DE102020103060A1

DE102020103060A1 - Teilchenstrahlsystem, Verfahren zum Detektieren von induzierten Teilchen und Computerprogrammprodukt

Info

Publication number: DE102020103060A1
Application number: DE102020103060.6A
Authority: DE
Inventors: Luyang Han
Original assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2020-02-06
Filing date: 2020-02-06
Publication date: 2021-08-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Teilchenstrahlsystem und ein Verfahren zum Detektieren von induzierten Teilchen. Das Teilchenstrahlsystem umfasst eine erste Teilchenstrahlsäule, die dazu ausgestaltet ist, einen fokussierten ersten Teilchenstrahl (7) von ersten geladenen Teilchen zu erzeugen und auf eine Probe (11) zu richten, wobei der erste Teilchenstrahl (7) an einem Auftreffort (13) auf die Probe (11) auftrifft; einen Detektor (15), der dazu ausgestaltet ist, induzierte Teilchen zu detektieren, die auf einen Detektionsbereich (17) des Detektors (15) auftreffen; und einen Aktor (19), der dazu ausgestaltet ist, den Detektionsbereich (17) in einer ersten Anordnung anzuordnen, gemäß welcher der Detektionsbereich (17) in einem Abstand (27) von weniger als 10 mm von dem Auftreffort (13) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Teilchenstrahlsystem, ein Verfahren zum Detektieren von induzierten Teilchen und ein Computerprogrammprodukt, das dieses Verfahren betrifft. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Detektor, der einen vergleichsweise kleinen Detektionsbereich aufweist, aufgrund dessen der Detektionsbereich in unmittelbarer Nähe zu einem Ort angeordnet sein kann, wo Teilchen, die von dem Detektor detektiert werden sollen, erzeugt werden. Trotz des Aufweisens eines vergleichsweise kleinen Detektionsbereichs deckt der Detektionsbereich in Bezug auf den Ort, wo die Teilchen, die von dem Detektor detektiert werden sollen, erzeugt werden, einen vergleichsweise großen räumlichen Winkel ab.
Herkömmliche Teilchenstrahlsysteme wie etwa ein Rasterelektronenmikroskop umfassen in der Regel einen Detektor zum Detektieren von Teilchen, die beim Bestrahlen einer Probe mit einem Primärteilchenstrahl wie etwa einem Elektronenstrahl, der von dem Rasterelektronenmikroskop (REM) erzeugt wird, aus der Probe austreten.
Es gibt mehrere unterschiedliche Klassen von Detektoren wie etwa Detektoren, die sich innerhalb einer Elektronenstrahlsäule eines REM befinden, und Detektoren, die sich außerhalb der Elektronenstrahlsäule des REM befinden. Diese Art von Detektoren haben gemeinsam, dass die Oberfläche ihrer Detektionsbereiche vergleichsweise groß ist, und dass die Detektionsbereiche in einem vergleichsweise großen Abstand von der Probe angeordnet sind. Zum Beispiel sind typische herkömmliche Detektoren in einem Abstand von 10 cm bis 15 cm von der Probe angeordnet und weisen eine Oberfläche von mehreren hundert mm² auf. Zum Beispiel weist ein herkömmlicher kreisförmiger Detektionsbereich, der einen Durchmesser von 15 mm aufweist, eine Oberfläche von ungefähr 170 mm² auf.
Obwohl die Oberfläche des Detektionsbereichs von derartigen Detektoren vergleichsweise groß ist, ist der räumliche Winkel, der von dem Detektionsbereich in Bezug auf eine Stelle von Interesse auf der Probe abgedeckt wird, aufgrund des vergleichsweise großen Abstands zwischen dem Detektionsbereich und der Probe vergleichsweise klein. Daher detektieren herkömmliche Detektoren einen kleinen Anteil von Teilchen, die aus der Stelle von Interesse austreten, und liefern daher schwache Detektionssignale.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen eines Teilchenstrahlsystems, das einen verbesserten Detektor zum Detektieren von Teilchen aufweist, die aus einer Probe austreten.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Aufgabe durch ein Teilchenstrahlsystem gelöst, das eine erste Teilchenstrahlsäule umfasst, die dazu ausgestaltet ist, einen fokussierten ersten Teilchenstrahl von ersten geladenen Teilchen zu erzeugen und auf eine Probe zu richten, wobei der erste Teilchenstrahl an einem Auftreffort auf die Probe auftrifft; einen Detektor, der dazu ausgestaltet ist, induzierte Teilchen zu detektieren, die auf einen Detektionsbereich des Detektors auftreffen; und einen Aktor, der dazu ausgestaltet ist, den Detektionsbereich in einer ersten Anordnung anzuordnen, gemäß welcher der Detektionsbereich in einem Abstand von weniger als 10 mm von dem Auftreffort angeordnet ist.
