CN111293017A - 粒子束系统和用于操作粒子束系统的方法 - Google Patents

粒子束系统和用于操作粒子束系统的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于检查和加工物体的粒子束系统以及一种用于操作该粒子束系统的方法。该粒子束系统包括具有共同的工作区域(53)的电子束柱(3)和离子束柱(5)在该共同的工作区域中可以设置物体(23)，并且在该共同的工作区域中电子束柱(3)的主轴线(55)和离子束柱(5)的主轴线(57)在重合点(58)处相遇。进一步地，粒子束系统包括屏蔽电极(61)，该屏蔽电极可设置在离子束柱(5)的出口开口(54)与重合点(58)之间，所述屏蔽电极能够被设置成比电子束柱(3)更接近重合点(58)。

Description

粒子束系统和用于操作粒子束系统的方法
技术领域
本发明涉及一种用于检查和加工物体的粒子束系统以及一种用于操作该粒子束系统的方法。
背景技术
常规粒子束系统包括用于产生电子束的电子束柱和用于产生离子束的离子束柱，其中可以将两个粒子束引导到共同的工作区域上，以便因此利用电子束检查物体的区域以及利用离子束加工相同的区域。在这种常规粒子束系统中，离子束柱被用于加工物体，例如从物体上去除材料或在物体上沉积材料。用电子束扫描物体，并检测在过程中产生的二次电子以及背向散射电子，以便因此记录物体的图像并因此监视加工的进展。取决于应用，这里可能特别关注低能量的二次电子或更高能量的背向散射电子。
当分别采用的粒子束以基本上垂直的方式撞击物体时，在每种情况下都可以获得加工和检查物体时的最高精度。因此，当离子束以垂直的方式撞击物体时，可以实现用离子束进行加工的最高精度。当电子束以基本上垂直的方式撞击物体时，可以获得对物体成像的最高分辨率和最佳检测效率。因此，许多应用要求物体相对于离子束柱和电子束柱被频繁地对准。
已知常规粒子束系统，其中电子束柱在电子束柱内产生电场，以便在电子束从电子束柱出射之前减小电子束的电子的动能。然而，电场也从电子束柱一直延伸到物体。在将物体基本上垂直于离子束定向的构造中，电场使在物体处产生的二次粒子在物体表面区域内基本上垂直于表面被加速。这可能导致通过设置在电子束柱内部的检测器仅能检测从物体上发出的二次粒子的较小的比例。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种粒子束系统和一种用于操作该粒子束系统的方法，通过该粒子束系统及其操作方法，可以高精度地加工物体、并且当检测从物体上发出的二次粒子时可以获得高效率。
本发明的一个方面涉及一种用于检查和加工物体的粒子束系统。该粒子束系统包括被配置用于产生电子束的电子束柱。该粒子束系统进一步包括被配置用于产生离子束的离子束柱。电子束柱和离子束柱具有共同的工作区域，其中可以通过离子束加工物体的一个区域，并且可以通过电子束检查物体的相同区域。可以将物体设置在该共同的工作区域中。
电子束柱具有主轴线，主轴线例如对应于电子束柱的粒子光学透镜的对称轴线。离子束柱也具有主轴线，主轴线例如对应于离子束柱的粒子光学透镜的对称轴线。电子束柱的主轴线和离子束柱的主轴线在重合点处相遇，重合点位于共同的工作区域中。这意味着两个主轴线非常接近以至于可以在共同的工作区域中既用电子束又用离子束执行高精度的工作。重合点是电子束柱的主轴线与离子束柱的主轴线的交叉点。如果电子束柱的主轴线与离子束柱的主轴线不相遇(相交)，则将重合点定义为在电子束柱的主轴线与离子束柱的主轴线之间的最短路径的中点。电子束柱的主轴线和离子束柱的主轴线包括不同于零的角度，例如54°或90°。
粒子束系统进一步包括屏蔽电极，该屏蔽电极可以被设置在第一位置。当将屏蔽电极设置在第一位置时，屏蔽电极被设置在离子束柱的出口开口与重合点之间，离子束可以从该出口开口朝着共同的工作区域从离子束柱中出射，并且所述屏蔽电极在离子束柱的出口开口与重合点之间至少部分地围绕离子束柱的主轴线。
设置在第一位置的屏蔽电极与重合点之间的最短距离被称为屏蔽电极与重合点距离。在电子束柱与重合点之间的最短距离被称为电子束柱与重合点距离。粒子束系统的区别在于：屏蔽电极与重合点距离比电子束柱与重合点距离短。因此，屏蔽电极比电子束柱更接近重合点。
电子束柱可以在电子束柱与重合点之间产生电场。电场的“形状”既受电子束柱又受物体或物体固持器的影响。电场可以主要用于减少由电子束柱产生的电子束的电子的动能。然而，如下文所述，电场还可以用于改善使用检测器对二次粒子的检测，这些检测器设置在电子束柱的内部，目的是检测二次粒子。如果在电子束柱与重合点之间由电子束柱产生电场，则设置在第一位置的屏蔽电极带来以下两个优点：首先，屏蔽电极使离子束免受电场的影响，使得离子束不受或仅在较小的程度上受电场的影响，其结果是可以将离子束高精度地引导到物体上。此外，屏蔽电极以如下方式形成电场，即从物体上发出的二次粒子被电场加速，其方式为使得将二次粒子高效地引导到设置在电子束柱的内部的检测器。
根据一个实施例，当该屏蔽电极设置在第一位置时，屏蔽电极与重合点距离与该电子束柱与重合点距离之比不超过0.9。优选地，该比率不超过0.8、更优选地不超过0.7。
在这个实施例中，屏蔽电极比电子束柱明显更接近重合点，所以离子束被很好地屏蔽了由电子束柱产生的电场，并且屏蔽电极以如下方式形成电场，即可以高效地检测从物体上发出的二次粒子。
根据另一实施例，当将屏蔽电极设置在第一位置时，屏蔽电极与重合点距离与离子束柱与重合点距离(离子束柱与重合点之间的最短距离)之比至多为0.5、特别是至多为0.4、更特别是至多为0.3。
