DE102008040426B4

DE102008040426B4 - Verfahren zur Untersuchung einer Oberfläche eines Objekts

Info

Publication number: DE102008040426B4
Application number: DE102008040426.8A
Authority: DE
Inventors: Dr. Albiez Michael; Dr. Bühler Wolfram
Original assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2008-07-15
Filing date: 2008-07-15
Publication date: 2015-12-24
Anticipated expiration: 2028-07-16
Also published as: US20100102223A1; US8481933B2; NL1037117A1; DE102008040426A1; NL1037117C2

Abstract

Verfahren zur Untersuchung einer Oberfläche eines Objektes (4), wobei das Objekt (4) in einer Probenkammer (3) angeordnet ist und wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – Zuführen eines ersten Teilchenstrahls an einen vorgebbaren Ort auf der Oberfläche des Objekts (4) zur Erzeugung eines Bildes der Oberfläche des Objekts (4) und Zuführen eines zweiten Teilchenstrahls zur Bearbeitung der Oberfläche des Objekts (4); – Zuführen eines ersten Gases an den vorgebbaren Ort auf der Oberfläche des Objekts (4), wobei das erste Gas einer Ladungsneutralisierung am vorgebbaren Ort auf der Oberfläche des Objekts (4) und/oder einer Ladungsverteilung weg vom vorgebbaren Ort auf der Oberfläche des Objekts (4) dient sowie einen Partialdruck größer oder gleich 20 Pa aufweist, wobei in der Probenkammer (3) während der Zuführung des ersten Gases ein Gesamtdruck kleiner oder gleich 1 Pa herrscht, wobei der Partialdruck des ersten Gases der lokale Partialdruck am vorgebbaren Ort bzw. in der unmittelbaren Umgebung am vorgebbaren Ort ist, und wobei der Gesamtdruck der über einen größeren Teil des Volumens der Probenkammer (3) gemittelte Druck ist, – Zuführen eines zweiten Gases an den vorgebbaren Ort auf der Oberfläche des Objekts (4), wobei das zweite Gas der Bearbeitung der Oberfläche des Objekts (4) an dem vorgebbaren Ort dient, wobei der Partialdruck des ersten Gases als ein erster Partialdruck vorgegeben wird, wobei das zweite Gas einen zweiten Partialdruck aufweist, und wobei der erste Partialdruck und der zweite Partialdruck derart gewählt werden, dass der erste Partialdruck höher als der zweite Partialdruck ist; wobei das Zuführen des ersten Gases und das Zuführen des zweiten Gases gleichzeitig erfolgen oder wobei das Zuführen des ersten Gases erst nach abgeschlossenem Zuführen des zweiten Gases erfolgt; und wobei das zweite Gas ein reaktives Gas oder ein Gemisch aus einem reaktiven Gas mit einem inerten Gas ist, mit dem Kohlenstoff von der Oberfläche des Objekts (4) entfernt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untersuchung einer Oberfläche eines Objekts.
Elektronenstrahlgeräte, insbesondere Rasterelektronenmikroskope, werden zur Untersuchung von Oberflächen von Objekten verwendet. Hierzu wird bei einem Rasterelektronenmikroskop ein Elektronenstrahl (nachfolgend auch Primärelektronenstrahl genannt) mittels eines Strahlerzeugers erzeugt und mittels eines Strahlführungssystems auf das zu untersuchende Objekt fokussiert. Mittels einer Ablenkeinrichtung wird der Primärelektronenstrahl rasterförmig über die Oberfläche des zu untersuchenden Objekts geführt. Die Elektronen des Primärelektronenstrahls treten dabei in Wechselwirkung mit dem Objekt. Als Folge der Wechselwirkung werden insbesondere Elektronen aus der Objektoberfläche emittiert (sogenannte Sekundärelektronen) oder Elektronen des Primärelektronenstrahls zurückgestreut (sogenannte Rückstreuelektronen). Die Sekundärelektronen und Rückstreuelektronen werden detektiert und zur Bilderzeugung verwendet. Man erhält somit eine Abbildung der Oberfläche des zu untersuchenden Objekts. Beispielhaft wird hierzu auf die DE 103 01 579 A1 verwiesen.
