WO1990002955A1 - Verfahren und anordnung zur messung des zustands und/oder zeitlichen verlaufs - Google Patents

Abstract

Bei den herkömmlichen Verfahren der Elektronenstrahlmeßtechnik erfolgt die Messung von Signalen an einem Meßpunkt einer Probe nach einem kombinierten Abtast- und Mittelungsverfahren mit Hilfe des Potentialkontrasts. Dazu wird, ausgelöst von einem Triggerimpuls, der synchron zu dem zu messenden Signal auftritt, der Meßpunkt jeweils mit einem kurzen Primärelektronenimpuls beaufschlagt. Der Mittelwert über den Sekundärelektronenstrom, der durch sehr viele Primärelektronen hervorgerufen wurde, wird gemessen und ist ein Maß für das Signal am Meßort zum Zeitpunkt des Auftreffens der Primärelektronen. Die Erzeugung der Primärelektronenimpulse erfolgt mit einem Strahlmodulationssystem. Da die Primärelektronenimpulse auf die Triggerimpulse hin erzeugt werden, muß dieses System sehr breitbandig ausgelegt werden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren bzw. bei der Anordnung zu dessen Realisierung wird die Probe dagegen völlig unabhängig vom Signalverlauf am Meßort mit Primärelektronenimpulsen beaufschlagt und der resultierende Sekundärelektronenstrom wird registriert. Zur Auswertung werden aber nur die Sekundärelektronenimpulse herangezogen, die von Primärelektronenimpulsen hervorgerufen wurden, die in einem definierten zeitlichen Abstand von dem jeweiligen Triggerimpuls auftreten. Zur Aufnahme einer kompletten Meßkurve wird dieser zeitliche Abstand variiert. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorzug, daß die Primärelektronenimpulse mit konstanter Frequenz erzeugt werden. Dadurch kann zu ihrer Erzeugung ein besonders einfaches und leistungsfähiges schmalbandiges Strahlmodulationssystem, beispielsweise ein System, das Resonanzeffekte ausnutzt, eingesetzt werden.

Description

VERFAHREN UND ANORDNUNG ZUR MESSUNG DES ZUSTANDS UND/

ODER ZEITLICHEN VERLAUFS

Beschreibung

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur asynchronen Messung von Signalveriäufen an einen oder mehreren Meßpunkten einer Probe sowie auf eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Stand der Technik

Die Überprüfung der Funktionsweise hochintegrierter Schaltunger. erfolgt üblicherweise in rechnergesteuerten Testsystemen, in denen die vorhandenen Fehler durch Analyse der an den Ausgängen der untersuchten Schaltung in Abhängigkeit von den jeweils eingespeisten Bitmustern gemessenen Spannungspegel zwar erkannt, aber nur sehr schwer lokalisiert werden können. Deshalb müssen insbesondere während der Entwicklungsphase zusätzliche Messungen im Innern hochintegrierter Schaltungen durchgeführt werden.

Als für diese Zwecke besonders geeignet, haben sich die in allen Bereichen der Entwicklung und. Fertigung mikroelektronischer Bauelemente eingesetzten Korpuskularstrahl-Meßverfahren und hier wieder besonders die Elektronenstrahl-Meßtechnik herausgestellt. Mit Hilfe dieser Meßtechniken läßt sich beispielsweise die elektrische Potentialverteilung in integrierten Schaltungen abbilden (hier sind insbesondere die dem Fachmann unter der Bezeichnung "Voltage Coding" bzw. "Logic- State Mapping" bekannten Verfahren zu nennen) oder der zeitliehe Potentialverlauf an einem einzelnen Knotenpunkt bestimmen ("Waveform-Messung"). Eine Zusammenfassung der zur Zeit gewöhnlich eingesetzten Testverfahren der Elaktronenstrahl-Meß technik ist in der Veröffentlichung "Electron Beam Testing" von E. Wolfgang (Zeitschrift "Microelectronic Engineering", Band 4, 1986, Seiten 77 - 106) wiedergegeben. Eines der wichtigsten Meßverfahren der Elektronenstrahl-Meßtechnik ist dabei die sogenannte Waveform-Messung, die ausführlich in der Veröffentlichung "Electron Beam Testing: Methods and Applications" von H.-P. Feuerbaum (Zeitschrift "Scanning", Band 5, 1983, Seiten 14 - 24) insbesondere auf den Seiten 12 bis 14 beschrieben ist und mit deren Hilfe der Spannungsverlauf an einem Meßpunkt einer Probe gemessen werden kann. Bei der Waveform-Messung richtet man einen fein fokussierten Primäreiektronenstrahl auf die zu untersuchende Meßstelle der integrierten Schaltung. Die dort auftreffenden Primärelektronen lösen aus der Probenoberfläche Sekundärelektronen aus, die durch die elektrischen Potentiale auf der Probenoberfläche beeinflußt werden. Diese Beeinflussung äußert sich in einem Sekundärelektronenstrom, der vom Potential am Meßort abhängt, bzw. in einer Energieverschiebung der Sekundäreiektronan, die ebenfalls vom elektrischen Potential am Meßort bestimmt wird und mit Hilfe eines Energiespektrometers gemessen werden kann. Diesen Effekt bezeichnet man als Potentialkontrast. Da die zur Registrierung der Sekundärelektronen erforderlichen Detektoren gewöhnlich nur eine relativ geringe Bandbreite von einigen MHz aufweisen, muß zur Erzielung einer hohen Zeitauflösung ein Abtastverfahran eingesetzt werden, bei dem der zeitliche Verlauf des Signals am Meßort ähnlich wie bei einem Sampling- Oszilloskop mit kurzen Elektronenimpuisen auf ein Triggersignal hin abgetastet wird. Da jeder Primärelektronenimpuls nur sehr wenige Elektronen enthalten kann, wird zur Erzieiung eines ausreichenden Signal-Rausch-Verhäitnisses über die Abtastwerte aus sehr vielen Meßzyklan gemittelt.

Da jeder Triggerimpuls einen Primärelektronenimpuls auslöst, das Triggersignal aber kaum beeinflußt werden kann, muß die Erzeugung der Primärelektronenimpulse sehr breitbandig ausgelegt sein. Dies stößt allerdings auf erhebliche Probleme, wenn man zur Erzielung einer hohen Zeitauflösung mit sehr kurzen Primärelektronenimpulsen arbeiten möchte. Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde Triggerung und Primärimpulserzeugung zu entkoppeln und dadurch den Einsatz schmalbandiger Systeme zur Erzeugung auch sehr kurzer Primärimpulse zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren na ch Patentanspruch 1 und durch eine Anordnung nach Patentanspruch 16 gelöst.

Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil besteht insbesondere darin, daß sich speziell ausgebildete schmaibandiger Systeme zur Erzeugung von sehr kurzen Primärimpuisen einsetzen lassen. Dadurch läßt sich mit geringem Aufwand eine Messung von Signalverlaufen mit sehr hoher Zeitauflösung vornehmen. Darüberhinaus wird gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren auch die Empfindlichkeit gegen Störungen (etwa durch Aufladungen oder Kontamination) verringert. Außerdem lassen sich nicht nur periodische sondern auch nur statistisch wiederkehrende Signale messen.

Während die Ansprüche 2 bis 15 bevorzugte Weiterbildungen des Verfahrens nach Anspruch 1 betreffen, sind die Ansprüche 17 bis 29 auf Ausgestaltungen der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gerichtet.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 das Arbeitsprinzip des herkömmlichen Verfahrens nach dem Stand der Technik anhand eines Zeitdiagramms einiger bei diesem Verfahren auftretender Signale, Fig. 2 das Arbeitsprinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Zeitdiagramms einiger bei diesem Verfahren auftretender Signale, Fig. 3 eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 4 eine Meßwertverarbeitungsanordnung, wie sie in der

Anordnung nach Fig. 3 eingesetzt werden kann,

Fig. 5 eine Ausgestaltung der Primärstrahlquelle, wie sie in der Anordnung nach Fig. 3 eingesetzt werden kann, Fig. 6 eine Ausgestaltung der Meßverarbeitungsanordnung für die Multisampiing-Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens

Fig. 7 eine Erweiterung der Anordnung nach Fig. 3 zur Durchführung der Muitikoinzidenz-Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 3 das Arbeitsprinzip der Preselektions-Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Zeitdiagramms einiger auftretender Signale.

