DE102021102328B3

DE102021102328B3 - Verfahren zum Betreiben eines Teilchenstrahlmikroskopiesystems, Teilchenstrahlmikroskopiesystem und Computerprogrammprodukt

Info

Publication number: DE102021102328B3
Application number: DE102021102328.9A
Authority: DE
Inventors: Dirk Preikszas; Simon Diemer
Original assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2021-02-02
Filing date: 2021-02-02
Publication date: 2022-07-14
Anticipated expiration: 2041-02-03
Also published as: US11915907B2; US20220246389A1

Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben eines Teilchenstrahlmikroskopiesystems umfasst ein Aufnehmen eines ersten teilchenmikroskopischen Bildes bei einer gegebenen ersten Fokussierung und einer Variation der Erregungen der ersten Ablenkeinrichtung innerhalb eines gegebenen ersten Bereichs, ein Ändern der Fokussierung auf eine zweite Fokussierung, ein Bestimmen eines zweiten Bereichs von Erregungen der ersten Ablenkeinrichtung basierend auf dem ersten Bereich, der ersten Erregung, der zweiten Erregung und einem zuvor bestimmten Maschinenparameter, und ein Aufnehmen eines zweiten teilchenmikroskopischen Bildes bei der zweiten Fokussierung und Variation der Erregungen der ersten Ablenkeinrichtung innerhalb des bestimmten zweiten Bereichs. Hierbei wird der zweite Bereich von Erregungen so bestimmt, dass ein in dem zweiten teilchenmikroskopischen Bild dargestellter Bereich des Objekts auch in dem ersten teilchenmikroskopischen Bild dargestellt war.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Betreiben von Teilchenstrahlmikroskopiesystemen. Insbesondere betrifft die Erfindung Verfahren zum Betreiben solcher Teilchenstrahlmikroskopiesysteme, bei denen ein Teilchenstrahl oder mehrere Teilchenstrahlen an einem zu untersuchenden Objekt fokussiert werden. Ferner betrifft die Erfindung Teilchenstrahlmikroskopiesysteme, die mit dem Verfahren betrieben werden und Computerprogrammprodukte zur Verwendung beim Betreiben von Teilchenstrahlmikroskopiesystemen.
Ein Beispiel für ein solches Teilchenstrahlmikroskopiesystem ist ein Rasterelektronenmikroskop, bei welchem ein fokussierter Elektronenstrahlen über ein zu untersuchendes Objekt gescannt wird und durch den auftreffenden Elektronenstrahl an dem Objekt erzeugte Sekundärelektronen oder Rückstreuelektronen in Abhängigkeit von der Auslenkung des fokussierten Teilchenstrahls detektiert werden, um ein elektronenmikroskopisches Bild des Objekts zu erzeugen.
Der Teilchenstrahl wird von einer Teilchenstrahlquelle erzeugt, durchläuft eventuell eine Kondensorlinse und einen Stigmator und wird durch eine Objektivlinse an dem Objekt fokussiert. Um eine hohe Ortsauflösung des Teilchenstrahlmikroskops zu erreichen, muss der Teilchenstrahl an dem Objekt möglichst gut fokussiert sein, d. h. ein von dem fokussierten Teilchenstrahl an der Oberfläche des Objekts beleuchteter Bereich („beam spot“) soll möglichst klein sein. In der Praxis wird dies dadurch erreicht, dass ein Benutzer die Fokussierung des Teilchenstrahls per Hand einstellt, indem er Stellelemente betätigt und die Steuerung des Teilchenstrahlmikroskops in Abhängigkeit von der Betätigung der Stellelemente die Erregung der Objektivlinse ändert.
In der DE 10 2018 202 728 A1 sind beispielsweise Einstellvorgänge für verschiedene Betriebsparameter des Teilchenstrahlmikroskopiesystems beschrieben.
Während des Einstellvorgangs wird der Teilchenstrahl kontinuierlich über das Objekt gescannt, um Bilder aufzunehmen. Der Benutzer kann die Qualität der erzeugten Bilder vergleichend beurteilen und in Abhängigkeit davon die Stellelemente solange betätigen, bis er mit der Qualität der Bilder zufrieden ist bzw. deren Qualität nicht mehr verbessern kann. Dieser Vorgang stellt auch an geübte Benutzer hohe Anforderungen.
Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Teilchenstrahlmikroskops vorzuschlagen, welches die Fokussierung des Teilchenstrahls an einem zu untersuchenden Objekt erleichtert.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Teilchenstrahlmikroskops vorgesehen, welches eine Teilchenstrahlquelle zur Erzeugung eines Teilchenstrahls, eine Objektivlinse zum Fokussieren des Teilchenstrahls auf ein Objekt und eine erste Ablenkeinrichtung zum Scannen des Teilchenstrahls über das Objekt umfasst. Das Teilchenstrahlmikroskopiesystem ist dazu konfiguriert, teilchenmikroskopische Bilder aufzunehmen, indem der Teilchenstrahl mittels der ersten Ablenkeinrichtung über das Objekt gescannt wird, wobei Erregungen der ersten Ablenkeinrichtung innerhalb eines Bereichs variiert werden. Das Verfahren umfasst dann ein Aufnehmen eines ersten teilchenmikroskopischen Bildes bei einer gegebenen ersten Fokussierung und Variation der Erregungen der ersten Ablenkeinrichtung innerhalb eines gegebenen ersten Bereichs, ein Ändern der Fokussierung auf eine zweite Fokussierung, ein Bestimmen eines zweiten Bereichs von Erregungen der ersten Ablenkeinrichtung basierend auf dem ersten Bereich, der ersten Fokussierung, der zweiten Fokussierung und einem zuvor bestimmten Maschinenparameter, und ein Aufnehmen eines zweiten teilchenmikroskopischen Bildes bei der zweiten Fokussierung und Variation der Erregungen der ersten Ablenkeinrichtung innerhalb des bestimmten zweiten Bereichs. Hierbei kann der zweite Bereich von Erregungen so bestimmt werden, dass ein in dem zweiten teilchenmikroskopischen Bild dargestellter Bereich des Objekts auch in dem ersten teilchenmikroskopischen Bild dargestellt war.
