EP1979926A2 - Fokussier- und positionierhilfseinrichtung für ein teilchenoptisches rastermikroskop - Google Patents

Fokussier- und positionierhilfseinrichtung für ein teilchenoptisches rastermikroskop

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EP1979926A2
EP1979926A2 EP07703114A EP07703114A EP1979926A2 EP 1979926 A2 EP1979926 A2 EP 1979926A2 EP 07703114 A EP07703114 A EP 07703114A EP 07703114 A EP07703114 A EP 07703114A EP 1979926 A2 EP1979926 A2 EP 1979926A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
particle
optical
axis
positioning
focusing
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07703114A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Albiez
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss Microscopy GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss NTS GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss NTS GmbH filed Critical Carl Zeiss NTS GmbH
Publication of EP1979926A2 publication Critical patent/EP1979926A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01J37/02—Details
    • H01J37/20—Means for supporting or positioning the object or the material; Means for adjusting diaphragms or lenses associated with the support
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    • H01J37/02—Details
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    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/28—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams
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    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/21—Focus adjustment
    • H01J2237/216—Automatic focusing methods
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    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/248—Components associated with the control of the tube
    • H01J2237/2482—Optical means

Definitions

  • the present invention relates to a focusing and positioning auxiliary device for a particle-optical scanning microscope, a particle-optical scanning microscope with a corresponding focusing and positioning aid, and a method for focusing and positioning of an object in a particle-optical scanning microscope.
  • the positioning of the object takes place relative to the particle-optical or electron-optical beam axis by means of the adjustable in three mutually perpendicular directions object table.
  • the adjustable In scanning electron microscopes and other particle-optical scanning devices, the positioning of the object takes place relative to the particle-optical or electron-optical beam axis by means of the adjustable in three mutually perpendicular directions object table.
  • To observe the object during positioning is a CCD camera with a, often infrared, chamber illumination. Since the optics of the CCD camera have a very large depth of field, it is hardly possible to position the object in the direction of the optical axis of the CCD camera with an accuracy better than about 5 mm.
  • the CCD camera image also serves to position the object in the direction of the particle-optical beam axis, ie to bring the object plane into the plane defined by the working distance of the particle-optical objective.
  • this is also possible only with an accuracy of a few millimeters, which is often insufficient for a coarsely focused particle-optical image. Therefore, it is often necessary to search under particle optical irradiation and the existing positioning sensitivity both the desired location on the object as well as the object to the correct working distance.
  • JP 63254649 has already been proposed in a
  • Scanning electron microscope additionally provide an optical microscope, with the laser beam an auxiliary signal for the generation of an autofocus signal for the electron optics is generated.
  • This object is achieved by a focusing and positioning auxiliary device having the features of claim 1.
  • This object is achieved by a particle scanning microscope having the features of claim 7.
  • Another object of the invention is to provide a method for easier and reliable setting of an object on the working distance of the particle-optical objective and for easier and reliable positioning of an object detail of interest perpendicular to the particle-optical axis of a scanning microscope. This object is achieved by a method having the features of claim 8.
  • a focusing and positioning auxiliary device for a particle-optical scanning microscope has an illumination device which generates a collimated or focused light beam at a first angle to the particle-optical beam axis, which intersects the particle-optical beam axis of the scanning microscope at a predefined position.
  • the focusing and positioning auxiliary device furthermore has a camera sensitive to the wavelength of the light beam, with which an image of an object positioned on the object table is recorded at a second angle relative to the particle-optical beam axis.
  • a display is provided as well as a control device for the generation of an image recorded with the camera on the display together with a marking which indicates the position of the particle-optical beam axis in the image.
  • a particle beam system comprises a particle beam generator, an objective lens, a sample chamber and an object table arranged in the sample chamber. Furthermore, a focusing and positioning auxiliary device is provided, which generates a collimated or focused light beam at a first angle to the particle-optical beam axis, which intersects the particle-optical beam axis of the scanning microscope at a predefined position.
  • the focusing and positioning auxiliary device furthermore has a camera sensitive to the wavelength of the light beam, with which an image of an object positioned on the object table is recorded at a second angle relative to the particle-optical beam axis.
  • a display is provided as well as a control device for the generation of an image recorded with the camera on the display together with a marking which indicates the position of the particle-optical beam axis in the image.
  • a method for focusing and positioning an object in a particle scanning microscope comprises the following steps: a) providing a light beam which intersects the particle-optical axis of the objective at a predetermined position, b) providing a camera corresponding to the wavelength of the C) providing a display on which the position of the particle-optical axis of the objective is marked, d) recording an image of an object positioned on the object table with the camera, e) positioning the object table in the direction of the particle-optical axis of the objective until the image of the object shown on the display intersects the object on the marking, and f) switching the particle-optical scanning microscope to irradiation of the object with electrons and displaying an image of the object by detected particles or quanta of light generated by irradiation of the object with charged particles.
  • Figure 1 The schematic diagram of a scanning electron microscope with a focus
  • FIG. 2 the scanning electron microscope from FIG. 1 in a direction perpendicular to FIG
  • FIG. 3 shows a camera image of an object with a superimposed marking
  • FIG. 4 shows a block diagram of the method steps taking place in a focusing and positioning method.
  • the scanning electron microscope in FIG. 1 has a sample chamber (1) and the electron-optical column (2) received thereon.
  • the elements required for the beam shaping of the beam of charged ponds are excluded.
  • a particle emitter (3) is provided, for example, in the form of a thermal electron source, an LAB6 emitter or a thermal or cold field emission source.
  • electrodes (4, 5) subjected to a corresponding electrostatic potential, the charged particles are extracted from the emitter (3) and accelerated to the desired target energy of the particle beam. If the particles of the particle beam are negatively charged, as in the case of electrons, the electrostatic potentials of the electrodes (4. 5) are positive to the electrostatic potential of the emitter (3).
  • both the condenser lens (6) and the objective lens (8) are formed as magnetic lenses, which is why they are shown as magnetic pole pieces with magnetic coils (9, 20) accommodated therein.