在这个实施例中，当将屏蔽电极设置在第一位置时，在离子束从离子束柱出射之后该离子束必须朝向重合点行进的路径的大约至少一半被屏蔽电极屏蔽。这提高了可以将离子束引导到物体上的精度。
根据另一实施例，屏蔽电极沿离子束柱的主轴线的长度与离子束柱与重合点距离(离子束柱与重合点之间的最短距离)之比的值至少为0.2、优选地至少为0.35、更优选地至少为0.5。
在这个实施例中，关于离子束柱与重合点之间的最小距离，屏蔽电极沿离子束柱的主轴线具有最小的长度。因此，在离子束从离子束柱出射之后该离子束必须行进直到它到达重合点(即，直到它撞击物体)的路径长度的大约至少20％或至少35％或至少50％被屏蔽电极屏蔽免受由电子束柱产生的电场的影响。这减少了电场对离子束的轨迹的影响，其结果是提高了可以将离子束引导到物体上的精度。
根据另一实施例，屏蔽电极具有导电表面。首先，这避免了屏蔽电极的不受控制的充电，其次，这确保了屏蔽电极适合于进一步影响电场的形状，所述电场由电子束柱产生并且其形状受到物体或物体固持器的影响。特别地，这可以将预定的、可调节的电势施加到屏蔽电极，以便有以针对性的方式操纵电场的形状。
根据另一实施例，屏蔽电极具有沿离子束柱的主轴线延伸的形状，从而围住离子束柱的主轴线。举例来说，屏蔽电极包括沿离子束柱的主轴线延伸的通道以便在其中引导离子束，并且通道被包层以便包围离子束柱的主轴线。然而，包层不必完全封闭并且可以具有开口。
根据另一实施例，可以将屏蔽电极设置在第二位置，在该第二位置，屏蔽电极不围绕离子束柱的主轴线。特别地，粒子束系统可以包括移动设备，该移动设备被配置用于选择性地将屏蔽电极设置在第一位置或第二位置。
在这个实施例中，可以将屏蔽电极设置在第一或第二位置。当设置在第一位置时，屏蔽电极带来上述优点。当设置在第二位置时，由于屏蔽电极基本上不影响电子束和离子束的轨迹、也不影响从物体上发出的二次粒子的轨迹，因此可以常规的方式使用粒子束系统。
当将屏蔽电极设置在第一位置时，由于与电子束柱相比屏蔽电极被设置成更接近重合点、因此更接近设置在该重合点处的物体，因此要检查和要加工的物体的运动的自由度被限制在共同的工作区域中。为了避免在移动物体的同时在物体与屏蔽电极之间发生碰撞，可以将屏蔽电极设置在第二位置，在该第二位置，屏蔽电极被设置成比电子束柱更远离重合点。
粒子束系统可以包括另外的部件，例如检测器、操纵器、气体供应系统等。在将屏蔽电极设置在第一位置的同时，可以使用这些部件中的一些。为了使用这类部件，将屏蔽电极设置在第二位置可能是有利的或必要的。一些部件可以朝重合点的方向被驱入。对于这些部件的一些，当插入这些部件时将该屏蔽电极设置在该第二位置可能是有利的或必要的。
根据另一实施例，电子束柱具有出口开口，电子束可以从该出口开口朝着共同的工作区域从电子束柱中出射，并且电子束柱被配置用于在电子束柱的出口开口与重合点之间产生电场、特别是静电场，所述电场适合用于使电子束减速。
在这个实施例中，电子束柱在电子束柱的出口开口与重合点之间、并且因此也在共同的工作区域中产生电场，该电场可以使电子束减速。这加速了从物体上发出的二次粒子，可能提高了对这些二次粒子的检测效率。然而，电场对离子束的轨迹也有影响，通过将屏蔽电极设置在第一位置能够减少这种影响。
根据另一实施例，以如下方式形成屏蔽电极，即当将屏蔽电极设置在第一位置时该屏蔽电极以如下方式影响该电场，即与屏蔽电极处于第二位置时相比从共同的工作区域发出的二次粒子被更高效地引导到电子束柱的出口开口。
在这个实施例中，屏蔽电子影响在电子束柱的出口开口与重合点之间的电场的形状，该电场由电子束柱产生、并且在其形状方面受物体或物体固持器的影响。在此，以如下方式影响形状，即与将屏蔽电极设置在第二位置时相比从物体上或从共同的工作区域上发出的二次粒子被更高效地引导到电子束柱的出口开口。因此，屏蔽电极使从物体上发出的二次粒子能够被设置在电子束柱的内部的检测器更高效地检测。特别地，电场的形状可以受到施加到屏蔽电极上的可调节电势的影响。
根据另一实施例，借助于测试物体来描述屏蔽电极对电场的影响。测试物体具有平坦金属表面。因此，测试物体的表面是导电的。当将测试物体的平坦金属表面设置在重合点处并基本上垂直于离子束柱的主轴线定向时，电子束柱的主轴线与在测试点处电场的方向之间存在锐角，当将屏蔽电极设置在第一位置时该锐角具有第一值，并且当将屏蔽电极设置在第二位置时该锐角具有第二值，其中在测试物体的平坦金属表面与电子束柱的出口开口之间的测试点被设置在距重合点不超过2000μm的距离处。以第一值小于第二值的方式形成屏蔽电极。替代性地，可以取决于测试点距测试物体的表面的距离来定义测试点的位置。举例来说，测试点被设置在测试物体的平坦金属表面与电子束柱的出口开口之间、距测试物体的平坦金属表面不超过2000μm的距离处。相应距离也可以更短，例如不超过1000μm或不超过100μm。
根据另一实施例，电子束柱在其内部包括至少一个用于检测二次粒子的检测器。特别地，检测器适合用于检测具有高达50eV的动能的二次电子。
根据另一实施例，粒子束系统进一步包括电势源，该电势源被配置用于将可调节的电势施加到屏蔽电极。这允许设置屏蔽电极对电场的影响。
根据另一实施例，电子束柱包括端盖，其中该端盖包括电子束柱的最接近重合点的元件。粒子束系统可以进一步包括电势源，该电势源被配置用于将可调节的电势施加到该端盖。特别地，施加到端盖的电势可以小于施加到物体或物体固持器的电势。作为屏蔽电极的结果，可以使由改变端盖的电势引起的离子束的偏移最小化。
在电子束柱的出口开口与重合点之间的电场的形状可以被施加到端盖的电势、施加到物体或物体固持器上的电势、以及施加到屏蔽电极的电势操纵。特别地，在电子束柱的出口开口与重合点之间的电场的形状可以通过这些电势之间的差来操纵。
