DE102012017950A1

DE102012017950A1 - Partikelstrahlmikroskop zur Erzeugung von Materialbestandteilen

Info

Publication number: DE102012017950A1
Application number: DE201210017950
Authority: DE
Inventors: Michel Aliman; Jaroslaw Paluszynski; Wolfgang Berger
Original assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2014-03-13
Also published as: US8766219B2; US20140070099A1; EP2706555A3; EP2706555B1; EP2706555A2

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Partikelstrahlmikroskops, umfassend: Scannen eines Primärstrahls in einem Scanbereich einer Oberfläche des Objekts; Detektieren von Partikeln durch ein Detektorsystem für eine Vielzahl von Auftrefforten des Primärstrahls innerhalb des Scanbereiches; wobei die detektierten Partikel von einem Wechselwirkungsbereich am jeweiligen Auftreffort emittiert werden, wobei in jedem der Wechselwirkungsbereiche der Primärstrahl mit dem Objekt wechselwirkt; Erzeugen von Detektorsignalen durch das Detektorsystem, welche für jeden der Auftrefforte eine Intensität der detektierten Partikel repräsentieren; und Berechnen von Materialdaten der Wechselwirkungsbereiche abhängig von den Detektorsignalen und abhängig von Topographiedaten, welche eine Topographie der Oberfläche in zumindest einem Teil des Scanbereiches repräsentieren.

Description

Bereich der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Partikelstrahlmikroskop zur Erfassung von Informationen über Materialeigenschaften eines Objekts. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Partikelstrahlmikroskop zur Bestimmung von Materialeigenschaften durch Scannen des Partikelstrahls über die Oberfläche und Erfassen von Partikeln, welche aus einem Wechselwirkungsbereich des Partikelstrahls mit dem Objekt emittiert werden.
Stand der Technik
Zum Stand der Technik gehören Rasterelektronenmikroskope, bei welchen mit einem Elektronenstrahl, der auf eine Oberfläche des Objekts fokussiert wird, ein Bereich der Objektoberfläche abgescannt wird. Diese Mikroskope detektieren Partikel, welche vom Wechselwirkungsbereich des scannenden Elektronenstrahls mit dem Objekt emittiert werden.
Abhängig vom eingesetzten Detektorsystem werden zur Erzeugung des mikroskopischen Bildes insbesondere rückgestreute Elektronen des Elektronenstrahls detektiert, sowie Sekundärelektronen, welche durch Einwirkung des Elektronenstrahls auf die Oberfläche aus dem Objekt herausgelöst werden.
Der Rückstreukoeffizient rückgestreuter Elektronen weist eine signifikante Abhängigkeit von der Ordnungszahl des Materials am Auftreffort des Elektronenstrahls auf. Daher lassen elektronenmikroskopische Bilder, welche durch Detektion rückgestreuter Elektronen gewonnen wurden, Bereiche unterschiedlicher Materialzusammensetzung erkennen.
Trotz dieser Abhängigkeit des Rückstreukoeffizienten von der Ordnungszahl hat sich jedoch gezeigt, dass aus den elektronenmikroskopischen Bildern keine zuverlässige Rückschlüsse auf die Materialbestandteile in den Wechselwirkungsbereichen des scannenden Elektronenstrahls mit dem Objekt gewonnen werden können.
Es ist daher wünschenswert, ein Verfahren und ein Partikelstrahlmikroskop bereitzustellen, welche zuverlässigere Aussagen über Materialeigenschaften des Objekts im Wechselwirkungsbereich des Partikelstrahls mit dem Objekt erlaubt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Weiterbildungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
Ausführungsformen stellen ein Verfahren zum Betreiben eines Partikelstrahlmikroskops bereit, das ein Scannen eines Primärstrahls geladener Primärpartikel in einem Scanbereich einer Oberfläche des Objekts umfasst. Das Verfahren umfasst ferner ein Detektieren von Partikeln durch ein Detektorsystem für eine Vielzahl von Auftrefforten des Primärstrahls innerhalb des Scanbereiches; wobei die Partikel von einem Wechselwirkungsbereich am jeweiligen Auftreffort emittiert werden, wobei in jedem der Wechselwirkungsbereiche der Primärstrahl mit dem Objekt wechselwirkt. Nach der Emission aus dem Wechselwirkungsbereich können die Partikel durch das Detektorsystem detektiert werden. Das Verfahren umfasst ferner ein Erzeugen von Detektorsignalen durch das Detektorsystem, welche für jeden der Auftrefforte eine Intensität der detektierten Partikel repräsentieren. Das Verfahren umfasst des Weiteren ein Berechnen von Materialdaten der Wechselwirkungsbereiche abhängig von den Detektorsignalen und abhängig von Topographiedaten, welche eine Topographie der Oberfläche in zumindest einem Teil des Scanbereiches repräsentieren.
Dadurch wird ein Verfahren bereitgestellt, durch welches Materialdaten gewonnen werden können, die zuverlässig Materialeigenschaften in den Wechselwirkungsbereichen wiedergeben. Beispielsweise kann dadurch ein Materialbestandteil und/oder eine kristallographische Orientierung in den Wechselwirkungsbereichen zuverlässig bestimmt werden.
Das Partikelstrahlmikroskop kann ein Rasterelektronenmikroskop und/oder ein Focused-Ion-Beam-Mikroskop sein. Das Focused-Ion-Beam-Mikroskop kann eine Gas-Feldionenquelle, eine Plasma-Ionenquelle, oder eine Flüssigmetall-Ionenquelle aufweisen. Beispielsweise kann das Focused-Ion-Beam-Mikroskop ein Helium-Ionen-Mikroskop sein.
Das Partikelstrahlmikroskop kann ein partikeloptisches System aufweisen, das so ausgebildet ist, dass der Primärstrahl auf den Scanbereich fokussierbar ist. Das Detektorsystem kann einen oder mehrere Detektoren aufweisen. Das Detektorsystem kann innerhalb und/oder außerhalb eines partikeloptischen Systems des Partikelstrahlmikroskops angeordnet sein. Detektorsysteme, welche innerhalb des partikeloptischen Systems angeordnet sind, werden als ”In-Lens” Detektoren bezeichnet.
Die detektierten Partikel können Primärpartikel des Partikelstrahls sein, welche am Objekt gestreut wurden. Die detektierten Primärpartikel können elastisch und/oder inelastisch am Objekt gestreut worden sein. Die detektierten Primärpartikel können rückgestreute Primärpartikel sein.
Alternativ oder zusätzlich können die detektierten Partikel Objektpartikel sein, welche vom Wechselwirkungsbereich emittiert wurden. Die Objektpartikel können beispielsweise Sekundärelektronen und/oder Sekundärionen sein.
Bei einem Rasterelektronen-Mikroskop können die Primärpartikel, welche am Objekt gestreut werden, Rückstreuelektronen sein. Das Detektorsystem kann einen BSE-Detektor (back scattered electron detector) aufweisen, der konfiguriert ist, selektiv Rückstreuelektronen zu detektieren. Der BSE-Detektor kann beispielsweise einen Halbleiter-Detektor, einen Szintillator-Detektor und/oder eine MCP (multi channel plate) aufweisen.
Bei einem Helium-Ionen-Mikroskop können die Primärpartikel, welche am Objekt gestreut werden, rückgestreute Helium-Ionen sein. Das Detektorsystem kann einen Helium-Ionen-Detektor aufweisen, der ausgebildet ist, Helium-Ionen selektiv zu detektieren. Der Helium-Ionen-Detektor kann beispielsweise eine MCP (micro channel plate) aufweisen, welche zur Detektion rückgestreuter Helium-Ionen konfiguriert ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Helium-Ionen-Detektor einen Szintillator-Detektor und/oder einen Halbleiter-Detektor aufweisen. Der Helium-Ionen-Detektor kann ferner eine Konversionsplatte aufweisen, welche eine hohe Konversionseffizienz aufweist für eine Konversion von Helium-Ionen in Sekundärelektronen.
Zusätzlich oder alternativ kann das Detektorsystem einen SE-Detektor (secondary electron detector) aufweisen. Der SE-detektor kann konfiguriert sein, selektiv Sekundärelektronen zu detektieren.
Materialdaten können als Daten definiert werden, welche einen Materialbestandteil, eine Materialzusammensetzung und/oder eine Materialstruktur innerhalb der Wechselwirkungsbereiche zumindest teilweise charakterisieren. Die Materialdaten können unabhängig oder im Wesentlichen unabhängig sein von der Topographie der Oberfläche. Daten, welche einen Materialbestandteil und/oder eine Materialzusammensetzung charakterisieren, können beispielsweise einen Wert oder einen Wertebereich einer Ordnungszahl, oder einer mittleren Ordnungszahl wiedergeben. Daten, welche eine Materialstruktur charakterisieren, können beispielsweise einen Parameter eines Kristallgitters wiedergeben. Ein Parameter des Kristallgitters kann beispielsweise ein Wert oder ein Wertebereich für eine kristallographische Orientierung sein.
