Hintergrund der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Gerät und ein Verfahren zur
Beobachtung von Punktdefekten, Fremdstoffatomen und deren
Clustern, wie sie an Verbindungsflächen und Kontakten in einem
mit Schichtstruktur ausgebildeten integrierten Bauelement
wie einem Speicher oder einem Bauelement für schnelle
Rechenvorgänge existieren.
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Wie es in Proc. Mat. Res. Soc. Symp. Vol. 183 (Materials
Research Society, San Francisco, 1990), S. 55 beschrieben
ist, kann zum Herleiten einer dreidimensionalen
Atomanordnung aus mehreren aus verschiedenen Richtungen aufgenommenen
Elektronenmikroskopbildern ein herkömmliches
Elektronenmikroskop verwendet werden. Außerdem ist in der Japanischen
Patentoffenlegung Nr. 61-78041 eine Technik zum Erhalten
eines zweidimensionalen Bilds für eine dreidimensionale
Atomstruktur offenbart.
Zusammenfassung der Erfindung
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Bei den oben genannten herkömmlichen Techniken ist es
erforderlich, eine große Anzahl dünner Stücke mit einer Dicke in
der Größenordnung von einigen nm durch Zerschneiden einer
Probe in verschiedenen Richtungen herzustellen. Wenn in
diesem Fall eine Zielstruktur in der Probe eine extrem kleine
Größe in der Größenordnung von Nanometern aufweist, ist es
unmöglich, die Struktur in mehrere Stücke zu zerschneiden,
und demgemäß ist es unmöglich, eine dreidimensionale
Beobachtung auszuführen. Selbst wenn die Zielstruktur
ausreichend groß dafür ist, dass es möglich ist, dünne Stückchen
herzustellen, ist nur ein Teil der Zielstruktur in einem
derartigen Stück enthalten, so dass es sich ergibt, dass
viel Information verloren gegangen ist, wenn eine
dreidimensionale Struktur auf Grundlage der Elektronenmikroskopbilder
der Stücke herzustellen ist. Außerdem führt die Technik zu
sehr unangemessener Genauigkeit, da der Betrachter eine
dreidimensionale Struktur herleiten muss, während der
Zusammenhang zwischen Beobachtungsrichtungen und den
zugehörigen Elektronenmikroskopbildern der dünnen Stücke zu beachten
ist. Die Genauigkeit der Beobachtungsrichtungen ist durch
Fehler in der Winkeleinstellung, wenn Probenstücke
ausgeschnitten werden, sowie durch Neigungen der auf den
Probenhalter des Elektronenmikroskops aufgesetzten Probenstücke
beeinflusst. Es ist schwierig, die Beobachtungsbedingungen
bei Elektronenmikroskopen für alle Probenstücke völlig
gleichmäßig zu machen. Die sich ergebenden Fehler führen so
zu Variationen im Bildkontrast. Ein durch gebeugte
Elektronen erzeugtes, hergeleitetes Bild, oder ein Gitterbild,
variiert u. a. abhängig von der Probendicke und den
Elektronenbeugungsbedingungen. Außerdem ist es schwierig, obwohl aus
einem Gitterbild Information zur Atomanordnung erhalten
werden kann, die Atomarten von Fremdstoffen sowie Punktdefekte
zu identifizieren.
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Außerdem ist es in der Japanischen Patentoffenlegung Nr. 61-
78041 offenbart, dass die Elektronenauftreffrichtung
hinsichtlich der Probenoberfläche fixiert ist und alle in der
Probe erzeugten reflektierten charakteristischen
Röntgenstrahlen durch Ändern der Aufnahmerichtung erhalten werden
können. Dadurch wird Information zur Struktur einer
dreidimensionalen Atomanordnung nach der Oberfläche erhalten.
