DE102021125639A1

DE102021125639A1 - Teilchenstrahlsystem

Info

Publication number: DE102021125639A1
Application number: DE102021125639.9A
Authority: DE
Inventors: Gero Walter; Holger Dömer; Wolfgang Berger
Original assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2021-10-04
Filing date: 2021-10-04
Publication date: 2023-04-06
Also published as: US20230109124A1; CN115931940A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Teilchenstrahlsystem, welches eine Teilchenstrahlsäule, ein Detektionssystem 40 und eine Steuerung 30 umfasst. Die Teilchenstrahlsäule ist konfiguriert, einen Teilchenstrahl zu erzeugen und auf eine Probe zu richten, wodurch geladene Teilchen 41 von der Probe emittiert werden. Das Detektionssystem 40 dient zum Detektieren der geladenen Teilchen 41 und umfasst eine Elektrode E, welche die geladenen Teilchen 41 beschleunigen kann, eine Potentialquelle 42, welche ein einstellbares elektrisches Potential an die Elektrode E anlegt, einen Szintillator 43 und einen Lichtdetektor 44, welcher ein Detektionssignal ausgibt. Die Steuerung 30 steuert die Potentialquelle 42 und ist konfiguriert, das Potential basierend auf dem Detektionssignal so zu ändern, dass der Szintillator 43 außerhalb seiner Sättigung arbeitet und dass der Lichtdetektor 44 außerhalb seiner Sättigung arbeitet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Teilchenstrahlsystem mit einem Detektionssystem zum Detektieren von geladenen Teilchen, die durch Wechselwirkung eines Teilchenstrahls mit einer Probe von der Probe emittiert werden. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Elektronenstrahlsystem mit einem Detektionssystem zum Detektieren von Elektronen, die durch Wechselwirkung eines Elektronenstrahls mit einer Probe von der Probe emittiert werden.
EP 2 487 703 A1 offenbart ein herkömmliches Detektionssystem, welches in einem Teilchenstrahlmikroskop verwendet wird. Das Detektionssystem umfasst einen Szintillator, einen an den Szintillator angeschlossenen Lichtleiter und einen an den Lichtleiter angeschlossenen Lichtdetektor. Der Szintillator emittiert infolge von auf den Szintillator treffenden geladenen Teilchen (insbesondere Elektronen) Licht, welches dem Lichtdetektor durch den Lichtleiter zugeführt wird. Der Lichtdetektor detektiert das Licht und gibt ein Detektionssignal aus, welches das detektierte Licht repräsentiert. Der Lichtdetektor verstärkt das Licht mit einem einstellbaren Verstärkungsfaktor. Der Verstärkungsfaktor wird so eingestellt, dass der Lichtdetektor unterhalb seiner Sättigungsgrenze arbeitet.
Das herkömmliche Detektionssystem ist fähig, eine Stromstärke eines aus den zu detektierenden geladenen Teilchen gebildeten elektrischen Stroms durch das Detektionssignal anzugeben. Der Bereich der Stromstärke des elektrischen Stroms, in welchem das Detektionssystem außerhalb seiner Sättigung arbeitet, wird als Eingangsdynamik des Detektionssystems bezeichnet. Der Verstärkungsfaktor bewirkt eine erhöhte Eingangsdynamik, denn bei einer erhöhten Stromstärke des zu detektierenden Stroms von geladenen Teilchen kann der Verstärkungsfaktor reduziert werden, um das Detektionssignal unterhalb der Sättigungsgrenze zu halten.
Die Konfiguration des herkömmlichen Detektionssystems ist jedoch nicht fähig, sehr große Stromstärken des Stroms der zu detektierenden geladenen Teilchen ausreichend genau zu detektieren, selbst wenn der Verstärkungsfaktor reduziert wird. Entsprechend ist die Dynamik der Bildgebung bei sehr hohen Stromstärken des Stroms der zu detektierenden geladenen Teilchen in einem Teilchenstrahlmikroskop eingeschränkt. Dies führt unter anderem zu reduzierten Bildkontrasten, Nichtlinearitäten in der Abbildungscharakteristik, aber auch zu zeitlichen Signalverschmierungen und damit im Bild verschmierten Konturen und Geisterbildern.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Teilchenstrahlsystem vorzuschlagen, welches fähig ist, die vorgenannten Nachteile zu mindern.
Die Aufgabe wird durch das Teilchenstrahlsystem gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Das erfindungsgemäße Teilchenstrahlsystem umfasst: eine Teilchenstrahlsäule, welche konfiguriert ist, einen Teilchenstrahl zu erzeugen und auf eine Probe zu richten, wodurch von der Probe geladene Teilchen emittiert werden; ein Detektionssystem zum Detektieren der geladenen Teilchen, wobei das Detektionssystem eine Elektrode, eine Potentialquelle, einen Szintillator und einen Lichtdetektor umfasst, wobei die Potentialquelle konfiguriert ist, ein einstellbares elektrisches Potential an die Elektrode anzulegen, wodurch die geladenen Teilchen zu dem Szintillator beschleunigt werden können, wobei der Szintillator konfiguriert ist, durch Wechselwirkung der geladenen Teilchen mit dem Szintillator Licht zu emittieren, und wobei der Lichtdetektor konfiguriert ist, das von dem Szintillator emittierte Licht zu detektieren und ein dem detektierten Licht entsprechendes Detektionssignal auszugeben; und eine Steuerung, welche die Potentialquelle steuert und konfiguriert ist, das Potential so zu ändern, dass der Szintillator außerhalb seiner Sättigung arbeitet und dass der Lichtdetektor außerhalb seiner Sättigung arbeitet.
Die Elektrode bewirkt durch das an sie angelegte einstellbare elektrische Potential eine einstellbare Beschleunigung für geladene Teilchen. Hierdurch ist die dem Szintillator zugeführte Stromstärke eines elektrischen Stroms aus zu detektierenden geladenen Teilchen einstellbar, wodurch ein großer Eingangsdynamikbereich realisiert werden kann. Dieser Prozess funktioniert im Detail wie folgt:

Durch die Elektrode werden die geladenen Teilchen zu der Elektrode variabel einstellbar beschleunigt, wodurch die kinetische Energie der auf den Szintillator treffenden geladenen Teilchen variabel einstellbar ist. Die kinetische Energie eines auf den Szintillator treffenden geladenen Teilchens bestimmt maßgeblich die Anzahl von Photonen, die durch den Szintillator aus diesem Teilchen erzeugt und von dem Szintillator emittiert werden. Das bedeutet, dass die kinetische Energie der auf den Szintillator treffenden geladenen Teilchen maßgeblich die Anzahl der durch den Szintillator aus diesen Teilchen erzeugten und emittierten Photonen bestimmt. Aufgrund des einstellbaren elektrischen Potentials ist dieses Umwandlungsverhältnis von erzeugten Photonen je geladenem Teilchen einstellbar.

Durch die Elektrode werden die geladenen Teilchen zu der Elektrode gelenkt, d. h. eine Änderung der Trajektorie der geladenen Teilchen, was eine Erhöhung der auf den Szintillator treffenden geladenen Teilchen bewirkt. Aufgrund des einstellbaren Potentials ist die Erhöhung jedoch einstellbar.
In einem ersten Betriebsmodus ist die Probe in einem Hochvakuum. Das Hochvakuum wird in einer Vakuumkammer erzeugt, in welcher die Probe angeordnet ist. Hochvakuum bedeutet beispielsweise, dass in der Vakuumkammer ein Druck von höchstens 0,1 Pascal vorliegt. Im ersten Betriebsmodus kollidieren von der Probe ausgehende Teilchen, die durch Wechselwirkung mit dem Teilchenstrahl und der Probe erzeugt werden, auf ihrem Weg zum Szintillator aufgrund des Hochvakuums in einem nicht-signifikanten Ausmaß mit Gasteilchen in der Vakuumkammer. Geladene Teilchen oder Strahlung, die durch Kollisionen der von der Probe ausgehende Teilchen auf ihrem Weg zum Szintillator durch Wechselwirkung mit dem Gas in der Vakuumkammer erzeugt werden, tragen daher zu einem vernachlässigbaren Grad zu dem Detektionssignal bei.
