DE102010041813A1

DE102010041813A1 - Teilchenstrahlgerät und Verfahren zur Untersuchung und/oder Bearbeitung eines Objekts

Info

Publication number: DE102010041813A1
Application number: DE102010041813A
Authority: DE
Inventors: Michael Schnell
Original assignee: Carl Zeiss NTS GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2012-04-05
Also published as: NL2007476C2; US8946650B2; CZ2011600A3; US20120080594A1; JP2012079699A; NL2007476A; JP5854734B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Teilchenstrahlgerät und ein Verfahren zur Untersuchung und/oder Bearbeitung eines Objekts. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Teilchenstrahlgerät und ein Verfahren anzugeben, bei dem die Position eines Crossovers auf einer optischen Achse eines Teilchenstrahlgeräts auch bei einem festgelegten Extraktorpotential und bei einer festgelegten Hochspannung beliebig einstellbar ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Teilchenstrahlgerät gelöst, das eine erste Elektrodeneinheit mit drei Elektrodeneinrichtungen, eine zweite Elektrodeneinheit mit drei Elektrodeneinrichtungen und eine Beschleunigungseinheit aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet das Teilchenstrahlgerät.

Description

Die Erfindung betrifft ein Teilchenstrahlgerät und ein Verfahren zur Untersuchung und/oder Bearbeitung eines Objekts.
Teilchenstrahlgeräte zur Untersuchung und/oder Bearbeitung eines Objekts sind aus dem Stand der Technik bekannt. Es sind insbesondere Elektronenstrahlgeräte, beispielsweise Rasterelektronenmikroskope (nachfolgend SEM genannt) oder Transmissionselektronenmikroskope (nachfolgend TEM genannt) bekannt.
Zur Erzeugung eines Teilchenstrahls wird in einem Teilchenstrahlgerät ein Teilchenstrahlerzeuger verwendet. Beispielsweise wird in einem TEM ein Elektronenstrahlerzeuger verwendet, um einen Elektronenstrahl zu erzeugen. Um eine hohe Auflösung zu erhalten, ist es bekannt, durch Baueinheiten des TEM erzeugte chromatische Fehler einzuschränken. Hierzu wird beim Stand der Technik die Energiebreite der Elektronen des Elektronenstrahls verringert. Genauer gesagt werden die Elektronen des Elektronenstrahls, welche aus dem Elektronenstrahlerzeuger austreten, mittels einer Monochromatoreinheit gefiltert. Die Monochromatoreinheit lässt nur diejenigen Elektronen des Elektronenstrahls in den weiteren Strahlengang des TEM, welche nur eine geringe Abweichung von einer vorgebbaren Energie aufweisen. Die mittels der Monochromatoreinheit herausgefilterten und anschließend in den weiteren Strahlengang des TEM tretenden Elektronen werden dann mittels einer der Monochromatoreinheit nachgeschalteten Beschleunigungseinheit beschleunigt.
Aus dem Stand der Technik ist ein dreiteiliger Aufbau eines Elektronenstrahlerzeugers für ein TEM bekannt. So umfasst dieser bekannte Elektronenstrahlerzeuger einen Elektronenemitter, eine Suppressorelektrode und eine Extraktorelektrode. Darüber hinaus weist das TEM eine Elektrodeneinheit auf, welche zwischen dem Elektronenstrahlerzeuger und der Monochromatoreinheit geschaltet ist. Die Elektrodeneinheit wird verwendet, um einen mit dem Elektronenstrahlerzeuger erzeugten Elektronenstrahl in eine bestimmte geometrisch festgelegte Ebene der Monochromatoreinheit zu fokussieren. Die Elektrodeneinheit ist somit fokussierend. Ferner ist sie ebenfalls dreiteilig aufgebaut. So weist die Elektrodeneinheit eine erste Elektrodeneinrichtung, eine zweite Elektrodeneinrichtung und eine dritte Elektrodeneinrichtung auf, wobei die zweite Elektrodeneinrichtung zwischen der ersten Elektrodeneinrichtung und der dritten Elektrodeneinrichtung geschaltet ist. Die erste Elektrodeneinrichtung ist als die Extraktorelektrode des Elektronenstrahlerzeugers ausgebildet. Somit ist die Extraktorelektrode sowohl eine Baueinheit des Elektronenstrahlerzeugers als auch eine Baueinheit der Elektrodeneinheit. Die dritte Elektrodeneinrichtung ist bei der bekannten Elektrodeneinheit in Form einer Austrittselektrode ausgebildet. Die Austrittselektrode ist sowohl Baueinheit der Elektrodeneinheit als auch eine erste Baueinheit der Monochromatoreinheit. Sowohl die Extraktorelektrode als auch die Austrittselektrode liegen bei diesem Aufbau der Elektrodeneinheit auf dem Potential der Extraktorelektrode (auch Extraktorpotential genannt).
Elektronen des Elektronenstrahls durchlaufen die Monochromatoreinheit entlang einer nicht geradlinigen Achse der Monochromatoreinheit. An einer oder mehreren Stellen innerhalb der Monochromatoreinheit bilden die Elektronen jeweils einen Crossover. Vorstehend und auch nachstehend wird unter einem Crossover eine Position auf einer Achse, beispielsweise der optischen Achse eines Teilchenstrahlgeräts, verstanden, an der die von dem Teilchenemitter (beispielsweise dem Elektronenstrahlerzeuger) emittierten Teilchen (bei dem TEM die Elektronen) zusammenlaufen und eine Querschnittsfläche des Teilchenstrahls demzufolge ein lokales Minimum aufweist. Um die Baueinheiten, beispielsweise Elektroden- und Beschleunigungseinheiten, welche der Monochromatoreinheit in Bezug auf den Strahlengang der Elektronen nachgeschaltet oder vorgeschaltet sind, entlang der optischen Achse des TEM hinsichtlich ihrer Art und des Aufbaus wählen zu können, ist es ausreichend, die Position (Lage) eines Crossovers auf der Eingangsseite der Monochromatoreinheit und die Position (Lage) eines Crossovers auf der Ausgangsseite der Monochromatoreinheit zu kennen. Die Eingangsseite der Monochromatoreinheit ist die Seite, von der Elektronen in die Monochromatoreinheit eintreten. Die Ausgangsseite der Monochromatoreinheit ist die Seite, von der Elektronen aus der Monochromatoreinheit austreten. Der Crossover auf der Eingangsseite und der Crossover auf der Ausgangsseite der Monochromatoreinheit liegen dabei auf einer Achse eines geradlinigen Ersatzstrahlengangs der Monochromatoreinheit. Der geradlinige Ersatzstrahlengang verläuft dabei nicht entlang der tatsächlichen nicht geradlinigen Achse der Monochromatoreinheit, sondern ist der Strahlengang, den die Elektronen durchlaufen würden, wenn die Monochromatoreinheit nicht existieren würde, jedoch die Elektronen die gleiche Wirkung wie in der Monochromatoreinheit erfahren würden. Der Crossover auf der Eingangsseite und der Crossover auf der Ausgangsseite der Monochromatoreinheit sind virtuell.