Die Materialdaten können separate Daten für einzelne Wechselwirkungsbereiche oder jeden der Wechselwirkungsbereiche umfassen. Daher ist durch die Materialdaten eine Änderung der Materialbestandteile, der Materialzusammensetzung und/oder der Materialstruktur zwischen verschiedenen Auftrefforten ermittelbar.
Die Topographiedaten können als eine diskrete Funktion definiert werden, welche jedem einer Vielzahl von Punkten in einer x-y-Ebene eine oder mehrere Funktionswerte und/oder einen oder mehrere Vektoren zuordnet. Die x-y-Ebene kann senkrecht zu einer Achse des Primärstrahls orientiert sein. Beispielsweise können die Topographiedaten jedem der Vielzahl von Punkten einen Gradientenvektor der Oberfläche zuordnen. Alternativ oder zusätzlich können die Topographiedaten jedem der Punkte einen Wert zuordnen, welcher einer Höhe der Oberfläche relativ zur x-y-Ebene entspricht.
Die Vielzahl von Punkten können den Auftrefforten des Primärstrahls entsprechen. Ein Abstand zwischen benachbarten Punkten der Topographiedaten in der x-y-Ebene kann geringer sein als ein Tausendfaches, oder geringer sein als ein Hundertfaches, oder geringer sein als ein Zehnfaches, oder geringer sein als ein Fünffaches eines Abtastabstandes beim Scannen des Primärstrahls, oder geringer sein als der Abtastabstand. Der Abtastabstand kann definiert werden als ein Abstand zwischen benachbarten Auftrefforten des Primärstrahls beim Scannen.
In anderen Worten können die Topographiedaten die Topographie der Oberfläche mit einer Auflösung in der x-y-Ebene wiedergeben, welche genauer ist als ein Tausendfaches, genauer ist als ein Hundertfaches, genauer ist als ein Zehnfaches, oder genauer ist als ein Fünffaches des Abtastabstandes. Die Auflösung in der x-y-Ebene kann genauer sein als der Abtastabstand.
Die Topographiedaten repräsentieren eine Topographie zumindest eines Teiles des Scanbereiches. Beispielsweise können die Topographiedaten für jeden der Vielzahl von Punkten in der x-y-Ebene eine Höhe, eine Richtungsableitung, und/oder einen Gradienten der Objektoberfläche bis zu einem Genauigkeitsniveau approximieren. Das Genauigkeitsniveau kann so gewählt sein, dass die Materialdaten mit einer vorgegebenen Genauigkeit Materialbestandteile, Materialzusammensetzungen und/oder Materialstrukturen innerhalb der Wechselwirkungsbereiche charakterisieren.
Beispielsweise können Schwankungen der Oberflächenneigung, welche eine geringe Ausdehnung in der x-y-Ebene aufweisen, durch die Topographiedaten nicht erfasst sein, wenn diese Schwankungen nur einen unwesentlichen Einfluss auf die Detektorsignale haben.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner ein Erzeugen der Topographiedaten abhängig von den erzeugten Detektorsignalen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner ein Erzeugen der Topographiedaten abhängig von mikroskopischen Daten.
Die mikroskopischen Daten können durch ein Mikroskop erzeugt werden. Das Mikroskop kann das Partikelstrahlmikroskop oder ein weiteres Mikroskop sein. Das Mikroskop kann ein lichtoptisches Mikroskop, ein partikeloptisches Mikroskop, und/oder ein Rastersonden-Mikroskop sein. Das Rastersonden-Mikroskop kann beispielsweise ein AFM (atomic force microscope) oder ein STM (scanning tunneling microscope) sein. Das lichtoptische Mikroskop kann beispielsweise ein Konfokalmikroskop, wie ein konfokales Laser-Scanning-Mikroskop sein oder so ausgebildet sein, dass es einen Bereich einer Objektebene in ein Bild in einer Bildebene abbildet. Alternativ oder zusätzlich kann das Mikroskop ein optischer und/oder taktiler Profilometer sein.
Das Mikroskop kann ein Detektorsystem aufweisen, das konfiguriert ist, Licht oder Partikel zu detektieren, wobei das Detektieren separat für jeden von zumindest zwei voneinander getrennten Raumwinkelbereichen erfolgt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die mikroskopischen Daten bei verschiedenen Fokusabständen erzeugt.
Die mikroskopischen Daten können eine Vielzahl mikroskopischer Bilder repräsentieren, wobei die Bilder bei verschiedenen Fokusabständen erzeugt wurden. Die Vielzahl mikroskopischer Bilder können jeweils den Scanbereich zumindest teilweise wiedergeben. Der Fokusabstand kann relativ zu einem optischen System des Mikroskops gemessen werden. Der Fokusabstand kann ein Abstand eines Fokus eines Partikel- oder Lichtstrahls vom optischen System sein. Alternativ kann der Fokusabstand ein Abstand einer Objektebene vom optischen System sein, wobei das optische System einen Bereich der Objektebene in ein Bild in einer Bildebene abbildet.
Die Topographiedaten können abhängig von der Vielzahl mikroskopischer Bilder berechnet werden. In jedem der Vielzahl mikroskopischer Bilder erscheinen diejenigen Bildbereiche scharf, welche Objektbereiche wiedergeben, die sich in einem Abstand vom optischen System befinden, welcher dem Fokusabstand entspricht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die mikroskopischen Daten bei verschiedenen Orientierungen des Objekts relativ zu einer optischen Achse des optischen Systems des Mikroskops oder relativ zu einer Achse des Primärstrahls des Mikroskops erzeugt. Die mikroskopischen Daten können stereoskopische Bilder repräsentieren.
Beispielsweise kann das Mikroskop ausgebildet sein, eine Orientierung der Achse des Primärstrahls relativ zum optischen System zu verändern um gleiche Auftrefforte mit verschiedenen Einstrahlwinkeln abzuscannen. Alternativ oder zusätzlich kann das Mikroskop ausgebildet sein, die Orientierung des Objekts relativ zum optischen System zu verändern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner ein Erzeugen der Topographiedaten abhängig von Designdaten zur Herstellung des Objekts.
Die Designdaten können eine Topographie der Oberfläche zumindest teilweise charakterisieren. Die Designdaten können dadurch definiert werden, dass zumindest ein Abschnitt eines Herstellungsprozesses des Objekts abhängig von den Designdaten ist. Beispielsweise können die Objekte Halbleiterbauelemente sein und eine Fotomaske zur Belichtung von Halbleitern zur Herstellung der Halbleiterbauelemente kann abhängig von den Designdaten hergestellt sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfassen die Topographiedaten Neigungsdatenwerte der Oberfläche. Die Neigungsdatenwerte können eine Neigung der Oberfläche repräsentieren. Die Neigungsdatenwerte können relativ zu einer ortsfesten Ebene angegeben sein, welche senkrecht zu einer Achse des Primärstrahls ausgerichtet ist.
Die Topographiedaten können so konfiguriert sein, dass sie separate Neigungsdatenwerte für einzelne oder alle Auftrefforte umfassen, und/oder dass separate Neigungsdatenwerte für einzelne oder alle Auftrefforte abhängig von den Topographiedaten berechenbar sind.
Die Neigungsdatenwerte können Werte einer Richtungsableitung der Oberfläche entlang einer Richtung aufweisen oder Werte mehrerer Richtungsableitungen der Oberfläche entlang voneinander verschiedener Richtungen. Die Richtungen können nichtparallel zu einer Achse des Primärstrahls orientiert sein. Alternativ oder zusätzlich können die Neigungsdatenwerte einen Betrag eines Gradienten der Oberfläche und/oder eine Richtung des Gradienten der Oberfläche umfassen. Die Neigungsdatenwerte können einen Neigungswinkel der Oberfläche am Auftreffort relativ zu einer Achse des Primärstrahls umfassen und/oder eine Neigungsrichtung der Oberfläche am Auftreffort umfassen. Eine Neigungsrichtung kann als eine Richtung des steilsten Abfalls definiert werden. Die Neigungsrichtung kann relativ zu einer ortsfesten Ebene gemessen werden, welche senkrecht zur Achse des Primärstrahls orientiert ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die detektierten Partikel ein Anteil an einer Vielzahl emittierter Partikel, wobei die Vielzahl der emittierten Partikel vom jeweiligen Wechselwirkungsbereich in alle Raumrichtungen emittiert werden. Das Verfahren kann ein Ermitteln einer Intensität der emittierten Partikel für jeden der Auftrefforte umfassen. Das Berechnen der Materialdaten kann ferner abhängig von der ermittelten Intensität der emittierten Partikel erfolgen.