In den Figuren sind jeweils gleiche Signale bzw. Schaltungsteile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Darstellung von Ausführungsbeispielen

Obwohl sich die folgenden Ausführungsbeispieie auf ein Elektronenstrahi-Meßgerät beziehen, ist die Erfindung so zu verstehen, daß anstelle von Elektronen auch Ionen oder andere Korpuskel verwendet werden können und zwar sowohl als Primärkorpuskel als auch als Sekundärkorpuskel. Ebenso ist es möglich, daß anstelle der Primär- bzw. Sekundärkorpuskeln eine Strahlung, wie z.B. Laser- oder Röntgenstrahlung tritt.

Fig. 1 verdeutlicht das Arbeitsprinzip der herkömmlichen Waveform-Messung nach dem Stand der Technik, wie sie beispielsweise in der zitierten Veröffentlichung von H.-P. Feuerbaum beschrieben ist. Der mit der Periodendauer T periodisch sich wiederholende Signalveriauf U soll gemessen werden. Dazu muß in der zu untersuchenden Probe oder deren Ansteuerung ein Triggersignal Tr erzeugt werden, das Auftreten des zu messenden Vorganges einleitet und anzeigt. Auf einen solchen Triggerimpuls hin wird dann nach einer Verzögerungszeit to ein Primärelektronenimpuls erzeugt, was zu einem puisförmigen Primärelektronenstrom I_PE führt. Jeder Primärelektronenimpuls erzeugt einen Sekundärelektronenimpuls, so daß ein entsprechender pulsförmiger Sekundärelektronenstrom I_SE entsteht. 'Die geringe Zeitverschiebung zwischen Primär- und Sekundärelektronen- impulsen ist dabei auf die Laufzeit der Elektronen zwischen Elektronenquelle und Probe bzw. zwischen Probe und Detektor zurückzuführen. Die erreichbare Zeitauflösung wird bei diesem Verfahren nur noch durch die Breite dar Primärelektronenimpulse aber nicht mehr durch die Bandbreite des Detektionssystems, mit dem der Sekundärelektronenstrom registriert wird. bestimmt. Durch langsame Verschiebung des Zeitpunktes, zu dem ein Primärelektronenimpuls erzeugt wird, also durch Variation der Verzögerungszeit t_D, kann der gesamte interessierende Signaiverlauf des Signals U abgetastet werden. Die Geschwindigkeit, mit der die Zeitverzögerung t_D verändert wird, bestimmt dabei, über wieviele Abtastwerte bzw. Meßzyklen pro Abtastzeitpunkt gemittelt wird.

Demgegenüber verdeutlicht Fig. 2 die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der zu messende Signaiverlauf U und das Triggersignal Tr sind dabei - weil sie vom zu untersuchenden Vorgang nicht aber vom jeweiligen Meßverfahren abhängen - mit Fig. 1 identisch. Dagegen erfolgt beim erfindungsgemäßen Verfahren die Erzeugung der Primärelektronenimpulse völlig unabhängig vom zu messenden Signalverlauf U bzw. zum dazu synchronen Triggersignal Tr. Wann und wie oft die Primärelektronenimpulse erzeugt werden, ist dabei für das Verfahren prinzipiell beliebig, doch ist es vorteilhaft, wenn die Impulse mit konstanter Wiederholfrequenz erzeugt werden, da sich dann schmalbandige Systeme zur Erzeugung der Primärelektronenimpulse einsetzen lassen. Daher wurde auch ein solcher Fall in Fig. 1 angenommen. Entsprechend weisen sowohl der Primärelektronen- I_PE als auch der Sekundärelektronenstrom I_SE periodische Impulse mit konstantem Abstand auf. Mit diesen Impulsen wird der Signalverlauf U an den durch Punkte gekennzeichneten (in diesem speziellen Fall äquidistanten) Zeitpunkten abgetastet. Die Ergebnisse der Abtastung sind als (Amplituden-) Information in den einzelnen Sekundärelektronenimpulsen enthalten. Daher wird der Sekundärelektronenstrom I_SE bzw. ein daraus abgeleitetes sekundäres Signal SS registriert. Die Bandbreite des zur Registrierung benutzten Detektionssytems bestimmt daher den minimalen Abstand der Primärelektronenimpuise.

Um nun die einzelnen Sekundärelektronenimpulse eindeutig den zugehörigen Abtastzeitpunkten im Signalveriauf U zuordnen zu können, werden nur die Sekundärelektronenimpulse ausgewertet und zum Meßergebnis weiterverarbeitet, deren zugeordnete A-btastzeitpunkte in einem Zeitfenster mit definierter Länge und definiertem Abstand t_D' vom Triggerimpuls liegen. Dazu wird ausgehend vom Triggersignai Tr ein Fenstersignal Ws erzeugt das dieses Zeitfenster definiert. Im dargestellten Fall ist das Zeitfenster dadurch gekennzeichnet, daß das Fenstersignal dann logisch 1 ist. Nur Sekunάäraiektronenimpuise, die durch Primärelektronenimpulse innerhalb dieses Zeitfensters erzeugt wurden, sind relevant und werden ausgewertet. Die übrigen Impulse werden ignoriert. In Fig. 2 sind die zur Auswertung herangezogenen Impulse schraffiert dargestellt. Die 3reite des Zeitfensters bestimmt dabei u.a. die erreichbare Zeitauflösung. Um den gesamten Signalveriauf abzutasten wird das Zeitfenster über den interessierenden Zeitbereich verschoben, d.h. die Verzögerungszeit t_D' wird entsprechend variiert. Die Geschwindigkeit, mit der dies geschieht, bestimmt dabei die Anzahl der Sekundäreiektronenimpulse pro Abtastzeitpunkt, über die bei der Auswertung gemittelt wird, und entscheidet damit über das Signal- Rausch-Verhältnis des Meßergebnisses. Die Bawegung des Zeitfensters kann dabei sowohl stetig als auch scheinbar zufällig in diskreten Schritten erfolgen, wie an späterer Stelle noch erläutert werden wird. Für die Mittelung der Sekundärelektronenimpulse können dabei die dem Fachmann bekannten Mitteiungsverfahren, wie sie beispielsweise auch schon bei den Meßverfahren nach dem Stand der Technik eingesetzt werden, benutzt werden. Der wesentliche Grundgedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht also darin, die Erzeugung der Primärelektronenimpulse und damit die Auswahl der Abtastzeitpunkte völlig asynchron zum Triggersignal vorzunehmen, bei der Auswertung aber nur jeweils die Sekundärelektronenimpulse zu berücksichtigen, die aus einem bestimmten durch das Zeitfenster definierten Abtastzeitbereich des zu messenden Signalveriaufs U stammen.

Fig. 3 zeigt schematisch aine Anordnung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren realisiert werden kann. Das Kernstück dieser Anordnung bildet ein beispielsweise aus den US-Patentschriften 4220853 und 4223220 bekanntes Eiektronenstrahl-Meßgarät. In der elektronenoptischen Säule eines solchen Elektronenstrahl-Meßgerätes wird ein fein gebündelter Primärelektronenstranl erzeugt. Diese eiektronenoptische Säule weist

neben einer Vielzahl in der Fig. 3 und den späteren Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellten Blenden und elektrischen oder magnetischen Linsensystemen zur Strahlformung, Strahlablenkung und zur Strahlfokussierung eine Elektronenquelle die die Primärelektronenimpulse erzeugt, auf.

Die Elektronenquelle ES hat die Aufgabe, die Primärelektronenimpulse zu generieren. In Fig. 3 ist sie aus einer im wesentlichen aus einer Kathode, die die Primäreiektronen durch thermische Emission erzeugt, einer Anode und einer Wehnelt-Elektrode bestehenden Elektronenkanone EG und einem Strahlmodulations- oder -austastsystem BBS aufgebaut. Mit Hilfe des Strahlmodulationssystems BBS wird der von der Kathode gelieferte kontinuierliche Primärelektronenstrom in seiner Intensität moduliert. Auf diese Weise können Primärelektronenimpulse erzeugt werden. Mögliche Ausführungsformen von Elektronenkanone EG und Strahlmodulationssystem BBS sind beispielsweise in der Veröffentlichung "Electron beam chopping Systems in the SEM" von E. Menzel und E. Kubalek (Scanning Electron Microscopy, SEM Inc., AMF O'Hare, 1979/I, Seiten 305-317) beschrieben.