Eine Schwierigkeit bei dem Betrieb eines herkömmlichen Teilchenstrahlmikroskops besteht darin, dass Änderungen der Fokussierung des Teilchenstrahls, in vielen Fällen auch zu einem Versatz der vor und nach der Änderung der Fokussierung aufgenommenen Bilder führen. Dieser Bildversatz macht es schwierig, die vor und nach der Änderung der Fokussierung aufgenommenen Bilder zu vergleichen, da die in den Bildern dargestellten Gegenstände in dem nach der Änderung der Fokussierung aufgenommenen Bild an anderen Orten dargestellt sind als in dem vor der Änderung der Fokussierung aufgenommenen Bild. Mit dem hier beschriebenen Verfahren kann dieser Bildversatz vermieden werden, indem bei Änderung der Fokussierung auch der Bereich geändert wird, in dem die Erregung der ersten Ablenkeinrichtung bei der Aufnahme eines Bildes variiert wird. Die Änderung des Bereichs, in dem die Erregung der ersten Ablenkeinrichtung bei der Aufnahme eines Bildes variiert wird, kann dabei insbesondere so erfolgen, dass der oben beschriebene Bildversatz wenigstens teilweise kompensiert wird und von dem Benutzer beim Betrachten der Bilder nicht oder kaum wahrgenommen wird. Damit kann der Benutzer die beiden vor und nach der Änderung der Fokussierung aufgenommenen Bilder leichter vergleichen und beispielsweise einen Unterschied der beiden Bilder hinsichtlich der Bildschärfe einfacher beurteilen.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst das Bestimmen des zweiten Bereichs von Erregungen ein Bestimmen eines erwarteten Bildversatzes basierend auf der ersten Fokussierung, der zweiten Fokussierung und dem Maschinenparameter. Das Bestimmen des zweiten Bereichs von Erregungen der ersten Ablenkeinrichtung kann dann auf dem ersten Bereich von Erregungen der ersten Ablenkeinrichtung und dem bestimmten Bildversatz basieren.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen repräsentiert der Maschinenparameter eine Größe eines Bildversatzes pro Erregungsänderung der Objektivlinse.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen repräsentiert der Maschinenparameter eine Größe eines Bildversatzes pro Spannungsänderung einer Hochspannung zur zum Beschleunigen der Teilchen des Teilchenstrahls.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst das Verfahren auch ein Bestimmen des Maschinenparameters. Das Bestimmen des Maschinenparameters kann ein Aufnehmen von zwei teilchenmikroskopischen Bildern bei verschiedenen Fokussierungen, ein Bestimmen eines Bildversatzes zwischen den zwei teilchenmikroskopischen Bildern aus den zwei teilchenmikroskopischen Bildern und ein Bestimmen des Maschinenparameters basierend auf dem bestimmten Bildversatz und einer Differenz zwischen den zwei verschiedenen Fokussierungen umfassen.
Der so bestimmte Maschinenparameter kann nachfolgend verwendet werden, um bei Änderungen der Fokussierung einen damit einhergehenden Bildversatz zu kompensieren bzw. zu vermeiden. Der gleiche Maschinenparameter kann bei mehreren aufeinanderfolgenden Änderungen der Fokussierung, das heißt mehrmals, verwendet werden. Die Bestimmung des Maschinenparameters kann beispielsweise in vorbestimmten zeitlichen Intervallen, wie beispielsweise stündlich oder täglich, oder jeweils nach einer Inbetriebnahme des Teilchenstrahlmikroskopiesystems erfolgen. Hierbei ist es möglich, für verschiedene Einstellungen von Parametern des Teilchenstrahlmikroskopiesystems jeweils einen Maschinenparameter zu bestimmen, das heißt, den Maschinenparameter selbst zu parametrisieren. Ein Bespiel für einen solchen Parameter ist die kinetische Energie der Teilchen des Teilchenstrahls beim Durchlaufen der Objektivlinse, die beispielsweise durch eine Beschleunigungsspannung des Teilchenstrahls bestimmt ist. So kann der Maschinenparameter bei verschiedenen Werten der Beschleunigungsspannung bestimmt werden. Bei einer Änderung der Fokussierung kann dann zur Kompensation des Bildversatzes der Maschinenparameter verwendet werden, der bei der Beschleunigungsspannung bestimmt wurde, die der aktuellen Beschleunigungsspannung gleich ist oder von dieser nicht sehr verschieden ist. Auch die Fokussierung selbst kann ein solcher Parameter sein. Insbesondere kann damit die Erregung der Objektivlinse ein solcher Parameter sein. Beispielsweise kann hierzu die Stärke des der Objektivlinse zur Erregung zugeführten Stromes in Ampere als der Parameter verwendet werden.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst das Ändern der Fokussierung ein Ändern einer Erregung der Objektivlinse, und der Maschinenparameter kann eine Größe eines Bildversatzes pro Erregungsänderung der Objektivlinse repräsentieren.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen stellt die Objektivlinse ein fokussierendes magnetisches Feld bereit, und das Ändern der Fokussierung kann ein Ändern eines einer Spule der Objektivlinse zugeführten elektrischen Stromes umfassen. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen hierin kann die Objektivlinse ferner ein fokussierendes elektrostatisches Feld bereitstellen.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst das Teilchenstrahlmikroskopiesystem ferner eine zweite Ablenkeinrichtung zum Verlagern des Teilchenstrahls innerhalb der Objektivlinse, und das Verfahren umfasst ferner ein Einstellen der Erregungen der zweiten Ablenkeinrichtungen derart, dass der Teilchenstrahl die Objektivlinse im Wesentlichen zentral durchsetzt. Bei einer solchen Einstellung der Erregung der zweiten Ablenkeinrichtung kann eine besonders gute Fokussierung des Teilchenstrahls an dem Objekt, das heißt ein besonders kleiner beam spot an dem Objekt erreicht werden.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst das Einstellen der Erregungen der zweiten Ablenkeinrichtungen ein Aufnehmen von zwei teilchenmikroskopischen Bildern bei verschiedenen Fokussierungen des Teilchenstrahlmikroskopiesystems, ein Bestimmen eines Bildversatzes zwischen den zwei teilchenmikroskopischen Bildern aus den zwei teilchenmikroskopischen Bildern und ein Einstellen der Erregungen der zweiten Ablenkeinrichtungen derart, dass der bestimmte Bildversatz im Wesentlichen Null ist. Bei den zur Einstellung der Erregungen der zweiten Ablenkeinrichtungen vorgenommenen Änderungen der Fokussierung wird die vorangehend erläuterte Kompensation des Bildversatzes durch Ändern des Bereichs der Variation der Erregungen der ersten Ablenkeinrichtung nicht eingesetzt, da der entstehende Bildversatz Gegenstand einer Optimierung ist und verschwinden soll.