Dadurch wird für jeden der Auftrefforte die Intensität der in alle Raumrichtungen emittierten Partikel erfasst, trotz einer Abhängigkeit der Detektorsignale von einer Topographie der Objektoberfläche am Auftreffort. Die Intensität der detektierten Partikel kann abhängig von den Detektorsignalen bestimmt werden.
Die Intensität der emittierten Partikel kann abhängig von den Topographiedaten und abhängig von der Intensität der detektierten Partikel ermittelt werden.
Die emittierten Partikel können Primärpartikel und/oder Objektpartikel sein. Die Primärpartikel können rückgestreute Primärpartikel sein. Die Objektpartikel können Sekundärionen und/oder Sekundärelektronen sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner ein Ermitteln eines Rückstreukoeffizienten für jeden der Auftrefforte. Der Rückstreukoeffizient kann abhängig von der ermittelten Intensität der emittierten Partikel ermittelt werden.
Der Rückstreukoeffizient kann definiert werden als ein Anteil der aus dem Wechselwirkungsbereich in alle Raumrichtungen emittierten rückgestreuten Primärpartikel an der Anzahl der an dem Auftreffort einfallenden Primärpartikel. Der Rückstreukoeffizient ist daher unabhängig von der Anordnung der Detektoren des Partikelstrahlmikroskops. Der Rückstreukoeffizient kann abhängig von einer Neigung der Oberfläche am Auftreffort relativ zum Primärstrahl sein. Die Materialdaten können abhängig vom ermittelten Rückstreukoeffizienten berechnet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Berechnen der Materialdaten ferner in Abhängigkeit von den ermittelten Rückstreukoeffizienten.
Der Rückstreukoeffizient kann von der Neigung der Oberfläche am Auftreffort relativ zum Primärstrahl abhängen. Das Verfahren kann ein Ermitteln einer Abhängigkeit des Rückstreukoeffizienten von der Neigung der Oberfläche umfassen. Das Berechnen der Materialdaten kann abhängig von der ermittelten Abhängigkeit des Rückstreukoeffizienten von der Neigung der Oberfläche erfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfassen die Materialdaten einen Wert und/oder einen Wertebereich einer mittleren Ordnungszahl von Atomen der Wechselwirkungsbereiche und/oder eines Strukturparameters einer Anordnung der Atome.
Die mittlere Ordnungszahl kann definiert werden als eine Mittelung der Ordnungszahl aller Atome des Wechselwirkungsbereiches, an welchen die rückgestreuten Primärpartikel gestreut wurden. Der Strukturparameter kann beispielsweise ein Parameter einer Kristallstruktur und/oder einer Kristallorientierung sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Detektieren der Partikel ein selektives Detektieren von Primärpartikeln. In anderen Worten wird die Detektion von Objektpartikeln unterdrückt. Die selektiv detektierten Primärpartikel können rückgestreute Primärpartikel sein. Zusätzlich oder alternativ kann das Berechnen der Materialdaten ein Ermitteln eines Intensitätsanteils von Primärpartikeln an der Intensität der detektierten Partikel umfassen.
Dadurch wird ein Verfahren bereitgestellt, wodurch die Genauigkeit der ermittelten Materialdaten erhöht werden kann, da der Einfluss der emittierten Objektpartikel auf die Detektorsignale reduziert wird.
Die Partikel, welche aus dem Wechselwirkungsbereich emittiert werden, können Primärpartikel umfassen, welche am Objekt elastisch und/oder inelastisch gestreut werden, sowie Objektpartikel, welche aus dem Wechselwirkungsbereich emittiert werden. Die Objektpartikel können Sekundärelektronen und/oder Sekundärionen sein. Das Detektorsystem kann ausgebildet sein, selektiv die Primärpartikel zu detektieren. Das Detektorsystem kann ausgebildet sein, eine Detektion von Objektpartikeln zu unterdrücken. Alternativ oder zusätzlich kann der Intensitätsanteil der Objektpartikel an der Intensität der detektierten Partikel bestimmt werden. Beispielsweise kann der Intensitätsanteil abhängig von Signalen eines Detektors bestimmt werden, der konfiguriert ist, Objektpartikel zu detektieren und eine Detektion von Primärpartikeln zu unterdrücken. Zusätzlich oder alternativ ist es denkbar, dass der Intensitätsanteil der Objektpartikel abhängig von den Topographiedaten rechnerisch bestimmt wird.
Das selektive Detektieren der Primärpartikel kann ein energieselektives und/oder raumwinkelselektives Detektieren der emittierten Partikel umfassen. Das Detektorsystem kann ausgebildet sein, energieselektiv und/oder raumwinkelselektiv zu detektieren. Dadurch kann eine Detektion von Objektpartikeln, welche eine unterschiedliche Energie und/oder Richtcharakteristik als die Primärpartikel aufweisen, unterdrückt werden.
Das energieselektive Detektieren kann eine Detektion von Partikeln umfassen, welche eine Energie über oder unter einer Schwellenenergie aufweisen. Dadurch können beispielsweise Objektpartikel, welche größtenteils eine niedrigere Energie haben als eine Schwellenergie, getrennt werden von Primärpartikeln, welche größtenteils eine höhere Energie haben als die Schwellenenergie. Das Detektorsystem kann ausgebildet sein, dass eine Detektion von Partikeln unterdrückt wird, welche eine Energie unterhalb der Schwellenenergie aufweisen.
Alternativ oder zusätzlich kann das Detektorsystem so ausgebildet sein, dass eine Verstärkung der Detektorsignale abhängig von der Energie der detektierten Partikel ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Detektieren der Partikel ein Detektieren der Partikel in zwei, drei, vier oder mehr voneinander getrennten Detektorraumwinkelbereichen. Das Detektieren kann für jeden der Detektorraumwinkelbereiche separat erfolgen. In anderen Worten ist das Detektorsystem ausgebildet, die Intensität der emittierten Partikel raumwinkelselektiv in voneinander getrennten Detektorraumwinkelbereichen zu erfassen. Dies ermöglicht es insbesondere, eine zuverlässige Berechnung der Topographiedaten aus den Detektorsignalen vorzunehmen.
Die voneinander getrennten Detektorraumwinkelbereiche können nichtüberlappend sein. Die Detektorraumwinkelbereiche können relativ zum Scanbereich gemessen sein. Die Detektorraumwinkelbereiche können entlang einer Umfangsrichtung der Achse des Primärstrahls voneinander beabstandet angeordnet sein. Die Detektorraumwinkelbereiche können entlang der Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet sein. Die Detektorraumwinkelbereiche können paarweise gegenüberliegend relativ zur Achse des Primärstrahls angeordnet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfassen die Detektorsignale für jeden der Detektorraumwinkelbereiche ein Raumwinkel-Detektorsignal; wobei das Verfahren ferner ein Erzeugen der Topographiedaten abhängig von den Raumwinkel-Detektorsignalen umfasst.
Die Raumwinkel-Detektorsignale können eine Intensität der detektierten Partikel im jeweiligen Detektorraumwinkelbereich repräsentieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Berechnen der Materialdaten ferner ein Ermitteln eines Intensitäts-Datenwertes für jeden der Detektorraumwinkelbereiche, abhängig vom Raumwinkel-Detektorsignal des Detektorraumwinkelbereiches. Der Intensitäts-Datenwert kann eine Intensität der im jeweiligen Detektorraumwinkelbereich detektierten Partikel repräsentieren. Das Berechnen der Materialdaten kann ferner abhängig von einer Summe der Intensitäts-Datenwerte erfolgen. Die Summe kann für jeden der Auftrefforte aus den Intensitäts-Datenwerten für den jeweiligen Auftreffort ermittelt werden.
Die Summe kann abhängig von der Topographie der Oberfläche sein. Das Berechnen der Materialdaten kann eine Verringerung oder Eliminierung der Topographieabhängigkeit der Summe der Intensitäts-Datenwerte umfassen. Alternativ können die Intensitäts-Datenwerte proportional zur Intensität der detektierten Partikel sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner ein Darstellen eines partikelmikroskopischen Bildes eines Objektbereiches auf einem Display und ein Ermitteln eines Bildbereiches des partikelmikroskopischen Bildes, welcher einer vorgegebenen Materialeigenschaft der Wechselwirkungsbereiche entspricht. Der Bildbereich kann abhängig von den Materialdaten ermittelt werden. Das Verfahren kann ferner ein visuell erkennbares Hervorheben des ermittelten Bildbereiches auf dem Display umfassen.
Dadurch wird ermöglicht, dass Materialeigenschaften der Wechselwirkungsbereiche übersichtlich darstellbar sind, so dass eine effektive Untersuchung eines Objekts durchführbar ist.