In einem zweiten Betriebsmodus ist die Probe nicht in einem Hochvakuum, sondern ist in einer Gasumgebung. Gasumgebung bedeutet beispielsweise, dass in der Vakuumkammer, in welcher die Probe angeordnet ist, ein Druck von mindestens 1 Pascal vorliegt. Im zweiten Betriebsmodus kollidieren von der Probe ausgehende Teilchen, die durch Wechselwirkung mit dem Teilchenstrahl und der Probe erzeugt werden, auf ihrem Weg zum Szintillator aufgrund der Gasumgebung in einem signifikanten Ausmaß mit Gasteilchen in der Vakuumkammer.
Hierdurch erzeugte geladene Teilchen (Stoßionisierung) werden wiederum von der Elektrode des Detektionssystems beschleunigt und können ihrerseits wieder mit Gasteilchen in der Vakuumkammer kollidieren, wodurch eine Kaskade von Stoßionisierungen ausgelöst werden kann. Hierdurch kann die Anzahl der auf den Szintillator treffenden geladenen Teilchen stark erhöht werden. Aufgrund des einstellbaren Potentials ist die Erhöhung jedoch einstellbar.
Neben geladenen Teilchen kann bei derartigen Stoßprozessen auch Strahlung in Form von Licht erzeugt werden. Wenn es den Lichtdetektor erreicht, wird es von dem Lichtdetektor detektiert und erhöht auf diese Weise das Detektionssignal. Aufgrund des einstellbaren Potentials ist die Erhöhung jedoch einstellbar.
Das Gas in der Vakuumkammer kann Luft oder ein speziell zugeführtes Gas (beispielsweise Stickstoff, Wasserdampf oder dergleichen) sein. Der Druck in der Vakuumkammer kann beispielsweise durch eine Vakuumpumpe und/oder ein Gaszuführungssystem eingestellt werden. Die Vakuumpumpe und das Gaszuführungssystem können von der Steuerung gesteuert werden.
Der Lichtdetektor kann beispielsweise ein Lichtdetektor gemäß einem der folgenden Typen sein: Photomultiplier (PMT), Silizium-Photomultiplier (SiPM), Avalanch-Photodetektor geringer Verstärkung (LGAD), Avalanch-Photodiode (APD), Photodiode (PN), PIN-Photodiode, Mikrokanalplatte (MCP) und dergleichen.
Die Steuerung stellt das an die Elektrode angelegte elektrische Potential so sein, dass weder der Szintillator noch der Lichtdetektor in Sättigung arbeiten. Sättigung ist beispielsweise wie folgt definiert: Ein Gerät, welches ein Ausgabesignal (beispielsweise emittiertes Licht, Detektionssignal, etc.) in Abhängigkeit eines Eingabesignals (beispielsweise geladene Teilchen, Licht, etc.) erzeugt, hat einen Arbeitsbereich, in welchem eine Änderung des Eingabesignals zu einer Änderung des Ausgabesignals führt, und einen Sättigungsbereich, in welchem eine Änderung des Eingabesignals nicht mehr zu einer Änderung des Ausgabesignals oder nur noch zu einer gegenüber der Änderung im Arbeitsbereich deutlich kleineren Änderung führt. Der Arbeitsbereich legt die Eingangsdynamik fest. Im Sättigungsbereich bildet das Ausgabesignal das Eingabesignal nicht mehr eindeutig ab. Das Gerät arbeitet außerhalb seiner Sättigung, wenn es im Arbeitsbereich arbeitet, und arbeitet in Sättigung, wenn es im Sättigungsbereich arbeitet.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird erreicht, dass weder der Szintillator noch der Lichtdetektor in Sättigung arbeiten, indem das Detektionssignal dazu verwendet wird, das an die Elektrode angelegte elektrische Potential einzustellen und/oder zu ändern. Beispielsweise prüft die Steuerung basierend auf dem Detektionssignal, ob ein vordefiniertes Kriterium erfüllt ist oder nicht, wobei das Ergebnis der Prüfung angibt, ob das Detektionssystem außerhalb seiner Sättigung arbeitet oder nicht oder nahe seiner Sättigung. Die Steuerung ändert dann das an die Elektrode angelegte elektrische Potential, wenn das Ergebnis der Prüfung angibt, dass das Detektionssystem in Sättigung oder nahe seiner Sättigung arbeitet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird erreicht, dass weder der Szintillator noch der Lichtdetektor in Sättigung arbeiten, indem das Potential basierend auf Anwendungsdaten eingestellt und/oder geändert wird, wobei die Anwendungsdaten in einem Datenspeicher gespeichert sind und eine Information über die Probe und/oder eine Information über eine Einstellung von mindestens einem Betriebsparameter der Teilchenstrahlsäule angeben. Beispielsweise bestimmt die Steuerung basierend auf den Anwendungsdaten einen Erwartungswert, welcher einen zu erwartenden Strom der geladenen Teilchen angibt, und stellt das Potential so ein, dass der Erwartungswert eine vordefinierte Bedingung erfüllt, gemäß welcher weder der Szintillator noch der Lichtdetektor in Sättigung arbeiten.
Figurenliste

1 zeigt eine beispielhafte Konfiguration eines Teilchenstrahlsystems.
2 zeigt eine beispielhafte Konfiguration eines Detektionssystems.
3A bis 3C zeigen einen beispielhaften ersten Prozess zum Ändern eines an eine Elektrode angelegten elektrischen Potentials.
4 zeigt einen beispielhaften zweiten Prozess zum Ändern des an die Elektrode angelegten elektrischen Potentials.
5 zeigt einen beispielhaften dritten Prozess zum Ändern des an die Elektrode angelegten elektrischen Potentials.
6 zeigt eine weitere beispielhafte Konfiguration eines Detektionssystems.
7 zeigt eine weitere beispielhafte Konfiguration eines Detektionssystems.
8 zeigt eine weitere beispielhafte Konfiguration eines Detektionssystems in einem Teilchenstrahlsystem.
9 zeigt noch eine weitere beispielhafte Konfiguration eines Detektionssystems in einem Teilchenstrahlsystem.
10 zeigt eine beispielhafte Konfiguration einer Steuerung.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.
1 zeigt ein beispielhaftes Teilchenstrahlsystem 1, welches zur Durchführung der hierin beschriebenen Verfahren und Prozesse, insbesondere zur Analyse und/oder Bearbeitung einer Probe 3 geeignet ist.
Das Teilchenstrahlsystem 1 umfasst eine Teilchenstrahlsäule 10. Die Teilchenstrahlsäule 10 umfasst eine Teilchenquelle 11, welche dazu konfiguriert ist, einen Teilchenstrahl 2 aus geladenen Teilchen zu erzeugen. Der Teilchenstrahl 2 wird beispielsweise aus Elektronen oder Ionen gebildet.
Die Teilchenstrahlsäule 10 umfasst ferner eine Beschleunigungselektrode 13, an welche ein elektrisches Potential angelegt werden kann, um die Teilchen des Teilchenstrahls 2 auf eine vorbestimmte kinetische Energie zu beschleunigen.
Die Teilchenstrahlsäule 10 umfasst ferner ein Strahlrohr 15, welches stromabwärts der Beschleunigungselektrode 13 angeordnet ist. Die von der Beschleunigungselektrode 13 beschleunigten Teilchen des Teilchenstrahls 2 verlaufen in dem Strahlrohr 15 und treten an einer Öffnung 17 aus dem Strahlrohr 15 und der Teilchenstrahlsäule 10 aus. An das Strahlrohr 15 kann ein elektrisches Potential angelegt werden.
Die Teilchenstrahlsäule 10 umfasst ferner eine teilchenoptische Linse 19 (Objektivlinse), welche geeignet ist, den Teilchenstrahl 2 auf die Probe 3 zu fokussieren. Die teilchenoptische Linse 19 ist beispielsweise als magnetische Linse ausgebildet. Die teilchenoptische Linse 19 ist ein Beispiel einer Komponente zum Manipulieren des Teilchenstrahls 2.
Die Teilchenstrahlsäule 10 umfasst ferner ein Ablenksystem 21, welches geeignet ist, den Teilchenstrahl 2 abzulenken, so dass der Teilchenstrahl 2 auf verschiedene Orte der Oberfläche der Probe 3 gerichtet werden kann. Das Ablenksystem 21 kann dazu geeignet sein, den Teilchenstrahl 2 entlang zweier senkrecht zueinander orientierter Richtungen abzulenken, die jeweils wiederum senkrecht zu einer Zentralachse 23 der teilchenoptischen Linse 19 orientiert sind. Das Ablenksystem 21 ist ein Beispiel einer Komponente zum Manipulieren des Teilchenstrahls 2.
