlmikroskop gemäß Ausführungsformen der Erfindung aufweisen kann. Die Detektoren 17 und 47 sind relativ zur Elektronenoptik und der Probe 23 unterschiedlich angeordnet. Elektronenstrahlmikroskope gemäß anderen Ausführungsformen können nur einen dieser Detektoren oder keinen dieser Detektoren umfassen, wenn ein anderer Detektor relativ zu der Elektronenoptik und der Probe 23 derart angeordnet ist, dass er in der Lage ist, Rückstreuelektronen zu detektieren.
Wenigstens einer der Detektoren 17, 47 zur Detektion von Rückstreuelektronen ist ein energieempfindlicher Detektor, der Detektionssignale derart erzeugt, das eine Intensität des jeweiligen Detektionssignals mit einer kinetischen Energie des zugehörigen detektierten Rückstreuelektrons zunimmt. In der dargestellten Ausführungsform sind die Detektoren 17, 47 Siliziumdriftdioden (SDD). In anderen Ausführungsformen können auch andere Typen energieempfindlicher Detektoren wie eine PIN-Diode, eine Schottky-Diode und eine Avalange-Diode genutzt werden.
Die vom Detektor 17, 47 erzeugten Detektionssignale werden von einem Signalprozessor 61 verarbeitet und von dem Signalprozessor 61 erzeugte Signale werden an die Steuerung 39 bereitgestellt.
2 zeigt ein Schaltdiagramm des Signalprozessors 61. Der Signalprozessor 61 umfasst einen Analogverstärker 63, der einen Eingang 65 aufweist, der mit einem Ausgang 66 des Detektors 17, 47 verbunden ist. Eine beispielhafte Abfolge von drei Detektionssignalen mit unterschiedlichen Signalintensitäten, die dem Signaleingang 65 des Analogverstärkers 63 zugeführt werden, ist in 2 bei 67 schematisch gezeigt. Der Analogverstärker 63 umfasst einen Vorverstärker 69 und einen Formungsverstärker 71. Der Vorverstärker 69 umfasst einen FET 72, einen Operationsverstärker 73 und eine Rückkoppel-Schaltung, die einen Kondensator 74 und einen Widerstand 75 umfasst. Ein vom Vorverstärker aus den beispielhaften Detektionssignalen 67 erzeugtes Signal ist in 2 bei 77 gezeigt. Der Vorverstärker kann aus dem Eingangssignal 67 ein über die Zeit integriertes Spannungssignal erzeugen, welches selbst eine Abfolge einzelner Strompulse umfasst. Demnach ist das vom Vorverstärker aus einer Abfolge von Eingabe-Strompulsen erzeugte Signal 77 allgemein ein Spannungsstufensignal 77, wobei jeder der eingehenden Strompulse eine schrittweise Erhöhung des ausgehenden Spannungssignals bewirkt. Die Höhen der Spannungsstufen korrelieren mit den Höhen der zugehörigen Strompulse, die diese Spannungsstufe bewirken.
Der Formungsverstärker 71 erzeugt am Ausgang 79 des Analogverstärkers 63 aus dem in den Formungsverstärker 71 eingegebene Signal 77 ein Ausgabesignal, das in 2 schematisch bei 81 gezeigt ist. Das Ausgabesignal 81 des Formungsverstärkers 71 kann als eine Ableitung nach der Zeit des Signals 77 aufgefasst werden, welche als ein stufenförmiges Signal in 2 gezeigt ist. Das Signal 81 entspricht dem Signal 67, dahingehend, dass Pulse verschiedener Signalintensitäten in dem Signal 67 den Pulsen von verschiedenen verstärkten Intensitäten in dem Signal 81 entsprechen. Zudem weisen die Pulse in Signal 81 Formen auf, die durch den Formungsverstärker 71 bestimmt sind und für weitere Analyse auf Basis der Pulsintensitäten geeignet sind. Somit erzeugt die Kombination des Vorverstärkers 69 und des Formungsverstärkers 71 eine Abfolge von verstärkten Ausgabe-Spannungspeaks 81 aus einer Abfolge von Eingabepulsen 67, die in der dargestellten Ausführungsform elektrische Strompulse sind. Die verstärkten Ausgabe-Spannungspeaks weisen Peakhöhen auf, welche mit den Höhen der jeweiligen Eingabe-Strompulsen 67 korrelieren. Hierbei haben die Ausgabe-Spannungspeaks eine vordefinierte, reproduzierbare Form, die von den Formen der zugehörigen Eingabe-Strompulse unabhängig ist. Die gleichen oder ähnlichen Formen der Ausgabe-Spannungspeaks können in Hinblick auf eine folgende Signalanalyse von Vorteil sein.