Jedoch ist die erhaltene Information auf eine bis zwei
Atom
schichten an der Oberfläche beschränkt, und zwar wegen der
Verwendung der gesamten reflektierten charakteristischen
Röntgenstrahlen. Außerdem ist es unmöglich, da die
charakteristischen Röntgenstrahlen in einem Bereich der Mikrometer-
Größenordnung erzeugt werden, eine hohe Auflösung auf
atomarem Niveau zu erzielen. So ist es extrem schwierig, aus
einem Volumen eine dreidimensionale Atomanordnung mit hoher
Auflösung auf atomarem Niveau zu erhalten.
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Ein Gerät mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1
sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des
Anspruchs 5 ist aus Philips Technical Review, Vol. 43, No.
10, Nov. 1987, Seiten 273 bis 291 bekannt.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine dreidimensionale
Atomanordnung und Atomarten in einem Volumen mit hoher
Auflösung auf atomarem Niveau unter Verwendung nur einer
einzelnen Dünnschicht-Probe zu erhalten, um es dadurch zu
ermöglichen, eine dreidimensionale Atomstruktur innerhalb
einer kurzen Zeitspanne genau zu analysieren.
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Diese Aufgabe ist durch ein Gerät gemäß Anspruch 1 und ein
Verfahren gemäß Anspruch 5 gelöst. Bevorzugte
Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
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Es wurde ein System mit einem
Rastertransmissions-Elektronenmikroskop, einem Proben-Goniometer/Kipp-System, einem
mehrkanaligen Elektronendetektor und einem Computer
aufgebaut. Das Rastertransmissions-Elektronenmikroskop umfasst
eine Einheit zum Abstrahlen eines Elektronenstrahls mit
einem Durchmesser, der der Größe eines oder zweier Atome
entspricht oder kleiner ist. Das Proben-Goniometer/Kipp-System
kann so gesteuert werden, dass es eine Probe um einen Weg in
der Größenordnung von Nanometern verstellt. Der mehrkanalige
Elektronendetektor ermöglicht es, den Aufnahmewinkelbereich
für gestreute Elektronen nach Belieben einzustellen. Der
Computer wird dazu verwendet, Software zum Steuern des
Elektronenmikroskops sowie Software zur Bildverarbeitung
abzuarbeiten. So ist das System mit Maßnahmen zum Beobachten
einer dreidimensionalen Struktur versehen. Genauer gesagt,
zeichnet sich das System dadurch aus, dass einige
Projektionsbilder einer Atomanordnung innerhalb eines
Winkelschrittbereichs Θ gegenüber einem vorbestimmten Neigungswinkel
erhalten werden. Während die Probe über einen Winkel in einem
Bereich, der kleiner als der Winkelschritt Θ ist, gedreht
wird, werden n Bilder einer zweidimensionalen Atomanordnung
erzeugt. Es ist zu beachten, dass innerhalb des
Winkelbereichs, in dem das Projektionsbild der Atomanordnung
erhalten wird, der sogenannte Kanaleffekt mindestens einmal
auftreten muss. Außerdem hat der Winkelschritt Θ den Wert
tan&supmin;¹(d/t), wobei d der Abstand von einem Atom zu einem
benachbarten in der Probe ist und t die Dicke der Probe ist.
Aus den so erhaltenen n Bildern der zweidimensionalen
Atomanordnung werden Atomkoordinaten mit grober Genauigkeit
sowie Atomarten identifiziert. Als nächstes wird durch diese
Informationen ein zweidimensionales Atomanordnungsbild
simuliert.
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Dann wird das simulierte Bild mit den tatsächlich gemessenen
zweidimensionalen Atomanordnungsbildern verglichen.
Atomkoordinaten und Atomarten werden insoweit mit hoher
Genauigkeit erhalten, als beide Bilder miteinander übereinstimmen.
Die genauen Atomkoordinaten und Atomarten werden dazu
verwendet, ein dreidimensionales Atomanordnungsbild anzuzeigen.
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Demgemäß wird nicht nur eine dreidimensionale Atomanordnung
beobachtet, sondern unter Verwendung des selben Systems kann
auch eine Strukturanalyse ausgeführt werden.