Das Teilchenstrahlsystem 1 umfasst ferner eine Vakuumkammer 25. Die Vakuumkammer 25 weist eine Kammerwand 27 auf, die die Vakuumkammer 25 räumlich begrenzt. In der Vakuumkammer 25 kann ein Vakuum erzeugt werden. Die Vakuumkammer 25 ist mit der Teilchenstrahlsäule 10 an der Öffnung 17 verbunden, durch welche der Teilchenstrahl 2 in die Vakuumkammer 25 eintreten kann.
In der Vakuumkammer 25 ist ein Probentisch 4 angeordnet. Der Probentisch 4 dient dazu, die Probe 3 zu tragen, räumlich zu positionieren und zu orientieren.
Das Teilchenstrahlsystem 1 umfasst ferner eine Steuerung 30, welche dazu konfiguriert ist, die Komponenten des Teilchenstrahlsystems 1 zu steuern. Insbesondere ist die Steuerung 30 dazu konfiguriert, die Teilchenstrahlsäule 10 zu steuern. Insbesondere ist die Steuerung 30 dazu konfiguriert, die Teilchenquelle 11, das an die Beschleunigungselektrode 13 angelegte elektrische Potential, das an das Strahlrohr 15 angelegte elektrische Potential, die teilchenoptische Linse 19 und das Ablenksystem 21 zu steuern. Der Probentisch 4 kann durch die Steuerung 30 gesteuert werden, so dass die Steuerung 30 die Probe 3 räumlich positionieren und orientieren kann.
Das Teilchenstrahlsystem 1 umfasst ferner einen Datenspeicher 31, welcher konfiguriert ist, Daten zu speichern. Die Steuerung 30 kann Daten aus dem Datenspeicher 31 lesen und in den Datenspeicher 31 schreiben. Der Datenspeicher 31 speichert beispielsweise Anwendungsdaten.
Anwendungsdaten umfassen Daten, die die Steuerung 30 zur Steuerung der Komponenten des Teilchenstrahlsystems 1 benötigt, und können weitere Information umfassen. Beispielsweise umfassen die Anwendungsdaten eine Information über die Probe 3, wie beispielsweise eine Information über den Aufbau der Probe, eine Information über die chemische Zusammensetzung der Probe und dergleichen. Beispielsweise umfassen die Anwendungsdaten eine Information über eine (aktuelle) Einstellung der Betriebsparameter des Teilchenstrahlsystems 1, insbesondere der Teilchenstrahlsäule 10. Die Betriebsparameter des Teilchenstrahlsystems 1 bezeichnen Parameter des Teilchenstrahlsystems 1, die zum Betreiben des Teilchenstrahlsystems 1 durch die Steuerung festgelegt werden müssen. Zu den Betriebsparametern zählen insbesondere die (aktuelle) Stromstärke des Teilchenstrahls 2, das an die Beschleunigungselektrode 13 angelegte elektrische Potential, das an das Strahlrohr 15 angelegte elektrische Potential, die Erregung der teilchenoptischen Linse 19 und die Erregung des Ablenksystems 21. Zu den Betriebsparametern zählen in der Praxis zahlreiche weitere Parameter, die in 1 nicht explizit durch eine zugeordnete Struktur repräsentiert sind, wie beispielsweise der Druck innerhalb des Strahlrohrs 15, der Druck innerhalb der Vakuumkammer 25, die Positionierung der Probe 3, die Einstellung des Probentisches 4 und dergleichen.
Das Teilchenstrahlsystem 1 umfasst ferner mehrere Detektionssysteme 40A, 40B, welche jeweils dazu geeignet sind, durch Wechselwirkung des Teilchenstrahls 2 mit der Probe 3 erzeugte geladene Teilchen 41 zu detektieren. Die geladenen Teilchen 41 können insbesondere rückgestreute Elektronen, Sekundärelektronen, rückgestreute Ionen oder Sekundärionen sein. Die hierin beschriebenen Detektionssysteme werden auch als Detektionssystem 40 bezeichnet, wenn eine besondere Unterscheidung der Detektionssysteme nicht erforderlich ist.
Das Detektionssystem 40 ist dazu geeignet, ein Detektionssignal auszugeben, welches die Menge und/oder die Energie der detektierten Teilchen 41 repräsentiert. Beispielsweise repräsentiert das Detektionssignal eine Stromstärke eines durch die geladenen Teilchen 41 gebildeten elektrischen Stroms. Die Steuerung 30 kann das Detektionssignal von dem Detektionssystem 40 empfangen und verarbeiten und beispielsweise auf einer Anzeigevorrichtung darstellen.
Einige detailliertere Konfigurationen des Detektionssystems 40 werden später mit Bezug zu den 6 bis 8 erläutert.
Die Konfiguration des Detektionssystems 40 wird zunächst mit Bezug zu 2 erläutert. Das Detektionssystem 40 umfasst eine Elektrode E, eine Potentialquelle 42, einen Szintillator 43 und einen Lichtdetektor 44.
In dem in 2 gezeigten Beispiel ist die Elektrode E durch ein Metallgitter 45 bereitgestellt, welches auf dem Szintillator 43 angeordnet ist. Die Elektrode E ist an der Vorderseite des Szintillators 43 angeordnet, d. h. an der Seite, an welcher die geladenen Teilchen 41 auf den Szintillator 43 treffen. Alternativ kann die Elektrode E an der Rückseite des Szintillators 43 angeordnet sein, d. h. an der Seite, die der Vorderseite des Szintillators 43 gegenüberliegt. Weiter alternativ kann die Elektrode E durch den Szintillator 43 selbst bereitgestellt sein.
Die Potentialquelle 42 ist konfiguriert, ein einstellbares elektrisches Potential an die Elektrode E anzulegen. Hierdurch können die geladenen Teilchen 41 beschleunigt werden, wodurch auch die Stromstärke des aus den geladenen Teilchen 41 gebildeten Stroms, der auf die Elektrode E und den Szintillator 43 trifft, geändert werden kann. Durch das einstellbare elektrische Potential sind zudem die Menge von durch Stoßionisierung erzeugten geladenen Teilchen und hierdurch erzeugtem Licht einstellbar, die zu dem Detektionssignal beitragen. Beispielswiese gilt: Je größer das eingestellte Potential, umso größer ist die Stromstärke.
Der Szintillator 43 ist konfiguriert, durch Wechselwirkung der geladenen Teilchen 41 mit dem Szintillator 43 Licht 46 zu emittieren. In dem in 2 gezeigten Beispiel wird das von dem Szintillator 43 emittierte Licht 46 durch einen Lichtleiter 47 zu dem Lichtdetektor 44 geleitet. Der Lichtleiter 47 kann eine optische Faser, eine abbildende Optik oder dergleichen sein.
Der Lichtdetektor 44 ist konfiguriert, das von dem Szintillator 43 emittierte Licht 46 zu detektieren und ein dem detektierten Licht 46 entsprechendes Detektionssignal auszugeben. Das Detektionssignal ist beispielsweise ein elektrisches Signal, welches von der Steuerung 30 empfangen wird und von dieser verarbeitet werden kann.
In dem in 1 gezeigten Beispiel umfasst das Teilchenstrahlsystem 1 die Detektionssysteme 40A und 40B. Ein Teil der Komponenten des Detektionssystems 40A, nämlich die Elektrode EA, der Szintillator 43A und ein Teil des Lichtleiters 47A, ist innerhalb der Vakuumkammer 25 angeordnet. Ein anderer Teil der Komponenten des Detektionssystems 40A, nämlich der andere Teil des Lichtleiters 47A, der Lichtdetektor 44A und die nicht dargestellte Potentialquelle 42, ist außerhalb der Vakuumkammer 25 angeordnet. Der Lichtleiter 47A durchdringt die Kammerwand 47. Hingegen sind bei dem Detektionssystem 40B bis auf die nicht dargestellte Potentialquelle 42 alle Komponenten im Vakuum der Teilchenstrahlsäule 10 angeordnet. Die Elektrode EB, welche durch das Strahlrohr 15 bereitgestellt ist, der Szintillator 43B und der Lichtdetektor 44B des Detektionssystems 40B sind innerhalb der Teilchenstrahlsäule 10 angeordnet. Weitere Konfigurationen werden später mit Bezug zu 8 beschrieben.