Die Pixeldatenwerte des partikelmikroskopischen Bildes können abhängig von detektierten Primärpartikeln und/oder detektierten Objektpartikeln ermittelt werden, welche aus den Wechselwirkungsbereichen emittiert werden. Die Materialeigenschaft kann beispielsweise einen Materialbestandteil, eine Materialzusammensetzung und/oder eine Materialstruktur in den Wechselwirkungsbereichen zumindest teilweise charakterisieren. Die Materialeigenschaft kann eine Materialeigenschaft eines Inneren der Wechselwirkungsbereiche sein. In anderen Worten kann die Materialeigenschaft unabhängig von der Topographie der Oberfläche des Objekts sein. Beispielsweise kann die Materialeigenschaft ein Wert oder ein Wertebereich einer mittleren Ordnungszahl sein, und/oder ein Parameter einer kristallographischen Orientierung. Der Bildbereich kann durch ein Vergleichen der gewünschten Materialeigenschaft mit den Materialdaten ermittelt werden. Die vorgegebene Materialeigenschaft kann beispielsweise durch einen Benutzer oder durch die Recheneinrichtung vorgegeben sein.
Ausführungsformen stellen ein Partikelstrahlmikroskop bereit, aufweisend: ein partikeloptisches System, das ausgebildet ist, einen Primärstrahl geladener Primärpartikel in einem Scanbereich der Oberfläche zu scannen. Das Partikelstrahlmikroskop weist ferner ein Detektorsystem auf, das ausgebildet ist, Partikel zu detektieren für eine Vielzahl von Auftrefforten des Primärstrahls im Scanbereich. Die Partikel werden von einem Wechselwirkungsbereich des jeweiligen Auftreffortes emittiert, wobei im Wechselwirkungsbereich der Primärstrahl mit dem Objekt wechselwirkt. Das Detektorsystem ist ferner ausgebildet, Detektorsignale zu erzeugen, welche für jeden der Auftrefforte eine Intensität der detektierten Partikel repräsentieren. Das Partikelstrahlmikroskop weist ferner eine Recheneinrichtung auf, welche ausgebildet ist, Materialdaten der Wechselwirkungsbereiche abhängig von den Detektorsignalen und abhängig von Topographiedaten zu berechnen. Die Topographiedaten repräsentieren eine Topographie der Oberfläche in zumindest einem Teil des Scanbereiches.
Die Recheneinrichtung kann einen Computer aufweisen. Der Computer kann ein Display und eine Speichereinrichtung aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Detektorsystem ausgebildet, die Partikel in zwei, drei, vier oder mehr voneinander getrennten Detektorraumwinkelbereichen zu detektieren. Das Detektieren der Partikel kann in jedem der Detektorraumwinkelbereiche separat erfolgen.
Das Detektorsystem kann beispielsweise eine Vielzahl Partikelempfangsflächen aufweisen. Der Detektorraumwinkelbereich kann durch eine Geometrie und/oder eine Anordnung einer Partikelempfangsfläche bestimmt sein. Zusätzlich oder alternativ kann der Detektorraumwinkelbereich abhängig sein von elektrischen und/oder magnetischen Feldern, welche die Partikel ablenken. Beispielsweise ist der Detektorraumwinkelbereich von In-Lens-Detektoren (d. h. Detektoren, welche im Inneren des partikeloptischen Systems angeordnet sind) abhängig von der Geometrie und Anordnung der Partikelempfangsfläche, sowie von der Wirkung der elektrischen und/oder magnetischen Felder der Objektivlinse auf die Trajektorie der detektierten Partikel.
Die Detektorsignale können für jeden der Detektorraumwinkelbereiche ein Raumwinkel-Detektorsignal umfassen. Gemäß einer Ausführungsform ist die Recheneinrichtung ausgebildet, die Topographiedaten abhängig von den Raumwinkel-Detektorsignalen zu berechnen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind zwei der Detektorraumwinkelbereiche zueinander plansymmetrisch ausgerichtet in Bezug auf eine Symmetrieebene, in welcher eine Achse des Primärstrahls liegt.
Dadurch wird ein Partikelstrahlmikroskop bereitgestellt, welches eine Ermittlung von genauen Topographiedaten aus den Detektorsignalen erlaubt.
Die Recheneinrichtung kann ausgebildet sein, abhängig von den Raumwinkel-Detektorsignalen der plansymmetrisch ausgerichteten zwei Detektorraumwinkelbereiche eine Richtungsableitung der Objektoberfläche in einer Richtung senkrecht zur Symmetrieebene zu ermitteln.
Aus den Raumwinkel-Detektorsignalen können für jeden der Detektorraumwinkelbereiche Intensitäts-Datenwerte für jeden der Auftrefforte ermittelt werden. Die Richtungsableitung der Objektoberfläche an einem Auftreffort kann abhängig von einer Differenz und/oder einer Summe der Intensitäts-Datenwerte der zwei Detektorraumwinkelbereiche für den Auftreffort berechnet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Detektorsystem ausgebildet, die Partikel in vier voneinander getrennten Detektorraumwinkelbereichen zu detektieren. Ein erstes Paar der Detektorraumwinkelbereiche ist zueinander plansymmetrisch ausgerichtet in Bezug auf eine erste Symmetrieebene, in welcher eine Achse des Primärstrahls liegt. Ein zweites Paar der Detektorraumwinkelbereiche ist zueinander plansymmetrisch ausgerichtet in Bezug auf eine zweite Symmetrieebene, in welcher die Achse des Primärstrahls liegt.
Die erste Symmetrieebene kann relativ zur zweiten Symmetrieebene geneigt sein. Die erste und die zweite Symmetrieebene können senkrecht zueinander ausgerichtet sein. Eine Schnittgerade der ersten und der zweiten Symmetrieebene kann an einer Achse des Primärstrahls ausgerichtet sein.
Die Recheneinrichtung kann ausgebildet sein, abhängig von den Raumwinkel-Detektorsignalen der vier Detektorraumwinkelbereiche eine erste Richtungsableitungen in einer Richtung senkrecht zur ersten Symmetrieebene und eine zweite Richtungsableitung in einer Richtung senkrecht zur zweiten Symmetrieebene zu berechnen.
Das Detektorsystem kann beispielsweise einen 4-Quadranten-BSE-Detektor (4Q-BSE-Detektor) aufweisen. Der 4-Quadranten-BSE-Detektor kann zwischen der Objektivlinse und dem Objekt, insbesondere an einer Austrittsöffnung der Objektivlinse angeordnet sein. Der 4-Quadranten-BSE-Detektor weist vier Elektronenempfangsflächen auf, welche in einer Umfangsrichtung der Achse des Primärstrahls gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
Dadurch wird ein Partikelstrahlmikroskop bereitgestellt, welches es ermöglicht, Richtungsableitungen der Objektoberfläche in zwei voneinander unterschiedlichen Richtungen mit einer hohen Genauigkeit zu ermitteln.
Figurenbeschreibung
Die vorstehenden sowie weitere vorteilhafte Merkmale werden durch die nachfolgende Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen noch deutlicher hervorgehen. Es wird betont, dass nicht alle möglichen Ausführungsformen notwendigerweise alle oder einige der hier angegebenen Vorteile erzielen.
1 zeigt ein Partikelstrahlmikroskop eines exemplarischen Ausführungsbeispiels;
2 illustriert die Wechselwirkung des Primärstrahls mit dem Objekt in dem in der 1 dargestellten Partikelstrahlmikroskop;
3A und 3B illustrieren die Abhängigkeit der Detektorsignale des in der 1 gezeigten Partikelstrahlmikroskops von einer Topographie der Objektoberfläche;
4A und 4B zeigen die Abhängigkeit des Rückstreukoeffizienten von rückgestreuten Elektronen in Abhängigkeit von der Ordnungszahl und dem Neigungswinkel;
4C illustriert die Abhängigkeit des Emissionskoeffizienten der Sekundärelektronen von der Ordnungszahl und der Primärenergie des Primärstrahls;
5 illustriert die Anordnung von Partikelempfangsflächen des Detektorsystems des in der 1 dargestellten Partikelstrahlmikroskops; und
6 illustriert die Funktionsweise einer graphischen Benutzerschnittstelle des in der 1 dargestellten Partikelstrahlmikroskops.
Darstellung exemplarischer Ausführungsbeispiele
1 ist eine schematische Darstellung eines Partikelstrahlmikroskops 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das in der 1 dargestellte Partikelstrahlmikroskop 1 kann ein Rasterelektronenmikroskop oder ein Focused-Ion-Beam Mikroskop sein.
