DE102020102502A1

DE102020102502A1 - Verfahren, Teilchenstrahlsystem und Computerprogrammprodukt zur energiedispersiven Röntgenspektroskopie

Info

Publication number: DE102020102502A1
Application number: DE102020102502.5A
Authority: DE
Inventors: Markus Boese
Original assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2020-01-31
Filing date: 2020-01-31
Publication date: 2021-08-05
Also published as: CN113203762A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, ein Teilchenstrahlsystem und ein Computerprogrammprodukt zur energiedispersiven Röntgenspektroskopie eines Objekts (25). Das Verfahren umfasst: Rastern eines Teilchenstrahls (13) über einen Rasterbereich eines Objekts (25), wodurch von dem Rasterbereich des Objekts (25) zum einen geladene Teilchen (43, 54) emittiert werden und zum anderen Röntgenstrahlung (53) emittiert wird; Detektieren der von dem Rasterbereich des Objekts (25) emittierten geladenen Teilchen (43, 54) mit einem Teilchendetektor (17, 48) zum Detektieren der geladenen Teilchen; Erzeugen eines Bildes des Rasterbereichs basierend auf den mit dem Teilchendetektor (17, 48) detektierten Teilchen (43, 54); Detektieren wenigstens der von einem Teilbereich des Rasterbereichs emittierten Röntgenstrahlung (53) mit einem energiedispersiven Röntgenstrahlungsdetektor (47); Erzeugen einer Repräsentation eines energiedispersiven Röntgenspektrums basierend auf demjenigen Teil der detektierten Röntgenstrahlung (53), der aufgrund des Rasterns des Teilchenstrahls (13) über den Teilbereich des Rasterbereichs von dem Objekt (25) emittiert wird, wobei der Teilbereich flächenmäßig kleiner als der Rasterbereich ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, ein Teilchenstrahlsystem und ein Computerprogrammprodukt zur energiedispersiven Röntgenspektroskopie eines Objektes. Insbesondere dient die vorliegende Erfindung der Bereitstellung einer effizienten Vorgehensweise und eines effizienten Systems zur Analyse der chemischen Zusammensetzung und Struktur von Objekten.
Im Bereich der Materialprüfung und Prüfung der Integrität von miniaturisierten Strukturen besteht häufig der Bedarf, die chemische Zusammensetzung und Struktur an interessanten Objektbereichen zu bestimmen. Herkömmlicherweise wird ein Objekt in ein Elektronenstrahlmikroskop eingesetzt und daraufhin ein Bild des Objekts unter Verwendung des Elektronenstrahlmikroskops aufgenommen. Das Bild gibt einen ersten Eindruck über die Beschaffenheit des Objekts. Anschließend werden weitere Bilder unter Verwendung des Elektronenstrahlmikroskops aufgenommen, um interessante Bereiche des Objekts, beispielsweise besondere Strukturen oder Materialübergänge, zu identifizieren. Schließlich wird an den identifizierten interessanten Bereichen nochmals ein Bild unter Verwendung des Elektronenstrahlmikroskops aufgenommen, wobei auch eine energiedispersive Röntgenanalyse durchgeführt wird. Die energiedispersive Röntgenanalyse liefert ein energiedispersives Röntgenspektrum eines Objektbereichs. Anhand des energiedispersiven Röntgenspektrums kann ein Nutzer oder eine Steuerung die chemische Zusammensetzung und/oder Struktur des Objektbereichs bestimmen.
Der Bereich des Objekts, der zur Aufnahme eines Bildes des Objekts mit dem Elektronenstrahl abgerastert wird, wird als Rasterbereich bezeichnet. Herkömmlicherweise wird das energiedispersive Röntgenspektrum durch zeitliche Integration von energiedispersiv detektierter Röntgenstrahlung erhalten, die während des Rasterns des Elektronenstrahls über den Rasterbereich emittiert wird. Da der Rasterbereich zum Auffinden der interessanten Bereiche in der Regel verhältnismäßig groß gewählt ist, entfällt ein verhältnismäßig großer Anteil der zu dem energiedispersiven Röntgenspektrum beitragenden Röntgenstrahlung auf Bereiche des Rasterbereichs, die nicht relevant sind. Der Anteil der relevanten und interessanten Objektbereiche zum energiedispersiven Röntgenspektrum ist dementsprechend gering. Daher ist es schwierig, die chemische Zusammensetzung der relevanten Objektbereiche anhand des energiedispersiven Röntgenspektrums durchzuführen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung bereitzustellen, mit welchen relevante Bereiche eines Objekts einfach und schnell identifiziert und analysiert werden können.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur energiedispersiven Röntgenspektroskopie eines Objekts gelöst, wobei das Verfahren das Durchführen einer Sequenz von Handlungen umfasst. Die Sequenz umfasst: Rastern eines Teilchenstrahls über einen Rasterbereich eines Objekts, wodurch von dem Rasterbereich des Objekts zum einen geladene Teilchen emittiert werden und zum anderen Röntgenstrahlung emittiert wird; Detektieren der von dem Rasterbereich des Objekts emittierten geladenen Teilchen mit einem Teilchendetektor zum Detektieren der geladenen Teilchen; Erzeugen eines Bildes des Rasterbereichs basierend auf den mit dem Teilchendetektor detektierten Teilchen; Detektieren wenigstens der von einem Teilbereich des Rasterbereichs emittierten Röntgenstrahlung mit einem energiedispersiven Röntgenstrahlungsdetektor; Erzeugen einer Repräsentation eines energiedispersiven Röntgenspektrums basierend auf demjenigen Teil der detektierten Röntgenstrahlung, der aufgrund des Rasterns des Teilchenstrahls über den Teilbereich des Rasterbereichs von dem Objekt emittiert wird, wobei der Teilbereich flächenmäßig kleiner als der Rasterbereich ist.