Die erste Teilchenstrahlsäule ist dazu ausgestaltet, den fokussierten ersten Teilchenstrahl zu erzeugen, und den fokussierten ersten Teilchenstrahl auf eine Probe zu richten, wo der erste Teilchenstrahl an einem Auftreffort auf die Probe auftrifft. Der erste Teilchenstrahl kann über die Oberfläche der Probe gescannt werden, zum Beispiel, um ein Bild der gescannten Oberfläche zu erhalten, wodurch der Auftreffort sich mit der Zeit verändert.
Der Detektor ist dazu ausgestaltet, Teilchen zu detektieren, die auf den Detektionsbereich des Detektors auftreffen. Insbesondere ist der Detektor dazu ausgestaltet, die induzierten Teilchen zu detektieren, die Teilchen sind, die aufgrund der Wechselwirkung des fokussierten ersten Teilchenstrahls mit der Probe aus der Probe austreten.
Der Aktor ist dazu ausgestaltet, den Detektionsbereich in der ersten Anordnung anzuordnen. In der ersten Anordnung ist der Detektionsbereich in einem Abstand von weniger als 10 mm von dem Auftreffort angeordnet, d. h. der Detektionsbereich ist in unmittelbarer Nähe zu dem Auftreffort angeordnet. Die Anordnung beschreibt die Position und die Ausrichtung des Detektionsbereichs im Raum. Der Aktor ist dazu ausgestaltet, den Detektionsbereich in wenigstens einem Freiheitsgrad zu bewegen. Das heißt, der Aktor ist dazu ausgestaltet, den Detektionsbereich im Raum zu verschieben und/oder zu drehen, so dass wenigstens eine Koordinate des Detektionsbereichs verändert werden kann, d. h. wenigstens eine Positionskoordinate und/oder wenigstens eine Ausrichtungskoordinate kann verändert werden.
In der ersten Anordnung befindet sich der Detektionsbereich in unmittelbarer Nähe zu dem Auftreffort, d. h. dem Ort der Probe, wo die induzierten Teilchen erzeugt werden, und/oder aus dem sie austreten. Demgemäß trifft ein vergleichsweise großer Anteil der induzierten Teilchen, die aus dem Auftreffort austreten, auf den Detektionsbereich auf, und kann somit durch den Detektor detektiert werden. Daher stellt das Teilchenstrahlsystem eine überragende Detektionseffizienz für induzierte Teilchen bereit.
Die erste Teilchenstrahlsäule kann eine Elektronenstrahlsäule sein, die dazu ausgestaltet ist, zum Beispiel einen Elektronenstrahl von Elektronen zu erzeugen. Alternativ kann die erste Teilchenstrahlsäule eine Ionenstrahlsäule sein, die dazu ausgestaltet ist, einen Ionenstrahl von Ionen zu erzeugen, wie etwa Gallium-Ionen.
Aufgrund der Wechselwirkung der ersten geladenen Teilchen des fokussierten ersten Teilchenstrahls mit der Probe werden in der Nähe des Auftrefforts Teilchen induziert und treten aus der Probe aus. Die induzierten Teilchen können geladene Teilchen wie etwa Elektronen oder Ionen sein. Die induzierten Teilchen können Photonen, d. h. Strahlung, sein. Insbesondere können die induzierten Teilchen rückgestreute Elektronen, sekundäre Elektronen, rückgestreute Ionen, sekundäre Ionen und Photonen aus Kathodolumineszenz, Röntgenstrahlen und dergleichen sein.
Der Detektionsbereich kann ein Oberflächenanteil des Detektors sein. Induzierte Teilchen, die auf den Detektionsbereich auftreffen, können von dem Detektor detektiert werden. Induzierte Teilchen, die nicht auf den Detektionsbereich auftreffen, können von dem Detektor nicht detektiert werden.
In der ersten Anordnung ist der Detektionsbereich in einem Abstand von weniger als 10 mm von dem Auftreffort angeordnet. Der Schwellenwert von 10 mm kann sogar noch kleiner sein. Zum Beispiel kann die erste Anordnung dadurch gekennzeichnet sein, dass der Detektionsbereich in einem Abstand von weniger als 5 mm, weniger als 2 mm, weniger als 1 mm, weniger als 700 µm oder weniger als 500 µm von dem Auftreffort angeordnet ist.
Um den Detektionsbereich in unmittelbarer Nähe zu der Probe anzuordnen, ist der Aktor so ausgestaltet, dass er den Detektionsbereich mit hoher Genauigkeit anordnet. In diesem Zusammenhang kann Genauigkeit definiert sein als die Standardabweichung einer erreichten Anordnung, wenn der Aktor gesteuert wird, um den Detektionsbereich in einer vorgegebenen Anordnung anzuordnen. In diesem Fall ist Genauigkeit definiert als der arithmetische Mittelwert der quadratischen Abweichung der erreichten Anordnung von der vorgegebenen Anordnung. Der Aktor kann dazu ausgestaltet sein, den Detektionsbereich mit einer Genauigkeit von 1 mm, 500 µm, 100 µm, 50 µm oder 10 µm oder weniger anzuordnen. Eine derartige Genauigkeit ist besonders vorteilhaft, um bei der Anordnung des Detektionsbereichs eine Kollision mit der Probe zu vermeiden.