Der Signalprozessor 61 umfasst ferner einen Fensterkomparator 83, der einen Eingang 84 aufweist, der mit dem Ausgang 79 des Analogverstärkers 63 verbunden ist. Der Fensterkomparator 83 hat einen Ausgang 85 und ist dazu konfiguriert, an seinem Ausgang 85 ein vorbestimmtes Signal nur dann auszugeben, wenn das an seinen Signaleingang 84 zugeführte verstärkte Signal 81 kleiner oder gleich einem oberen Grenzwert ist und größer oder gleich einem unteren Grenzwert ist. Der Fensterkomparator 83 kann jede Konfiguration aufweisen, um diese Funktion auszuführen. Im vorliegenden Beispiel umfasst der Fensterkomparator 83 zwei Operationsverstärker 871 und 872, zwei Dioden 881 und 802 und einen Inverter 89. Der nicht-invertierende Eingang des Operationsverstärkers 871 und der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 872 sind mit dem Signaleingang 84 des Fensterkomparators 83 verbunden. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 871 ist mit einem oberen Grenzwerteingang 91 des Fensterkomparators 83 verbunden und der nicht-invertierende Eingang des Operationsverstärkers 872 ist mit einem unteren Grenzwerteingang 92 des Fensterkomparators 83 verbunden. Die Anoden der Dioden 881, 882 sind jeweils mit den Ausgängen der Operationsverstärker 871 und 872 verbunden. Die Kathoden der Dioden 881 und 882 sind mit dem Eingang des Inverters 89 verbunden. Der Ausgang des Inverters 89 ist mit dem Ausgang des Fensterkomparators verbunden.
Somit ist das Ausgabesignal des Fensterkomparators 83 eine Abfolge von Pulssignalen 90, wobei nur jene Eingabe-Strompulse im Eingabesignal 67 mit einer ausreichenden Pulshöhe einen entsprechenden Ausgabepuls in der Abfolge von Pulssignalen 90 am Ausgang 85 des Fensterkomparators 83 erzeugen.
Der Signalprozessor 61 umfasst ferner einen Zähler 98, der einen Signaleingang 99 aufweist, der mit dem Ausgang 85 des Fensterkomparators 83 verbunden ist. Der Zähler hat einen Ausgang 93 und ist dazu konfiguriert an seinem Ausgang 93 ein Signal zu erzeugen, das eine Zahl darstellt, welche mit jedem Auftreten eines Pulses in dem an seinen Signaleingang 99 zugeführten Signal 90 inkrementiert. Der Zähler 98 umfasst ferner einen Rücksetz-Eingang 94, wobei der Zähler dazu konfiguriert ist, das an seinem Ausgang 93 erzeugte Signal auf einen vorbestimmten Wert wie etwa Null zurückzusetzen, wenn ein vorbestimmtes Signal an den Rücksetz-Eingang 94 angelegt wird.
Der Ausgang 93 des Zählers 98 kann ein Ausgabesignal 95 des mit der Steuerung 39 verbundenen Signalprozessors 61 bereitstellen. Es ist allerdings möglich, das weitere Schaltungen zwischen dem Ausgang 93 des Zählers 98 und der Steuerung 39 bereitgestellt werden und dass der Formungsverstärker andere Schaltungen enthalten kann, um die erwünschte Formung des Signals auszuführen und auch der Vorverstärker kann eine abweichende, geeignete Konfiguration aufweisen.