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Unter Verwendung des
Rastertransmissions-Elektronenmikros
kops wird eine Dünnschichtprobe unter Verwendung eines
Elektronenstrahls mit einem Durchmesser beobachtet, der der
Größe eines oder zweier Atome entspricht oder kleiner ist. Die
Beobachtung kann zu einem Atomanordnungsbild führen. Durch
Beobachten der Probe, während ihre Neigung mittels des
Proben-Goniometer/Kipp-Systems variiert wird, können
Atomanordnungsbilder aus verschiedenen Richtungen erhalten werden.
Durch Anwenden einer Bildverarbeitung auf die für
verschiedene Neigungswinkel erhaltenen Atomanordnungsbilder kann
eine dreidimensionale Atomanordnung für die Probe aufgebaut
werden, und es können aus einer Analyse der Beziehung
zwischen den Aufnahmewinkelbereichen für bei der Bildaufnahme
verwendete Streuelektronen und den Bildkontrastgraden
Atomarten identifiziert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist eine erläuternde Ansicht, die das Prinzip einer
Bilderzeugung unter Verwendung eines Elektronenstrahls mit
einem Durchmesser veranschaulicht, der der Größe eines oder
zweier Atome entspricht oder kleiner ist. Fig. 1(a) zeigt
Zustände durchgestrahlter und gestreuter Elektronenstrahlen
sowie ein Elektronenmikroskopbild, wenn ein Elektronenstrahl
parallel zur Richtung von Atomsäulen verläuft. Fig. 1(b)
zeigt Zustände durchgestrahlter und gestreuter
Elektronenstrahlen sowie ein Elektronenmikroskopbild, wenn ein
Elektronenstrahl einen Neigungswinkel Θ zur Richtung der
Atomsäulen hat.
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Fig. 2 ist eine erläuternde Ansicht, die Beziehungen
zwischen der Intensität gestreuter Elektronen und dem
Streuwinkel für Atome mit niedrigen und hohen Atomzahlen zeigt.
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Fig. 3 ist eine erläuternde Ansicht zur Messung gestreuter
Elektronen durch einen Mehrkanal-Elektronendetektor in einem
Streuwinkelbereich zwischen γ und δ.
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Fig. 4 ist eine erläuternde Ansicht, die einen Prozess zum
Aufbau von einer dreidimensionalen Atomstruktur durch eine
Bildverarbeitung zweidimensionaler Atombilder
veranschaulicht, die unter einer Vielzahl von Neigungswinkeln Θn einer
Probe beobachtet wurden.
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Fig. 5 ist ein Diagramm, das den Gesamtaufbau eines
Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt.
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Fig. 6 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Beziehung
zwischen dem Winkelschritt (Θ) der Probe, dem Abstand (d) von
einem Atom zu einem benachbarten sowie der Dicke (t) der
Probe zeigt.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsbeispiele:
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Unter Bezugnahme auf die oben kurz beschriebenen Diagramme
werden Ausführungsbeispiele der Erfindung wie folgt
erläutert. Fig. 5 ist ein Diagramm, das den Grundaufbau eines
Elektronenmikroskopgeräts zeigt, wie es bei
Ausführungsbeispielen der Erfindung verwendet wurde. Wie es in der Figur
dargestellt ist, verfügt das Gerät über eine Feldemissions-
Elektronenkanone 8, Kondensorlinsen 9,
Elektronenablenkspulen 10, Objektivlinsen 11, ein Proben-Goniometer/Kipp-System
12, einen Elektronendetektor 13, einen Computer 14 zum