施加到端盖的电势可以大于施加到物体或物体固持器的电势，例如大不超过50V或不超过200V。替代性地，施加到端盖的电势可以小于施加到物体或物体固持器的电势，例如小不超过50V或不超过100V。
施加到屏蔽电极的电势可以大于施加到物体或物体固持器的电势，例如大了不超过30V。替代地，施加到该屏蔽电极的电势可以小于施加到该物体或物体固持器的电势，例如小于不超过40V或不超过100V。
本发明的另一方面涉及一种用于操作本文所描述的粒子束系统的方法。该方法包括第一顺序，该第一顺序包括：将屏蔽电极设置在第一位置；以如下方式将物体设置在共同的工作区域中，即将要加工和要检查的物体的表面部分基本上垂直于离子束柱的主轴线定向；以及在将屏蔽电极设置在第一位置并且将表面部分基本上垂直于离子束柱的主轴线定向的同时，用离子束加工物体的表面部分。
根据首先提到的这两个步骤，粒子束系统被配置用于加工物体。为此，将屏蔽电极设置在第一位置，使得离子束被屏蔽以免受外部电场和磁场的影响。而且，将要由离子束加工的物体的表面部分垂直于离子束柱的主轴线定向，使得为了加工物体而将物体相对于离子束柱被最佳地设置。“基本上垂直”是指将表面部分以本领域的常规准确度垂直于离子束柱的主轴线定向。举例来说，与直角的偏差不超过10°、优选地不超过5°。该表面部分包括至少50nm×50nm、或至少200nm×200nm且不超过1mm×1mm、或2mm×2mm的面积。根据这个特征，平行于离子束柱的主轴线定向的表面部分的表面法线具有对该表面部分内的多个位置处的多条表面法线求平均而得到的方向。而且，将物体设置在共同的工作区域中意味着将表面部分设置在重合点附近，例如距重合点的距离不超过0.5mm。
因此，在粒子束系统的这种构造中，该表面部分由离子束加工。由于这种构造的特性，可以高精度地执行加工。
为了对离子束加工进行控制和/或为了对加工的进度进行检测和/或为了对表面部分进行检查，第一顺序可以进一步包括：在将屏蔽电极设置在第一位置并且将表面部分基本上垂直于离子束柱的主轴线定向的同时，使用设置在电子束柱的内部的检测器检测从表面部分上发出的二次粒子。
在不必改变粒子束系统的构造的情况下，即在保持屏蔽电极在第一位置的布置以及表面部分相对于离子柱的主轴线的布置的同时，检测从表面部分上发出的二次粒子。通过电场可以更高效地检测二次粒子，该电场由电子束柱产生、并在其形状方面受物体或物体固持器的影响、并受到设置在第一位置的屏蔽电极对电场的形状的影响的影响。可以基于检测到的二次粒子产生表示物体的图像的图像数据。图像数据进而可以用于控制电子束柱。
二次粒子可以通过离子束与物体的相互作用产生。进一步地或替代性地，可以通过由电子束柱产生的、引导到表面部分上的电子束的相互作用产生二次粒子。
可以同时地或连续地执行、特别是重复地执行用离子束加工表面部分、检测二次粒子、以及将电子束引导到物体部分上。
根据一个实施例，该方法进一步包括第二顺序，其中该第二顺序包括：将屏蔽电极设置在第二位置；以如下方式布置该物体，即将该物体的表面部分基本上垂直于该电子束柱的主轴线定向；以及将电子束引导到物体的表面部分上，并因此使用设置在电子束柱的内部的检测器检测从该表面部分上发出的二次粒子，其中在将屏蔽电极设置在第二位置并且将该表面部分基本上垂直于电子束柱的主轴线定向的同时，执行引导和检测。
应该在第二顺序中使用电子束柱记录具有最高可能分辨率的物体图像。为了能够将物体相对于电子束柱最佳地对齐，将屏蔽电极设置在第二位置，使得屏蔽电极不限制物体移动的自由度。物体的表面部分(先前由离子束加工)被基本上垂直于电子束柱的主轴线定向。“基本上垂直”是指将表面部分以本领域的常规准确度垂直于电子束柱的主轴线定向。举例来说，与直角的偏差不超过5°。
电子束柱在这种构造下获得最高的精度。检测到的二次粒子可以用于产生图像数据，该图像数据表示物体的图像。
根据另一实施例，第二顺序可以进一步包括：在将屏蔽电极设置在第二位置并且将表面部分基本上垂直于电子束柱的主轴线定向的同时，用离子束加工表面部分。
可以同时地或连续地、特别是重复地执行第二顺序的步骤。
可以同时地或连续地、特别是重复地执行第一和第二顺序。进一步特别地，在第二顺序期间检测的二次粒子以及由其产生的图像数据可以用于在第一顺序中控制电子束柱和离子束柱。类似地，在第一顺序期间检测到的二次粒子以及由其产生的图像数据可以用于在第二顺序中控制电子束柱和离子束柱。
根据另一实施例，该方法还包括：在电子束柱的出口开口与重合点之间由电子束柱产生电场、特别是静电场，该电子束可以从电子束柱的出口开口朝着共同的工作区域从电子束柱出射，其中该电场适合用于使电子束减速。
上文结合粒子束系统解释的优点是通过电场获得的。可以在第一顺序时长内和在第二顺序时长内产生电场。特别地，在第一顺序中由离子束加工表面部分的同时并且在使用设置在电子束柱的内部的检测器检测从表面部分上发出的二次粒子的同时产生电场。因此，不需要修改用于产生电场的电势。特别地，在执行该方法的同时，被施加以在粒子束系统的各个元件(屏蔽电极、端盖、物体)处产生电场的电势不会改变或保持恒定。
附图说明
下文将参考图来更详细地说明本发明的实施例。在本文中：
图1示出了处于第一操作模式的根据一个实施例的粒子束系统；
图2为了阐明距离，示出了图1所示的粒子束系统的一部分；
图3示出了处于第二操作模式的图1所示的粒子束系统；
图4A和图4B示出了屏蔽电极的示例性形状；
图5A和图5B示出了屏蔽电极在第一和第二位置时的影响；
图6A和图6B示出了用于操作粒子束系统的示例性方法；以及
图7示出了另一种用于操作粒子束系统的示例性方法。
具体实施方式
图1示出了根据一个实施例的、处于第一操作模式的粒子束系统1。粒子束系统1包括被配置为扫描电子显微镜的电子束柱3、以及离子束柱5。