Rückstreuelektronen, die durch den auf die Probe 23 auftreffenden Strahl 13 entstehen, weisen allgemein ein breites Spektrum kinetischer Energien auf. Die größtmögliche kinetische Energie eines Rückstreuelektrons entspricht der kinetischen Energie des auftreffenden Elektrons. Ein großer Teil der Rückstreuelektronen weist kinetische Energien auf, die ein wenig geringer sind als diese maximale kinetische Energie. Diese werden herkömmlicherweise oft als verlustarme Rückstreuelektronen bezeichnet. Die übrigen Rückstreuelektronen, welche eine kinetische Energie aufweisen, die deutlich geringer ist, als die maximale kinetische Energie, werden herkömmlicherweise als verlustreiche Rückstreuelektronen bezeichnet.
Der Signalprozessor 61 erlaubt ein Filtern der Detektionssignale 67 des Detektors 17, 47 auf einen Energiebereich, der durch einen oberen Energiegrenzwert und einen unteren Energiegrenzwert begrenzt ist. Der obere Energiegrenzwert und der untere Energiegrenzwert können über die Steuerung 39 jeweils durch Zuführung geeigneter Signale an den oberen Grenzwerteingang 91 oder den unteren Grenzwerteingang 92 des Fensterkomparators gesteuert werden. Der Zähler 98 wird nur Detektionssignale zählen, die Rückstreuelektronen entsprechen, die kinetische Energien aufweisen, die innerhalb des Bereichs liegen, der durch die Steuerung 39 gewählt wurde.
Die 3A, 3B und 3C zeigen Bilder, die von detektierten Rückstreuelektronen erzeugt wurden, die kinetische Energien aus drei verschiedenen Bereichen aufweisen. Die abgebildete Probe ist ein dünner Gold-Film auf einem Kohlenstoffsubstrat. Die Elektronen des auf die Probe treffenden Elektronenstrahls weisen eine kinetische Energie von 2 kV auf und der Strahlstrom beträgt 50 Picoampere. Die Graustufen in den Bildern stellen Änderungen des Wertes des Zählers dar, die während einer Zeitdauer auftreten, die auch als Verweildauer bezeichnet wird, während der der fokussierte Elektronenstrahl auf den selben Ort an der Probe gerichtet ist.
3A zeigt ein Bild der Probe, wobei sowohl verlustarme Rückstreuelektronen als auch verlustreiche Rückstreuelektronen gezählt werden.
3B zeigt das Bild der gleichen Probe, wobei nur verlustreiche Rückstreuelektronen gezählt wurden. In dem gezeigten Beispiel werden Rückstreuelektronen, die kinetische Energien zwischen 100 eV und 1.950 eV aufweisen, als die verlustreichen Rückstreuelektronen in 3B genutzt.
3C zeigt das Bild der gleichen Probe, wobei nur die verlustarmen Rückstreuelektronen gezählt wurden. In dem gezeigten Beispiel werden Rückstreuelektronen, die kinetische Energien zwischen 1.950 eV und 2.000 eV aufweisen, als die verlustarmen Rückstreuelektronen genutzt. Es wird deutlich, dass 3B den geringsten Kontrast innerhalb der Partikelkörner aufweist, sodass aus diesem Bild nicht viele Informationen bezüglich der Materialeigenschaften erlangt werden können. Dem steht 3C entgegen, die detailreiche Strukturen innerhalb der Körner zeigt, die auf unterschiedliche Materialzusammensetzungen und Kristallorientierungen innerhalb der Körner zurückgehen.
Der Vergleich der 3A, 3B und 3C zeigt, dass interessante Informationen aus detektierten Rückstreuelektronen erhalten werden können, wenn es möglich ist, die Rückstreuelektronen, die zum Bild beitragen, auf Basis eines Energiebereichs zu filtern. Es sei angemerkt, dass, je nach Anwendung, andere Energiebereiche, die von den zwei Kategorien verlustarme Rückstreuelektronen und verlustreiche Rückstreuelektronen verschieden sind, gewählt werden können.