Zur Erzeugung der Primärelektronenimpulse ist ein Str hlmodulationsgenerator

mit dem Modulationseingang MI äet Elektronenquelle ES verbunden. Der Strahlmodulationsgeneratσr BBG steuert das Strahlmodulaticnssystem BBS mit einem Modulationssignal

an. In dieser Realisierung besteht das Modulationssignal MS aus Rechteckimpulsen, die mit konstanter Wiederholfrequenz auftreten. Andere Möglichkeiten zur Ansteuerung des Strahlmodulationssystams mit unterschiedlichen Signalformen sind ebenfalls in dar zitierten Veröffentlichung von E. Menzel und E. Kubalek beschrieben und könnten im Prinzip ebenfalls verwendet werden. Jeder Rechteckimpuls des Modulationssignals MS tastet den Primärelektronenstrahl PE kurz ein und erzeugt so einen Primärelektronenimpuls. Die Breite der Rechteckimpulse bestimmt dabei die Dauer der Primärelektronenimpulse.

Die so erzeugten Primärelektronenimpulse werden dann durch die in Fig. 3 nicht dargestellten Linsensysteme auf die Probe IC, beispielsweise eine integrierte Schaltung, fokussiert. Dort lösen die auftreffenden Primärelektronen PE Sekundäreiektronen SE aus, die vom Detektor

registriert und in Lichtimpuise umgewandelt werden. Diese Lichtimpulse werden dann über einen Lichtleiter zu dem gewöhnlich außerhalb der Probenkammer des Elektronenstrahlmeßgerätes befindlichen Photomultipiier

geleitet, der die Lichtimpulse wieder in ein elektrisches Signal umsetzt, das dann, gegebenenfalls nach weiterer Verstärkung in einem dem Photomultipiier PM nachgeschaiteten Vorverstärker

als (in diesem Fall elektrisches) sekundäres Signal SS zur weiteren Auswertung in einer Meßwertverarbeitungsanordnung zur Verfügung steht. Da die Sekundärelektronen durch

das elektrische Potential am Meßort beeinflußt werden, wird auch das sekundäre Signal

durch das Potential am Meßort und damit durch den zu messenden Spannungsverlauf

bestimmt.

Die zu untersuchende Probe wird zur Reproduktion des inte

ressierenden Vorgangs, z.B. eines Fehlers, zyklisch betrieben. Dazu wird die Probe IC von einer Ansteuerung ICA mit Versorgungsspannungen und gegebenenfalls Eingangssignaien zur Stimulation versorgt. Als Ansteuerung ICA kann dabei insbesondere ein Funktionstester dienen, der dann auch die Ausgangssignale der Schaltung überwacht und dadurch feststellen kann, ob die Probe IC fehlerhaft arbeitet oder nicht. Die Ansteuerung oder die Probe selbst liefert auch das Triggersignai Tr das an zeigt, das der zu untersuchende Vorgang in der Probe abläuft bzw. abgeiaufen ist. Beipielsweise kann die Ansteuerung ICA jeweils den Beginn eines Testzyklus durch einen Triggerimpuls anzeigen.

Aus dem Triggersignal Tr wird dann mit Hilfe eines Fenstargenerators

das Fenstersignalf

gewonnen. Als Fenstergenerator kann beispielsweise ein Boxcar-Integrator, insbesondere das Modell 153 der Firma Princeton Applied Research, Verwendung finden. In diesem Fall wird das Triggersignal Tr dem Triggereingang des Boxcar-Integrators zugeführt und das Fenstersignal WS an dem Ausgang des Boxcar-Integrators abgegriffen, der das öffnen bzw. Schließen des Boxcar-Gates anzeigt. Eine andere bevorzugte Ausgestaltung des Fenstergenerators WG ist in Fig. 3 dargestellt. Dabei besteht der Fenstergenerator WG aus einem steuarbaran Verzögerungsglied

und ainem diesem nachgeschalteten Monoflop

Der Eingang des Verzögerungsgliedes DEL bildet zugleich den Eingang des Fenstergenerators WG und ihm wird das Triggersignal Tr zugeführt. Zu diesem Zweck ist der Eingang des Verzögerungsgliedes DEL mit dem entsprechenden Ausgang der IC-Ansteuerung ICA bzw. der Probe IC verbunden. Durch das Verzögerungsgiied DEL wird ein am Eingang des Fenstergenerators WG eintraffender Triggerimpuls um die Zeit t_D' verzögert. Der so verzögerte Triggerimpuis erscheint am Ausgang des Verzögerungsgliedes DEL, der mit dem Eingang des Monoflops MF verbunden ist. Das Monofiop MF wird seinerseits durch den verzögerten Triggerimpuls getriggert und gibt daraufhin an seinem Ausgang einen Rechteckimpuls ab, dessen Breite durch die Einstellung des Monoflops bestimmt ist. Das Ausgangssignal des Monoflops ist somit das gewünschte Fenstersignal WS, und der Ausgang des Monoflops MF stellt zugleich den Ausgang des Fenstergenerators WG dar. Für die Durchführung der Messung muß in bekannter Weise die Verzögerungszeit t_D' variiert werden. Ein Boxcar-Integrator ist dazu selbstständig in der Lage. Es besteht aber auch die Möglichkeit dem Fenstergenerator WG ein Steuersignal

zuzuführen. In der in Fig. 3 dargestellten Ausgestaltung wird dieses Steuersignal STDEL einem Steuereingang des Verzögerungsgliedes zugeführt. Mögliche Ausführungsformen des Verzögerungs gliedes DEL sind dem Fachmann bekannt. Beispielsweise kann eine motorbetriebene mechanische Verzögerungsleitung in Frage. Das

Steuersignal STDEL steuert in diesem Fall die Ankerstellung des

Motors. Besonders vorteilhaft kann als Verzögerungsglied auch der digital programmierbare Verzögerungsgenerator AD 9500 der

Firma Analog Devices Verwendung finden (siehe Analog Devices

(Hrsg.): "Linear Products Databook", Norwood, USA, 1938, Seite

9-41 ff.). Bei diesem 3austein wäre das Steuersignal STDEL ein digitales Datenwort, das etwa von einem Rechner geliefert werden kann.

Das Fenstersignai WS wird einem ersten Eingang eines Koinzidenzdetektors

D zugeführt, der dazu mit dem Ausgang des Fenstergenerators WG verbunden ist. Dem zweiten Eingang des Koinzidenzdetektors wird nun ein Signal zugeführt, das angibt, wann mit einem Primärelektronenimpuls eine Messung durchgeführt wird. Besonders vorteilhaft eignet sich dazu das Modulationssignal , das ja die Erzeugung der Primärelektronenimpulse stauert. Der Koinzidenzdetektor stellt fest, wann die Messung mit einem Primärelektronenimpuls gerade in das durch das Fenstersignai definierte Zeitfenster fällt. Aufbau und Wirkungsweise eines Koinzidenzdetektors sind dem Fachmann aus der Literatur bekannt. Eine sehr einfache Realisierung eines Koinzidenzdetektors CD stellt beispieisweise ein UND-Gatter dar. Schnalle Koinzidenzdetektoren können auch durch nichtiineare optische Bauelemente realisiert werden. In diesem Fall sind die Eingangssignale optische Signale, die nur dann ein Durchschalten des nichtlinearen Bauelementes bewirken, wenn sie zusammen eintreffen und dadurch eine besonders große Lichtintensität hervorrufen. Andere Ausführungsformen von Koinzidenzdetektoren sind beispielsweise in den deutschen Patentschriften 2842279 und 3523713 beschrieben. Das Ausgangssignal des Koinzidenzdetektors zeigt also an, welche der Sekundäreiektronenimpulse bzw. der Impulse des sekundären Signals SS für eine Auswertung der Messung herangezogen werden können. Um die Auswertung zu steuern, ist der Ausgang des Koinzidenzdetaktors mit dem Steuereingang

-der Meßverarbeitungsanordnung verbunden. Die Meßverarbeitungsanordnung MV hat die Aufgabe, aus den Impulsen des sekundären Signals SS diejenigen auszuwählen, die für die Bildung des Meßergebnisses relevant sind und sie gegebenenfalls einer weiteren Verarbeitung zu unterziehen. Diese Verarbeitung wird insbesondere in einer Mittelung über sehr viele Einzelabtastungen zur Verbesserung des Signai- Rausch-Verhältnisses bestehen. Einem ersten Eingang der Meßverarbeitungsanordnung MV, dem Signaleingang, wird dazu das sekundäre Signal SS zugeführt. .Der zweite Eingang der Meßverarbeitungsanordnung MV, der Steuereingang ST, ist mit dem Ausgang des Koinzidenzdetektors CD verbunden. Am Ausgang der Meßverarbeitungsanordnung steht das gewünschte Meßsignal zur Verfügung. Dieses kann gegebenenfalls noch weiterverarbeitet und beispielsweise zur Steuerung eines Spektrometers

herangezogen werden. Wie dies geschehen muß, ist dem Fachmann bekannt, da sich die Meßanordnung in dieser Hinsicht nicht von den herkömmlichen Verfahren der Elektronenstrahlmeßtechnik, wie sie in den eingangs zitierten Publikationen beschrieben sind, unterscheidet. Zur Durchführung der Messung wird in ebenfalls bekannter Weise das Meßsignai in Abhängigkeit von der Verzögerungszeit t_D' aufgezeichnet werden. Beispielsweise kann ein Rechner zunächst über den Steuereingang STDEL die Verzögerungszeit einstellen und dann den zugehörigen Meßwert am Ausgang der Meßverarbeitungsanordnung abgreifen. Dies wird dann für mehrere Werte der Verzögerungszeit t_D' wiederholt. Die Einstellung der Verzögerungszeit kann dabei im Prinzip beliebig, also sowohl kontinuierlich als auch in diskreten Schritten erfolgen. Wesentiich ist nur, daß der gesamte interessierende Zeitbereich überstrichen wird.