Aus dem Stand der Technik ist es ebenfalls bekannt, ein Elektronenstrahlgerät zur Bearbeitung der Oberfläche eines Objekts zu verwenden. Genauer ausgedrückt ist es bekannt, die Oberfläche eines Objekts zu ätzen, wobei das Ätzen mittels eines Elektronenstrahls induziert wird. Bei dem bekannten Verfahren wird dazu ein Gas zu der Oberfläche des Objekts geführt, welches von der Oberfläche des Objekts adsorbiert wird. Mittels des Elektronenstrahls, welcher über die Oberfläche des Objekts gerastert wird, wird eine Reaktion des Gases mit der Oberfläche des Objekts ausgelöst, wobei ein flüchtiges Reaktionsprodukt entsteht, welches durch Abpumpen entfernt wird. Beispielhaft wird hierzu auf die Veröffentlichung „E-beam probe station with integrated tool for electron beam induced etching” (Elektronenstrahlsonden-Station mit integriertem Gerät zum mittels Elektronenstrahl induzierten Ätzen) verwiesen (Dieter Winkler, Hans Zimmermann, Margot Mangerich, Robert Trauner, Microelectronic Engineering 31 (1996), 141–147).
Ferner ist es aus dem Stand der Technik bekannt, ein Rasterelektronenmikroskop mit einer Ionenstrahlsäule auszustatten. Mittels eines in der Ionenstrahlsäule angeordneten Ionenstrahlerzeugers werden Ionen erzeugt, die zur Präparation von Objekten (beispielsweise Polieren des Objekts oder Aufbringen von Material auf das Objekt) oder aber auch zur Bildgebung verwendet werden. Beispielsweise ist es hiermit möglich, 3-dimensionale Informationen über ein zu untersuchendes Objekt zu erhalten. Hierzu werden Bildserien mittels eines Rasterelektronenmikroskops aufgenommen. Zwischen zwei Bildern der Bildserie wird das zu untersuchende Objekt präpariert. Durch Kombination der Bilder der Bildserie können 3-dimensionale Modelle des zu untersuchenden Objekts berechnet werden.
Alle vorbeschriebenen Vorrichtungen weisen einen Nachteil auf. Wenn ein nichtleitendes Objekt mittels eines Elektronenstrahls untersucht oder bearbeitet werden soll, so lädt sich das Objekt auf. Dies beeinflusst insbesondere den Elektronenstrahl, welcher auf das Objekt geleitet wird. Auch die Bildgebung, also die Abbildung der Oberfläche des Objekts, wird beeinflusst. Im schlimmsten Fall werden Merkmale der Oberfläche des Objekts nicht mehr ordnungsgemäß abgebildet.
Um diesen Effekt zu vermeiden, ist aus dem Stand der Technik ein Rasterelektronenmikroskop bekannt, das zur Abbildung von Objekten verwendet wird und mit einer Gaszuführungseinrichtung versehen ist, welche ein inertes Gas zur Oberfläche des Objekts führt. Das inerte Gas bildet eine Schicht, welches den Bereich bedeckt, in dem ein Primärelektronenstrahl auf das Objekt trifft. Hierdurch soll ein Aufladen eines Objekts vermieden oder verringert werden.
Ferner ist aus dem Stand der Technik ein System zum Ableiten von Probenaufladungen bei rasterelektronenmikroskopischen Untersuchungen bekannt. Bei diesem System wird ein Gasstrom gezielt auf einen abzubildenden Bereich eines Objekts geleitet. Dort zerfallen die Gasmoleküle aufgrund der Wechselwirkung mit dem Primärelektronenstrahl und Sekundärelektronenstrahl in positive Ionen und niederenergetische Elektronen. Die positiven Ionen werden zur negativ geladenen Oberfläche des abzubildenden Objekts beschleunigt, nehmen dort bei einem Neutralisierungsvorgang Elektronen von der Oberfläche auf und werden dann als neutrales Gas wieder von der Oberfläche des Objekts abgesaugt.
Hinsichtlich der beschriebenen Entladungsverfahren wird beispielhaft auf die US 6,555,815 B2 sowie die DE 33 32 248 A1 verwiesen.
Aus der EP 1 577 927 A2 ist es bekannt, mittels eines Teilchenstrahls in Form eines Elektronenstrahls die Oberfläche eines Objekts zu untersuchen. Das Objekt ist in einer Probenkammer in Form einer Vakuumkammer angeordnet. Ferner wird der Elektronenstrahl an einen vorgebbaren Ort in Form eines Punktes auf der Oberfläche des Objekts geführt. Gasionen, welche durch eine Gasionisation entstehen, werden zum Punkt geführt, um eine Ladungsneutralisierung am Punkt vorzunehmen. Die Gasionen werden in einem Ionengenerator erzeugt. Dieser weist ein Röhrchen mit einer Öffnung auf, um die Gasionen auszulassen.