Das in 2 gezeigte Detektionssystem 40 umfasst ferner eine Kollektorelektrode 48, an welche ebenfalls ein elektrisches Potential angelegt ist. Die Kollektorelektrode 48 unterstützt die Elektrode E dabei, die geladenen Teilchen 41 zu dem Szintillator 43 zu führen. Die Kollektorelektrode 48 kann jedoch auch als Energiefilter verwendet werden, indem das an die Kollektorelektrode 48 angelegte elektrische Potential so eingestellt wird, dass geladene Teilchen die Kollektorelektrode 48 nur dann passieren können, wenn die kinetische Energie der geladenen Teilchen größer als ein durch das Potential definierter Wert ist. In diesem Fall bewirkt die Elektrode E beispielsweise, dass die geladenen Teilchen, die die Kollektorelektrode 48 passiert haben, zu dem Szintillator 43 beschleunigt werden und gegebenenfalls eine Kaskade von Stoßionisierungen auslösen.
Die Steuerung 30 steuert die Potentialquelle 42, d. h. die Steuerung 30 kann die Potentialquelle 42 anweisen, das Potential auf einen durch die Anweisung definierten Wert einzustellen und zu ändern. Die Steuerung 30 ist konfiguriert, das Potential so einzustellen und/oder zu ändern, dass der Szintillator 43 außerhalb seiner Sättigung arbeitet und dass der Lichtdetektor 44 außerhalb seiner Sättigung arbeitet. Hierdurch weist das Detektionssystem 40 eine hohe Eingangsdynamik auf und sorgt dafür, dass das Detektionssignal eine korrekte Abbildung der Stromstärke des Stroms der geladenen Teilchen 41 bzw. des auf den Lichtdetektor 44 auftreffenden Lichts 46 bereitstellt.
Die Steuerung 30 kann konfiguriert sein, das Potential basierend auf dem Detektionssignal und/oder basierend auf den Anwendungsdaten einzustellen und/oder zu ändern. Beispiele für eine auf dem Detektionssignal basierende Steuerung werden mit Bezug zu den 3 und 4 beschrieben. Ein Beispiel für eine auf den Anwendungsdaten basierende Steuerung wird mit Bezug zu 5 beschrieben.
Das Potential kann beispielsweise im Bereich von 50 V bis 12kV gegenüber Masse variiert werden. Das bedeutet, dass das Potential auch auf Werte eingestellt werden kann, welche gegenüber dem üblichen Anwendungsbereich von ca. 8 kV bis 10 kV gegenüber Masse deutlich verschieden sind.
Wie in 2 beispielhaft gezeigt ist, ist der Lichtdetektor 44 konfiguriert, ein Signal des detektierten Lichts 46 mit einer Verstärkung, die bis zu einer Maximalverstärkung einstellbar ist, zu verstärken und das verstärkte Signal als das Detektionssignal auszugeben. Die Steuerung kann das an die Elektrode E angelegte Potential basierend auf dem Detektionssignal und/oder den Anwendungsdaten so einstellen, dass der Lichtdetektor 44 selbst dann außerhalb seiner Sättigung arbeiten würde, wenn der Lichtdetektor 44 auf seine Maximalverstärkung eingestellt wäre. Beispielsweise sind in dem Datenspeicher 31 eine Information, welche die aktuelle Verstärkung des Lichtdetektors 44 angibt, und eine Information gespeichert, welche die Maximalverstärkung des Lichtdetektors 44 angibt. Durch Dividieren des Detektionssignals durch den Wert der aktuellen Verstärkung und Multiplizieren mit der Maximalverstärkung kann beispielsweise ein Schätzwert berechnet werden, welcher das Detektionssignal bei Verwendung der Maximalverstärkung näherungsweise angibt. Die Steuerung 30 kann das an die Elektrode E angelegte Potential basierend auf dem Schätzwert so ändern, dass der Szintillator 43 und der Lichtdetektor 44 außerhalb ihrer Sättigung arbeiten würden, wenn der Lichtdetektor 44 auf seine Maximalverstärkung eingestellt würde.
Das Ändern des Potentials kann kontinuierlich erfolgen. Das bedeutet, dass das Potential fortwährend neu eingestellt wird. Das Einstellen des Potentials kann wiederholt erfolgen, beispielweise in periodischen Intervallen. Das Einstellen des Potentials kann durch ein Ereignis ausgelöst werden, beispielsweise durch eine Anweisung von der Steuerung 30, die durch das Ergebnis einer Prüfung eines vorbestimmten Kriteriums ausgelöst wird, oder durch eine Anweisung von einem Nutzer.
Nachfolgend sind mit Bezug zu den 3A bis 3C, 4 und 5 beispielhafte Prozesse beschrieben, die von der Steuerung 30 ausgeführt werden, um das Potential basierend auf dem Detektionssignal zu ändern.
Die 3A bis 3C zeigen einen ersten Prozess P1 zum Ändern des an die Elektrode E angelegten Potentials.
In Schritt S101 bezieht die Steuerung 30 das Detektionssignal von dem Lichtdetektor 44. Beispielsweise speichert die Steuerung 30 in den Datenspeicher 31 einen Wert, welcher einen digitalisierten Wert des Detektionssignals angibt.
In Schritt S102 bestimmt die Steuerung 30, ob das in Schritt S101 bezogene Detektionssignal größer als ein erster Grenzwert ist. Der erste Grenzwert ist beispielsweise in dem Datenspeicher 31 gespeichert und gibt an, ab welchem Wert des Detektionssignals das Vorliegen einer Sättigung geprüft und festgestellt wird. Der erste Grenzwert kann durch einen Nutzer eingestellt werden und beispielsweise empirisch bestimmt werden.
Wenn in Schritt S102 bestimmt wird, dass das Detektionssignal größer als der erste Grenzwert ist, wird der in 3B gezeigte Abschnitt P1A ausgeführt. Wenn in Schritt S102 bestimmt wird, dass das Detektionssignal nicht größer als der erste Grenzwert ist, führt die Steuerung 30 Schritt S103 aus.
In Schritt S103 bestimmt die Steuerung 30, ob das in Schritt S101 bezogene Detektionssignal kleiner als ein zweiter Grenzwert ist. Der zweite Grenzwert ist beispielsweise in dem Datenspeicher 31 gespeichert und gibt an, ab welchem Wert des Detektionssignals das Vorliegen eines zu gering eingestellten Potentials geprüft und festgestellt wird. Der zweite Grenzwert kann durch einen Nutzer eingestellt werden und beispielsweise empirisch bestimmt werden.
Wenn in Schritt S103 bestimmt wird, dass das Detektionssignal kleiner als der zweite Grenzwert ist, wird der in 3C gezeigte Abschnitt P1B ausgeführt. Wenn in Schritt S103 bestimmt wird, dass das Detektionssignal nicht kleiner als der zweite Grenzwert ist, führt die Steuerung 30 Schritt S104 aus.
In Schritt S104 wartet die Steuerung 30 für eine vorbestimmte Zeit. Der Wert der vorbestimmten Zeit ist beispielsweise in dem Datenspeicher 31 gespeichert und gibt an, in welchen Intervallen der erste Prozess P1 wiederholt werden soll. Nach der Ausführung von Schritt S104 wiederholt die Steuerung 30 den Prozess P1 beginnend mit dem Schritt S101.
In dem Abschnitt P1A prüft die Steuerung 30, ob eine dauerhafte Sättigung vorliegt. Zunächst speichert die Steuerung 30 in Schritt S105 die aktuelle Zeit T1 in den Datenspeicher 31.
In Schritt S106 wartet die Steuerung 30 für eine vorbestimmte Zeit (Messintervall). Der Wert des Messintervalls ist beispielsweise in dem Datenspeicher 31 gespeichert und gibt an, in welchen Intervallen geprüft werden soll, ob die bereits festgestellte Sättigung immer noch vorliegt.
In Schritt S107 speichert die Steuerung 30 die aktuelle Zeit T2 in den Datenspeicher 31.
In Schritt S108 bezieht die Steuerung 30 das Detektionssignal von dem Lichtdetektor 44.