In der ersten Anordnung kann der Detektionsbereich in einem Abstand von dem Auftreffort von wenigstens mehreren Mikrometern angeordnet sein, z. B. wenigstens 1 µm, wenigstens 10 µm oder wenigstens 100 µm.
Gemäß einer Ausführungsform beträgt eine Gesamtfläche des Detektionsbereichs weniger als (5 mm)². Insbesondere kann die Gesamtfläche des Detektionsbereichs weniger als (2 mm)², (1 mm)², (750 µm)² oder (500 µm)² betragen. Im Vergleich zu herkömmlichen Detektoren ist die Gesamtfläche des Detektionsbereichs viel kleiner. Aufgrund der kleinen Gesamtfläche des Detektionsbereichs kann der Detektionsbereich jedoch, wie oben beschrieben, in geringen Abständen zu dem Auftreffort angeordnet sein. Die Kombination von geringem Abstand des Detektionsbereichs von dem Auftreffort und moderater Größe des Detektionsbereichs führt dazu, dass der Detektionsbereich in Bezug auf den Auftreffort einen großen Raumwinkel abdeckt. Die Gesamtfläche des Detektionsbereichs kann, zum Beispiel, wenigstens (1 µm)², (10 µm)² oder (100 µm)² betragen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist der Detektionsbereich ein Oberflächenanteil eines Detektionselements des Detektors. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Oberfläche des Detektionselements wenigstens teilweise durch den Detektionsbereich definiert. Das Detektionselement ist dazu ausgestaltet, ein Detektionssignal zu erzeugen, das auf induzierten Teilchen beruht, die auf den Detektionsbereich auftreffen und von dem Detektionselement detektiert werden. Zum Beispiel kann das Detektionselement ein Halbleiter-Detektionselement sein. Das Halbleiter-Detektionselement kann, zum Beispiel, eine PIN(positiv-intrinsisch-negativ)-Diode und/oder ein Siliziumdriftdetektor (SDD) sein. Angenommen, die induzierten Teilchen sind Elektronen, kann das Detektionselement einen Szintillator umfassen, der dazu ausgestaltet ist, ankommende Elektronen in Licht umzuwandeln, und einen Lichtdetektor, wie etwa eine Fotodiode, der dazu ausgestaltet ist, das von dem Szintillator erzeugte Licht zu detektieren. Angenommen, die induzierten Teilchen sind Photonen, kann das Detektionselement einen Lichtdetektor umfassen, wie etwa eine Fotodiode.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist der Detektionsbereich ein Oberflächenanteil eines Leiters. Der Leiter ist dazu ausgestaltet, die induzierten Teilchen, die auf den Detektionsbereich auftreffen, zu einem Detektionselement des Detektors zu leiten. Gemäß dieser Ausführungsform umfasst der Detektor einen Leiter, der einen Oberflächenanteil aufweist, der den Detektionsbereich bereitstellt. Der Leiter ist dazu ausgestaltet, die induzierten Teilchen, wie etwa Photonen, die auf den Detektionsbereich auftreffen, zu einem Detektionselement, wie etwa einem Lichtdetektor, zu führen. Demgemäß kann das Detektionselement in einem größeren Abstand von der Probe angeordnet sein im Vergleich zu dem Abstand des Detektionsbereichs von der Probe. Eine derartige Ausgestaltung kann vorteilhaft sein, wenn der Raum in der Nähe der Probe eng mit anderen Komponenten des Teilchenstrahlsystems besetzt ist, wie etwa der ersten und weiteren Teilchenstrahlsäulen, anderen Detektoren und dergleichen. Für Photonen kann der Leiter ein herkömmlicher Lichtleiter sein, wie etwa eine optische Faser. Für geladene Teilchen kann der Leiter durch Feldgeneratoren bereitgestellt sein, die dazu ausgestaltet sind, elektrische und/oder magnetische Felder zum Leiten von geladenen Teilchen zu erzeugen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist der Aktor weiter dazu ausgestaltet, den Detektionsbereich in einer zweiten Anordnung anzuordnen, gemäß welcher der Detektionsbereich in einem Abstand von wenigstens 20 mm von dem Auftreffort angeordnet ist. Der Schwellenwert von 20 mm kann jedoch noch größer sein. Zum Beispiel kann die zweite Anordnung dadurch gekennzeichnet sein, dass der Detektionsbereich in einem Abstand von wenigstens 40 mm, wenigstens 100 mm von dem Auftreffort angeordnet ist. Wenn der Detektionsbereich in der zweiten Anordnung angeordnet ist, ist der Raum in der Nähe der Probe weniger besetzt und die Probe kann flexibler angeordnet werden.