Beim Rastern des Teilchenstrahls über den Rasterbereich wird der Teilchenstrahl zeitlich nacheinander auf eine Vielzahl von Orten auf der Oberfläche des Objekts gerichtet. Die Vielzahl der Orte definiert den Rasterbereich. Der Rasterbereich ist derjenige flächige Bereich auf der Oberfläche des Objekts, auf welchen der Teilchenstrahl trifft. Beispielsweise wird der Teilchenstrahl Zeile für Zeile über den Rasterbereich gerastert.
Der Teilchenstrahl ist ein Strahl von geladenen Teilchen, beispielsweise Elektronen oder Ionen. Die kinetische Energie der geladenen Teilchen des Teilchenstrahls beim Auftreffen auf das Objekt ist so gewählt, dass durch Wechselwirkung des Teilchenstrahls mit dem Objekt einerseits geladene Teilchen (beispielsweise Elektronen, Ionen, insbesondere rückgestreute Elektronen, Sekundärelektronen, rückgestreute Ionen, Sekundärionen) von dem Objekt emittiert werden und gleichzeitig Röntgenstrahlung von dem Objekt emittiert wird. Die kinetische Energie der von dem Objekt emittierten geladenen Teilchen liegt, je nach Typ, im Bereich von einigen eV bis einigen keV. Die Energie der Röntgenstrahlung beträgt bis zu einigen keV.
Die geladenen Teilchen, die aufgrund der Wechselwirkung des Teilchenstrahls mit dem Objekt von dem Objekt emittiert werden, werden verfahrensgemäß mit einem Teilchendetektor zum Detektieren der geladenen Teilchen detektiert. Das bedeutet beispielsweise, dass der Teilchendetektor dazu konfiguriert ist, ein Detektionssignal auszugeben, welches die Stärke eines auf den Teilchendetektor treffenden und durch den Teilchendetektor detektierten Stroms von geladenen Teilchen repräsentiert, und dass der Teilchendetektor während des Rasterns des Teilchenstrahls über den Rasterbereich dazu verwendet wird, die von dem Objekt bzw. dem Rasterbereich emittierten geladenen Teilchen zu detektieren.
Verfahrensgemäß wird unter Verwendung der detektierten geladenen Teilchen, beispielsweise unter Verwendung des Detektionssignals des Teilchendetektors, ein Bild des Rasterbereichs erzeugt. Das Bild ist als ein Signal zu verstehen, welches einer Vielzahl von Bildpunkten wenigstens einen Bildwert zuordnet. Jeder der Bildpunkte ist (genau) einem Ort des Rasterbereichs zugeordnet. Jedem Bildpunkt können ein Bildwert oder mehrere Bildwerte zugeordnet sein. Bildwerte können beispielsweise die Stärke des detektierten Teilchenstroms oder eine daraus abgeleitete Größe repräsentieren. Das Bild kann in einem Datenspeicher gespeichert werden. Das Bild repräsentiert beispielsweise eine ortsaufgelöste (beispielsweise zweidimensionale) Verteilung der Stärke des auf eine Detektionsfläche des Teilchendetektors treffenden Teilchenstroms oder eine ortsaufgelöste (zweidimensionale) Verteilung der Anzahl der innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer (auch als Einzugsdauer bezeichnet) (ortsaufgelöst) detektierten geladenen Teilchen. Das Bild kann mittels einer Anzeigevorrichtung, beispielsweise einem Monitor oder dergleichen, dargestellt werden.
Die Röntgenstrahlung, die aufgrund der Wechselwirkung des Teilchenstrahls mit dem Objekt von dem Objekt, insbesondere von dem Rasterbereich, emittiert wird, wird verfahrensgemäß mit einem energiedispersiven Röntgenstrahlungsdetektor detektiert. Das bedeutet, dass der Röntgenstrahlungsdetektor dazu konfiguriert ist, die Häufigkeit der Detektionsereignisse bzw. die Intensität der auf eine Detektionsfläche des Röntgenstrahlungsdetektors treffenden Röntgenstrahlung energieaufgelöst zu bestimmen. Beispielsweise gibt der Röntgenstrahlungsdetektor ein Ausgabesignal aus, welches ein energieaufgelöstes (d. h. energiedispersives) Häufigkeitsspektrum bzw. Intensitätsspektrum repräsentiert.
Verfahrensgemäß wird unter Verwendung der detektierten Röntgenstrahlung, beispielsweise unter Verwendung des Ausgabesignals des Röntgenstrahlungsdetektors, eine Repräsentation eines energiedispersiven Röntgenspektrums basierend auf demjenigen Teil der detektierten Röntgenstrahlung erzeugt, der aufgrund des Rasterns des Teilchenstrahls über den Teilbereich des Rasterbereichs von dem Objekt emittiert wird. Das bedeutet, dass das energiedispersive Röntgenspektrum nur auf Grundlage derjenigen Röntgenstrahlung erzeugt wird, die durch das Rastern des Teilchenstrahls über den Teilbereich des Rasterbereichs von dem Objekt emittiert wird. Im Gegensatz dazu trägt Röntgenstrahlung, die durch Rastern von Bereichen des Rasterbereichs, die von dem Teilbereich verschieden sind, von dem Objekt emittiert wird, nicht zu dem energiedispersiven Röntgenspektrum bei.
Die Repräsentation des energiedispersiven Röntgenspektrums ist als ein Signal zu verstehen, welches dem Teilbereich ein energiedispersives Röntgenspektrum zuordnet. Die Repräsentation kann in einem Datenspeicher gespeichert werden. Die Repräsentation kann mittels einer Anzeigevorrichtung, beispielsweise einem Monitor oder dergleichen, dargestellt werden.