Das Partikelstrahlmikroskop 1 weist eine Probenkammer 6 auf, welche als Vakuumkammer ausgebildet ist. Hierzu umfasst das Partikelstrahlmikroskop 1 ein Vakuum-Pumpensystem 60, welches ausgebildet ist, die Probenkammer 6 auf einen Messdruck zu evakuieren. Innerhalb der Probenkammer 6 ist ein Positioniersystem 12 angeordnet, an welcher ein Objekthalter 11 befestigbar ist. Am Objekthalter 11 ist wiederum das Objekt 10 befestigbar. Das Positioniersystem 12 ist ausgebildet, das Objekt 10 relativ zu einem partikeloptischen System 2 zu positionieren.
Das partikeloptische System 2 weist eine Objektivlinse 21 auf. Das partikeloptische System 2 ist ausgebildet, einen Partikelstrahl 22 aus Primärpartikeln zu erzeugen. Das partikeloptische System 2 ist ausgebildet, den Partikelstrahl 22 auf die Oberfläche des Objekts 10 zu fokussieren und einen Scanbereich auf der Objektoberfläche abzuscannen.
An jedem einer Vielzahl von Auftrefforten im Scanbereich dringen die Primärpartikel in einen Wechselwirkungsbereich unter der Objektoberfläche ein. Im Wechselwirkungsbereich erfolgt eine Wechselwirkung des Primärstrahls 22 mit dem Objekt 10.
Das Partikelstrahlmikroskop 1 weist ein Detektorsystem 3 auf. Das Detektorsystem 3 ist ausgebildet, einen Teil der Primärpartikel des Primärstrahls zu detektieren, welche am Objekt rückgestreut wurden. Ferner ist das Detektorsystem 3 ausgebildet, die Detektion von Sekundärelektronen zu unterdrücken. Daher repräsentieren die Detektorsignale des Detektorsystems 3 eine Intensität von detektierten rückgestreuten Primärpartikeln.
Ist das Partikelstrahlmikroskop ein Rasterelektronenmikroskop, so kann das Detektorsystem 3 beispielsweise ein BSE-Detektor (backscattered electron detector), insbesondere ein 4Q-BSE Detektor (4-Quadranten-BSE-Detektor) sein.
Ist das Partikelstrahlmikroskop ein Helium-Ionenmikroskp, so kann das Detektorsystem 3 ein Helium-Ionen-Detektor sein, der beispielsweise als MCP (multi channel plate) ausgebildet ist.
Das Partikelstrahlmikroskop 1 weist ferner einen Sekundärelektronendetektor 30 auf, der ausgebildet ist, Sekundärelektronen zu detektieren, welche aus den Wechselwirkungsbereichen des Partikelstrahls 22 mit dem Objekt 10 emittiert werden.
In dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind das Detektorsystem 3 und der Sekundärelektronendetektor 30 jeweils in der Präparationskammer 6 angeordnet. Es ist jedoch auch denkbar, dass das Detektorsystem 3 und/oder der Sekundärelektronendetektor 30 innerhalb des partikeloptischen Systems 2 angeordnet sind.
Das Partikelstrahlmikroskop 1 ist dazu ausgebildet, durch eine Verarbeitung der Signale des Detektorsystems 3 zuverlässige Aussagen über Materialeigenschaften des Objekts im Inneren der Wechselwirkungsbereiche zu erhalten. Dies ist im Detail mit Bezug auf die nachfolgenden Figuren ausgeführt.
Das partikeloptische System 2, das Positioniersystem 12, das Detektorsystem 3 und der Sekundärelektronen-Detektor 30 sind jeweils über Signalleitungen 51, 52, 54 und 55 mit einer Recheneinrichtung 4 in Signalverbindung.
Die Recheneinrichtung 4 ist dazu ausgebildet, durch Ansteuern der Positioniereinheit 12 das Objekt 10 so relativ zum partikeloptischen System 2 zu positionieren, dass ein Oberflächenbereich des Objekts 10 mit dem Partikelstrahl 22 scanbar ist. Ferner ist die Recheneinrichtung 4 dazu ausgebildet, das partikeloptische System 2 zum Scannen des Oberflächenbereiches anzusteuern. Die Recheneinrichtung 4 ist ferner dazu ausgebildet, Detektorsignale des Detektorsystems 3 und des Sekundärelektronendetektors 30 zu verarbeiten und auf einer Speichereinheit 41 zu speichern.
Die Recheneinrichtung 4 weist ferner ein Display 42 auf. Über eine grafische Benutzerschnittstelle der Recheneinrichtung 4 ist das Partikelstrahlmikroskop 1 durch einen Benutzer steuerbar. Ferner ist die Recheneinrichtung 4 ausgebildet, über die grafische Benutzerschnittstelle partikeloptische Bilder 70 auf dem Display 42 anzuzeigen.
2 illustriert die Wechselwirkung zwischen dem Primärstrahl 22 des in der 1 gezeigten Partikelstrahlmikroskops 1 und dem Objekt 10. Der Primärstrahl 22 tritt aus der Objektivlinse 21 aus und trifft auf eine Oberfläche 13 des Objekts 10 auf. Eine Wechselwirkung zwischen den Primärpartikeln des Primärstrahls 22 und dem Objekt erfolgt in einem Wechselwirkungsbereich 15. Aus einem Teil 14 des Wechselwirkungsbereiches 15, welcher zur Objektoberfläche 13 angrenzt, tritt ein Teil der Primärpartikel des Primärstrahls 22 nach einem oder mehreren Streuprozessen aus dem Objekt 10 wieder aus. Die Streuprozesse können elastisch oder inelastisch sein. Ein Teil der aus dem Objekt 10 austretenden Primärpartikel 23 trifft auf eine Partikelempfangsfläche 32 des Detektorsystems 3 und wird detektiert. Die Partikelempfangsfläche 32 des Detektorsystems 3 ist ringförmig ausgebildet und umschließt eine Achse A des Primärstrahls 22. Das Detektorsystem 3 ist an einer Austrittsöffnung der Objektivlinse 21 angeordnet, aus welcher der Primärstrahl 22 austritt. Es ist jedoch auch denkbar, dass das Detektorsystem 3 eine Vielzahl von Partikelempfangsflächen aufweist, welche in Umfangsrichtung der Achse A des Primärstrahls 22 verteilt oder gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Beispielsweise kann das Detektorsystem 3 vier Partikelempfangsflächen aufweisen.
Durch die Wechselwirkung der Primärpartikel mit dem Objekt 10 werden aus einem oberflächennahen Bereich 36 des Wechselwirkungsbereichs 15 Sekundärelektronen 31 emittiert. Der Großteil der Sekundärelektronen weist eine Energie bis zu einer Obergrenze von 50 oder 100 Elektronenvolt auf. Durch die niedrige Energie der Sekundärelektronen 31 können die Sekundärelektronen 31 durch eine elektrostatische Potenzialdifferenz von typischerweise 100 eV gegenüber der Objektoberfläche 13 zum Sekundärelektronen-Detektor 30 (gezeigt in der 1) gelenkt werden.
Bei genügend hoher Energie des Primärstrahls 22 weist ein Großteil der rückgestreuten Primärpartikel eine höhere Energie auf als die Sekundärelektronen. Daher kann durch eine energieselektive Detektion in dem Detektorsystem 3 eine Detektion von Sekundärelektronen unterdrückt werden.
3A illustriert eine typische Richtcharakteristik 24 rückgestreuter Primärpartikel des Partikelstrahlmikroskops, wenn der Primärstrahl 22 senkrecht auf die Objektoberfläche 13 an einem Auftreffort P auftrifft, also bei einem Neigungswinkel der Oberfläche von 0 Grad am Auftreffort. Der Neigungswinkel kann definiert werden als ein Winkel zwischen einer Strahlachse A des Primärstrahls und einer Oberflächennormalen n → der Objektoberfläche 13 am Auftreffort P. Der Nullpunkt der in der 3A dargestellten Richtcharakteristik 24 fällt mit dem Auftreffort P zusammen. Die Richtcharakteristik 24 illustriert den differentiellen Rückstreukoeffizienten dη/dΩ, also die Ableitung des Rückstreukoeffizienten η nach dem Raumwinkel Ω.
Wie anhand der 3A zu erkennen ist, befindet sich das Maximum der Richtcharakteristik bei einer Emissionsrichtung, welche im Wesentlichen entgegengesetzt ist zur Einfallsrichtung des Primärstrahls 22. Ferner ist die Emissionscharakteristik 24 rotationssymmetrisch zur Achse A des Primärstrahls 22.
3B illustriert eine typische Richtcharakteristik 25 rückgestreuter Primärpartikel, wenn die Objektoberfläche 13 am Auftreffort einen Neigungswinkel θ von 30 Grad aufweist. Der Nullpunkt der Richtcharakteristik 25 fällt mit dem Auftreffort P zusammen.