Die Elektrodeneinheit dient dazu, einen mit dem Elektronenstrahlerzeuger erzeugten Elektronenstrahl in eine bestimmte geometrisch festgelegte Ebene des Crossovers auf der Eingangsseite der Monochromatoreinheit zu fokussieren. Um dies zu bewirken, ist bei dem Stand der Technik für ein vorgegebenes Extraktorpotential an der Extraktorelektrode ein bestimmtes Potential an der zweiten Elektrodeneinrichtung angelegt. Nach dem die Elektronen aus der Monochromatoreinheit getreten sind, werden die Elektronen im weiteren Strahlengang des TEM in einer Beschleunigungseinheit auf eine gewünschte Energie beschleunigt. Aufgrund des Potentialverlaufs in der Beschleunigungseinheit weist die Beschleunigungseinheit für eine bestimmte Energie der Elektronen eine festgelegte fokussierende Wirkung auf. Aus diesem Grunde wird der virtuelle Crossover auf der Ausgangsseite der Monochromatoreinheit (ein erster Crossover) nach Durchlaufen des Elektronenstrahls durch die Beschleunigungseinheit auf der optischen Achse des TEM an eine bestimmte Position abgebildet. An dieser bestimmten Position befindet sich ein reeller zweiter Crossover, nämlich das Bild des virtuellen Crossovers auf der Ausgangsseite der Monochromatoreinheit. Die Position des zweiten Crossovers ist bei dem Stand der Technik durch eine gewählte Hochspannung, mit welcher die gewünschte Energie der Elektronen erzielt wird, und durch eine vorbestimmte Extraktorspannung vorgegeben. Bei einer Änderung der Hochspannung (also bei einer Änderung der gewünschten Energie der Elektronen) und/oder bei einer Änderung der Extraktorspannung ändert sich auch die Position des zweiten Crossovers.
Es ist bekannt, dass die fokussierende Wirkung der Beschleunigungseinheit durch das Potentialgefälle zwischen einer auf Extraktorpotential liegenden Austrittselektrode der Monochromatoreinheit und einer ersten Beschleunigungselektrode der Beschleunigungseinheit einerseits und durch das Potentialgefälle zwischen der ersten Beschleunigungselektrode und einer zweiten Beschleunigungselektrode der Beschleunigungseinheit andererseits bestimmt wird. Jedoch trägt das Potentialgefälle zwischen der auf Extraktorpotential liegenden Austrittselektrode der Monochromatoreinheit und der ersten Beschleunigungselektrode der Beschleunigungseinheit hauptsächlich zur fokussierenden Wirkung der Beschleunigungseinheit bei. Dies hängt damit zusammen, dass der relative Zuwachs der Energie der Elektronen (bezogen auf die Energie an der Extraktorelektrode), wenn die Elektronen die Strecke zwischen der Extraktorelektrode und der Beschleunigungseinheit durchlaufen, zwischen der Extraktorelektrode und der ersten Beschleunigungselektrode am höchsten ist. Dabei versteht man unter dem relativen Zuwachs der Energie eine Energieänderung zwischen zwei der vorgenannten Elektroden bezogen auf die Energie an einer ersten Elektrode.
Die Position des zweiten Crossovers hängt von der Festlegung des Extraktorpotentials, des an der ersten Beschleunigungselektrode anliegenden ersten Beschleunigungspotentials (also auch von der die Energie der Elektronen bestimmenden Hochspannung) und des an der zweiten Beschleunigungselektrode anliegenden zweiten Beschleunigungspotentials ab. In Abhängigkeit des Extraktorpotentials und in Abhängigkeit von der die Energie der Elektronen bestimmenden Hochspannung ergeben sich unterschiedliche Positionen des zweiten Crossovers auf der optischen Achse. Diese unterschiedlichen Positionen sind somit aufgrund des gewählten Extraktorpotentials und der die Elektronenenergie bestimmenden Hochspannung fest vorgegeben und nicht variierbar.
Hinsichtlich des vorgenannten Standes der Technik wird auf die DE 196 33 496 A1 , die US 6,495,826 B2 sowie die EP 1 277 221 B1 verwiesen.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein Teilchenstrahlgerät und ein Verfahren anzugeben, bei dem die Position eines Crossovers auf einer optischen Achse eines Teilchenstrahlgeräts auch bei einem festgelegten Extraktorpotential und bei einer festgelegten Hochspannung beliebig einstellbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Teilchenstrahlgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ein Verfahren zum Untersuchen und/oder Bearbeiten eines Objekts mittels eines Teilchenstrahlgeräts ist durch die Merkmale des Anspruchs 12 gegeben. Weitere Merkmale und/oder alternative Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und/oder den beigefügten Figuren.
Das erfindungsgemäße Teilchenstrahlgerät zur Untersuchung und/oder Bearbeitung eines Objekts weist eine optische Achse und mindestens einen Teilchenstrahlerzeuger zur Erzeugung eines Teilchenstrahls auf. Beispielsweise ist das Teilchenstrahlgerät als TEM und der Teilchenstrahlerzeuger als Elektronenstrahlerzeuger ausgebildet.
Das erfindungsgemäße Teilchenstrahlgerät weist mindestens eine erste Elektrodeneinheit auf, die mindestens eine erste Elektrodeneinrichtung, mindestens eine zweite Elektrodeneinrichtung und mindestens eine dritte Elektrodeneinrichtung aufweist, wobei ausgehend von dem Teilchenstrahlerzeuger entlang der optischen Achse in Richtung eines Objekts zunächst die erste Elektrodeneinrichtung, anschließend die zweite Elektrodeneinrichtung und wiederum anschließend die dritte Elektrodeneinrichtung angeordnet sind. Die erste Elektrodeneinrichtung liegt auf einem ersten Potential und ist zur Extraktion von Teilchen aus dem Teilchenstrahlerzeuger ausgebildet. Hingegen liegt die zweite Elektrodeneinrichtung auf einem variablen zweiten Potential. Das zweite Potential ist demnach wählbar und frei einstellbar. Die dritte Elektrodeneinrichtung wiederum liegt auf dem ersten Potential, also dasselbe Potential wie die erste Elektrodeneinrichtung.
Zusätzlich zu der ersten Elektrodeneinheit weist das erfindungsgemäße Teilchenstrahlgerät mindestens eine zweite Elektrodeneinheit auf, die mindestens eine vierte Elektrodeneinrichtung, mindestens eine fünfte Elektrodeneinrichtung und mindestens eine sechste Elektrodeneinrichtung aufweist, wobei ausgehend von der dritten Elektrodeneinrichtung entlang der optischen Achse in Richtung eines Objekts zunächst die vierte Elektrodeneinrichtung, anschließend die fünfte Elektrodeneinrichtung und wiederum anschließend die sechste Elektrodeneinrichtung angeordnet sind. Die vierte Elektrodeneinrichtung liegt – wie die erste Elektrodeneinrichtung – auf dem ersten Potential. Hingegen liegt die fünfte Elektrodeneinrichtung auf einem variablen dritten Potential. Demnach ist das dritte Potential wählbar und frei einstellbar.
Ferner weist das erfindungsgemäße Teilchenstrahlgerät mindestens eine Beschleunigungseinheit zur Beschleunigung der Teilchen des Teilchenstrahls auf. Die Beschleunigungseinheit weist mindestens eine erste Beschleunigungseinrichtung und mindestens eine zweite Beschleunigungseinrichtung auf, wobei ausgehend von der zweiten Elektrodeneinheit entlang der optischen Achse in Richtung eines Objekts zunächst die erste Beschleunigungseinrichtung und anschließend die zweite Beschleunigungseinrichtung angeordnet sind. Die erste Beschleunigungseinrichtung liegt auf einem vierten Potential. Hingegen liegt die zweite Beschleunigungseinrichtung auf einem fünften Potential. Das vierte Potential der ersten Beschleunigungseinrichtung und das fünfte Potential der zweiten Beschleunigungseinrichtung werden durch eine Hochspannung vorgegeben, mit welcher die Teilchen, beispielsweise die Elektronen, auf eine bestimmte Energie gebracht werden.