Bei einer idealen Objektivlinse würden nach einer derartigen Einstellung der Erregungen der zweiten Ablenkeinrichtungen bei darauffolgenden Änderungen der Fokussierung keine Bildversätze mehr auftreten, so dass die vorangehend erläuterte Kompensation des Bildversatzes durch Ändern des Bereichs der Variation der Erregungen der ersten Ablenkeinrichtung nicht notwendig wäre. In der Praxis ist dies allerdings häufig nicht der Fall, da zum Beispiel die Geometrie der Objektivlinse nicht ideal ist. Wenn die Objektivlinse beispielsweise ein fokussierendes magnetisches Feld und ein fokussierendes elektrisches Feld bereitstellt, sind diese beiden Felder aufgrund der nicht perfekten Geometrie der Objektivlinse möglicherweise nicht relativ zueinander zentriert. Bei gegebenen Erregungen des fokussierenden magnetischen Feldes und des fokussierenden elektrischen Feldes können dann mit dem vorangehend erläuterten Verfahren zunächst vorteilhafte Erregungen der zweiten Ablenkeinrichtung aufgefunden werden. Hierbei kann zur Erzielung der verschiedenen Fokussierungen zum Beispiel die kinetische Energie der Teilchen des Teilchenstrahls geändert werden. Wird nachfolgend allerdings die Fokussierung geändert, indem beispielsweise das fokussierende magnetische Feld geändert wird, wird wieder ein unerwünschter Bildversatz erzeugt, der kompensiert werden kann, indem der Bereich von Erregungen der ersten Ablenkeinrichtung basierend auf dem Maschinenparameter angepasst wird.
Die Erfindung umfasst ferner ein Teilchenstrahlmikroskopiesystem, welches dazu konfiguriert ist, das vorangehend beschriebene Verfahren auszuführen.
Ferner umfasst die Erfindung ein Computerprogrammprodukt, welches Befehle umfasst, die bei Ausführung durch eine Steuerung eines Teilchenstrahlmikroskopiesystems dieses veranlassen, das vorangehend beschriebene Verfahren auszuführen.
Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Hierbei zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Teilchenstrahlmikroskopiesystems;
2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Bildversatzes, der bei Fokusänderungen bei dem Teilchenstrahlmikroskopiesystem der 1 auftreten kann;
3 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zur Kompensation des Bildversatzes der 2 bei Fokusänderungen; und
4 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Bestimmen eines Maschinenparameters für das Verfahren der 3.

1 ist eine schematische Darstellung eines Teilchenstrahlmikroskopiesystems 1, welches mit einem Verfahren gemäß Ausführungsformen der Erfindung betrieben werden kann. Das Teilchenstrahlmikroskopiesystem 1 umfasst eine Teilchenquelle 3, welche einen Teilchenemitter 5 und einen Treiber 7 umfasst. Der Teilchenemitter 5 kann beispielsweise eine durch den Treiber 7 über Leitungen 9 geheizte Kathode sein, welche Elektronen emittiert, die durch eine Anode 11 von dem Emitter 5 weg beschleunigt und zu einem Teilchenstrahl 13 geformt werden. Hierzu wird der Treiber 7 von einer Steuerung 15 des Teilchenstrahlmikroskops 1 über eine Steuerleitung 17 kontrolliert, und ein elektrisches Potential des Emitters wird über eine einstellbare Spannungsquelle 19 eingestellt, welche über eine Steuerleitung 21 von der Steuerung 15 kontrolliert wird. Ein elektrisches Potential der Anode 11 wird über eine einstellbare Spannungsquelle 23 eingestellt, welche über eine Steuerleitung 25 ebenfalls von der Steuerung 15 kontrolliert wird. Eine Differenz zwischen dem elektrischen Potential des Emitters 5 und dem elektrischen Potential der Anode 11 definiert die kinetische Energie der Teilchen des Teilchenstrahls 13 nach dem Durchlaufen der Anode 11. Die Anode 11 bildet das obere Ende eines Strahlrohrs 12, in welches die Teilchen des Teilchenstrahls 13 nach dem Durchlaufen der Anode 11 eintreten.
Der Teilchenstrahl 13 durchläuft eine Kondensorlinse 27, welche den Teilchenstrahl 13 kollimiert. In dem dargestellten Beispiel ist die Kondensorlinse 27 eine Magnetlinse mit einer Spule 29, welche durch einen Strom erregt wird, welcher von einer einstellbaren Stromquelle 31 erzeugt wird, die über eine Steuerleitung 33 von der Steuerung 15 kontrolliert wird.