Verfahrensgemäß ist der Teilbereich flächenmäßig kleiner als der Rasterbereich. Das bedeutet, dass der Flächeninhalt des Teilbereichs kleiner als der Flächeninhalt des Rasterbereichs ist.
Das Bild des Rasterbereichs dient beispielsweise zum Identifizieren von interessanten Bereichen des Objekts. Ein Nutzer oder eine automatisierte Steuerung identifiziert unter Betrachtung bzw. unter Verwendung des Bildes einen interessanten Objektbereich. Das bedeutet, dass der Nutzer bzw. die Steuerung diesen Objektbereich genauer analysieren möchte bzw. soll.
Anschließend wird der Rasterbereich so gewählt, dass der interessante Objektbereich innerhalb des Teilbereichs liegt. Somit basiert die Repräsentation des energiedispersiven Röntgenspektrums auf der Röntgenstrahlung, die von dem interessanten Objektbereich emittiert wird. Dadurch, dass der Teilbereich kleiner als der Rasterbereich ist und in dem Teilbereich liegt, trägt die von dem interessanten Objektbereich emittierte Röntgenstrahlung dominant zu der Repräsentation des energiedispersiven Röntgenspektrums bei.
Auf diese Weise können interessante Objektbereiche einfacher und schneller identifiziert und analysiert werden, da zum einen ein großes Bild des Rasterbereichs zur Identifizierung von interessanten Bereichen und andererseits eine auf einen kleineren Teil des Rasterbereichs, nämlich den Teilbereich, beschränkte Repräsentation eines energiedispersiven Röntgenspektrums gleichzeitig bereitgestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Teilbereich vom dem Rasterbereich mehrheitlich oder vollständig umschlossen und/oder der Teilbereich liegt innerhalb des Rasterbereichs.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt ein Verhältnis eines Flächeninhalts des Teilbereichs zu einem Flächeninhalt des Rasterbereichs höchstens 1/2, insbesondere höchstens 1/3 oder höchstens 1/4 oder höchstens 1/9. Zudem oder alternativ beträgt ein Verhältnis eines Flächeninhalts des Teilbereichs zu einem Flächeninhalt des Rasterbereichs wenigstens 1/50, insbesondere wenigstens 1/20.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die zum Erzeugen der Repräsentation des Röntgenspektrums dienende Röntgenstrahlung von dem Objekt emittiert, während wenigstens ein Teil der zum Erzeugen des Bildes dienenden geladenen Teilchen von dem Objekt emittiert wird. Mit anderen Worten werden die zum Erzeugen der Repräsentation des Röntgenspektrums dienende Röntgenstrahlung und die zum Erzeugen des Bildes dienenden geladenen Teilchen wenigstens teilweise gleichzeitig von dem Objekt emittiert. Entsprechend dieser Ausführungsformen werden ein Teil der geladen Teilchen, der zur Erzeugung des Bildes beiträgt, und die Röntgenstrahlung, die zur Erzeugung der Repräsentation des energiedispersiven Röntgenspektrums beiträgt, gleichzeitig durch Wechselwirkung mit dem Teilchenstrahl erzeugt und von dem Objekt emittiert. Das Bild und die Repräsentation betreffen daher den gleichen Zeitabschnitt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Sequenz ferner das Darstellen des Bildes des Rasterbereichs mit einer Anzeigevorrichtung; und/oder das Darstellen der Repräsentation des Röntgenspektrums mit der Anzeigevorrichtung. Entsprechend dieser Ausführungsform können das Bild und/oder die Repräsentation (gleichzeitig) dargestellt werden. Dementsprechend kann ein Nutzer diese betrachten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Sequenz ferner das Darstellen einer Markierung in der Darstellung des Bildes des Rasterbereichs, wobei die Markierung den Teilbereich kennzeichnet und/oder einen Rand des Teilbereichs kennzeichnet. Entsprechend dieser Ausführungsform kann der Nutzer den Teilbereich in der Darstellung des Bildes einfach erkennen. Daraufhin kann der Nutzer den Teilbereich und/oder den Rasterbereich verändern bzw. neu definieren, um so einen interessanten Objektbereich zu finden bzw. genauer zu analysieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Sequenz wiederholt durchgeführt. Entsprechend dieser Ausführungsform wird anstelle eines Bildes des Rasterbereichs ein Video des Rasterbereichs erzeugt. Das Video ist eine zeitliche Abfolge von Bildern. Außerdem wird eine zeitliche Abfolge von Repräsentationen von energiedispersiven Röntgenspektren erzeugt. Mittels dieser Information kann ein Nutzer oder eine automatisierte Steuerung die chemische und/oder strukturelle Zusammensetzung des Rasterbereichs bzw. des Teilbereichs bestimmen. Veränderungen des Rasterbereichs bzw. des Teilbereichs und die Auswirkungen dieser Änderungen auf das energiedispersive Röntgenspektrum können somit quasi in Echtzeit beobachtet werden, was wiederum eine schnelle Analyse ermöglicht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren oder die Sequenz ferner das Verändern des Teilbereichs, insbesondere der Größe und/oder der Position des Teilbereichs, in Bezug auf den Rasterbereich, insbesondere durch einen Nutzer oder eine Steuerung in Abhängigkeit des Bildes des Rasterbereichs und/oder in Abhängigkeit der Repräsentation des energiedispersiven Röntgenspektrums. Entsprechend dieser Ausführungsform passt ein Nutzer oder eine automatisierte Steuerung den Teilbereich hinsichtlich seiner Größe oder Position an. Hierdurch kann die Repräsentation des Röntgenspektrums auf einen interessanten Objektbereich begrenzt oder erweitert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren oder die Sequenz ferner das Verändern des Rasterbereichs, insbesondere der Größe und/oder der Position des Rasterbereichs, insbesondere durch einen Nutzer oder eine Steuerung in Abhängigkeit des Bildes des Rasterbereichs und/oder in Abhängigkeit der Repräsentation des energiedispersiven Röntgenspektrums. Entsprechend dieser Ausführungsform passt ein Nutzer oder eine automatisierte Steuerung den Rasterbereich hinsichtlich seiner Größe oder Position an.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch ein Teilchenstrahlsystem zur energiedispersiven Röntgenspektroskopie eines Objekts gelöst, wobei das Teilchenstrahlsystem umfasst: eine Teilchenstrahlsäule zum Erzeugen eines Teilchenstrahls und zum Rastern des Teilchenstrahls über einen Rasterbereich des Objekts; einen Teilchendetektor zum Detektieren von geladenen Teilchen; einen Röntgenstrahlungsdetektor zum energiedispersiven Detektieren von Röntgenstrahlung; eine Steuerung zum Steuern der Teilchenstrahlsäule und zum Verarbeiten von Signalen, die von dem Teilchendetektor und dem Röntgenstrahlungsdetektor erzeugt werden; wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, das Teilchenstrahlsystem so zu steuern, dass die hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch ein Computerprogrammprodukt gelöst, welches Anweisungen umfasst, die bei Durchführung mittels eines Teilchenstrahlsystems, insbesondere mittels des hierin beschriebenen Teilchenstrahlsystems, das Teilchenstrahlsystem veranlassen, das hierin beschriebene Verfahren durchzuführen.
Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Hierbei zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Teilchenstrahlsystems, mit welchem die hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt werden können;
2 eine schematische Darstellung eines zu analysierenden Objekts und eines Rasterbereichs;
3 eine schematische Darstellung des zu analysierenden Objekts der 2 und eines Teilbereichs des Rasterbereichs;
4 eine schematische Darstellung eines Rastermusters zum Rastern des Rasterbereichs mit Hervorhebung des Teilbereichs;
5 eine schematische Darstellung des zeitlichen Zusammenhangs zwischen dem Rastern gemäß dem Rastermuster der 4 und dem Emittieren von geladenen Teilchen und Röntgenstrahlung;
6 eine erste beispielhafte schematische Darstellung eines Bildes und eines Röntgenspektrums auf einer Anzeigevorrichtung; und
7 eine zweite beispielhafte schematische Darstellung eines Bildes und eines Röntgenspektrums auf einer Anzeigevorrichtung.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Teilchenstrahlsystems, mit welchem die hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt werden können. Das Teilchenstrahlsystem umfasst ein Elektronenstrahlmikroskop 1, welches eine Elektronenoptik umfasst. Die Elektronenoptik umfasst eine Elektronenstrahlquelle 5, die eine Kathode 7 und Extraktor- und Suppressorelektroden 9 aufweist, um einen primären Teilchenstrahl 13, dessen Teilchen Elektronen sind, zu erzeugen. Der primäre Teilchenstrahl 13 durchläuft eine Kondensorlinse 11 der Elektronenoptik, eine Blende 15, die in einem Teilchendetektor 17 zum Detektieren von Elektronen bereitgestellt ist, und eine Objektivlinse 19 der Elektronenoptik, um den primären Teilchenstrahl 13 auf einen Ort 21 einer Objektebene 23 zu fokussieren. Eine Oberfläche eines zu untersuchenden Objekts 25 ist in der Objektebene 23 angeordnet.
Die Objektivlinse 19 umfasst eine Spule 27, die in einem ringförmigen Joch 29 bereitgestellt ist, das ein ringförmiges oberes Polelement 31 und ein ringförmiges unteres Polelement 32 derart aufweist, dass ein ringförmiger Spalt zwischen dem oberen Polelement 31 und dem unteren Polelement 32 ausgebildet ist. In diesem Spalt wird ein magnetisches Feld zur Fokussierung des Teilchenstrahls 13 erzeugt.
Das Elektronenstrahlmikroskop 1 umfasst ferner ein Strahlrohr 35, welches in die Objektivlinse 19 hineinragt und diese teilweise durchläuft. Eine Endelektrode 37 ist an einem unteren Ende des Strahlrohrs 35 bereitgestellt. Eine Abschlusselektrode 36 ist zwischen der Endelektrode 37 und der Objektebene angeordnet, wobei ein elektrostatisches Feld, das zwischen der Endelektrode 37 und der Abschlusselektrode 36 erzeugt wird, eine fokussierende Wirkung auf den Teilchenstrahls 13 bereitstellt. Die fokussierende Wirkung, die durch das elektrostatische Feld zwischen den Elektroden 36 und 37 bereitgestellt wird, und die fokussierende Wirkung, die durch das Magnetfeld zwischen den Polelementen 31 und 32 bereitgestellt wird, stellen gemeinsam die fokussierende Wirkung der Objektivlinse 19 des Elektronenstrahlmikroskops 1 bereit.
Eine Steuerung 39 ist bereitgestellt, um die Abschlusselektrode 36, die Endelektrode 37, die Kathode 7 und die Extraktor- und Suppressorelektroden 9 so mit geeigneten Spannungen zu versorgen, dass ein Strahlfokus des Teilchenstrahls 13 in der Objektebene 23 ausgebildet wird.
Diese Spannungen können derart gewählt werden, dass die Elektronen des primären Teilchenstrahls 13 eine vorbestimmte kinetische Energie aufweisen, wenn sie auf das Objekt 25 an dem Ort 21 auftreffen.
Die Elektronenoptik umfasst ferner Deflektoren 41, welche auch von der Steuerung 39 gesteuert werden, um den Teilchenstrahl 13 abzulenken und den Ort 21 zu ändern, an dem der Teilchenstrahl 13 auf das Objekt 25 in der Objektebene 23 trifft. Durch Ablenken des Teilchenstrahls 13 ist es insbesondere möglich, einen Bereich der Oberfläche des Objekts 25 mit dem Teilchenstrahl 13 systematisch abzurastern.