Die Erfindung beruht auf der folgenden Überlegung. Durch die Einstellbarkeit des dritten Potentials der fünften Elektrodeneinrichtung erhält man eine weitere Möglichkeit, die Position eines Crossovers des Teilchenstrahls auf der optischen Achse einzustellen. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass diese Einstellung des Crossovers im Wesentlichen unabhängig von der Gesamtspannung der Beschleunigungseinheit und des Extraktorpotentials erfolgen kann. Mit anderen Worten ausgedrückt ist es immer möglich, für jeden beliebigen Wert der Gesamtspannung der Beschleunigungseinheit, beispielsweise für jeden beliebigen Wert der Gesamtspannung zwischen ca. 20 kV und ca. 300 kV, und für jeden beliebigen Wert des Extraktorpotentials, beispielsweise für jeden beliebigen Wert des Extraktorpotentials zwischen ca. 2 kV und 7 kV, durch Variation des dritten Potentials der fünften Elektrodeneinrichtung den Crossover an jede gewünschte Stelle in dem der Beschleunigungseinheit folgenden Strahlengang des Teilchenstrahlgeräts auf der optischen Achse zu positionieren.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Teilchenstrahlgeräts ist es alternativ oder zusätzlich vorgesehen, dass die erste Beschleunigungseinrichtung als die sechste Elektrodeneinrichtung ausgebildet ist. Somit ist die erste Beschleunigungseinrichtung sowohl Teil der zweiten Elektrodeneinheit als auch Teil der Beschleunigungseinheit. Zusätzlich oder alternativ hierzu ist es vorgesehen, dass die sechste Elektrodeneinrichtung auf einem variablen sechsten Potential liegt. Das variable sechste Potential kann dem vierten Potential entsprechen. Die Einstellbarkeit des sechsten Potentials stellt eine weitere Möglichkeit zur Verfügung, die Position eines Crossovers auf der optischen Achse einzustellen.
Bei einer wiederum weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Teilchenstrahlgeräts weist das Teilchenstrahlgerät zusätzlich oder alternativ mindestens eine Monochromatoreinheit auf. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Monochromatoreinheit mindestens eine erste Monochromatorelektrodeneinrichtung und mindestens eine zweite Monochromatorelektrodeneinrichtung aufweist. Ausgehend von der ersten Elektrodeneinheit entlang der optischen Achse in Richtung eines Objekts sind zunächst die erste Monochromatorelektrodeneinrichtung und anschließend die zweite Monochromatorelektrodeneinrichtung angeordnet. Die Erfindung ist aber nicht auf eine Monochromatoreinheit mit nur zwei Monochromatorelektrodeneinrichtungen eingeschränkt. Vielmehr sind auch Ausführungsbeispiele vorgesehen, bei denen mehr als zwei Monochromatorelektrodeneinrichtungen bei der Monochromatoreinheit vorhanden sind. Wie oben bereits erläutert, lässt die Monochromatoreinheit nur diejenigen Teilchen des Teilchenstrahls in den weiteren Strahlengang des Teilchenstrahlgeräts, welche nur eine geringe Abweichung von einer vorgebbaren Energie aufweisen. Hierauf wird weiter unten noch näher eingegangen.
Ferner ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass das erfindungsgemäße Teilchenstrahlgerät mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist:

– die dritte Elektrodeneinrichtung ist als eine Monochromatoreingangselektrode ausgebildet, oder
– die vierte Elektrodeneinrichtung ist als eine Monochromatorausgangselektrode ausgebildet.

Dabei liegt die Monochromatoreingangselektrode an einer Eingangsseite der Monochromatoreinheit, also der Seite, von der die Teilchen in die Monochromatoreinheit eintreten. Hingegen liegt die Monochromatorausgangselektrode an einer Ausgangsseite der Monochromatoreinheit, also der Seite, von der die Teilchen aus der Monochromatoreinheit in den weiteren Strahlengang des Teilchenstrahlgeräts austreten. Beispielsweise ist/sind die erste Monochromatoreingangselektrode und/oder die zweite Monochromatorausgangselektrode in Form einer Blendeneinheit ausgebildet. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass zwei Elemente zwei unterschiedlichen Einheiten des Teilchenstrahlgeräts zugeordnet sind. In anderen Worten ausgedrückt ist es beispielsweise vorgesehen, dass die dritte Elektrodeneinrichtung sowohl Teil der ersten Elektrodeneinheit als auch Teil der Monochromatoreinheit ist. Ferner ist es beispielsweise vorgesehen, dass die vierte Elektrodeneinrichtung sowohl Teil der zweiten Elektrodeneinheit als auch Teil der Monochromatoreinheit ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Teilchenstrahlgeräts ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass das fünfte Potential der zweiten Beschleunigungseinrichtung variabel ausgebildet ist. Zusätzlich oder alternativ hierzu ist es ferner vorgesehen, dass die Beschleunigungseinheit mindestens eine dritte Beschleunigungseinrichtung, mindestens eine vierte Beschleunigungseinrichtung und mindestens eine fünfte Beschleunigungseinrichtung aufweist, wobei ausgehend von der zweiten Beschleunigungseinrichtung entlang der optischen Achse in Richtung eines Objekts zunächst die dritte Beschleunigungseinrichtung, anschließend die vierte Beschleunigungseinrichtung und wiederum anschließend die fünfte Beschleunigungseinrichtung angeordnet sind. Die dritte Beschleunigungseinrichtung liegt auf einem siebten Potential. Hingegen liegt die vierte Beschleunigungseinrichtung auf einem achten Potential und die fünfte Beschleunigungseinrichtung liegt auf einem neunten Potential. Es ist beispielsweise vorgesehen, dass das siebte Potential, das achte Potential und/oder das neunte Potential variabel ausgebildet ist bzw. sind. Die vorgenannten Ausführungsbeispiele ermöglichen eine besonders geeignete Einstellung einer für die Teilchen des Teilchenstrahls vorgesehenen Beschleunigungsenergie. Dabei kann die Potentialdifferenz zwischen zwei benachbarten Beschleunigungseinrichtungen stets derart gewählt werden, dass eine gewünschte Fokussierung durch die Beschleunigungseinheit gewährleistet ist. Die Potentialdifferenz zwischen den einzelnen benachbarten Beschleunigungseinrichtungen kann konstant oder aber auch unterschiedlich sein.
Es wird explizit darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die vorgenannte Anzahl an Beschleunigungseinrichtungen eingeschränkt ist. Vielmehr ist jede geeignete Anzahl an Beschleunigungseinrichtungen verwendbar.
Bei einer wiederum weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Teilchenstrahlgeräts ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass das Teilchenstrahlgerät mindestens eine Kondensoreinheit aufweist, wobei die Kondensoreinheit eines der folgenden Merkmale aufweist:

– mindestens eine erste Kondensoreinrichtung und mindestens eine zweite Kondensoreinrichtung,
– mindestens eine erste Kondensoreinrichtung, mindestens eine zweite Kondensoreinrichtung und mindestens eine dritte Kondensoreinrichtung, oder
– mindestens eine erste Kondensoreinrichtung, mindestens eine zweite Kondensoreinrichtung, mindestens eine dritte Kondensoreinrichtung und mindestens eine vierte Kondensoreinrichtung.

Es wird explizit darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf eine Kondensoreinheit mit der vorgenannten Anzahl an Kondensoreinrichtungen eingeschränkt ist. Vielmehr ist jede geeignete Anzahl an Kondensoreinrichtungen verwendbar.
Die vorgenannte Kondensoreinheit ist insbesondere dazu vorgesehen, den Teilchenstrahl parallel zur optischen Achse auf ein Objekt einfallen zu lassen. Zusätzlich oder alternativ ist es vorgesehen, die Kondensoreinheit zur Einstellung des Beleuchtungsfelds zu verwenden. Unter einem Beleuchtungsfeld wird die Größe eines mit einem Teilchenstrahl beleuchteten Bereichs eines Objekts verstanden. Mit anderen Worten ausgedrückt ist dies die Größe des Bereichs eines Objekts, auf den der Teilchenstrahl einfällt. Wiederum zusätzlich oder alternativ hierzu ist es vorgesehen, die Kondensoreinheit zur Einstellung der Beleuchtungsapertur zu verwenden. Unter der Beleuchtungsapertur wird dabei der Öffnungswinkel des Kegels des Teilchenstrahls verstanden, welcher zur Beleuchtung auf das Objekt zugeführt wird (also der Kegel des Teilchenstrahls, der auf das Objekt einfällt).
Bei einer wiederum weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Teilchenstrahlgeräts ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass die erste Elektrodeneinrichtung als Extraktorelektrodeneinrichtung des Teilchenstrahlerzeugers ausgebildet ist. Somit ist die erste Elektrodeneinrichtung bei diesem Ausführungsbeispiel sowohl Teil der ersten Elektrodeneinheit als auch Teil des Teilchenstrahlerzeugers.