Das Filtern der Rückstreuelektronen entsprechenden Signale, das von dem oben beschriebenen Signalprozessor erzielt wird, ist sehr schnell, da es keiner digital zu analog Umwandlung und keiner Verarbeitung von durch digitale Signale dargestellten Signalintensitäten durch einen Computer bedarf. Daher lässt der Signalprozessor 61 sehr hohe Zählraten von detektierten Rückstreuelektronen zu, was bedeutet, relativ hohe Strahlströme des fokussierten Elektronenstrahls genutzt werden können, was die Durchsatzleistung erhöht. Im Speziellen können Strahlströme, die genutzt werden können, deutlich über 100 Picoampere liegen.
Eine weitere Ausführungsform eines Elektronenstrahlmikroskops und eines Signalprozessors wird im Folgenden mit Bezug auf 4 beschrieben. Diese weitere Ausführungsform unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen Ausführungsform in einem Detail eines in 4 dargestellten Abschnitts des Signalprozessors. In 4 gezeigte Elemente, die eine ähnliche oder gleiche Funktion wie entsprechende Elemente der zuvor beschriebenen Ausführungsform aufweisen, weisen die gleichen Bezugszeichen auf, wie sie in den 1 bis 3 genutzt werden, diese sind aber um den Kleinbuchstaben „a“ erweitert. Der in 4 gezeigte Signalprozessor 61a weist einen Analogverstärker auf, der in 4 nicht gezeigt ist, und der einen Ausgang aufweist, der mit einem Eingang 84a eines Fensterkomparators 83a verbunden ist. Der Fensterkomparator weist obere und untere Grenzwerteingänge 91a und 92a auf, die jeweils mit Operationsverstärkern 87a₁ bzw. 87a₂ verbunden sind. Die Ausgänge der Operationsverstärker 87a₁ und 87a₂ sind mit einem Ausgang 85a des Fensterkomparators 83a verbunden. Der Ausgang 85a des Fensterkomparators 83a ist über einen Widerstand 96 mit Masse 97 verbunden. Der Ausgang 85a des Fensterkomparators 83a kann direkt als ein Ausgang 95a des Signalprozessors 61a genutzt werden. Ein an dem Ausgang 85a des Fensterkomparators 83a erzeugtes Signal ist bezeichnend für eine Rate mit der Rückstreuelektronen innerhalb eines gegebenen Energiebereichs auf den Detektor treffen. Das an dem Ausgang 85a bereitgestellte Ausgangssignal kann als ein Analogsignal weiterverarbeitet werden, das eine Spannung aufweist, die von der Rate der auftreffenden Rückstreuelektronen abhängt. Im Vergleich mit der in 2 gezeigten Ausführungsform des Signalprozessors weist der in 4 gezeigte Signalprozessor einen Fensterkomparator mit weniger Elementen auf, da die Dioden 88 und der Inverter 89 weggelassen werden können.
Während die Erfindung unter Berücksichtigung bestimmter Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es evident, dass viele Alternativen, Modifikationen und Abwandlungen für den Fachmann ersichtlich sind. Folglich sollen die beispielhaften Ausführungsformen der hier dargelegten Erfindung erläuternder Natur und in keiner Weise limitierend sein. Verschiedene Änderungen können getätigt werden, ohne vom Gedanken oder Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie sie in den folgenden Ansprüchen definiert ist.