Insbesondere kann der Aktor dazu ausgestaltet sein, den Detektionsbereich von der zweiten Anordnung zu der ersten Anordnung zu bewegen und umgekehrt. Demgemäß kann sich die Probe mit großer Flexibilität in dem Arbeitsbereich der Teilchenstrahlsäule(n) des Teilchenstrahlsystems befinden, während der Detektionsbereich in der zweiten Anordnung angeordnet ist. Von dort, wo die Probe angeordnet ist, kann daher der Aktor gesteuert werden, um den Detektionsbereich von der zweiten Anordnung zu der ersten Anordnung zu bewegen, um den Detektionsbereich in unmittelbarer Nähe der Probe anzuordnen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst das Teilchenstrahlsystem weiter eine zweite Teilchenstrahlsäule, die dazu ausgestaltet ist, einen fokussierten zweiten Teilchenstrahl von zweiten Teilchen zu erzeugen und auf die Probe zu richten. Die erste und zweite Teilchenstrahlsäule sind getrennte Teilchenstrahlsäulen, die sich in einem Abstand von einander befinden. Daher sind der erste und zweite Teilchenstrahl getrennte Teilchenstrahlen. Die ersten und zweiten Teilchen der ersten und zweiten Teilchenstrahlen können jedoch von der gleichen Art sein, d. h., die ersten und zweiten Teilchen können Elektronen sein, in diesem Fall sind sowohl der erste als auch der zweite Teilchenstrahl Elektronenstrahlen. Alternativ können die ersten und die zweiten Teilchen von unterschiedlichen Arten sein, wie etwa Elektronen und Ionen. Zum Beispiel können die ersten Teilchen Ionen sein und die zweiten Teilchen können Elektronen sein, in diesem Fall erzeugt die erste Teilchenstrahlsäule einen fokussierten Ionenstrahl, wohingegen die zweite Teilchenstrahlsäule einen Elektronenstrahl erzeugt und umgekehrt. Die ersten und zweiten Teilchen können, zum Beispiel Elektronen, Ionen oder Photonen sein.
Die erste und die zweite Teilchenstrahlsäule können so angeordnet sein, dass sie ein gemeinsames Arbeitsgebiet aufweisen. Der erste und der zweite Teilchenstrahl können auf Orte des gemeinsamen Arbeitsgebiets gerichtet sein, was eine gleichzeitige Bestrahlung desselben Orts der Probe durch sowohl die ersten als auch die zweiten Teilchenstrahlen ermöglicht.
Gemäß einer Ausführungsform darin befindet sich der Auftreffort (d. h. der Ort der Probe, wo der erste Teilchenstrahl auf die Probe auftrifft) in dem gemeinsamen Arbeitsbereich der ersten und der zweiten Teilchenstrahlsäule. Dies bedeutet, dass der Detektionsbereich in unmittelbarer Nähe zu oder in dem gemeinsamen Arbeitsgebiet angeordnet sein kann.
Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst der Aktor einen Träger und der Detektionsbereich ist an einer Spitze des Trägers bereitgestellt. Insbesondere kann der Träger eine Gasinjektionsnadel zum Bereitstellen eines Reaktionsgases in der Umgebung der Probe sein. Die Gasinjektionsnadel wird herkömmlicherweise verwendet, um ein Reaktionsgas für die Probe bereitzustellen. Die Gasinjektionsnadel kann eine Leitung zum Leiten des Reaktionsgases zu der Spitze der Gasinjektionsnadel umfassen, wo eine Öffnung in der Spitze bereitgestellt ist, um das Reaktionsgas abzugeben.
Der Träger, insbesondere die Gasinjektionsnadel, kann eine konische äußere Form aufweisen, die an der Spitze des Trägers einen kleinen Durchmesser bereitstellt, um so wenig Raum wie möglich in unmittelbarer Nähe der Probe bzw. dem/den Arbeitsgebiet(en) zu besetzen.
Der Detektionsbereich kann an der Spitze des Trägers bereitgestellt sein, zum Beispiel durch Anordnen eines Leiters in der Leitung der Gasinjektionsnadel oder durch Bereitstellen eines Halbleiter-Detektionselements an der Spitze des Trägers.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist die Aufgabe ebenfalls durch ein Verfahren zum Detektieren von induzierten Teilchen gelöst, wobei das Verfahren Richten eines fokussierten ersten Teilchenstrahls von ersten geladenen Teilchen auf eine Probe umfasst, wobei der erste Teilchenstrahl an einem Auftreffort auf die Probe auftrifft; Anordnen eines Detektionsbereichs eines Detektors in einer ersten Anordnung, gemäß welcher der Detektionsbereich in einem Abstand von weniger als 10 mm von dem Auftreffort angeordnet ist; und Detektieren von induzierten Teilchen, die aufgrund des ersten Teilchenstrahls aus der Probe austreten, und die auf den in der ersten Anordnung angeordneten Detektionsbereich auftreffen.