Das Auftreffen des Teilchenstrahls 13 auf das Objekt 25 bewirkt, dass Signale erzeugt werden, die aus dem Objekt 25 austreten. Diese Signale umfassen unter anderem geladene Teilchen 43, 54 und Röntgenstrahlung 53.
Ein Teil dieser geladenen Teilchen (beispielsweise Elektronen) kann derart in das Strahlrohr 35 eintreten, dass sie von dem Teilchendetektor 17 detektiert werden. Die von dem Objekt 25 als Elektronen ausgehenden Signale umfassen insbesondere Rückstreuelektronen, die eine kinetische Energie aufweisen, die der kinetischen Energie der auf das Objekt 25 auftreffenden Elektronen des Teilchenstrahls 13 entspricht oder etwas kleiner als diese ist. Ferner umfassen die Elektronen Sekundärelektronen, die, wenn sie von der Oberfläche des Objekts ausgehen, eine kinetische Energie aufweisen, die deutlich kleiner ist als die kinetische Energie der Elektronen des Teilchenstrahls 13 beim Auftreffen auf das Objekt 25. 1 zeigt schematisch eine Trajektorie eines Sekundärelektrons 43, das auf den Elektronendetektor 17 trifft.
Das Elektronenstrahlmikroskop 1 umfasst ferner einen energiedispersiven Röntgenstrahlungsdetektor 47, welcher zwischen der Objektivlinse 19 und der Objektebene 23 angeordnet ist. In der dargestellten Ausführungsform ist der energiedispersive Röntgenstrahlungsdetektor 47 eine Siliziumdriftdiode (SDD). In anderen Ausführungsformen können auch andere Typen energieempfindlicher Detektoren, wie etwa eine PIN-Diode, eine Schottky-Diode und eine Avalanche-Diode genutzt werden.
Vor dem energiedispersiven Röntgenstrahlungsdetektor 47 ist ein Fenster 51 aus einem Material angeordnet, welches Elektronen, die von dem Teilchenstrahl 13 an dem Objekt 25 als Signale erzeugt werden, nicht durchtreten lässt, während Röntgenstrahlung 53, die von dem Teilchenstrahl 13 an dem Objekt 25 als Signale erzeugt wird, durch das Fenster durchtritt, so dass solche Röntgenstrahlung von dem energiedispersiven Detektor 47 detektiert werden kann. Eine beispielhafte Trajektorie eines Röntgenstrahls, der durch das Auftreffen des Teilchenstrahls 13 an dem Ort 21 entsteht und auf den Detektor 47 trifft, ist in 1 schematisch dargestellt. Der Röntgenstrahlungsdetektor 47 ist somit dazu konfiguriert, während des Betriebs des Teilchenstrahlsystems im Wesentlichen Röntgenstrahlung zu detektieren und bildet damit den energiedispersiven Röntgenstrahlungsdetektor des Elektronenstrahlmikroskops 1.
Das Elektronenstrahlmikroskop 1 umfasst ferner einen Teilchendetektor 48, welcher dazu konfiguriert ist, sowohl Elektronen, die von dem Teilchenstrahl 13 an dem Objekt 25 als Signale erzeugt werden, als auch Röntgenstrahlung, die von dem Teilchenstrahl 13 an dem Objekt 25 als Signale erzeugt werden, zu detektieren. Allerdings ist die Anzahl der durch den Teilchenstrahl 13 erzeugten und durch den Detektor 48 detektierten Elektronen wesentlich größer als die Anzahl der Detektionsereignisse, welche durch Röntgenstrahlung ausgelöst werden. Ferner sind die Elektronen, die auf den Detektor 48 treffen, aufgrund der geometrischen Anordnung des Detektors relativ zu dem Objekt 25, hauptsächlich Rückstreuelektronen und in nur geringerem Umfang Sekundärelektronen. Eine beispielhafte Trajektorie eines Rückstreuelektrons 54, das durch das Auftreffen des Teilchenstrahls 13 an dem Ort 21 entsteht und auf den Detektor 48 trifft, ist in 1 schematisch dargestellt. Der Detektor 48 ist somit dazu konfiguriert, während des Betriebs des Teilchenstrahlsystems im Wesentlichen Rückstreuelektronen zu detektieren und bildet damit einen alternativen Teilchendetektor zum Detektieren von geladenen Teilchen.
Das Teilchenstrahlsystem 1 umfasst ferner eine Maus 80 und eine Tastatur 82 als Beispiele für Eingabevorrichtungen zum Bedienen der Steuerung 39. Das Teilchenstrahlsystem 1 umfasst ferner einen Monitor 84 als Beispiel einer Ausgabevorrichtung zum Darstellen von Information, die in der Steuerung 39 verwaltet wird.
Mit Bezug zu 1 wurde ein Teilchenstrahlsystem beschrieben, dessen Teilchenstrahl ein Elektronenstrahl ist. Der Teilchenstrahl kann beispielsweise auch durch Ionen gebildet sein. In diesem Fall ist das Teilchenstrahlsystem analog aufgebaut.
Ein Verfahren zur energiedispersiven Röntgenspektroskopie, welches mit dem in 1 gezeigten Teilchenstrahlsystem ausführbar ist, wird nachfolgend anhand der 1 bis 7 erläutert.
2 zeigt eine schematische Darstellung des zu analysierenden Objekts 25 in Draufsicht, d. h. entlang der Richtung des Teilchenstrahls 13. Ferner zeigt 2 einen Rasterbereich 61 in Form eines Quadrates. Der Rasterbereich 61 ist ein Teil der Oberfläche des Objekts 25 und ist derjenige Bereich des Objekts 25, der mit dem Teilchenstrahl 13 abgerastert wird. Wie in 2 schematisch angedeutet, kann der Rasterbereich 61 zeilenweise gerastert werden.