In Schritt S109 bestimmt die Steuerung 30, ob das in Schritt S108 bezogene Detektionssignal größer als der erste Grenzwert ist. Das bedeutet, die Steuerung 30 prüft, ob die Sättigung noch vorliegt oder nicht.
Wenn in Schritt S109 bestimmt wird, dass das Detektionssignal größer als der erste Grenzwert ist (d. h. die Sättigung noch immer vorliegt), führt die Steuerung 30 Schritt S110 aus. Wenn in Schritt S109 bestimmt wird, dass das Detektionssignal nicht größer als der erste Grenzwert ist (d. h. die Sättigung liegt nicht mehr vor), führt die Steuerung 30 Schritt S104 aus.
In Schritt S110 bestimmt die Steuerung 30, ob die Differenz zwischen der gespeicherten Zeit T2 und der gespeicherten Zeit T1 größer als eine erste Grenzzeitdauer ist oder nicht. Die erste Grenzzeitdauer ist beispielsweise in dem Datenspeicher 31 gespeichert und gibt an, wie lange eine Sättigung vorliegen muss, bis festgestellt wird, dass eine dauerhafte Sättigung vorliegt. Die erste Grenzzeitdauer kann durch einen Nutzer eingestellt werden.
Wenn in Schritt S110 bestimmt wird, dass die Differenz zwischen der gespeicherten Zeit T2 und der gespeicherten Zeit T1 nicht größer als die erste Grenzzeitdauer ist (d. h. die Sättigung liegt noch nicht lange genug vor, um eine dauerhafte Sättigung festzustellen), führt die Steuerung 30 den Abschnitt P1A erneut ab Schritt S105 aus. Wenn in Schritt S110 bestimmt wird, dass die Differenz zwischen der gespeicherten Zeit T2 und der gespeicherten Zeit T1 größer als die erste Grenzzeitdauer ist (d. h. die Sättigung liegt lange genug vor, um eine dauerhafte Sättigung festzustellen), reduziert die Steuerung 30 das an die Elektrode E angelegte Potential in Schritt S 111. Hierdurch werden weniger geladene Teilchen 41 zu dem Szintillator 43 geführt, wodurch der Szintillator 43 und der Lichtdetektor 44 nicht mehr in Sättigung arbeiten.
In dem Abschnitt P1B prüft die Steuerung 30, ob das an die Elektrode E angelegte Potential dauerhaft auf einen zu geringen Wert eingestellt ist. Zunächst speichert die Steuerung 30 in Schritt S112 die aktuelle Zeit T1 in den Datenspeicher 31.
In Schritt S113 wartet die Steuerung 30 für eine vorbestimmte Zeit (Messintervall). Der Wert des Messintervalls ist beispielsweise in dem Datenspeicher 31 gespeichert und gibt an, in welchen Intervallen geprüft werden soll, ob die bereits als zu gering festgestellte Einstellung des Potentials immer noch vorliegt.
In Schritt S114 speichert die Steuerung 30 die aktuelle Zeit T2 in den Datenspeicher 31.
In Schritt S115 bezieht die Steuerung 30 das Detektionssignal von dem Lichtdetektor 44.
In Schritt S 116 bestimmt die Steuerung 30, ob das in Schritt S115 bezogene Detektionssignal kleiner als der zweite Grenzwert ist. Das bedeutet, die Steuerung 30 prüft, ob die als zu gering festgestellte Einstellung des Potentials immer noch vorliegt oder nicht.
Wenn in Schritt S116 bestimmt wird, dass das Detektionssignal kleiner als der zweite Grenzwert ist (d. h. die als zu gering festgestellte Einstellung des Potentials liegt immer noch vor), führt die Steuerung 30 Schritt S117 aus. Wenn in Schritt S116 bestimmt wird, dass das Detektionssignal nicht kleiner als der zweite Grenzwert ist (d. h. die als zu gering festgestellte Einstellung des Potentials liegt nicht mehr vor), führt die Steuerung 30 Schritt S104 aus.
In Schritt S117 bestimmt die Steuerung 30, ob die Differenz zwischen der gespeicherten Zeit T2 und der gespeicherten Zeit T1 größer als eine zweite Grenzzeitdauer ist oder nicht. Die zweite Grenzzeitdauer ist beispielsweise in dem Datenspeicher 31 gespeichert und gibt an, wie lange eine als zu gering festgestellte Einstellung des Potentials vorliegen muss, bis festgestellt wird, dass die bereits als zu gering festgestellte Einstellung des Potentials dauerhaft ist. Die zweite Grenzzeitdauer kann durch einen Nutzer eingestellt werden.
Wenn in Schritt S117 bestimmt wird, dass die Differenz zwischen der gespeicherten Zeit T2 und der gespeicherten Zeit T1 nicht größer als die zweite Grenzzeitdauer ist (d. h. die als zu gering festgestellte Einstellung des Potentials liegt noch nicht lange genug vor, um festzustellen, dass die als zu gering festgestellte Einstellung des Potentials dauerhaft ist), führt die Steuerung 30 den Abschnitt P1B erneut ab Schritt S 112 aus. Wenn in Schritt S 117 bestimmt wird, dass die Differenz zwischen der gespeicherten Zeit T2 und der gespeicherten Zeit T1 größer als die zweite Grenzzeitdauer ist (d. h. die als zu gering festgestellte Einstellung des Potentials liegt lange genug vor, um festzustellen, dass die als zu gering festgestellte Einstellung des Potentials dauerhaft ist), erhöht die Steuerung 30 das an die Elektrode E angelegte Potential in Schritt S118. Hierdurch werden mehr geladene Teilchen 41 zu dem Szintillator 43 geführt, wodurch der Szintillator 43 und der Lichtdetektor 44 ein höheres Detektionssignal ausgeben.
Durch den ersten Prozess P1 wird das an die Elektrode E angelegte elektrische Potential in Abhängigkeit des Detektionssignals geändert.
4 zeigt einen beispielhaften zweiten Prozess P2 zum Ändern des an die Elektrode E angelegten elektrischen Potentials. In Schritt S201 veranlasst die Steuerung 30 die Aufnahme eines Bildes der Probe 3 unter Verwendung und Steuerung der Komponenten des Teilchenstrahlsystems 1. Das Bild wird beispielsweise durch Rastern des Teilchenstrahls 2 über die Probe 3 und simultanem Aufnehmen des Detektionssignals erhalten. Die Steuerung 30 erzeugt basierend auf dem Detektionssignal Bilddaten, welche das Bild repräsentieren, und speichert die Bilddaten in den Datenspeicher 31.
In Schritt S202 wendet die Steuerung 30 eine Analyseprozedur auf das in Schritt S201 aufgenommen Bild an, wodurch ein Bildanalyseergebnis erhalten wird. Die Analyseprozedur kann beispielsweise eine vordefinierte Prozedur sein, die in dem Datenspeicher 31 gespeichert ist. Die Analyseprozedur ist beispielsweise derart, dass das Bildanalyseergebnis einen Maximalwert der durch das Bild repräsentierten Intensitätswerte repräsentiert. Die Analyseprozedur ist beispielsweise derart, dass das Bildanalyseergebnis einen Mittelwert der durch das Bild repräsentierten Intensitätswerte repräsentiert. Die Analyseprozedur ist beispielsweise derart, dass das Bildanalyseergebnis einen Medianwert der durch das Bild repräsentierten Intensitätswerte repräsentiert. Andere Analyseprozeduren können verwendet werden, welche die Intensitäten in dem Bild charakterisieren.
In Schritt S203 bestimmt die Steuerung 30, ob das in Schritt S202 bestimmte Bildanalyseergebnis einem vordefinierten Kriterium entspricht oder nicht. Das Kriterium ist beispielsweise in dem Datenspeicher 31 gespeichert und kann durch einen Nutzer konfiguriert werden. Beispielsweise kann das Kriterium eine Prüfung gegen einen Grenzwert umfassen, wie es beispielsweise in den Schritten S 102 und S103 des Prozesses P1 der Fall ist. Komplexere Prüfungen sind möglich.
Wenn in Schritt S203 bestimmt wird, dass das Bildanalyseergebnis dem vordefinierten Kriterium entspricht (d. h. dass das Potential geändert werden soll), führt die Steuerung 30 Schritt S204 aus. Wenn in Schritt S203 bestimmt wird, dass das Bildanalyseergebnis dem vordefinierten Kriterium nicht entspricht, widerholt die Steuerung 30 den Prozess P2 ab Schritt S201.