  • both the condenser lens (6) and the objective lens (8) may also be formed as an electrostatic lens.
  • the objective lens (8) may be formed as a combination electrostatic-magnetic lens that generates both a magnetic field and an electrostatic field.
  • the beam deflection device is arranged, which is realized in the embodiment shown in Figure 1 by deflection coils (10), which are arranged approximately at the level of Polschuhspalts the objective lens (8).
  • the particle beam focused by the objective lens (8) can be deflected perpendicular to the particle-optical beam axis (7) (hereinafter also referred to as optical axis (7) for short) defined by the rotational symmetry of the objective lens (8).
  • the beam deflection device can also be designed as a so-called double deflection system with two individual deflection systems successive in the direction of the optical axis (7).
  • An arrangement of the deflection coils at the height of the Polschuhspalts the objective lens is not mandatory.
  • the object table (1 1) is adjustable by means not shown adjusting in three zuenkenkrechten directions, which is indicated by the arrows (12), and in addition to a perpendicular to the particle-axis (7) axis tiltable.
  • a diode laser (15) which generates a collimated or focused light beam, is accommodated on an adjusting unit (14).
  • the opening at which the diode laser (15) is received. can be a flange opening.
  • the diode laser contains a laser diode (17) with an upstream optical system (18), which provide a light beam along an axis (19).
  • the laser diode upstream optics (18) generates a focus of the laser beam at the point along the laser beam axis (19) at which this intersects the particle-optical beam axis (7).
  • About the adjusting unit (14) of the diode laser (15) in both directions perpendicular to the laser beam axis (19) is adjustable.
  • the inclusion of the diode laser (15) on the sample chamber (1) relative to the particle-optical column (2) is such that the planes in which, depending on the positioning of the diode laser (15) by means of the adjusting unit (14), the beam axis (19) of the laser beam is always at an inclination angle ( ⁇ ) to the particle-optical axis (7) lie, wherein this inclination angle ( ⁇ ) is not equal to 0 ° and 90 °, and preferably in the range 20 ° to 70 °.
  • the beam axis (19) of the diode laser is then adjusted so that the beam axis (19) of the laser beam intersects the particle-optical axis (7) at a predefined position.
  • the camera chip (22) is also sensitive to the wavelength of the diode laser (15).
  • the optical axis (24) of the camera module is likewise inclined at an angle ( ⁇ ) to the particle-optical axis (7), whereby the angle of inclination ( ⁇ ) of the camera module (21) can deviate from the angle of inclination ( ⁇ ) of the diode laser (15) ,
  • the angle of inclination ( ⁇ ) of the camera module (21) is selected such that the surface of the object table (11) can be observed obliquely from above with the camera chip (22) and an inclined view of the object table on a monitor or display (26) (1 1) and an object recorded on it can be displayed.
  • a chamber illumination is provided by which the area around the stage is illuminated with light of a wavelength for which the camera chip (22) is sensitive.
  • the output signals of the camera module (21) are first fed to a control device (27), by which further information can be superimposed on the images recorded with the camera chip (22), so that corresponding overlaid images are displayed on the monitor (26).
  • a marking in the form of a line is generated by the control device (27), which indicates the position of the particle-optical axis (7) in the image taken with the camera chip (22).
  • the extent of the marking is greater in the direction of the particle-optical axis than perpendicular to the particle-optical axis (7).
  • the positioning of the object then takes place with the aid of the system according to the invention according to the method illustrated in FIG. 4 as a block diagram.
  • the point of impact of the laser module (15) is generated
  • Light beam searched on the object or the stage A corresponding superimposed image of an object (32) recorded on the object table (11) is shown in FIG. 3.
  • the deposit between the point of impact (31) of the laser beam and the mark (30) indicates that the surface of the object (32) is not yet at the desired working distance along the particle-optical axis (7).
  • the drive of the object table (11) firstly displaces it in the direction of the optical axis until the point of impact (31) of the laser beam on the marking
  • a second step (42) the object (25) is displaced perpendicular to the particle-optical axis (7) by means of the other drives of the stage (11) until the mark (30) in the optical image recorded with the camera chip (22) ) is in the range of an object detail of interest. If the position of the point of incidence (31) of the laser beam moves away from the marking in this movement perpendicular to the particle-optical axis, then the first step (41) is repeated once again and the object table is moved in the direction of the particle-optical axis (7) until the position of the object of impact
  • the switchover to particle-optical microscopy is carried out by signals having a detector (33). be detected and used for image formation, which arise by irradiation of the object with primary particles.
  • Such induced by partial irradiation secondary particles can backscattered electrons.
  • Be secondary electrons or light quanta which are either triggered by the object itself or caused by interaction of backscattered or secondary electrons with gas molecules in the sample chamber.
  • the initial adjustment of the system can be done using an object that has a prominent location, such as an acute-angled edge. Under particle irradiation, this point is first sought and moved by moving the object table this prominent point in the direction of the particle-optical axis (7) until this striking object location is in the desired working distance in the direction of the particle-optical axis, for example by the signals generated by the particle beam show maximum lateral resolution. Subsequently, the diode laser (15) is then positioned by means of the adjusting unit so that in the image taken with the camera chip (22) the light beam impinges on the object precisely at the striking object location.
  • this point is first sought and moved by moving the object table this prominent point in the direction of the particle-optical axis (7) until this striking object location is in the desired working distance in the direction of the particle-optical axis, for example by the signals generated by the particle beam show maximum lateral resolution.
  • the diode laser (15) is then positioned by means of the adjusting unit so that in the image taken
  • a line is then established in the video image by means of the control device (27) as a marking, which runs through the striking object point and runs in the direction of the center of the objective lens.
  • the set up mark is then saved as an annotation and is later available when objects with less concise object details are to be microscoped.
  • the marking can be produced particularly simply if the camera chip (22) is received in such a way that it is oriented on the sample chamber such that the vertical direction in the image recorded with the camera chip coincides with the direction of the particle-optical axis.
