DE102012215945A1

DE102012215945A1 - Teilchenstrahlgerät und Verfahren zum Betrieb eines Teilchenstrahlgeräts

Info

Publication number: DE102012215945A1
Application number: DE201210215945
Authority: DE
Inventors: Michael Albiez
Original assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2012-09-07
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2014-03-13
Also published as: EP2706553B1; EP2706553A3; JP2014053305A; US9354188B2; JP6312387B2; US20140070097A1; EP2706553A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Teilchenstrahlgerät (1) und ein Verfahren zum Betrieb des Teilchenstrahlgeräts (1), insbesondere ein Elektronenstrahlgerät, mit einem Strahlerzeuger (2) zur Erzeugung eines Primärteilchenstrahls, mit einer Objektivlinse (8) zur Fokussierung des Primärteilchenstrahls auf ein Objekt (15) und mit einem Detektor (17) zur Detektion von vom Objekt (15) emittierten Teilchen. Die Objektivlinse (8) weist mindestens eine magnetische Einheit (11, 12) auf, wobei die magnetische Einheit (11, 12) mindestens einen ersten Crossover (C1, C1') und mindestens einen zweiten Crossover (C2) erzeugt. Der erste Crossover (C1, C1') ist in der Objektivlinse (8) oder in einem Bereich zwischen der Objektivlinse (8) und dem Objekt (15) angeordnet. Der zweite Crossover (C2) ist an dem Objekt (15) angeordnet. Die Erfindung ermöglicht die Untersuchung des Objekts (15) mit Teilchen, die eine niedrige Energie aufweisen, bei guten Abbildungseigenschaften.

Description

Die Erfindung betrifft ein Teilchenstrahlgerät, insbesondere ein Elektronenstrahlgerät, mit einem Strahlerzeuger zur Erzeugung eines Primärteilchenstrahls, mit einer Objektivlinse zur Fokussierung des Primärteilchenstrahls auf eine Objektebene (oder ein Objekt) und mit einem Detektor zur Detektion von von der Objektebene (oder vom Objekt) emittierten Teilchen. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb des Teilchenstrahlgeräts.
Ein Elektronenstrahlgerät, insbesondere ein Rasterelektronenmikroskop, wird beispielsweise zur Untersuchung von Oberflächen von Objekten (Proben) verwendet. Hierzu wird bei einem Rasterelektronenmikroskop ein Primärelektronenstrahl, der Elektronen aufweist, mittels des Strahlerzeugers erzeugt. Durch eine Objektivlinse wird der Primärelektronenstrahl auf das zu untersuchende Objekt fokussiert. Ferner ist es bekannt, mittels einer Ablenkeinrichtung den Primärelektronenstrahl rasterförmig über die Oberfläche des zu untersuchenden Objekts zu führen. Die Elektronen des Primärelektronenstrahls treten dabei in Wechselwirkung mit dem Objekt. Als Folgen der Wechselwirkung werden insbesondere Elektronen aus dem Objekt emittiert (sogenannte Sekundärelektronen) oder Elektronen des Primärelektronenstrahls werden zurückgestreut (sogenannte Rückstreuelektronen). In der Regel weisen die Rückstreuelektronen dabei eine Energie im Bereich von 50 eV bis zur Energie der Elektronen des Primärelektronenstrahls am Objekt auf. Ferner weisen in der Regel die Sekundärelektronen eine Energie von kleiner als 50 eV auf. Die Sekundärelektronen und/oder Rückstreuelektronen werden mit mindestens einem Detektor detektiert. Der Detektor ist beispielsweise innerhalb der Objektivlinse oder in einem Bereich zwischen der Objektivlinse und dem Strahlerzeuger angeordnet. Beim Auftreffen der Sekundärelektronen und/oder der Rückstreuelektronen auf den Detektor wird ein Detektorsignal erzeugt, das zur Bilderzeugung verwendet wird.
Eine Abbildung eines Objekts mit einem Elektronenstrahlgerät kann mit einer hohen Ortsauflösung erfolgen. Diese wird durch einen sehr geringen Durchmesser des Primärelektronenstrahls in der Ebene des Objekts erzielt. Die Ortsauflösung ist ferner umso besser, je näher das Objekt an der Objektivlinse des Elektronenstrahlgeräts angeordnet ist. Ferner wird die Ortsauflösung umso besser, je höher die Elektronen des Primärelektronenstrahls im Elektronenstrahlgerät zunächst beschleunigt und am Ende in der Objektivlinse oder im Bereich zwischen der Objektivlinse und dem Objekt auf eine gewünschte Energie (Untersuchungsenergie) abgebremst werden. Beispielsweise werden die Elektronen des Primärelektronenstrahls mit einer Beschleunigungsspannung von 2 kV bis 30 kV beschleunigt und durch eine Elektronensäule des Elektronenstrahlgeräts geführt. Erst im Bereich zwischen der Objektivlinse und dem Objekt werden die Elektronen des Primärelektronenstrahls auf die gewünschte Energie abgebremst, so dass die Elektronen des Primärelektronenstrahls beispielsweise eine Energie im Bereich von 10 eV bis 30 keV aufweisen, mit der sie auf das Objekt treffen.
Es gibt Objekte, die aufgrund ihrer Struktur in einem Elektronenstrahlgerät nur dann sinnvoll untersucht werden können, wenn die auf diese Objekte auftreffenden Elektronen des Primärelektronenstrahls nur eine geringe Energie aufweisen, beispielsweise eine Energie von kleiner als 100 eV. Elektronen mit einer derartigen niedrigen Energie gewährleisten, dass diese bestimmten Objekte bei der Bestrahlung mit Elektronen nicht zerstört werden. Ferner sind Elektronen mit derart niedrigen Energien besonders dazu geeignet, um eine Abbildung eines zu untersuchenden Objekts mit einer hohen Oberflächensensitivität (also mit besonders gutem Informationsgehalt hinsichtlich der Oberfläche des Objekts) zu erhalten. Darüber hinaus sind Elektronen mit derart niedrigen Energien zur Positionierung von Messeinrichtungen mit spitzen Enden (sogenannte Prober) an einem Objekt geeignet, bei dem elektrische Messungen mittels dieser Prober vorgenommen werden. Elektronen mit höheren Energien als die oben genannten niedrigen Energien können derartige elektrische Messungen möglicherweise verfälschen. Daher ist zur Untersuchung dieser Objekte die Verwendung von Elektronen des Primärelektronenstrahls, die eine derart geringe Energie aufweisen, sinnvoll.
Es hat sich nun aber gezeigt, dass Sekundärelektronen, die aufgrund des Auftreffens von Elektronen des Primärelektronenstrahls mit einer Energie von kleiner als 100 eV vom Objekt emittiert werden, aufgrund der für den Primärelektronenstrahl verwendeten Beschleunigungsspannung und des Feldverlaufs bzw. aufgrund eines vorhandenen magnetischen Felds und/oder elektrischen Felds für die Elektronen des Primärelektronenstrahls in die Elektronensäule abgelenkt werden. Demnach kann ein großer Teil dieser Sekundärelektronen nur dann zur Bildgebung verwendet werden, wenn sie mit einem Detektor detektiert werden, der in der Elektronensäule angeordnet ist.