电子束柱3包括粒子源7、聚光透镜9、增强器11以及物镜13。粒子源7包括阴极15、抑制电极17和引出电极19。电子束21由粒子源7产生，电子束在阴极15与要检查或加工的物体23的表面部分24之间延伸。电子束21延伸穿过聚光透镜9、增强器11以及物镜13。电子束柱3、特别是物镜13被配置为使得将电子束21聚焦在物面25上。
增强器11被配置用于围绕电子束21的一部分，使得电子束21的电子可以具有更高的动能(例如具有与没有增强器11的情况相比提高了10keV的动能)通过增强器11。因此，最小化了物镜13与聚光透镜9的球面像差和色差，并且减少了干扰场的影响。
物镜13包括内部极片27、外部极片29以及励磁线圈31，以便在内部极片27与外部极片29之间的间隙33中产生磁场。物镜13还包括第一电极35和第二电极37，第一电极由增强器11的物体侧端部部分形成，第二电极设置在外部极片29的物体侧端部部分，又被称为端盖。因此，物镜13是磁与静电组合物镜。第二电极(端盖)37可以与外部极片29是电绝缘的，使得可以向第二电极37(端盖)施加与施加到外部极片29或第一电极35的电势不同的电势。
电子束柱3还包括用于检测二次粒子(特别是二次电子)的第一检测器39，其中第一检测器39设置在增强器11内并且因此在电子束柱3内。第一检测器39被配置用于检测从物体23上发出的二次粒子，二次粒子穿过电子束柱3的物体侧出口开口41进入电子束柱3的内部并撞击第一检测器39。通过虚线展示了二次电子的示例性轨迹43。
电子束柱3包括在增强器11内的、用于检测二次粒子的第二检测器45。第二检测器被配置用于检测从物体23穿过出口开口41行进到物镜13的内部、并穿过第一检测器39中的开口47撞击第二检测器45的二次粒子(特别是背向散射电子)。通过虚线展示了背向散射电子的示例性轨迹49。
可以将第一电势施加到第一电极35，并且可以将第二电势施加到第二电极(端盖)37，第二电势可能小于第一电势。以此方式，电子束21在穿过增强器11之后、并在穿过出口开口41从电子束柱3中出来之前被减速，也就是说因此减小了粒子束21的电子的动能。
而且，可以将等于或大于或小于第二电极(端盖)37的第二电势的第三电势施加到物体23。结果，可以进一步影响由电子束柱产生、在其形状方面受物体或物体固持器影响的电场的形状。
通过将前述电势施加到第一电极35和施加到第二电极37(以及施加到物体23)来在电子束柱3的出口开口41与物体23之间产生电场、特别是静电场。这使电子束21被减速。下文描述了电场的进一步影响。
离子束柱5被配置用于产生离子束51，离子束适合用于加工物体23、特别是用于用输入的工艺气体从物体23上去除材料或在物体23上沉积材料。将离子束51聚焦在物面52上，其中可以设置物体23。电子束柱3和离子束柱5具有共同的工作区域53，其中电子束柱3的主轴线55和离子束柱5的主轴线57在重合点58处相遇。离子束柱5包括出口开口54，离子束51可以从该出口开口朝着共同的工作区域53从离子束柱5中出射。离子束柱5包括可以使离子束51偏转以便能够加工物体23的不同位置的偏转器59。
可以以如下方式形成和设置离子束柱5，即离子束柱5距物面25的距离大于或等于电子束柱3(或端盖37)距物面25的距离。结果，当将具有平坦表面的物体23基本上垂直于电子束柱3的主轴线55定向时，离子束柱5距物体的距离和电子束柱3或端盖37距物体的距离相同、或者比其更远。这有助于缩短工作距离。
粒子束系统1进一步包括屏蔽电极61。在第一位置，可以如图1所示设置屏蔽电极，并且在第二位置，可以如图3所示设置所述屏蔽电极。在第一位置，将屏蔽电极61设置在离子束柱5的出口开口54与重合点58之间。在第二位置，不将屏蔽电极61设置在离子束柱5的出口开口54与重合点58之间。
在第一位置，屏蔽电极61在离子束柱5的出口开口54与重合点58之间至少部分地围绕离子束柱5的主轴线57或离子束51。结果，屏蔽电极61屏蔽离子束51免受由电子束柱3产生、在端盖37与物体23之间的电场的影响，使得电场不影响离子束51的轨迹、或者与将屏蔽电极61设置在第二位置的情况相比对它的影响至少小得多。结果，可以将离子束51高精度地引导到物体23上。
粒子束系统1的第一操作模式的区别在于：首先，将要检查和要加工的物体23的表面部分24基本上垂直于离子束柱5的主轴线57设置(在共同的工作区域53中)；其次，将屏蔽电极61设置在第一位置。由此实现了三个实质性的优点。首先，离子束51关于由电子束柱3产生、在端盖37与物体23之间的电场被屏蔽电极61屏蔽，所以可以将离子束51高精度地引导到物体23上。而且，离子束51可以基本上垂直地撞击要加工的物体23的表面部分24，其结果是可以高效地加工物体23。而且，设置在第一位置的屏蔽电极61作用在电场上，使得该电场以如下方式形成，即用设置在电子束柱3的内部的检测器39、45可以高效地检测从物体23或表面部分24上发出的二次粒子。下文将参考图5A和5B更详细地说明最后提到的优点。
图2示出了图1所示的粒子束系统1的细节。图2用于说明为了定义粒子束系统1而参考的距离。箭头EKD表示在重合点与电子束柱3之间的最短距离；这个距离被称为电子束柱与重合点距离。端盖37是电子束柱3的、距重合点58的距离最短的元件。箭头IKD表示离子束柱5与重合点58之间的最短距离；这个距离被称为离子束柱与重合点距离。箭头AKD表示在设置在第一位置的屏蔽电极61与重合点58之间的最短距离；这个距离被称为屏蔽电极与重合点距离。
粒子束系统1的区别在于：当将屏蔽电极61设置在第一位置时，屏蔽电极与重合点距离AKD短于电子束柱与重合点距离EKD。换句话说，当将屏蔽电极61设置在第一位置时，屏蔽电极被设置成比电子束柱3更接近重合点58。