Wie oben bereits erwähnt, ist das erfindungsgemäße Teilchenstrahlgerät beispielsweise als TEM ausgebildet. Es wird jedoch explizit darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Teilchenstrahlgerät nicht auf ein TEM eingeschränkt ist. Vielmehr ist jedes geeignete Teilchenstrahlgerät verwendbar, beispielsweise ein Ionenstrahlgerät.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Untersuchen und/oder Bearbeiten eines Objekts mittels eines Teilchenstrahlgeräts, welches mindestens eines der vorgenannten Merkmale oder eine Kombination von mindestens zwei der vorgenannten Merkmale aufweist. Bei dem erfindungsgemäßen Teilchenstrahlgerät wird ein Teilchenstrahl mittels des Teilchenstrahlerzeugers erzeugt. Anschließend wird der Teilchenstrahl in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse oder auf die optische Achse mittels der ersten Elektrodeneinheit durch Auswahl des zweiten Potentials fokussiert. Diese Ebene ist beispielsweise in der Monochromatoreinheit angeordnet. Darüber hinaus wird der Teilchenstrahl durch Auswahl des dritten Potentials an einem vorgebbaren Ort auf der optischen Achse fokussiert. Das Verfahren wird weiter unten detaillierter erläutert.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mittels Figuren näher erläutert. Dabei zeigen
1 eine schematische Ansicht eines ersten Abschnitts eines Teilchenstrahlgeräts in Form eines TEM;
2 eine schematische Darstellung von Werten eines dritten Potentials in Abhängigkeit der Elektronenenergie;
3 eine schematische Darstellung eines zweiten Abschnitts des Teilchenstrahlgeräts nach 1;
4 eine schematische Darstellung einer leicht abgewandelten Ausführungsform des zweiten Abschnitts gemäß 3;
5 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines zweiten Abschnitts des Teilchenstrahlgeräts nach 1;
6 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines ersten Abschnitts eines Teilchenstrahlgeräts in Form eines TEM;
7 eine schematische Darstellung des ersten Abschnitts des Teilchenstrahlgeräts mit einer zweistufigen Kondensoreinheit; sowie
8 eine weitere schematische Darstellung des ersten Abschnitts des Teilchenstrahlgeräts mit der zweistufigen Kondensoreinheit.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Abschnitts eines Teilchenstrahlgeräts 1 in Form eines TEM.
Der erste Abschnitt des Teilchenstrahlgeräts 1 umfasst einen Elektronenstrahlerzeuger 23, der einen Elektronenemitter 2 aufweist. Der Elektronenemitter 2 ist beispielsweise als Feldemissionsemitter ausgebildet. Ferner ist der Elektronenemitter 2 mit einer Heizeinrichtung 2A verbunden. Darüber hinaus weist der Elektronenstrahlerzeuger 23 eine Suppressorelektrode 3 und eine Extraktorelektrode 4 auf. Der Elektronenstrahlerzeuger 23 ist somit dreiteilig ausgebildet. Der Elektronenemitter 2 ist mit einer ersten Versorgungseinheit 5 (eine Hochspannungsversorgungseinheit) zur Bereitstellung eines Emitterpotentials verbunden. Ferner ist die Suppressorelektrode 3 mit einer zweiten Versorgungseinheit 6 zur Bereitstellung eines Suppressorpotentials verbunden. Darüber hinaus ist die Extraktorelektrode 4 mit einer dritten Versorgungseinheit 7 verbunden, um ein Extraktorpotential an der Extraktorelektrode 4 bereitzustellen. Mittels des Elektronenstrahlerzeugers 23 wird ein aus Elektronen bestehender Teilchenstrahl erzeugt, der entlang einer optischen Achse OA des Teilchenstrahlgeräts 1 in Richtung eines Objekts geführt wird.
Dem Elektronenstrahlerzeuger 23 ist eine erste Elektrodeneinheit 24 nachgeschaltet, welche ebenfalls dreiteilig ausgebildet ist. Die erste Elektrodeneinheit 24 weist zunächst eine erste Elektrodeneinrichtung in Form der Extraktorelektrode 4 auf. Somit ist die Extraktorelektrode 4 sowohl Teil des Elektronenstrahlerzeugers 23 als auch Teil der ersten Elektrodeneinheit 24. Das Extraktorpotential wird nachfolgend auch als erstes Potential bezeichnet. Ferner weist die erste Elektrodeneinheit 24 eine zweite Elektrodeneinrichtung 8 und eine dritte Elektrodeneinrichtung 9 auf. Die zweite Elektrodeneinrichtung 8 ist zwischen der Extraktorelektrode 4 und der dritten Elektrodeneinrichtung 9 angeordnet. Die zweite Elektrodeneinrichtung 8 ist mit einer fünften Versorgungseinheit 25 verbunden, um ein variables zweites Potential bereitzustellen. Das zweite Potential ist demnach frei wählbar und einstellbar. Die dritte Elektrodeneinrichtung 9 ist mit der dritten Versorgungseinheit 7 verbunden und liegt – wie die Extraktorelektrode 4 – auf dem ersten Potential in Form des Extraktorpotentials.
Eine Monochromatoreinheit 10 ist der ersten Elektrodeneinheit 24 nachgeschaltet, Die Monochromatoreinheit 10 ist aus mehreren Elementen zusammengesetzt. Eines der Elemente ist eine Eingangselektrode in Form der dritten Elektrodeneinrichtung 9. Somit ist die dritte Elektrodeneinrichtung 9 sowohl Teil der zweiten Elektrodeneinheit 24 als auch Teil der Monochromatoreinheit 10. Ferner ist die Monochromatoreinheit 10 mit einer ersten Monochromatorelektrodeneinrichtung 11, einer zweiten Monochromatorelektrodeneinrichtung 12, einer dritten Monochromatorelektrodeneinrichtung 13 und einer vierten Monochromatorelektrodeneinrichtung 14 versehen, die in Form eines Omegas angeordnet sind. Darüber hinaus weist die Monochromatoreinheit 10 eine Austrittselektrode 15 auf, welche hinter der vierten Monochromatorelektrodeneinrichtung 14 angeordnet ist. Die Austrittselektrode 15 ist – wie die Extraktorelektrode 4 – mit der dritten Versorgungseinheit 7 verbunden und liegt auf dem ersten Potential in Form des Extraktorpotentials.
Hinter der Monochromatoreinheit 10 ist eine zweite Elektrodeneinheit 26 angeordnet, welche bei der hier dargestellten Ausführungsform dreiteilig ausgebildet ist. So weist die zweite Elektrodeneinheit 26 eine vierte Elektrodeneinrichtung in Form der Austrittselektrode 15 auf. Somit ist die Austrittselektrode 15 sowohl Teil der zweiten Elektrodeneinheit 26 als auch Teil der Monochromatoreinheit 10. Darüber hinaus weist die zweite Elektrodeneinheit 26 eine fünfte Elektrodeneinrichtung 16 auf, welche mit einer vierten Versorgungseinheit 22 zur Bereitstellung eines variablen dritten Potentials verbunden ist. Das dritte Potential der fünften Elektrodeneinrichtung 16 ist demnach frei wählbar und einstellbar. Die zweite Elektrodeneinheit 26 weist ferner eine sechste Elektrodeneinrichtung 17 auf.