Durch die Neigung der Objektoberfläche 13 am Auftreffort P relativ zur Achse A des Primärstrahls 22 ist die Richtcharakteristik 25 nicht mehr rotationssymmetrisch bezüglich der Achse A des einfallenden Primärstrahls 22 ausgebildet. Ferner ist die Richtcharakteristik 25 auch nicht mehr symmetrisch um eine Symmetrieachse, welche durch den Auftreffpunkt P geht und parallel zum Normalenvektor n → der Objektoberfläche 13 verläuft.
In den 3A und 3B sind jeweils das Detektorsystem 3 mit der Partikelempfangsfläche 32 dargestellt. Wie aus einem Vergleich der 3A mit der 3B zu erkennen ist, verändern sich die Detektorsignale des Detektorsystems 3 abhängig von der Neigung der Objektoberfläche 13. Insbesondere führt die in der 3B dargestellte Richtcharakteristik 25 dazu, dass ein höherer Anteil der rückgestreuten Primärpartikel nicht mehr auf die Partikelempfangsfläche 32 des Detektorsystems 3 gelangt und somit nicht detektiert werden kann.
Die Recheneinrichtung 4 (gezeigt in der 1) ist so ausgebildet, dass abhängig von Topographiedaten der Oberfläche 13 und den Detektorsignalen des Detektorsystems 3 die Intensität der in alle Raumrichtungen rückgestreuten Partikel bestimmbar ist. Dadurch wird die Intensität der in alle Raumrichtungen emittierten rückgestreuten Partikel erfasst, unabhängig von der Geometrie des Detektorsystems 3. Dadurch wird insbesondere die mit Bezug auf die 3A und 3B beschriebene Änderung der Richtcharakteristik korrigiert.
Die Abhängigkeit der Intensität der in alle Raumrichtungen emittierten rückgestreuten Partikel von den Detektorsignalen und von der Neigung der Oberfläche am Auftreffpunkt kann theoretisch berechnet werden und/oder durch Kalibrierungsmessungen bestimmt werden.
Beispielsweise kann die Richtcharakteristik rückgestreuter Primärpartikel abhängig von der Oberflächenneigung am Auftreffort berechnen werden. Eine Kalibrierungsmessung kann beispielsweise eine Erfassung der Detektorsignale abhängig von einer Neigung des Objekts relativ zum Primärstrahl 22 umfassen, wobei die Neigung des Objekts durch die Positioniereinheit 12 (gezeigt in der 1) eingestellt wird.
Die Recheneinrichtung 4 ist ferner so ausgebildet, dass die Materialdaten abhängig von der ermittelten Intensität der in alle Raumrichtungen emittierten rückgestreuten Partikel bestimmt werden.
Die Recheneinrichtung 4 ist ferner ausgebildet, einen Rückstreukoeffizienten aus der ermittelten Intensität der in alle Raumrichtungen emittierten rückgestreuten Partikel zu ermitteln.
Der Rückstreukoeffizient kann definiert werden als der Anteil der aus dem Wechselwirkungsbereich in alle Raumrichtungen emittierten rückgestreuten Primärpartikel an der Anzahl der an dem Auftreffort einfallenden Primärpartikel. Der Rückstreukoeffizient ist daher unabhängig von der Anordnung der Partikelempfangsfläche 32.
Der Rückstreukoeffizient ist abhängig von der Ordnungszahl oder mittleren Ordnungszahl der streuenden Atome im Wechselwirkungsbereich. Ferner kann der Rückstreukoeffizient abhängig sein von einer Kristallstruktur, insbesondere von einer kristallographischen Orientierung des Materials im Wechselwirkungsbereich. Daher können durch die Ermittlung des Rückstreukoeffizienten Materialdaten gewonnen werden, welche Materialeigenschaften im Inneren der Wechselwirkungsbereiche repräsentieren.
Für ein Rasterelektronenmikroskop ist die Abhängigkeit des Rückstreukoeffizienten von der Ordnungszahl in der 4A wiedergegeben. Wie aus der 4A zu erkennen ist, ist der Rückstreukoeffizient monoton steigend abhängig von der Ordnungszahl Z.
Auf der Speichereinheit 41 (gezeigt in der 1) ist eine Look-Up-Tabelle gespeichert, welche Datenwerten, welche den Rückstreukoeffizienten repräsentieren, eine Ordnungszahl oder eine mittlere Ordnungszahl zuweist.
Es ist jedoch auch denkbar, dass die Materialdaten abhängig von Detektorsignalen berechnet werden, welche rückgestreute Primärpartikel und Objektpartikel (wie Sekundärelektronen) repräsentieren oder Objektpartikel ohne einen Anteil von rückgestreuten Partikeln repräsentieren. Insbesondere ist es denkbar, dass eine Abhängigkeit einer Emission von in allen Raumrichtungen emittierten Objektpartikeln berechnet und/oder experimentell bestimmt wird abhängig von der Neigung der Oberfläche und abhängig von den Detektorsignalen.
Das in der 4B dargestellte Diagramm zeigt, dass der Rückstreukoeffizient rückgestreuter Elektronen ferner vom Neigungswinkel am Auftreffort abhängt. Dieser Effekt hat einen Einfluss auf das Detektorsignal zusätzlich zur Änderung der Orientierung der Richtcharakteristik relativ zu den Partikelempfangsflächen 32, wie dies mit Bezug auf die 3A und 3B beschriebenen wurde.
Dieser Effekt kann bei geringen Neigungswinkeln der Oberfläche vernachlässigt werden. Alternativ kann die Recheneinrichtung so ausgebildet sein, dass der ermittelte Rückstreukoeffizient abhängig von der Oberflächenneigung am Auftreffort korrigiert wird, oder dass die Look-Up-Tabelle, welche in der Speichereinheit 41 gespeichert ist, jedem einer Vielzahl von Wertepaaren aus einem Rückstreukoeffizienten und einem Neigungswinkel jeweils eine mittlere Ordnungszahl zuweist.
Das Berechnen der Materialdaten kann dadurch abhängig von der Abhängigkeit des Rückstreukoeffizienten von der Neigung der Oberfläche relativ zum Primärstrahl erfolgen.
Die Abhängigkeit des Rückstreukoeffizienten von der Neigung der Oberfläche kann beispielsweise theoretisch berechnet werden oder durch Kalibrierungsmessungen ermittelt werden.
4C illustriert die Abhängigkeit des Emissionskoeffizienten der Sekundärelektronen von der mittleren Ordnungszahl Z und von der Primärenergie des Primärstrahls. Der Emissionskoeffizient kann definiert werden als die Anzahl der emittierten Sekundärelektronen, welche durch eine Anzahl an Primärelektronen erzeugt wurden, die am Auftreffort einfallen, geteilt durch die Anzahl der Primärelektronen.
Wie an der 4C abzulesen ist, nimmt mit abnehmender Primärenergie die Abhängigkeit des Emissionskoeffizienten von der Ordnungszahl Z zu. Bei geringen Primärenergien nimmt ferner eine Genauigkeit einer energieselektiven Trennung zwischen den Rückstreuelektronen und den Sekundärelektronen ab, da sich die Energieverteilungen mit abnehmender Energie der Primärelektronen zunehmend überlappen.
Es hat sich gezeigt, dass bei niedrigen Primärenergien des Rasterelektronenmikroskops, die Materialdaten mit höherer Genauigkeit ermittelbar sind, wenn der Anteil der Sekundärelektronen an der Intensität der detektierten Elektronen bestimmt wird und abgezogen wird.
Der Anteil der Sekundärelektronen kann beispielsweise abhängig von Signalen des Sekundärelektronen-Detektors 30 (gezeigt in der 1) bestimmt werden. Eine Abhängigkeit zwischen einer Intensität von detektierten Sekundärelektronen durch den Sekundärelektronen-Detektor 30 und dem Intensitätsanteil der Sekundärelektronen an der durch das Detektorsystem 3 (gezeigt in der 1) detektierten Partikelintensität kann beispielsweise durch eine Kalibrierungsmessung ermittelt werden und/oder rechnerisch bestimmt werden. Die rechnerische Bestimmung der Abhängigkeit kann abhängig von den Topographiedaten erfolgen.
Mit Bezug auf die 5 wird beschrieben, wie die Oberflächentopographie des Objekts mit dem Partikelstrahlmikroskop bestimmt wird. 5 illustriert schematisch den Aufbau des Detektorsystems 3 des in der 1 dargestellten Partikelstrahlmikroskops 1. Das Detektorsystem 3 weist vier Detektoren auf. Jeder der vier Detektoren detektiert separat die eintreffenden rückgestreuten Partikel. Das Detektorsystem erzeugt für jeden Detektor jeweils ein Detektorsignal, das die Intensität der durch den jeweiligen Detektor detektierte Partikel repräsentiert.