结果，正好到重合点58前面的屏蔽电极61屏蔽离子束51免受由电子束柱3产生的电场的影响，使得电场对离子束51的影响被基本上限制在屏蔽电极61与重合点58之间的路径上。结果，可以将离子束51高精度地引导到物体23上。
屏蔽电极与重合点距离AKD与电子束柱与重合点距离EKD之比越小，屏蔽电极61关于由电子束柱3产生的电场对电子束51的屏蔽越好。因此，在其形状和布置方面可以如下方式形成屏蔽电极61，即屏蔽电极与重合点距离AKD与电子束柱与重合点距离EKD之比不超过0.9、优选地不超过0.8或更优选地不超过0.7。在图2所示的实例中，这个比为大约0.45。
图2中的另一箭头(由字母L表示)表示屏蔽电极61沿离子束柱5的主轴线57的长度。长度L与离子束柱与重合点距离IKD之比应该适当的大些，使得在通过出口开口54之后、离子束51行进到重合点58的路径的足够大的比例被屏蔽电极61屏蔽。举例来说，屏蔽电极61沿离子束柱5的主轴线57的长度L与离子束柱与重合点距离IKD之比是至少0.2、优选地至少0.35、进一步优选地至少0.5。在图2所示的实例中，该比为大约0.6。
图3示出了处于第二操作模式的图1所示的粒子束系统1的细节。第二操作模式的区别在于：首先，将要检查和要加工的物体23的表面部分24基本上垂直于电子束柱3的主轴线55设置；其次，将屏蔽电极61设置在第二位置。
因此，不将屏蔽电极61设置在离子束柱5的出口开口54与重合点58之间。在第二位置，屏蔽电极61基本上不影响由电子束柱3产生、在端盖37与物体23之间的、并且其形状受到物体或物体固持器影响的电场。因此，设置在第二位置的屏蔽电极61不影响电子束21的轨迹，也不影响离子束51的轨迹。
因此，第二操作模式提供的优点在于：由于将要检查的物体23的表面部分24基本上垂直于电子束柱3的主轴线55布置、这的结果是在物体稍导电的情况下已经将重合点的电场引导到电子束柱3的出口开口41上，因此可以通过电子束柱3高精度地分析物体23。因此，从物体23上发出的二次粒子被电场高效地加速到电子束柱3的出口开口41、穿过所述出口开口进入电子束柱3的内部、并被设置在电子束柱3的内部中的检测器39、45检测。
粒子束系统1可以包括未在图中展示的移动设备，该移动设备被配置用于选择性地将屏蔽电极61设置在第一位置和第二位置。因此，移动设备可以使设置在第一位置的屏蔽电极61进入第二位置、以及可以使设置在第二位置的屏蔽电极61进入第一位置。
而且，在第二操作模式下离子束51也可以加工物体23，但是电场的影响对精度有负面的影响。
移动设备可以以如下方式形成或移动屏蔽电极61，即当将屏蔽电极61设置在第二位置时，屏蔽电极61距物面25的距离大于或等于电子束柱3(或端盖37)距物面25的距离。结果，当将具有平坦表面的物体23基本上垂直于电子束柱3的主轴线55定向时，屏蔽电极61距物体的距离和电子束柱3或端盖37距物体的距离相同，或者比其更远。这有助于缩短工作距离。进一步地或者替代性地，移动设备可以以如下方式移动屏蔽电极61，即当将所述屏蔽电极61设置在第二位置时，屏蔽电极61被从共同的工作区域53移开很远以至于当将具有平坦表面的物体23基本上垂直于电子束柱3的主轴线55定向时，屏蔽电极61不限制电子束柱3的工作距离。因此，可以在移动物体时并且在工作距离较小的情况下防止在物体与粒子束系统之间的碰撞。
在图1所示的粒子束系统1的第一操作模式下和在图2所示的粒子束系统1的第二操作模式下都可以将电子束21和离子束51一个接一个地或同时地引导到物体23的相同区域上，首先基于检测到的表示物体23的图像的二次粒子产生图像数据，其次用离子束51加工物体23。用于产生图像数据的二次粒子可以由电子束21与物体23的相互作用或者由离子束51与物体23的相互作用产生、或者可以由电子束21和离子束51两者都与物体23相互作用而产生。
粒子束系统1可以进一步包括控制器(图中未展示)，该控制器可以控制电子束柱3、离子束柱5和移动设备。特别地，控制器被配置用于使粒子束系统1进入第一操作模式。这通过以下方式实现：将屏蔽电极61设置在第一位置(如图1以示例性方式所示的)，并且将要检查和要加工的物体23的表面部分24基本上垂直于离子束柱5的主轴线57设置(例如通过相应可控的物体固持器)。进一步地，控制器可以使粒子束系统1进入第二操作模式。这是通过以下方式实现的：将屏蔽电极61设置在第二位置，并且将要检查和要加工的物体23的表面部分24基本上垂直于电子束柱3的主轴线55设置。进一步地，控制器被配置用于以执行本文所描述的方法的方式控制粒子束系统1。
图4A示出了屏蔽电极61A在yz平面中的截面中以及在xy平面中的平面视图中的示例性构造。xy平面垂直于z轴定向。举例来说，当将屏蔽电极61A设置在第一位置时，离子束柱5的主轴线57沿着z轴穿过屏蔽电极61A。屏蔽电极61A在其离子束柱侧端部62处、沿y轴的范围大于其在其重合点侧端部63处、在这个方向上的范围。屏蔽电极61A具有中空圆锥形截头锥体的形状。因此，屏蔽电极61A的内部具有通道64，离子束51可以穿过该通道沿直线传播。当将屏蔽电极61A设置在第一位置时，屏蔽电极61A沿z轴延伸，并且因此沿离子束柱5的主轴线57延伸。屏蔽电极61A被形成为使得其围住主轴线57。这由通道64实现。
图4B示出了屏蔽电极61B的另一示例性构造。屏蔽电极61B具有中空圆锥形截头锥体的形状，形成圆锥形截头锥体的包层具有许多孔65。屏蔽电极61B也具有通道64，离子束51可以穿过该通道沿直线传播穿过屏蔽电极61B。屏蔽电极61可能有许多其他的形状。