Der Teilchenstrahl 13 durchläuft sodann eine Objektivlinse 35, welche den Teilchenstrahl 13 an einer Oberfläche eines zu untersuchenden Objekts 37 fokussieren soll. In dem dargestellten Beispiel umfasst die Objektivlinse 35 eine Magnetlinse, deren magnetisches Feld durch eine Spule 39 erzeugt wird, welche über eine Stromquelle 41 erregt wird, welche über eine Steuerleitung 43 durch die Steuerung 15 kontrolliert wird. Die Objektivlinse 35 umfasst ferner eine elektrostatische Linse, deren elektrostatisches Feld zwischen einem unteren Ende 45 des Strahlrohrs 12 und einer Elektrode 49 erzeugt wird. Das Strahlrohr 12 ist mit der Anode 11 elektrisch verbunden, und die Elektrode 49 kann mit dem Massepotential elektrisch verbunden sein oder über eine in 1 nicht dargestellte weitere und von der Steuerung 15 kontrollierte Spannungsquelle auf ein von Masse verschiedenes Potential eingestellt sein.
Das Objekt 37 ist an einer Objekthalterung 51 gehaltert, dessen elektrisches Potential über eine Spannungsquelle 53 eingestellt wird, welche von der Steuerung 15 über eine Steuerleitung 55 kontrolliert wird. Das Objekt 37 ist mit der Objekthalterung 51 elektrisch verbunden, so dass auch das Objekt 37 das elektrische Potential der Objekthalterung 51 aufweist. Eine Differenz zwischen dem elektrischen Potential des Teilchenemitters 5 und dem elektrischen Potential des Objekts 37 definiert die kinetische Energie der Teilchen des Strahls 13 beim Auftreffen auf das Objekt 37. Innerhalb des Strahlrohrs 12 und beim Durchlaufen der Kondensorlinse 27 und der Objektivlinse 35 können die Teilchen eine im Vergleich hierzu größere kinetische Energie aufweisen, wenn sie durch das elektrostatische Feld zwischen dem Ende 45 des Strahlrohrs 12 und der Elektrode 49 und/oder durch ein elektrisches Feld zwischen der Elektrode 49 und dem Objekt 37 abgebremst werden. Es ist jedoch auch möglich, das Teilchenstrahlmikroskop 1 ohne Strahlrohr 12 und Elektrode 49 auszuführen, so dass die Teilchen durch ein elektrisches Feld zwischen der Anode 11 und dem Objekt 37 vor dem Auftreffen auf das Objekt 37 abgebremst oder beschleunigt werden. Unabhängig von der Ausführung des Teilchenstrahlmikroskops 1 mit oder ohne Strahlrohr 12 und unabhängig von der Ausführung und Anordnung der Elektrode 49 ist die kinetische Energie der Teilchen beim Auftreffen auf das Objekt 37 nur von der Differenz zwischen den Potentialen der Teilchenquelle 3 und des Objekts 37 abhängig.
Das Teilchenstrahlmikroskop 1 umfasst ferner eine Ablenkeinrichtung 57, welche durch die Steuerung 15 über eine Steuerleitung 59 kontrolliert wird und den Teilchenstrahl 13 ablenkt, so dass der Teilchenstrahl 13 unter der Kontrolle durch die Steuerung 15 einen Bereich 61 auf dem Objekt 37 abrastern kann. Das Teilchenstrahlmikroskop 1 umfasst ferner einen Detektor 63, welcher so positioniert ist, dass Signale, welche durch den auf das Objekt 37 gerichteten Teilchenstrahl 13 erzeugt werden und das Objekt verlassen, auf den Detektor 63 treffen können um mit diesem detektiert zu werden. Diese Signale können Partikel, wie etwa Rückstreuelektronen und Sekundärelektronen, oder Strahlung, wie etwa Kathodolumineszenzstrahlung, umfassen.
Bei dem in 1 dargestellten Teilchenstrahlmikroskop 1 ist der Detektor 63 ein neben der Objektivlinse 35 und nahe dem Objekt angeordneter Detektor. Es ist jedoch auch möglich, dass der Detektor in dem Strahlrohr 12 oder an einer anderen geeigneten Stelle angeordnet ist. Insbesondere dann, wenn ein elektrisches Feld an der Oberfläche des Objekts bremsend auf die auftreffenden Elektronen des Teilchenstrahls 13 wirkt, werden das Objekt langsam verlassende Sekundärelektronen durch dieses elektrische Feld in das Strahlrohr hinein beschleunigt und durch einen in dem Strahlrohr 12 angeordneten Detektor (in 1 nicht dargestellt) detektierbar.
Die von dem Objekt 37 ausgehenden Teilchen werden durch den auf das Objekt 37 treffenden Teilchenstrahl 13 verursacht. Insbesondere können diese detektierten Teilchen Teilchen des Teilchenstrahls 13 selbst sein, welche an dem Objekt 37 gestreut oder reflektiert werden, wie beispielsweise rückgestreute Elektronen, oder es können Teilchen sein, welche durch den auftreffen Teilchenstrahl 13 aus dem Objekt 37 herausgelöst werden, wie beispielsweise Sekundärelektronen. Der Detektor 63 kann allerdings auch so ausgeführt sein, dass er Strahlung, wie beispielsweise Röntgenstrahlung, detektiert, die durch den auf das Objekt 37 auftreffenden Teilchenstrahl 13 erzeugt wird. Detektionssignale des Detektors 63 werden über eine Signalleitung 65 von der Steuerung 15 empfangen. Die Steuerung 15 speichert aus den Detektionssignalen abgeleitete Daten in Abhängigkeit von der momentanen Einstellung der Ablenkeinrichtung 57 während eines Scanvorgangs, so dass diese Daten ein teilchenstrahlmikroskopisches Bild des Bereichs 61 des Objekts 37 repräsentieren. Dieses Bild kann durch eine an die Steuerung 15 angeschlossene Anzeigevorrichtung 67 dargestellt und von einem Benutzer des Teilchenstrahlmikroskops 1 betrachtet werden.