Aus der US 6,753,538 B2 ist ein Elektronenstrahlgerät zur Bearbeitung von Material bekannt.
Ferner ist aus der US 2007/0194228 A1 eine Teilchenstrahlvorrichtung bekannt, bei der mittels einer Teilchenquelle ein Teilchenstrahl bereitgestellt wird. Mittels einer optischen Vorrichtung wird der Teilchenstrahl auf ein Objekt geleitet. Ein Detektor detektiert Sekundärteilchen. Mittels einer Gaseinheit wird Ozon bereitgestellt, um eine Ladungskompensation oder eine Reduzierung einer Kontamination einer Probe zu ermöglichen.
Darüber hinaus ist aus der US 6,555,815 B2 eine Vorrichtung zur Untersuchung einer Probe mit einem Strahl von geladenen Teilchen bekannt.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Untersuchung einer Oberfläche mittels eines Teilchenstrahls anzugeben, das dem Aufladen eines zu bearbeitenden Objekts besonders gut entgegenwirkt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den beigefügten Figuren.
Bei dem Verfahren zur Untersuchung einer Oberfläche eines Objekts mittels eines Teilchenstrahls gemäß der Erfindung ist das Objekt in einer Probenkammer angeordnet. Das erfindungsgemäße Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Zuführen des Teilchenstrahls an einen vorgebbaren Ort auf der Oberfläche des Objekts und Zuführen mindestens eines Gases an den vorgebbaren Ort, wobei das Gas einer Ladungsneutralisierung und/oder einer Ladungsverteilung weg vom vorgebbaren Ort (beides einzeln oder zusammen nachfolgend auch als Ladungskompensation bezeichnet) dient sowie einen Partialdruck größer oder gleich 20 Pa aufweist, wobei in der Probenkammer während der Zuführung des Gases ein Gesamtdruck kleiner oder gleich 1 Pa herrscht. Beispielsweise ist der Gesamtdruck in der Probenkammer kleiner oder gleich 0,5 Pa, oder beispielsweise kleiner oder gleich 0,1 Pa. Dabei ist der Partialdruck des Gases der lokale Partialdruck am vorgebbaren Ort bzw. in der unmittelbaren Umgebung am vorgebbaren Ort. Der Gesamtdruck hingegen ist der über einen größeren Teil des Volumens der Probenkammer gemittelte Druck. Beispielsweise wird dieser weit entfernt vom Objekt an einer Wand der Probenkammer gemessen.
Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, dass Ladung, welche an einem vorgebbaren Ort aufgrund einer Wechselwirkung eines Teilchenstrahls mit der Oberfläche eines Objekts entsteht und welche sich an dem Ort an der Oberfläche des Objekts befindet, der bearbeitet und/oder gegebenenfalls abgebildet werden soll (also der vorgebbare Ort), sich besonders gut durch einen Ladungskompensationsvorgang (also einer Ladungsneutralisierung und/oder einer Verteilung der Ladung weg von dem vorgebbaren Ort) bei den angegeben Parametern hinsichtlich des Partialdrucks des Gases und des Gesamtdruckes in der Probenkammer entfernen läßt.
Bei der Ladungsneutralisierung bildet das Gas dabei an dem vorgebbaren Ort eine lokale Gaswolke über dem vorgebbaren Ort. Wechselwirkungsteilchen, beispielsweise Sekundärelektronen und Rückstreuelektronen, welche aufgrund der Wechselwirkung des Teilchenstrahls mit dem Objekt entstehen, ionisieren Gasmoleküle dieser Gaswolke. Dabei entstehende Ionen, beispielsweise positive Ionen, fallen dabei auf das Objekt und neutralisieren die Oberfläche des Objekts hinsichtlich der entstandenen Ladung. Alternativ und/oder zusätzlich hierzu wird Ladung mittels der ionisierten Gasmoleküle von dem vorgebbaren Ort weg entlang der Oberfläche des Objekts geführt, so dass am vorgebbaren Ort selbst weniger Ladung verbleibt.