参照图5A和图5B说明屏蔽电极61的作用。图5A示出了图1所示的粒子束系统1的细节，与图1相反，屏蔽电极被设置在第二位置、并因此对由电子束柱3产生、在端盖37与重合点58之间的、并且在其形状方面受物体23’或物体固持器影响的电场基本上没有影响。将测试物体23’的金属(因此是导电的)平面表面24’基本上垂直于离子束柱5的主轴线57布置。
由电子束21与测试物体23’的相互作用产生的二次粒子可以是例如具有几eV的动能的二次电子和具有例如几keV的动能的背向散射电子。由离子束51与测试物体23’的相互作用产生的二次粒子可以是例如具有几eV的能量的二次电子。
由电子束柱3产生、在端盖37与重合点58之间的、并且其形状受到物体或物体固持器影响的电场使二次粒子被加速。由于二次电子具有较低的动能，因此电场对二次电子的轨迹有很大的影响。由于背向散射电子具有比较明显更高的动能，因此电场对背向散射电子的轨迹具有相对较小的影响。
将屏蔽电极61设置在图5A中的第二位置。因此，电场的等势线(未示出)在测试物体23’的表面24’处基本上平行于测试物体23’的表面24’延伸。这甚至已经适用于导电性很差的物体、特别是物体23。箭头67表示在测试点66处电场的方向和大小。将测试点66设置在测试物体23’的表面24’与电子束柱3的出口开口41之间。进一步地，测试点距重合点58和/或测试物体23’的表面24’的距离例如不超过2000μm或不超过1000μm。箭头67还表示由于电场而作用在位于测试点66处的二次电子上的力。
电子束柱3的主轴线55与测试点66处的电场方向(箭头67)之间的锐角β具有比较大的第一值。结果，位于测试点66处的二次电子背离测试物体23’被加速，而非在朝着电子束柱3的出口开口41的方向上被加速。因此，不会以针对性的方式在朝着设置在电子束柱3的内部的检测器的方向上操纵二次电子。因此，使用图5A所示的构造，产生的二次电子的仅较小的比例可以被设置在电子束柱3的内部的检测器检测到。
图5B示出了与图1所示的粒子束系统1的图5A相同的细节，粒子束系统处于第一操作模式。因此，将屏蔽电极61设置在第一位置，即在离子束柱5的出口开口54与重合点58之间、并且所述屏蔽电极在出口开口54与重合点58之间至少部分地围住离子束柱5的主轴线57。另外，将测试物体23’的表面24’基本上垂直于离子束柱5的主轴线57设置。而且，端盖37与重合点58之间的电场由电子束柱3结合物体23’或物体固持器以与图5A相同的方式产生。
场的形状受设置在第一位置的屏蔽电极61的存在的影响、并且受施加到屏蔽电极61、测试物体23’以及端盖37的电势的影响。特别地，处于第一位置的屏蔽电极61以如下方式影响电场，即电场在测试点66处具有如箭头69所表示的方向和大小。
存在于测试点66处的电场方向(箭头69)包括与电子束柱3的主轴线55成α值的锐角，所述角明显小于图5A中的角β。因此，与图5A所示的情况相比，从测试物体23’上发出的二次电子可以被更高效地操纵到出口开口41、并通过电场供给到设置在电子束柱3的内部的检测器。
因此，除了屏蔽离子束51之外，在第一位置的屏蔽电极61还使从测试物体23’上发出的二次粒子被更高效地引导到电子束柱3的出口开口41，其结果是可以检测所产生的二次粒子的更高的比例，从而提高了电子束柱3的检测效率。
关于图6A和图6B，下文将描述可以用粒子束系统1实施的方法。
一种示例性方法，该方法包括图6A所示的第一顺序和图6B所示的第二顺序。
第一顺序包括第一组步骤(组1)和第二组步骤(组2)，第一组步骤在第二组步骤之前实施。
实施第一顺序的第一组的步骤，以便使粒子束系统1进入第一操作模式。在第一顺序的第一组的第一步骤S1中，在电子束柱3与重合点58之间产生电场。在步骤S2中，将要检查和要加工的物体23的表面部分24基本上垂直于离子束柱5的主轴线57设置在共同的工作区域53中。因此，将表面部分24设置在重合点58的附近。在步骤S3中，将屏蔽电极61设置在第一位置。在实施步骤S1到S3之后，粒子束系统处于第一操作模式，如图1所示。
在粒子束系统1处于第一操作模式的同时，在第一顺序的第一组的步骤S1至S3之后实施第一顺序的第二组的步骤。
第一顺序的第二组可以包括以下步骤：步骤S4，其中用离子束51加工物体23的表面部分24；步骤S5，其中将电子束21引导到物体23的表面部分24上以便产生二次粒子；步骤S6，其中通过设置在电子束柱3中的检测器39、45检测从物体23或表面部分24上发出的二次粒子；以及步骤S7，其中基于检测到的二次粒子产生图像数据，所述图像数据表示物体23的图像。
举例来说，将电子束21或离子束51或两者都引导到物体23的表面部分24上以便产生二次粒子。可以使用设置在电子束柱3中的检测器39、45检测二次粒子。可以基于所述检测到的二次粒子产生表示物体23的表面部分24的图像的图像数据。可以基于图像数据评估和控制物体23的加工的进度。
在之前、之后或同时，可以将离子束51引导到物体23的表面部分24上以便对其进行加工，即，在添加工艺气体的情况下从其上去除材料或在其上沉积材料。
可以在第一顺序内执行第一顺序的第二组步骤多次、特别是可以重复第一顺序的第二组步骤。举例来说，最初将电子束21引导到物体23的表面部分24上以便产生图像数据。为了随后用离子束51加工物体23的表面部分24，基于第一顺序的图像数据确定参数。在第一顺序中用离子束51加工表面部分24之后，可以再次将电子束21引导到表面部分24上，以便再次产生图像数据，将使用该图像数据、再次使用离子束51加工物体。因此，在第一顺序结束且第二顺序发生之前，第一顺序的第二组步骤可以重复多次。
在第一顺序之前和/或之后可以执行第二顺序。第二顺序包括第一组步骤(组1)和第二组步骤(组2)，第一组步骤在第二组步骤之前执行。