Hinter der zweiten Elektrodeneinheit 26 ist eine Beschleunigungseinheit 27 angeordnet, welche bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel aus fünf Beschleunigungseinrichtungen zusammengesetzt ist, nämlich einer ersten Beschleunigungseinrichtung in Form der sechsten Elektrodeneinrichtung 17, einer zweiten Beschleunigungseinrichtung 18, einer dritten Beschleunigungseinrichtung 19, einer vierten Beschleunigungseinrichtung 20 und einer fünften Beschleunigungseinrichtung 21. Somit ist die sechste Elektrodeneinrichtung 17 sowohl Teil der zweiten Elektrodeneinheit 26 als auch Teil der Beschleunigungseinheit 27. Die einzelnen vorgenannten Beschleunigungseinrichtungen 17 bis 21 sind über eine Widerstandskette 28 miteinander verbunden und werden über die erste Versorgungseinheit 5 (die Hochspannungsversorgungseinheit) versorgt. So ist zum einen ein erster Widerstand 57 vorhanden. Ferner ist zwischen der ersten Beschleunigungseinrichtung in Form der sechsten Elektrodeneinrichtung 17 und der zweiten Beschleunigungseinrichtung 18 ein zweiter Widerstand 29 geschaltet. Ein dritter Widerstand 30 ist zwischen der zweiten Beschleunigungseinrichtung 18 und der dritten Beschleunigungseinrichtung 19 geschaltet. Zwischen der dritten Beschleunigungseinrichtung 19 und der vierten Beschleunigungseinrichtung 20 ist wiederum ein vierter Widerstand 31 geschaltet. Ferner ist zwischen der vierten Beschleunigungseinrichtung 20 und der fünften Beschleunigungseinrichtung 21 ein fünfter Widerstand 32 geschaltet. Einzelne oder mehrere (beispielsweise sogar alle) der vorgenannten Widerstände können variabel ausgebildet sein. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind der erste Widerstand 57 und der zweite Widerstand 29 fest und unterschiedlich zueinander ausgebildet, so dass ein bestimmter Potentialverlauf der Beschleunigungseinheit 27 entlang der optischen Achse OA bereitgestellt wird. Der dritte Widerstand 30, der vierte Widerstand 31 und der fünfte Widerstand 32 sind gleich und nicht variabel ausgebildet. Es ist insbesondere vorgesehen, durch eine Einstellung der ersten Versorgungseinheit 5 und somit einer Einstellung der bereitgestellten Hochspannung die Potentiale an den einzelnen Beschleunigungseinrichtungen 17 bis 21 zu ändern und einzustellen. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, den ersten Widerstand 57 und den zweiten Widerstand 29 variabel auszubilden. Durch eine Einstellung der Widerstandswerte des ersten Widerstands 57 und/oder des zweiten Widerstands 29 können die Potentiale an den einzelnen Beschleunigungseinrichtungen geändert und eingestellt werden.
Beispielsweise betragen das Emitterpotential (–200) kV, das Extraktorpotential (–196) kV, das Potential an der sechsten Elektrodeneinrichtung 17 (–175) kV, das Potential an der zweiten Beschleunigungseinrichtung 18 (–150) kV, das Potential an der dritten Beschleunigungseinrichtung 19 (–100) kV, das Potential an der vierten Beschleunigungseinrichtung 20 (–50) kV und das Potential an der fünften Beschleunigungseinrichtung 21 0 kV. Wie ersichtlich sind die Potentialdifferenzen zwischen den einzelnen Beschleunigungseinrichtungen nicht gleich groß, sondern unterschiedlich. Es sind aber auch Ausführungsformen der Erfindung vorgesehen, bei denen zumindest zwei der Potentialdifferenzen oder sogar alle Potentialdifferenzen zwischen den einzelnen Beschleunigungseinrichtungen gleich groß sind.
Nachfolgend wird nun auf die Funktion und die Wirkung der einzelnen Elemente des ersten Abschnitts des Teilchenstrahlgeräts 1 eingegangen.
Durch geeignete Einstellung des zweiten Potentials an der zweiten Elektrodeneinrichtung 8 mittels der fünften Versorgungseinheit 25 ist es möglich, den Elektronenstrahl in eine Ebene E in der Monochromatoreinheit 10 gemäß dem in 1 dargestellten Ersatzstrahlengang zu fokussieren. Allerdings laufen die Elektronen nicht entlang des Ersatzstrahlengangs, sondern entlang einer nicht geradlinigen Achse der Monochromatoreinheit 10. In der ersten Monochromatorelektrodeneinrichtung 11, der zweiten Monochromatorelektrodeneinrichtung 12, der dritten Monochromatorelektrodeneinrichtung 13 und der vierten Monochromatorelektrodeneinrichtung 14 werden nun elektrostatische Ablenkfelder derart bereitgestellt, dass die Monochromatoreinheit 10 nur Elektronen des Elektronenstrahls mit einer vorgebbaren Energie in den weiteren Strahlengang des Teilchenstrahlgeräts 1 lässt, welche nur eine geringe Abweichung von einer vorgebbaren Energie aufweisen. Die Energiebreite der vorgebbaren Energie wird durch eine variable Spaltblende eingestellt und kann beispielsweise im Bereich von 0,05 eV bis 0,7 eV liegen. Auf diese Weise werden Abbildungsfehler verringert und die mögliche Auflösung des Teilchenstrahlgeräts 1 erhöht. Die Monochromatoreinheit 10 weist eine in der 1 nicht dargestellte erste Ebene auf der Eingangsseite der Monochromatoreinheit 10 (also der Seite, auf der die Elektronen in die Monochromatoreinheit 10 eintreten) auf, die von den elektronenoptischen Komponenten der Monochromatoreinheit 10 stigmatisch in eine ebenfalls in der 1 nicht dargestellte zweite Ebene auf der Aussgangsseite der Monochromatoreinheit 10 (also der Seite, auf der die Elektronen aus der Monochromatoreinheit 10 austreten) abgebildet wird. Die erste Ebene und die zweite Ebene liegen entlang der Bahnen der Elektronen in der Monochromatoreinheit 10 und weisen einen von Null verschiedenen Abstand auf. Durch die erste Elektrodeneinheit 24 wird der von dem Elektronenemitter 2 emittierte Elektronenstrahl so geführt, dass in der vorgenannten ersten Ebene eine Crossoverebene des Elektronenstrahls gebildet wird. Die vorgenannte erste Ebene stellt damit eine Crossoverebene auf der Eingangsseite der Monochromatoreinheit 10 dar. Da diese erste Ebene von den elektronenoptischen Komponenten der Monochromatoreinheit 10 in die vorgenannte zweite Ebne stigmatisch abgebildet wird, stellt die zweite Ebene eine Crossoverebene auf der Ausgangsseite der Monochromatoreinheit 10 dar. Je nach Auslegung der Monochromatoreinheit 10 können im Strahlverlauf zwischen der Crossoverebene auf der Eingangsseite der Monochromatoreinheit 10 und der Crossoverebene auf der Ausgangsseite der Monochromatoreinheit 10 weitere stigmatische oder astigmatische Crossoverebenen vorhanden sein. In dem in der 1 dargestellten Ersatzstrahlengang ist der Strahlengang vereinfacht so dargestellt, als wenn die Crossoverebene auf der Eingangsseite der Monochromatoreinheit 10 und die Crossoverebene auf der Ausgangsseite der Monochromatoreinheit 10 in der Ebene E zusammenfallen würden.
In der Beschleunigungseinheit 27 werden die Elektronen derart beschleunigt, dass sie eine gewünschte Beschleunigungsenergie erhalten. Dabei wird nun der Potentialabfall zwischen der ersten Beschleunigungseinrichtung in Form der sechsten Elektrodeneinrichtung 17 und den weiteren Beschleunigungseinrichtungen 18 bis 21 nun derart gewählt, dass der Elektronenstrahl auf eine Position der optischen Achse OA fokussiert wird, welche zum einen der Beschleunigungseinheit 27 nachgeordnet ist und zum anderen welche unterhalb einer eigentlich gewünschten Position des Elektronenstrahls auf der optischen Achse OA liegt. Dies wird dadurch erzielt, dass die Potentialdifferenz zwischen der vierten Elektrodeneinrichtung 15 und der ersten Beschleunigungseinrichtung in Form der sechsten Elektrodeneinrichtung 17 sowie zwischen der ersten Beschleunigungseinrichtung in Form der sechsten Elektrodeneinrichtung 17 und der zweiten Beschleunigungseinrichtung 18 kleiner ist als die weiteren Potentialdifferenzen zwischen den weiteren vorgenannten Beschleunigungseinrichtungen.