Die Erfindung weist den Vorteil auf, dass Hochspannungsversorgungen eines Teilchenstrahlgeräts, mit welchem das vorgenannte Verfahren durchgeführt wird, sowie Hochspannungsversorgungen von Detektoren, welche im oder am Teilchenstrahlgerät angeordnet sind, stets eingeschaltet bleiben können. Dies ermöglicht ein schnelles Umschalten zwischen einem Abbildungsmodus und einem Ladungskompensationsmodus, so dass beispielsweise die bereits weiter oben beschriebenen 3-dimensionalen Modelle des zu untersuchenden Objekts aufgrund schnellerer Aufnahme von Bildern schneller berechnet werden können.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Gas als ein erstes Gas dem vorgebbaren Ort auf der Oberfläche des Objekts zugeführt. Zusätzlich wird noch ein zweites Gas dem vorgebbaren Ort auf der Oberfläche des Objekts zugeführt. Das zweite Gas ist nicht zur Ladungskompensation, sondern zur Bearbeitung der Oberfläche des Objekts an dem vorgebbaren Ort vorgesehen. Genauer ausgedrückt, wird das zweite Gas bei einer Bearbeitung der Oberfläche des Objekts an dem vorgebbaren Ort für einen mittels des durch den Teilchenstrahl induzierten Prozess verwendet.
Bei einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgen das Zuführen des ersten Gases und das Zuführen des zweiten Gases gleichzeitig. Dies gewährleistet, dass ein gleichzeitiges Bearbeiten des vorgebbaren Ortes und eine Ladungskompensation möglich sind. Alternativ hierzu ist vorgesehen, dass das Zuführen des ersten Gases erst nach abgeschlossenem Zuführen des zweiten Gases erfolgt. Somit erfolgt bei dieser alternativen Ausführungsform erst ein Bearbeiten des vorgebbaren Ortes und im Anschluss daran eine Ladungskompensation.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren weist das erste Gas einen ersten Partialdruck auf, während das zweite Gas einen zweiten Partialdruck aufweist. Der erste Partialdruck ist der lokale Partialdruck des ersten Gases am vorgebbaren Ort oder in dessen unmittelbarer Umgebung. Der zweite Partialdruck ist der lokale Partialdruck des zweiten Gases am vorgebbaren Ort oder in dessen unmittelbarer Umgebung. Es ist es nun vorgesehen, dass der erste Partialdruck und der zweite Partialdruck derart gewählt werden, dass der erste Partialdruck höher als der zweite Partialdruck, beispielsweise deutlich höher als der zweite Partialdruck ist. Demnach ist der erste Partialdruck des ersten Gases, mit welchem die Ladungskompensation erfolgt, höher als der zweite Partialdruck des zweiten Gases, mit dem die Bearbeitung des vorgebbaren Ortes auf der Oberfläche des Objekts erfolgt.
Es ist bei einer Ausführungsform vorgesehen, dass der erste Partialdruck derart gewählt wird, dass er im Bereich von 20 Pa bis 100 Pa, beispielsweise im Bereich von 30 Pa bis 80 Pa liegt. Bei einer weiteren Ausführungsform liegt er im Bereich von 40 Pa bis 60 Pa. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der zweite Partialdruck des zweiten Gases derart gewählt, dass er im Bereich von 0,01 Pa bis 0,5 Pa, beispielsweise im Bereich von 0,05 Pa bis 0,3 Pa liegt.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass als erstes Gas ein inertes Gas und als zweites Gas ein Prozessgas zugeführt werden. Als Prozessgas eignen sich beispielsweise XeF₂ und Cl₂. Die Erfindung ist aber nicht auf diese Prozessgase eingeschränkt. Vielmehr ist jedes Prozessgas verwendbar, welches sich zur Bearbeitung einer Oberfläche eines Objekts eignet. Als inertes Gas wird beispielsweise Stickstoff oder Argon verwendet. Die Erfindung ist aber auf diese inerten Gase nicht eingeschränkt. Vielmehr ist jedes inerte Gas verwendbar, das zur Ladungskompensation geeignet ist. Ferner wird darauf hingewiesen, dass das erste Gas und das zweite Gas keine unterschiedlichen Gase sein müssen. Vielmehr kann als erstes Gas und als zweites Gas auch ein identisches Gas verwendet werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden mehrere Teilchenstrahlen verwendet. So ist der oben genannte Teilchenstrahl als erster Teilchenstrahl zur Abbildung der Oberfläche des Objekts ausgebildet. Darüber hinaus ist ein zweiter Teilchenstrahl vorgesehen, der zur Bearbeitung der Oberfläche des Objekts verwendet wird. Beispielsweise ist der erste Teilchenstrahl als Elektronenstrahl ausgebildet, während der zweite Teilchenstrahl als Ionenstrahl ausgebildet ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein weiteres Problem gelöst. Die Oberfläche des zu untersuchenden Objekts kann mit Kohlenstoff derart kontaminiert sein, dass eine gute Abbildung der Oberfläche des Objekts nicht möglich ist. Aus diesem Grunde wird bei der Erfindung zu dem vorgebbaren Ort auf der Oberfläche des Objekts ein reaktives Gas oder ein Gemisch aus einem reaktiven Gas mit einem inerten Gas geführt. Hierdurch ist der Kohlenstoff von der Oberfläche des Objekts, insbesondere von dem vorgebbaren Ort auf der Oberfläche des Objekts, entfernbar. Als reaktives Gas eignet sich beispielsweise Raumluft oder ein Gemisch aus Stickstoff und Sauerstoff.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Hochspannungspotential zwischen dem Objekt und einem Detektor angelegt, so dass aus dem Objekt austretende Teilchen (beispielsweise Elektronen) und/oder an dem Objekt gestreute Teilchen (beispielsweise Elektronen) in Richtung des Detektors beschleunigt werden, wobei das Hochspannungspotential bei der Zuführung des Gases, welches der Ladungskompensation dient, eingeschaltet bleibt.