Ein derartiger Detektor ist aus dem Stand der Technik bekannt. Dieser bekannte Detektor ist ringförmig ausgebildet und weist eine relativ große Öffnung auf. Die optische Achse des Elektronenstrahlgeräts verläuft durch die Öffnung. Die Öffnung ist notwendig, um den Primärelektronenstrahl im Strahlengang des Elektronenstrahlgeräts nicht zu beeinflussen und um mögliche Kontaminationen zu vermeiden.
Hinsichtlich des Standes der Technik wird beispielhaft auf die DE 198 284 76 A1 und die DE 10 2009 028 013 A1 verwiesen.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass bei Untersuchungen mit Elektronen des Primärelektronenstrahls, die eine niedrige Energie aufweisen (beispielsweise kleiner als 100 eV), aufgrund des bereits oben genannten Feldverlaufs die Bahnen der meisten Sekundärelektronen sehr nahe an der optischen Achse des Elektronenstrahlgeräts verlaufen, wobei die Energie der Sekundärelektronen und der Elektronen des Primärelektronenstrahls nur wenig voneinander abweichen. Da die Sekundärelektronen daher fast dieselbe Energie wie die Elektronen des Primärelektronenstrahls aufweisen, laufen die Sekundärelektronen auf ähnlichen Bahnen durch das Elektronenstrahlgerät wie die Elektronen des Primärelektronenstrahls. Sekundärelektronen, die beim Abrastern des zu untersuchenden Objekts von Stellen des Objekts ausgehen, die etwas von der optischen Achse des Elektronenstrahlgeräts entfernt liegen, verlaufen im Elektronenstrahlgerät und insbesondere in der Ebene des Detektors auch außerhalb der optischen Achse. Sie werden zumindest teilweise von dem Detektor im Elektronenstrahlgerät detektiert. Ein großer Teil der Sekundärelektronen, die von zur optischen Achse nahen Stellen des Objekts ausgehen, treten jedoch durch die Öffnung des Detektors, ohne vom Detektor detektiert zu werden. Hingegen gelangen Sekundärelektronen, die von zur optischen Achse entfernten Stellen ausgehen, auf den Detektor. Man erhält demnach ein Bild des zu untersuchenden Objekts, wobei das Bild mittig praktisch ein Detektionsloch aufweist, da an dieser Stelle keine Elektronen detektiert werden und damit keine Bildinformation vorliegt.
Ferner ist aus dem Stand der Technik ein weiteres Problem bekannt. Es hat sich gezeigt, dass bei relativ kleinen Arbeitsabständen von ca. 1 mm bis 2 mm das vorstehende Problem sehr stark ausgeprägt ist. Eine Untersuchung mit Elektronen des Primärelektronenstrahls, die eine Energie von kleiner als 1 keV (beispielsweise 100 eV) haben, ist bei kurzen Arbeitsabständen mit den bekannten Elektronenstrahlgeräten nicht oder nur sehr schwer möglich.
Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass eine Untersuchung eines Objekts mit Elektronen des Primärelektronenstrahls, die eine Energie von kleiner als 100 eV aufweisen, auch von dem verwendeten Strahlerzeuger abhängt. Nicht jeder Strahlerzeuger ermöglicht eine derartige Untersuchung. So ist es bekannt, zur Erzeugung des Primärelektronenstrahls einen Schottky-Emitter zu verwenden. Beim Schottky-Emitter werden Elektronen aufgrund einer Extraktorspannung einer Extraktorelektrode aus dem Schottky-Emitter extrahiert. Typischerweise liegt die Extraktorspannung zwischen 3 kV und 5 kV. Überlegungen haben ergeben, dass die Beschleunigungsspannung, mit welcher der Primärelektronenstrahl durch die Elektronensäule des Elektronenstrahlgeräts geführt wird, größer als die Extraktorspannung sein sollte. Je höher die Beschleunigungsspannung jedoch gewählt wird, desto weniger Sekundärelektronen treffen auf den Detektor, wenn die Elektronen des Primärelektronenstrahls eine Energie von kleiner als 100 eV beim Auftreffen auf das Objekt aufweisen. Je höher die Beschleunigungsspannung ist, desto kleiner ist der relative Energieunterschied der Elektronen des Primärelektronenstrahls und der Sekundärelektronen. Demnach folgt, dass die Sekundärelektronen im Grunde denselben optischen Pfad wie die Elektronen des Primärelektronenstrahls durchlaufen und daher durch die Öffnung des Detektors verlaufen. Das oben genannte Problem des Detektionslochs tritt bei hohen Beschleunigungsspannungen sehr ausgeprägt auf. Ferner wird der maximale Arbeitsabstand immer kleiner. Dies hat im Grunde zur Folge, dass eine Abbildung des Objekts mit Elektronen des Primärelektronenstrahls, die eine Energie von kleiner als 100 eV aufweisen, bei einer Bescheunigungsspannung von größer als 4 kV fast nicht möglich ist. Da nun aber die Beschleunigungsspannung größer als die Extraktorspannung eines Emitters sein sollte, kann dies zu einem Problem führen, denn es sind Strahlerzeuger bekannt, die eine Extraktorspannung von größer als 4 kV benötigen. Dann ist aber auch die Beschleunigungsspannung größer als 4 kV. Als Folge ist eine Untersuchung eines Objekts mit Elektronen des Primärelektronenstrahls, die eine Energie von kleiner als 100 eV aufweisen, fast nicht möglich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Teilchenstrahlgerät und ein Verfahren zum Betrieb eines Teilchenstrahlgeräts anzugeben, mit denen ein Objekt unter Verwendung von Teilchen, die eine geringe Energie aufweisen, untersucht werden kann, so dass insbesondere eine gute Abbildung des Objekts erzielt wird.
Diese Aufgabe wird mit einem Teilchenstrahlgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist durch die Merkmale des Anspruchs 11 gegeben. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den beigefügten Ansprüchen und/oder den beigefügten Figuren.
Das erfindungsgemäße Teilchenstrahlgerät weist mindestens einen Strahlerzeuger zur Erzeugung eines Primärteilchenstrahls auf. Ferner weist das erfindungsgemäße Teilchenstrahlgerät mindestens eine Objektivlinse zur Fokussierung des Primärteilchenstrahls auf eine Objektebene eines Objekts (oder auf ein Objekt) auf. Zusätzlich ist das erfindungsgemäße Teilchenstrahlgerät mit mindestens einem Detektor (nachfolgend erster Detektor genannt) versehen, wobei der erste Detektor der Detektion von von der Objektebene (oder vom Objekt) emittierten Teilchen dient.