执行第二顺序的第一组步骤(参见图6B)，以便使粒子束系统1进入第二操作模式。在第二顺序的第一组的第一步骤S8中，在电子束柱3与重合点58之间产生电场。举例来说，在第一顺序期间产生的场也被在第二顺序期间不变地产生。在步骤S9中，将要检查和要加工的物体23的表面部分24基本上垂直于电子束柱3的主轴线55设置。在步骤S10中，将屏蔽电极61设置在第二位置。在执行步骤S8至S10之后，粒子束系统处于第二操作模式，如图3所示。
在粒子束系统1处于第二操作模式的同时，在第二顺序的第一组的步骤S8至S10之后执行第二顺序的第二组步骤。
第二顺序的第二组可以包括以下步骤：步骤S11，其中用离子束51加工物体23的表面部分24；步骤S12，其中将电子束21引导到物体23的表面部分24上以便产生二次粒子；步骤S13，其中通过设置在电子束柱3中的检测器39、45检测从物体23的表面部分24上发出的二次粒子；以及步骤S14，其中基于检测到的二次粒子产生图像数据，所述图像数据表示物体23的表面部分24的图像。步骤S11至S14基本上对应于步骤S4至S7。
举例来说，将电子束21或离子束51或两者都引导到物体23的表面部分24上以便产生二次粒子。可以使用设置在电子束柱3中的检测器39、45检测二次粒子。可以基于所述检测到的二次粒子产生表示物体23的表面部分24的图像的图像数据。可以基于图像数据评估和控制物体23的加工的进度。
在之前、之后或同时，可以将离子束引导到物体23的表面部分24上以便对其进行加工，即，在添加工艺气体的情况下从其上去除材料或在其上沉积材料。
可以在第二顺序内执行第二顺序的第二组步骤多次、特别是可以重复第二顺序的第二组步骤。举例来说，最初将电子束21引导到物体23的表面部分24上以便产生图像数据。为了随后用离子束51加工物体23的表面部分24，基于第二顺序的图像数据确定参数。在第二顺序中用离子束51加工物体23的表面部分24之后，可以再次将电子束21引导到物体23的表面部分24上，以便再次产生图像数据，将使用该图像数据、再次使用离子束51加工物体23。因此，在第二顺序结束且第一顺序发生之前，第二顺序的第二组的步骤可以重复多次。
在第一顺序期间记录的图像数据还可以用于在第二顺序中控制电子束21和/或离子束51。在第二顺序期间产生的图像数据可以同样用于在第一顺序期间控制电子束21和/或离子束51。
图7示出了另一种用于操作粒子束系统1的示例性方法。该方法开始于执行第一顺序的步骤。在第一顺序之后，检查是否已经满足第一终止条件。第一终止条件取决于要产生的物体的类型或取决于物体的加工方式。举例来说，基于在第一顺序中记录的图像数据评估物体是否具有期望的形状。第一终止条件也可以是将物体加工和分析到预定义的程度。
如果已经满足第一终止条件，则该方法结束。如果还不满足第一终止条件，则执行第二顺序的步骤。
在执行第二顺序的步骤之后，检查是否满足第二终止条件。第二终止条件可以与第一终止条件相同，但是也可以不同于第一终止条件。
如果对第二终止条件的检查表明已经满足第二终止条件，则该方法结束。如果对第二终止条件的检查表明还不满足第二终止条件，则用第一顺序继续进行该方法。
根据图7所示的方法的修改，可以省略对第一或第二终止条件的检查。

Claims (20)

1.一种用于检查和加工物体(23)的粒子束系统(1)，其中该粒子束系统(1)包括：
被配置用于产生电子束(21)的电子束柱(3)；
被配置用于产生离子束(51)的离子束柱(5)，
其中该电子束柱(3)和该离子束柱(5)具有共同的工作区域(53)，在该共同的工作区域中能够布置该物体(23)并且在该共同的工作区域中该电子束柱(3)的主轴线(55)和该离子束柱(5)的主轴线(57)在重合点(58)处相遇；以及
屏蔽电极(61)，该屏蔽电极能够设置在第一位置，
其中，当将该屏蔽电极(61)设置在该第一位置时，该屏蔽电极(61)在该离子束柱(5)的出口开口(54)与该重合点(58)之间至少部分地围绕该离子束柱(5)的主轴线(57)，该离子束(51)能够从该出口开口朝着该共同的工作区域(53)从该离子束柱(5)中出射，并且
其中屏蔽电极与重合点距离(AKD)比电子束柱与重合点距离(EKD)短，该屏蔽电极与重合点距离是设置在该第一位置的该屏蔽电极(61)与该重合点(58)之间的最短距离，该电子束柱与重合点距离是该电子束柱(3)与该重合点(58)之间的最短距离。
2.根据权利要求1所述的粒子束系统，其中，当将该屏蔽电极(61)设置在该第一位置时，该屏蔽电极与重合点距离(AKD)与该电子束柱与重合点距离(EKD)之比至多为0.9、特别是至多为0.8、更特别地至多为0.7。
3.根据权利要求1或2所述的粒子束系统，其中，当将该屏蔽电极(61)设置在该第一位置时，该屏蔽电极与重合点距离(AKD)与该离子束柱至多重合点距离(IKD)之比至多为0.5、特别是至多为0.4、更特别地至多为0.3，该离子束柱与重合点距离是该离子束柱(5)与该重合点(58)之间的最短距离。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的粒子束系统，其中该屏蔽电极(61)沿该离子束柱(5)的主轴线(57)的长度(L)与该离子束柱与重合点距离(IKD)之比至少为0.2、特别是至少为0.35、更特别地至少为0.5，该离子束柱与重合点距离是该离子束柱(5)与该重合点(58)之间的最短距离。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的粒子束系统，其中该屏蔽电极(61)具有导电表面。