Eine wiederum weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass ein Hochspannungspotential zwischen dem Objekt und einer Elektrode einer elektrostatischen Linse oder zwischen zwei Elektroden einer elektrostatischen Linse angelegt wird, wobei das Hochspannungspotential bei der Zuführung des Gases, welches der Ladungskompensation dient, eingeschaltet bleibt.
Die Erfindung verwendet auch ein Teilchenstrahlgerät, welches zur Durchführung eines Verfahrens geeignet ist, welches mindestes eines der obengenannten Merkmale oder Merkmalskombinationen aufweist.
Bei einem Ausführungsbeispiel des Teilchenstrahlgeräts sind mehrere Teilchenstrahlsäulen vorgesehen. So ist eine erste Teilchenstrahlsäule vorgesehen, wobei der Strahlerzeuger als ein erster Strahlerzeuger zur Erzeugung des ersten Teilchenstrahls und das Strahlführungssystem als ein erstes Strahlführungssystem vorgesehen sind. Ferner ist eine zweite Teilchenstrahlsäule vorgesehen, die einen zweiten Strahlerzeuger zur Erzeugung eines zweiten Teilchenstrahls und ein zweites Strahlführungssystem aufweist, die den zweiten Teilchenstrahl an den vorgebbaren Ort führt. Mittels des ersten Teilchenstrahls erfolgt beispielsweise eine Abbildung des vorgebbaren Ortes, während der zweite Teilchenstrahl zur Bearbeitung des vorgebbaren Ortes vorgesehen ist.
Bei dem Teilchenstrahlgerät ist die Gaszuführungseinheit als eine erste Gaszuführungseinheit zur Zuführung des ersten Gases zum vorgebbaren Ort auf der Oberfläche des Objekts ausgebildet. Zusätzlich ist noch mindestens eine zweite Gaszuführungseinheit zur Zuführung des zweiten Gases zum vorgebbaren Ort auf der Oberfläche des Objekts vorgesehen. Das zweite Gas dient zur Bearbeitung der Oberfläche des Objekts an dem vorgebbaren Ort, wie bereits weiter oben erläutert.
Das Teilchenstrahlgerät ist nicht auf die Verwendung von nur zwei Gaszuführungseinheiten, nämlich der ersten Gaszuführungseinheit und der zweiten Gaszuführungseinheit, eingeschränkt. Vielmehr sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Teilchenstrahlgeräts vorgesehen, bei dem mehr als zwei Gaszuführungseinheiten dem Teilchenstrahlgerät zugeordnet sind. Wesentlich bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nur, dass eines der mehr als zwei Gaszuführungseinheiten das erste Gas zur Verfügung stellt, so dass Ladung am vorgebbaren Ort kompensiert bzw. neutralisiert wird. Die weiteren der mehr als zwei Gaszuführungseinheiten stellen beispielsweise Prozessgase zur Verfügung.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Teilchenstrahlgeräts ist es vorgesehen, dass die erste Gaszuführungseinheit und die zweite Gaszuführungseinheit unabhängig voneinander ausgebildet sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel hängen die beiden Gaszuführungseinheiten nicht voneinander ab. Vielmehr sind sie jeweils völlig voneinander unabhängige Einheiten, die beispielsweise an unterschiedlichen Orten des erfindungsgemäßen Teilchenstrahlgeräts angeordnet werden können.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Teilchenstrahlgeräts sind die erste Gaszuführungseinheit und die zweite Gaszuführungseinheit einem einzelnen Gaseinlass-System zugeordnet. Beispielsweise bildet das Gaseinlass-System eine Einheit, welche mehrere Gasvorratsbehälter aufweist, die der ersten Gaszuführungseinheit das erste Gas und die der zweiten Gaszuführungseinheit das zweite Gas zur Verfügung stellen. Zusätzlich ist es bei einem weiteren Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass das erste Gas und das zweite Gas über eine identische Zuführungseinheit zu dem vorgebbaren Ort transportiert werden, wobei zunächst aus einem ersten Gasvorratsbehälter das erste Gas in die Zuführungseinheit eingelassen wird und erst im Anschluss daran nach Stoppen des Einlasses des ersten Gases das zweite Gas in die Zuführungseinheit eingelassen wird.