  • the marker (30) is then simply in the image, the image column or a part of the image column, in which the distinctive object location lies.
  • the point of intersection of the light beam with the particle-optical axis can be adjusted to any desired working distance desired by the customer - that is, to any desired position along the particle-optical axis in practice.
  • the power supply of the diode laser can be varied via a variable current source or a resistance potentiometer, so that the brightness of the laser beam is variable and thereby the current brightness conditions and possibly a different Reflection behavior of the object for the light of the laser beam and the ER light of the chamber illumination can be adjusted. If required, the brightness control of the diode laser can also be automated by software.
  • an auxiliary module according to the present invention can be easily retrofitted to existing devices. It only needs to be recorded on a free port of the sample chamber, the laser module with the required adjustment.
  • the coupling of the laser beam can also be done by a glass plate, which closes the sample chamber vacuum-tight with respect to the outside world.
  • a video mixing device has to be added, with which the desired mark can be generated and stored in the video image of the camera.
  • the optical axis (24) of the camera module and the laser beam axis (19) are aligned perpendicular or nearly perpendicular to one another. This results in a particularly clear displacement of the point of impingement of the laser focus on the object in the image taken with the camera as a function of a change in the position of the object table in the direction of the particle-optical axis.
  • the optical axis (24) of the camera module and the laser beam axis (19) should include an angle that deviates significantly from 0 ° and 180 °, for example in the range between 45 ° and 135 °.
  • the illumination device is designed as a diode laser which generates a focused light beam.
  • the illumination device can also be realized otherwise, for example by an incandescent lamp or an LED. which, with the aid of an upstream optical system, generates a focused light beam whose focus ideally lies at the intersection of the light beam with the particle-optical axis.
  • a diode laser instead of a diode laser, a gas laser, a solid-state laser, a fiber laser or a fiber-coupled light source can be used.
  • the entire diode laser can also be arranged within the sample chamber.
  • the fiber-coupled light source when using a fiber-coupled light source, it can be arranged outside the sample chamber and the fiber can be guided into the sample chamber. In this case, the exit end of the fiber would then be received at an adjusting device to be arranged within the sample chamber.
  • infrared illumination is provided as chamber illumination and, as a camera, a camera sensitive to IR is provided.
  • the chamber illumination may also have a different wavelength; Accordingly, the camera should then be sensitive to a different wavelength or a different wavelength range.
  • the diode laser does not have to emit in the infrared spectral range but can have any wavelength. All that is required is that the camera is simultaneously sensitive to both the chamber illumination and the light of the illumination device of the focusing and positioning auxiliary device.
  • the focusing and positioning auxiliary device is to be used universally for sample chambers of different sizes, it is useful if the position of the laser focus along the laser beam axis (19) can be varied by the optics (18). If, on the other hand, the diode laser can always be arranged at almost the same distance from the point of intersection of the laser beam axis with the particle-optical axis even with different sample chambers, a diode laser with a fixed optics and resulting fixed position of the laser focus along the laser beam axis can also be used.
  • the detector (33) is arranged in the sample chamber for signals which arise due to irradiation of the object with primary particles.
  • this detector can also be arranged in the particle-optical column, for example in the region of the objective facing the particle source (so-called in-lens detector), or one or more detectors in the sample chamber and another detector in the particle-optical column be arranged.
  • the detector (33) for signals which are generated by irradiation of the object with primary particles can be, for example, an Everhardt-Thornley detector, an EDX detector or a light detector or an electrode.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fokussier- und Positionierhilfseinrichtung für ein teilchenoptisches Rastermikroskop, ein teilchenoptisches Rastermikroskop mit einer entsprechenden Positionierhilfe, sowie ein Verfahren zur Fokussierung und Positionierung eines Objekts in einem teilchenoptischen Rastermikroskop Die Fokussier- und Positionierhilfseinrichtung umfasst eine Beleuchtungseinrichtung, die einen kollimierten oder fokussierten Lichtstrahl unter einem Winkel zur teilchenoptischen Strahlachse erzeugt, der die teilchenoptische Strahlachse an einer vordefinierten Position schneidet, eine für die Wellenlänge des Lichtstrahls sensitive Kamera, mit der ein Bild eines auf dem Objekttisch positionierten Objekts unter einem zweiten Winkel relativ zur teilchenoptischen Strahlachse aufgenommen wird, ein Display, und eine Steuerungseinrichtung für die Erzeugung eines mit der Kamera aufgenommenen Bildes auf dem Display zusammen mit einer Markierung, die die Lage der teilchenoptischen Strahlachse in dem Bild anzeigt.

Description

Fokussier- und Positionierhilfseinrichtung für ein teilchenoptisches Rastermikroskop
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fokussier- und Positionierhilfseinrichtung für ein teilchenoptisches Rastermikroskop, ein teilchenoptisches Rastermikroskop mit einer entsprechenden Fokussier- und Positionierhilfe, sowie ein Verfahren zur Fokussierung und Positionierung eines Objekts in einem teilchenoptischen Rastermikroskop.
Bei Rasterelektronenmikroskopen und anderen teilchenoptischen Rastergeräten erfolgt die Positionierung des Objekts relativ zur teilchenoptischen oder elektronenoptischen Strahlachse mit Hilfe des in drei zueinander senkrechten Richtungen verstellbaren Objekttischs. Zur Beobachtung des Objekts während der Positionierung dient eine CCD- Kamera mit einer, häufig infraroten, Kammerbeleuchtung. Da die Optik der CCD-Kamera eine sehr große Schärfentiefe hat, ist es kaum möglich, das Objekt in Richtung der optischen Achse der CCD-Kamera mit einer Genauigkeit besser als etwa 5 mm zu positionieren. Bei anschließender Umschaltung auf Elektronenbestrahlung bzw. teilchenoptische Bestrahlung und Aufzeichnung eines Bildes des Objekts mithilfe der durch die Teilchenbestrahlung ausgelösten Sekundärteilchen wie Rückstreuelektronen, Sekundärelektronen oder Lichtquanten, die entweder vom Objekt selbst ausgelöst werden oder durch Wechselwirkung von Rückstreu- oder Sekundärelektronen mit Gasmolekülen in der Kammer entstehen, kann es dann vorkommen, dass selbst bei eingestellter geringer Vergrößerung das gewünschte Objektdetail nicht im Bild zu sehen ist, weil der vom Teilchenstrahl abgerasterte Bereich kleiner als die Positioniergenauigkeit im Bild der CCD-Kamera ist und demzufolge der interessierende Objektbereich noch außerhalb des durch den Teilchenstrahl abgerasterten Bereichs liegt.
Darüber hinaus dient das CCD-Kamerabild auch zur Positionierung des Objekts in Richtung der teilchenoptischen Strahlachse, also um die Objektebene in die durch den Arbeitsabstand des teilchenoptischen Objektivs definierte Ebene zu bringen. Für einen ungeübten Benutzer ist dieses ebenfalls nur mit einer Genauigkeit von einigen Millimetern möglich, was häufig für ein auch nur grob fokussiertes teilchenoptisches Bild nicht ausreicht. Deshalb ist es häufig erforderlich, unter teilchenoptischer Bestrahlung und der dabei bestehenden Positionier-Empfindlichkeit sowohl die gewünschte Stelle auf dem Objekt zu suchen als auch das Objekt auf den richtigen Arbeitsabstand einzustellen. In der JP 63254649 ist bereits vorgeschlagen worden, bei einem
Rasterelektronenmikroskop zusätzlich ein optisches Mikroskop vorzusehen, mit dessen Laserstrahl ein Hilfssignal für die Erzeugung eines Autofokussignals für die Elektronenoptik erzeugt wird.
Als weiterer für die vorliegende Erfindung relevanter Stand der Technik sind die JP 2004- 4319518, JP 10352776, JP 03141544, US 6714289 und die US 20030006372 anzuführen.
Es ist ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Fokussier- und Positionierhilfseinrichtung für ein teilchenoptisches Rastermikroskop anzugeben, die einfach aufgebaut ist und sowohl das Einstellen eines Objekts auf den Arbeitsabstand des teilchenoptischen Objektivs erleichtert als auch die Positionierung eines interessierenden Objektdetails senkrecht zur teilchenoptischen Achse des Rastermikroskops erleichtert. Dieses Ziel wird durch eine Fokussier- und Positionierhilfseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Es ist ein zweites Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Teilchen-Rastermikroskop anzugeben, bei dem sowohl das Einstellen eines Objekts auf den Arbeitsabstand des teilchenoptischen Objektivs erleichtert als auch die Positionierung eines interessierenden Objektdetails senkrecht zur teilchenoptischen Achse des Rastermikroskops erleichtert ist. Dieses Ziel wird durch ein Teilchen-Rastermikroskop mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zum einfacheren und zuverlässigen Einstellen eines Objekts auf den Arbeitsabstand des teilchenoptischen Objektivs und zum einfacheren und zuverlässigen Positionierung eines interessierenden Objektdetails senkrecht zur teilchenoptischen Achse eines Rastermikroskops anzugeben. Dieses Ziel wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche gegeben. Eine Fokussier- und Positionierhilfseinrichtung für ein teilchenoptisches Rastermikroskop weist eine Beleuchtungseinrichtung auf, die einen kollimierten oder fokussierten Lichtstrahl unter einem ersten Winkel zur teilchenoptischen Strahlachse erzeugt, der die teilchenoptische Strahlachse des Rastermikroskops an einer vordefinierten Position schneidet. Die Fokussier- und Positionierhilfseinrichtung weist weiterhin eine für die Wellenlänge des Lichtstrahls sensitive Kamera auf, mit der ein Bild eines auf dem Objekttisch positionierten Objekts unter einem zweiten Winkel relativ zur teilchenoptischen Strahlachse aufgenommen wird. Weiterhin ist ein Display vorgesehen sowie eine Steuerungseinrichtung für die Erzeugung eines mit der Kamera aufgenommenen Bildes auf dem Display zusammen mit einer Markierung, die die Lage der teilchenoptischen Strahlachse in dem Bild anzeigt.
Ein Teilchenstrahlsystem nach der Erfindung weist einen Teilchenstrahlerzeuger, eine Objektivlinse, eine Probenkammer und einen in der Probenkammer angeordneten Objekttisch auf. Weiterhin ist eine Fokussier- und Positionierhilfseinrichtung vorgesehen, die einen kollimierten oder fokussierten Lichtstrahl unter einem ersten Winkel zur teilchenoptischen Strahlachse erzeugt, der die teilchenoptische Strahlachse des Rastermikroskops an einer vordefinierten Position schneidet. Die Fokussier- und Positionierhilfseinrichtung weist weiterhin eine für die Wellenlänge des Lichtstrahls sensitive Kamera auf, mit der ein Bild eines auf dem Objekttisch positionierten Objekts unter einem zweiten Winkel relativ zur teilchenoptischen Strahlachse aufgenommen wird. Weiterhin ist ein Display vorgesehen sowie eine Steuerungseinrichtung für die Erzeugung eines mit der Kamera aufgenommenen Bildes auf dem Display zusammen mit einer Markierung, die die Lage der teilchenoptischen Strahlachse in dem Bild anzeigt.
Ein Verfahren zur Fokussierung und Positionierung eines Objekts in einem Teilchen- Rastermikroskop nach der Erfindung erfolgt mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines Lichtstrahls, der die teilchenoptische Achse des Objektivs an einer vorgegebenen Position schneidet, b) Bereitstellen einer Kamera, die für die Wellenlänge des Lichtstrahls sensitiv ist, c) Bereitstellen eines Displays, auf dem die Lage der teilchenoptischen Achse des Objektivs markiert ist, d) Aufzeichnen eines Bildes eines auf dem Objekttisch positionierten Objekts mit der Kamera, e) Positionieren des Objekttischs in Richtung der teilchenoptischen Achse des Objektivs bis in dem auf dem Display dargestellten Bild des Objekts der Lichtstrahl das Objekt auf der Markierung schneidet, und f) Umschalten des teilchenoptischen Rastermikroskops auf Bestrahlung des Objekts mit Elektronen und Darstellung eines Bilds des Objekts durch detektierte Teilchen oder Lichtquanten, die durch Bestrahlung des Objekts mit geladenen Teilchen erzeugt sind.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1: Die Prinzipskizze eines Rasterelektronenmikroskops mit einer Fokussier- und
Positionierhilfseinrichtung im Schnitt; Figur 2: das Rasterelektronenmikroskop aus Figur 1 in einer zur Figur 1 senkrechten
Schnittebene;
Figur 3: ein Kamerabild eines Objekts mit überlagerter Markierung, und Figur 4: ein Blockdiagramm der bei einem Fokussier- und Positionierverfahren ablaufenden Verfahrensschritte.
Das Rasterelektronenmikroskop in Figur 1 weist eine Probenkammer (1 ) und daran aufgenommen die elektronenoptische Säule (2) auf. In der elektronenoptischen Säule (2) sind die für die Strahlformung des Strahls geladener Teichen erforderlichen Elemente ausgenommen. Zur Erzeugung des Teilchenstrahls ist ein Teilchenemitter (3) beispielsweise in Foπn einer thermischen Elektronenquelle, eines LAB6-Emitters oder einer thermischen oder kalten Feldemissionsquelle vorgesehen. Über mit entsprechendem elektrostatischem Potenzial beaufschlagte Elektroden (4, 5) werden die geladenen Teilchen aus dem Emitter (3) extrahiert und auf die gewünschte Zielenergie des Teilchenstrahls beschleunigt. Sind die Teilchen des Teilchenstrahls negativ geladen, wie z.B. bei Elektronen, sind die elektrostatischen Potenziale der Elektroden (4. 5) positiv gegenüber dem elektrostatischen Potenzial des Emitters (3). Sind hingegen die Teilchen des Teilchenstrahls positiv geladen, wie z.B. bei Positronen oder Ionen, sind die elektrostatischen Potenziale der Elektroden (4, 5) negativ gegenüber dem elektrostatischen Potenzial des Emitters (3). Die Strahlformung des Teilchenstrahls erfolgt über eine Kondensorlinse (6) und eine Objektivlinse (8). Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind sowohl die Kondensorlinse (6) als auch die Objektivlinse (8) als magnetische Linsen ausgebildet, weshalb sie als magnetische Polschuhe mit darin aufgenommenen Magnetspulen (9, 20) dargestellt sind. Sowohl die Kondensorlinse (6) als auch die Objektivlinse (8) können jedoch auch als elektrostatische Linse ausgebildet sein. Weiterhin kann insbesondere auch die Objektivlinse (8) als elektrostatische-magnetische Kombinationslinse ausgebildet sein, die sowohl ein Magnetfeld als auch eine elektrostatisches Feld erzeugt.
In oder in der Nähe der Hauptebene der Objektivlinse (8) ist die Strahlablenkeinrichtung angeordnet, die in dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel durch Ablenkspulen (10) realisiert ist, die etwa in Höhe des Polschuhspalts der Objektivlinse (8) angeordnet sind. Mit Hilfe der Strahlablenkeinrichtung kann der von der Objektivlinse (8) fokussierte Teilchenstrahl senkrecht zur teilchenoptischen Strahlachse (7) (nachfolgend auch kurz optische Achse (7) genannt), die durch die Rotationssymmetrie der Objektivlinse (8) definiert ist, abgelenkt werden. Die Strahlablenkeinrichtung kann auch als so genanntes Doppelablenksystem mit zwei in Richtung der optischen Achse (7) aufeinander folgenden Einzelablenksystemen ausgebildet sein. Auch ist eine Anordnung der Ablenkspulen auf der Höhe des Polschuhspalts der Objektivlinse nicht zwingend.
In der Probenkammer (1) ist ein Objekttisch (1 1) aufgenommen. Der Objekttisch (1 1) ist über nicht näher dargestellte Verstelleinrichtungen in drei zueinandersenkrechten Richtungen verstellbar, was durch die Pfeile (12) angedeutet ist, und zusätzlich um eine senkrecht zur teilchenoptischen Achse (7) stehende Achse kippbar.
An einer seitlichen Öffnung (13) der Probenkammer (1) ist ein Diodenlaser (15), der einen kollimierten oder fokussierten Lichtstrahl erzeugt, an einer Verstelleinheit (14) aufgenommen. Die Öffnung, an der der Diodenlaser (15) aufgenommen ist. kann dabei eine Flanschöffnung sein. Der Diodenlaser enthält dabei eine Laserdiode (17) mit einer vorgeschalteten Optik (18), die einen Lichtstrahl einlang einer Achse (19) bereitstellen. Die der Laserdiode vorgeschaltete Optik (18) erzeugt einen Fokus des Laserstrahls an der Stelle entlang der Laserstrahlachse (19), an der dieser die teilchenoptische Strahlachse (7) schneidet. Über die Verstelleinheit (14) ist der Diodenlaser (15) in beiden zur Laserstrahlachse (19) senkrechten Richtungen verstellbar. Die Aufnahme des Diodenlasers (15) an der Probekammer (1) relativ zur teilchenoptischen Säule (2) ist derart, dass die Ebenen, in denen je nach Positionierung des Diodenlasers (15) mittels der Verstelleinheit (14) die Strahlachse (19) des Laserstrahls liegt, stets unter einem Neigungswinkel (α) zur teilchenoptischen Achse (7) liegen, wobei dieser Neigungswinkel (α) ungleich 0° und 90° ist und vorzugsweise im Bereich 20° bis 70° liegt. Mit Hilfe der Verstelleinheit (14) wird dann die Strahlachse (19) des Diodenlasers so einjustiert, dass die Strahlachse (19) des Laserstrahls die teilchenoptische Achse (7) an einer vordefinierten Position schneidet.
Wie der zur Figur 1 senkrechten Schnittdarstellung in Figur 2 zu entnehmen ist, ist an einer weiteren Flanschöffnung (25) der Probenkammer (1) ein Kameramodul (21) mit einem Kamerachip (22), beispielsweise einem für Infrarotlicht empfindlichen CCD-Chip, und einem Kameraobjektiv (23) angeordnet. Der Kamerachip (22) ist dabei auch für die Wellenlänge des Diodenlasers (15) sensitiv. Die optische Achse (24) des Kameramoduls ist ebenfalls unter einem Winkel (ß) zur teilchenoptischen Achse (7) geneigt, wobei der Neigungswinkel (ß) des Kameramoduls (21) vom Neigungswinkel (α) des Diodenlasers (15) abweichen kann aber nicht muss. Der Neigungswinkel (ß) des Kameramoduls (21) ist so gewählt, dass mit dem Kamerachip (22) die Oberfläche des Objekttischs (1 1) schräg von oben beobachtbar ist und auf einem Monitor oder Display (26) demzufolge eine geneigte Aufsicht auf den Objekttisch (1 1) und ein darauf aufgenommenes Objekt darstellbar ist.
Weiterhin vorgesehen ist eine nicht dargestellte Kammerbeleuchtung, durch die der Bereich um den Objekttisch mit Licht einer Wellenlänge ausgeleuchtet wird, für die der Kamerachip (22) sensitiv ist.
Die Ausgangssignale des Kameramoduls (21) werden zunächst einer Steuerungseinrichtung (27) zugeführt, durch die den mit dem Kamerachip (22) aufgezeichneten Bildern weitere Informationen überlagert werden können, so dass auf dem Monitor (26) entsprechende überlagerte Bilder angezeigt werden. Insbesondere wird durch die Steuerungseinrichtung (27) eine Markierung in Form eines Strichs erzeugt, die die Lage der teilchenoptischen Achse (7) in dem mit dem Kamerachip (22) aufgenommenen Bild angibt. Die Ausdehnung der Markierung ist dabei in Richtung der teilchenoptischen Achse größer als senkrecht zur teilchenoptischen Achse (7). Die Positionierung des Objekts erfolgt dann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Systems nach dem in der Figur 4 als Blockdiagramm dargestellten Verfahren. Zunächst wird in dem mit dem Kamerachip (22) aufgenommen Bild des Objekts, das auf dem Monitor (26) mit der überlagerten Markierung, die die Lage der teilchenoptischen Achse (7) angibt, dargestellt wird, der Auftreffpunkt des vom Lasermodul (15) erzeugten Lichtstrahls auf dem Objekt oder dem Objekttisch gesucht. Ein entsprechendes überlagertes Bild eines auf dem Objekttisch (1 1) aufgenommenen Objekts (32) ist in der Figur (3) dargestellt. In dem Bild ist neben dem Objekttisch (11) der untere Bereich des Polschuhs der Objektivlinse (8) zu sehen. Weiterhin zu sehen ist der Auftreffpunkt (31) des Laserstrahls auf dem Objekttisch sowie die Markierung (30), die als Annotation die Lage der teilchenoptischen Achse (7) angibt. Die Ablage zwischen dem Auftreffpunkt (31) des Laserstrahls und der Markierung (30) gibt an, dass die Oberfläche des Objekts (32) sich noch nicht im gewünschten Arbeitsabstand entlang der teilchenoptischen Achse (7) befindet. Demzufolge wird dann zunächst in einem ersten Schritt (40) mithilfe des Antriebs des Objekttischs (1 1) dieser zunächst in Richtung der optischen Achse verschoben, bis der Auftreffpunkt (31) des Laserstrahls auf der Markierung
(30) liegt, die die Lage der teilchenoptischen Achse angibt. Wenn dieses erfolgt ist, wird anschließend in einem zweiten Schritt (42) mithilfe der anderen Antriebe des Objekttischs (11) das Objekt senkrecht zur teilchenoptischen Achse (7) verschoben, bis in dem mit dem Kamerachip (22) aufgezeichneten optischen Bild die Markierung (30) im Bereich eines interessierenden Objektdetails liegt. Wenn bei dieser Bewegung senkrecht zur teilchenoptischen Achse sich die Lage des Auftreffpunktes (31) des Laserstrahls von der Markierung weg bewegt, wird anschließend noch einmal der erste Schritt (41) wiederholt und der Objekttisch in Richtung der teilchenoptischen Achse (7) verfahren, bis der Auftreffpunkt
(31) des Laserstrahls wieder mit der Markierung zusammen fällt. Ein Auseinanderwandem des Auftreffpunkts des Laserstrahls von der Markierung kann insbesondere dann erfolgen, wenn die Oberfläche des Objekts nicht senkrecht zur teilchenoptischen Achse (7) liegt.
Erst nachdem die zuvor beschri ebene Positionierung in Richtung der teilchenoptischen Achse und Navigation senkrecht zur teilchenoptischen Achse erfolgt ist, also die Markierung (30) in dem mit dem Kamerachip (22) aufgenommenen überlagerten Bild mit einem interessierenden Objektdetail zusammen fällt und weiterhin der Auftreffpunkt (31) des Laserstrahls auf der Objektoberfläche auf der Markierung (30) liegt, erfolgt in einem nachfolgenden Schritt (43) die Umschaltung auf teilchenoptische Mikroskopie, indem Signale mit einem Detektor (33) detektiert und zur Bilderzeugung verwendet werden, die durch Bestrahlung des Objekts mit Primärteilchen entstehen. Derartige durch Teilbestrahlung ausgelöste Sekundärteilchen können Rückstreuelektronen. Sekundärelektronen oder Lichtquanten sein, die entweder vom Objekt selbst ausgelöst werden oder durch Wechselwirkung von Rückstreu- oder Sekundärelektronen mit Gasmolekülen in der Probenkammer entstehen.
Die erstmalige Einjustierung des Systems kann mithilfe eines Objekts erfolgen, das eine markante Stelle, beispielsweise eine spitzwinklige Kante, aufweist. Unter Teilchenbestrahlung wird zunächst diese Stelle aufgesucht und durch Verschieben des Objekttischs diese markante Stelle so in Richtung der teilchenoptischen Achse (7) verfahren, bis diese markante Objektstelle sich im gewünschten Arbeitsabstand in Richtung der teilchenoptischen Achse befindet, beispielsweise indem die mit dem Teilchenstrahl erzeugten Signale die maximale laterale Auflösung zeigen. Anschließend wird dann der Diodenlaser (15) mithilfe der Verstelleinheit so positioniert, dass in dem mit dem Kamerachip (22) aufgenommenen Bild der Lichtstrahl genau an der markanten Objektstelle auf das Objekt auftrifft. Im letzten Schritt wird dann im Videobild mithilfe der Steuerungseinrichtung (27) eine Linie als Markierung eingerichtet, die durch die markante Objektstelle verläuft und in Richtung auf die Mitte der Objektivlinse zuläuft. Die eingerichtete Markierung wird dann als Annotation abgespeichert und steht später zur Verfügung, wenn Objekte mit weniger prägnanten Objektdetails mikroskopiert werden sollen. Besonders einfach lässt sich die Markierung erzeugen, wenn der Kamerachip (22) so an der Probenkammer orientiert aufgenommen ist, dass die Vertikalrichtung im mit dem Kamerachip aufgenommenen Bild mit der Richtung der teilchenoptischen Achse übereinstimmt. Die Markierung (30) ist dann einfach im Bild die Bildspalte oder ein Teil der Bildspalte, in der die markante Objektstelle liegt.
Anzumerken ist in diesem Zusammenhang noch, dass der Schnittpunkt des Lichtstrahls mit der teilchenoptischen Achse auf jeden sinnvoll vom Kunden gewünschten Arbeitsabstand - also auf jede in der Praxis wünschenswerte Position entlang der teilchenoptischen Achse - eingestellt werden kann.
Die Stromversorgung des Diodenlasers kann über eine variable Stromquelle oder ein Widerstandspotentiometer variierbar sein, so dass die Helligkeit des Laserstrahls variierbar ist und dadurch den aktuellen Helligkeitsbedingungen und eventuell einem unterschiedlichen Reflexionsverhalten des Objekts für das Licht des Laserstrahls und dem ER-Licht der Kammerbeleuchtung angepasst werden kann. Bei Bedarf kann die Helligkeitsregelung des Diodenlasers auch softwaregestützt automatisiert erfolgen.
Da die meisten Rasterelektronenmikroskope bereits über eine (häufig infrarote) Kammerbeleuchtung und eine Kamera verfügen, mit der ein Bild des Objekttisches aufgenommen werden kann, ist ein Hilfsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung leicht an bereits existierenden Geräten nachrüstbar. Es braucht lediglich an einem freien Port der Probenkammer das Lasermodul mit der erforderlichen Verstelleinrichtung aufgenommen zu werden. Die Einkopplung des Laserstrahls kann dabei auch durch eine Glasplatte erfolgen, die die Probenkammer vakuumdicht gegenüber der Außenwelt abschließt. Weiterhin ist - soweit nicht ohnehin vorhanden - noch eine Video-Mischeinrichtung zu ergänzen, mit der im Videobild der Kamera die gewünschte Markierung erzeugt und abgespeichert werden kann.
Bei der anhand der Figuren 1 und 2 beschriebenen Ausführungsform sind die optische Achse (24) des Kameramoduls und die Laserstahlachse (19) senkrecht oder nahezu senkrecht zueinander ausgerichtet. Dadurch ergibt sich eine besonders deutliche Verlagerung des Auftreffpunkts des Laserfokus auf dem Objekt in dem mit der Kamera aufgenommenen Bild in Abhängigkeit von einer Veränderung der Position des Objekttischs in Richtung der teilchenoptischen Achse. Aus diesem Grund sollten die optische Achse (24) des Kameramoduls und die Laserstahlachse (19) einen Winkel einschließen, der deutlich von 0° und 180° abweicht, beispielsweise im Bereich zwischen 45° und 135° liegt.
In der anhand der Figuren 1 und 2 beschriebenen Ausführungsform ist die Beleuchtungseinrichtung als Diodenlaser ausgebildet, der einen fokussierten Lichtstrahl erzeugt. Die Beleuchtungseinrichtung kann jedoch auch anderweitig realisiert werden, beispielsweise durch eine Glühlampe oder eine LED. die mithilfe einer vorgeschalteten Optik einen fokussierten Lichtstrahl erzeugt, dessen Fokus idealer Weise im Schnittpunkt des Lichtstrahls mit der teilchenoptischen Achse liegt. Alternativ kann anstelle eines Diodenlasers auch ein Gaslaser, ein Festkörperlaser, ein Faserlaser oder eine fasergekoppelte Lichtquelle eingesetzt werden. Soweit der vom Laser oder einer anderen Lichtquelle emittierte Strahl hinreichend kollimiert ist (mit einem Strahldurchmesser unter ca. 0,5 mm im Bereich, in dem der Lichtstrahl die teilchenoptische Achse schneidet) wäre auch keine fokussierende Vorsatzoptik erforderlich. Anstelle der Einkopplung des Laserstrahls über einen Port von außen in die Probekammer, kann auch der gesamte Diodenlaser einschließlich der Verstelleinrichtung innerhalb der Probenkammer angeordnet sein.
Auch kann bei Einsatz einer fasergekoppelten Lichtquelle diese außerhalb der Probenkammer angeordnet sein und die Faser in die Probenkammer hineingeführt sein. In diesem Fall wäre dann das Austrittsende der Faser an einer innerhalb der Probenkammer anzuordnenden Verstelleinrichtung aufzunehmen.
Bei dem anhand der Figuren 1 und 2 beschriebenen Alisführungsbeispiel ist als Kammerbeleuchtung eine Infrarotbeleuchtung und als Kamera entsprechend eine für IR sensitive Kamera vorgesehen. Die Kammerbeleuchtung kann jedoch auch eine andere Wellenlänge aufweisen; entsprechend sollte dann auch die Kamera für eine andere Wellenlänge oder einen anderen Wellenlängenbereich sensitiv sein. Auch der Diodenlaser muss nicht im infraroten Spektralbereich emittieren sondern kann eine beliebige Wellenlänge haben. Einzig ist erforderlich, dass die Kamera gleichzeitig sowohl für die Kammerbeleuchtung als auch für das Licht der Beleuchtungseinrichtung der Fokussier- und Positionierhilfseinrichtung sensitiv ist.
Soweit die Fokussier- und Positionierhilfseinrichtung universell für Probenkammern unterschiedlicher Größe eingesetzt werden soll, ist es nützlich, wenn durch die Optik (18) die Lage des Laserfokus entlang der Laserstrahlachse (19) variierbar ist. Wenn hingegen der Diodenlaser auch bei unterschiedlichen Probenkammern stets im nahezu gleichen Abstand vom Schnittpunkt der Laserstrahlachse mit der teilchenoptischen Achse angeordnet werden kann, kann auch ein Diodenlaser mit einer festen Optik und daraus resultierender fester Lage des Laserfokus entlang der Laserstrahlachse zum Einsatz kommen.
In dem anhand der Figuren 1 und 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Detektor (33) für Signale, die durch Bestrahlung des Objekts mit Primärteilchen entstehen, in der Probenkammer angeordnet. Alternativ kann dieser Detektor jedoch auch in der teilchenoptischen Säule beispielsweise etwa im der Teilchenquelle zugewandten Bereich des Objektivs (so genannter In-Lens-Detektor) angeordnet sein oder es können ein oder mehrere Detektoren in der Probenkammer und ein weiterer Detektor in der teilchenoptischen Säule angeordnet sein. Der Detektor (33) für Signale, die durch Bestrahlung des Objekts mit Primärteilchen entstehen, kann beispielsweise ein Everhardt-Thornley-Detektor, ein EDX- Detektor oder ein Lichtdetektor oder eine Elektrode sein.

Claims

Patentansprüche
1 Fokussier- und Positionierhilfseinπchtung für ein teilchenoptisches Rastermikroskop mit einem Objektiv, das eine teilchenoptische Süahlachse definiert, und einem Objekttisch, wobei die Fokussier- und Positionierhilfseini ichtung umfasst eine Beleuchtungseinπchtung, die einen kolhmierten oder fokussierten Lichtstrahl unter einem ersten Winkel zur teilchenoptischen Stiahlachse ei zeugt, der die teilchenoptische
Strahlachse an einer vordefinierten Position schneidet, eine für die Wellenlange des Lichtstrahls sensitive Kamera, mit der ein Bild eines auf dem
Objekttisch positionierten Objekts unter einem zweiten Winkel relativ zur teilchenoptischen Strahlachse aufgenommen wπd, ein Display, und eine Steuerungseinπchtung für die Erzeugung eines mit dei Kamera aufgenommenen
Bildes auf dem Display zusammen mit einer Markierung, die die Lage der teilchenoptischen Strahlachse in dem Bild anzeigt
2 Fokussier- und Positionierhilfseinrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Beleuchtungseinπchtung einen Laser aufweist
3 Fokussier- und Positionierhilfseinrichtung nach Anspruch 2, wobei die Beleuchtungseinrichtung einen Diodenlaser mit einer vorgeschalteten Optik aufweist
4 Fokussier- und Positionierhilfseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, wobei die Markierung eine großeie Langenausdehnung in Richtung der teilchenoptischen Stiahlachse aufweist als senkiecht zui teilchenoptischen Stiahlachse
5 Fokussier- und Positionieihilfseini ichtung nach einem der Anspiuche 1 - 4, wobei die Beleuchtungseinπchtung einen Fokus in dei Nahe des Schnittpunkts des Lichtstiahls mit der teilchenoptischen Strahlachse aufweist
6 Fokussier- und Positionieihilfseini ichtung nach einem dei Anspiuche 1 - 5, wobei die Beleuchtungseinrichtung an einei Veistelleinπchtung aufgenommen ist, mittels dei die Achse des Lichtstrahls senkrecht zu ihrem Veilauf justieibai ist
7. Teilchenstrahlsystem mit einem Teilchenstrahlerzeuger, einer Objektivlinse, einer Probenkammer einem in der Probenkammer angeordneten Objekttisch und einer Fokussier- und Positionierhilfseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
8. Verfahren zur Fokussierung und Positionierung eines Objekts in einem Teilchen- Rastermikroskop mit einem Objektiv, das eine teilchenoptische Strahlachse definiert, und einem Objekttisch, mit den Schritten: a. Bereitstellen eines Lichtstrahls, der die teilchenoptische Achse des Objektivs an einer vorgegebenen Position schneidet, b. Bereitstellen einer Kamera, die für die Wellenlänge des Lichtstrahls sensitiv ist. c. Bereitstellen eines Displays, auf dem die Lage der teilchenoptischen Achse des Objektivs markiert ist, d. Aufzeichnen eines Bildes eines auf dem Objekttisch positionierten Objekts mit der Kamera, e. Positionieren des Objekttischs in Richtung der teilchenoptischen Achse des Objektivs bis in dem auf dem Display dargestellten Bild des Objekts der Lichtstrahl das Objekt auf der Markierung schneidet, und f. Umschalten des teilchenoptischen Rastermikroskops auf Bestrahlung des Objekts mit Elektronen und Darstellung eines Bilds des Objekts durch detektierte Teilchen oder Lichtquanten, die durch Bestrahlung des Objekts mit geladenen Teilchen erzeugt sind.
9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei zwischen den Schritten e) und f) der Schritt ausgeführt wird: g. Positionieren des Objekttisches senkrecht zur teilchenoptischen Strahlachse bis in dem auf dem Display dargestellten Kamerabild der Lichtstrahl eine interessierende ausgewählte Stelle des Objekts schneidet.
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