Das Teilchenstrahlmikroskop 1 umfasst ferner eine Ablenkeinrichtung 75, welche in dem Strahlengang des Teilchenstrahls 13 zwischen der Teilchenstrahlquelle 3 und der Objektivlinse 35 angeordnet ist. In dem in 1 gezeigten Beispiel ist die Ablenkeinrichtung 75 im Bereich der Anode 11 angeordnet, kann allerdings auch zwischen der Teilchenstrahlquelle 3 und der Anode 11, zwischen der Anode 11 und dem Kondensor 27 oder der Objektivlinse 35 oder zwischen dem Kondensor 27 und der Objektivlinse 35 angeordnet sein. Die Ablenkeinrichtung 75 ist in dem dargestellten Beispiel ein Doppelablenker, der zwei im Strahlengang des Teilchenstrahls 13 hintereinander angeordnete Einzelablenker 77 und 79 umfasst, welche jeweils eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung um den Teilchenstrahl 13 verteilt angeordnete Ablenkelemente 81 aufweisen. Die Ablenkelemente 81 können durch Elektroden und/oder Spulen gebildet sein, deren Erregung durch Spannungs- bzw. Stromquellen 83 bereitgestellt wird, welche von der Steuerung 15 über Leitungen 82 gesteuert werden. Jeder Einzelablenker 77, 79 des Doppelablenkers 75 ist dazu konfiguriert, den den jeweiligen Einzelablenker durchsetzenden Teilchenstrahl 13 in eine einstellbare Richtung und um einen einstellbaren Winkel abzulenken. Sind die Ablenkelemente 81 eines Einzelablenkers 77, 79 beispielsweise Elektroden, so können hierzu beispielsweise vier in Umfangsrichtung um den Teilchenstrahl 13 verteilt angeordnete Elektroden vorgesehen sein. Sind die Ablenkelemente 81 beispielsweise Spulen, so können beispielsweise acht in Umfangsrichtung um den Teilchenstrahl 13 angeordnete Spulen vorgesehen sein.
Die Ablenkeinrichtung 75 kann dazu verwendet werden, den Teilchenstrahl 13 zu justieren, d. h. den Strahl vor dem Durchlaufen der Objektivlinse 35 so auszurichten, dass der Strahl an dem Objekt 37 durch die Objektivlinse 35 möglichst gut fokussiert werden kann. Beispielsweise können die Erregungen der Ablenkeinrichtung 75 so eingestellt werden, dass der Teilchenstrahl 13 eine Hauptebene der Objektivlinse 35 auf einer optischen Achse in der Objektivlinse 35 durchsetzt.
Das Teilchenstrahlmikroskopiesystem 1 umfasst ferner einen Stigmator 85, welcher eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung um den Teilchenstrahl 13 verteilt angeordnete Stigmatorelemente 86 umfasst, deren Erregung von einer Treiberschaltung 87 bereitgestellt wird, die von der Steuerung 15 über eine Steuerleitung 88 kontrolliert wird. Der Stigmator 85 ist dazu konfiguriert, ein elektrisches oder magnetisches Quadrupolfeld bereitzustellen, dessen Stärke und Orientierung einstellbar ist.
Mit dem Teilchenstrahlmikroskopiesystem 1 aufgenommene Bilder können auf einem Bildschirm 76 dargestellt werden. Der Benutzer des Teilchenstrahlmikroskopiesystems 1 kann dieses und insbesondere den Beginn des Fokussierungsverfahrens durch Bedienelemente, wie etwa einer Tastatur 69 und einer Maus 71, einer Benutzerschnittstelle, die auf dem Bildschirm dargestellt wird, steuern.
2 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Bildversatzes, der bei Fokusänderungen bei dem Teilchenstrahlmikroskopiesystem der 1 auftreten kann.
Wie vorangehend beschrieben, ist es während des Betriebs des Teilchenstrahlmikroskopiesystems gelegentlich notwendig, die Fokussierung zu ändern. Die Notwendigkeit tritt beispielsweise dann auf, wenn das zu untersuchende Objekt 37 durch die Objekthalterung 51 relativ zu der Objektivlinse 35 lateral verlagert wurde. Aufgrund von Unebenheiten des Objekts 37 und/oder Unzulänglichkeiten bei der lateralen Verlagerung der Objekthalterung 51 kann die Situation entstehen, dass der Teilchenstrahl 13 nicht mehr perfekt an der Oberfläche des Objekts 37 fokussiert ist und das Bild unscharf wird. Entsprechend wird die Fokussierung der Objektivlinse 35 solange geändert, bis das Bild wieder scharf ist.
In 2 repräsentiert ein in durchgezogener Linie gezeichnetes Rechteck 101 das teilchenmikroskopische Bild, wie es mit einer eingestellten ersten Fokussierung, vor Änderung der Fokussierung, aufgenommen wurde. Das Bild wird erzeugt, indem der Teilchenstrahl über einen Bereich des Objekts gescannt wird, dessen linker Rand in 2 mit x₀ bezeichnet ist, dessen rechter Rand in 2 mit x₁ bezeichnet ist, dessen unterer Rand in 2 mit y₀ und dessen oberen Rand in 2 mit y₁ bezeichnet ist. Das Abscannen dieses Bereichs wird erreicht, indem die der Ablenkeinrichtung 57 zugeführten Erregungen variiert werden. Beispielsweise wird der Teilchenstrahl 13 auf den linken Rand x₀ am Objekt 37 gerichtet, wenn dem Ablenkelement der Ablenkeinrichtung 57 zur Erzeugung der Ablenkung in x-Richtung ein Strom von beispielsweise -100 µA zugeführt wird, während der Strahl auf den rechten Rand x₁ gerichtet wird, wenn diesem Ablenkelement ein Strom von beispielsweise + 100 µA zugeführt wird. Ähnlich wird der Teilchenstrahl 13 auf den unteren Rand y₀ am Objekt 37 gerichtet, wenn dem Ablenkelement der Ablenkeinrichtung 57 zur Erzeugung der Ablenkung in y-Richtung ein Strom von beispielsweise -75 µA zugeführt wird, während der Strahl auf den oberen Rand y₁ gerichtet wird, wenn diesem Ablenkelement ein Strom von beispielsweise +75 µA zugeführt wird. Die hier angegebenen Werte für die dem Ablenkelement zugeführten Ströme sind lediglich Beispiele. Tatsächlich sind diese Ströme abhängig von der zu erreichenden Vergrößerung des Mikroskops. Bei einer kleineren zu erreichenden Vergrößerung kann der Strom zur Erzeugung der Ablenkung in x-Richtung zum Beispiel zwischen -1 A und +2 A variiert werden.