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass die erste Gaszuführungseinheit und/oder die zweite Gaszuführungseinheit beweglich angeordnet ist/sind. Dies gewährleistet, dass die erste Gaszuführungseinheit und/oder die zweite Gaszuführungseinheit stets in der Nähe des vorgebbaren Ortes positioniert werden können, so dass das erste Gas und/oder das zweite Gas gut zum vorgebbaren Ort geleitet werden können. Dabei wird die erste Gaszuführungseinheit beispielsweise in einem Abstand von ca. 10 μm bis 1 mm von dem vorgebbaren Ort angeordnet. Gleiches gilt für eine Ausführungsform hinsichtlich der Anordnung der zweiten Gaszuführungseinheit.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Teilchenstrahlgeräts weist bzw. weisen die erste Gaszuführungseinheit und/oder die zweite Gaszuführungseinheit mindestens eine Kanüle auf, welche beispielsweise beweglich angeordnet ist. Durch diese Kanüle wird das erste Gas bzw. das zweite Gas zu dem vorgebbaren Ort transportiert. Hierzu weist die Kanüle bei einer Ausführungsform eine Zuführungsöffnung auf, deren Durchmesser im Bereich von 10 μm bis 1000 μm, beispielsweise im Bereich von 400 μm bis 600 μm liegt.
Bei Ausführungsformen des Teilchenstrahlgeräts, welche mehr als zwei Gaszuführungseinheiten aufweisen, ist eine der Gaszuführungseinheiten zur Zuführung eines inerten Gases vorgesehen, während die weiteren der mehr als zwei Gaszuführungseinheiten Prozessgase zur Verfügung stellen.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Teilchenstrahlgeräts ist es vorgesehen, die erste Teilchenstrahlsäule als Elektronenstrahlsäule und die zweite Teilchenstrahlsäule als Ionenstrahlsäule auszubilden. Beispielsweise dient die zweite Teilchenstrahlsäule zur Erzeugung eines fokussierten Ionenstrahls (FIB), während die erste Teilchenstrahlsäule als Rasterelektronensäule ausgebildet ist. Eine solche Kombination einer Ionenstrahlsäule mit einer Elektronenstrahlsäule erlaubt vier mögliche Betriebsarten, nämlich die Bildgebung mittels Elektronen, die Bildgebung mittels Ionen, die Bearbeitung der Oberfläche des Objekts mittels Ionen unter gleichzeitiger Beobachtung der Bearbeitung mittels der Bildgebung durch Elektronen sowie die Bearbeitung der Oberfläche des Objekts mittels Elektronen. Bei allen vier Betriebsarten kann die Ladungskompensation an dem vorgebbaren Ort auf der Oberfläche des Objekts erfolgen. Bei einer weiteren Ausführungsform ist es auch vorgesehen, zunächst den vorgebbaren Ort mittels des Ionenstrahls und eines geeigneten Prozessgases zu bearbeiten und erst nach Wegblenden des Ionenstrahls von dem vorgebbaren Ort und Einblenden des Elektronenstrahls zur Abbildung der Oberfläche des Objekts ein inertes Gas dem vorgebbaren Ort zuzuführen, um einen großen Teil der Ladung vom vorgebbaren Ort zu kompensieren. Alternativ hierzu wird zunächst das inerte Gas eingelassen und anschließend der Elektronenstrahl eingeblendet.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Teilchenstrahlgeräts sind Mittel vorgesehen, welche einer Zuführung des reaktiven Gases und/oder des Gemisches aus einem reaktiven Gas und einem inerten Gas zum vorgebbaren Ort auf der Oberfläche des Objekts dienen. Beispielsweise ist mindestens eine der vorgenannten Gaszuführungseinheiten hierzu ausgelegt. Mittels des reaktiven Gases und/oder mittels des Gemisches aus einem reaktiven Gas und einem inerten Gas wird Kohlenstoff von der Oberfläche des Objekts entfernt, wie oben bereits erläutert.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Teilchenstrahlgerät zusätzlich mit mindestens einem Detektor, mindestens einer Hochspannungsversorgungseinheit zum Anlegen einer Hochspannung zwischen dem Detektor und dem Objekt sowie mit mindestens einer Steuerungseinheit versehen, welche den Zufluss des Gases, welches der Ladungskompensation dient, und die Hochspannungsversorgungseinheit steuert. Die Steuerungseinheit ist derart ausgelegt, dass in mindestens einem Betriebsmodus die Hochspannung eingeschaltet bleibt, wenn das Gas, welches der Ladungskompensation dient, zugeführt wird.