Die in der 5 dargestellten schraffierten Ringsegmente repräsentieren die Partikelempfangsfläche 32 des ersten Detektors, die Partikelempfangsfläche 33 des zweiten Detektors, die Partikelempfangsfläche 34 des dritten Detektors und die Partikelempfangsfläche 35 des vierten Detektors. Trifft ein rückgestreutes Primärpartikel auf eine der Partikelempfangsflächen auf, so wird es durch den entsprechenden Detektor detektiert. Die Detektion durch den ersten bis vierten Detektor erfolgt simultan bei einem Scan des Primärstrahls.
Die Partikelempfangsfläche 32 des ersten Detektors definiert einen Detektor-Raumwinkelbereich Ω₁ des ersten Detektors relativ zum Auftreffort P des Primärstrahls 22. Rückgestreute Primärpartikel, welche das Objekt in Richtung des Detektor-Raumwinkelbereichs Ω₁ verlassen, treffen auf die Partikelempfangsfläche 32 des ersten Detektors auf und können dadurch durch den ersten Detektor detektiert werden. Entsprechend definiert die Partikelempfangsfläche des zweiten Detektors 33 einen Detektor-Raumwinkelbereich Ω₂ des zweiten Detektors.
Der Detektor-Raumwinkelbereich Ω₁, des ersten Detektors und der Detektor-Raumwinkelbereich Ω₂ des zweiten Detektors sind plansymmetrisch in Bezug auf eine ersten Symmetrieebene, in welcher eine Achse A des Primärstrahls 22 liegt. Bezüglich des in der 5 gezeigten Koordinatensystems 70 ist die erste Symmetrieebene parallel zur X-Z-Ebene.
Es hat sich gezeigt, dass sich abhängig von den Detektorsignalen des ersten und des zweiten Detektors die Richtungsableitung der Oberfläche 13 in einer Richtung parallel zur Y-Achse in guter Näherung bestimmen lässt:
wobei f(x, y) ein Höhenwert der Oberfläche an einem Auftreffpunkt relativ zur x-y-Ebene und abhängig von den Koordinaten x und y ist. Folglich repräsentiert die Größe
die Richtungsableitung der Oberfläche in einer Richtung parallel zur Y-Achse. I₁ ist eine Größe, welche proportional zur Intensität der vom ersten Detektor detektierten rückgestreuten Primärpartikel ist und I₂ ist eine Größe, welche proportional zur Intensität der vom zweiten Detektor detektierten rückgestreuten Primärpartikel ist, wobei die proportionale Abhängigkeit beider Größen gleich oder aneinander angeglichen ist. G_y ist ein Proportionalitätsfaktor.
Entsprechend kann abhängig von den Detektorsignalen des dritten und vierten Detektors die Richtungsableitung entlang der X-Achse bestimmt werden
wobei I₃ eine Größe ist, welche proportional zur Intensität der vom dritten Detektor detektierten rückgestreuten Primärpartikel ist und I₄ eine Größe ist, welche proportional zur Intensität der vom vierten Detektor detektierten rückgestreuten Primärpartikel ist, wobei die proportionale Abhängigkeit beider Größen gleich oder aneinander angeglichen ist. G_x ist ein Proportionalitätsfaktor.
Die Proportionalitätsfaktoren G_x und G_y können durch eine Kalibrierungsmessung bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich können die Proportionalitätsfaktoren G_x und G_y bestimmt werden durch ein Vergleichen von Materialdaten partikelmikroskopischer Bilder, welche unter der Annahme verschiedener Werte für G_x und G_y berechnet wurden.
Beispielsweise kann der Benutzer oder die Recheneinrichtung 4 (gezeigt in der 1) durch den Vergleich ermitteln, bei welchen Werten für G_x und G_y Artefakte verschwinden, welche von der Abhängigkeit der Signale des ersten und zweiten Detektors von der Neigung der Oberfläche herrühren.
Aus den oben angegebenen Gleichungen (1) und (2) lässt sich der Gradientenvektor ∇f(x, y) der Oberflächenfunktion f(x, y) bestimmen. Damit können also Topographiedaten aus den Detektorsignalen des Detektorsystems 3 bestimmt werden.
Eine oder beide der in den Gleichungen (1) und (2) angegebenen Richtungsableitungen kann dazu verwendet werden, um aus der Intensität der detektierten Partikel eine mittlere Ordnungszahl oder einen Bereich für eine mittlere Ordnungszahl für den Wechselwirkungsbereich zu bestimmen. Ferner können Informationen über die Kristallstruktur und/oder die kristallographische Orientierung des Materials innerhalb des Wechselwirkungsbereiches gewonnen werden.
Die Erfassung einer einzigen Richtungsableitung kann ausreichend sein für die Bestimmung der Materialdaten, wenn große Änderungen des Einfallswinkels nur entlang einer Richtung auftreten. Solche Objekte können insbesondere dadurch erhalten werden, dass eine abrasive Oberflächenbearbeitung nur entlang einer konstanten Bearbeitungsrichtung vorgenommen wird. Dadurch können Schleifspuren erzeugt werden, welche mit hoher Genauigkeit entlang einer Richtung ausgerichtet sind.
Abhängig von den Größen I₁, I₂, I₃ und I₄ wird für jeden der Detektoren und jeden der Auftrefforte ein Intensitäts-Datenwert bestimmt, welcher eine Intensität detektierter Partikel des jeweiligen Detektors repräsentiert. Aus den Intensitäts-Datenwerten wird eine Summe gebildet. Die Summe ist abhängig von Materialeigenschaften in den Wechselwirkungsbereichen, sowie von der Topographie der Oberfläche.
Abhängig von der Summe und abhängig von den ermittelten Topographiedaten kann der Rückstreukoeffizient ermittelt werden.
Beispielsweise kann der Rückstreukoeffizient abhängig von der Orientierung und/oder der Form der Richtcharakteristik relativ zu den Detektorempfangsflächen 32, 33, 34 und 35 bestimmt werden.
Aus dem Rückstreukoeffizienten kann die mittlere Ordnungszahl des Wechselwirkungsbereiches ermittelt werden. Bei der Bestimmung der mittleren Ordnungszahl kann die Abhängigkeit des Rückstreukoeffizienten vom Neigungswinkel berücksichtigt werden.
Simultan mit der Detektion der Partikel durch den ersten bis vierten Detektor können Sekundärelektronen durch den Sekundärelektronendetektor 30 (gezeigt in der 1) detektiert werden. Abhängig von den Detektorsignalen des Sekundärelektronendetektors kann ein Anteil an der detektierten Partikelintensität des ersten, zweiten, dritten und/oder vierten Detektors bestimmt werden, welcher von den Sekundärelektronen erzeugt wurde.
Dadurch ist es möglich, die Größen I₁, I₂, I₃ und I₄ abhängig von den Detektorsignalen des jeweiligen Detektors und des Sekundärelektronendetektors so zu bestimmen, dass sie jeweils mit einer höheren Genauigkeit proportional zur Anzahl der rückgestreuten Partikel sind, welche vom jeweiligen Detektor detektiert wurden.
6 illustriert, wie die erzeugten Ergebnisse durch die graphische Benutzerschnittstelle des Partikelstrahlmikroskops 1 (gezeigt in der 1) dargestellt werden.
Die graphische Benutzerschnittstelle ist so konfiguriert, dass die Pixeldatenwerte eines partikelmikroskopischen Bildes zusammen mit den ermittelten Materialkontrastdaten in drei verschiedenen Darstellungen in einem Fenster 71 der graphischen Benutzerschnittstelle angezeigt werden. Eine erste Darstellung 72 hebt diejenigen Pixel 77 des partikelmikroskopischen Bildes visuell erkennbar hervor, bei welchen eine mittlere Ordnungszahl Z zwischen 12 und 16 ermittelt wurde. Daher repräsentiert der in der ersten Darstellung 72 visuell erkennbar hervorgehobene Bereich einen Oberflächenbereich, welcher auf einen hohen Anteil von Silizium mit der Ordnungszahl 14 schließen lässt.
Entsprechend werden in der zweiten Darstellung 73 diejenigen Pixel 78 des partikelmikroskopischen Bildes visuell erkennbar hervorgehoben für welche eine mittlere Ordnungszahl zwischen 24 und 28 ermittelt wurde. Daher repräsentiert der in der zweiten Darstellung 73 visuell erkennbar hervorgehobene Bereich einen Oberflächenbereich, welcher auf einen hohen Anteil an Eisen mit der Ordnungszahl 26 schließen lässt.
Die graphische Benutzerschnittstelle ist ferner so konfiguriert, dass die Bereiche der mittleren Ordnungszahlen für die Darstellungen in Eingabefeldern 75 und 76 eingegeben werden können. Alternativ oder zusätzlich ist die graphische Benutzerschnittstelle so konfiguriert, dass sie unterschiedliche definierte Bereiche der mittleren Ordnungszahl in einer gemeinsamen Darstellung 74 visuell erkennbar getrennt voneinander hervorhebt.