Figur 4 zeigt eine mögliche Ausgestaltung der Meßverarbeitungsanordnung MV. Sie besteht bei dieser Realisierung aus einer eingangsseitigen Torschaltung GT und einem nachgeschalteten Integrator INT. Bei dieser Realisierung bildet ein erster Eingang der Torschaltung GT den Eingang der Meßverarbeitungsanordnung und der Steuereingang wird durch den zweiten, den Steuereingang der Torschaltung gebildet. Der Ausgang der Torschaltung GT ist mit dem Eingang des Integrators INT verbunden. Die Torschaltung GT schaltet alle Impulse des sekundären Signals, die zu Abtastungen im durch das Fenstersignal WS definierten Zeitfenster gehören, auf den Integrator INT durch, während die übrigen Impulse ignoriert werden. Um welche Impulse es sich dabei handelt, wird durch den Koinzidenzdetektor CD festgestellt und durch dessen Ausgangssignal angezeigt. Darum übernimmt auch das Ausgangssignal des Koinzidenzdetektors CD die Steuerung der Torschaitung GT. Der nachfolgende Integrator INT mittelt über die Abtastwerta aus zahlreichen durch die Primärelektronenimpulse bewirkten Abtastungen des Signalverlaufs U und verbessert dadurch das Signal-Rausch-Verhältnis des Meßergebnisses.

Ordnet man vor der Torschaltung GT eine Speichereinheit, etwa eine durch das Modulationssignai MS gesteuerte SampIe&Hoid- Schaltung, an, so kann man auch den Signalverlauf vor Erscheinen des Triggerimpulses messen. Besonders vorteilhaft kann die Meßverarbeitungsanordnung mit digitalen Bauelementen realisiert werden. In diesem Fall wird enthält die Meßverarbeitungsanordnung aingangsseitig einen Analog-Digitai-Wandler. Speicherung, Durchschalten und Weiterverarbeitung der am Ausgang des Analog- Digital-Wandlers erscheinenden Digitalworte ist mit geringem Aufwand möglich. Die entsprechenden Methoden sind dem Fachmann bekannt. Zur Gewinnung des sekundären Signals SS kann insbesondere ein Energiespektrometer SP in die Anordnung eingebracht werden. Dies ist in Fig. 3 durch ein Gegenfeidnetz angedeutet. Besonders gut eignet sich dazu ein Gegenfeldspektrcmeter, wie es beispielsweise aus der US-Patentschrift 4292413 bekannt ist. Wie ein solches Spektrometer zur Gewinnung eines Signals benutzt werden kann, ist dem Fachmann bekannt. Eine besonders einfache Möglichkeit ist z.B. das Anlegen einer konstanten Spannung an das Gegenfeldnetz. Natürlich sind auch andere Ausführungsformen der Elektronenquelle ES als die in Fig. 3 gezeigte möglich. So kann z.B. an Stelle der geheizten Kathode, die durch thermische Emission Primärelektrσnen PE erzeugt, eine Feldemissionskathode treten. Ebenso ist es möglich eine Halbleiterkathode zu verwenden. Bei einer Halbleiterkathode kann die Intensität der Emission sehr einfach durch Variation des Kathodenstroms erfolgen. Ein eigenständiges Strahlmodulationssystem BBS hinter der Kathode kann dann entfallen, und das Modulationssignal MS steuert direkt den Kathodenstrom. Ein weiterer möglicher Aufbau der Elektronen quelle ist schematisch in Fig. 5 dargestellt. Hier werden die Primärelektronen PE durch Photoemission aus einer Photokathod PK erzeugt. Dazu liefert ein Pulslaser LA kurza Lichtimpulse, die über ein in Fig. 5 aus Gründen der Übersichtlichkeit nich dargestelltes Linsensystam durch ein optisches Fenster MI auf die im Vakuum befindliche Photokathode PK fokussiert werden un aus der Photokathode PK durch Photoemission kurze PE-Impulse auslösen. Ein Strahlmodulationssystem 3BS kann auch in diese Fall entfallen, da bereits die Erzeugung der PE moduliert erfolgt. Der Modulationseingang MI ist in diesem Fall kein elektrischer sondern ein optischer Eingang und auch das Modulationssignal MS ist ein optisches Signal, denn es wird durch die vom Laser LA ausgehenden Lichtimpulse gebildet. Ein dazu synchrones elektrisches Signal MS' kann in diesem Fall dem Koinzidenzdetektor zugeführt werden. Ein solches Signal MS' kann beispielsweise aus dem Laser LA gewonnen werden. Außerdem ist es möglich, durch einen Teilerspiegel einen Teil der Lichtimpulse des Lasers LA auf eine schnelle Photodiode zu leiten und deren Ausgangssignal, das der Modulation des Signals MS entspricht, als Signal MS' zu benutzen. Allerdings kann es in diesem Fall auch sehr vorteilhaft sein, sowohl den Fenstergenerator als auch den Koinzidenzdetektσr optisch zu realisieren. Das steuerbare Verzögerungsglied DEL läßt sich optisch z.B. sehr einfach als variable Wegstrecke, die die Liσhtimpulse durchlaufen müssen, realisieren.

Der Aufbau der Elektronenquelle ES wird meist besonders einfach, wenn man die Primärelektronenimpulse mit konstantem Zeitabstand erzeugt, da dann die Modulation des Primärelektronenstrahles PE und das Strahlmodulationssystem BBS fest auf die Wiederholfrequenz der Primärelektronenimpulse bzw. ein Vielfaches oder ein Teil davon abgestimmt werden kann. Dies bedeutet einen erheblichen Vorteil gegenüber den herkömmlichen Verfahren, bei denen das Strahlmodulationssystem sehr breitbandig ausgelegt werden muß. Schmalbandige Systeme weisen aber gewöhnlich eine wesentlich höhere Leistungsfähigkeit auf. So kann man beispielsweise mit einer Art Hohlraumresonator mit konstanter Wiederholfrequenz sehr kurze Primärelektronenimpulse erzeugen. Ein solches System ist u.a. in der zuvor zitierten Veröffentlichung von E. Menzel und E. Kubalek beschrieben. Auch wenn man ein herkömmliches, aus einem Piattenkondensator mit nachfolgender Austastapertur bestehendes Strahlmodulationssystem benutzt kann man die schmalbandige Ansteuerung des Strahlmoduiationssystems BBS ausnutzen, indem man diesen Kondensator mit einer zusätzlichen Spule versieht und den dadurch entstehenden Resonanzkreis auf die gewünschte Frequenz abstimmt. Ein solches System kann sehr einfach mit einem Sinussignal bei der Resonanzfrequenz angesteuert werden. Die Spannungsüberhöhung im Resonanzkreis sorgt dann für eine besonders hohe Austastempfindlichkeit und ermöglicht auch die Erzeugung sehr kurzer Primärelektronenimpulse, deren Dauer durch die Amplitude der angelegten Sinusspannung bestimmt werden kann. Manchmal vertragen die zu untersuchenden Proben IC nur eine geringe Belastung durch den Primärstrahl PE. 3ei solchen Proben sollte daher die Anzahl der auf der Probe eintreffenden Primärelektronenimpulse möglichst klein gehalten werden. Dazu kann die Erzeugung der Primärelektronenimpulse oder ihre Weiterleitung zur Probe IC auf ein wählbares Zeitfenster, dessen Lage in Bezug auf das Triggersignal Tr definiert wird, beschränkt werden. Praktisch kann man dies einfach dadurch erreichen, daß man eine Torschaltung vor dem Moduiationseingang MI anordnet, die das Modulationssignal sperren kann. Bei der Anordnung von Fig. 3 kommt dafür beispielsweise ein PIN-Dioden-Schalter, bei der Anordnung aus Fig. 5 eine Pockelszelle in Betracht. Falls der Strahlmodulationsgenerator BBG über eine "Gated"-Betriebsart verfügen, kann man auch den Gate-Eingang des Generators anstelle einer zusätzlichen Torschaltung ansteuern. Interessiert man sich beispielsweise nur für den Spannungsverlauf U nach dem Triggersignai, so kann man über eine durch das Triggersignal Tr getriggerte Monofiop-Schaltung die Torschaltung bzw. den Strahlmodulationsgenerator BBG nur für diesen interessierenden Zeitraum freischalten. Will man aber auch Vorgänge vor dem Triggerereignis messen, so läßt sich dies nicht anwenden. Weiß man aber, daß der zu messende Signal-verlauf U nur mit einer maximalen Wiederholfrequenz auftreten kann, so kann man, wiederum getriggert durch das Triggersignal Tr die Torschaltung bzw. den Strahlmodulationsgenerator BBG für eine gewisse Zeitspanne (die natürlich kleiner als die minimale Periodendauer des zu messenden Signalverlaufs U sein sollte) nach dem Eintreffen eines Triggerimpulses sperren und dadurch eine unnötige Probenbelastung vermeiden.