Durch das Rastern des Teilchenstrahls 13 über den Rasterbereich 61 des Objekts 25 werden von dem Objekt 25 geladene Teilchen 43, 54 und Röntgenstrahlung 53 emittiert, wie in Zusammenhang mit 1 bereits erläutert.
Beispielsweise unter Verwendung des Teilchendetektors 17 oder des Teilchendetektors 48 werden die von dem Rasterbereich 61 des Objekts 25 emittierten geladenen Teilchen detektiert. Die Detektoren 17 und 48 sind mit der Steuerung 39 verbunden und geben an diese ein Detektionssignal aus. Das Detektionssignal repräsentiert beispielsweise die Stärke des Stroms der auf den jeweiligen Detektor treffenden geladenen Teilchen. Durch Verknüpfung des Steuersignals an die Deflektoren 41, die das Rastern bewirken, mit dem Detektionssignal kann die Steuerung 39 ein Bild des Rasterbereichs 61 erzeugen, welches auf den mit den jeweiligen Detektoren 17, 48 detektierten Teilchen basiert.
Unter Verwendung des energiedispersiven Röntgenstrahlungsdetektors 47 wird Röntgenstrahlung 53 detektiert, die von dem Objekt 25 aufgrund des Rasterns emittiert wird. In dem in 2 gezeigten Beispiel wird Röntgenstrahlung 53 während des gesamten Rasterns des Teilchenstrahls 13 über den Rasterbereich 61 von dem Objekt 25 emittiert.
Der energiedispersive Röntgenstrahlungsdetektor 47 gibt an die Steuerung 39 ein Ausgabesignal aus, welches beispielsweise ein energiedispersives Röntgenspektrum repräsentiert, welches während einer vorbestimmten Zeitdauer (Einzugsdauer) durch die detektierte Röntgenstrahlung gebildet wird. Das bedeutet beispielsweise, dass der Röntgenstrahlungsdetektor 47 während der gesamten Dauer des Rasterns des Teilchenstrahls 13 über den Rasterbereich 61 das Ausgabesignal erzeugt und an die Steuerung 39 ausgibt.
Die Steuerung 39 erzeugt basierend auf dem Ausgabesignal des energiedispersiven Röntgenstrahlungsdetektors 47 eine Repräsentation eines energiedispersiven Röntgenspektrums, wobei die Repräsentation auf demjenigen Teil der mit dem Röntgenstrahlungsdetektor 47 detektierten Röntgenstrahlung basiert, der aufgrund des Rasterns des Teilchenstrahls 13 über einen Teilbereich 63 des Rasterbereichs 61 von dem Objekt 25 emittiert wird.
3 zeigt das bereits in 2 gezeigte Objekt 25 sowie in gestrichelter Darstellung den Rand des Rasterbereichs 61 sowie in punktierter Schraffur den Teilbereich 63. Der Teilbereich 63 hat einen kleineren Flächeninhalt als der Rasterbereich 61.
Während das Bild des Rasterbereichs 61 eine relativ große Fläche des Objekts 25 repräsentiert, was für das Auffinden von interessanten Bereichen des Objekts 25 hilfreich ist, wird für die Erzeugung der Repräsentation des energiedispersiven Röntgenspektrums nur der Teil der detektierten Röntgenstrahlung verwendet, der während des Rasterns des Teilbereichs 63 von dem Objekt emittiert wird. Dementsprechend basiert das energiedispersive Röntgenspektrum auf der Röntgenstrahlung einer kleineren Fläche, verglichen mit der Fläche des Rasterbereichs. Somit kann gleichzeitig eine große Fläche des Objekts nach interessanten Bereichen überprüft und ein kleiner Ausschnitt davon hinsichtlich seiner chemischen Zusammensetzung analysiert werden.
Wie in 3 gezeigt, ist der Teilbereich 63 vollständig von dem Rasterbereich 61 umschlossen. Ferner liegt der Teilbereich 63 innerhalb des Rasterbereichs 61. In dem in 3 gezeigten Beispiel ist der Rasterbereich 61 flächenmäßig etwa neunmal so groß wie der Teilbereich 63. Dementsprechend beträgt ein Verhältnis des Flächeninhalts des Teilbereichs 63 zu dem Flächeninhalt des Rasterbereichs 61 etwa 1/9. Die Größe dieses Verhältnisses kann angepasst werden.
Mit Bezug zu den 4 und 5 wird nachfolgend der räumliche und zeitliche Zusammenhang zwischen der Erzeugung der geladenen Teilchen 43, 54, die zum Erzeugen des Bildes beitragen, und dem Erzeugen der Röntgenstrahlung 53, die zum Erzeugen der Repräsentation des Röntgenspektrums beiträgt, näher erläutert.
4 zeigt den Rand des Rasterbereichs 61 in gestrichelter Darstellung und den Rand des Teilbereichs 63 in punktierter Darstellung aus der gleichen Perspektive wie in den 2 und 3. In dem Beispiel der 4 wird angenommen, dass zur Erzeugung des Bildes des Rasterbereichs 61 der Teilchenstrahl 13 zeilenweise über den Rasterbereich 61 geführt wird. Zuerst wird der Teilchenstrahl 13 über die Orte des Rasterbereichs 61 des Objekts 25 geführt, die durch den Pfeil L1 repräsentiert sind, wobei der Teilchenstrahl 13 entlang der durch den Pfeil L1 angegebenen Richtung über das Objekt 25 geführt wird. Als nächstes wird der Teilchenstrahl 13 über die Orte des Rasterbereichs 61 des Objekts 25 geführt, die durch den Pfeil L2 repräsentiert werden. Als nächstes wird der Teilchenstrahl 13 über die Orte des Rasterbereichs 61 des Objekts 25 geführt, die durch den Pfeil L3 repräsentiert werden. Als nächstes wird der Teilchenstrahl 13 über die Orte des Rasterbereichs 61 des Objekts 25 geführt, die durch den Pfeil L4 repräsentiert werden. Als nächstes wird der Teilchenstrahl 13 über die Orte des Rasterbereichs 61 des Objekts 25 geführt, die durch den Pfeil L5 repräsentiert werden. Als nächstes wird der Teilchenstrahl 13 über die Orte des Rasterbereichs 61 des Objekts 25 geführt, die durch den Pfeil L6 repräsentiert werden.