Dadurch kann eine effektivere Darstellung der Materialdaten gewonnen werden, was eine effektivere Untersuchung des Objekts erlaubt.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Partikelstrahlmikroskops (1), umfassend: Scannen eines Primärstrahls (22) in einem Scanbereich einer Oberfläche (13) des Objekts (10); Detektieren von Partikeln durch ein Detektorsystem (3) für eine Vielzahl von Auftrefforten des Primärstrahls (22) innerhalb des Scanbereiches; wobei die detektierten Partikel von einem Wechselwirkungsbereich (15) am jeweiligen Auftreffort emittiert werden, wobei in jedem der Wechselwirkungsbereiche (15) der Primärstrahl (22) mit dem Objekt (10) wechselwirkt; Erzeugen von Detektorsignalen durch das Detektorsystem (3), welche für jeden der Auftrefforte eine Intensität der detektierten Partikel repräsentieren; und Berechnen von Materialdaten der Wechselwirkungsbereiche (15) abhängig von den Detektorsignalen und abhängig von Topographiedaten, welche eine Topographie der Oberfläche (13) in zumindest einem Teil des Scanbereiches repräsentieren.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Berechnen der Topographiedaten abhängig von den erzeugten Detektorsignalen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Topographiedaten Neigungsdatenwerte der Oberfläche (13) umfassen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die detektierten Partikel ein Anteil an einer Vielzahl emittierter Partikel sind, wobei die Vielzahl der emittierten Partikel vom jeweiligen Wechselwirkungsbereich in alle Raumrichtungen emittiert werden; wobei das Verfahren ferner ein Ermitteln einer Intensität der emittierten Partikel für jeden der Auftrefforte umfasst; wobei das Berechnen der Materialdaten ferner abhängig von der ermittelten Intensität der emittierten Partikel erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Materialdaten einen Wert und/oder einen Wertebereich einer mittleren Ordnungszahl von Atomen der Wechselwirkungsbereiche (15) und/oder eines Strukturparameters einer Anordnung der Atome umfassen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Detektieren der Partikel ein selektives Detektieren von Primärpartikeln (23) umfasst; und/oder wobei das Berechnen der Materialdaten ein Ermitteln eines Intensitätsanteils der Primärpartikel (23) an der Intensität der detektierten Partikel umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Detektieren der Partikel ein Detektieren der Partikel in zwei voneinander getrennten Detektorraumwinkelbereichen (Ω₁, Ω₂) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Detektorsignale für jeden der Detektorraumwinkelbereiche (Ω₁, Ω₂) ein Raumwinkel-Detektorsignal umfassen; und wobei das Verfahren ferner ein Erzeugen der Topographiedaten abhängig von den Raumwinkel-Detektorsignalen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Berechnen der Materialdaten umfasst: Ermitteln eines Intensitäts-Datenwertes für jeden der Detektorraumwinkelbereiche (Ω₁, Ω₂), wobei der Intensitäts-Datenwert eine Intensität der im jeweiligen Detektorraumwinkelbereich detektierten Partikel repräsentiert; wobei das Berechnen der Materialdaten ferner abhängig von einer Summe der Intensitäts-Datenwerte erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend: Darstellen eines partikelmikroskopischen Bildes eines Objektbereiches des Objekts (10) auf einem Display (42); Ermitteln eines Bildbereiches des partikelmikroskopischen Bildes, welcher einer vorgegebenen Materialeigenschaft der Wechselwirkungsbereiche (15) entspricht, abhängig von den Materialdaten; und visuell erkennbares Hervorheben des ermittelten Bildbereiches auf dem Display (42).
Partikelstrahlmikroskop (1) aufweisend: ein partikeloptisches System (2), das ausgebildet ist, einen Primärstrahl (22) in einem Scanbereich der Oberfläche (13) zu scannen; ein Detektorsystem (3), das ausgebildet ist, Partikel zu detektieren für eine Vielzahl von Auftrefforten des Primärstrahls (22) im Scanbereich; wobei die detektierten Partikel von einem Wechselwirkungsbereich (15) des jeweiligen Auftreffortes emittiert werden, wobei im Wechselwirkungsbereich (15) der Primärstrahl (22) mit dem Objekt (10) wechselwirkt; wobei das Detektorsystem (3) ferner ausgebildet ist, Detektorsignale zu erzeugen, welche für jeden der Auftrefforte eine Intensität der detektierten Partikel repräsentieren; wobei das Partikelstrahlmikroskop (1) ferner eine Recheneinrichtung (4) aufweist, welche ausgebildet ist, Materialdaten der Wechselwirkungsbereiche (15) abhängig von den Detektorsignalen und abhängig von Topographiedaten zu berechnen; wobei die Topographiedaten eine Topographie der Oberfläche (13) in zumindest einem Teil des Scanbereiches repräsentieren.
Partikelstrahlmikroskop (1) nach Anspruch 11, wobei die Recheneinrichtung (4) ferner konfiguriert ist, die Topographiedaten abhängig von den erzeugten Detektorsignalen zu berechnen.
Partikelstrahlmikroskop (1) nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Detektorsystem (3) ausgebildet ist, die Partikel in zwei voneinander getrennten Detektorraumwinkelbereichen (Ω₁, Ω₂) zu detektieren.
Partikelstrahlmikroskop (1) nach Anspruch 13, wobei das Detektorsystem (3) so ausgebildet ist, dass die Detektorsignale für jeden der Detektorraumwinkelbereiche (Ω₁, Ω₂) ein Raumwinkel-Detektorsignal umfassen; und wobei die Recheneinrichtung (4) ausgebildet ist, die Topographiedaten abhängig von den Raumwinkel-Detektorsignalen zu erzeugen.
Partikelstrahlmikroskop (1) nach Anspruch 13 oder 14, wobei die zwei Detektorraumwinkelbereiche (Ω₁, Ω₂) zueinander plansymmetrisch ausgerichtet sind in Bezug auf eine erste Symmetrieebene, in welcher eine Achse (A) des Primärstrahls (22) liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Recheneinrichtung (4) ausgebildet ist: einen Intensitäts-Datenwert für jeden der Detektorraumwinkelbereiche (Ω₁, Ω₂) zu ermitteln, wobei der Intensitäts-Datenwert eine Intensität der im jeweiligen Detektorraumwinkelbereich detektierten Partikel repräsentiert; und die Materialdaten ferner abhängig von einer Summe der Intensitäts-Datenwerte zu berechnen.
Partikelstrahlmikroskop (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei das Detektorsystem (3) ausgebildet ist, die Partikel in vier voneinander getrennten Detektorraumwinkelbereichen zu detektieren, wobei ein erstes Paar der Detektorraumwinkelbereiche (Ω₁, Ω₂) zueinander plansymmetrisch ausgerichtet ist in Bezug auf eine erste Symmetrieebene, in welcher eine Achse (A) des Primärstrahls (22) liegt; und wobei ein zweites Paar der Detektorraumwinkelbereiche (Ω₃, Ω₄) zueinander plansymmetrisch ausgerichtet ist in Bezug auf eine zweite Symmetrieebene, in welcher die Achse (A) des Primärstrahls (22) liegt.
Partikelstrahlmikroskop (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei die detektierten Partikel ein Anteil an einer Vielzahl emittierter Partikel sind, wobei die Vielzahl der emittierten Partikel vom jeweiligen Wechselwirkungsbereich in alle Raumrichtungen emittiert werden; wobei die Recheneinrichtung (4) ausgebildet ist, eine Intensität der emittierten Partikel für jeden der Auftrefforte zu ermitteln; wobei das Berechnen der Materialdaten ferner abhängig von der ermittelten Intensität der emittierten Partikel erfolgt.
Partikelstrahlmikroskop (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 18, wobei das Detektorsystem (3) so ausgebildet ist, dass das Detektieren der Partikel ein selektives Detektieren von Primärpartikeln (23) umfasst; und/oder wobei die Recheneinrichtung (4) ferner konfiguriert ist, zur Berechnung der Materialdaten einen Intensitätsanteil der rückgestreuten Primärpartikel (23) an der Intensität der detektierten Partikel zu ermitteln.
Partikelstrahlmikroskop (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 19, ferner aufweisend ein Display (42), wobei die Recheneinrichtung (4) ferner ausgebildet ist ein partikelmikroskopisches Bild eines Objektbereiches des Objekts (10) auf dem Display (42) darzustellen; einen Bildbereich des partikelmikroskopischen Bildes zu bestimmen, welcher einer vorgegebenen Materialeigenschaft der Wechselwirkungsbereiche (15) entspricht, abhängig von den Materialdaten; und den ermittelten Bildbereich auf dem Display (42) visuell erkennbar hervorzuheben.