In Schritt S204 ändert die Steuerung 30 das an die Elektrode angelegte Potential E. Insbesondere ändert die Steuerung 30 das an die Elektrode angelegte Potential E basierend auf dem Bildanalyseergebnis.
Durch den zweiten Prozess P2 wird das an die Elektrode E angelegte elektrische Potential in Abhängigkeit des Detektionssignals geändert.
Die vorangehend beschriebenen Prozesse P1 und P2 sind zwei Beispiele für einen Prozess, mit welchem die Steuerung 30 unter Verwendung des Detektionssignals das an die Elektrode E angelegte elektrische Potential ändert. Andere Prozesse sind möglich.
Zusätzlich oder alternativ zu dem Detektionssignal können noch andere Informationen von der Steuerung 30 verwendet werden, um die Notenwendigkeit zum Ändern des an die Elektrode E angelegten elektrischen Potentials festzustellen und das Potential zu ändern. 5 zeigt einen beispielhaften Prozess P3 zum Ändern des an die Elektrode E angelegten elektrischen Potentials basierend auf Anwendungsdaten.
5 zeigt einen beispielhaften dritten Prozess P3 zum Ändern des an die Elektrode angelegten elektrischen Potentials.
In Schritt S301 bezieht die Steuerung 30 Anwendungsdaten aus dem Datenspeicher 31. Die Anwendungsdaten geben beispielsweise eine chemische Zusammensetzung der Probe 3, eine Stromstärke des Teilchenstrahls 2 und dergleichen an.
In Schritt S302 bestimmt die Steuerung 30 einen Erwartungswert, welcher einen zu erwartenden Strom aus den geladenen Teilchen 41 angibt. Der Erwartungswert wird beispielsweise unter Verwendung eines Prognosemodells bestimmt, in welches die Anwendungsdaten eingegeben werden und welches den Erwartungswert ausgibt. Das Prognosemodell kann beispielsweise durch ein künstliches neuronales Netz oder dergleichen ausgebildet sein und durch Experimente trainiert werden.
In Schritt S303 bestimmt die Steuerung 30 basierend auf dem in Schritt S302 bestimmten Erwartungswert, ob das an die Elektrode E angelegte Potential geändert werden soll oder nicht und ändert das Potential gegebenenfalls. Beispielsweise kann die Steuerung 30 konfiguriert sein, das Potential zu reduzieren, wenn der bestimmte Erwartungswert größer als ein dritter Grenzwert ist. Der dritte Grenzwert ist beispielsweise in dem Datenspeicher 31 gespeichert und gibt an, ab welchem Wert des Erwartungswerts das Vorliegen einer Sättigung erwartet wird. Der dritte Grenzwert kann durch einen Nutzer eingestellt werden und beispielsweise empirisch bestimmt werden. Beispielsweise kann die Steuerung 30 konfiguriert sein, das Potential zu erhöhen, wenn der bestimmte Erwartungswert kleiner als ein vierter Grenzwert ist. Der vierte Grenzwert ist beispielsweise in dem Datenspeicher 31 gespeichert und gibt an, ab welchem Wert des Erwartungswerts das Vorliegen eines zu gering eingestellten Potentials erwartet wird. Der vierte Grenzwert kann durch einen Nutzer eingestellt werden und beispielsweise empirisch bestimmt werden.
Gemäß einem weiteren beispielhaften Prozess zum Ändern des an die Elektrode E angelegten elektrischen Potentials wird das an die Elektrode angelegte elektrische Potential E erhöht und die Verstärkung des Lichtdetektors 44 reduziert, um das Signal-zu-Rausch-Verhältnis des Detektionssignals zu erhöhen (d. h. zu verbessern). Im Allgemeinen ist das Signal-zu-Rausch-Verhältnis des Detektionssignals besser, wenn die Verstärkung des Lichtdetektors 44 geringer gewählt wird und zum Ausgleich der geringen Verstärkung das Potential auf einen höheren Wert eingestellt wird.

6 zeigt eine weitere beispielhafte Konfiguration eines Detektionssystems 40A.
Das Detektionssystem 40A unterscheidet sich von dem mit Bezug zu 2 beschriebenen Detektionssystem 40 nur dadurch, dass die Elektrode E durch die von dem Szintillator 43 mit Abstand angeordnete Kollektorelektrode 48 bereitgestellt ist und dass das Metallgitter 45 nicht vorgesehen ist. Das Detektionssystem 40A kann weiterentwickelt werden, indem auch an den Szintillator 43 ein einstellbares elektrisches Potential angelegt wird.
7 zeigt eine weitere beispielhafte Konfiguration eines Detektionssystems 40B.
Das Detektionssystem 40B unterscheidet sich von dem mit Bezug zu 2 beschriebenen Detektionssystem 40 nur dadurch, dass die Elektrode E durch eine zwischen dem Szintillator 43 und der hinzugefügten Kollektorelektrode 48 mit Abstand von dem Szintillator 43 und der Kollektorelektrode 48 angeordnete Gitterelektrode 49 bereitgestellt ist und dass das Metallgitter 45 nicht vorgesehen ist.
Das Detektionssystem 40B kann weiterentwickelt werden, indem auch an den Szintillator 43 und an die Kollektorelektrode 48 jeweils ein einstellbares elektrisches Potential angelegt wird.

Wie in 1 gezeigt ist, können die Elektrode E und der Szintillator 43 des Detektionssystems 40 im Inneren der Vakuumkammer 25 angeordnet sein. Wie ebenfalls in 1 gezeigt ist, können die Elektrode E und der Szintillator 43 des Detektionssystems 40 jedoch auch im Inneren der Teilchenstrahlsäule 10 angeordnet sein. In dem Beispiel der 1 sind die Elektroden E und die Szintillatoren 43 zweier Detektionssysteme 40 im Inneren des Strahlrohrs 15 der Teilchenstrahlsäule 10 angeordnet. Diese sind, entlang der Zentralachse 23 betrachtet, zwischen der Beschleunigungselektrode 13 und der teilchenoptische Linse 19 angeordnet. Es ist nicht notwendig, den Lichtdetektor 44 dieser Detektionssysteme 40 ebenfalls im Inneren der Teilchenstrahlsäule 10 oder im Inneren des Strahlrohrs 15 anzuordnen. Stattdessen kann der Lichtleiter 47 das von dem Szintillator 43 im Inneren der Teilchenstrahlsäule 10 erzeugte Licht 46 durch ein Gehäuse der Teilchenstrahlsäule 10 leiten und das Licht 46 wird dann von einem außerhalb des Gehäuses der Teilchenstrahlsäule 10 angeordneten Lichtdetektor 44 detektiert. Alternativ kann die Elektrode E durch das Strahlrohr 15 der Teilchenstrahlsäule 10 bereitgestellt sein.
Das an die Elektrode E angelegte elektrische Potential erzeugt ein elektrisches Feld zwischen sich und anderen Teilen des Teilchenstrahlsystems 1 und der Probe 3, wenn diese ein unterschiedliches elektrisches Potential haben. Daher kann das an die Elektrode E angelegte elektrische Potential ein elektrisches Feld erzeugen, welches in dem Bereich liegt, in dem der Teilchenstrahl 2 verläuft. Dies kann den Teilchenstrahl 2 negativ beeinflussen, da der Teilchenstrahl 2 verformt, verschoben und abgelenkt werden kann. Nachfolgend werden einige Möglichkeiten dargelegt, welche den negativen Einfluss reduzieren.
Beispielsweise umfasst die Teilchenstrahlsäule 10 eine Komponente zum Manipulieren des Teilchenstrahls 2, welche von der Steuerung 30 so gesteuert wird, dass der Einfluss der Elektrode E und des an die Elektrode E angelegten elektrische Potentials auf den Teilchenstrahl 2 reduziert ist. Beispiele der Komponente zum Manipulieren des Teilchenstrahls 2 sind die teilchenoptische Linse 19 und das Ablenksystem 21. Das Teilchenstrahlsystem 1 kann weitere teilchenoptische Linsen und Ablenksysteme umfassen, die dediziert zum Kompensieren des Einflusses der Elektrode E und des an die Elektrode E angelegten elektrischen Potentials auf den Teilchenstrahl 2 vorgesehen sind. Hierzu kann die Steuerung 30 dazu konfiguriert sein, die Komponente zum Manipulieren des Teilchenstrahls 2 basierend auf einem Signal zu steuern, welches das Potential angibt.