5 zeigt den zeitlichen Zusammenhang zwischen dem Rastern des Teilchenstrahls 13 über den Rasterbereich 61 gemäß den Pfeilen L1 bis L6 der 4 und der Erzeugung der geladenen Teilchen, die zum Erzeugen des Bildes des Rasterbereichs 61 beitragen. Die in 5 dargestellte Zeitachse, dargestellt von links nach rechts, umfasst sechs Zeitabschnitte, die mit L1 bis L6 gekennzeichnet sind. Diese Zeitabschnitte entsprechen den jeweiligen Zeitabschnitten, die zum Rastern des Teilchenstrahls 13 über die Orte der Pfeile L1 bis L6 der 4 erforderlich sind.
Ein durch Rauten begrenzter mit einer zwischen den Rauten verlaufenden Linie gekennzeichneter Zeitbereich 65 kennzeichnet denjenigen Zeitbereich, in welchem diejenigen geladenen Teilchen von dem Objekt 25 emittiert werden, die zur Erzeugung des Bildes des Rasterbereichs 61 beitragen, d. h. verwendet werden. In dem Beispiel der 4 und 5 bedeutet dies, dass sämtliche während des Rasterns des Rasterbereichs 61 gemäß den Pfeilen L1 bis L6 erzeugten und von dem Objekt 25 emittierten geladenen Teilchen, die durch den Teilchendetektor 17, 48 detektiert werden, zur Erzeugung des Bildes verwendet werden, da der Zeitbereich 65 die Zeitbereiche L1 bis L6 umfasst.
In 4 sind mit den Bezugszeichen X1, X2 und X3 diejenigen Orte des Teilbereichs 63 gekennzeichnet, auf welche der Teilchenstrahl 13 beim Rastern des Rasterbereichs 61 trifft. In 5 sind mit X1, X2 und X3 hierzu korrespondierende Zeitbereiche angegeben. Die in 5 mit X1, X2 und X3 gekennzeichneten Zeitbereiche sind diejenigen Zeitbereiche, in welchen derjenige Teil der Röntgenstrahlung von dem Objekt 25 emittiert wird, der zur Erzeugung der Repräsentation des energiedispersiven Röntgenspektrums dient, d. h. verwendet wird. Röntgenstrahlung, die außerhalb der Zeitbereiche X1, X2 und X3 von dem Objekt 25 emittiert wird, wird dagegen nicht zur Erzeugung der Repräsentation des energiedispersiven Röntgenspektrums verwendet. Das bedeutet wiederum, dass die Repräsentation des energiedispersiven Röntgenspektrums nur auf detektierter Röntgenstrahlung basiert, die von dem Objekt 25 emittiert wird, während der Partikelstrahl 13 auf Orte des Teilbereichs 63 des Objekts 25 gerichtet ist, so wie dies in 4 durch die Bereiche X1 bis X3 gekennzeichnet ist.
6 zeigt eine erste beispielhafte schematische Darstellung eines Anzeigebereichs 67 des Monitors 84. Der Anzeigebereich 67 umfasst eine Darstellung 69 des Bildes des Rasterbereichs 61.
Neben der Darstellung 69 des Bildes des Rasterbereichs 61 umfasst der Anzeigebereich 67 eine Darstellung 71 der Repräsentation des energiedispersiven Röntgenspektrums. Die Darstellung 71 umfasst eine Abszisse, auf welcher eine Energie in der Einheit keV abgetragen ist, und eine Ordinate, auf welcher die Anzahl der Detektionen von Röntgenstrahlung abgetragen ist. Ein Graf 73 der Darstellung 71 zeigt das energiedispersive Röntgenspektrum gemäß der Repräsentation. Ein Nutzer oder eine automatisierte Steuerung kann anhand der konkreten Gestalt des Grafen 73 bzw. anhand der Repräsentation des energiedispersiven Röntgenspektrums bestimmen, welche chemischen Elemente in dem Teilbereich 63 vorhanden sind.
Zum Hervorheben des Teilbereichs 63 in der Darstellung 69 weist die Darstellung 69 eine Markierung 75 auf, welche den Teilbereich 63 bzw. dessen Rand kennzeichnet. Hierdurch kann ein Nutzer, welcher den Anzeigebereich 67 betrachtet, den Teilbereich 63 innerhalb des Rasterbereichs 61 erkennen.
7 zeigt eine zweite beispielhafte schematische Darstellung des Anzeigebereichs 67A, wie er durch die Steuerung 39 erzeugt wird, nachdem die Position und die Größe des Teilbereichs 63 geändert wurde. Beispielsweise hat ein Nutzer durch eine entsprechende Eingabe mittels der Maus 80 und/oder der Tastatur 82 (siehe 1) die Position und die Größe der in 6 dargestellten Markierung 75 auf die in 7 dargestellte Markierung 75A geändert. Dies impliziert einen Befehl an die Steuerung 39, welche daraufhin den Teilbereich 63 der Markierung 75A entsprechend anpasst. Beispielsweise werden hierdurch die Zeitbereiche X1 bis X3 (siehe 5) so neu definiert, dass zur Erzeugung der Darstellung 71A der Repräsentation eines energiedispersiven Röntgenspektrums nur derjenige Teil der Röntgenstrahlung beiträgt, die während des Richtens des Teilchenstrahls 13 auf den Teilbereich gemäß der Markierung 75A von dem Objekt 25 emittiert wird. Unter der Annahme, dass die chemische Zusammensetzung des Teilbereichs gemäß der Markierung 75A von der chemischen Zusammensetzung des Teilbereichs gemäß der Markierung 75 verschieden ist, ändert sich der in der Darstellung 71 gezeigte Graf 73, so wie dies in 7 anhand der Darstellung 71A mit dem Graf 73A beispielhaft dargestellt ist.