Bei einer noch weiteren Ausführungsform ist das Teilchenstrahlgerät zusätzlich mit zwei Elektroden einer elektrostatischen Linse, mindestens einer Hochspannungsversorgungseinheit zum Anlegen einer Hochspannung zwischen den zwei Elektroden der elektrostatischen Linse und mit mindestens einer Steuerungseinheit versehen, welche den Zufluss des Gases, welches der Ladungskompensation dient, und die Hochspannungsversorgungseinheit steuert. Die Steuerungseinheit ist derart ausgelegt, dass in mindestens einem Betriebsmodus die Hochspannung eingeschaltet bleibt, wenn das Gas, welches der Ladungskompensation dient, zugeführt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen
1 eine nichterfindungsgemäße schematische Darstellung eines Teilchenstrahlgeräts mit einer einzelnen Teilchenstrahlsäule sowie zwei beweglich angeordneten Gaszuführungseinheiten, wobei 1 lediglich dem Verständnis der Erfindung dient;
2 eine nichterfindungsgemäße schematische Darstellung eines weiteren Teilchenstrahlgeräts mit einer einzelnen Teilchenstrahlsäule sowie einem Gaseinlass-System mit zwei beweglich angeordneten Gaszuführungseinheiten, wobei 2 lediglich dem Verständnis der Erfindung dient;
3 eine nichterfindungsgemäße schematische Darstellung eines weiteren Teilchenstrahlgeräts mit einer einzelnen Teilchenstrahlsäule sowie mit einem einzelnen Gaseinlass-System, wobei die 3 lediglich dem Verständnis der Erfindung dient;
4 eine schematische Darstellung eines Gaseinlass-Systems;
5 eine schematische Darstellung eines Teilchenstrahlgeräts mit zwei Teilchenstrahlsäulen sowie zwei beweglich angeordneten Gaszuführungseinheiten;
6 eine schematische Darstellung eines weiteren Teilchenstrahlgeräts mit zwei Teilchenstrahlsäulen sowie zwei beweglich angeordneten Gaszuführungseinheiten;
7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens, welches bei den Teilchenstrahlgeräten gemäß den 5 und 6 angewendet wird;
8 eine schematische Darstellung eines weiteren Teilchenstrahlgeräts mit zwei Teilchenstrahlsäulen sowie mit einem einzelnen Gaseinlass-System;
9 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens, welches bei dem Teilchenstrahlgerät gemäß 8 angewendet wird;
10 eine vereinfachte Darstellung eines Teilchenstrahlgeräts mit einer Steuerungseinheit; sowie
11 eine weitere vereinfachte Darstellung eines Teilchenstrahlgeräts mit einer Steuerungseinheit.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Teilchenstrahlgerät 1, das mit einer einzelnen Teilchenstrahlsäule 2 versehen ist. Die Teilchenstrahlsäule 2 ist beispielsweise eine Elektronenstrahlsäule oder eine Ionenstrahlsäule. Nachfolgend wird davon ausgegangen, dass dieses Ausführungsbeispiel mit einer Elektronenstrahlsäule versehen ist.
Ferner ist das Teilchenstrahlgerät 1 mit einer Probenkammer 3 versehen, in welcher ein zu untersuchendes und/oder zu bearbeitendes Objekt 4 angeordnet ist. Das Teilchenstrahlgerät 1 dient zum einen der Abbildung eines bestimmten vorgebbaren Bereichs (vorgebbarer Ort) der Oberfläche des Objekts 4 und zum anderen der Bearbeitung dieses vorgebbaren Orts (beispielsweise durch Materialabtragung oder durch Materialanlagerung).