Nun wird durch Einstellung des dritten Potentials an der fünften Elektrodeneinrichtung 16 der zweiten Elektrodeneinheit 26 mittels der vierten Versorgungseinheit 22 der Elektronenstrahl dahingehend beeinflusst, dass der Elektronenstrahl entlang der optischen Achse OA in Richtung des Elektronenstrahlerzeugers 23 zur gewünschten Position wandert und dort verbleibt. An der gewünschten Position erhält man nun einen Crossover CO1 des Elektronenstrahls.
Es ist somit möglich, mittels des ersten Abschnitts des Teilchenstrahlgeräts 1, den Crossover CO1 des Elektronenstrahls an jede gewünschte Position der optischen Achse OA zu legen oder auch bei auftretenden Änderungen des Extraktorpotentials oder der Elektronenenergie an der gewünschten Position zu belassen. Die hierfür notwendigen Potentiale werden in Abhängigkeit der Extraktorpotentiale und Elektronenenergie geeignet gewählt. 2 zeigt mögliche Werte für das dritte Potential der fünften Elektrodeneinrichtung 16 in Abhängigkeit der Elektronenenergie (gegeben durch die Hochspannung HV) und möglicher Extraktorpotentiale. Die durch Linien miteinander verbundenen Punkte geben jeweils für ein vorgegebenes Extraktorpotential als Parameter an, welches dritte Potential erforderlich ist, damit abhängig von der Elektronenenergie die Lage der Crossoverebene entlang der optische Achse OA ortsfest bleibt. Wie man entnehmen kann, kann man für eine vorgegebene Lage der Crossoverebene zu jedem Extraktorpotential im Bereich zwischen 3 kV und 5 kV und zu jeder Elektronenenergie zwischen 10 kV und 200 kV ein geeignetes drittes Potential finden, so dass der Crossover in der vorgegebenen Crossoverebene entsteht.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines zweiten Abschnitts des Teilchenstrahlgeräts 1, welcher sich an den Crossover CO1 (vgl. 1) anschließt. Der Crossover CO1 wird mittels einer Kondensoreinheit verkleinert abgebildet. Hierzu weist die Kondensoreinheit eine erste Kondensoreinrichtung 33, eine zweite Kondensoreinrichtung 34 und eine dritte Kondensoreinrichtung 35 auf. Dabei werden die erste Kondensoreinrichtung 33 und die zweite Kondensoreinrichtung 34 derart angesteuert, dass in einer Cross-Over-Ebene 36 ein Bild des Crossovers CO1 erzeugt wird, nämlich ein Crossover CO2. Der Crossover CO2 wird nun mittels der dritten Kondensoreinrichtung 35 in eine Brennebene 37 einer Kondensor-Objektiv-Einfeld-Linse 38 abgebildet. Die Kondensor-Objektiv-Einfeld-Linse 38 weist eine Vorfeldlinseneinheit 43 und eine Abbildungslinseneinheit 44 auf. Ein Objekt 39, welches in einer Objektebene 42 angeordnet ist, wird nun mit einem parallel zur optischen Achse OA ausgerichteten Elektronenstrahl beleuchtet. Dies ist insbesondere im Hochauflösungsmodus des Teilchenstrahlgeräts 1 von Vorteil.
Zwischen der dritten Kondensoreinrichtung 35 und der Kondensor-Objektiv-Einfeld-Linse 38 ist eine Beleuchtungsfeldblende 40 angeordnet. Die Größe des ausgeleuchteten Bereichs auf dem Objekt 39 wird durch den Durchmesser der Beleuchtungsfeldblende 40 und deren Verkleinerung durch die Kondensor-Objektiv-Einfeld-Linse 38 bestimmt. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Elektronenstrahl, welcher die Größe der Beleuchtungsapertur bestimmt, in der Brennebene 37 seinen engsten Querschnitt, so dass eine Änderung des Beleuchtungsfelds auf dem Objekt 39 durch die Beleuchtungsfeldblende 40 keinen Einfluss auf die Beleuchtungsapertur hat. Vor der Kondensor-Objektiv-Einfeld-Linse 38 ist ein Ablenksystem 41 angeordnet. Das Ablenksystem 41 dient dazu, geringe Abweichungen des Elektronenstrahls gegenüber der optischen Achse OA zu korrigieren.
Um für einen großen Vergrößerungsbereich des Teilchenstrahlgeräts 1 nur eine bestimmte Fläche des Objekts 39 auszuleuchten, ist es vorgesehen, dass die Beleuchtungsfeldblende 40 mehrere unterschiedliche Blendenöffnungen aufweist. Die Einstellung einer gewünschten Blendenöffnung kann automatisch erfolgen.
4 zeigt den zweiten Abschnitt des Teilchenstrahlgeräts 1 gemäß der 3, allerdings in einem anderen Betriebsmodus als in 3. Gleiche Bauteile sind daher mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die 4 zeigt das Teilchenstrahlgerät 1 im STEM-Betrieb. Die dritte Kondensoreinrichtung 35 bildet den Crossover CO2 in eine Eingangsbildebene 45 der Kondensor-Objektiv-Einfeld-Linse 38 ab, so dass ein stark verkleinertes Bild des Crossovers CO1 bzw. CO2 auf dem Objekt 39 entsteht. Dieses verkleinerte Bild wird durch das Ablenksystem 41 in der Objektebene 42 bewegt. Die Apertur des Elektronenstrahls wird durch eine Blende 48 begrenzt. Die Größe des das Objekt 39 abtastenden Elektronenstrahls auf dem Objekt 39 kann durch unterschiedliche Ansteuerung der ersten Kondensoreinrichtung 33 und der zweiten Kondensoreinrichtung 34 verändert werden.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des zweiten Abschnitts des Teilchenstrahlgeräts 1. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen wie in 4 versehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Kondensoreinheit mit einer ersten Kondensoreinrichtung 33 und mit einer zweiten Kondensoreinrichtung 34 vorhanden. Hinter der zweiten Kondensoreinrichtung 34 ist eine Kondensor-Objektiv-Einfeld-Linse 38 angeordnet. Ein Präparathalter 47 mit einem zu untersuchenden Objekt 39 ist in der Kondensor-Objektiv-Einfeld-Linse 38 angeordnet. Ferner ist ein Ablenksystem 41 im Bereich der Kondensor-Objektiv-Einfeld-Linse 38 vorhanden. Darüber hinaus ist eine Blende 48 im Bereich der Kondensor-Objektiv-Einfeld-Linse 38 vorhanden. Hinter der Kondensor-Objektiv-Einfeld-Linse 38 sind eine erste Projektivstufe 49, eine zweite Projektivstufe 50 und ein Detektor 51 entlang der optischen Achse OA angeordnet.
Die einzelnen vorgenannten Elemente werden mittels Steuereinheiten gesteuert und versorgt. So wird die erste Kondensoreinrichtung 33 mittels einer ersten Steuereinheit 52 angesteuert und versorgt. Für die zweite Kondensoreinrichtung 34 ist eine zweite Steuereinheit 53 zur Steuerung und Versorgung der zweiten Kondensoreinrichtung 34 vorhanden. Die Kondensor-Objektiv-Einfeld-Linse 38 wird mittels einer dritten Steuereinheit 54 angesteuert und versorgt. Für die erste Projektivstufe 49 ist eine vierte Steuereinheit 55 vorhanden. Ferner wird die zweite Projektivstufe 50 mittels einer fünften Steuereinheit 56 gesteuert und versorgt.