Abarbeiten von Steuerungs- und Bildverarbeitungs-Software, einen
Röntgenstrahldetektor 15, einen Energieanalysator 16, einen
Probenvorbereitungsraum 17 und ein Probenübertragungssystem
18. Um einen Elektronenstrahl mit einem Durchmesser der
Größe eines oder zweier Atome, oder kleiner, zu erzeugen, wird
eine Beschleunigungsspannung von mindestens 200 kV an die
Feldemissions-Elektronenkanone 8 angelegt, und es werden
Elektronenlinsen mit kleiner Aberration zur Beleuchtung
verwendet. Eine Probe 19 wird dadurch mittels der
Strahl-Ablenk/Abraster-Spule 10 abgerastert, dass ein
Elektronenstrahl auf die Probe 19 gegeben wird. Der Elektronendetektor
13 verfügt über eine mehrkanalige Matrix mehrerer
photosensitiver Bauelemente. Die Intensitäten von durch die Probe 19
gestreuten und durch sie hindurchgestrahlten Elektronen
können dadurch gemessen werden, dass Beziehungen zwischen den
Adressen der photosensitiven Bauelemente in der Matrix sowie
den Streuwinkeln und den Elektronenrichtungen identifiziert
werden. Obwohl im Elektronendetekaor 13 typischerweise
photoempfindliche CCD-Bauelemente verwendet werden, können auch
photosensitive Bauelemente anderer Typen mit hoher
Empfindlichkeit verwendet werden. Das Proben-Goniometer/Kipp-System
12 umfasst einen Schrittmotor und ein Goniometer, die durch
den Computer 14 gesteuert werden. Dies ermöglicht es, die
Neigung der Probe 19 in der Größenordnung von Millirad
einzustellen. So wird der positionsbezogene Bildfehler in der
Größenordnung von Nanometern kompensiert. Der Computer 14
arbeitet Steuerungs- und Bildverarbeitungs-Software ab, was
es ermöglicht, Intensität und die Verteilung von Elektronen,
wie vom Elektronendetektor 13 gemessen, in einen Speicher
einzugeben und einzuspeichern, was synchron mit dem
Abrasterbetrieb durch den auftreffenden Elektronenstrahl erfolgt.
Außerdem kann der Computer 14 auch eine Vielzahl von
Bildverarbeitungsvorgängen ausführen.
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Als nächstes wird ein Schritt zum Beobachten einer
dreidimensionalen Atomanordnung gemäß der Erfindung beschrieben.
Fig. 1 zeigt die Wechselwirkung zwischen einem die
Dünnschicht-Probe 19 bildenden Atom 2 und einem auftreffenden
Elektronenstrahl 1 mit einem Durchmesser, der der Größe
eines oder zweier Atome entspricht oder kleiner ist. Fig. 1(a)
zeigt einen Fall, bei dem der auftreffende Elektronenstrahl
1 parallel zur Richtung der Atomsäule der Dünnschicht-Probe
19 verläuft. In diesem Fall wird der auftreffende
Elektronenstrahl 1 zwischen zwei benachbarten Atomsäulen aufgrund
eines Kanaleffekts hindurchgestrahlt, ohne dass er durch die
Atome 2 gestreut wird. Es ist zu beachten, dass der
Kanaleffekt ein solcher Effekt ist, bei dem ein Elektronenstrahl 1
durchgelassen wird. Ein auftreffender Elektronenstrahl 1,
der auf eine Atomsäule trifft, wird durch das erste Atom 2
der Atomsäule gestreut. Durch Messen der Intensität eines
durchgestrahlten oder gestreuten Elektrons 4 oder 5 synchron
mit dem Abtastvorgang für den auftreffenden Elektronenstrahl
1 durch den Elektronendetektor 13 kann ein Projektionsbild
der Atomanordnung 6 beobachtet werden. Als nächstes wird die
Dünnschicht-Probe 19 so geneigt, dass sie zu den
auftreffenden Elektronenstrahlen 1 einen Winkel Θ bildet. Wie es in
Fig. 6 dargestellt ist, ist der Winkel Θ auf einen Wert