Der von der Steuerung 30 auszuführende Steuerungsalgorithmus zum Steuern der Komponente zum Manipulieren des Teilchenstrahls 2 kann in dem Datenspeicher 31 gespeichert sein. Der Steuerungsalgorithmus kann beispielsweise durch Simulation vorherbestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Steuerungsalgorithmus experimentell bestimmt werden, indem experimentell Korrekturwerte für die Betriebsparameter bestimmt werden, bei denen der gemessene Einfluss (also beispielsweise die Verformung, Verschiebung und Ablenkung des Teilchenstrahls 2) reduziert ist. Des Weiteren kann eine durch Änderung des an die Elektrode E angelegten Potentials verursachte Bildverschiebung, Bilddrehung, Bildverzerrung, etc. in mit dem Teilchenstrahlsystem 1 aufgenommenen Bildern durch die Steuerung 30 bestimmt werden und die Steuerung 30 kann die Komponente zum Manipulieren des Teilchenstrahls 2 basierend darauf steuern.
Beispielsweise umfasst die Teilchenstrahlsäule 10 ein Abschirmungselement 51, welches den Teilchenstrahl 2 gegenüber der Elektrode E elektromagnetisch abschirmt. Das Abschirmungselement 51 ist so ausgebildet und angeordnet, dass der Teilchenstrahl 2 außerhalb eines Hauptwirkbereichs 52 eines von der Elektrode E erzeugbaren elektrischen Feldes verläuft. In dem in 1 gezeigten Beispiel ist das Abschirmungselement 51 eine entlang der Zentralachse 23 mit Abstand von der Zentralachse 23 angeordnete Platte, die zwischen der Zentralachse 23 und der Elektrode E angeordnet ist. Das Abschirmungselement 51 begrenzt den Hauptwirkbereich 52 des von der Elektrode E erzeugten elektrischen Feldes auf einen räumlichen Bereich, der von der Zentralachse 23 und dem Teilchenstrahl 2 entfernt angeordnet ist.
8 zeigt das Teilchenstrahlsystem 1 mit einem alternativen Detektionssystem 40C und alternativen Detektionssystemen 40D. Die Elektrode EC, der Szintillator 43C und der Lichtdetektor 44C sind ringförmig um die Zentralachse 23 in der Vakuumkammer 25 angeordnet. Lediglich die nicht dargestellte Potentialquelle 42 des Detektionssystems 40C ist außerhalb der Vakuumkammer 25 angeordnet. Aufgrund der Symmetrie heben sich die Radialkomponenten des von der Elektrode EC erzeugten elektrischen Feldes (d. h. die Komponenten des elektrischen Feldes, die senkrecht zur Zentralachse 23 orientiert sind) annähernd auf, wodurch der Einfluss auf den Teilchenstrahl 2 reduziert ist.
Die Elektroden ED der Detektionssysteme 40D sind um die Zentralachse 23 herum so angeordnet, dass sich die Wirkungen der an die Elektroden ED der Detektionssysteme 40D angelegten Potentiale (bzw. des durch die Elektroden ED gemeinsam gebildeten elektrischen Feldes) im Bereich der Zentralachse 23 wenigstens teilweise aufheben. In dem in 8 gezeigten Beispiel sind im Inneren des Strahlrohrs 15 zwei Detektionssysteme 40D angeordnet. Aufgrund der Symmetrie der Anordnung der Detektionssysteme 40D heben sich die Radialkomponenten der von den Elektroden ED erzeugten elektrischen Feldern (d. h. die Komponenten des elektrischen Feldes, die senkrecht zur Zentralachse 23 orientiert sind) annähernd auf, wodurch der Einfluss auf den Teilchenstrahl 2 reduziert ist.
9 zeigt das Teilchenstrahlsystem 1 mit einem alternativen Detektionssystem 40E und einem alternativen Detektionssystem 40F. Die Elektrode EE des Detektionssystems 40E und der Szintillator 43E des Detektionssystems 40E sind in der Teilchenstrahlsäule 10, insbesondere in dem Strahlrohr 15, angeordnet. Ein Lichtleiter 47E leitet das von dem Szintillator 43E erzeugte Licht zu dem Lichtdetektor 44E, welcher außerhalb des Strahlrohrs 15, insbesondere außerhalb der Teilchenstrahlsäule 10, angeordnet ist. Gemäß einer Abwandlung des Detektionssystems 40E ist die Elektrode EE durch das Strahlrohr 15 gebildet. Bis auf die Potentialquelle befindet sich das Detektionssystem 40F vollständig innerhalb der Vakuumkammer 25. Das bedeutet, dass die Elektrode EF, der Szintillator 43F und der Lichtdetektor 44F des Detektionssystems 40F innerhalb der Vakuumkammer 25 angeordnet sind. Im Gegensatz zu dem in 8 gezeigten Detektionssystem 40C sind die Elektrode EF und der Szintillator 43F des Detektionssystems 40F nicht symmetrisch um die Zentralachse 23 ausgebildet.
10 zeigt eine beispielhafte Konfiguration der Steuerung 30. In diesem Beispiel umfasst die Steuerung 30 einen Prozessor 101, einen Datenspeicher 102, eine Eingabevorrichtung 103, eine Ausgabevorrichtung 104 und eine Kommunikationsvorrichtung 105. Der Prozessor 101, der Speicher 102, die Eingabevorrichtung 103, die Ausgabevorrichtung 104 und die Kommunikationsvorrichtung 105 können über einen oder mehrere Busse 106 Daten miteinander austauschen.
Der Prozessor 101 führt Programme aus, welche in dem Datenspeicher 102 gespeichert sind. Hierdurch werden Algorithmen, insbesondere Steuerungsalgorithmen, ausgeführt.
Der Datenspeicher 31 ist beispielsweise durch den Datenspeicher 102 implementiert. Der Datenspeicher 102 kann ein Aufzeichnungsmedium umfassen, auf dem ein oder mehr computerlesbare Programme aufgezeichnet sind, und kann Daten aller Art speichern.
Die Eingabevorrichtung 103 ist dazu konfiguriert, Eingaben eines Nutzers zu empfangen und die damit verbundenen Daten in den Datenspeicher 102 zu speichern. Die Eingabevorrichtung 103 umfasst beispielsweise eine Tastatur und eine Maus.
Die Ausgabevorrichtung 104 ist dazu konfiguriert, einem Nutzer Daten wiederzugeben. Die Ausgabevorrichtung 104 umfasst beispielsweise einen Bildschirm.
Die Kommunikationsvorrichtung 105 ist dazu konfiguriert, Daten an andere Komponenten anderer Systeme zu übertragen und von diesen zu empfangen.
Der Prozessor 101 kann eine oder mehrere CPUs, DSPs (digitale Signalprozessoren) und dergleichen umfassen. Beispiele für den Speicher 102 sind ein nichtflüchtiger oder flüchtiger Halbleiterspeicher und dergleichen. Beispiele für den nichtflüchtigen oder flüchtigen Halbleiterspeicher sind ein Direktzugriffsspeicher (RAM), ein Festwertspeicher (ROM), ein Flash-Speicher, ein löschbarer programmierbarer Festwertspeicher (EPROM) und dergleichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2487703 A1 [0002]

Claims

Teilchenstrahlsystem (1), umfassend: eine Teilchenstrahlsäule (10), welche konfiguriert ist, einen Teilchenstrahl (2) zu erzeugen und auf eine Probe (3) zu richten, wodurch von der Probe (3) geladene Teilchen (41) emittiert werden; ein Detektionssystem (40) zum Detektieren der geladenen Teilchen (41), wobei das Detektionssystem (40) eine Elektrode (E), eine Potentialquelle (42), einen Szintillator (43) und einen Lichtdetektor (44) umfasst, wobei die Potentialquelle (42) konfiguriert ist, ein einstellbares elektrisches Potential an die Elektrode (E) anzulegen, wodurch die geladenen Teilchen (41) zu dem Szintillator (43) beschleunigt werden können, wobei der Szintillator (43) konfiguriert ist, durch Wechselwirkung der geladenen Teilchen (41) mit dem Szintillator (43) Licht (46) zu emittieren, und wobei der Lichtdetektor (44) konfiguriert ist, das von dem Szintillator (43) emittierte Licht (46) zu detektieren und ein dem detektierten Licht (46) entsprechendes Detektionssignal auszugeben; und eine Steuerung (30), welche die Potentialquelle (42) steuert und konfiguriert ist, das Potential basierend auf dem Detektionssignal so zu ändern, dass der Szintillator (43) außerhalb seiner Sättigung arbeitet und dass der Lichtdetektor (44) außerhalb seiner Sättigung arbeitet.