Die Kondensor-Objektiv-Einfeld-Linse 38 hat bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel unabhängig von einer eingestellten Vergrößerung der Abbildung eine fest vorgegebene Erregung. Um einen sehr kleinen Durchmesser des Elektronenstrahls für einen STEM-Modus zu erzeugen, kann die Erregung der ersten Kondensoreinrichtung 33 und der zweiten Kondensoreinrichtung 34 geeignet geändert werden. Die Vergrößerung im STEM-Modus wird durch das Ablenksystem 41 bestimmt. In einem normalen TEM-Betrieb (also kein STEM-Betrieb) erfolgt die Änderung des Maßstabs des Objekts 39 auf dem Detektor 51 durch Ansteuerung der ersten Projektivstufe 49 und der zweiten Projektivstufe 50. Zudem lassen sich mittels des in 5 dargestellten zweiten Abschnitts des Teilchenstrahlgeräts 1 unter Mithilfe der ersten Kondensoreinrichtung 33 und der zweiten Kondensoreinrichtung 34 sowie der Vorfeldlinseneinheit 43 unterschiedliche Beleuchtungsfelder und Beleuchtungsaperturen auf dem Objekt 39 einstellen.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines ersten Abschnitts des Teilchenstrahlgeräts 1. Das Ausführungsbeispiel der 6 beruht auf dem Ausführungsbeispiel der 1. Daher sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Das Ausführungsbeispiel der 6 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der 1 nur dahingehend, dass die Monochromatoreinheit 10 eine erste Öffnung 59 und eine zweite Öffnung 60 aufweist. Die Monochromatoreinheit 10 des Ausführungsbeispiels der 6 kann zum einen wie das Ausführungsbeispiel gemäß der 1 betrieben werden. Zum anderen kann die Monochromatoreinheit 10 des Ausführungsbeispiels der 6 abgeschaltet werden. In diesem Falle tritt der durch den Elektronenemitter 2 erzeugte Elektronenstrahl durch die erste Öffnung 59 und die zweite Öffnung 60. Im Grunde verläuft der Elektronenstrahl entlang der optischen Achse OA des Teilchenstrahlgeräts 1 derart, als wäre die Monochromatoreinheit 10 gar nicht im Teilchenstrahlgerät 1 vorhanden. In diesem Fall ist es auch möglich, die erste Elektrodeneinheit 24 und die zweite Elektrodeneinheit 26 in einem Zoom-Modus zu betreiben. Dabei kann bei einer festgehaltenen Position des Crossovers CO1 durch eine Variation des zweiten Potentials der zweiten Elektrodeneinrichtung 8 und durch eine Variation des dritten Potentials der fünften Elektrodeneinrichtung 16 der Durchmesser des Crossovers CO1 verändert werden.
7 und 8 zeigen eine vereinfachte schematische Darstellung des Teilchenstrahlgeräts 1 nach 1 oder 6. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. So zeigen die 7 und 8 den Elektronenemitter 2, die erste Elektrodeneinheit 24, die Monochromatoreinheit 10 mit der Ebene E, die zweite Elektrodeneinheit 26, die Beschleunigungseinheit 27 (allerdings nur mit der zweiten Beschleunigungseinrichtung 18, der dritten Beschleunigungseinrichtung 19 und der vierten Beschleunigungseinrichtung 20), die erste Kondensoreinrichtung 33 sowie die zweite Kondensoreinrichtung 34. Zusätzlich zeigen die 7 und 8 eine Aperturblende 58, welche an der zweiten Kondensoreinrichtung 34 angeordnet ist.
Nachfolgend wird der Strahlengang des Elektronenstrahls näher beschrieben, wobei dieser Strahlengang bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der 1 und/oder dem Ausführungsbeispiel gemäß der 6 auftreten kann. Im Grunde werden mit den 7 und 8 Einstellmöglichkeiten eines Kondensorsystems beschrieben. Durch entsprechende Erregung der zweiten Elektrodeneinheit 26 ist es möglich, den Crossover CO1 derart entlang der optischen Achse OA zu positionieren, dass sehr viele Elektronen durch die Aperturblende 58 treten können. Beispielsweise wird der Crossover CO1 zwischen die Beschleunigungseinheit 27 und die erste Kondensoreinrichtung 33 gelegt (vgl. 7). Hierdurch treten viele Elektronen durch die Aperturblende 58 und es wird ein hoher Elektronstrom zu einem zu untersuchenden Objekt geführt. Diese Ausführungsform ist für Hochstromanwendungen, beispielsweise für analytische Abbildungen und hochauflösende TEM-Untersuchungen, geeignet. 8 zeigt eine andere Anwendung. Die zweite Elektrodeneinheit 26 kann derart erregt sein, dass der Crossover CO1 in Richtung des Elektronenemitters 2 verlegt wird, beispielsweise in den Bereich der Beschleunigungseinheit 27. Dies bewirkt zum einen, dass durch die Aperturblende 58 weniger Elektronen in Richtung eines zu untersuchenden Objekts im Vergleich zur 7 treten. Zum anderen wird der Öffnungswinkel des Strahlkegels des Elektronenstrahls verringert, der auf das Objekt trifft. Hierdurch verringern sich auch mögliche Abberationen und man unterstützt die Bildung eines Elektronenstrahls mit kleinem Durchmesser. Der in 8 dargestellte Strahlengang eignet sich damit beispielsweise für STEM-Abbildungen (Scanning-Transmissionselektronenmikroskop-Abbildungen).
Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Erfindung eine beliebige Positionseinstellung eines Crossovers entlang der optischen Achse OA bzw. entlang der Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls, insbesondere in einem Bereich zwischen der Beschleunigungseinheit 27 und der ersten Kondensoreinrichtung 33 ermöglicht, und dies für jede gewünschte Elektronenenergie (und somit für jede mögliche Hochspannung) und für jede Einstellung der Extraktorspannung. Diese Wirkung wird bei Teilchenstrahlgeräten mit oder ohne die oben beschriebene Monochromatoreinheit erzielt. Darüber hinaus ist es möglich, durch beliebig erzielbare Positionen des Crossovers den zu einem zu untersuchenden Objekt geführten Elektronenstrahl geeignet zu variieren.
Bezugszeichenliste

1: Teilchenstrahlgerät
2: Elektronenemitter
2A: Heizeinrichtung
3: Suppressorelektrode
4: erste Elektrodeneinrichtung (Extraktorelektrode)
5: erste Versorgungseinheit
6: zweite Versorgungseinheit
7: dritte Versorgungseinheit
8: zweite Elektrodeneinrichtung
9: dritte Elektrodeneinrichtung
10: Monochromatoreinheit
11: erste Monochromatorelektrodeneinrichtung
12: zweite Monochromatorelektrodeneinrichtung
13: dritte Monochromatorelektrodeneinrichtung
14: vierte Monochromatorelektrodeneinrichtung.