In dem bei der ersten Fokussierung aufgenommenen Bild 101 sind Darstellungen von Strukturen 103 des Objekts 37 erkennbar. Wenn der Benutzer der Auffassung ist, dass die Darstellung dieser Strukturen 103 unscharf ist und durch Änderung der Fokussierung eine schärfere Darstellung erreicht werden könnte, wird er die Erregung der Objektivlinse 37 versuchsweise ändern. Ein mit gestrichelten Linien dargestelltes Rechteck 105 in 2 repräsentiert das aufgenommene und dargestellte teilchenmikroskopische Bild nach der Änderung der Fokussierung von der ersten Fokussierung auf eine hiervon verschiedene zweite Fokussierung. Aufgrund der nicht perfekten Justage des Teilchenstrahlmikroskopiesystems vor der Änderung der Fokussierung, führt die Änderung der Fokussierung nicht nur dazu, dass sich aufgrund der Änderung der Fokussierung die Schärfe der dargestellten Strukturen 103 ändert. Die Änderung der Fokussierung führt auch dazu, dass ein Bildversatz zwischen den Bildern 101 und 105 auftritt. Der Bildversatz ist in 2 durch einen Vektor $\vec{V}$
repräsentiert und kann, bei bekannter Vergrößerung des Bildes 101 in zum Beispiel der Längeneinheit Meter am Objekt angegeben werden.
Der Benutzer führt die Änderung der Fokussierung zu dem Zweck durch, um die Schärfe der Darstellung der Strukturen 103 zu verbessern. Hierzu muss er die vor der Änderung der Fokussierung dargestellten Strukturen 103 mit den nach der Änderung der Fokussierung dargestellten Strukturen 103 vergleichen. In dem in 2 zur Erläuterung des Bildversatzes dargestellten Beispiel sind die Strukturen 103 in dem vor der Änderung der Fokussierung aufgenommenen Bild 101 in etwa in der Mitte dargestellt, während sie in dem nach der Änderung der Fokussierung aufgenommenen Bild 105 in der rechten oberen Ecke des Bildes dargestellt sind und teilweise in dem Bild 105 gar nicht mehr sichtbar sind. Aufgrund dieser Verlagerung der dargestellten Strukturen 103 in den Bildern ist es für den Benutzer schwierig, eine Verbesserung der Bildschärfe zwischen den Änderungen der Fokussierung zu beurteilen.
Bei der Aufnahme des Bildes 105 nach der Änderung der Fokussierung wird die Ablenkeinrichtung 57 genauso erregt wie bei der Aufnahme des Bildes 101 vor der Änderung der Fokussierung. Aufgrund des Bildversatzes liegt der linke Rand am Objekt 37 bei $x_{0}^{'},$
der rechte Rand bei $x_{1}^{'},$
der untere Rand bei $y_{0}^{'}$
und der obere Rand bei $y_{1}^{'}$
am Objekt. Bei bekannter Vergrößerung kann durch Messung herausgefunden werden, dass die Verlagerung $\vec{V}$
beispielsweise -50 nm in x-Richtung und -10 nm in y-Richtung beträgt. Gemäß dem hier beschriebenen Verfahren kann der Bildversatz $\vec{V}$
vermieden werden, wenn der Bereich, in dem die Erregungen der Ablenkeinrichtung 57 beim Abscannen des Objekts variiert werden, geändert wird, um nach der Änderung der Fokussierung ein Bild 107 aufzunehmen, das in 2 durch ein gestricheltes Rechteck dargestellt ist und am Objekt 37 im Wesentlichen mit dem Bild 101 vor der Änderung der Fokussierung zusammenfällt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass unter Annahme der oben genannten beispielhaften Erregungen der Ablenkelemente der Ablenkeinrichtung 57 das Ablenkelement zur Erzeugung der Ablenkung in x-Richtung mit-50 µA erregt wird, um den Strahl auf den linken Rand x₀ zu richten, und mit + 150 µA erregt wird, um den Teilchenstrahl auf den rechten Rand x₁ zu richten. Entsprechend kann das Ablenkelement zur Erzeugung der Ablenkung in y-Richtung mit-65 µA erregt werden, um den Strahl auf den unteren Rand y₀ zu richten, und es kann mit +85 µA erregt werden, um den Teilchenstrahl auf den oberen Rand y₁ zu richten.
Bei Kenntnis der Verlagerung $\vec{V},$
die pro Änderung der Erregung der Objektivlinse erzeugt wird, kann diese Änderung des Bereichs, in dem die Erregung der Ablenkeinrichtung 57 zur Aufnahme eines Bildes geändert wird, automatisch durchgeführt werden, um den durch die Änderung der Fokussierung eigentlich hervorgerufenen Bildversatz zu kompensieren. Dadurch wird es für den Benutzer einfacher, den Erfolg der Änderung der Fokussierung an den in dem Bild dargestellten Strukturen 105 des Objekts 37 zu beurteilen, da diese Strukturen zum Beispiel auf einem Monitor zur Darstellung der Bilder 101 und 107 ortsfest bleiben.