Das Verfahren kann durch die hierin beschriebenen Teilchenstrahlsysteme durchgeführt werden. Die hierin beschriebenen Teilchenstrahlsysteme können gesteuert sein, um die hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Die durch das Verfahren erhaltenen Wirkungen sind die gleichen wie die unter Bezugnahme auf die Teilchenstrahlsysteme beschriebenen Wirkungen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform wird das Anordnen des Detektionsbereichs in der ersten Anordnung nach dem Anordnen der Probe in einem Arbeitsgebiet einer ersten Teilchenstrahlsäule durchgeführt, die dazu ausgestaltet ist, den ersten Teilchenstrahl zu erzeugen. Gemäß dieser Ausführungsform weist eine erste Teilchenstrahlsäule wie etwa die erste Teilchenstrahlsäule des oben beschriebenen Teilchenstrahlsystems ein Arbeitsgebiet auf, in dem der von der ersten Teilchenstrahlsäule erzeugte Teilchenstrahl auf die Probe auftreffen kann. Die Probe wird vor dem Anordnen des Detektionsbereichs in der ersten Anordnung in dem Arbeitsgebiet angeordnet. Dies kann durch Verwenden des Aktors des oben beschriebenen Teilchenstrahlsystems erreicht werden, der dazu ausgestaltet sein kann, den Detektionsbereich zu der ersten Anordnung zu bewegen. Zum Beispiel wird der Aktor nach dem Anordnen der Probe in dem Arbeitsgebiet der ersten Teilchenstrahlsäule gesteuert, um den Detektionsbereich von der zweiten Anordnung weit weg von der Probe und/oder dem Arbeitsgebiet zu der ersten Anordnung zu bewegen, in welcher der Detektionsbereich in unmittelbarer Nähe zu der Probe angeordnet ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist die Aufgabe durch ein Computerprogrammprodukt gelöst, das Anweisungen umfasst, die bewirken, dass ein Teilchenstrahlsystem, insbesondere ein Teilchenstrahlsystem wie hierin beschrieben, wenigstens eines der hierin beschriebenen Verfahren durchführt. Das Computerprogrammprodukt kann ein Computerprogramm sein, das greifbar in einem Informationsträger ausgeführt ist, z. B. in einer maschinenlesbaren Speichervorrichtung (einem computerlesbaren Medium, einem nicht-transitorischen computerlesbaren Speichermedium, und dergleichen), oder in einem propagierten Signal, zum Verarbeiten durch oder Steuern des Verarbeitens eines Datenverarbeitungsgeräts, z. B. eines programmierbaren Prozessors, eines Computers, oder mehrerer Computer.
Ausführungsformen der Erfindung sind unter Bezugnahme auf Figuren beschrieben. Gleiche Bezugszeichen stellen gleiche Gegenstände dar, auch in verschiedenen Ausführungsformen. Daher wird aus Gründen der Kürze auf eine wiederholte Beschreibung von gleichen Gegenständen verzichtet.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines beispielhaften Teilchenstrahlsystems.
2 zeigt ein Bild, das von einem Rasterelektronenmikroskop aufgezeichnet wurde, wobei das Bild eine Oberfläche einer Probe und eine Spitze eines Trägers zeigt.
3 zeigt eine schematische Veranschaulichung einer räumlichen Ausgestaltung eines Detektionsbereichs in unmittelbarer Nähe zu einer Probe.
4 zeigt eine Querschnittansicht einer Spitze eines Trägers.
5 zeigt eine Untersicht der Spitze des in 4 veranschaulichten Trägers.
6 zeigt eine Querschnittansicht einer Spitze eines anderen Trägers.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines beispielhaften Teilchenstrahlsystems 1. Das Teilchenstrahlsystem 1 umfasst ein Rasterelektronenmikroskop (REM) 3 und ein System mit fokussiertem Ionenstrahl (FIS) 5.
Das REM 3 ist dazu ausgestaltet, einen fokussierten Elektronenstrahl 7 zu erzeugen. Das REM 3 ist dazu ausgestaltet, den fokussierten Elektronenstrahl 7 auf eine Probe 11 zu richten, die sich in einem Arbeitsgebiet des REM 3 befindet. Der Elektronenstrahl 7 trifft an einem Auftreffort 13, wo aufgrund der Wechselwirkung des Elektronenstrahls 7 mit der Probe 11 induzierte Teilchen aus der Probe 11 austreten, auf die Probe 11 auf.
Das FIS-System 5 ist dazu ausgestaltet, einen fokussierten Ionenstrahl 9 zu erzeugen. Das FIS-System 5 ist dazu ausgestaltet, den fokussierten Ionenstrahl 9 auf die Probe 11 zu richten, die sich in einem Arbeitsgebiet des FIS-Systems 5 befindet. Der Ionenstrahl 9 trifft an einem Auftreffort 13, wo aufgrund der Wechselwirkung des Elektronenstrahls 9 mit der Probe 11 induzierte Teilchen aus der Probe 11 austreten, auf die Probe 11 auf.
In dem in 1 veranschaulichten Beispiel sind das REM 3 und das FIS-System 5 so angeordnet, dass sie ein gemeinsames Arbeitsgebiet aufweisen. Dies bedeutet, dass sowohl der Elektronenstrahl 7 als auch der Ionenstrahl 9 auf denselben Ort der Probe 11 gerichtet sein können, ohne Notwendigkeit, die Probe 11 zu bewegen. In 1 ist dies durch eine Überschneidung des Elektronenstrahls 7 und des Ionenstrahls 9 auf einer Oberfläche der Probe 11 angegeben. In diesem Fall fallen der Auftreffort 13 des Elektronenstrahls 7 auf die Probe 11 und der Auftreffort 13 des Ionenstrahls 9 auf die Probe 11 zusammen.