15: vierte Elektrodeneinrichtung (Austrittselektrode)
16: fünfte Elektrodeneinrichtung
17: sechste Elektrodeneinrichtung (erste Beschleunigungseinrichtung)
18: zweite Beschleunigungseinrichtung
19: dritte Beschleunigungseinrichtung
20: vierte Beschleunigungseinrichtung
21: fünfte Beschleunigungseinrichtung
22: vierte Versorgungseinheit
23: Elektronenstrahlerzeuger
24: erste Elektrodeneinheit
25: fünfte Versorgungseinheit
26: zweite Elektrodeneinheit
27: Beschleunigungseinheit
28: Widerstandskette
29: zweiter Widerstand
30: dritter Widerstand
31: vierter Widerstand
32: fünfter Widerstand
33: erste Kondensoreinrichtung
34: zweite Kondensoreinrichtung
35: dritte Kondensoreinrichtung
36: Cross-Over-Ebene
37: Brennebene
38: Kondensor-Objektiv-Einfeld-Linse
39: Objekt
40: Beleuchtungsfeldblende
41: Ablenksystem
42: Objektebene
43: Vorfeldlinseneinheit
44: Abbildungslinseneinheit
45: Eingangsbildebene
47: Präparathalter
48: Blende
49: erste Projektivstufe
50: zweite Projektivstufe
51: Detektor
52: erste Steuereinheit
53: zweite Steuereinheit
54: dritte Steuereinheit
55: vierte Steuereinheit
56: fünfte Steuereinheit
57: erster Widerstand
58: Aperturblende
59: erste Öffnung
60: zweite Öffnung
CO1: Crossover 1
CO2: Crossover 2
E: Ebene
OA: optische Achse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19633496 A1 [0009]
US 6495826 B2 [0009]
EP 1277221 B1 [0009]

Claims

Teilchenstrahlgerät (1) zur Untersuchung und/oder Bearbeitung eines Objekts (39), mit – einer optischen Achse (OA), – mindestens einem Teilchenstrahlerzeuger (23) zur Erzeugung eines Teilchenstrahls, – mindestens einer ersten Elektrodeneinheit (24), die mindestens eine erste Elektrodeneinrichtung (4), mindestens eine zweite Elektrodeneinrichtung (8) und mindestens eine dritte Elektrodeneinrichtung (9) aufweist, wobei ausgehend von dem Teilchenstrahlerzeuger (23) entlang der optischen Achse (OA) in Richtung eines Objekts (39) zunächst die ersten Elektrodeneinrichtung (4), anschließend die zweite Elektrodeneinrichtung (8) und wiederum anschließend die dritte Elektrodeneinrichtung (9) angeordnet sind, wobei die erste Elektrodeneinrichtung (4) auf einem ersten Potential liegt und zur Extraktion von Teilchen aus dem Teilchenstrahlerzeuger (23) ausgebildet ist, wobei die zweite Elektrodeneinrichtung (8) auf einem variablen zweiten Potential liegt und wobei die dritte Elektrodeneinrichtung (9) auf dem ersten Potential liegt, – mindestens einer zweiten Elektrodeneinheit (26), die mindestens eine vierte Elektrodeneinrichtung (15), mindestens eine fünfte Elektrodeneinrichtung (16) und mindestens eine sechste Elektrodeneinrichtung (17) aufweist, wobei ausgehend von der dritten Elektrodeneinrichtung (9) entlang der optischen Achse (OA) in Richtung eines Objekts (39) zunächst die vierte Elektrodeneinrichtung (15), anschließend die fünfte Elektrodeneinrichtung (16) und wiederum anschließend die sechste Elektrodeneinrichtung (17) angeordnet sind, wobei die vierte Elektrodeneinrichtung (15) auf dem ersten Potential liegt und wobei die fünfte Elektrodeneinrichtung (16) auf einem variablen dritten Potential liegt, und mit – mindestens einer Beschleunigungseinheit (27) zur Beschleunigung des Teilchenstrahls, die mindestens eine erste Beschleunigungseinrichtung (17) und mindestens eine zweite Beschleunigungseinrichtung (18) aufweist, wobei ausgehend von der zweiten Elektrodeneinheit (26) entlang der optischen Achse (OA) in Richtung eines Objekts (39) zunächst die erste Beschleunigungseinrichtung (17) und anschließend die zweite Beschleunigungseinrichtung (18) angeordnet sind, wobei die erste Beschleunigungseinrichtung (17) auf einem vierten Potential liegt und wobei die zweite Beschleunigungseinrichtung (18) auf einem fünften Potential liegt.
Teilchenstrahlgerät (1) nach Anspruch 1, wobei das Teilchenstrahlgerät (1) mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist: – die erste Beschleunigungseinrichtung (17) ist als die sechste Elektrodeneinrichtung ausgebildet; oder – die sechste Elektrodeneinrichtung (17) liegt auf einem variablen sechsten Potential.
Teilchenstrahlgerät (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Teilchenstrahlgerät (1) mindestens eine Monochromatoreinheit (10) aufweist, die mindestens eine erste Monochromatorelektrodeneinrichtung (11) und mindestens eine zweite Monochromatorelektrodeneinrichtung (12) aufweist, wobei ausgehend von der ersten Elektrodeneinheit (24) entlang der optischen Achse (OA) in Richtung eines Objekts (39) zunächst die erste Monochromatorelektrodeneinrichtung (11) und anschließend die zweite Monochromatorelektrodeneinrichtung (12) angeordnet sind.
Teilchenstrahlgerät (1) nach Anspruch 3, wobei das Teilchenstrahlgerät (1) mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist: – die dritte Elektrodeneinrichtung (9) ist als eine Monochromatoreingangselektrode ausgebildet, oder – die vierte Elektrodeneinrichtung (15) ist als eine Monochromatorausgangselektrode ausgebildet.
Teilchenstrahlgerät (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das vierte Potential der ersten Beschleunigungseinrichtung (17) und/oder das fünfte Potential der zweiten Beschleunigungseinrichtung (18) variabel ausgebildet ist/sind.
Teilchenstrahlgerät (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Beschleunigungseinheit (27) zusätzlich mindestens eine dritte Beschleunigungseinrichtung (19), mindestens eine vierte Beschleunigungseinrichtung (20) und mindestens eine fünfte Beschleunigungseinrichtung (21) aufweist, wobei ausgehend von der ersten Beschleunigungseinrichtung (17) entlang der optischen Achse (OA) in Richtung eines Objekts (39) zunächst die dritte Beschleunigungseinrichtung (19), anschließend die vierte Beschleunigungseinrichtung (20) und wiederum anschließend die fünfte Beschleunigungseinrichtung (21) angeordnet sind, wobei die dritte Beschleunigungseinrichtung (19) auf einem siebten Potential liegt, wobei die vierte Beschleunigungseinrichtung (20) auf einem achten Potential liegt und wobei die fünfte Beschleunigungseinrichtung (21) auf einem neunten Potential liegt.
Teilchenstrahlgerät (1) nach Anspruch 6, wobei das Teilchenstrahlgerät (1) mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist: – das siebte Potential ist variabel ausgebildet, – das achte Potential ist variabel ausgebildet, oder – das neunte Potential ist variabel ausgebildet.
Teilchenstrahlgerät (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Teilchenstrahlgerät (1) mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist: – mindestens eine einstellbare Hochspannungsversorgungseinheit (5); oder – mindestens eine einstellbare Widerstandseinheit (29, 57).
Teilchenstrahlgerät (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Teilchenstrahlgerät (1) mindestens eine Kondensoreinheit aufweist, wobei die Kondensoreinheit eines der folgenden Merkmale aufweist: – mindestens eine erste Kondensoreinrichtung (33) und mindestens eine zweite Kondensoreinrichtung (34), – mindestens eine erste Kondensoreinrichtung (33), mindestens eine zweite Kondensoreinrichtung (34) und mindestens eine dritte Kondensoreinrichtung (35), oder – mindestens eine erste Kondensoreinrichtung (33), mindestens eine zweite Kondensoreinrichtung (34), mindestens eine dritte Kondensoreinrichtung (35) und mindestens eine vierte Kondensoreinrichtung (38).
Teilchenstrahlgerät (1) nach Anspruch 9, wobei das Teilchenstrahlgerät (1) mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist: – die Kondensoreinheit ist zur Formung des Teilchenstrahls parallel zur optischen Achse (OA) ausgebildet, – die Kondensoreinheit ist zur Einstellung eines Beleuchtungsfelds ausgebildet, oder – die Kondensoreinheit ist zur Einstellung einer Beleuchtungsapertur ausgebildet.
Teilchenstrahlgerät (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei – die erste Elektrodeneinrichtung (4) als Extraktorelektrodeneinrichtung ausgebildet ist.
Verfahren zum Untersuchen und/oder Bearbeiten eines Objekts (39) mittels eines Teilchenstrahlgeräts (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem – ein Teilchenstrahl mittels des Teilchenstrahlerzeugers (23) erzeugt wird, – der Teilchenstrahl in einer Ebene (E) senkrecht zur optischen Achse (OA) oder auf die optische Achse (OA) mittels der ersten Elektrodeneinheit (24) durch Auswahl des zweiten Potentials fokussiert wird, sowie – der Teilchenstrahl durch Auswahl des dritten Potentials an einem vorgebbaren Ort (CO1) auf der optischen Achse (OA) fokussiert wird.