Die Objektivlinse weist mindestens eine magnetische Einheit auf. Die magnetische Einheit ist derart ausgebildet und erregt, dass von der Objektivlinse seriell hintereinander mindestens zwei Crossover des Primärteilchenstrahls erzeugt werden. Insbesondere ist es vorgesehen, dass mindestens ein erster Crossover und mindestens ein zweiter Crossover erzeugt werden. Dabei wird vorstehend und auch nachstehend unter einem Crossover ein Punkt oder ein Bereich verstanden, an dem die Teilchen, die von dem Strahlerzeuger erzeugt werden, konvergieren. Mit anderen Worten ausgedrückt, laufen die Teilchen an diesem Punkt oder diesem Bereich zusammen. Wiederum anders ausgedrückt, wird unter einem Crossover also ein Bereich oder eine Ebene verstanden, in dem bzw. in der die Abmessungen des vom Strahlerzeuger ausgehenden Primärteilchenstrahls in Richtungen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Primärteilchenstrahls ein lokales Minimum aufweisen. Hat der Primärteilchenstrahl senkrecht zur Ausbreitungsrichtung eine annähernde Gaußverteilung, dann ist ein Crossover entlang der Ausbreitungsrichtung ein Bereich, in dem die Gauß'sche Glockenkurve die geringste Breite hat. Die Breite der Glockenkurve ist also vor und hinter dem Crossover – in Strahlrichtung (Ausbreitungsrichtung) betrachtet – jeweils breiter als in dem Crossover. Bei einer astigmatischen Fokussierung des Primärteilchenstrahls wird üblicherweise als Crossover diejenige Ebene zwischen den beiden (bzw. zwischen zwei) Strichfoki verstanden, in welcher der Primärteilchenstrahl eine rotationssymmetrische Intensitätsverteilung mit minimalen Abmessungen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Primärteilchenstrahls aufweist.
Es ist bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass der erste Crossover in der Objektivlinse oder in einem Bereich zwischen der Objektivlinse und der Objektebene (oder dem Objekt) angeordnet ist. Ferner ist vorgesehen, dass der zweite Crossover an der Objektebene (oder dem Objekt) angeordnet ist. Mit anderen Worten ausgedrückt ist der zweite Crossover auf der Oberfläche des Objekts oder in einem Bereich nahe der Oberfläche des Objekts angeordnet (beispielsweise in einem Abstand von 1 μm bis 1000 μm zur Oberfläche des Objekts). Insbesondere kann der zweite Crossover innerhalb des Tiefenschärfebereichs angeordnet sein, der bei dieser Abbildungsart mehrere Millimeter betragen kann. Die Lage des zweiten Crossovers kann bei dieser Art der Abbildung zusätzlich einen deutlich größeren Arbeitsabstand in der Größenordnung von bis zu 20 mm aufweisen. Dies wird weiter unten noch näher erläutert.
Die Erfindung geht von der überraschenden Erkenntnis aus, dass die magnetische Einheit der Objektivlinse derart stark erregt werden kann, dass nicht nur ein einzelner Crossover erzeugt wird, sondern mehrere Crossover erzeugt werden, beispielsweise der vorgenannte erste Crossover und der vorgenannte zweite Crossover. Insbesondere beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, dass nicht der erste Crossover an dem Objekt angeordnet ist, sondern der zweite Crossover an dem Objekt angeordnet ist. Somit laufen die Teilchen des Primärteilchenstrahls bereits in einem Crossover (erster Crossover) zusammen, bevor sie in einem weiteren Crossover (zweiter Crossover) an der Oberfläche des Objekts zusammenlaufen. Es wurde überraschenderweise festgestellt, dass aufgrund der vorbeschriebenen Betriebsart der magnetischen Einheit der Objektivlinse derart starke Aberrationen erzeugt werden, dass die Trajektorien der von vom Objekt emittierten Teilchen deutlich von den Trajektorien der Primärteilchen des Primärteilchenstrahls unterschiedlich sind. Es hat sich gezeigt, dass ein signifikanter Teil der Sekundärteilchen auf den Detektor, der beispielsweise in einer Teilchenstrahlsäule angeordnet ist, trifft. Somit ist es möglich, ausreichend gute Abbildungen des Objekts zu erhalten, bei denen Primärteilchen mit einer geringen Energie (beispielsweise kleiner als 100 eV) zur Untersuchung des Objekts verwendet werden. Das oben beschriebene Problem des Detektionslochs ist bei der Erfindung nicht mehr vorhanden oder nur noch derart geringfügig vorhanden, dass dennoch ausreichend Bildinformation zur Verfügung steht, so dass eine gute Abbildung des Objekts erzielbar ist.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass nun auch bei niedrigen Energien, mit denen die Primärteilchen auf das Objekt treffen, Untersuchungen des Objekts mit einem hohen Arbeitsabstand (beispielsweise von bis zu 10 mm) möglich sind. Aufgrund des höheren Arbeitsabstands können nun zahlreiche Untersuchungsmethoden oder Untersuchungseinrichtungen verwendet werden. Beispielsweise ist es möglich, einen weiteren Detektor zwischen der Objektivlinse und dem Objekt anzuordnen, der ein ausreichend gutes Detektionssignal liefert. Zusätzlich und/oder alternativ hierzu kann beispielsweise die Anordnung einer Gaszuführungseinrichtung, eines Mikromanipulators und/oder eines Probers zwischen der Objektivlinse und dem Objekt vorgesehen sein.
Zusätzlich ermöglicht das erfindungsgemäße Teilchenstrahlgerät, dass ein Objekt mit einem relativ kleinen Arbeitsabstand von ca. 1 mm bis 2 mm untersucht werden kann, ohne dass das oben geschilderte Problem des Detektionslochs auftritt. Ferner wird aufgrund eines ausreichend guten Detektionssignals ein gutes Signal-zu-Rauschverhältnis erzielt, so dass der Kontrast einer Abbildung des Objekts gut ist.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Teilchenstrahlgeräts besteht zusätzlich oder alternativ die Möglichkeit, zwischen einem ersten Betriebsmodus des Teilchenstrahlgeräts und einem zweiten Betriebsmodus des Teilchenstrahlgeräts umzuschalten. Dabei werden im ersten Betriebsmodus im Bereich zwischen der Objektivlinse und dem Objekt ein erster Crossover und ein zweiter Crossover erzeugt, wobei der erste Crossover in einem Bereich zwischen der Objektivlinse und dem Objekt angeordnet ist. Der zweite Crossover ist an dem Objekt angeordnet, wie dies bereits weiter oben erläutert wurde. In dem zweiten Betriebsmodus wird in dem Bereich zwischen der Objektivlinse und dem Objekt nur ein einzelner Crossover erzeugt und an dem Objekt angeordnet. Somit weist das erfindungsgemäße Teilchenstrahlgerät die Vorteile auf, die in den beiden vorgenannten Betriebsmodi erzielbar sind. In dem ersten Betriebsmodus sind eine gute Detektion von Wechselwirkungsteilchen bei einem geringen Arbeitsabstand sowie die Nutzung eines großen Arbeitsabstands bei geringerer Energie der Primärteilchen von beispielsweise kleiner als 100 eV erzielbar. In dem zweiten Betriebsmodus kann eine sehr hohe Auflösung des mit den Wechselwirkungsteilchen erzeugten Bilds des Objekts erzielt werden.
Durch die mindestens zwei Crossover in dem Bereich zwischen der Objektivlinse und dem Objekt treten in der Objektivlinse höhere Fehlerkoeffizienten auf, welche die Auflösung des mit dem Teilchenstrahlgerät erzeugten Bilds des Objekts verschlechtern können. Durch das Einbringen eines Korrektors in den Strahlengang des Teilchenstrahlgeräts zwischen dem Strahlerzeuger und der Objektivlinse zur Korrektur beispielsweise des Farb- und Öffnungsfehlers der Objektivlinse können beispielsweise diese Farb- und Öffnungsfehler korrigiert und damit eine gewünschte hohe Auflösung des Teilchenstrahlgeräts erriecht werden. Vorrichtungen zur Korrektur von Abbildungsfehlern sind beispielsweise aus der DE 10 2007 049 816 B3 oder der DE 101 07 910 A1 bekannt. Die in diesen Veröffentlichungen beschriebenen Vorrichtungen können in dem erfindungsgemäßen Teilchenstrahlgerät ausgebildet sein.
Ein weiterer Vorteil ist, dass aufgrund der Erfindung ohne weiteres Beschleunigungsspannungen, mit welcher der Primärteilchenstrahl durch die Teilchenstrahlsäule des Teilchenstrahlgeräts geführt wird, von größer als 4 kV realisiert werden können, und zwar unabhängig von dem verwendeten Strahlerzeuger.
Auch ermöglicht das erfindungsgemäße Teilchenstrahlgerät die Verwendung von jeglichen Strahlerzeugern. Denn durch das erfindungsgemäße Teilchenstrahlgerät ist gewährleistet, dass das oben geschilderte Problem des Detektionslochs unabhängig von der Betriebsspannung des Strahlerzeugers nicht mehr auftritt.
Bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Teilchenstrahlgeräts ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass das Teilchenstrahlgerät mindestens eine Kondensoreinheit (beispielsweise eine erste Kondensoreinheit) zur Formung des Primärteilchenstrahls aufweist. Diese erste Kondensoreinheit ist beispielsweise zwischen dem Strahlerzeuger und der Objektivlinse angeordnet. Darüber hinaus ist es bei einem weiteren Ausführungsbeispiel zusätzlich oder alternativ vorgesehen, eine weitere Kondensoreinheit (beispielsweise eine zweite Kondensoreinheit) zur Formung des Primärteilchenstrahls im Teilchenstrahlgerät anzuordnen. Diese zweite Kondesoreinheit ist beispielsweise zwischen dem Strahlerzeuger und der Objektivlinse angeordnet. Insbesondere ist es bei Verwendung von zwei Kondensoreinheiten vorgesehen, dass entlang einer optischen Achse des Teilchenstrahlgeräts vom Strahlerzeuger in Richtung des Objekts gesehen zunächst die erste Kondensoreinheit, dann die zweite Kondensoreinheit und dann die Objektivlinse angeordnet sind. Sowohl die Objektivlinse mit deren magnetischer Einheit als auch die erste Kondensoreinheit und/oder die zweite Kondensoreinheit dient/dienen der Formung des Primärteilchenstrahls auf dem Objekt.
Bei einem wiederum weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Teilchenstrahlgeräts ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass die Objektivlinse mindestens eine elektrostatische Einheit aufweist. Diese trägt zusammen mit der magnetischen Einheit zur Fokussierung des Primärteilchenstrahls bei oder fokussiert den Primärteilchenstrahl auf das Objekt.
Bei einem wiederum weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Teilchenstrahlgeräts ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass das Teilchenstrahlgerät mindestens eine Teilchen-Energiesteuerungseinheit zur Beschleunigung von Teilchen des Primärteilchenstrahls auf eine erste vorgegebene Energie und zum Aufrechterhalten der vorgegebenen Energie nach dem Beschleunigen aufweist. Beispielsweise ist es vorgesehen, die Teilchen des Primärteilchenstrahls mit der ersten vorgegebenen Energie durch eine Strahlsäule des Teilchenstrahlgeräts zu führen. Erst kurz vor dem Erreichen des Objekts werden die Teilchen des Primärteilchenstrahls von der Teilchen-Energiesteuerungseinheit auf eine zweite vorgegebene Energie abgebremst, beispielsweise durch eine elektrostatische Einheit, die auch fokussierend wirken kann. Diese Teilchen werden sodann auf das Objekt geführt. Durch die vorbeschriebene Funktion und Wirkung der Teilchen-Energiesteuerungseinheit bleibt eine hohe Leuchtdichte des Primärteilchenstrahls auch für Teilchen des Primärteilchenstrahls, deren zweite vorgegebene Energie unter 100 eV liegt, erhalten, da die Abbremsung des Primärteilchenstrahls auf die zweite vorgegebene Energie erst kurz vor Erreichen des Objekts durchgeführt wird. Das Abbremsen auf die zweite vorgegebene Energie erfolgt dabei in der Objektivlinse oder in einem Bereich zwischen der Objektivlinse und dem Objekt.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Teilchenstrahlgeräts ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass der erste Detektor in der Strahlsäule des Teilchenstrahlgeräts angeordnet ist. Ferner ist es bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Teilchenstrahlgeräts zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass das Teilchenstrahlgerät mindestens einen zweiten Detektor zur Detektion von am Objekt rückgestreuten Teilchen, beispielsweise rückgestreute Elektronen, aufweist. Dieser zweite Detektor ist beispielsweise ebenfalls in der Strahlsäule angeordnet.
Bei einem wiederum weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Teilchenstrahlgeräts ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass das Teilchenstrahlgerät als Elektronenstrahlgerät ausgebildet ist. Beispielsweise ist das Elektronenstrahlgerät als Rasterelektronenmikroskop ausgebildet. Der Strahlerzeuger dient dann zur Erzeugung eines Primärelektronenstrahls, der Elektronen aufweist. Die Objektivlinse dient zur Fokussierung des Primärelektronenstrahls auf die Objektebene (oder auf das Objekt). Der erste Detektor dient beispielsweise zur Detektion von von der Objektebene (oder vom Objekt) emittierten Elektronen (Sekundärelektronen).
Alternativ ist es vorgesehen, dass das Teilchenstrahlgerät als Ionenstrahlgerät ausgebildet ist. In diesem Falle ist der Strahlerzeuger zur Erzeugung eines Primärionenstrahls ausgebildet, der Ionen aufweist. Ferner ist die Objektivlinse zur Fokussierung des Primärionenstrahls auf die Objektebene (oder auf das Objekt) ausgebildet. Der erste Detektor dient zur Detektion von von der Objektebene (oder vom Objekt) emittierten Teilchen, beispielsweise Elektronen.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb eines Teilchenstrahlgeräts, beispielsweise ein Teilchenstrahlgerät, das mindestens eines der oben genannten Merkmale oder eine Kombination von mindestens zwei der oben genannten Merkmale aufweist. So weist das Teilchenstrahlgerät beispielsweise mindestens einen Strahlerzeuger zur Erzeugung eines Primärteilchenstrahls und mindestens einer Objektivlinse zur Fokussierung des Primärteilchenstrahls auf. Es ist nun bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass die Objektivlinse derart erregt ist, dass sie seriell hinter einander in Ausbreitungsrichtung des Primärteilchenstrahls mindestens zwei Crossover erzeugt, beispielsweise einen ersten Crossover und einen zweiten Crossover.
Bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zusätzlich oder alternativ zur Erzeugung eines Bildes einer Oberfläche eines Objekts Wechselwirkungsteilchen, die aufgrund einer Wechselwirkung des Primärteilchenstrahls mit dem Objekt erzeugt werden, mit mindestens einem Detektor detektiert, der zwischen dem Strahlerzeuger und der Objektivlinse angeordnet ist. Beispielsweise werden als Wechselwirkungsteilchen Sekundärteilchen (insbesondere Sekundärelektronen) und/oder am Objekt zurückgestreute Teilchen (insbesondere zurückgestreute Elektronen) detektiert.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass Primärteilchen des Primärteilchenstrahls bei einem Auftreffen auf der Objektebene (oder dem Objekt) eine Energie von unter 1 keV aufweisen. Beispielsweise weisen die Primärteilchen des Primärteilchenstrahls bei einem Auftreffen auf der Objektebene (oder dem Objekt) eine Energie von unter 100 eV auf.
Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Rasterelektronenmikroskops;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Rasterelektronenmikroskops;
3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Rasterelektronenmikroskops; und
4 ein viertes Ausführungsbeispiel eines Rasterelektronenmikroskops.
Die Erfindung wird mittels eines Teilchenstrahlgeräts in Form eines Rasterelektronenmikroskops (SEM) näher erläutert. Es wird aber ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf ein SEM eingeschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung bei jedem Teilchenstrahlgerät, insbesondere bei einem Ionenstrahlgerät oder insbesondere bei einem Feldionenmikroskop, realisiert sein.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines SEM 1. Das SEM 1 weist einen Strahlerzeuger in Form einer Elektronenquelle 2 (Kathode), eine Extraktionselektrode 3 sowie eine Anode 4 auf, die auf ein Ende eines Strahlführungsrohres 5 des SEM 1 aufgesetzt ist. Beispielsweise ist die Elektronenquelle 2 als ein thermischer Feldemitter ausgebildet. Die Erfindung ist allerdings nicht auf eine derartige Elektronenquelle eingeschränkt. Vielmehr ist jede Elektronenquelle verwendbar.
Elektronen, die aus der Elektronenquelle 2 austreten, bilden einen Primärelektronenstrahl. Die Elektronen werden aufgrund einer Potentialdifferenz zwischen der Elektronenquelle 2 und der Anode 4 auf Anodenpotential beschleunigt. Das Anodenpotential beträgt bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel 1 kV bis 20 kV gegenüber einem Massepotential eines Gehäuses einer Probenkammer (nicht dargestellt), beispielsweise 5 kV bis 15 kV, insbesondere 8 kV, es könnte aber alternativ auch auf Massepotential liegen.
An dem Strahlführungsrohr 5 sind zwei Kondensorlinsen angeordnet, nämlich eine erste Kondensorlinse 6 und eine zweite Kondensorlinse 7. Dabei sind ausgehend von der Elektronenquelle 2 in Richtung einer Objektivlinse 8 zunächst die erste Kondensorlinse 6 und dann die zweite Kondensorlinse 7 angeordnet.
Zwischen der Anode 4 und der ersten Kondensorlinse 6 ist eine erste Blendeneinheit 9 angeordnet. Die erste Blendeneinheit 9 liegt zusammen mit der Anode 4 und dem Strahlführungsrohr 5 auf Hochspannungspotential, nämlich dem Potential der Anode 4 oder alternativ auf Masse. Zwischen der ersten Kondensorlinse 6 und der zweiten Kondensorlinse 7 ist eine ortsfeste zweite Blendeneinheit 10 angeordnet.
Die Objektivlinse 8 weist Objektivlinsen-Polschuhe 11 auf, in denen eine Bohrung ausgebildet ist. Durch diese Bohrung ist das Strahlführungsrohr 5 geführt. In den Polschuhen 11 ist ferner eine Spule 12 angeordnet. Die Objektivlinsen-Polschuhe 11 sowie die Spule 12 bilden eine magnetische Einheit der Objektivlinse 8.
Hinter das Strahlführungsrohr 5 ist eine elektrostatische Verzögerungseinrichtung geschaltet. Diese weist eine einzelne Elektrode 13 und eine Rohrelektrode 14 auf, die an dem einer Probe 15 zugewandten Ende des Strahlführungsrohrs 5 ausgebildet ist. Die einzelne Elektrode 13 ist in der dargestellten Ausführungsform gegenüber den Objektivlinsen-Polschuhen 11 elektrisch isoliert und ferner mit den Objektivlinsen-Polschuhen 11 mechanisch verbunden. Bei einer weiteren Ausführungsform ist es alternativ vorgesehen, dass die einzelne Elektrode 13 innerhalb der Objektivlinsen-Polschuhe 11, jedoch in einem ersten Bereich, der sich von der Rohrelektrode 14 aus in Richtung der Probe 15 gesehen erstreckt, angeordnet ist. Alternativ ist es vorgesehen, dass die einzelne Elektrode 13 in einem zweiten Bereich angeordnet ist, wobei sich der zweite Bereich von den Objektivlinsen-Polschuhen 11 aus in Richtung der Probe 15 gesehen erstreckt und wobei sich der zweite Bereich von der Probe 15 aus in Richtung der Elektronenquelle 2 gesehen erstreckt. Dies bedeutet, dass die einzelne Elektrode 13 an einer beliebigen Position in einem Bereich zwischen der Rohrelektrode 14 und der Probe 15 angeordnet sein kann.
Somit liegt die Rohrelektrode 14 gemeinsam mit dem Strahlführungsrohr 5 auf dem Potential der Anode 4, während die einzelne Elektrode 13 sowie die Probe 15 auf einem gegenüber dem Potential der Anode 4 niedrigeren Potential liegen. Im vorliegenden Fall ist dies das Massepotential des Gehäuses der Probenkammer (nicht dargestellt). Auf diese Weise können die Elektronen des Primärelektronenstrahls auf eine gewünschte Energie abgebremst werden, die für die Untersuchung der Probe 15 erforderlich ist. Beispielsweise werden die Elektronen des Primärelektronenstrahls auf eine Energie unter 1 keV, insbesondere unter 100 eV abgebremst. Diese Energie wird auch als Untersuchungsenergie oder als Landeenergie bezeichnet.
Das SEM 1 weist ferner eine Rastereinheit 16 auf, durch die der Primärelektronenstrahl abgelenkt und über die Probe 15 gerastert werden kann. Die Elektronen des Primärelektronenstrahls treten dabei in Wechselwirkung mit der Probe 15. Als Folge der Wechselwirkung entsteht bzw. entstehen Wechselwirkungsteilchen und/oder Wechselwirkungsstrahlung, welche detektiert werden. Die auf diese Weise erhaltenen Detektionssignale werden ausgewertet.
Als Wechselwirkungsteilchen werden insbesondere Elektronen aus der Oberfläche der Probe 15 emittiert (sogenannte Sekundärelektronen) oder Elektronen des Primärelektronenstrahls zurückgestreut (sogenannte Rückstreuelektronen). Zur Detektion von Sekundärelektronen und/oder der Rückstreuelektronen ist eine Detektoranordnung im Strahlführungsrohr 5 angeordnet, die einen ersten Detektor 17 und einen zweiten Detektor 18 aufweist. Der erste Detektor 17 ist dabei entlang der optischen Achse OA probenseitig angeordnet, während der zweite Detektor 18 quellenseitig entlang der optischen Achse OA im Strahlführungsrohr 5 angeordnet ist. Ferner sind der erste Detektor 17 und der zweite Detektor 18 in Richtung der optischen Achse OA des SEM 1 beabstandet zueinander angeordnet. Sowohl der erste Detektor 17 als auch der zweite Detektor 18 liegen annähernd auf dem Potential der Anode 4 und damit auch auf dem Potential des Strahlführungsrohrs 5.
Der erste Detektor 17 weist eine erste Durchgangsöffnung 19 auf. Ferner weist der zweite Detektor 18 eine zweite Durchgangsöffnung 20 auf. Die optische Achse OA des SEM 1 verläuft sowohl durch die erste Durchgangsöffnung 19 als auch durch die zweite Durchgangsöffnung 20. Der Primärelektronenstrahl tritt demnach durch die zweite Durchgangsöffnung 20 sowie die erste Durchgangsöffnung 19, und er wird anschließend zur Probe 15 geführt. Die erste Durchgangsöffnung 19 des ersten Detektors 17 und die zweite Durchgangsöffnung 20 des zweiten Detektors 18 haben eine längste Ausdehnung im Bereich von 0,5 mm bis 5 mm. Beispielsweise sind sie kreisförmig ausgebildet und weisen einen Durchmesser im Bereich von 0,5 mm bis 3 mm auf.
Die erste Blendeneinheit 9 ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als Lochblende ausgestaltet und ist mit einer Öffnung für den Durchtritt des Primärelektronenstrahls versehen, welche eine Ausdehnung im Bereich von 10 μm bis 500 μm aufweist, beispielsweise 50 μm.
Die zweite Blendeneinheit 10 ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als Lochblende ausgestaltet und ist mit einer Öffnung für den Durchtritt des Primärelektronenstrahls versehen, welche eine Ausdehnung im Bereich von 5 μm bis 300 μm aufweist, beispielsweise 35 μm. Die zweite Blendeneinheit 10 ist als eine Druckstufenblende ausgebildet. Sie trennt einen ersten Bereich, in welchem die Elektronenquelle 2 angeordnet ist und in welchem ein Ultrahochvakuum herrscht (10^–6 bis 10^–10 Pa), von einem zweiten Bereich, der ein Hochvakuum aufweist (10^–1 bis 10^–5 Pa). Der zweite Bereich ist der Zwischendruckbereich des Strahlführungsrohrs 5, welcher zur Probenkammer (nicht dargestellt) hinführt. Durch die zweite Blendeneinheit 10 wird verhindert, dass sich das Ultrahochvakuum des ersten Bereichs durch Verschmutzungen aus dem zweiten Bereich, beispielsweise aufgrund von Einführung von Gasen im Bereich der Probe 15, verschlechtert.
Zur zusätzlichen Beeinflussung des Strahlverlaufs des Primärelektronenstrahls sind am Strahlführungsrohr 5 eine erste Ablenkeinheit 21, eine zweite Ablenkeinheit 22 und eine dritte Ablenkeinheit 23 angeordnet.
Die magnetische Einheit der Objektivlinse 8 ist mit einer Steuereinheit 24 verbunden, welche die magnetische Einheit nun derart ansteuert, dass die magnetische Einheit der Objektivlinse 8 einen ersten Crossover C1 und einen zweiten Crossover C2 erzeugt. Bei dem hier diskutierten Ausführungsbeispiel wird hierzu zusätzlich die fokussierende Wirkung der elektrostatischen Verzögerungseinrichtung verwendet. Es wird aber explizit darauf hingewiesen, dass die Erzeugung des ersten Corssovers C1 und des zweiten Crossovers C2 auch ausschließlich durch die magnetische Einheit der Objektivlinse 8 erfolgen kann. Bei dem SEM 1 dürfen durchaus noch mehr Crossover im Strahlengang entlang der optischen Achse OA vorhanden sein, beispielsweise ein dritter Crossover C3 im Bereich zwischen der Anode 4 und der zweiten Blendeneinheit 10. Wesentlich ist aber, dass die magnetische Einheit der Objektivlinse 8 mindestens zwei Crossover erzeugt. Auf die bereits oben gemachten Ausführungen wird verwiesen. Dies sind bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der erste Crossover C1 und der zweite Crossover C2.
Der erste Crossover C1 ist in der Objektivlinse 8 angeordnet. Alternativ hierzu ist es vorgesehen, dass der erste Crossover in einem Bereich zwischen der Objektivlinse 8 und der Probe 15 angeordnet ist (gestrichelte Linien des Strahlverlaufs; der erste Crossover ist hier mit dem Bezugszeichen C1' versehen). Der zweite Crossover C2 ist an der Probe 15 angeordnet. Mit anderen Worten ausgedrückt ist der zweite Crossover C2 auf der Oberfläche der Probe 15 angeordnet. Mit wiederum anderen Worten ausgedrückt wird die Probe 15 derart positioniert, dass die optische Achse OA die Oberfläche der Probe 15 an einer Stelle durchstößt, die innerhalb des Tiefenschärfebereichs des zweiten Crossovers C2 liegt.
Der erste Detektor 17 dient der Detektion von Elektronen mit einer niedrigen Energie, die beispielsweise in einem Bereich zwischen 0 eV und 50 eV liegt. Dabei handelt es sich in erster Linie um Sekundärelektronen. Die auf die Landeenergie abgebremsten Elektronen des Primärelektronenstrahls erzeugen diese Sekundärelektronen, welche aus der Probe 15 austreten und durch die Objektivlinse 8 gelenkt werden. Durch die starke Erregung der Objektivlinse 8 und durch die Bildung des ersten Crossovers C1 und des zweiten Crossovers C2, werden diese Sekundärelektronen in einen großen Raumwinkel abgelenkt. Diese Ablenkung kommt überraschenderweise zustande, obwohl die Energie der Sekundärelektronen im Strahlführungsrohr 5 nur wenig von der Energie der durch das Strahlführungsrohr 5 geführten Elektronen des Primärelektronenstrahls abweicht.
An der Probe 15 zurückgestreute Elektronen (Rückstreuelektronen), die im Vergleich zu den Sekundärelektronen eine hohe kinetische Energie beim Austritt aus der Probe 15 aufweisen und damit im Strahlführungsrohr 5 eine Energie aufweisen, die noch näher an die Energie der durch das Strahlführungsrohr 5 geführten Elektronen des Primärelektronenstrahls herankommen, werden dagegen vom ersten Detektor 17 nur zu einem sehr geringen Anteil erfasst, da diese Rückstreuelektronen relativ nahe zur optischen Achse OA von der Objektivlinse 8 fokussiert werden (also wie die Elektronen des Primärelektronenstrahls) und somit durch die erste Durchgangsöffnung 19 des ersten Detektors 17 durchtreten können. Die Rückstreuelektronen werden jedoch durch den zweiten Detektor 18 erfasst. Die mit dem ersten Detektor 17 und dem zweiten Detektor 18 erzeugten Detektionssignale werden verwendet, um ein Bild bzw. mehrere Bilder der Oberfläche der Probe 15 zu erzeugen.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des SEM 1. Das Ausführungsbeispiel der 2 beruht auf dem Ausführungsbeispiel der 1. Gleiche Bauteile sind daher mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß der 1 weist das Ausführungsbeispiel der 2 nur eine einzelne Kondensoreinheit auf, nämlich die Kondensorlinse 6.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des SEM 1. Das Ausführungsbeispiel der 3 beruht auf dem Ausführungsbeispiel der 1. Gleiche Bauteile sind daher mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß der 1 sind bis auf den ersten Crossover C1 und den zweiten Crossover C2 keine weiteren Crossover im Strahlengang des SEM 1 nach der Elektronenquelle 2 in Richtung der Probe 15 vorgesehen.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines SEM 1. Das Ausführungsbeispiel der 4 beruht im Grunde auf dem Ausführungsbeispiel der 2. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 2 ist die einzelne Elektrode 13 in einem Bereich zwischen der Rohrelektrode 14 und der Probe 15 angeordnet. Ferner sind bei dem in der 4 dargestellten Ausführungsbeispiel des SEM 1 im Strahlengang des SEM 1 von der Elektronenquelle 2 aus in Richtung der Probe 15 gesehen nur zwei Crossover vorgesehen, nämlich der erste Crossover C1 und der zweite Crossover C2.
Es wird explizit darauf hingewiesen, dass bei allen Ausführungsformen durchaus mehrere Crossover im Strahlengang des SEM 1 vorhanden sein können. Wesentlich ist aber, dass von der magnetischen Einheit stets zwei Crossover, also der erste Crossover C1 und der zweite Crossover C2 erzeugt werden.
Bei allen Ausführungsbeispielen ist die magnetische Einheit der Objektivlinse 8 derart stark erregt, dass mehrere Crossover erzeugt werden, nämlich der erste Crossover C1 bzw. C1' und der zweite Crossover C2. Bei den hier diskutierten Ausführungsbeispielen kann hierzu zusätzlich die fokussierende Wirkung der elektrostatischen Verzögerungseinrichtung verwendet werden (siehe oben). Die Elektronen des Primärelektronenstrahls laufen bereits in dem ersten Crossover C1 bzw. C1' zusammen, bevor sie in dem zweiten Crossover C2 an der Oberfläche der Probe 15 zusammenlaufen. Aufgrund der vorbeschriebenen Betriebsart der magnetischen Einheit der Objektivlinse 8 (und bei dem hier diskutierten Ausführungsbeispiel auch aufgrund der fokussierende Wirkung der elektrostatischen Verzögerungseinrichtung) werden derart starke Aberrationen erzeugt, dass die Trajektorien der von der Probe 15 emittierten Sekundärelektronen deutlich von den Trajektorien der Elektronen des Primärelektronenstrahls unterschiedlich sind. Ein signifikanter Teil der Sekundärelektronen trifft auf den ersten Detektor 17.
Soweit die von der Objektivlinse 8 erzeugten Abberationen eine hinreichend feine Fokussierung des Primärelektronenstrahls im zweiten Crossover C2 verhindern sollten, kann zwischen der Elektronenquelle 2 und den beiden Detektoren 17 und 18 ein Korrektor angeordnet sein, durch den die von der Objektivlinse 8 erzeugten Abberationen mit umgekehrten Vorzeichen vorgehalten werden, so dass die vom Korrektor erzeugten Abberationen und die von der Objektivlinse 8 erzeugten Abberationen sich ganz oder zumindest teilweise gegenseitig kompensieren. Entsprechende Korrektoren sind von ihrem Aufbau her aus der DE 10 2007 049 816 B3 oder aus der DE 101 07 910 A1 bekannt. Da für die aus der Probe 15 austretenden Sekundärelektronen und/oder die an der Probe 15 zurückgestreuten Primärelektronen (Rückstreuelektronen) die Kompensation der von der Objektivlinse 8 erzeugten Abberationen erst hinter den beiden Detektoren 17, 18 erfolgt, verlaufen die Bahnen der Sekundärelektronen und/oder der Rückstreuelektronen vor Erreichen der beiden Detektoren 17, 18 im gleichen Umfang außeraxial wie ohne Korrektor, so dass die Kompensation der Aberrationen durch den Korrektor die Detektierbarkeit der Sekundärelektronen und/oder der Rückstreuelektronen nicht nachteilig beeinträchtigt.
Somit ist es möglich, ausreichend gute Abbildungen der Probe 15 zu erhalten, bei denen Elektronen des Primärelektronenstrahls mit einer geringen Energie (beispielsweise kleiner als 100 eV) zur Untersuchung der Probe 15 verwendet werden. Das oben beschriebene Problem des Detektionslochs ist nicht mehr vorhanden oder nur noch derart geringfügig vorhanden, dass dennoch eine ausreichende Anzahl an Elektronen, insbesondere Sekundärelektronen, zum ersten Detektor 17 gelangen und damit ausreichend Bildinformation zur Verfügung steht, so dass eine gute Abbildung der Probe 15 erzielbar ist.
Zusätzlich ermöglicht das SEM 1, dass die Probe 15 mit einem relativ kleinen Arbeitsabstand von ca. 1 mm bis 2 mm untersucht werden kann, ohne dass das oben geschilderte Problem des Detektionslochs auftritt. Der Kontrast der Abbildung der Probe 15 wird hierdurch weiter verbessert. Auch wird ermöglicht, unterschiedliche Strahlerzeuger zu verwenden, ohne dass das oben geschilderte Problem des Detektionslochs auftritt.
Anhand der Figuren wurde die Erfindung an Ausführungsbeispielen erläutert, bei denen die Objektivlinse 8 eine überlagerte magnetische und elektrostatische Linse aufweist. Die Erfindung ist jedoch ebenso mit einer rein magnetischen Objektivlinse, die zur Fokussierung des Teilchenstrahls nur ein Magnetfeld erzeugt, ausführbar. Denn da sich das Magnetfeld entlang der optischen Achse über eine endliche Strecke erstreckt, ist auch bei einer reinen Magnetlinse bei einer hinreichend großen magnetischen Feldstärke die Ausbildung von zwei Crossover seriell hinter einander entlang der optischen Achse möglich, insbesondere wenn die Teilchenenergie des Primärteilchenstrahls an dieser Stelle unter 1 keV liegt.
Bezugszeichenliste

1: Rasterelektronenmikroskop (SEM)
2: Elektronenquelle
3: Extraktionselektrode
4: Anode
5: Strahlführungsrohr
6: erste Kondensorlinse
7: zweite Kondensorlinse
8: Objektivlinse
9: erste Blendeneinheit
10: zweite Blendeneinheit
11: Objektivlinsen-Polschuhe
12: Spule
13: Elektrode
14: Rohrelektrode
15: Probe (Objekt)
16: Rastereinheit
17: erster Detektor
18: zweiter Detektor
19: erste Durchgangsöffnung
20: zweite Durchgangsöffnung
21: erste Ablenkeinheit
22: zweite Ablenkeinheit
23: dritte Ablenkeinheit
24: Steuereinheit
OA: optische Achse
C1: erster Crossover
C1': erster Crossover
C2: zweiter Crossover
C3: dritter Crossover

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19828476 A1 [0007]
DE 102009028013 A1 [0007]
DE 102007049816 B3 [0020, 0060]
DE 10107910 A1 [0020, 0060]

Claims

Teilchenstrahlgerät (1), mit – mindestens einem Strahlerzeuger (2) zur Erzeugung eines Primärteilchenstrahls, – mindestens einer Objektivlinse (8) zur Fokussierung des Primärteilchenstrahls auf eine Objektebene (15), – mindestens einem ersten Detektor (17) zur Detektion von von der Objektebene (15) emittierten Teilchen, wobei – die Objektivlinse (8) mindestens eine magnetische Einheit (11, 12) aufweist, und wobei – die magnetische Einheit (11, 12) derart erregt ist, dass von der Objektivlinse (8) seriell hintereinander mindestens zwei Crossover (C1, C1', C2) des Primärteilchenstrahls erzeugt werden.
Teilchenstrahlgerät (1) nach Anspruch 1, wobei – die magnetische Einheit (11, 12) mindestens einen ersten Crossover (C1, C1') und mindestens einen zweiten Crossover (C2) erzeugt, – der erste Crossover (C1, C1') in der Objektivlinse (8) oder in einem Bereich zwischen der Objektivlinse (8) und der Objektebene (15) angeordnet ist, und wobei – der zweite Crossover (C2) an der Objektebene (15) angeordnet ist.
Teilchenstrahlgerät (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Teilchenstrahlgerät (1) mindestens eine erste Kondensoreinheit (6) zur Formung des Primärteilchenstrahls aufweist.
Teilchenstrahlgerät (1) nach Anspruch 3, wobei das Teilchenstrahlgerät (1) mindestens eine zweite Kondensoreinheit (7) zur Formung des Primärteilchenstrahls aufweist.
Teilchenstrahlgerät (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Objektivlinse (8) mindestens eine elektrostatische Einheit (13, 14) aufweist.
Teilchenstrahlgerät (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Teilchenstrahlgerät (1) mindestens eine Teilchen-Energiesteuerungseinheit (4, 13) zum Beschleunigen von Teilchen des Primärteilchenstrahls auf eine erste vorgegebene Energie, zum Aufrechterhalten der ersten vorgegebenen Energie nach dem Beschleunigen und zum Abbremsen der Teilchen des Primärteilchenstrahls auf eine zweite vorgegebene Energie aufweist.
Teilchenstrahlgerät (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Teilchenstrahlgerät (1) mindestens eine Strahlsäule (5) aufweist, in welcher der erste Detektor (17) angeordnet ist.
Teilchenstrahlgerät (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Teilchenstrahlgerät (1) mindestens einen zweiten Detektor (18) zur Detektion von an der Objektebene (15) rückgestreuten Teilchen aufweist.
Teilchenstrahlgerät (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei – das Teilchenstrahlgerät (1) als Elektronenstrahlgerät ausgebildet ist, – der Strahlerzeuger (2) zur Erzeugung eines Primärelektronenstrahls vorgesehen ist, – die Objektivlinse (8) zur Fokussierung des Primärelektronenstrahls vorgesehen ist, und wobei – der erste Detektor (17) zur Detektion von von der Objektebene (15) emittierten Elektronen vorgesehen ist.
Teilchenstrahlgerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei – das Teilchenstrahlgerät (1) als Ionenstrahlgerät ausgebildet ist, – der Strahlerzeuger (2) zur Erzeugung eines Primärionenstrahls vorgesehen ist, – die Objektivlinse (8) zur Fokussierung des Primärionenstrahls vorgesehen ist, und wobei – der erste Detektor (17) zur Detektion von von der Objektebene (15) emittierten Elektronen vorgesehen ist.
Verfahren zum Betrieb eines Teilchenstrahlgeräts (1), wobei das Teilchenstrahlgerät (1) mindestens einen Strahlerzeuger (2) zur Erzeugung eines Primärteilchenstrahls und mindestens eine Objektivlinse (8) zur Fokussierung des Primärteilchenstrahls aufweist, wobei die Objektivlinse (8) derart erregt ist, dass sie seriell hinter einander in Ausbreitungsrichtung des Primärteilchenstrahls mindestens zwei Crossover (C1, C1', C2) erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei zur Erzeugung eines Bildes einer Oberfläche eines Objekts (15) Wechselwirkungsteilchen, die aufgrund einer Wechselwirkung des Primärteilchenstrahls mit dem Objekt (15) erzeugt werden, mit mindestens einem Detektor (17, 18) detektiert werden, der zwischen dem Strahlerzeuger (2) und der Objektivlinse (8) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei als Wechselwirkungsteilchen Sekundärteilchen und/oder am Objekt (15) zurückgestreute Teilchen detektiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei – Teilchen des Primärteilchenstrahls bei einem Auftreffen auf dem Objekt (15) eine Energie von unter 1 keV aufweisen, oder wobei – Teilchen des Primärteilchenstrahls bei einem Auftreffen auf dem Objekt (15) eine Energie von unter 100 eV aufweisen.