Ein Nachteil der zuvor beschriebenen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die u.U. etwas niedrige effektive Meßrate, da nur ein kleiner Teil der Zyklen des zu messenden Signalveriaufs U tatsächlich zur 3ildung des Meßergebnisses herangezogen werden kann. Die Meßrate kann aber erhöht werden, indem man pro festgestellter Koinzidenz von einer Abtastung durch einen Primärelektronenimpuls und dem durch das Fenstersignal WS definierten Zeitfenster nicht nur eine einzelne sondern N Messungen durchführt. Dazu ist es erforderlich, jeweils N Werte des Sekundärelektronenstroms I_SE bzw. des sekundären Signals SS pro Koinzidenz getrennt zu erfassen. Voraussetzung für eine korrekte Zuordnung der erfaßten Werte zu Abtastpunkten auf dem Signalveriauf U ist aber, daß die zeitlichen Abstände der Primärelektronenimpulse bekannt sind. Im einfachsten Fall der zeitlich äquidistanten Primärelektronenimpulse ist dies gegeben und im folgenden soll von diesem Fall ausgegangen werden. Die zusätzlich erfaßten und ausgewerteten Werte des Sekundärelektronenstroms bzw . des sekundären Signals ( SS) können dabei beliebig vor (Pretrigger) oder hinter (Posttrigger) dem Triggersignal Tr bzw. dem Fenstersignal Ws liegen. In Fig. 2 sind die entsprechenden Impulse für N=3 und den Pretrigger-Fall schrafffiert dargestellt. Die Verzögerungszeit t_D' braucht dann nur noch den N-ten Teil des gesamten interessierenden Zeitbereichs zu überstreichen. Soll also die gesamte Periodendauer T gemessen werden, so muß t_D' nun nur noch zwischen t_D'=0 und t_D'=T/N variiert werden, da dann beispielsweise der jeweils erste bei einer Koinzidenz registrierte Wert des sekundären Signals SS im Bereich zwischen 0 und T/N liegt, der folgende den Bereich T/N bis 2T/N überstreicht und der i-te Wert schließlich das zu messende Signal im Bereich (i-1)T/N bis iT/N repräsentiert. Aus den so erfaßten und gegebenenfalls zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses über mehrere Meßzyklen gemittelten Werten des sekundären Signals SS kann dann problemlos die Meßkurve rekonstruiert werden, indem die Meßwerte aus den einzelnen Teilbereichen in korrekter zeitiicher Folge aneinandergesetzt werden.

Eine für diese Ausgestaltung des Verfahrens, die im folgenden Multisampling-Variate genannt wird, geeignete Meßverarbeitungsanordnung MV zeigt Fig. 6. Dia Meßverarbeitungsanordnung enthält eine Sample&Hold-Schaltung 3H, einen Analog-Digitai-Wandler ADC, einen schnellen Speicher FIFO, einen Adresszähler AC sowie eine Speichereinheit MEM. Die Kontrolleinheit CONT kann sowohl Bestandteil der Meßverarbeitungsanordnung MV sein als auch als eigenständige Einheit, etwa in Form des die gesamte Meßanordnung steuernden Kontroilrechners, ausgeführt werden. Der gesamten Meßverarbeitungsanordnung werden das sekundäre Signal SS, das Modulationssignal MS bzw. ein dazu synchrones Signal (z.B. MS') sowie das Ausgangssignal des Koinzidenzdetektors CD - dieses Signal wird an den Steueraingang ST angelegt - zugeführt. Das sekundäre Signal SS gelangt zum Eingang der Sample&Hold-Stufe SH und wird von dieser jedesmal abgetastet, wenn ein Sekundärelektronenimpuls entsteht. Die zeitliche Steuerung des Abtastvorganges erfolgt über das zum Ausgleich der Elektronenlaufzeiten gegebenenfalls zeitverzögerte Modulationssignal MS, das an den Steuereingang der Sample&Hold- Stufe angelegt wird. Der Ausgang der Sample&Hold-Stufe SH ist mit dem Eingang des Analog-Digital-Wandlers ADC verbunden, der die abgetasteten Werte des sekundären Signals SS in digitale Werte umsetzt. Im einfachsten Fall besteht der Analog-Digital- Wandler ADC nur aus einem schnellen Komparator als 1-Bit-A/D- Wandler. Das Ausgangssignal des Analog-Digitai-Wandler ADC wird dann in einen schnellen Speicher FIFO, vorzugsweise einen FIFO- Speicher (First in first out) eingelesen. Die Adressierung der Speicherstellen, in die jeweils eingelesen wird erfolgt über den Adreßzähler AC. Dazu liefert der Adreßzähler AC das Adreßsignal ADR an den schnellen Speicher FIFO. Als Taktsignal wird dem Adreßzähler das Modulationssignal MS zugeführt. Dadurch werden die abgetastaten Werte des sekundären Signals zyklisch in den schneilen Speicher FIFO eingelesen. Der Steuereingang ST ist mit dem Stopp-Eingang des Adreßzählers AC sowie mit der Speichereinheit MEM verbunden. Sobald der Koinzidenzdetektor CD eine Koinzidenz feststellt, wird der Adreßzähler über diesen Eingang gestoppt, so daß im schneilen Speicher FIFO die ietzten N Abtastwerte stehen, die vor der Koinzidenz auftraten (Pretrigger). Alternativ kann man auch den Adreßzähler noch einige Taktzyklen weiterzählen lassen und so auch Meßwerte nach der Koinzidenz erfassen (Posttrigger). Diese Werta werden sodann über die Datenleitung D zur Speichereinheit MEM (wiederum gesteuert über den Steuereingang ST) übertragen. Diese übertragung selbst kann relativ langsam erfolgen, so daß die Speichereinheit MEM als relativ langsamer und dadurch preiswerter Speicher mit geringer Zugriffsgewschwindigkeit ausgelegt werden kann. Lediglich der kleine (ar muß im Prinzip nur N Meßwerte abspeichern) schnelle Speicher FIFO muß, da er mit der Wiederholrate der Primärelaktronenimpulse getaktet wird, eine hohe Zugriffsgeschwindigkeit aufweisen. Zusätzlich hat auch die Kontrolleinheit CONT über Datenleitungen Zugriff auf den Adreßzähler AC und die Speichereinheit MEM. Sie kann dadurch dia Meßwerte aus der Speichereinheit MEM auslesen, sie gegebenenfalls mittein und in der zuvor beschriebenen Weise daraus die Meßkurve rekonstruieren.

Nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrans, die als Multikoinzidenz-Variante bezeichnet werden soll, kann die Meßzeit dadurch verkürzt werden, daß man die Wahrschainlichkeit für das Auftreten einer Koinzidenz erhöht. Dies geschieht, indem man nicht nur ein einziges Fenstersignal WS sondern M Fenstersignale WS1 ... WSM erzeugt, die jeweils um die bekannten Zeiten to ... t_{M - 1} (t₀=0) gegeneinander verschoben sind. Dann wird parallel überprüft, ob eine Koinzidenz eines Primärelektronenimpulses mit einem dieser Fenstersignale WS1 ... WSM erfolgt und der entsprechende Wert des sekundären Signals wird in bekannter Weise erfaßt und abgespeichert. Zugleich wird auch abgespeichert, bei welchem Fenstersignal und damit zu welcher Zeitverzögerung die Koinzidenz auftrat. Mit dieser Angabe kann der jeweilige Meßwert eindeutig einem zeit liehen Abtastpunkt im zu messenden Signalverlauf zugeordnet und die Meßkurve damit gewonnen werden.

Die für die Multikoinzidenz-Variante erforderliche Erweiterung der Meßanordnung nach Fig. 3 zeigt Fig. 7. Zur Erzeugung der zeitverschobenen Fenstersignale WS1 ... WSM ist hinter dem Fenstergenerator WG eine Kette von hintereinandergeschalteten Verzögerungseiementen DEL1 ... DEL(M-1) angebracht, die das Ausgangssignal des Fenstergenerators WG um die Zeiten t₁ ... t_{M - 1} verzögern. Die Kette der Verzögerungselemente kann vorteilhaft durch eine Verzögerungsleitung mit äquidistanten Einzeianzapfungen realisiert werden. An den Ausgängen der Verzögerungseiemente werden die Fenstersignale WS1 ... WSM abgegriffen und jeweils dem ersten Eingang von M parallelgeschalteten Koinzidenzdetektoren CD1 ... CDM zugeführt. Der zweite Eingang der Koinzidenzdetektoren wird analog zur Realisierung aus Fig. 3 mit dem Modulationssignal MS oder einem dazu synchronen Signal (z.B. MS') beaufschlagt. Die Ausgänge der Keinzidenzdetektoren CD1 ... CDM sind mit den Eingängen eines ODER- Gatters OR sowie den Eingängen einer Auswahllogik AL verbunden. Das ODER-Gatter erzeugt das Steuersignal ST, das angibt, daß eine Koinzidenz stattgefunden hat. Die Auswahliogik erzeugt ein Datenwort ALD, das angibt, bei weichem Koinzidenzdetektor die Koinzidenz registriert wurde. Dieses Datenwort ALD wird der Speicherainheit MEM zugeführt und dort zusammen mit dem registrierten Meßwert MEM abgespeichert. Diese Speicherung kann dabei so erfolgen, daß das Datanwort ALD als Teiladreßsignal für die Speichereinheit MEM benutzt wird und somit die Position, an der die Meßwerte in der Speichereinheit abgespeichert werden, steuert. Die Gewinnung der Meßkurve ist mit diesen Angaben einfach möglich. Weisen die Verzδgerungselemente DEL1 ... DEL(M-1) beispielsweise alle die gleiche Verzögerung ti auf und registriert der i-te Koinzidenzdetektor eine Koinzidenz, so entstammt der entsprechende Wert des sekundären Signals SS dem zu messenden Signalverlauf zum Zeitpunkt t_D' + (i-1)t₁ bezogen auf das Triggersignal Tr. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren - und das gilt selbstverständlich für alle Varianten - kommt es nur auf die relative zeitliche Lage zwischen Triggersignal Tr und Primärelektronenstrom Ip E an. Daher kann auch das Fenstersignal WS getriggert vom Modulationssignal MS oder einem dazu synchronen Signal (z.B. MS') erzeugt und dann die Koinzidenz mit einer Flanke des Triggersignals Tr detektiert werden. Dies empfiehlt sich immer dann, wenn die Wiederholrate des Triggersignals höher als die der Primärelektronenimpulse ist. Für die Meßanordnung bedeutet dies, daß der Fenstergenerator WG als Eingangssignal das Modulationssignal MS oder ein dazu synchrones Signal erhält und sein Ausgang statt mit dem ersten mit dem zweiten Eingang des Koinzidenzdetektors CD verbunden wird. An den ersten Eingang des Koinzidenzdetektors wird direkt das Triggersignal Tr angelegt. Als Regel kann man angeben, daß sich der Fenstergenerator WG besonders einfach realisieren läßt, wenn er im niederfrequentaren Eingangszweig des Koinzidenzdetektors liegt. Bei den bisher beschriebenen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens muß der Sekundärelektronen-Detektor DT die einzelnen Sekundärelektronenimpulse getrennt übertragen. Um eine niedrige Meßzeit zu erreichen, sollte das Detektionssystem daher möglichst schnell sein. Will man aber, etwa aus Kostengründen, ein langsames Detektionssystem, so kann man nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrans, die als Preselektions- Variante bezeichnet werden soll, die Auswahl der relevanten Meß- bzw. Abtastwerte auch schon im Modulationssignal MS oder im Primärelektronenstrom IPE oder im Sekundärelektronenstrom vornehmen. Dazu wird über eine Selektionseinrichtung SEL das Modulationssignal MS bzw. der Primärelektronenstrahl PE bzw. der Sekundärelektronenstrom ISE gesperrt und erst kurzzeitig freigegeben, nachdem eine Koinzidenz detektiert worden ist. Die Detektion des sekundären Signals kann dann langsam und ebenso wie beim herkömmlichen Verfahren der Waveform-Messung nach dem Stand der Technik erfolgen, da jetzt grundsätzlich nur noch Werte des sekundären Signals entstehen, die auch tatsächlich für das Meßergebnis relevant sind. Fig. 8 verdeutlicht diese Ausgestaltung anhand der Vorselektion im Primärstrahl PE. Dargestellt sind die bereits in Fig. 3 dargestellten Signalveriaufe des zu messenden Signals U, des Triggersignals Tr, des Fenstersignals WS und des Primärelektronenstroms I_PE direkt hinter der Elektronenquelle ES. Zusätzlich ist das Modulationssignal MS dargestellt. Wird eine Koinzidenz zwischen dem Fenstersignal WG und einem Impuls des Modulationssignais MS (das ist auch gleichbedeutend mit einem Primärelektronenimpuls) festgestellt, so wird über ein Selektionssignal INH, das im dargestellten Beispiel dann auf logisch 0 geht, die Selektiσnsainrichtung SEL freigeschaitet und der der

Koinzidenz entsprechende Primärelektronenimpuls gelangt zum Meßpunkt. Der Primäreiektronenstrom unmittelbar am Meßpunkt ist mit I_PE' gekennzeichnet. Da die einzelnen Impulse mit relativ großem Abstand aufeinanderfolgen, werden an die Qualität der Selektionseinrichtung SEL keine besonderen Anforderungen gestellt.

Die erforderliche Erweiterung der Meßanordnung für diesen Fall ist in Fig. 3 gestrichelt eingezeichnet. Das Ausgangssignal des Koinzidenzdetektors CD wird dem Eingang des Salektionsgenerators SELG zugeführt, der das Selektionssignal INH erzeugt und an die Selektionseinrichtung SEL, in diesem Fall ein zweites Strahlmodulationssystam, liefert. Setzt man als Strahlmodulationssystem BBS einen Plattenkondensator ein, kann als Selektionseinrichtung SEL auch vorteilhaft die zweite Platte dieses Kondensators (an die erste Platte wird das Modulationssignal angelegt) benutzt werden. Analog kann man auch eine Vorselektion im Modulatioήssignal MS oder im Sekundärelektronenstrom Isε vornehmen. In der Anordnung nach Fig. 5 beispielsweise kann als Selektionseinrichtung SEL eine zwischen Laser LA und Modulationseingang MI geschaltete Pockelszelle oder ein elektrooptischer Modulator Verwendung finden. Zur Selektion im Sekundärelektronenstrom kann sehr vorteilhaft das Gegenfeldnetz, eines Gegenfeldspektrometers benutzt werden, indem man zum Sperren eine starkes Gegenfeld anlegt und dadurch verhindert, daß Sekundärelektronen zum Detektor DT gelangen können. Übrigens kann man auch die Torschaltung GT in Fig. 4 als eine Art Selektionseinrichtung (zur Selektion im sekundären Signal SS). ansehen.

Die zuvor beschriebenen Varianten Multisampling, Multikoinzidenz und Preselektion können nicht nur einzeln sondern auch recht vorteilhaft beliebig kombiniert eingesetzt werden.