Claims

Ein Elektronenstrahlmikroskop, umfassend: eine Elektronenstrahloptik (11, 19), die dazu konfiguriert ist, einen fokussierten Elektronenstrahl auf eine Probe (23) zu richten; einen Detektor (47), der dazu konfiguriert ist, Detektionssignale (67) zu erzeugen, die Rückstreuelektronen entsprechen, die von der Probe (23) ausgehen und auf den Detektor treffen; und einen Signalprozessor (61), der einen Ausgang (95) umfasst und dazu konfiguriert ist, die von dem Detektor (47) erzeugten Detektionssignale (67) zu verarbeiten und basierend auf der Verarbeitung der Detektionssignale (67) ein Signal an seinem Ausgang (95) zu erzeugen; wobei der Detektor (47) ein energieempfindlicher Detektor ist, der die Detektionssignale (67) derart erzeugt, dass eine Intensität eines jeweiligen Detektionssignals mit einer kinetischen Energie des entsprechenden detektierten Rückstreuelektrons zunimmt; wobei der Signalprozessor (61) einen Analogverstärker (63) umfasst, der einen Signaleingang (65), der mit einem Signalausgang (66) des Detektors (47) verbunden ist, und einen Fensterkomparator (83), der einen Signaleingang (84) aufweist, der mit einem Ausgang (79) des Analogverstärkers (63) verbunden ist, aufweist, wobei das an dem Ausgang (95) des Signalprozessors (61) erzeugte Signal basierend auf einem Signal erzeugt wird, das an einem Ausgang (85) des Fensterkomparators (83) bereitgestellt wird; wobei der Analogverstärker (63) dazu konfiguriert ist, an seinem Ausgang (79) ein verstärktes Signal (81) auszugeben, welches dem Detektionssignal (67), das seinem Signaleingang (65) zugeführt wird, entspricht; wobei der Fensterkomparator (83) dazu konfiguriert ist, an seinem Ausgang (85) ein vorbestimmtes Signal (90) nur dann auszugeben, wenn das verstärkte Signal (81), das seinem Signaleingang (84) zugeführt wird, kleiner oder gleich einem oberen Grenzwert, und größer oder gleich einem unteren Grenzwert ist.
Elektronenstrahlmikroskop nach Anspruch 1, wobei der Fensterkomparator (83) einen oberen Grenzwerteingang zum Einstellen des oberen Grenzwerts auf einen auswählbaren Wert und einen unteren Grenzwerteingang zum Einstellen des unteren Grenzwerts auf einen auswählbaren Wert aufweist.
Elektronenstrahlmikroskop nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Signalprozessor (61) ferner einen Zähler (98) umfasst, der einen Signaleingang (99) aufweist, der mit dem Ausgang (85) des Fensterkomparators (83) verbunden ist; wobei der Zähler (98) einen Ausgang (93) aufweist und dazu konfiguriert ist, an seinem Ausgang (93) ein Signal zu erzeugen, das eine Zahl repräsentiert, welche bei jedem Auftreten des vorbestimmten Signals (90), das seinem Signaleingang (99) zugeführt wird, inkrementiert wird.
Elektronenstrahlmikroskop nach Anspruch 3, wobei das Signal, das am Ausgang des Signalprozessors erzeugt wird, basierend auf dem Signal, das an dem Ausgang des Zählers bereitgestellt wird, erzeugt wird.
Elektronenstrahlmikroskop nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Signalprozessor (61) einen Rücksetz-Eingang (94) aufweist, wobei der Zähler (98) dazu konfiguriert ist, das an seinem Ausgang (95) erzeugte Signal auf einen vorbestimmten Wert zurückzusetzen, wenn ein vorbestimmtes Signal an seinen Rücksetz-Eingang (94) angelegt wird.
Elektronenstrahlmikroskop nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei das an dem Ausgang des Zählers erzeugte Signal ein digitales Signal ist.
Elektronenstrahlmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Signalprozessor (61a) ferner einen Widerstand (96) aufweist, der die Ausgabe (85a) des Fensterkomparators (83a) mit Masse (97) verbindet.
Elektronenstrahlmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das an dem Ausgang des Analogverstärkers erzeugte Signal ein analoges Signal ist.
Elektronenstrahlmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Detektor eine Siliziumdriftdiode (SDD), eine PIN-Diode, eine Schottky-Diode oder eine Avalanche-Diode ist.
Elektronenstrahlmikroskop nach Anspruch 1 bis 9, ferner umfassend eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, die Elektronenoptik zu steuern, um den fokussierten Elektronenstrahl auf mehrere verschiedene Positionen an der Probe zu richten, den fokussierten Elektronenstrahl an jeder der mehreren verschiedenen Positionen für eine vorbestimmte Verweildauer halten und Daten, die jeder der mehreren verschiedenen Positionen zugeordnet sind und die die Änderungen des Ausgabesignals des Zählers darstellen, während der fokussierte Elektronenstrahl an einer selben Position auf der Probe gehalten wird, zu speichern.