Claims

Verfahren zur energiedispersiven Röntgenspektroskopie eines Objekts (25), umfassend: Durchführen einer Sequenz von Handlungen, wobei die Sequenz umfasst: - Rastern eines Teilchenstrahls (13) über einen Rasterbereich (61) eines Objekts (25), wodurch von dem Rasterbereich (61) des Objekts (25) zum einen geladene Teilchen (43, 54) emittiert werden und zum anderen Röntgenstrahlung (53) emittiert wird; - Detektieren der von dem Rasterbereich (61) des Objekts (25) emittierten geladenen Teilchen (43, 54) mit einem Teilchendetektor (17, 48) zum Detektieren der geladenen Teilchen; - Erzeugen eines Bildes des Rasterbereichs (61) basierend auf den mit dem Teilchendetektor (17, 48) detektierten Teilchen (43, 54); - Detektieren wenigstens der von einem Teilbereich (63) des Rasterbereichs (61) emittierten Röntgenstrahlung (53) mit einem energiedispersiven Röntgenstrahlungsdetektor (47); - Erzeugen einer Repräsentation eines energiedispersiven Röntgenspektrums basierend auf demjenigen Teil der detektierten Röntgenstrahlung (53), der aufgrund des Rasterns des Teilchenstrahls (13) über den Teilbereich (63) des Rasterbereichs (61) von dem Objekt (25) emittiert wird, wobei der Teilbereich (63) flächenmäßig kleiner als der Rasterbereich (61) ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Teilbereich (63) vom dem Rasterbereich (61) mehrheitlich oder vollständig umschlossen ist und/oder wobei der Teilbereich (63) innerhalb des Rasterbereichs (61) liegt, insbesondere mittig innerhalb des Rasterbereichs (61) liegt.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei ein Verhältnis eines Flächeninhalts des Teilbereichs (63) zu einem Flächeninhalt des Rasterbereichs (61) höchstens 1/2, insbesondere höchstens 1/3 oder höchstens 1/4 oder höchstens 1/9, beträgt; und/oder wobei ein Verhältnis eines Flächeninhalts des Teilbereichs (63) zu einem Flächeninhalt des Rasterbereichs (61) wenigstens 1/50, insbesondere wenigstens 1/20, beträgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zum Erzeugen der Repräsentation des Röntgenspektrums dienende Röntgenstrahlung (53) von dem Objekt emittiert wird (X1, X2, X3), während wenigstens ein Teil der zum Erzeugen des Bildes dienenden geladenen Teilchen (43, 54) von dem Objekt (25) emittiert wird (L2, L3, L4).
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zum Erzeugen der Repräsentation des Röntgenspektrums dienende Röntgenstrahlung (53) und die zum Erzeugen des Bildes dienenden geladenen Teilchen (43, 54) wenigstens teilweise gleichzeitig von dem Objekt emittiert werden (X1, L2; X2, L3; X3, L4).
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Sequenz ferner umfasst: - Darstellen (69, 69A) des Bildes des Rasterbereichs (61) mit einer Anzeigevorrichtung (84); - Darstellen (71, 71A) der Repräsentation des Röntgenspektrums mit der Anzeigevorrichtung (84).
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei die Sequenz ferner umfasst: - Darstellen einer Markierung (75, 75A) in der Darstellung (69, 69A) des Bildes des Rasterbereichs (61), wobei die Markierung (75, 75A) den Teilbereich (63) kennzeichnet und/oder einen Rand des Teilbereichs (63) kennzeichnet.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Sequenz wiederholt durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Verfahren oder die Sequenz ferner umfasst: - Verändern des Teilbereichs (63), insbesondere der Größe und/oder der Position des Teilbereichs (63), in Bezug auf den Rasterbereich (61), insbesondere durch einen Nutzer oder eine Steuerung (39) in Abhängigkeit des Bildes des Rasterbereichs (61) und/oder in Abhängigkeit der Repräsentation des energiedispersiven Röntgenspektrums.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Teilchenstrahl (13) ein Elektronenstrahl ist; und/oder wobei die geladenen Teilchen (43, 54) Elektronen sind.
Teilchenstrahlsystem zur energiedispersiven Röntgenspektroskopie eines Objekts (25), umfassend: eine Teilchenstrahlsäule (1) zum Erzeugen eines Teilchenstrahls (13) und zum Rastern des Teilchenstrahls (13) über einen Rasterbereich (61) des Objekts (25); einen Teilchendetektor (17, 48) zum Detektieren von geladenen Teilchen (43, 54); einen Röntgenstrahlungsdetektor (47) zum energiedispersiven Detektieren von Röntgenstrahlung (53); eine Steuerung (39) zum Steuern der Teilchenstrahlsäule (1) und zum Verarbeiten von Signalen, die von dem Teilchendetektor (17, 48) und dem Röntgenstrahlungsdetektor (47) erzeugt werden; wobei die Steuerung (39) dazu konfiguriert ist, das Teilchenstrahlsystem so zu steuern, dass das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 durchgeführt wird.
Computerprogrammprodukt, welches Anweisungen umfasst, die bei Durchführung mittels eines Teilchenstrahlsystems, insbesondere mittels des Teilchenstrahlsystems nach Anspruch 11, das Teilchenstrahlsystem veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen.