DE102014008383B4

DE102014008383B4 - Teilchenstrahlsystem und Verfahren zum Betreiben einer Teilchenoptik

Info

Publication number: DE102014008383B4
Application number: DE102014008383.7A
Authority: DE
Inventors: Ingo Müller; Nicole Bengesser; Christof Riedesel; Thomas Kemen; Jörg Jacobi; Arne Thoma; Markus Döring; Dirk Zeidler; Jürgen Kynast; Gerd Benner
Original assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2014-06-06
Filing date: 2014-06-06
Publication date: 2017-08-24
Anticipated expiration: 2034-06-07
Also published as: US9799485B2; CN105280464A; CN105280464B; TWI687681B; TWI704344B; TW202024622A; US9991089B2; TW201610425A; DE102014008383B9; DE102014008383A1; US20150357157A1; KR102430355B1; KR20150140585A; US20180040454A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Mehrstrahl-Teilchenoptik, wobei die Mehrstrahl-Teilchenoptik wenigstens zwei jeweils von einer Mehrzahl von Teilchenstrahlen durchsetzte teilchenoptische Komponenten aufweist, deren Wirkung auf die Teilchenstrahlen einstellbar ist, und wobei das Verfahren umfasst: (1) Bereitstellen einer ersten Einstellung der Wirkungen der teilchenoptischen Komponenten derart, dass eine erste Ebene mit Teilchen der Teilchenstrahlen teilchenoptisch in eine zweite Ebene abgebildet wird, wobei die teilchenoptische Abbildung durch wenigstens zwei Parameter charakterisierbar ist; (2) Bestimmen einer Matrix A derart, dass gilt:wobei:ein Vektor mit Komonenten , w12 , ..., w1n wobei n die Anzahl der teilchenoptischen Komponenten ist und eine jede der Komponenten einen Wert einer Wirkung einer der teilchenoptischen Komponenten bei der ersten Einstellung repräsentiert, w→ ein Vektor mit Komponenten w1, w2, ..., wn ist, die die Werte der Wirkungen der teilchenoptischen Komponenten bei einer von der ersten Einstellung verschiedenen Einstellung repräsentieren,ein Vektor mit Komponenten , p12 , ..., p1m ist, wobei m die Anzahl der die teilchenoptische Abbildung charakterisierenden Parameter ist und eine jede der Komponenten einen Wert eines der Parameter bei der ersten Einstellung repräsentiert, und ...

Description

Die Erfindung betrifft Teilchenstrahlsysteme und Verfahren zum Betreiben von Teilchenoptiken.
Teilchenstrahlsysteme verwenden Teilchenoptiken, um Strahlen geladener Teilchen auf eine gewünschte Weise zu beeinflussen, so dass mit den Strahlen der geladenen Teilchen beispielsweise eine optische Abbildung erzielt werden kann. Die geladenen Teilchen können beispielsweise Elektronen oder Ionen sein, und die Teilchenstrahlsysteme können beispielsweise als Mikroskope oder Lithographiegeräte eingesetzt werden.
Eine Teilchenoptik weist meist mehrere teilchenoptische Komponenten auf, von denen eine jede eine Wirkung auf einen die jeweilige teilchenoptische Komponente durchsetzenden Teilchenstrahl hat. Beispielsweise kann die teilchenoptische Komponente eine teilchenoptische Linse sein, welche eine fokussierende Wirkung auf den Teilchenstrahl hat, oder die teilchenoptische Komponente kann ein Strahlablenker sein, welcher den Teilchenstrahl um einen Winkel ablenkt. Die teilchenoptischen Komponenten stellen hierzu elektrische und/oder magnetische Felder bereit, welche auf die geladenen Teilchen des Teilchenstrahls einwirken, und Werte bzw. Stärken dieser Wirkungen können einstellbar sein, indem die Stärken der elektrischen und/oder magnetischen Felder geändert werden, beispielsweise durch Ändern von elektrischen Spannungen, welche an Elemente angelegt sind, welche elektrische Felder bereitstellen, oder Ändern von elektrischen Strömen, die Spulen zugeführt werden, welche magnetische Felder erzeugen.
Bei einer Teilchenoptik müssen die Wirkungen einer jeden teilchenoptischen Komponente so eingestellt werden, dass die Teilchenoptik als Ganzes eine gewünschte Wirkung, wie beispielsweise eine teilchenoptische Abbildung einer Ebene in eine andere Ebene, bereitstellt. Das korrekte Einstellen der Wirkungen von teilchenoptischen Komponenten einer Teilchenoptik ist in der Praxis oft schwierig, da mehrere teilchenoptische Komponenten auf komplizierte Weise zusammenwirken.
Bei einer Teilchenoptik, die eine teilchenoptische Abbildung bereitstellt, kann es gewünscht sein, den Abbildungsmaßstab der Abbildung zu ändern. Dies kann durch Ändern der fokussierenden Wirkung einer der teilchenoptischen Linsen erreicht werden. Allerdings führt dies dann meist auch dazu, dass sich der Abstand zwischen den beiden Ebenen, welche ineinander abgebildet werden, ändert, so dass neben der Änderung des Abbildungsmaßstabs auch eine Defokussierung stattfindet. Um diese zu vermeiden, müssen dann noch die Wirkungen anderer teilchenoptischer Komponenten geändert werden. Neben dem Abbildungsmaßstab und dem Abstand der ineinander abgebildeten Ebenen sind insbesondere bei Teilchenstrahlsystemen, bei welchen ausgedehnte Bereiche teilchenoptisch ineinander abgebildet werden, die Konvergenz des Strahlengangs und die Rotation Parameter, welche auf gewünschte Werte einzustellen sind. Beispiele für Teilchenstrahlsysteme, bei welchen ausgedehnte Bereiche teilchenoptisch ineinander abgebildet werden, sind Elektronenmikroskope und Lithographiegeräte, welche mit einer Vielzahl von parallelen Teilchenstrahlen arbeiten.
US 2007/0228274 A1 zeigt Konzepte eines Vielstrahl-Teilchenmikroskops, welche insbesondere die Detektion einer Vielzahl von Sekundärer-Teilchenstrahlen betreffen.
US 2006/0289804 A1 offenbart eine Vielzahl von Konzepten für Mehrstrahl-Teilchenmikroskope, welche insbesondere die Kompensation von Abbildungsfehlern einer Objektivlinse betreffen.
US 2009/0114818 A1 offenbart Konzepte für Vielstrahl-Teilchenmikroskope, welche insbesondere Linsen betreffen, mit denen es möglich ist, einzelne Teilchenstrahlen gezielt statisch zu beeinflussen.
US 2004/0188636 A1 offenbart ein Vielstrahl-Teilchenlithographiesystem, bei welchem einzelne Strahlen gezielt beeinflussbar sind.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Teilchenoptik vorzuschlagen, welches ein Einstellen von Wirkungen von teilchenoptischen Komponenten derart, dass die Teilchenoptik insgesamt eine gewünschte Wirkung aufweist, erleichtert. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Teilchenstrahlsystem vorzuschlagen, bei welchem eine Vielzahl von Teilchenstrahlen zur Erzeugung einer Abbildung eingesetzt wird, bei welcher der Abbildungsmaßstab, die Konvergenz des Strahlengangs und die Rotation als Parameter der Abbildung einstellbar sind.
Ausführungsformen der Erfindung stellen ein Verfahren zum Betreiben einer Teilchenoptik bereit, welche wenigstens zwei, insbesondere drei oder vier, von wenigstens einem Teilchenstrahl durchsetzte teilchenoptische Komponenten aufweist, deren jeweilige Wirkung auf den Teilchenstrahl einstellbar ist. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen einer ersten Einstellung der Wirkungen der teilchenoptischen Komponenten derart, dass eine erste Ebene mit Teilchen des Teilchenstrahls teilchenoptisch in eine zweite Ebene abgebildet wird, wobei die teilchenoptische Abbildung durch wenigstens zwei, insbesondere drei oder vier, Parameter charakterisierbar ist. Die Parameter können beispielsweise einen Abbildungsmaßstab, eine Rotation, eine Konvergenz des Strahlengangs und einen Abstand entlang des Strahlengangs zwischen der ersten Ebene und der zweiten Ebene umfassen. Der Abbildungsmaßstab charakterisiert ein Verhältnis zwischen der Ausdehnung eines abzubildenden Objekts in der ersten Ebene und einer Ausdehnung des Bild des Objekts in der zweiten Ebene. Die Rotation charakterisiert die Orientierung des Bildes des abzubildenden Objekts in der zweiten Ebene um eine optische Achse der Teilchenoptik, da teilchenoptische Komponenten, welche ihre Wirkung über insbesondere rotationssymmetrische Magnetfelder bereitstellen, zu einer Änderung dieser Orientierung führen. Die Konvergenz des Strahlengangs charakterisiert den Winkel, unter welchem die Hauptstrahlen der Teilchenstrahlen, welche die optische Wirkung bereitstellen, auf die zweite Ebene auftreffen. Oft ist es wünschenswert, eine sogenannte telezentrische Abbildung bereitzustellen, bei welcher Hauptstrahlen der Teilchenstrahlen die erste Ebene und die zweite Ebene unabhängig von der lateralen Position in der Ebene orthogonal durchsetzen. Der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Ebene charakterisiert einen Arbeitsabstand, unter welchem ein Objekt von der Teilchenoptik anzuordnen ist, damit beispielsweise eine Oberfläche des Objekts mit der zweiten Ebene zusammenfällt, so dass die erste Ebene scharf auf die Oberfläche des Objekts abgebildet wird.
Nach dem Bereitstellen der ersten Einstellung der Wirkungen der teilchenoptischen Komponenten ist die Teilchenoptik somit als abbildende Teilchenoptik eingestellt. Das Verfahren umfasst dann ferner ein Bestimmen einer linearen oder nicht-linearen mathematischen Abbildung, welche eine Relation zwischen Änderungen der Wirkungen der teilchenoptischen Komponenten, beispielsweise aufgrund der Änderung von Strömen durch Spulen oder der Spannungen auf Elektroden, und Änderungen der die teilchenoptische Abbildung charakterisierenden Parameter, beispielsweise des Abbildungsmaßstabs oder der Konvergenz, beschreibt. Gemäß Ausführungsformen kann eine derartige Relation im linearen Fall mit einer Matrix A beschrieben werden, so dass gilt:
wobei
ein Vektor mit Komponenten w 1 / 1, w 1 / 2, ..., w 1 / n ist, wobei n die Anzahl der teilchenoptischen Komponenten ist und eine jede der Komponenten w 1 / i einen Wert einer Wirkung einer der teilchenoptischen Komponenten bei der ersten Einstellung repräsentiert; w → ein Vektor mit Komponenten w₁, w₂, ..., w_n ist, die die Werte der Wirkungen der teilchenoptischen Komponenten bei einer von der ersten Einstellung verschiedenen Einstellung repräsentieren;
ein Vektor mit Komponenten p 1 / 1, p 1 / 2, ..., p 1 / m ist, wobei m die Anzahl der die teilchenoptische Abbildung charakterisierenden Parameter ist und eine jede der Komponenten p 1 / i einen Wert eines der Parameter bei der ersten Einstellung repräsentiert; und p → ein Vektor mit Komponenten p₁, p₂, ..., p_n ist, die die Werte der Parameter bei der von der ersten Einstellung verschiedenen Einstellung repräsentieren.
Gemäß Ausführungsformen kann die Matrix A durch Versuche bestimmt werden. Beispielsweise können ausgehend von der ersten Einstellung der Wirkungen der teilchenoptischen Komponenten einzelne Wirkungen variiert werden und die sich hierbei ergebenden Änderungen der die teilchenoptische Abbildung charakterisierenden Parameter beispielsweise durch Messung bestimmt werden.
Es können m×n Messungen durchgeführt werden, um die m×n Einträge der Matrix A zu bestimmen: Für jeden der m Parameter werden die n teilchenoptischen Komponenten variiert und jeweils der Einfluss jeder Änderung der Komponenten auf den betreffenden Parameter bestimmt. Dieses wird für sämtliche Parameter durchgeführt. Für jeden Parameter ergibt sich daraus eine Anzahl an Gleichungen, die gleich mit der Anzahl der teilchenoptischen Komponenten ist. Die Änderungen der teilchenoptischen Komponenten müssen dabei so erfolgen, dass sich linear unabhängige Gleichungssysteme ergeben. Aus den Gleichungen für sämtliche Parameter ergeben sich auf diesem Weg sämtliche Komponenten der Matrix A. Mathematisch ausgedrückt, ergeben sich in jeder der n Messungen für jeden der m Zeilenvektoren a_i1, a_i2, ..., a_in (i = 1, ..., m) der Matrix A n-Stück Gleichungen, die nach den Elementen des Zeilenvektors a_i1, a_i2, ..., a_in (i = 1, ..., m) aufgelöst werden können. Das heißt, dass mit m×n Messungen sämtliche Matrixelemente der Matrix A bestimmt werden können. Für den Fall, dass m ungleich n ist, ergeben sich überbestimmte bzw. unterbestimmte Gleichungssysteme. Dies führt allerdings in den nächsten Schritten zu keinen Einschränkungen des Verfahrens.
Beispielsweise kann im einfachsten Fall das Bestimmen der Matrix A ein Erzeugen der von der ersten Einstellung verschiedenen Einstellung derart umfassen, dass lediglich eine der Komponenten Δw₁, Δw₂, ..., Δw_n des Vektors
von Null verschieden ist, die bei der von der ersten Einstellung verschiedenen Einstellung der teilchenoptischen Komponenten entstehende teilchenoptische Abbildung analysiert wird und die diese teilchenoptische Abbildung charakterisierenden Parameter bestimmt werden. Das Gleichungssystem für den entsprechenden Zeilenvektor reduziert sich dann auf ein Diagonalsystem.
Gemäß Ausführungsformen hierin umfasst das Bestimmen der Matrix A ferner ein Wiederholen des Erzeugens der von der ersten Einstellung verschiedenen Einstellung, wobei jedes Mal genau eine andere der Komponenten Δw₁, Δw₂, ..., Δw_n des Vektors
von Null verschieden ist, alle anderen Komponenten des Vektors
gleichzeitig aber Null sind. Es können allerdings auch zwei oder mehr Komponenten des Vektors
von Null verschieden sein. Letzteres entspricht dem oben beschriebenen allgemeinen Fall.
Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst das Bestimmen der Matrix A ein numerisches Simulieren der teilchenoptischen Abbildung, so dass die bei Änderungen der Wirkungen der teilchenoptischen Komponenten herbeigeführten Änderungen der die Abbildung charakterisierenden Parameter anhand der numerischen Simulation bestimmt werden.
Die teilchenoptischen Komponenten können teilchenoptische Linsen, deren einstellbare Wirkung eine fokussierende Wirkung ist, Stigmatoren, deren einstellbare Wirkung eine astigmatische Wirkung ist, und andere teilchenoptische Komponenten sowie Kombinationen hiervon umfassen.
Gemäß Ausführungsformen umfasst ein Teilchenstrahlsystem eine Mehrstrahlquelle die dazu konfiguriert ist, ein erstes Feld von mehreren ersten Teilchenstrahlen zu erzeugen; eine erste Teilchenoptik, welche dazu konfiguriert ist, die ersten Teilchenstrahlen auf ein Objekt zu richten; und eine Steuerung; wobei die erste Teilchenoptik wenigstens zwei, insbesondere drei oder vier, teilchenoptische Linsen umfasst, welche in einem Strahlengang der ersten Teilchenoptik angeordnet sind; wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, eine Wirkung einer jeden der teilchenoptischen Linsen der ersten Teilchenoptik auf die ersten Teilchenstrahlen derart einzustellen, dass eine erste Ebene mit Teilchen der ersten Teilchenstrahlen teilchenoptisch auf eine zweite Ebene abgebildet wird und die zweite Ebene mit einer Objektebene zusammenfällt, so dass die ersten Teilchenstrahlen an Auftrefforten auf das Objekt treffen, welche in einem zweiten Feld liegen.
Die in dem Teilchenstrahlsystem eingesetzte erste Teilchenoptik erlaubt eine Einstellung zum einen derart, dass ein Abstand zwischen der ersten Ebene und der zweiten Ebene einstellbar ist, so dass dann, wenn beispielsweise die erste Ebene fest relativ zu der ersten Teilchenoptik positioniert ist und das Objekt mit einem gegebenen Abstand von der ersten Ebene angeordnet ist, die zweite Ebene so eingestellt werden kann, dass diese an dem Objekt angeordnet ist und beispielsweise mit der Oberfläche des Objekts zusammenfällt. Zum anderen erlaubt es die erste Teilchenoptik, weitere, die teilchenoptische Abbildung charakterisierende, Parameter auf gewünschte Werte einzustellen. Diese Parameter umfassen insbesondere den Abbildungsmaßstab, die Rotation und die Konvergenz des Strahlengangs, wobei diese Parameter insbesondere unabhängig voneinander einstellbar sind. Dies bedeutet, dass beispielsweise der Abbildungsmaßstab änderbar ist ohne die Konvergenz des Strahlengangs und die Rotation zu ändern oder die Rotation änderbar ist, ohne den Abbildungsmaßstab und die Konvergenz des Strahlengangs zu ändern.
Gemäß Ausführungsformen ist die Mehrstrahlquelle so konfiguriert, dass die erzeugten Strahlen die erste Ebene an Orten durchsetzen, welche mit Abstand voneinander angeordnet sind und das erste Feld in der ersten Ebene definieren. Diese Orte können in dem Feld mit jeweils gleichen Abständen voneinander positioniert sein. Ferner können die Orte ein Rechteckgitter oder ein hexagonales Gitter bilden. Insbesondere können die Abstände zwischen diesen Orten fest, also nicht änderbar sein. Diese Orte in der ersten Ebene werden durch die Teilchenstrahlen auf Orte in der zweiten Ebene bzw. an dem Objekt abgebildet, an welchen die Teilchenstrahlen die zweite Ebene durchsetzen bzw. auf das Objekt treffen. In der zweiten Ebene bzw. auf dem Objekt bilden diese Orte das zweite Feld, welches dem ersten Feld teilchenoptisch entspricht, wobei die Abstände der Orte voneinander in dem zweiten Feld von dem Abbildungsmaßstab der teilchenoptischen Abbildung abhängen. Gemäß Ausführungsformen ist die Steuerung dazu konfiguriert, den Abbildungsmaßstab und damit die Abstände der Auftrefforte innerhalb des zweiten Feldes voneinander durch Ändern der Wirkungen der teilchenoptischen Linsen der ersten Teilchenoptik zu andern.
Die Orientierung des zweiten Feldes in der zweiten Ebene bzw. auf dem Objekt hängt von der Rotation der teilchenoptischen Abbildung ab. Gemäß Ausführungsformen ist die Steuerung ferner dazu konfiguriert, die Rotation und damit die Orientierung des zweiten Feldes von Auftrefforten relativ zu den teilchenoptischen Linsen durch Ändern der Wirkungen der teilchenoptischen Linsen der ersten Teilchenoptik zu ändern.
Die Steuerung kann ferner dazu konfiguriert sein, die Abstände der Auftrefforte innerhalb des zweiten Feldes voneinander durch Ändern der Wirkungen der teilchenoptischen Linsen der ersten Teilchenoptik zu ändern ohne dabei die Orientierung des zweiten Feldes von Auftrefforten relativ zu den teilchenoptischen Linsen zu ändern.
Ebenso kann die Steuerung dazu konfiguriert sein, die Orientierung des zweiten Feldes von Auftrefforten relativ zu den teilchenoptischen Linsen durch Ändern der Wirkungen der teilchenoptischen Linsen der ersten Teilchenoptik zu ändern, ohne dabei die Abstände der Auftrefforte innerhalb des zweiten Feldes voneinander zu ändern.
Gemäß Ausführungsformen umfasst das Teilchenstrahlsystem ferner einen Detektor mit mehreren Detektionsbereichen, welche in einem dritten Feld angeordnet sind; eine zweite Teilchenoptik, welche dazu konfiguriert ist, von den Auftrefforten in dem zweiten Feld von Auftrefforten an dem Objekt ausgehende zweite Teilchenstrahlen auf das dritte Feld von Detektionsbereichen zu richten; wobei die zweite Teilchenoptik wenigstens zwei, insbesondere drei oder vier, teilchenoptische Linsen aufweist, welche in einem Strahlengang der zweiten Teilchenoptik zwischen einer dritten Ebene und einer vierten Ebene angeordnet sind. Die Steuerung ist dazu konfiguriert, eine Wirkung einer jeden der teilchenoptischen Linsen der zweiten Teilchenoptik auf die zweiten Teilchenstrahlen derart einzustellen, dass die dritte Ebene in die vierte Ebene abgebildet wird. Dabei kann die dritte Ebene mit der Oberfläche des Objekts zusammen fallen und das Feld von Detektionsbereichen in der vierten Ebene angeordnet sein, so dass jeder der zweiten Teilchenstrahlen auf wenigstens einen der in dem dritten Feld angeordneten Detektionsbereiche trifft und voneinander verschiedene zweite Teilchenstrahlen auf voneinander verschiedene Detektionsbereiche treffen.
Dieses Teilchenstrahlsystem kann als Teilchenstrahlmikroskop betrieben werden, welches an mehreren Orten an dem Objekt gleichzeitig Messungen der Eigenschaften des Objekts vornimmt.
Die zweite Teilchenoptik ist derart konfiguriert, dass zum einen die dritte Ebene mit der zweiten Ebene der ersten Teilchenoptik oder der Oberfläche der Objekts zusammen fällt und die dritte Ebene mittels der von der dritten Ebene ausgehenden zweiten Teilchenstrahlen in die vierte Ebene, in der das dritte Feld an Detektionsbereichen angeordnet ist, abgebildet wird. Zum anderen kann die zweite Teilchenoptik dazu konfiguriert sein, weitere Parameter der Abbildung, wie beispielsweise den Abbildungsmaßstab, die Rotation und die Konvergenz des Strahlengangs einzustellen. Aufgrund der Einstellbarkeit des Abbildungsmaßstabs ist es somit möglich, bei gegebenen Abständen der Detektionsbereiche voneinander und änderbaren Abständen der Auftrefforte der ersten Teilchenstrahlen voneinander in der zweiten Ebene, die einzelnen Auftrefforte mittels der zweiten Teilchenstrahlen auf entsprechende Detektionsbereiche abzubilden.
Es ist möglich, dass nicht alle Parameter für einen bestimmten Betriebsmodus des Multistrahl-Teilchensystems relevant sind. Es ist beispielsweise möglich, dass die Konvergenz des Strahlengangs in der zweiten Teilchenoptik von geringerer Relevanz ist als die Rotation oder der Abbildungsmaßstab. Dann können weniger teilchenoptische Komponenten ausreichend sein, um die gewünschten restlichen Parameter einzustellen. Wenn beispielsweise die Lage einer Beugungsebene nahezu konstant bleiben soll, kann für bestimmte Linsen, die für die Lage dieser Beugungsebene stark bestimmend sind, eine feste Erregung vorgewählt und bestimmt sein.
Gemäß Ausführungsformen ist die Steuerung dazu konfiguriert, Änderungen der Abstände der Auftrefforte innerhalb des zweiten Feldes voneinander durch Ändern der Wirkungen der teilchenoptischen Linsen der zweiten Teilchenoptik zu kompensieren, so dass bei Änderungen der Abstände der Auftrefforte innerhalb des zweiten Feldes voneinander ein jeder der zweiten Teilchenstrahlen auf den wenigstens einen der in dem dritten Feld angeordneten Detektionsbereiche trifft und voneinander verschiedene zweite Teilchenstrahlen auf voneinander verschiedene Detektionsbereiche treffen.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen hierin ist die Steuerung ferner dazu konfiguriert, Änderungen der Orientierung des zweiten Feldes von Auftrefforten relativ zu den teilchenoptischen Linsen der zweiten Teilchenoptik durch Ändern der Wirkungen der teilchenoptischen Linsen der zweiten Teilchenoptik zu kompensieren, so dass bei Änderungen der Orientierung des zweiten Feldes von Auftrefforten ein jeder der zweiten Teilchenstrahlen auf den wenigstens einen der in dem dritten Feld angeordneten Detektionsbereiche trifft und voneinander verschiedene zweite Teilchenstrahlen auf voneinander verschiedene Detektionsbereiche treffen.
Die erste und die zweite Teilchenoptik können als separate Teilchenoptiken ausgeführt sein, welche keine teilchenoptischen Linsen gemeinsam haben. Allerdings ist es auch möglich, dass wenigstens eine teilchenoptische Linse der wenigstens zwei, insbesondere drei oder vier, teilchenoptischen Linsen der ersten Teilchenoptik wenigstens eine der wenigstens zwei, insbesondere drei oder vier, teilchenoptischen Linsen der zweiten Teilchenoptik ist, so dass die erste und die zweite Teilchenoptik eine oder mehrere gemeinsame Linsen aufweisen. Die wenigstens eine gemeinsame Linse kann beispielsweise eine Objektivlinse eines teilchenoptischen Mikroskops sein. Gemäß Ausführungsformen hierin umfasst das Teilchenstrahlsystem eine teilchenoptische Weiche, welche in den Strahlengängen der ersten und der zweiten Teilchenoptik angeordnet ist.
Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Hierbei zeigt
1 ein herkömmliches Teilchenstrahlsystem;
2a, 2b und 2c schematische Darstellungen von Abbildungen in einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Teilchenstrahlsystems;
3 ein Flussdiagramm zur Erläuterung einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben einer Teilchenoptik;
4, 5 und 6 eine Ausführungsform eines Testmusters in zunehmend vergrößerter Darstellung;
7 bis 13 Varianten von Testmustern; und
14a, 14b und 14c Querschnitte durch eine Objektivlinse, ein Messsystem und ein Kalibrierungsobjekt zur Erläuterung einer Justagetechnik.
1 ist eine schematische Darstellung eines Vielstrahl-Inspektionssystems, welches mehrere Teilchenstrahlen einsetzt. Das Inspektionssystem erzeugt mehrere Teilchenstrahlen, welche auf ein zu untersuchendes Objekt treffen, um dort Elektronen zu erzeugen, welche von dem Objekt ausgehen und nachfolgend detektiert werden. Das Inspektionssystem 1 ist vom Rasterelektronenmikroskoptyp (”scanning electron microscope”, SEM), welches mehrere primäre Elektronenstrahlen 3 einsetzt, die an Orten 5 auf einer Oberfläche des Objekts 7 auftreffen und dort mehrere Elektronenstrahlflecken bzw. -spots erzeugen. Das zu untersuchende Objekt 7 kann von einer beliebigen Art sein und beispielsweise einen Halbleiter-Wafer, eine biologische Probe und eine Anordnung miniaturisierter Elemente oder dergleichen umfassen. Die Oberfläche des Objekts 7 ist in einer Objektebene 101 einer Objektivlinse 102 eines Objektivlinsensystems 100 angeordnet.
Der vergrößerte Ausschnitt I1 der 1 zeigt eine Draufsicht auf die Objektebene 101 mit einem regelmäßigen rechtwinkligen Feld 103 von Auftrefforten 5, welche in der Ebene 101 gebildet werden. In 1 beträgt die Zahl der Auftrefforte 25, welche als ein 5 × 5-Feld 103 angeordnet sind. Die Zahl 25 an Auftrefforten ist eine aus Gründen der vereinfachten Darstellung gewählte kleine Zahl. In der Praxis kann die Zahl an Strahlen bzw. Auftrefforten wesentlich größer gewählt werden, wie beispielsweise 20 × 30, 100 × 100 und dergleichen.
In der dargestellten Ausführungsform ist das Feld 103 von Auftrefforten 5 ein im Wesentlichen regelmäßiges rechtwinkliges Feld mit einem konstanten Abstand p1 zwischen benachbarten Auftrefforten. Beispielhafte Werte des Abstands p1 sind 1 μm, 10 μm oder 40 μm. Es ist jedoch auch möglich, dass das Feld 103 andere Symmetrien aufweist, wie beispielsweise eine hexagonale Symmetrie.
Ein Durchmesser der in der Objektebene 101 geformten Strahlflecken kann klein sein. Beispielhafte Werte dieses Durchmessers betragen 1 nm, 5 nm, 100 nm und 200 nm. Das Fokussieren der Partikelstrahlen 3 zur Formung der Strahlflecken 5 erfolgt durch das Objektivlinsensystem 100.
Die auf das Objekt treffenden Partikel erzeugen Elektronen, welche von der Oberfläche des Objekts 7 ausgehen. Die von der Oberfläche des Objekts 7 ausgehenden Elektronen werden durch die Objektivlinse 102 zu Elektronenstrahlen 9 geformt. Das Inspektionssystem 1 stellt einen Elektronenstrahlengang 11 bereit, um die Vielzahl von Elektronenstrahlen 9 einem Detektionssystem 200 zuzuführen. Das Detektionssystem 200 umfasst eine Elektronenoptik mit einem Projektionslinsensystem 205, um die Elektronenstrahlen 9 auf einen Elektronen-Multi-Detektor 209 zu richten.
Der Ausschnitt I₂ in 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Ebene 211, in welcher einzelne Detektionsbereiche angeordnet sind, auf welche die Elektronenstrahlen 9 an Orten 213 auftreffen. Die Auftrefforte 213 bilden ein zweites Feld 217 mit einem regelmäßigen Abstand p2 der Auftrefforte voneinander. Beispielhafte Werte des Abstands p2 sind 10 μm, 100 μm und 200 μm.
Die primären Elektronenstrahlen 3 werden in einer Strahlerzeugungsvorrichtung 300 erzeugt, welche wenigstens eine Elektronenquelle 301, wenigstens eine Kollimationslinse 303, eine Multi-Aperturanordnung 305 und ein Feldlinsensystem 307 umfasst. Die Elektronenquelle 301 erzeugt einen divergierenden Elektronenstrahl 309, welcher durch die Kollimationslinse 303 kollimiert wird, um einen Strahl 311 zu formen, welcher die Multi-Aperturanordnung 305 beleuchtet.
Der Ausschnitt I3 in 1 zeigt eine Draufsicht auf die Multi-Aperturanordnung 305. Die Multi-Aperturanordnung 305 umfasst eine Multi-Aperturplatte 313, welche eine Mehrzahl von darin ausgebildeten Öffnungen bzw. Aperturen 315 aufweist.
Mittelpunkte 317 der Öffnungen 315 sind in einem Feld 319 angeordnet, welches dem Feld 103 entspricht, welches durch die Strahlflecken 5 in der Objektebene 101 gebildet wird. Ein Abstand p3 der Mittelpunkte 317 der Aperturen 315 voneinander kann beispielhafte Werte von 5 μm, 100 μm und 200 μm aufweisen. Die Durchmesser D der Aperturen 315 sind kleiner als der Abstand p3 der Mittelpunkte der Aperturen. Beispielhafte Werte der Durchmesser D sind 0,2 × p3, 0,4 × p3 und 0,8 × p3.
Elektronen des beleuchtenden Strahls 311 durchsetzen die Aperturen 315 und bilden Elektronenstrahlen 3. Elektronen des beleuchtenden Strahls 311, welche auf die Platte 313 treffen, werden durch diese abgefangen und tragen nicht zur Bildung der Elektronenstrahlen 3 bei.
Die Multi-Aperturanordnung 305 fokussiert die Elektronenstrahlen 3 derart, dass in einer Ebene 325 Strahlfoki 323 gebildet werden. Ein Durchmesser der Foki 323 kann beispielsweise 10 nm, 100 nm und 1 μm betragen.
Das Feldlinsensystem 307 und die Objektivlinse 102 stellen eine erste abbildende Teilchenoptik bereit, um die Ebene 325, in der die Foki gebildet werden, auf die Objektebene 101 abzubilden, so dass dort ein Feld 103 von Auftrefforten 5 bzw. Strahlflecken auf der Oberfläche des Objekts 7 gebildet wird.
Die Objektivlinse 102 und das Projektionslinsensystem 205 stellen eine zweite abbildende Teilchenoptik bereit, um die Objektebene 101 auf die Detektionsebene 211 abzubilden. Die Objektivlinse 102 ist somit eine Linse, welche sowohl Teil der ersten als auch der zweiten Teilchenoptik ist, während das Feldlinsensystem 307 nur der ersten Teilchenoptik und das Projektionslinsensystem 205 nur der zweiten Teilchenoptik angehört.
Eine Strahlweiche 400 ist in dem Strahlengang der ersten Teilchenoptik zwischen der Multi-Aperturanordnung 305 und dem Objektivlinsensystem 100 vorgesehen. Die Strahlweiche 400 ist auch Teil der zweiten Teilchenoptik im Strahlengang zwischen dem Objektivlinsensystem 100 und dem Detektionssystem 200.
Die Strahlweiche 400 stellt ein nicht-rotationssymmetrisches elektronenoptisches Abbildungssystem dar. Für die Abbildungsleistung dieser Teilchenoptik 400 im Primärstrahlengang 13 ist es wichtig, dass die Teilchenoptik im korrekten Eintreffwinkel und am korrekten Eintreffort von den Partikeln im Primärstrahlengang durchsetzt wird. Korrekt heißt in diesem Sinne, dass die Abweichungen des Eintreffwinkels und des Eintrefforts hinreichend wenig von den in numerischen Simulationen verwendeten Werten abweichen. Die Strahlweiche 400 stellt aufgrund ihres nicht-rotationssymmetrischen Aufbaus allerdings kein direktes Kriterium zur Verfügung, um diesen Eintreffort und Eintreffwinkel zu bestimmen. Eine direkte Möglichkeit, diese sogenannten Einstrahlungsbedingungen zu bestimmen, ist es beispielsweise, Aperturen in den Strahlengang vor der Strahlweiche einzuführen, die sehr genau zu den Sektorfeldern der Strahlweiche justierbar sind. Da die Aperturen aufgrund des ausgedehnten Bildfeldes vor der Strahlweiche nicht fest installiert, sondern mittels eines mechanischen Blendentriebes ein- und ausfahrbar sein sollten, ist die Verwendung von Aperturen aus Platzgründen nicht immer möglich. In diesem Fall kann es vorteilhaft sein, eine Justagelinse 403 (siehe 1) zwischen der Strahlerzeugungsvorrichtung 300 und der Strahlweiche 400 einzufügen. Diese Justagelinse 403 besteht mindestens aus einer Spule und optional einem Linsenjoch, die beide mechanisch sehr genau auf die Strahlweiche 400 gepasst sein können. Das heißt, dass die Lagetoleranzen dieser Spule zu der Strahlweiche 400 sehr gering sein können. Die genaue mechanische Lage der Justagelinse 403 zu der Strahlweiche 400 kann beispielsweise durch elektronenoptische Simulationen bestimmt werden. Im Normalbetrieb des teilchenoptischen Systems ist diese Spule der Justagelinse ausgeschaltet. Im Justagebetrieb kann der Strahlengang hinter der Strahlerzeugungsvorrichtung 300 mittels Deflektoren (nicht gezeigt) so eingestellt werden, dass das Primärstrahlenbündel 13 bei Änderung der Erregung der Justagelinse 403 und/oder bei Umkehrung der Polarität der Justagelinse 403 nicht auswandert. In diesem Fall ist gewährleistet, dass das Primärstrahlenbündel das Zentrum der Justagelinse 403 trifft und parallel zur optischen Achse der Justagelinse verläuft. Aufgrund der Passung der Justagelinse 403 zu der Strahlweiche wird dadurch gewährleistet, dass der Eintreffort und der Eintreffwinkel in die Strahlweiche hinreichend genau innerhalb der Toleranzbreite (Fehlerbudget) der sich aus der Simulation ergebenden Werte liegen.
Weitergehende Information zu solchen Vielstrahl-Inspektionssystemen und darin eingesetzten Komponenten, wie etwa Teilchenquellen, Multi-Aperturplatten und Linsen, kann aus den internationalen Patentanmeldungen WO 2005/024881 , WO 2007/028595 , WO 2007/028596 und WO 2007/060017 und den deutschen Patentanmeldungen mit den Anmeldenummern DE 10 2013 016 113.4 und DE 10 2013 014 976.2 erhalten werden, deren Offenbarung vollumfänglich durch Inbezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
Die erste Teilchenoptik stellt eine teilchenoptische Abbildung der ersten Ebene 325 in die zweite Ebene 101 bereit. Ein Parameter zur Charakterisierung dieser teilchenoptischen Abbildung ist der Abstand zwischen der ersten Ebene 325 und der zweiten Ebene 101 entlang der Strahlachse. Dieser Abstand ist änderbar, indem beispielsweise die Wirkung des Feldlinsensystems 307 oder die Wirkung der Linse 102 geändert wird. Ein weiterer Parameter zur Charakterisierung der teilchenoptischen Abbildung ist die Rotation, welche dadurch entsteht, dass die Wirkung der Linsen 307 und 102 durch Magnetfelder erzeugt wird. Diese führen zu einer Rotation, so dass die einzelnen Teilchenstrahlen sich entlang des Strahlengangs nicht geradlinig sondern entlang einer schraubenförmigen Bahn bewegen.
In 1 ist eine beispielsweise gewünschte Orientierung des Feldes 103 der Auftrefforte derart gezeigt, dass diese entlang horizontaler und vertikaler Linien in der 1 angeordnet sind. Ein Wert dieser Orientierung ist in 1 mit dem Winkel R0 bezeichnet. Aufgrund der Rotation der durch die erste Teilchenoptik bereitgestellten teilchenoptischen Abbildung muss das Feld der Teilchenstrahlen eine Orientierung derart aufweisen, dass die Teilchenstrahlen nach Durchlaufen der ersten Teilchenoptik als Feld mit der Orientierung R0 auf die Ebene 101 treffen. Die hierfür notwendige Orientierung des Feldes 319 der erzeugten Teilchenstrahlen ist in 1 durch den Winkel R1 dargestellt.
Auch die zweite Teilchenoptik stellt eine teilchenoptische Abbildung bereit, welche den Abstand zwischen den Ebenen 101 und 211 als charakterisierenden Parameter aufweisen kann. Darüber hinaus ist auch die Rotation ein Parameter zur Charakterisierung der zweiten Teilchenoptik. Das Feld 103 von zweiten Teilchenstrahlen, welches mit der Orientierung R0 von der Ebene 101 ausgeht, trifft nach Durchlaufen der zweiten Teilchenoptik unter einer Orientierung auf die Ebene 211, welche in 1 mit dem Winkel R2 bezeichnet ist.
In der schematischen Darstellung der 1 durchsetzen Hauptstrahlen der einzelnen Teilchenstrahlen 3, 9 die Ebenen 325, 101 und 211 jeweils orthogonal. Ein derartiger Strahlengang wird als telezentrischer Strahlengang bezeichnet und ist in der Praxis vorteilhaft, da beispielsweise Änderungen des Abstands des Objekts 7 von der Objektivlinse 102 zwar zu einer Vergrößerung der Strahlflecken auf dem Objekt führen, nicht aber zu einer Änderung des Abstands p1 der Strahlflecken voneinander. Es ist allerdings möglich, dass bei geänderten Einstellungen der Wirkungen der teilchenoptischen Linsen der ersten bzw. zweiten Teilchenoptik sich die Konvergenz des Strahlengangs ändert, das heißt beispielsweise Hauptstrahlen der Teilchenstrahlen 3, welche mit Abstand von einer optischen Achse der Objektivlinse 102 verlaufen, nicht mehr orthogonal auf die Ebene 101 treffen.
2a ist eine schematische Darstellung einer Teilchenoptik 1, welche vier teilchenoptische Linsen 2, 3, 4 und 5 umfasst, welche entlang einer optischen Achse 7 der Teilchenoptik 1 angeordnet sind. Die Linsen 2, 3, 4, 5 sind als Magnetlinsen ausgebildet, deren das Magnetfeld der Linse erzeugende Spulen von einer Steuerung 9 mit einem Erregungsstrom versorgt werden, wobei der Erregungsstrom für eine jede der Linsen einstellbar ist, wie dies in 2a durch die einstellbare Erregung repräsentierende Pfeile 9 schematisch angedeutet ist. Die Abstände der Linsen 2, 3, 4, 5 entlang der optischen Achse 7 voneinander sind durch die Bauweise der Linsen üblicherweise fest, das heißt während des Betriebs nicht änderbar. Die optischen Eigenschaften der Teilchenoptik können allerdings durch Andern der Wirkungen der Linsen auf einen Teilchenstrahl von der Steuerung 9 geändert werden, indem diese die einzelnen Linsen mit einstellbaren Erregungsströmen versorgt.
Die Teilchenoptik 1 bildet eine erste Ebene 13 teilchenoptisch in eine zweite Ebene 15 ab, welche mit einem Abstand entlang der optischen Achse 7 voneinander angeordnet sind. In der schematischen Darstellung der 2a ist diese Abbildung repräsentiert durch einen Pfeil 17, der in der ersten Ebene 13 angeordnet ist und durch zwei Feldstrahlen 19 von Hauptstrahlen von Teilchenstrahlen, welche den Pfeil 17 in einen Pfeil 21 abbilden, der in der zweiten Ebene 15 angeordnet ist.
Diese Abbildung kann durch vier Parameter charakterisiert werden: der erste Parameter ist der Abstand zwischen der ersten Ebene 13 und der zweiten Ebene 15 entlang der optischen Achse 7. Der zweite Parameter ist der Abbildungsmaßstab der Abbildung, welcher sich aus dem Verhältnis der Längen der Pfeile 21 und 17 ergibt. Der dritte Parameter ist die Rotation, welche sich aus der Orientierung des Pfeils 21 um die optische Achse 7 bei einer gegebenen Orientierung des Pfeils 17 um die optische Achse 7 ergibt. In 2a ist die Orientierung des Pfeils 17 als ein Winkel R dargestellt und die Orientierung des Pfeils 21 als ein Winkel R1 dargestellt. Der vierte Parameter ist die Konvergenz des Strahlengangs, welche sich aus einem Winkel ergibt, unter dem die Feldstrahlen 19 bei einem gegebenen Abstand von der optischen Achse 7 die Ebenen 13 und 15 durchsetzen. In 2a sind dies ein rechter Winkel 23 an der Ebene 13 und ein rechter Winkel T1 an der Ebene 15, so dass die Abbildung telezentrisch ist.
Es sei nun angenommen, dass die durch die Teilchenoptik 1 anhand der 2a erläuterte teilchenoptische Abbildung geändert werden soll, und zwar derart, dass der Abbildungsmaßstab erhöht wird. Hierzu muss die Steuerung die Einstellung der Wirkungen der Linsen 2, 3, 4, 5 gemäß 2a abändern.
2b zeigt eine von der Einstellung gemäß 2a verschiedene Einstellung der Wirkungen der Linsen 2, 3, 4 und 5, wobei die Einstellungen der Wirkungen der Linsen 2, 4 und 5 gleich den Einstellungen in der Einstellung gemäß 2a sind, und lediglich die Einstellung der Linse 3 von der Einstellung gemäß 2a verschieden ist. Dies führt zunächst zu einer Erhöhung des Wertes des Abbildungsmaßstabs, was in 2b aus der im Vergleich zur 2a größeren Länge des Pfeils 21 ersichtlich ist. Dies führt allerdings auch dazu, dass die erste Ebene 13 in eine zweite Ebene 15' abgebildet wird, welche von der ersten Ebene 13 einen Abstand aufweist, der um einen Wert ΔF kleiner ist als der entsprechende Abstand bei der Einstellung gemäß 2a. Ferner ist der Pfeil 21 in der Ebene 15' mit einer Orientierung R3 angeordnet, welche verschieden ist von der Orientierung R1 in der 2a. Es hat sich somit die Rotation der Abbildung um ΔR = R3 – R1 geändert.
Ferner treffen die Feldstrahlen 19 in 2b unter einem Winkel T3 auf die Ebene 15', so dass sich gegenüber der Einstellung gemäß 2a ebenfalls die Telezentrie beziehungsweise die Konvergenz des Strahlengangs geändert hat, wobei der Wert der Änderung der Konvergenz des Strahlengangs durch ΔT = T3 – T1 beschrieben werden kann.
Dies zeigt, dass die Änderung der Wirkung lediglich einer teilchenoptischen Komponente in einer Teilchenoptik dazu führt, dass sich vier Parameter ändern, welche die von der Teilchenoptik bereitgestellte teilchenoptische Abbildung charakterisieren.
In der Praxis ist es jedoch gewünscht, Einstellungen einer Teilchenoptik so zu ändern, dass sich durch die Änderung der Einstellung lediglich ein Parameter ändert, welcher die teilchenoptische Abbildung charakterisiert, und die übrigen Parameter unverändert bleiben. Hierzu ist es notwendig, die Einstellungen der Wirkungen von mehreren teilchenoptischen Komponenten gemeinsam zu ändern. Es ist allerdings schwierig, die hierfür notwendigen Änderungen der Werte der Wirkungen der einzelnen teilchenoptischen Komponenten zu bestimmen, um dieses Ziel zu erreichen. In der Praxis erfolgt dies herkömmlicher Weise oft iterativ.
Ein Beispiel eines Verfahrens zum Einstellen der Wirkungen von teilchenoptischen Komponenten einer Teilchenoptik derart, dass die Abbildung charakterisierende Parameter gewünschte Werte aufweisen, wird nachfolgend anhand von 3 beschrieben. Hierbei geht das Verfahren davon aus, dass in einem Schritt 51 eine erste Einstellung der Wirkungen der teilchenoptischen Komponenten derart bereitgestellt ist, dass eine erste Ebene in eine zweite Ebene abgebildet wird. Die Werte der Wirkungen der einzelnen teilchenoptischen Komponenten in der ersten Einstellunsind durch einen Vektor
repräsentiert. Die Werte der Parameter, welche die Abbildung charakterisieren, können durch einen Vektor
repräsentiert werden.
Es sei nun gewünscht, die erste Einstellung der Wirkungen der teilchenoptischen Komponenten so abzuändern, dass in einer zweiten Einstellung die die Abbildung charakterisierenden Parameter gewünschte Werte aufweisen, welche durch einen entsprechenden Vektor
repräsentiert sind. Die Aufgabe besteht dann darin, die für diese zweite Einstellung nötigen der Werte der Wirkungen
zu finden.
Hierzu wird in einem Schritt 53 eine Matrix A derart bestimmt, dass gilt:
Hierin ist
ein Vektor, der die Änderung der Werte der Wirkungen der optischen Komponenten gegenüber der Einstellung
in dem Schritt 51 repräsentiert, und
ist ein Vektor, welcher die Änderung der Werte der Parameter angibt, die sich ergeben, wenn die Werte der Wirkungen um
geändert werden.
Die Matrix A kann beispielsweise durch numerische Simulation oder experimentell an der Teilchenoptik selbst bestimmt werden, indem durch Variieren der Werte der Wirkungen der einzelnen teilchenoptischen Komponenten geänderte Einstellungen herbeigeführt werden und die sich ergebenden Änderungen der Parameter zur Charakterisierung der entstehenden teilchenoptischen Abbildungen beispielsweise durch Messung bestimmt werden.
Es können m×n Messungen durchgeführt werden, um die m×n Einträge der Matrix A zu bestimmen: Für jeden der m Parameter werden die n teilchenoptischen Komponenten variiert und jeweils der Einfluss jeder Änderung der Komponenten auf den betreffenden Parameter bestimmt. Dieses wird für sämtliche Parameter durchgeführt. Für jeden Parameter ergibt sich daraus eine Anzahl an Gleichungen, die gleich mit der Anzahl der teilchenoptischen Komponenten ist.
Nachfolgend wird ein Beispiel erläutert, bei dem die die Abbildung charakterisierenden Parameter die Konvergenz, die Rotation und der Abbildungsmaßstab sind, so dass die Anzahl m = 3 ist. Δtele, Δrot und Δmag repräsentieren nachfolgend Änderungen dieser Parameter. In diesem Beispiel wird die Abbildung durch vier Linsen bereitgestellt, so dass die Anzahl der teilchenoptischen Komponenten n = 4 ist. Die Wirkungen der Linsen werden durch elektrische Ströme I erzeugt.
Die Gleichung
kann für eine Variation der Ströme ΔI_i geschrieben werden als
wobei die sich ergebenden Änderungen der Parameter Δtele, Δrot und Δmag in drei Messungen gemessen werden. Die Elemente a_ij der Matrix sind zunächst unbekannt. Es werden insgesamt n = 4 verschiedene Variationen der Ströme ΔI_i eingestellt und in jeder der vier Einstellungen werden die drei Änderungen der Parameter Δtele, Δrot und Δmag gemessen, so dass insgesamt zwölf Messungen durchgeführt werden.
Die Werte a₁₁, ..., a₁₄ können dann bestimmt werden, indem für die Änderungen des ersten Parameters Δtele
angesetzt wird, wobei die oberen römischen Indizes die Nummer der Variation der Ströme bezeichnen. Diese Gleichung kann nach den a₁₁, ..., a₁₄ aufgelöst werden. Dadurch werden die Elemente der ersten Zeile der Matrix A erhalten. Für Δrot und Δmag wird dann entsprechend verfahren, um die Elemente für die zweite und die dritte Zeile der Matrix A zu berechnen, so dass dann sämtliche Elemente der Matrix A berechnet sind. Hierzu ist es hilfreich, wenn die Variationen der Ströme so gewählt sind, dass in obiger Gleichung die Zeilenvektoren mit den Elementen ΔI j / i linear unabhängig sind. Dieses Verfahren kann analog auf andere teilchenoptische Komponenten angewendet werden, wie beispielsweise auf Stigmatoren. Hierbei werden zur Darstellung der Parameter p →, der Matrix A sowie der Wirkungen w → vorteilhafterweise komplexe Zahlen verwendet.
Nach der Bestimmung der Matrix A in Schritt 53 wird in einem Schritt 55 eine Matrix S derart bestimmt, dass gilt: S·A = D_A, wobei D_A eine Diagonalmatrix oder eine Matrix ist, welche nahezu diagonal ist. Eine Matrix ist dann nahezu diagonal, wenn die nicht-Diagonalelemente wesentlich kleiner sind als die Diagonalelemente. Derartige Matrizen können sich insbesondere dann ergeben, wenn die Matrix S numerisch berechnet wird und die Matrix A schlecht konditioniert ist. Hier bei ist es insbesondere möglich, die Matrix S so zu bestimmen, dass S = A^–1. gilt, die Matrix S also durch Invertieren der Matrix A berechnet wird. Dann ist die Matrix D_A die Einheitsmatrix oder nahezu die Einheitsmatrix, das heißt, die Diagonalelemente der Matrix D_A unterscheiden sich nur geringfügig von 1, und die nicht-Diagonalelemente unterscheiden sich nur geringfügig von 0.
Daraufhin werden in einem Schritt 57 die Werte der Parameter festgelegt, welche die gewünschte Abbildung charakterisieren. Diese Werte können als ein Vektor
repräsentiert werden. Daraufhin werden in einem Schritt 59 die zur Erzielunder gewünschten Werte
nötigen Änderungen der Wirkungen
gegenüber der Einstellung aus Schritt 51 bestimmt gemäß
Damit ergeben sich die für die zweite Einstellung benötigten Wirkungen
durch die Gleichung
Diese Werte der Wirkungen werden in einem Schritt 61 eingestellt, woraufhin die Teilchenoptik mit der gewünschten Abbildung betrieben werden kann.
Darüber hinaus ist es möglich, nachfolgend weitere, andere Einstellung der Wirkungen der teilchenoptischen Komponenten vorzunehmen. Hierzu kann zu dem Schritt 57 gesprungen werden, in welchem neue gewünschte Werte der Parameter bestimmt werden, und die Einstellung der neuen Wirkungen kann in Schritt 59 vorgenommen werden, wobei zur Berechung die zuvor in dem Schritt 55 bestimmte Diagonalmatrix D_A verwendet wird. Dies ist insbesondere dann gut möglich, wenn der Betra des Vektors
klein ist und damit im Vergleich zu der in Schritt 51 bereitgestellten Einstellung geringe Änderungen der Wirkungen der teilchenoptischen Komponenten notwendig sind. Bei größeren notwendigen Änderungen der Wirkungen kann es ratsam sein, nach dem Schritt 61 zu der Bearbeitung in Schritt 53 zu springen, um für die in Schritt 61 getroffene Einstellung eine neue Matrix A zu berechnen, welche nachfolgend invertiert wird und zur Berechnung neuer Einstellungen der Wirkungen in den Schritten 59 und 61 verwendet wird.
Mit dem vorangehend erläuterten Verfahren ist es möglich, die Einstellung der Wirkungen der Linsen 2, 3, 4, 5 gemäß 2a so abzuändern, dass lediglich der Abbildungsmaßstab der Abbildung erhöht wird, der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Ebene gleich bleibt (ΔF = 0), die Rotation gleich bleibt (ΔR = R2 – R1 = 0) und die Konvergenz des Strahlengangs gleich bleibt (ΔT = T2 – T1 = 0). Eine solche Einstellung der Wirkungen der teilchenoptischen Komponenten, das heißt der Linsen 2, 3, 4, 5 ist in 2c dargestellt.
Vorangehend wurde das Verfahren zum Einstellen einer Teilchenoptik anhand der 2a, 2b und 2c und einer Teilchenoptik erläutert, welche eine erste Ebene mit vier Linsen in eine zweite Ebene abbildet, wobei die vier Linsen zwischen diesen beiden Ebenen angeordnet sind. Hierauf ist das Verfahren allerdings nicht beschränkt. Es können mehr oder weniger Linsen zur Bereitstellung der Abbildung eingesetzt werden. Es kann eine virtuelle Abbildung realisiert sein, so dass nicht sämtliche die Abbildung bereitstellenden Linsen zwischen den beiden Ebenen angeordnet sein müssen und eine oder mehrere Linsen im Strahlengang vor der ersten Ebene oder hinter der zweiten Ebene angeordnet sein können. Ferner kann die Abbildung die erste Ebene in eine oder mehrere Zwischenbildebene abbilden, die dann nachfolgend in die zweite Ebene abgebildet werden. Darüber hinaus muss nicht genau ein cross-over zwischen der ersten und der zweiten Ebene gebildet werden. Vielmehr können auch mehrere cross-over oder gar kein cross-over gebildet werden.
Es ist wünschenswert, dass das anhand der 1 erläuterte Elektronenmikroskopiesystem so betrieben werden kann, dass der Abstand p₁ zwischen einander benachbarten Auftrefforten der Teilchenstrahlen 3 auf dem Objekt einstellbar ist und die Orientierung R0 des Feldes von Auftrefforten ebenfalls einstellbar ist. Hierzu ist es notwendig, dass die erste und die zweite Teilchenoptik jeweils dazu konfiguriert sind, den Abbildungsmaßstab und die Rotation unabhängig voneinander einzustellen, und zwar vorzugsweise derart, dass sich die Konvergenz des Strahlengangs nicht ändert. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die erste und die zweite Teilchenoptik so ausgebildet werden, wie dies anhand der 2a und der 3 vorangehend erläutert wurde. Dies bedeutet, dass in jeder der beiden in 1 schematisch gezeigten Teilchenoptiken vier oder mehr Linsen angeordnet werden, welche von einer Steuerung gemäß dem anhand der 3 erläuterten Verfahren kontrolliert werden können.
Nachfolgend werden Testmuster erläutert, welche dazu eingesetzt werden können, Abbildungsparameter einer Mehrstrahl-Teilchenoptik, wie sie anhand der 1 erläutert wurde, zu bestimmen. Derartige Testmuster können mit hoher Präzision hergestellt werden, indem sie beispielsweise durch Lithographieverfahren auf Siliziumwafer geschrieben werden.
Hintergrundinformation zu Testmustern für Mehrstrahl-Teilchensysteme sind der WO 2013/032949 A1 zu entnehmen, welche durch Inbezugnahme vollumfänglich in die vorliegende Patentanmeldung aufgenommen wird.
Diese Testmuster werden vorzugsweise an einem Verfahrtisch angebracht, der auch das Objekt 7 trägt, so dass während des Betriebs des Mehrstrahl-Teilchensystems bei Bedarf das Testmuster in den Strahlengang 9 gefahren werden kann, um eine Vermessung, Kalibrierung und Justage des Mehrstrahl-Teilchensystems zu bewerkstelligen. Nach Abschluss der Vermessung, Kalibrierung und Justage kann dann wieder das Objekt 7 angefahren und mit der Untersuchung des Objektes fortgefahren werden.
4 zeigt ein Beispiel eines Testmusters 31. Das Testmuster 31 umfasst beispielsweise vier Quadrate Q1, Q2, Q3 und Q4 und beispielsweise vier Justagemarkierungen 33. Die Quadrate Q1 und Q2 enthalten jeweils beispielsweise 10 × 10 = 100 kleine Felder, während die Quadrate Q3 und Q4 jeweils beispielsweise 7 × 7 = 49 größere Felder enthalten. Die Felder in allen Quadraten sind von ihrer Struktur her gleiche Testmuster, welche nachfolgend genauer beschrieben werden, unterscheiden sich jedoch hinsichtlich ihrer Größe. Die kleineren Felder der Quadrate Q1 und Q2 sind dazu vorgesehen, mit einem Feld von Teilchenstrahlen vermessen zu werden, deren Abstand beispielsweise 12 Mikrometer beträgt, während die größeren Felder der Quadrate Q3 und Q4 dazu vorgesehen sind, mit einem Feld von Teilchenstrahlen vermessen zu werden, deren Abstand beispielsweise 18 Mikrometer beträgt. Die hier in den Figuren in schwarz und weiß dargestellten Testmuster entsprechen Mustern an dem Testwafer, die aufgrund ihrer Topographie, das heißt beispielsweise aufgrund der Orientierung ihrer Oberflächen, oder/und aufgrund ihrer Struktur, das heißt beispielsweise aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung, zu einem Intensitätskontrast in den aufgenommenen Sekundärelektronenbildern führen.
5 zeigt ein solches Feld 37 im Detail. Es besitzt einen grob gesehen sechseckigen Umriss und ist aus 127 Teilfeldern 39 zusammengesetzt, welche zeilenweise angeordnet sind, wobei die in 5 oberste Zeile sieben Teilfelder 39 umfasst. Von oben nach unten nimmt die Zahl der Teilfelder 39 von Zeile zu Zeile jeweils um eins zu, bis die mittlere Zeile 13 Teilfelder enthält. Daraufhin nimmt die Zahl der Teilfelder 39 pro Zeile von Zeile zu Zeile um jeweils eins ab, bis die unterste Zeile in 5 wieder sieben Teilfelder enthält. Ein jedes der Teilfelder ist dazu vorgesehen, von einem Teilchenstrahl des Feldes von Teilchenstrahlen abgescannt zu werden. Die Anordnung der Teilfelder 39 in dem Feld 37 entspricht deshalb der Anordnung der Teilchenstrahlen in dem Feld von Teilchenstrahlen. Das heißt, das Feld von Teilchenstrahlen ist nicht, wie in 1 gezeigt, in einem Rechteckmuster angeordnet, sondern in einem hexagonalen Muster.
6 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt mit sieben Teilfeldern 39 der 5. Ein jedes Teilfeld 39 umfasst Referenzmarkierungen 41, 42, 43 und 44, horizontale Codierungsbereiche 45, vertikale Codierungsbereiche 46 und ein Testmuster 47. In dem in 6 dargestellten Beispiel sind die Testmuster 47 jeweils vier Gruppen von ineinander geschachtelten Quadraten. Die Codierungsbereiche 45 sind in einer Anzahl von beispielsweise zwölf Plätzen unterteilt, welche jeweils ein Codierungselement, wie beispielsweise ein Quadrat, enthalten können oder nicht, so dass ein jeder Codierungsbereich eine Zahl codieren kann. Hierbei codieren die vertikalen Bereiche 46 die Nummer, die ein bestimmtes Teilfeld 39 in dem Feld 37 innehat, und die horizontalen Bereiche 45 codieren die Nummer, die ein bestimmtes Feld 37 in einem der Quadrate Q1, Q2, Q3 und Q4 innehat.
7 zeigt das Testmuster 47 in vergrößerter Darstellung. Die einzelnen Linien können eine Linienbreite von beispielsweise 60 Nanometer aufweisen.
Die 8 bis 12 zeigen Varianten des Testmusters der 7. Das Testmuster der 8 besteht aus horizontalen Linien, das Testmuster der 9 besteht aus vertikalen Linien, das Testmuster der 10 besteht aus gekreuzten Linien, das Testmuster der 11 besteht aus einer gitterförmigen Anordnung von Rechtecken, das Testmuster der 12 kann aus einem Kreuz in allen Testmustern außer dem zentralen Testmuster bestehen (rechtes Teilbild). Das zentrale Testmuster kann darüber hinaus aus einem Kreuz bestehen, welches von einem Quadrat umgeben ist (linkes Teilbild). Das Testmuster der 13 ist ein nicht-periodisches Muster aus Elementen, deren Breite von links nach rechts und von unten nach oben nicht-linear variiert. Dieses Testmuster ist insbesondere für Tests geeignet, bei welchen eine Fourier-Transformation als ein Schritt der Bildverarbeitung eingesetzt wird.
Die vorangehend erläuterten Testmuster sind dafür geeignet, den Abbildungsmaßstab und die Rotation zu bestimmen, welche durch die durch die Teilchenoptik bereitgestellte Abbildung erzielt werden. Zur Bestimmung der Konvergenz des Strahlengangs sind Testmuster geeignet, welche beispielsweise als Pyramidenstumpfe ausgebildet sind, so dass ein solcher Pyramidenstumpf vier gleich große schräge Flanken aufweist. Mit einem senkrecht auf eine solche Teststruktur auftreffenden Teilchenstrahl erscheinen die schrägen Flanken gleich groß, während sie bei schräg auftreffendem Teilchenstrahl unterschiedlich groß erscheinen. Aus einer Messung der Breite der schrägen Flanken kann somit auf den Auftreffwinkel des Teilchenstrahls und somit auf dessen Konvergenz geschlossen werden.
Die Strukturen des Testwafers können in vielfältiger Weise zur Justage des Multistrahlgeräts verwendet werden. Im Besonderen sind dies: Die Bestimmung der Positionen der Teilstrahlen, die Einstellung des Abstands der Teilstrahlen voneinander und der relativen Orientierung der Multistrahlen relativ zum Objekttisch, die Telezentrie, um sicherzustellen, dass alle Objektpunkt mit einem achsenparallelen Strahlenbündel beleuchtet werden, die Kalibrierung des Scans, um Verzerrungen und Nichtlinearitäten des Rasterfeldes zu vermeiden, und andere.
Im Allgemeinen wird der Testwafer so in den Objekttisch eingebaut, dass die Orientierung der Testwafer-Strukturen mit den Bewegungsachsen des Tisches übereinstimmen.
Strahlpositionsmessung:
Um die Positionen der Auftrefforte der Strahlen in der Probenebene zu bestimmen, woraus wiederum beispielsweise die Vergrößerung und die Rotation bestimmt werden, können folgende Verfahren verwendet werden:
a) Messmethode mit kalibrierter Testprobe
Es wird eine Testprobe mit kalibrierter Struktur verwendet, das heißt die Positionen der Strukturen sind bekannt bezüglich des Testprobenkoordinatensystems. Die Testprobe wird mit allen (oder einer Auswahl von allen) Strahlen abgescannt. Der Scan (speziell die Pixelgröße und die Orientierung des Bildkoordinatensystems zum Testprobenkoordinatensystem) wird entweder vorher kalibriert oder kann auch gleichzeitig kalibriert werden. Aus den entstandenen Bildern (bzw. aus den Positionen der Strukturen in diesen Bildern) können die Positionen der einzelnen Strahlen berechnet werden. Dies kann z. B. dadurch erfolgen, dass die Strukturen in den Bildern eindeutig erkannt und die Positionen in den Bildern bestimmt werden. Bei bekannter Lage der Strukturen auf der Testprobe und bekannter Transformation M zwischen dem Testprobenkoordinatensystem und dem Bildkoordinatensystem lässt sich aus den Positionen der Strukturen in den Scanbildern die Lage der Strahlen auf dem Testwafer berechnen. Anstatt die Strukturen explizit in den einzelnen Bildern zu identifizieren, lässt sich auch eine periodisch strukturierte Probe verwenden. Dann kann die Bildverschiebung zwischen jeweils zwei Teilchenstrahlen bestimmt werden: Liegt ein Element der periodischen Struktur z. B. mittig im Bild eines ersten Teilchenstrahls, aber im Bild eines zweiten Teilchenstrahls liegt ein (anderes) Element der periodischen Struktur um (dx, dy) Pixel von der Bildmitte verschoben, lässt sich der Verschiebevektor (dx, dy) mittels einer Transformationsmatrix M im Testprobenkoordinatensystem darstellen. Bei bekannter Lage der Elemente der periodischen Struktur zueinander kann dann die Positionen des zweiten Teilchenstrahls bezüglich der des ersten Teilchenstrahls berechnet werden. Für die anderen Teilchenstrahlen kann dies genauso geschehen, wobei es von Vorteil ist, jeweils die Verschiebung gegenüber demselben Teilchenstrahl (z. B. dem ersten Teilchenstrahl) zu ermitteln, um keine Fehler aufzuaddieren.
b) Überlapp-Messmethode
Anstatt einer Testprobe mit kalibrierter Struktur kann auch eine beliebig strukturierte Probe verwendet werden. Dazu werden Bilder aufgenommen, deren Bildgröße größer ist als der erwartete Abstand zwischen den Auftrefforten der Teilchenstrahlen auf der Probe, das heißt die Bilder benachbarter Strahlen überlappen. Vergleicht man Bilder zweier benachbarter Teilchenstrahlen und bestimmt die Verschiebung der Bilder zueinander anhand der identischen Überlappbereiche, lässt sich bei kalibriertem Scan (Pixelgröße) die Lage der beiden Teilchenstrahlen zueinander im Bildkoordinatensystem bestimmen. Für jedes benachbarte Teilchenstrahlenpaar erhält man damit einen relativen Lagevektor. Anhand dieser Lagevektoren können die relativen Positionen aller Teilchenstrahlen zueinander berechnet werden. Die relative Lage zwischen zwei Teilchenstrahlen kann sowohl direkt als auch über indirekte Pfade (Summation der jeweiligen Lagevektoren) über andere Strahlen bestimmt werden.
Telezentriemessung:
Alternativ zu der oben beschriebenen Messung mittels einer Testprobe mit erhöhten Strukturen, kann auch eine beliebige flache, strukturierte Testprobe verwendet werden, die mit einem motorisierten Probentisch in z-Richtung (das heißt in der Höhe, parallel zur optischen Achse) bewegt werden kann. An mindestens zwei unterschiedlichen z-Positionen werden dann jeweils Scanbilder (aller oder einer Auswahl von den Strahlen) aufgenommen. Anschließend wird ermittelt (manuell oder automatisch), wie die Probenstruktur im Bild eines beliebigen Teilchenstrahls bei einer ersten Höhe z1 gegenüber der Probenstruktur im Bild vom selben Teilchenstrahl bei einer zweiten, gegenüber der ersten Höhe z1 veränderten Höhe z2 verschoben ist. Bei kalibriertem Scan kann die Verschiebung von Pixeln in z. B. Nanometer umgerechnet werden. Zusammen mit dem Unterschied bzw. Abstand der beiden Höhen z1–z2 des (kalibrierten) Probentisches kann dann aus der ermittelten Verschiebung der Auftreffwinkel des betreffenden Teilchenstrahls berechnet werden: t = atan(Verschiebung/(z1 – z2)). Bei ggf. mehr als zwei z-Positionen kann die Telezentrie mehrfach berechnet und gemittelt werden. Die beiden Höhen z1 und z2 sollten dabei so gewählt sein, dass die Bilder innerhalb der Tiefenschärfe der Abbildung liegen, also ohne Nachstellen (Fokus) von elektronenoptischen Elementen ausreichend Kontrast bzw. Probendetails zeigen, das heißt die beiden Höhen z1, z2 sollten beide nahe an der Fokusebene liegen. Der Unterschied in den Höhen z1–z2 sollte außerdem so gewählt sein, dass Bilder eines beliebigen Teilchenstrahls an allen Höhenpositionen einen gemeinsamen Bereich der Probenstruktur zeigen, das heißt die Verschiebung darf nicht zu groß sein. Alternativ kann man auch die an anderer Stelle beschriebene Teilchenstrahlpositionsmessung an jeder Höhenposition durchführen und aus den Differenzen der Teilchenstrahlpositionen und dem Unterschied z1–z2 der Höhenpositionen des (kalibrierten) Probentisches können dann die relativen Auftreffwinkel der Teilchenstrahlen zueinander berechnet werden. Für diese Methode ist es nicht erforderlich, dass Bilder eines bestimmten Teilchenstrahls in allen Höhenpositionen einen gemeinsamen Bereich der Probenstruktur zeigen.
Scan-Kalibrierung:
Zur exakten Einstellung des Rasterfeldes muss der Scan-Generator kalibriert werden. Dazu gehören die Ablenkamplitude für die Scan-Richtungen, die Linearität des Scans, die Orthogonalität der beiden Ablenkrichtungen und die Einstellung des Kipppunkts zum Erhalt der Telezentrie bei größeren Scanfeldern. Dies kann wie folgt geschehen: Der Scan-Kalibrierungsalgorithmus vergleicht die realen bekannten Positionen wiederkehrender Strukturen auf dem Testwafer mit gemessenen Positionen im Scanbild. Aufgrund der Differenzen können Vergrößerung, Rotation und Verzeichnungen im Scanbild bestimmt und korrigiert werden.
Relative Auflösungsmessung:
Für den Routinebetrieb des Multistrahlgeräts ist es erforderlich, dass die Auflösung in jedem Strahl nur innerhalb eines bestimmten Toleranzbereiches (z. B. ±5%, ±10% oder ±20%) variiert. Darüber hinaus ist es wichtig, die absoluten Auflösungswerte für alle Strahlen zu kennen. Hochauflösungsmessungen können mit einer (amorphen) Probe mit statistisch verteilten Strukturen und Abständen durchgeführt werden. Diese Probe weist vorteilhafterweise einen sehr flachen Träger auf, dessen Ebenheit kleiner ist als die Tiefenschärfe des Multistrahl-Partikelgerätes. Der Träger weist dabei eine geringere Sekundärelektronen-Ausbeute (z. B. Silizium, Kohlenstoff) auf, während aufgebrachte Schwermetallinseln (z. B. Gold, Platin) eine hohe Sekundärelektronen-Ausbeute haben.
Die absolute Auflösungsbestimmung, beispielsweise durch Methoden, welche die Kantensteilheit der Bildinformation verwenden, ist relativ rechenaufwändig. Trotz hoher Genauigkeit ist diese Messung bei einer großen Anzahl von Strahlen nicht sinnvoll. Andere Auflösungsmethoden, die beispielsweise auf der 2D-Fouriertransformation beruhen, sind weniger rechenaufwändig. Allerdings ist der absolute Auflösungswert beispielsweise bei der Fouriertransformationsmethode stark abhängig von der Wahl der Abschneideschwelle, die zur Abschneidefrequenz im reziproken Raum führt, welche ein Maß für die Auflösung liefert. Eine vorteilhafte Durchführung einer Auflösungsbestimmung für ein Multistrahl-Partikelgerät besteht darin, die absolute Auflösungsmessung nur anhand des Bildes eines einzelnen Teilchenstrahls (Referenzstrahl) durchzuführen, und die Bilder der restlichen Teilchenstrahlen mittels eines relativen Auflösungskriteriums relativ zum absolut charakterisierten Referenzstrahl zu bestimmen. Dies kann vorteilhafterweise durch die Fouriertransformationsmethode geschehen, wobei eine konstante Abschneidefrequenz für alle Bilder definiert werden kann. Damit ist die absolute Wahl der Abschneideschwelle für die relative Auflösung nicht relevant. Die Abweichung der entsprechenden Raumfrequenz bildet somit einen Korrekturwert für die Isotropie der Auflösung zwischen den Strahlen. Die absolute Auflösung für jeden einzelnen Strahl ergibt sich aus der absolut gemessenen Auflösung des Referenzstrahls und dem Korrekturwert.
Die 14a, 14b und 14c erläutern eine Technik, um die Position und Verkippung eines Probentisches 63 relativ zu der Objektivlinse 102 des Teilchenstrahlsystems zu kalibrieren. Hierzu werden an dem Probentisch 63 oder an einem Referenztisch 51 beispielsweise drei Messtaster 53 angebracht, um einen Abstand des Probentisches 63 oder des Referenztisches 51 an drei in Umfangsrichtung um eine Hauptachse der Objektivlinse 102 verteilt angeordneten Positionen bezüglich einer Referenzfläche 55 der Objektivlinse 102 zu messen. Auf diese Weise kann der Probentisch 63 korrekt relativ zu der Objektivlinse 102 ausgerichtet werden. Danach können die Messtaster entfernt werden, damit der Probentisch mit einer auf diesem angeordneten Probe relativ zu der Objektivlinse verfahren werden kann.
14c zeigt die Anordnung eines Probentisches 63, auf dem eine Probe 65 liegt, relativ zu der Objektivlinse 102 des Teilchenstrahlsystems. Von der Objektivlinse 102 ist nur der untere Polschuh gezeigt. Ein Verfahrtisch 57, der die Probe parallel und senkrecht zur Probenoberfläche bewegen kann, ist über mindestens drei Aktuatoren 59 an der Probenkammer 61 befestigt. Diese Aktuatoren können die Ausrichtung des Probentisches zur Kammer und damit zur Objektivlinse 102, die über weitere mechanische Bauteile, die hier nicht gezeigt sind, an der Kammer 61 befestigt ist, verändern. Die Aktuatoren 59 können beispielsweise handjustierbare Stellschrauben oder Piezo-Aktuatoren sein.
14a zeigt hierzu ein Messsystem, welches an dem Verfahrtisch 57 angebracht wird, um die Position und die Verkippung des Probentisches 63 relativ zu der Objektivlinse 102 zu kalibrieren. Das Messsystem besteht aus einer Referenzplatte 51, an der beispielsweise drei Messtaster 53 angebracht sind, um einen Abstand des Referenztisches 51 an drei in Umfangsrichtung um eine Hauptachse der Objektivlinse 102 verteilt angeordneten Positionen bezüglich einer Referenzfläche 55 der Objektivlinse 102 zu messen. Diese Referenzfläche 55 kann sehr genau orthogonal zur Achse der Objektivlinse 102 gefertigt werden. Statt an einer Referenzplatte 51 können die Messtaster auch am Probentisch 63 montiert werden.
Zur korrekten Bestimmung der Referenzpositionen der Messtaster zeigt 14b ein Kalibrierungsobjekt 104, welches auf der Referenzplatte 51 befestigt werden kann. Die Referenzfläche 55' für die Messtaster kann sehr genau parallel zur Referenzfläche 55'' gefertigt werden, mit der das Kalibrierobjekt auf der Referenzplatte 51 aufliegt. In einem ersten Schritt wird das Kalibrierungsobjekt 104 montiert, und die Positionen der Messtaster 53 relativ zur Referenzfläche 55' werden bestimmt. In einem zweiten Schritt wird das Kalibrierungsobjekt 104 entfernt und die Messtaster 53 werden gegen die Objektivlinse 102 gefahren. Durch Justage der Stellschrauben kann die Referenzplatte 51 korrekt relativ zu der Objektivlinse 102 ausgerichtet werden, indem die Differenz der Position eines jeden Messtaster zwischen der Messung im ersten Schritt und der Messung im zweiten Schritt bei allen Messtastern auf denselben Wert eingestellt wird. Danach können die Messtaster 53 und die Referenzplatte 51 entfernt und der Probentisch 63 montiert werden. Die Achsen des Verfahrtisches 57 können sehr genau parallel bzw. orthogonal zum Probentisch 63 gefertigt werden. Nach der Justage der Stellschrauben 59 im oben beschriebenen Verfahren kann damit der Probentisch 63 mit einer auf diesem angeordneten Probe 65 relativ zu der Objektivlinse 102 und orthogonal zur Achse der Objektivlinse 102 verfahren werden, so dass sich der Abstand in Richtung der Achse der Objektivlinse 102 zur Probe 65 nur wenig ändert.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Mehrstrahl-Teilchenoptik, wobei die Mehrstrahl-Teilchenoptik wenigstens zwei jeweils von einer Mehrzahl von Teilchenstrahlen durchsetzte teilchenoptische Komponenten aufweist, deren Wirkung auf die Teilchenstrahlen einstellbar ist, und wobei das Verfahren umfasst: (1) Bereitstellen einer ersten Einstellung der Wirkungen der teilchenoptischen Komponenten derart, dass eine erste Ebene mit Teilchen der Teilchenstrahlen teilchenoptisch in eine zweite Ebene abgebildet wird, wobei die teilchenoptische Abbildung durch wenigstens zwei Parameter charakterisierbar ist; (2) Bestimmen einer Matrix A derart, dass gilt:
wobei:
ein Vektor mit Komonenten w 1 / 1, w 1 / 2, ..., w 1 / n wobei n die Anzahl der teilchenoptischen Komponenten ist und eine jede der Komponenten w 1 / i einen Wert einer Wirkung einer der teilchenoptischen Komponenten bei der ersten Einstellung repräsentiert, w → ein Vektor mit Komponenten w₁, w₂, ..., w_n ist, die die Werte der Wirkungen der teilchenoptischen Komponenten bei einer von der ersten Einstellung verschiedenen Einstellung repräsentieren,
ein Vektor mit Komponenten p 1 / 1, p 1 / 2, ..., p 1 / m ist, wobei m die Anzahl der die teilchenoptische Abbildung charakterisierenden Parameter ist und eine jede der Komponenten p 1 / i einen Wert eines der Parameter bei der ersten Einstellung repräsentiert, und p → ein Vektor mit Komponenten p₁, p₂, ..., p_m ist, die die Werte der Parameter bei der von der ersten Einstellung verschiedenen Einstellung repräsentieren, (3) Bestimmen einer Matrix S derart, dass gilt: S·A = D_A, wobei D_A eine Diagonalmatrix ist; (4) Festlegen von Werten von Parametern, welche eine gewünschte teilchenoptische Abbildung charakterisieren; (5) Bereitstellen einer zweiten Einstellung der Wirkungen der teilchenoptischen Komponenten derart, dass die teilchenoptische Abbildung durch die Parameter mit den festgelegten Werten charakterisierbar ist, wobei die für die zweite Einstellung benötigten Wirkungen bestimmt werden gemäß
wobei:
ein Vektor mit Komponenten w 2 / 1, w 2 / 2, ..., w 2 / n welche die Werte der Wirkungen der teilchenoptischen Komponenten bei der zweiten Einstellung repräsentieren,
ein Vektor mit Komponenten p 2 / 1, p 2 / 2, ..., p 2 / m ist, welche die festgelegten Werte der Parameter repräsentieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die wenigstens zwei die teilchenoptische Abbildung charakterisierenden Parameter ausgewählt sind aus einer Gruppe von Parametern, die einen Abbildungsmaßstab, eine Rotation, eine Konvergenz des Strahlengangs und einen Abstand entlang des Strahlengangs zwischen der ersten Ebene und der zweiten Ebene umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Bestimmen der Matrix A umfasst: Erzeugen der von der ersten Einstellung verschiedenen Einstellung derart, dass lediglich eine der Komponenten Δw 1 / 1, Δw 1 / 2, ..., Δw 1 / n des Vektors
von Null verschieden ist, Analysieren der bei der von der ersten Einstellung verschiedenen Einstellung der teilchenoptischen Komponenten entstehenden teilchenoptischen Abbildung und Bestimmen der diese teilchenoptische Abbildung charakterisierenden Parameter.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend Wiederholen des Erzeugens der von der ersten Einstellung verschiedenen Einstellung, wobei jedes Mal eine andere der Komponenten Δw 1 / 1, Δw 1 / 2, ..., Δw 1 / n des Vektors
von Null verschieden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Bestimmen der Matrix A ein numerisches Simulieren der teilchenoptischen Abbildung umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die wenigstens zwei teilchenoptischen Komponenten wenigstens eine teilchenoptische Linse umfassen und die einstellbare Wirkung der teilchenoptischen Linse eine fokussierende Wirkung der teilchenoptischen Linse ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die wenigstens zwei teilchenoptischen Komponenten wenigstens einen Stigmator umfassen und die einstellbare Wirkung eine astigmatische Wirkung des Stigmators ist.
Teilchenstrahlsystem, umfassend: eine Mehrstrahlquelle, die dazu konfiguriert ist, ein erstes Feld von mehreren ersten Teilchenstrahlen zu erzeugen; eine erste Teilchenoptik, welche dazu konfiguriert ist, die ersten Teilchenstrahlen auf ein Objekt zu richten; und eine Steuerung; wobei die erste Teilchenoptik wenigstens zwei teilchenoptische Linsen umfasst, welche in einem Strahlengang der ersten Teilchenoptik angeordnet sind; wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist: – eine Wirkung einer jeden der teilchenoptischen Linsen der ersten Teilchenoptik auf die ersten Teilchenstrahlen derart einzustellen, dass eine erste Ebene mit Teilchen der ersten Teilchenstrahlen teilchenoptisch auf eine zweite Ebene abgebildet wird und die zweite Ebene mit einer Objektebene zusammen fällt, so dass die ersten Teilchenstrahlen an Auftrefforten auf das Objekt treffen, welche ein zweites Feld bilden, – Abstände der Auftrefforte innerhalb des zweiten Feldes voneinander durch Ändern der Wirkungen der teilchenoptischen Linsen der ersten Teilchenoptik zu ändern, und – eine Orientierung des zweiten Feldes von Auftrefforten relativ zu den teilchenoptischen Linsen durch Ändern der Wirkungen der teilchenoptischen Linsen der ersten Teilchenoptik zu ändern; wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, – die Abstände der Auftrefforte innerhalb des zweiten Feldes voneinander durch Ändern der Wirkungen der teilchenoptischen Linsen der ersten Teilchenoptik zu ändern ohne dabei die Orientierung des zweiten Feldes von Auftrefforten relativ zu den teilchenoptischen Linsen zu ändern, und/oder – die Orientierung des zweiten Feldes von Auftrefforten relativ zu den teilchenoptischen Linsen durch Ändern der Wirkungen der teilchenoptischen Linsen der ersten Teilchenoptik zu ändern, ohne dabei die Abstände der Auftrefforte innerhalb des zweiten Feldes voneinander zu ändern.
Teilchenstrahlsystem nach Anspruch 8, ferner umfassend: einen Detektor mit mehreren Detektionsbereichen, welche in einem dritten Feld angeordnet sind; eine zweite Teilchenoptik, welche dazu konfiguriert ist, von den Auftrefforten in dem zweiten Feld von Auftrefforten an dem Objekt ausgehende zweite Teilchenstrahlen auf das dritte Feld von Detektionsbereichen zu richten; wobei die zweite Teilchenoptik wenigstens zwei teilchenoptische Linsen aufweist, welche in einem Strahlengang der zweiten Teilchenoptik angeordnet sind; und wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, eine Wirkung einer jeden der teilchenoptischen Linsen der zweiten Teilchenoptik auf die zweiten Teilchenstrahlen derart einzustellen, dass eine dritte Ebene mit Teilchen der zweiten Teilchenstrahlen teilchenoptisch auf eine vierte Ebene abgebildet wird, wobei die dritte Ebene an dem Objekt liegt und die vierte Ebene an dem dritten Feld von Detektionsbereichen liegt, so dass ein jeder der zweiten Teilchenstrahlen auf wenigstens einen der in dem dritten Feld angeordneten Detektionsbereiche trifft und voneinander verschiedene zweite Teilchenstrahlen auf voneinander verschiedene Detektionsbereiche treffen.
Teilchenstrahlsystem nach Anspruch 9, wobei die Detektionsbereiche relativ zu den teilchenoptischen Linsen der zweiten Teilchenoptik fest angeordnet sind und die Detektionsbereiche innerhalb des dritten Feldes mit festen Abständen voneinander angeordnet sind, und wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, Änderungen der Abstände der Auftrefforte innerhalb des zweiten Feldes voneinander durch Ändern der Wirkungen der teilchenoptischen Linsen der zweiten Teilchenoptik zu kompensieren, so dass bei Änderungen der Abstände der Auftrefforte innerhalb des zweiten Feldes voneinander ein jeder der zweiten Teilchenstrahlen auf den wenigstens einen der in dem dritten Feld angeordneten Detektionsbereiche trifft und voneinander verschiedene zweite Teilchenstrahlen auf voneinander verschiedene Detektionsbereiche treffen.
Teilchenstrahlsystem nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, Änderungen der Orientierung des zweiten Feldes von Auftrefforten relativ zu den teilchenoptischen Linsen der zweiten Teilchenoptik durch Ändern der Wirkungen der teilchenoptischen Linsen der zweiten Teilchenoptik zu kompensieren, so dass bei Änderungen der Orientierung des zweiten Feldes von Auftrefforten ein jeder der zweiten Teilchenstrahlen auf den wenigstens einen der in dem dritten Feld angeordneten Detektionsbereiche trifft und voneinander verschiedene zweite Teilchenstrahlen auf voneinander verschiedene Detektionsbereiche treffen.
Teilchenstrahlsystem nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei eine teilchenoptische Linse der wenigstens zwei teilchenoptischen Linsen der ersten Teilchenoptik eine der wenigstens zwei teilchenoptischen Linsen der zweiten Teilchenoptik ist.
Teilchenstrahlsystem nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei in dem Strahlengang der ersten Teilchenoptik und in dem Strahlengang der zweiten Teilchenoptik eine teilchenoptische Weiche angeordnet ist.
Teilchenstrahlsystem nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die zweite Teilchenoptik mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 betrieben wird.
Teilchenstrahlsystem nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei die erste Teilchenoptik mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 betrieben wird.