Teilchenstrahlsystem (1) gemäß Anspruch 1, wobei der Lichtdetektor (44) konfiguriert ist, ein Signal des detektierten Lichts (46) mit einer Verstärkung, die bis zu einer Maximalverstärkung einstellbar ist, zu verstärken und das verstärkte Signal als das Detektionssignal auszugeben; wobei das Potential basierend auf dem Detektionssignal so eingestellt wird, dass der Lichtdetektor (44) selbst dann außerhalb seiner Sättigung arbeiten würde, wenn der Lichtdetektor (44) auf seine Maximalverstärkung eingestellt wäre.
Teilchenstrahlsystem (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuerung (30) konfiguriert ist, das Potential zu erhöhen und die Verstärkung des Lichtdetektors (44) zu reduzieren, sodass ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis des Detektionssignals erhöht wird.
Teilchenstrahlsystem (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Potential reduziert wird, wenn das Detektionssignal größer als ein erster Grenzwert ist, insbesondere wenn das Detektionssignal länger als eine vordefinierte erste Grenzzeitdauer lang größer als der erste Grenzwert ist; und/oder wobei das Potential erhöht wird, wenn das Detektionssignal kleiner als ein zweiter Grenzwert ist, insbesondere wenn das Detektionssignal länger als eine vordefinierte zweite Grenzzeitdauer lang kleiner als der zweite Grenzwert ist.
Teilchenstrahlsystem (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuerung (30) konfiguriert ist: unter Verwendung der Teilchenstrahlsäule (10) und des Detektionssystems (40) ein auf dem Detektionssignal basierendes Bild der Probe (3) aufzunehmen, eine vorbestimmte Analyseprozedur auf das Bild anzuwenden, wodurch die Steuerung (30) ein Bildanalyseergebnis erzeugt, und das Potential zu ändern, wenn das Bildanalyseergebnis einem vordefinierten Kriterium entspricht.
Teilchenstrahlsystem (1) gemäß Anspruch 5, wobei das Bildanalyseergebnis repräsentiert: einen Maximalwert von Intensitäten des Bildes; und/oder einen Mittelwert von Intensitäten des Bildes; und/oder einen Medianwert von Intensitäten des Bildes.
Teilchenstrahlsystem, umfassend: eine Teilchenstrahlsäule (10), welche konfiguriert ist, einen Teilchenstrahl (2) zu erzeugen und auf eine Probe (3) zu richten, wodurch von der Probe (3) geladene Teilchen (41) emittiert werden; ein Detektionssystem (40) zum Detektieren der geladenen Teilchen (41), wobei das Detektionssystem (40) eine Elektrode (E), eine Potentialquelle (42), einen Szintillator (43) und einen Lichtdetektor (44) umfasst, wobei die Potentialquelle (42) konfiguriert ist, ein einstellbares elektrisches Potential an die Elektrode (E) anzulegen, wodurch die geladenen Teilchen (41) zu dem Szintillator (43) beschleunigt werden können, wobei der Szintillator (43) konfiguriert ist, durch Wechselwirkung der geladenen Teilchen (41) mit dem Szintillator (43) Licht (46) zu emittieren, und wobei der Lichtdetektor (44) konfiguriert ist, das von dem Szintillator (43) emittierte Licht (46) zu detektieren und ein dem detektierten Licht (46) entsprechendes Detektionssignal auszugeben; einen Datenspeicher (71), welcher konfiguriert ist, Anwendungsdaten zu speichern, welche eine Information über die Probe (3) und/oder eine Information über eine Einstellung von mindestens einem Betriebsparameter der Teilchenstrahlsäule (10) angeben; und eine Steuerung (30), welche die Potentialquelle (42) steuert und konfiguriert ist, das Potential basierend auf den Anwendungsdaten so einzustellen, dass der Szintillator (43) außerhalb seiner Sättigung arbeitet und dass der Lichtdetektor (44) außerhalb seiner Sättigung arbeitet.
Teilchenstrahlsystem (1) gemäß Anspruch 7, wobei die Steuerung (30) konfiguriert ist: basierend auf den Anwendungsdaten einen Erwartungswert zu bestimmen, welcher einen zu erwartenden Strom der geladenen Teilchen (41) angibt, und das Potential basierend auf dem bestimmten Erwartungswert einzustellen.
Teilchenstrahlsystem (1) gemäß Anspruch 8, wobei die Steuerung (30) konfiguriert ist, das Potential zu reduzieren, wenn der bestimmte Erwartungswert größer als ein dritter Grenzwert ist; und/oder wobei die Steuerung (30) konfiguriert ist, das Potential zu erhöhen, wenn der bestimmte Erwartungswert kleiner als ein vierter Grenzwert ist.
Teilchenstrahlsystem (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner umfassend: eine von dem Szintillator (43) beabstandete Kollektorelektrode (48), an welche ein einstellbares elektrisches Potential angelegt werden kann, um die geladenen Teilchen (41) zu beschleunigen; wobei die Elektrode (E) durch eine Gitterelektrode (49) bereitgestellt ist, welche zwischen der Kollektorelektrode (48) und dem Szintillator (43) angeordnet ist.
Teilchenstrahlsystem (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Elektrode (EB, ED, EE) und der Szintillator (43B, 43D, 43E) im Inneren der Teilchenstrahlsäule (10) angeordnet sind.
Teilchenstrahlsystem (1) gemäß Anspruch 11, wobei die Elektrode (EB) durch ein Strahlrohr (15) der Teilchenstrahlsäule (10) bereitgestellt ist, durch welches der Teilchenstrahl (2) verläuft.
Teilchenstrahlsystem (1) gemäß Anspruch 11, wobei die Elektrode (ED, EE) im Inneren eines Strahlrohrs (15) der Teilchenstrahlsäule (10) angeordnet ist, durch welches der Teilchenstrahl (2) verläuft.
Teilchenstrahlsystem (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Teilchenstrahlsäule (10) eine Komponente (19, 21) zum Manipulieren des Teilchenstrahls (2) umfasst, und wobei die Steuerung (30) konfiguriert ist, die Komponente (19, 21) basierend auf einem Signal zu steuern, welches das Potential angibt.
Teilchenstrahlsystem (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, ferner umfassend: ein Abschirmungselement (51), welches den Teilchenstrahl (2) gegenüber der Elektrode (EA) elektromagnetisch abschirmt, wobei das Abschirmungselement (51) so ausgebildet und angeordnet ist, dass der Teilchenstrahl (2) außerhalb eines Hauptwirkbereichs (52) eines von der Elektrode (EA) erzeugbaren elektrischen Feldes verläuft.
Teilchenstrahlsystem (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Elektrode (EC) und der Szintillator (43C) ringförmig um eine Zentralachse (23) der Teilchenstrahlsäule (10) angeordnet sind.
Teilchenstrahlsystem (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Teilchenstrahlsystem (1) mehrere der Detektionssysteme (40D) umfasst, wobei die Elektroden (E) der Detektionssysteme (40D) um eine Zentralachse (23) der Teilchenstrahlsäule (10) herum so angeordnet sind, dass sich die Wirkungen der an die Elektroden (ED) der Detektionssysteme (40D) angelegten Potentiale im Bereich der Zentralachse (23) wenigstens teilweise aufheben.
Teilchenstrahlsystem (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, ferner umfassend: eine Vakuumkammer (25), in welcher die Probe (3) angeordnet ist, wobei in der Vakuumkammer (25) ein Druck von höchstens 0,1 Pascal vorliegt.
Teilchenstrahlsystem (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, ferner umfassend: eine Vakuumkammer (25), in welcher die Probe (3) angeordnet ist, wobei in der Vakuumkammer (25) ein Druck von mindestens 1 Pascal vorliegt.