Das Teilchenstrahlsystem 1 umfasst weiter einen Detektor 15, der dazu ausgestaltet ist, induzierte Teilchen zu detektieren, die auf einen Detektionsbereich 17 (siehe 3) des Detektors 15 auftreffen. Induzierte Teilchen, d. h. Teilchen, die aufgrund der Wechselwirkung des Elektronenstrahls 7 und/oder des Ionenstrahls 9 mit der Probe 11 aus der Probe 11 austreten, treffen schließlich auf den Detektionsbereich 17 des Detektors 15 auf. Diese induzierten Teilchen, die den Detektionsbereich 17 erreicht haben, können von dem Detektor 15 detektiert werden. Der Detektor 15 kann dazu ausgestaltet sein, ein Detektionssignal bereitzustellen, das auf den induzierten Teilchen beruht, die auf den Detektionsbereich 17 auftreffen. Zum Beispiel kann der Detektor 15 ein Detektor für rückgestreute Elektronen sein, der ein Halbleiter-Detektionselement umfasst, wie etwa eine PIN(positiv-instrinsisch-negativ)-Diode oder einen Siliziumdriftdetektor (SDD). Alternativ kann der Detektor 15 ein Lichtdetektor sein, der dazu ausgestaltet ist, Photonen (z. B. Kathodolumineszenz) zu detektieren.
Das Teilchenstrahlsystem 1 umfasst weiter einen Aktor 19, der dazu ausgestaltet ist, den Detektionsbereich 17 in einer ersten Anordnung anzuordnen. In dem in 1 veranschaulichten Beispiel ist der Detektor 15 an einem Träger (nicht gezeigt) des Aktors 19 befestigt. Der Aktor 19 ist dazu ausgestaltet, den Detektor 15 und daher ebenfalls den Detektionsbereich 17 in wenigsten einem Freiheitsgrad zu bewegen. Es ist jedoch lediglich notwendig, dass der Aktor 19 dazu ausgestaltet ist, den Detektionsbereich 17 zu bewegen. Weitere Einzelheiten in Bezug auf den Aktor 19 sind im Zusammenhang mit 3 unten beschrieben.
Das Teilchenstrahlsystem 1 kann eine Vakuumkammer 21 umfassen. Die Probe 11 ist innerhalb der Vakuumkammer 21 gelegen, wenn sie von dem Elektronenstrahl 7 bzw. dem Ionenstrahl 9 bestrahlt wird. Der Detektionsbereich 17 des Detektors 15 ist bei der Verwendung zum Detektieren von induzierten Teilchen ebenfalls innerhalb der Vakuumkammer 21 gelegen. Teile des Teilchenstrahlsystems 1 können jedoch wenigstens teilweise außerhalb der Vakuumkammer 21 gelegen sein, wie mit Anteilen von dem REM 3, Anteilen des FIS-Systems 5 und Anteilen des Aktors 19 veranschaulicht ist. Andere Ausgestaltungen sind möglich.
2 zeigt ein Bild, das von einen Rasterelektronenmikroskop wie etwa dem REM 3 aufgezeichnet wurde. Das Bild zeigt eine Oberfläche einer Probe wie etwa der Probe 11. Das Bild zeigt weiter eine Spitze 23 eines Trägers. Der Träger wird verwendet, um den Detektionsbereich 17 und den Aktor 19 mechanisch miteinander zu koppeln, so dass der Aktor 19 den Detektionsbereich 17 bewegen kann. In einigen Fällen ist der gesamte Detektor 15 durch den Träger mechanisch an den Aktor 19 gekoppelt. Der in 2 veranschaulichte gestrichelte doppelköpfige Pfeil approximiert einen Durchmesser der Spitze 23 und stellt eine Länge von ungefähr 500 µm dar.
Das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen des Detektionsbereichs 17 des Detektors 15 in unmittelbarer Nähe zu der Probe 11, um einen großen räumlichen Winkel zu erreichen, der von dem Detektionsbereich 17 in Bezug auf den Auftreffort 13 abgedeckt wird. Der Detektionsbereich 17 kann an der Spitze 23 des Trägers bereitgestellt sein, insbesondere an einer Oberfläche der Spitze 23, die der Oberfläche der Probe 11 zugewandt ist. Der Detektionsbereich kann von einer ungefähren kreisförmigen Form sein und einen Durchmesser von ungefähr 500 µm aufweisen, wie in 2 veranschaulicht. Aufgrund der kleinen Größe des Detektionsgebiets 17 kann die Spitze 23 des Trägers ebenfalls klein sein. Dies ermöglicht, die Spitze 23 in unmittelbarer Nähe zu der Probe 11 anzuordnen, obwohl der Raum in unmittelbarer Nähe zu der Probe 11 bereits eng mit dem REM 3 und dem FIS-System 5 besetzt ist.