unter tan&supmin;¹(d/t) eingestellt, wobei d der Abstand von einem
Atom zu einem benachbarten in der Dünnschicht-Probe 19 ist
und t die Dicke der Dünnschicht-Probe 19 ist. Obwohl der
Spalt zwischen zwei benachbarten Atomsäulen, wie aus der
Auftreffrichtung der Elektronenstrahlen 1 gesehen, kleiner
wird, existiert ein Kanalelektron. Wie es in Fig. 1(b)
dargestellt ist, entspricht das Projektionsbild der Anordnung 6
einem Projektionsbild, wie es aus einer schrägen Richtung
gesehen wird, die den Winkel Θ zu den Atomsäulen bildet. In
diesem Fall unterscheidet sich die Ansicht eines
Fremdstoffatoms 3 von der von Fig. 1(a). D. h., dass das Fremdstoffatom
3 in Fig. 1(a) nicht erkennbar ist, da es durch ein
unmittelbar über ihm liegendes Atom 2 ausgeblendet ist. Im in
Fig. 1(b) dargestellten Fall ist jedoch das andere Atom 3
sichtbar. Demgemäß wird der auftreffende Elektronenstrahl 1
auch durch das Fremdstoffatom 3 gestreut. Beziehungen
zwischen dem Streuwinkel und der Intensität eines gestreuten
Elektrons sind allgemein in Fig. 2 dargestellt. Wie es in
der Figur dargestellt ist, ist die Intensität gestreuter
Elektronen über Streuwinkel verteilt, wobei ein Peak bei
bestimmten Streuwinkelwerten liegt. Die Verteilungskurven
sind für hohe Streuwinkelwerte flacher. Die
Verteilungskurven unterscheiden sich auch abhängig von der Atomzahl (Z)
voneinander. Je größer der Wert der Atomzahl (Z) ist, umso
mehr ist die Verteilungskurve zur Seite großer
Streuwinkelwerte verschoben. Demgemäß unterscheidet sich der
Streuwinkel β bei der Peakintensität von durch ein Fremdstoffatom 3
gestreuten Elektronen 5 vom Streuwinkel α bei der
Peakintensität von durch ein Umgebungsatom 2 gestreuten Elektronen.
In diesem Fall weist das Atom 2 eine größere Atomzahl als
das Fremdstoffatom 3 auf. Wenn die in Fig. 2 dargestellte
Verteilung berücksichtigt wird, wird der
Aufnahmewinkelbereich für die gestreuten Elektronen 5, wie er bei der
Bilderzeugung durch den Elektronendetektor 13 verwendet wird,
zwischen den in der Figur dargestellten Winkeln γ und δ
eingestellt. Fig. 3 zeigt einen Betriebszustand des
Elektronendetektors 13 für den Erfassungswinkelbereich zwischen γ und
δ. Wie es in der Figur dargestellt ist, verfügt der
Elektronendetektor 13 über mehrkanalige Matrixkonfiguration, die
eine Vielzahl photosensitiver Bauelemente 7 aufweist.
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Wenn der auftreffende Elektronenstrahl 1 auf die Probe 19
trifft, werden Elektronen 5 unter einer Vielzahl von
Streuwinkeln gestreut, und sie treffen am Elektronendetektor 13
ein. Nur Elektronen mit Streuwinkeln zwischen γ und δ werden
zum Erzeugen eines Projektionsbilds der Atomanordnung 6
erzeugt. D. h., dass nur die Intensität gestreuter Elektronen
5, wie sie durch photosensitive Bauelemente 7 erfasst
werden, die zwischen zwei den Streuwinkeln γ und δ
entsprechenden konzentrischen Kreisen liegen, synchron mit dem
Abrastervorgang des auftreffenden Elektronenstrahls 1 gemessen
werden. Der Erfassungswinkelbereich wird dadurch
eingestellt, dass die Adressen der photosensitiven Bauelemente 7
durch den Computer 14 spezifiziert werden. Durch eine
derartige Messung kann eine Kontrastdifferez zwischen Atomen im
Projektionsbild erkannt werden. In diesem Fall ist das Atom
2 hell, während das unterschiedliche Atom 3 dunkel ist.
Durch Ausnutzen desselben Prinzips kann die Differenz selbst
dann noch erkannt werden, wenn an der Position des
Fremdstoffatoms 3 eine Fehlstelle existiert. Im Computer 14 wird
Information zur Verteilung der Intensitäten gestreuter
Elektronen für verschiedene Atome gespeichert. Demgemäß können
die Aufnahmewinkelbereiche für verschiedene Atome im
Elektronendetektor 13 eingestellt werden. So können verschiedene
Atome auf Grundlage von Bildkontrastdifferenzen zwischen
ihnen unterschieden werden. Außerdem kann, da das Proben-
Goniometer/Kipp-System 12 eine Steuerung des Neigungswinkels
der Probe 19 in der Größenordnung von Millirad ermöglicht,
der Neigungswinkel auf die Bedingungen des Kanaleffekts
eingestellt werden. Darüber hinaus kann die Position der Probe
19 unter Verwendung des Computers 14 so eingestellt werden,
dass das Beobachtungsziel auf der Probe 19 immer im Zentrum
des Beobachtungsbereichs liegt. Die computergestützte
Steuerung wird dadurch ausgeführt, dass das Ausmaß eines
Bildfehlers an der Position der Probe 19, wie er bei geneigter
Probe 19 auftritt, unter Verwendung des
Bildverarbeitungsvorgangs herausgefunden wird. Durch kontinuierliches Beobachten
von Bildern unter Variation des Neigungswinkels sowie durch
Einspeichern von Bilddaten in den Computer 14 können
Projektionsbilder der aus einer Vielzahl von Richtungen
beobachteten Atomanordnung 6 erhalten werden.
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Der Bildverarbeitungsvorgang erzeugt eine dreidimensionale
Struktur der Atomanordnung auf Grundlage von
Projektionsbildern der Atomanordnung 6 (I&sub1;, I&sub2; bis In), die jeweils bei
Neigungswinkeln (Θ&sub1;, Θ&sub2; bis Θn) durch einen Ablauf erhalten
wurden, wie er in Fig. 4 dargestellt ist. Die
dreidimensionale Struktur der Atomanordnung wird auf einer
Kathodenstrahlröhre des Computers 14 angezeigt. Bei diesem Ablauf
wird als erstes an den Projektionsbildern der Atomanordnung
6 (I&sub1;, I&sub2; bis In) eine dreidimensionale Bildverarbeitung
ausgeführt, um dreidimensionale Koordinaten, die Symmetrie
und die Regelmäßigkeit der Atome zu identifizieren. Die auf
die obige Weise identifizierte Atomanordnung wird dann mit
Messdaten von Atomarten kombiniert, um eine dreidimensionale
Struktur der Atomanordnung der Probe 19 zu bestimmen. Die
zum Erzeugen der dreidimensionalen Struktur verwendete
Technik ist dieselbe, wie sie auf Seite 15 von Measurement and
Control, einer technischen Zeitschrift, No. 6, Vol. 17, 1978
beschrieben ist. Die Bildverarbeitungs-Software zum Aufbauen
der dreidimensionalen Struktur, kann eine dreidimensionale
Struktur auf Grundlage von Information Erzeugen, wie sie
selbst aus einem Bereich möglicher Neigungswinkel von 0 bis
ungefähr 20º für eine Probe erhalten wurde. Z. B. existieren
als Software das Fourier-Entfaltungsverfahren und ein
Reihenentwicklungsverfahren. Die Bildverarbeitungs-Software
wird durch den Computer 14 abgearbeitet, der eine der
Techniken entsprechend der Menge zu verarbeitender Information
auswählt. Auf Grundlage der Daten zur dreidimensionalen
Struktur der Atomanordnung wird dann ein Projektionsbild für
die Atomanordnung 6 simuliert. Bei der Simulation verwendete
Software verwendet ein typisches Verfahren wie eine
Mehrschnitttechnik. Dann wird das simulierte Bild mit dem
beobachteten Bild verglichen, um klarzustellen, ob aus der
aufgebauten dreidimensionalen Struktur der Atomanordnung ein
Projektionsbild der Atomanordnung 6 reproduziert werden kann
oder nicht. Wenn eine Reproduktion unmöglich ist, werden die
Daten der dreidimensionalen Struktur der Atomanordnung so
korrigiert, dass sich ein anderes simuliertes
Projektionsbild der Atomanordnung 6 ergibt. Dieser Vorgang wird
wiederholt, bis das simulierte Bild mit dem beobachteten
übereinstimmt. Auf diese Weise kann die Genauigkeit für die
dreidimensionale Struktur der Atomanordnung verbessert werden. Die
als solche bestimmte dreidimensionale Struktur der
Atomanordnung wird schließlich als Schrägbild oder als
Schnittan
sicht, gesehen aus irgendeiner gewünschten Richtung, auf der
Kathodenstrahlröhre des Computers 14 angezeigt.
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Die Zusammensetzung und der Bindungszustand von die Probe 19
bildenden Elementen können durch Messung charakteristischer
Röntgenstrahlung durch den Röntgenstrahldetektor 15 und
durch Messen der Verlustenergie durchgestrahlter Elektroden
durch den Energieanalysator 16 analysiert werden. Im
Probenvorbereitungsraum 17 wird ein Rastertunnelmikroskop
angeordnet, wobei ein Prozess zum Dünnermachen der Probe 19 dadurch
ausgeführt wird, dass ein Feldverdampfungseffekt genutzt
wird, wie er auftritt, wenn ein Feld an ein Gebiet zwischen
einer Spitze und der Probe 19 angelegt wird. Auf diese Art
werden Atome einzeln abgestreift. Demgemäß kann die Dicke
der Probe 19 in der Größenordnung als Atomschicht
kontrolliert werden, ohne dass die Probe 19 irgendwie beschädigt
würde. Durch Ausführen des Vorgangs zum Abstreifen von
Atomen als solchen, während die Probe 19 durch das
Rastertunnelmikroskop beobachtet wird, kann die Struktur eines
interessierenden extrem kleinen Teils sicher mit einer
Genauigkeit auf atomarem Niveau in eine Dünnschicht umgewandelt
werden. Da die Dünnschicht-Probe 19 durch das
Probentransportsystem 18 durch Vakuum in einen Probenbeobachtungsraum
transportiert wird, wird die Probe 19 weder verunreinigt
noch oxidiert. Im Probenvorbereitungsraum 17 kann die Probe
19 Herstell- und Fertigungsprozessen wie einer
Probenreinigung und -veränderung unter Verwendung von Ionenstrahlung
und Erwärmung sowie Dünnschichterzeugung unter Verwendung
von Aufdampfen und Sputtern unterzogen werden. Daher können
Atomstrukturen in einer Vielzahl von Zuständen beobachtet
werden. Ferner kann der Probenvorbereitungsraum 17 aus dem
Elektronenmikroskop herausgenommen werden und mit der
tatsächlichen Dünnschichtausrüstung verbunden werden, wie sie
bei einem Halbleiterprozess verwendet wird. Bei einer
derartigen Anordnung wird eine durch die Dünnschichtausrüstung
hergestellte Probe in das durch die Erfindung geschaffene
Gerät transportiert, in dem die Auswertung der
Prozessbedingungen für dieselbe ausgeführt werden kann.
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Wie oben beschrieben, ermöglicht die Erfindung die
Beobachtung einer dreidimensionalen Atomanordnung mit hoher
Auflösung von mehr als 0,2 nm. Die Erfindung ermöglicht auch die
Analyse von Atomarten. Außerdem ermöglicht die Erfindung die
Messung der Zusammensetzung und des Bindungszustands. Es
können Punktdefekte, Fremdstoffatome und Cluster derselben,
die unter Verwendung eines herkömmlichen
Elektronenmikroskops schwierig zu untersuchen sind, auf dem Niveau eines
einzelnen Atoms beobachtet werden. Demgemäß können die
Gründe für Defekte von ULSI-Bauelementen, Bedingungen zur
Dünnschichtherstellung und dergleichen mit hoher Genauigkeit
ausgewertet werden. Im Fall herkömmlicher
Elektronenmikroskoptechniken müssen so viele Proben hergestellt werden, wie
zahlreiche Beobachtungsrichtungen existieren, um
dreidimensionale Beobachtung zu erzielen. Durch die Erfindung ist
jedoch nur eine einzelne Probe erforderlich. Im Ergebnis ist
die T. A. T. (Turn-Around-Time = Durchlaufzeit) für den
Auswertungsprozess erheblich im Vergleich zu demjenigen bei
herkömmlichen Techniken verringert.