Obschon das erfindungsgemäße Verfahren bislang nur für eine Waveform-Messung, bei der der Primärelektronenstrahl nur auf einen einzigen Meßort positioniert wird, beschrieben wurde, läßt es sich prinzipiell bei all den Meßtechniken einsetzen, die ein Stroboskopie- oder Abtastverfahren einsetzen. Im Bereich der Elektronenstrahimeßtechnik sind hier zum Beispiel die Verfahren Logic-State Mapping" und "Timing Diagram" zu nennen. Bei diesen Verfahren rastert der Primärstrahi PE über einzelne Punkte, eine Zeile oder einen Teil der Fläche der Probe und ist nicht nur stationär auf einen Punkt gerichtet. Will man das erfindungsgemäße Verfahren auch hier einsetzen, so muß man neben den Meßwerten des sekundären Signals SS auch noch eine Ortsinformation über den Ort, von dem die Meßwerte stammen aufzeichnen. Wie man eine solche Ortsinformation, etwa in Form der vom Rastergenerator gelieferten Ablenkspannungen, bei einem Eiektronenstrahl-Meßgerät gewinnt, ist dem Fachmann bekannt. 3ei der Auswertung der Messungen, kann dann anhand der gespeicherten Ortsinformation jede Einzelmessung eindeutig einem bestimmten Meßort zugeordnet werden. Auch hier sollte eine Mittelung durchgeführt werden, falls mehrere Meßwerte zum gleichen Zeitpunkt vom gleichen Ort aufgezeichnet wurden. Wie sich bei der Messung der Primärstrahl PE über die Probe bewegt und in welcher Reihenfolge etwa die einzelnen Meßorte abgetastet wurden, ist völlig ohne Bedeutung. Auch braucht die Bewegung des Primärstrahles PE nicht unbedingt an die Messung gekoppelt zu werden. Auch hier lassen sich die üblichen dem Fachmann bekannten Rastertechniken der Elektronenstrahlmeßtechnik einsetzen.

Die Erfindung wurde bisher anhand des Potentialkontrasteffekts in einem Elektronenstrahlmeßgerät beschrieben. Ihre Anwendung ist aber keinesfalls darauf beschränkt. Anstelle der Primär und Sekundärelektronen können auch beliebige andere Korpuskel, wie z.B. Ionen, oder eine beliebiege Strahlung, insbesondere Lichtstrahlung treten. Verwendet man beispielsweise als Primärstrahl PE einen Laserstrahl, so kann dieser auf der Probenoberfläche Photoelektronen auslösen, die dann aufgrund des Potentialkontrasts von den elektrischen Feldern an der Probenoberflache beeinflußt werdan und, wia zuvor beschrieben, als Sekundärelektronen detektiert werden können. Aber auch andere Wechseiwirkungen können anstelle des Potentialkontrasts treten. Dazu zählt beispielsweise die Beeinflussung der von einem Primäralektronenstrahl PE erzeugten Sekundärelektronen SE durch ein magnetisches Feld. Durch Ausnutzung dieses sogenannten "magnetischen Kontrasts" ließe sich etwa die Bewegung magnetischer Domänen in Magnetblasenspeichern untersuchen. Auch braucht das sekundäre Signal SS keineswegs von einem Sekundäkorpuskelstrom herzurühren, der mit Hilfe eines Detektors registriert wird. Ebenso ist es beispielsweise möglich, das sekundäre Signal direkt von der Probe abzuleiten, indem man z.B. den vom Primärstrahl PE in der Probe IC induzierten Strom mißt. Ein Beispiel für eine solche Technik, ist die dem Fachmann wohlbekannte EBIC (Electron beam induced current)- Technik.

Selbstverständlich kann man die verschiedenen Abwandlungen auch kombiniert einsetzen. Verwendet man wiederum einen Laserstrahl als Primärstrahl PE und eine integrierte Schaltung als Probe IC, so kann der Laserstrahl in den pn-übergängen der Probe IC Elektron-Loch-Paare und damit freie Ladungsträger erzeugen. Dies macht sich dann in einer Änderung der Stromaufnahme der Probe IC bemerkbar. Wie groß diese Änderung ist, hängt auch vom Schaltzustand des jeweiligen pn-übergangs ab. Eine Änderung des Schaltzustands eines pn-übergangs ließe sich deshalb leicht durch eine Messung des VersorgungsStroms der Probe IC feststellen. Der Versorgungsstrom der Probe bzw. seine Abweichung vom Ruhestrom kann in diesem Fall unmittelbar als sekundäres Signal SS dienen, ein besonderer Detektor ist nicht erforderlich. Ebenso ist es möglich einen Laserstrahl als Primärstrahl zu benutzen, um das Oberflächenpotential der Probe IC zu messen. Die Wechselwirkungen sind in diesem Fall elektroootische Effekte. Man bringt dazu einen elektrooptischen Kristall auf die Probenoberfläche auf. Zur Gewinnung des sekundären Signals könnte der Primärstrahl PE auf den elektrooptischen Kristall gerichtet und das reflektierte Licht über einen Polarisator geleitet und einem Detektor, beispielsweise einem Photomultipiier, zugeführt werden. Wenn der elektrooptische Kristall in Abhängigkeit vom όberflächenpotential der Probe die Polarisationsebene des Lichts dreht, liefert der Photomultipiier an seinem Ausgang ein Signal, dessen Signalhöhe vom Oberflächenpotential der Probe abhängt und daher als sekundäres Signal benutzt werden kann.

Die Erfindung ist auch nicht so zu verstehen, daß der Primärstrahl PE fein fokussiert nur die Meßstelle bestrahlt, sondern ebenso ist es im Rahmen der Erfindung möglich, daß er die Probe großflächig bestrahlt und daß die Definition der Meßsteile erst durch eine ortsaufgelöste Gewinnung des sekundären Signals SS erfolgt. Ein Beispiel für eine solche Anwendung ist die Messung von Oberflächenpotentialen mit Photoelektronen mittels des Potentialkontrasts. Dazu kann die Probe auf ihrer ganzen Oberfläche mit Licht bestrahlt werden (der Primarstrahl PE ist also hier sehr stark aufgeweitet) und die entstehenden Photoelektronen SE können dann mit Hilfe eines Vielkanaldetektors nach ihrem Enstehungsort getrennt registriert und zu einem sekundären Signal umgeformt werden. Außerdem ist es möglich, daß die Messung auf der Probe überhaupt nicht ortsaufgelöst erfolgen soll, sondern die Probe selbst zur Meßanordnung gehört und ein an die Probe IC angelegtes Signal U gemessen werden soll.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E

1. Verfahren zur Messung des Zustands und/oder zeitlichen Verlaufs eines wiederkehrenden Signals (U) zu wenigstens einem Zeitpunkt an wenigstens einem Meßpunkt einer Probe (IC) dadurch gekennzeichnet,

- daß ein Triggersignal (Tr), das in einem definierten zeitlichen Zusammenhang mit dem Verlauf des wiederkehrenden Signals (U) steht, zur Verfügung steht,

- daß die Probe (IC) mit einem Primärstrahl (PE) beaufschlagt wird,

- daß der Primärstrahl (PE) von einzelnen Primärstrahiimpulsen gebildet wird,

- daß die Primärstrahlimpulse Primärkorpuskel- oder Primärstrahlungsimpuise sind,

- daß dia Primärstrahlimpulse gesteuert von einem Modulationssignal (MS) erzeugt werden oder daß die Erzeugung der Primärstrahlimpulse unabhängig von einer externen Steuerung erfolgt, aber ein zu den Primärstrahlimpulsen synchrones Modulationssignai (MS, MS') zur Verfügung steht,

- daß die einzelnen Primärstrahlimpulse und/oder die Impulse des Modulationssignals (MS,MS') in beliebigenen

Zeitabständen aufeinanderfolgen, wobei diese Zeitabstände insbesondere völlig unabhängig vom Verlauf des wiederkehrenden Signals (U) sein dürfen,

- daß eine Wechselwirkung zwischen Primärstrahl (PE) und Probe (IC) stattfindet,

- daß von der Probe (IC) ein sekundäres Signal (SS) abgeleitet wird, das von der Wechselwirkung zwischen Primarstrahl (PE) und Probe (IC) beeinflußt wird,

- daß wenigstens ein Teil der durch die Wechselwirkung zwischen Primärstrahl (PE) und Probe (IC) hervorgerufenen Werte des sekundären Signals (SS) registriert und/oder aufgezeichnet und zu einem Meßwert weiterverarbeitet wird, wobei die Auswahl, welche Werte des sekundären Signals (SS) zur Bildung des Meßwertes herangezo gen werden, so erfolgt, daß nur Werte, die durch die Wechselwirkung zwischen dem Primärstrahl (PE) und der Probe (IC) zu Zeitpunkten entstanden, die in einem definierten zeitlichen Zusammenhang mit dem Triggersignal (Tr) bzw. dem wiederkehrenden Signal (U) standen, zum Meßwert beitragen.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die im letzten Verfahrensschritt genannte Auswahl bereits im Modulationssignal oder im Primärstrahl (PE) oder bei der Bildung des sekundären Signals (SS) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß der als Auswahlkriterium benutzte zeitliche Zusammenhang durch wenigstens ein Zeitfenster (WS) mit endlicher Breite und einer Verzögerungszeit (t_D') bezogen auf das Triggersignal (Tr) definiert wird und nur solche Werte des sekundären Signals (SS), die durch die Wechselwirkung zu Zeitpunkten innerhalb des Zeitfensters entstanden, zur Bildung des Meßwertes beitragen.

4. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Verfahransschritte mehrfach hintereinander durchgeführt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit (t_D') variiert und der Meßwert in Abhängigkeit von der gewählten Verzögerungszeit

(t_D') aufgezeichnet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Primärstrahlimpulse mit konstantem zeitlichen Abstand aufeinanderfolgen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß das sekundäre Signal (SS) mit Hilfe eines Detektors (DT) von der Probe (IC) abgeleitet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß das sekundäre Signal (SS) mit Hilfe eines Spektrometers (SP) von der Probe abgeleitet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Wechselwirkung zwischen dem Primarstrahl und der Probe um die Erzeugung von Sekundäreiektronen durch den Primärstrahl (PE) und die nachfolgende Beeinflussung der Sekundärelektronen durch den Potentialkontrast handelt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Wechselwirkung zwischen dem Primärstrahl und dar Probe um die Erzeugung von Sekundärelektronen durch den Primärstrahl (PE) und die nachfolgende Beeinflussung der Sekundärelektronen durch den magnetischen Kontrast handelt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Wechselwirkung zwischen dem Primärstrahl (PE) und der Probe um den EBIC-Effekt handelt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Wechselwirkung zwischen dem Primärstrahl (PE) und der Probe um einen elektrooptischen Effekt handelt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Ortsinformation über den

Meßort registriert und/oder aufgezeichnet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet,

- daß der Primärstrahl (PE) über die Probe (IC) a bgelenkt wird und

- daß die Ortsinformation die Position des Primärstrahls (PE) auf der Probe (IC) angibt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Meßwerte parallel gebildet werden, indem mehrere Auswahlkriterien zur Auswahl der für die Bildung der verschiedenen Meßwerte reievanten Werte des sekundären Signals (SS) bereitgestellt werden.

16. Anordnung zur Messung des Zustands und/oder zeitlichen Verlaufs eines wiederkehrenden Signals (U) zu wenigstens einem Zeitpunkt an wenigstens einem Meßpunkt einer Probe (IC) gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- die Anordnung enthält eine Primärstrahlquelle (ES) zur Erzeugung eines modulierten Primärstrahls,

- die Anordnung enthält eine Vorrichtung zur Führung des Primärstrahls (PE) auf die Probe (IC),

- die Anordnung enthält eine Vorrichtung zur Ableitung eines sekundären Signals von der Probe, wobei dieses sekundäre Signal (SS) von einer Wechselwirkung zwischen dem Primärstrahl (PE) und der Probe (IC) beeinflußt wird,

- die Anordnung enthält eine Meßverarbeitungsanordnung

(MV) zur Registrierung und/oder Aufzeichnung der durch die Wechselwirkung zwischen Probe (IC) und Primärstrahl

(PE) hervorgerufenen Werte des sekundären Signals (SS), und zur Weiterverarbeitung dieser Werte zu einem Meßwert,

- die Anordnung enthält eine Vorrichtung zur Definition wenigstens eines Zeitfensters bezogen auf das in der Probe ablaufende wiederkehrende Signal (U), die die Meßverarbeitungsanordnung (MV) und/oder eine Selektionseinrichtung (SEL, GT) so steuert, daß zur Bildung des Meßwertes nur solche Werte des sekundären Signals (SS) herangezogen werden, die durch die Wechselwirkung zwischen dem Primärstrahl (PE) und der Probe (IC) zu Zeitpunkten innerhalb des bzw. der definierten Zeitfenster hervorgerufen werden.

17. Anordnung nach Anspruch 16 dadurch gekennzeichnet, daß die Primärstrahlquelle (ES) aus einer Elektronenkanone (EG) zur Erzeugung eines unmodulierten Stroms von Primärkorpuskeln (PE) und einem nachgeschalteten Strahlmodulationsystem (BBS) besteht.

18. Anordnung nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlmodulationssystem bei Resonanz betrieben wird.

19. Anordnung nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, daß die Primärstrahlquelle (ES) eine Elektronenkanone (EG) enthält, die bereits selbst einen modulierten Strom von Primärkorpuskeln (PE) erzeugt, und ein zum modulierten Strom von Primärkorpuskeln (PE) synchrones Modulationssignal bereitstellt.

20. Anordnung nach einem der Anspruch 15 bis 19 dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenkanone (EG) eine Halbleiterkathode enthält, deren Primärkorpuskelemission durch den Strom durch die Kathode gesteuert werden kann.

21. Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 19 dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenkanone (EG) eine Photokathode enthält, die durch Lichtimpulse (LP) zur Emission von Primärkorpuskelimpulsen angeregt werden kann.

22. Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 21 gekennzeichnet durch einen Strahlmodulationsgenerator (BBG), der der Primärstrahlquelle (ES) über einen Moduiationseingang (MI) ein Modulationssignal (MS) zuführt, durch das eine Modulation des Primärstrahlstroms (IPE) bewirkt wird.

23. Anordnung nach Anspruch 21 gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- der Strahlmodulationsgenerator (BBG) enthält einen Pulslaser (LA),

- das Modulationssignal (MS) besteht aus einzelnen Lichtimpulsen (LP),

- der Modulationseingang (MI) ist ein optischer Eingang.

24. Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 23 dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Definition eines Zeitfensters wenigstens aus einer Verzögerungseinheit (DEL) und einem nachgeschalteten Koinzidenzdetektor (CD) besteht.

25. Anordnung nach Anspruch 24 dadurch gekennzeichnet, daß einem ersten Eingang des Koinzidenzdetektors (CD) die Verzögerungseinheit (DEL), an deren Eingang das Triggersignal (Tr) anliegt, vorgeschaltet ist und daß einem zweiten Eingang des Koinzidenzdetektors (CD) das Modulationssignal (MS) oder ein dazu synchrones Signal (MS') zugeführt wird.

26. Anordnung nach Anspruch 24 dadurch gekennzeichnet, daß einem ersten Eingang des Koinzidenzdetektors (CD) die Verzögerungseinheit (DEL), an deren Eingang das Modulationssignal (MS) oder ein dazu synchrones Signal (MS') anliegt, vorgeschaltet ist und daß einem zweiten Eingang des Koinzidenzdetektors (CD) das Triggersignal (Tr) zugeführt wird.

27. Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 26 dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Definition eines Zeitfensters aus mehreren paralleigeschalteten Koinzidenzdetektoren besteht, die mit durch Verzögerungseinheiten (DEL1 ... DEL(M-1)) gegeneinander verschobenen Fenstersignalen (WS1 ... WSM) beaufschlagt werden, wobei die Ausgänge der Konzi- denzdetektoren mit den Eingängen einer ODER-Schaltung (OR) und einer Auswahllogik (AL), die in codierter Form angibt, welcher Koinzidenzdetektor eine Koinzidenz feststellte, verbunden sind.

28. Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 27 dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Koinzidenzdetektors (CD) bzw. der ODER-Schaltung (OR) mit einem Steuereingang der Meßverarbeitungsanordnung oder einer Selektionseinrichtung (SELG, SEL, GT) zur Selektion im Modulationssignal (MS) oder im Primärstrahl (PE) oder bei der Bildung des sekundären Signals (SS) oder im sekundären Signal (SS) selbst verbunden ist.

29. Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 28 dadurch gekennzeichnet, daß die Meßverarbeitungsanordnung einen Analog-Digitai-Wandler (ADC) mit einem nachgeschalteten schnellen Speicher (FIFO) sowie einen Adreßzähler (AC) , der von einem zum Modulationssignal synchronen Signal (MS,MS') getaktet wird, enthält, wobei der Ausgang des Adreßzählers mit den Adreßleitungen (ADR) des schnellen Speichers verbunden ist und der Stopp-Eingang des Adreßzählers den Steuereingang (ST) der Meßverarbeitungsanordnung bildet.