Einzelheiten über die räumliche Ausgestaltung des Detektionsbereichs 17 in unmittelbarer Nähe zu der Probe 11 sind unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. 3 zeigt eine schematische Veranschaulichung des Detektionsbereichs 17, der in der ersten Anordnung angeordnet ist. Der Elektronenstrahl 7 und der Ionenstrahl 9 treffen an dem gemeinsamen Auftreffort 13 auf die Probe 11 auf.
Der Aktor 19 ist dazu ausgestaltet, den Detektionsbereich 17 in der ersten Anordnung anzuordnen. Dies bedeutet, dass der Aktor 19 den Detektionsbereich 17 in wenigstens einem Freiheitsgrad bewegen kann. Ein Beispiel einer Verschieberichtung ist durch einen Pfeil 25 angegeben. Zum Beispiel kann der Aktor 19 dazu ausgestaltet sein, einen Abstand 27 zwischen dem Auftreffort 13 und dem Detektionsbereich 17 (angegeben durch einen gestrichelten doppelköpfigen Pfeil) zu vergrößern oder zu verkleinern. In der ersten Anordnung ist der Abstand 27 weniger als ein Schwellenwert, der durch einen gestrichelten Halbkreis 29 um den Auftreffort 13 angegeben ist. Der Schwellenwert kann, zum Beispiel, 10 mm oder weniger betragen.
Obwohl die Gesamtoberfläche des Detektionsbereichs 17 in der Regel klein ist, ist der räumliche Winkel, der von dem Detektionsbereich 17 in Bezug auf den Auftreffort 13 abgedeckt wird, aufgrund des kleinen Abstands 27 zwischen dem Detektionsbereich 17 und dem Auftreffort 13 dennoch groß.
Nach dem Detektieren der induzierten Teilchen kann der Detektionsbereich 17 durch den Aktor 19 von der Probe 11 zurückgezogen werden. Dafür kann der Aktor 19 dazu ausgestaltet sein, den Detektionsbereich 17 in der zweiten Anordnung anzuordnen.
Spezielle Beispiele von Detektoren 15A, 15B und Trägern 31A, 31B sind unter Bezugnahme auf die 4 bis 6 beschrieben. 4 zeigt eine Querschnittansicht einer Spitze eines Trägers 31A, der einen Detektor 15A trägt. 5 zeigt eine Querschnittansicht einer Spitze eines Trägers 31B, der einen Detektor 15B trägt. 6 zeigt eine Untersicht der Spitzen der Träger 31A, 31B in der Ebene A-A, die in den 4 bzw. 5 veranschaulicht ist.
In 4 ist die Spitze des Trägers 31A als ein hohler konischer Abschnitt gebildet. Im Träger 31A ist ein Halbleiter-Detektionselement 33 des Detektors 15A ganz am Ende der Spitze angeordnet. Dies bedeutet, dass der Detektionsbereich 17 von einem Oberflächenanteil 34 des Halbleiter-Detektionselements 33 bereitgestellt ist, wobei der Oberflächenanteil 34 für die induzierten Teilchen zugänglich ist. Die verbleibenden Oberflächen des Trägers 31A und des Halbleiter-Detektionselements 33 gelten nicht als ein Anteil des Detektionsbereichs 17, weil darauf auftreffende induzierte Teilchen von dem Halbleiter-Detektionselement 33 nicht detektiert werden können.
Der Detektionsbereich 17 kann von dem Aktor 19 angeordnet werden, so dass der Detektionsbereich 17 in einer Art Sichtlinie auf den Auftreffort 13 ausgerichtet ist.
6 zeigt eine Querschnittansicht einer Spitze eines anderen Trägers 31B. Im Gegensatz zu dem in 4 veranschaulichten Beispiel, bei dem der Detektionsbereich 17 ein Oberflächenanteil 34 des Halbleiter-Detektionselements 33 ist, ist in 5 der Detektionsbereich 17 ein Oberflächenanteil 36 eines Leiters 35. Der Leiter 35 ist dazu ausgestaltet, induzierte Teilchen, die auf den Oberflächenanteil 36/Detektionsbereich 17 auftreffen, zu einem Detektionselement 37 des Detektors 15B zu leiten. Zum Beispiel ist der Leiter 35 eine optische Faser, die dazu ausgestaltet ist, Licht zu einer Fotodiode zu leiten, die das Detektionselement 37 darstellt.
In den 4 und 5 ist der Detektionsbereich 17 veranschaulicht als den gesamten Spitzenanteil des Trägers 31A, 31B abdeckend. Zum Anordnen des Detektionsbereichs 17 ist es jedoch nicht erforderlich, den gesamten Spitzenanteil zu verwenden. Zum Beispiel kann der Detektionsbereich 17 lediglich einen begrenzten Anteil des Spitzenanteils abdecken. Insbesondere kann der Detektionsbereich 17 neben einer Leitung zum Leiten eines Reaktionsgases zu der Spitze einer Gasinjektionsnadel angeordnet sein.
Das unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 beschriebene Teilchenstrahlsystem 1 ist beschrieben als ein System, das mehrere unterschiedliche Teilchenstrahlsäulen aufweist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf derartige Kombinationen beschränkt. Das Teilchenstrahlsystem kann eine einzelne Teilchenstrahlsäule umfassen.