Das vorangehend beschriebene Verfahren wird nachfolgend anhand der 3 nochmals zusammenfassend erläutert. In einem Schritt 131. wählt der Benutzer eine Einstellung für einen Bereich, in dem die Erregung der Ablenkeinrichtung 57 zur Aufnahme eines Bildes variiert wird, und eine erste Einstellung der Fokussierung aus. In einem Schritt 133 wird ein Bild 101 aufgenommen und dargestellt. Der Benutzer beurteilt die Darstellung hinsichtlich ihrer Schärfe. Wenn er nicht zufrieden ist, ändert er in einem Schritt 135 die Fokussierung, indem er eine zweite Fokussierung einstellt. Um den sich mit der Änderung der Fokussierung eigentlich einstellenden Bildversatz zu kompensieren, wird in einem Schritt 137 der Bereich, in dem die Erregungen der Ablenkeinrichtung 57 zur Aufnahme des Bildes variiert werden, geändert. Die Änderung basiert auf dem Wert der ersten Erregung der Objektivlinse vor der Fokusänderung, dem Wert der zweiten Erregung der Objektivlinse nach der Fokusänderung und einem Maschinenparameter. Der Maschinenparameter repräsentiert insbesondere den Bildversatz $\vec{V},$
der pro Änderung der Fokussierung erzeugt wird, wenn der Bildversatz nicht kompensiert wird.
Das Verfahren kehrt dann zu dem Schritt 133 zurück, in dem ein neues Bild aufgenommen und dargestellt wird. Der Benutzer kann dann entscheiden, ob weitere Fokusänderungen vorgenommen werden und die Schleife aus den Schritten 135, 137 und 133 erneut durchlaufen wird, oder ob das Verfahren beendet wird.
Ein Verfahren zum Bestimmen des in dem Schritt 137 der 3 verwendeten Maschinenparameters wird nachfolgend anhand der 4 erläutert. In einem Schritt 151 wird der Scanbereich zur Aufnahme eines Bildes eingestellt, indem der Bereich, in welchem die Erregungen der Ablenkeinrichtung 57 zur Aufnahme des Bildes variiert werden, eingestellt wird. Ferner wird in den Schnitt 151 eine Erregung der Objektivlinse auf einen ersten Wert eingestellt um eine gegebene Fokussierung zu erreichen. Daraufhin wird in einem Schritt 153 ein erstes Bild aufgenommen und gespeichert. In einem Schritt 155 wird die Erregung der Objektivlinse um einen bestimmten Betrag geändert, woraufhin in einem Schritt 157 ein zweites Bild aufgenommen wird. In einem Schritt 159 wird der Bildversatz zwischen dem in Schritt 153 aufgenommenen ersten Bild und dem in Schritt 157 aufgenommenen zweiten Bild bestimmt. Der Bildversatz kann beispielsweise in Metern am Objekt in x- und y-Richtung bestimmt werden. In einem Schritt 161 wird dann der Maschinenparameter aus dem Bildversatz und der in dem Schritt 151 eingestellten ersten Erregung der Objektivlinse und der in dem Schritt 155 eingestellten zweiten Erregung der Objektivlinse bestimmt. Der in dem Schritt 161 der 4 bestimmte Maschinenparameter kann insbesondere bestimmt werden, indem der in Schritt 159 bestimmte Bildversatz, gemessen in Meter, durch die Änderung der Erregung der Objektivlinse zwischen den Schritten 151 und 155, gemessen in Ampere, geteilt wird.
Der Bildversatz kann mit bekannten Methoden der Bildverarbeitung, wie beispielsweise Kreuzkorrelation bestimmt werden.
Vor dem genauen Einstellen der Fokussierung mit dem anhand der 4 erläuterten Verfahren kann das Teilchenstrahlmikroskop justiert werden, indem die Ablenkeinrichtung 75 so erregt wird, dass der Teilchenstrahl 13 relativ zu der Objektivlinse 35 im Hinblick auf eine möglichst gute Fokussierung ausgerichtet wird. Hierzu kann ein geeignetes bekanntes Verfahren angewendet werden, welches beispielsweise ein sogenanntes „Wobbeln“ des Teilchenstrahls ausgeführt wird. Ein weiteres Beispiel eines geeigneten Verfahrens ist in der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2020 132 581.9 bekannt.
Das Verfahren der 4 zur Bestimmung eines aktuellen Maschinenparameters kann automatisch in regelmäßigen Abständen ausgeführt werden. Ferner ist es möglich, dass das Verfahren der 4 für verschiedene Einstellungen des Teilchenmikroskopiesystems 1 vorgenommen wird und der jeweils ermittelte Maschinenparameter zusammen mit den Einstellungen abgespeichert wird. Nachfolgend kann dann zu verschiedenen Einstellungen des Teilchenmikroskopiesystems, die der Benutzer vornimmt, anhand der Einstellungen der jeweils passende oder den Einstellungen am nächsten kommende zuvor bestimmte Maschinenparameter verwendet werden, um Bildversätze bei Änderung der Fokussierung zu kompensieren.
In den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen wird die Änderung der Fokussierung durch eine Änderung der Erregung der Objektivlinse herbeigeführt. Es ist jedoch zusätzlich oder alternativ möglich, die Änderung der Fokussierung durch Ändern einer Hochspannung zum Beschleunigen der Teilchen des Teilchenstrahls herbeizuführen. Beispielsweise kann hierzu die an die Anode 11 angelegte Beschleunigungsspannung geändert werden. Der vorangehend beschriebene Maschinenparameter repräsentiert insbesondere den Bildversatz $\vec{V},$
der pro Änderung der Hochspannung erzeugt wird, wenn der Bildversatz nicht kompensiert wird.