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的粒子束系统，其中该屏蔽电极(61)具有沿该离子束柱(5)的主轴线(57)延伸的形状，从而围住该离子束柱(5)的主轴线(57)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的粒子束系统，其中能够将该屏蔽电极(61)设置在第二位置，在该第二位置，该屏蔽电极(61)不围绕该离子束柱(5)的主轴线(57)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的粒子束系统，其中该电子束柱(3)具有出口开口(41)，电子束(21)能够从该出口开口朝着该共同的工作区域(53)从该电子束柱(3)中出射，并且其中该电子束柱(3)被配置用于在该电子束柱(3)的出口开口(41)与该重合点(58)之间产生电场，所述电场适合用于使该电子束(21)减速。
9.根据权利要求8所述的粒子束系统，其中以如下方式形成该屏蔽电极(61)，即当将该屏蔽电极(61)设置在该第一位置时该屏蔽电极以如下方式影响该电场，即与将该屏蔽电极(61)设置在该第二位置时相比从该共同的工作区域(53)发出的二次粒子被更高效地引导到该电子束柱(3)的出口开口(41)。
10.根据权利要求8或9所述的粒子束系统，其中，当将测试物体(23’)的平坦金属表面(24’)设置在该重合点(58)处并基本上垂直于该离子束柱(5)的主轴线(57)定向时，该电子束柱(3)的主轴线(55)与在该测试点(66)处该电场的方向(67，69)之间的锐角在将该屏蔽电极(61)设置在该第一位置时具有第一值(α)、并且在将该屏蔽电极(61)设置在该第二位置时具有第二值(p)，其中该第一值(α)小于该第二值(β)，并且其中在该测试物体(23’)的平坦金属表面(24’)与该电子束柱(3)的出口开口(41)之间的该测试点(66)被设置在距该重合点(58)或该测试物体(23’)的表面(24’)不超过2000μm的距离处。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的粒子束系统，其中该电子束柱(3)在其内部包括用于检测二次粒子的检测器(39，45)。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的粒子束系统，进一步包括：
用于该屏蔽电极(61)的电势源，该电势源被配置用于将可调节的电势施加到该屏蔽电极(61)。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的粒子束系统，其中该电子束柱(3)包括端盖(37)，该端盖包括该电子束柱(3)的最接近该重合点(58)的元件；并且
其中该粒子束系统(1)进一步包括用于该端盖(37)的电势源，该电势源被配置用于将可调节的电势施加到该端盖(37)。
14.一种用于操作根据权利要求1至13中任一项所述的粒子束系统(1)的方法，其中该方法包括第一顺序，其中该第一顺序包括：
-将该屏蔽电极(61)设置在该第一位置(S3)；
-以如下方式将该物体(23)设置在该共同的工作区域(53)中，即将要加工和要检查的该物体(23)的表面部分(24)基本上垂直于该离子束柱(5)的主轴线(57)定向(S2)；
-在将该屏蔽电极(61)设置在该第一位置并且将该表面部分(24)基本上垂直于该离子束柱(5)的主轴线(57)定向的同时，用该离子束(51)加工该物体(23)的表面部分(24)(S4)。
15.根据权利要求14所述的方法，其中该第一顺序进一步包括：
-在将该屏蔽电极(61)设置在该第一位置并且将该物体(23)的表面部分(24)基本上垂直于该离子束柱(5)的主轴线(57)定向的同时，使用设置在该电子束柱(3)的内部的检测器(39，45)检测从该物体(23)的表面部分(24)上发出的二次粒子(S6)。
16.根据权利要求15所述的方法，其中该第一顺序进一步包括：
-将该电子束(21)引导到该物体(23)的表面部分(24)上以便产生这些二次粒子(S5)。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的方法，其中该方法进一步包括第二顺序，其中该第二顺序包括：
-将该屏蔽电极(61)设置在该第二位置(S10)；
-以如下方式设置该物体(23)，即将该物体(23)的表面部分(24)基本上垂直于该电子束柱(3)的主轴线(55)定向(S9)；
-将该电子束(21)引导到该物体(23)的表面部分(24)上并使用设置在该电子束柱(3)的内部的检测器(39，45)检测因此从该表面部分(24)上发出的二次粒子，其中在将该屏蔽电极(61)设置在该第二位置并且将该表面部分(24)基本上垂直于该电子束柱(3)的主轴线(55)定向的同时，执行引导和检测(S12)。
18.根据权利要求17所述的方法，其中相继地重复地执行该第一和二顺序。
19.根据权利要求14至18中任一项所述的方法，进一步包括：
在出口开口(41)与该重合点(58)之间由该电子束柱(3)产生电场，该电子束(21)能够从该出口开口朝着该共同的工作区域(53)从该电子束柱(3)出射，其中该电场适合用于使该电子束(21)减速(S1，S8)。
20.根据权利要求19所述的方法，其中在该第一顺序中由该离子束(51)加工该表面部分(24)的同时并且在使用设置在该电子束柱(3)的内部的检测器(39，45)检测从该表面部分(24)上发出的二次粒子的同时产生该电场。
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