Das Teilchenstrahlsystem 1, das unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 beschrieben ist, ist beschrieben als einen (einzelnen) Detektor zum Detektieren von induzierten Teilchen aufweisend. Das Teilchenstrahlsystem kann jedoch mehrere Detektoren zum Detektieren von induzierten Teilchen umfassen. Jeder Detektor kann in Bezug auf die Probe und die Vakuumkammer mithilfe von getrennten Aktoren beweglich sein. Alternativ können mehrere Detektoren durch einen einzelnen Aktor beweglich sein.
Der Aktor kann eine Kombination aus Aktoruntervorrichtungen sein. Zum Beispiel kann der Aktor zum Verschieben und Drehen des Detektionsbereichs in Bezug auf die Probe und die Vakuumkammer ein oder mehrere Piezoelemente, einen oder mehrere Schrittmotoren usw. und Kombinationen davon verwenden.
Das Teilchenstrahlsystem kann weiter einen Tisch zum Befestigen der Probe daran und Anordnen der Probe im Raum umfassen. Der Tisch kann wenigstens einen Freiheitsgrad zum Verschieben und/oder Drehen der Probe in Bezug auf die Vakuumkammer bereitstellen.
Jedes Bauteil des Teilchenstrahlsystems kann durch eine Steuerung gesteuert sein. Das Teilchenstrahlsystem kann eine oder mehrere Steuerungen umfassen, die gemeinsam die Bauteile des Teilchenstrahlsystems steuern.

Claims

Teilchenstrahlsystem (1), das Folgendes umfasst: eine erste Teilchenstrahlsäule (3), die dazu ausgestaltet ist, einen fokussierten ersten Teilchenstrahl (7) von ersten geladenen Teilchen zu erzeugen und auf eine Probe (11) zu richten, wobei der erste Teilchenstrahl (7) an einem Auftreffort (13) auf die Probe auftrifft; einen Detektor (15), der dazu ausgestaltet ist, induzierte Teilchen zu detektieren, die auf einen Detektionsbereich (17) des Detektors (15) auftreffen; und einen Aktor (19), der dazu ausgestaltet ist, den Detektionsbereich (17) in einer ersten Anordnung anzuordnen, gemäß welcher der Detektionsbereich (17) in einem Abstand (27) von weniger als 10 mm von dem Auftreffort (13) angeordnet ist.
Teilchenstrahlsystem (1) nach Anspruch 1, wobei eine Gesamtoberfläche des Detektionsbereichs (17) weniger als (5 mm)² beträgt.
Teilchenstrahlsystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Detektionsbereich (17) durch einen Oberflächenanteil (34) eines Detektionselements (33) des Detektors (15) bereitgestellt ist.
Teilchenstrahlsystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Detektionsbereich (17) durch einen Oberflächenanteil (36) eines Leiters (35) bereitgestellt ist, der dazu ausgestaltet ist, die induzierten Teilchen, die auf den Detektionsbereich (17) auftreffen, zu einem Detektionselement (37) des Detektors (15) zu leiten.
Teilchenstrahlsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das weiter eine zweite Teilchenstrahlsäule (5) umfasst, die dazu ausgestaltet ist, einen fokussierten zweiten Teilchenstrahl (9) von zweiten Teilchen zu erzeugen und auf die Probe (11) zu richten.
Teilchenstrahlsystem (1) nach Anspruch 5, wobei der Auftreffort (13) in einem gemeinsamen Arbeitsbereich der ersten und zweiten Teilchenstrahlsäule (3, 5) gelegen ist.
Teilchenstrahlsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Detektionsbereich (17) an einer Spitze (23) einer Gasinjektionsnadel bereitgestellt ist, um in der Nähe der Probe (11) ein Reaktionsgas bereitzustellen.
Verfahren zum Detektieren von induzierten Teilchen, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Richten eines fokussierten ersten Teilchenstrahls (7) von ersten geladenen Teilchen auf eine Probe (11), wobei der erste Teilchenstrahl (7) an einem Auftreffort (13) auf die Probe (11) auftrifft; Anordnen eines Detektionsbereichs (17) eines Detektors (15) in einer ersten Anordnung, gemäß welcher der Detektionsbereich (17) in einem Abstand (27) von weniger als 10 mm von dem Auftreffort (13) angeordnet ist; und Detektieren von induzierten Teilchen, die aufgrund des ersten Teilchenstrahls (7) aus der Probe (11) austreten, und die auf den in der ersten Anordnung angeordneten Detektionsbereich (17) auftreffen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Anordnen des Detektionsbereichs (17) in der ersten Anordnung nach dem Anordnen der Probe (11) in einem Arbeitsgebiet einer ersten Teilchenstrahlsäule (3) durchgeführt wird, die dazu ausgestaltet ist, den ersten Teilchenstrahl (7) zu erzeugen.
Computerprogrammprodukt, das Anweisungen umfasst, die bewirken, dass ein Teilchenstrahlsystem, insbesondere ein Teilchenstrahlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das Verfahren nach Anspruch 8 oder 9 durchführt.