In den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen ist das Teilchenstrahlgerät ein Elektronenmikroskop. Die Erfindung ist jedoch auch auf andere Teilchenstrahlgeräte anwendbar. Beispiele hierfür sind: Ein Ionenstrahlgerät, eine Kombination aus einem Ionenstrahlgerät und einem Elektronenstrahlgerät, bei welchem ein Ort einem Objekt sowohl mit einem von dem Ionenstrahlgerät erzeugten Ionenstrahl als auch mit einem von dem Elektronenstrahlgerät bestrahlt werden kann. Das Teilchenstrahlgerät kann ferner auch ein Vielstrahl-Teilchenstrahlgerät sein, bei dem eine Mehrzahl von Teilchenstrahlen parallel nebeneinander auf ein Objekt gerichtet wird.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Teilchenstrahlmikroskopiesystems, wobei das Teilchenstrahlmikroskopiesystem umfasst: eine Teilchenstrahlquelle (3) zur Erzeugung eines Teilchenstrahls (13); eine Objektivlinse (35) zum Fokussieren des Teilchenstrahls auf ein Objekt (37); und eine erste Ablenkeinrichtung (57) zum Scannen des Teilchenstrahls über das Objekt; wobei das Teilchenstrahlmikroskopiesystem dazu konfiguriert ist, teilchenmikroskopische Bilder aufzunehmen, indem der Teilchenstrahl mittels der ersten Ablenkeinrichtung über das Objekt gescannt wird, wobei Erregungen der ersten Ablenkeinrichtung innerhalb eines Bereichs variiert werden; wobei das Verfahren umfasst: Aufnehmen eines ersten teilchenmikroskopischen Bildes (101) bei einer gegebenen ersten Fokussierung und Variation der Erregungen der ersten Ablenkeinrichtung innerhalb eines gegebenen ersten Bereichs; Ändern der Fokussierung auf eine zweite Fokussierung; Bestimmen eines zweiten Bereichs von Erregungen der ersten Ablenkeinrichtung basierend auf dem ersten Bereich, der ersten Fokussierung, der zweiten Fokussierung und einem zuvor bestimmten Maschinenparameter; und Aufnehmen eines zweiten teilchenmikroskopischen Bildes (105) bei der zweiten Fokussierung und Variation der Erregungen der ersten Ablenkeinrichtung innerhalb des bestimmten zweiten Bereichs; wobei der zweite Bereich von Erregungen so bestimmt wird, dass ein in dem zweiten teilchenmikroskopischen Bild dargestellter Bereich (103) des Objekts auch in dem ersten teilchenmikroskopischen Bild dargestellt war.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Maschinenparameter eine Größe eines Bildversatzes pro Änderung der Fokussierung repräsentiert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Bestimmen des zweiten Bereichs von Erregungen ein Bestimmen eines erwarteten Bildversatzes basierend auf der ersten Fokussierung, der zweiten Fokussierung und dem Maschinenparameter umfasst, und wobei das Bestimmen des zweiten Bereichs von Erregungen der ersten Ablenkeinrichtung auf dem ersten Bereich von Erregungen der ersten Ablenkeinrichtung und dem bestimmten Bildversatz basiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Ändern der Fokussierung ein Ändern einer Erregung der Objektivlinse umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Maschinenparameter eine Größe eines Bildversatzes pro Erregungsänderung der Objektivlinse repräsentiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Ändern der Fokussierung ein Ändern einer Hochspannung zum Beschleunigen der Teilchen des Teilchenstrahls umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Maschinenparameter eine Größe eines Bildversatzes pro Spannungsänderung der Hochspannung repräsentiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend Bestimmen des Maschinenparameters, wobei das Bestimmen des Maschinenparameters umfasst: Aufnehmen von zwei teilchenmikroskopischen Bildern bei verschiedenen Fokussierungen; Bestimmen eines Bildversatzes $(\vec{V})$
zwischen den zwei teilchenmikroskopischen Bildern aus den zwei teilchenmikroskopischen Bildern; und Bestimmen des Maschinenparameters basierend auf dem bestimmten Bildversatz und einer Differenz zwischen den zwei verschiedenen Fokussierungen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Objektivlinse ein fokussierendes magnetisches Feld bereitstellt, und wobei das Ändern der Fokussierung ein Ändern eines einer Spule der Objektivlinse zugeführten elektrischen Stromes umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Objektivlinse ferner ein fokussierendes elektrostatisches Feld bereitstellt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Teilchenstrahlmikroskopiesystem ferner eine zweite Ablenkeinrichtung (75) zum Verlagern des Teilchenstrahls innerhalb der Objektivlinse umfasst, und wobei das Verfahren ferner umfasst: Einstellen der Erregungen der zweiten Ablenkeinrichtungen derart, dass der Teilchenstrahl die Objektivlinse im Wesentlichen zentral durchsetzt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Einstellen der Erregungen der zweiten Ablenkeinrichtungen umfasst: Aufnehmen von zwei teilchenmikroskopischen Bildern bei verschiedenen Fokussierungen des Teilchenstrahlmikroskopiesystems; Bestimmen eines Bildversatzes zwischen den zwei teilchenmikroskopischen Bildern aus den zwei teilchenmikroskopischen Bildern; und Einstellen der Erregungen der zweiten Ablenkeinrichtungen derart, dass der bestimmte Bildversatz im Wesentlichen Null ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die zwei verschiedenen Fokussierungen durch Ändern einer kinetischen Energie der Teilchen des Teilchenstrahls beim Durchsetzen der Objektivlinse eingestellt werden.
Teilchenstrahlmikroskopiesystem, welches dazu konfiguriert ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 auszuführen.
Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei Ausführung durch eine Steuerung (15) eines Teilchenstrahlmikroskopiesystems (1) dieses Veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 auszuführen.