Das Teilchenstrahlgerät 1 weist einen Strahlerzeuger 5 in Form einer Elektronenquelle (Kathode) und ein System bestehend aus einer ersten Elektrode 6 und einer zweiten Elektrode 7 auf. Die zweite Elektrode 7 bildet ein Ende eines Strahlführungsrohrs 8. Beispielsweise ist der Strahlerzeuger 5 als thermischer Feldemitter ausgebildet. Elektronen, die aus dem Strahlerzeuger 5 austreten, werden aufgrund einer Potentialdifferenz zwischen dem Strahlerzeuger 5 und der zweiten Elektrode 7 auf ein vorgebbares Potential beschleunigt und bilden einen Primärelektronenstrahl. Das Strahlführungsrohr 8 ist durch eine Öffnung einer als Objektiv 16 wirkenden Magnetlinse geführt. Das Objektiv 16 ist mit Polschuhen 9 versehen, in denen Spulen 10 angeordnet sind. Hinter das Strahlführungsrohr 8 ist eine elektrostatische Verzögerungseinrichtung geschaltet. Diese besteht aus einer Einzelelektrode 11 und einer Rohrelektrode 12, die an dem Ende des Strahlführungsrohres 8 angeordnet ist, welches dem Objekt 4 gegenüberliegt. Somit liegt die Rohrelektrode 12 gemeinsam mit dem Strahlführungsrohr 8 auf Anodenpotential, während die Einzelelektrode 11 sowie das Objekt 4 auf einem gegenüber dem Anodenpotential niedrigerem Potential liegen. Auf diese Weise können Elektronen des Primärelektronenstrahls auf eine gewünschte Energie abgebremst werden, die für die Untersuchung und/oder Bearbeitung des Objekts 4 erforderlich ist. Das Strahlführungsrohr 8 ist beispielsweise 5 kV bis 30 kV, insbesondere 8 kV bis 15 kV, positiv gegenüber dem Objekt 4 und der Einzelelektrode 11, so dass die Elektronen nach dem Austritt aus dem Strahlführungsrohr 8 auf eine Zielenergie, mit der sie auf das Objekt 4 auftreffen sollen, abgebremst werden. Ferner sind Rastermittel 13 vorgesehen, durch die der Primärelektronenstrahl abgelenkt und über das Objekt 4 gerastert werden kann.
Zur Bildgebung werden Sekundärelektronen und/oder Rückstreuelektronen, die aufgrund der Wechselwirkung des Primärelektronenstrahls mit dem Objekt entstehen, durch eine Detektoranordnung im Strahlführungrohr 8 detektiert. Hierzu ist ein erster Detektor 14 objektseitig entlang der optischen Achse 17 im Strahlführungsrohr 8 angeordnet, während ein zweiter Detektor 15 entlang der optischen Achse 17 quellenseitig (also in Richtung des Strahlerzeugers 5) angeordnet ist. Ferner sind der erste Detektor 14 und der zweite Detektor 15 versetzt zueinander angeordnet.
Das Teilchenstrahlgerät 1 weist ferner eine erste Gaszuführungseinheit 18 auf, welche der Zuführung eines ersten Gases in Form eines inerten Gases an einen vorgebbaren Ort auf der Oberfläche des Objekts 4 dient. Das erste Gas ist hierbei in einem ersten Gasvorrats-System 19 aufgenommen. Die erste Gaszuführungseinheit 18 ist mit einer ersten Zuleitung 20 versehen, welche in die Probenkammer 3 hineinragt. Die erste Zuleitung 20 weist in Richtung des Objekts 4 eine erste Kanüle 21 auf, welche in die Nähe des vorgebbaren Ortes auf der Oberfläche des Objekts 4 beispielsweise in einem Abstand von 10 μm bis 1 mm bringbar ist. Die erste Kanüle 21 weist eine Zuführungsöffnung auf, deren Durchmesser im Bereich von 10 μm bis 1000 μm, beispielsweise im Bereich von 400 μm bis 600 μm liegt. Die erste Gaszuführungseinheit 18 ist ferner mit einer ersten Verstelleinheit 22 versehen, welche eine Verstellung der Position der ersten Kanüle 21 in alle drei Raumrichtungen (x-Richtung, y-Richtung, z-Richtung) ermöglicht.
Der ersten Gaszuführungseinheit 18 diametral gegenüberliegend ist eine zweite Gaszuführungseinheit 23 angeordnet, welche zur Zuführung eines zweiten Gases in Form eines Prozessgases zu dem vorgebbaren Ort auf der Oberfläche des Objekts 4 vorgesehen ist. Die zweite Gaszuführungseinheit 23 ist von der ersten Gaszuführungseinheit 18 unabhängig und weist demnach keinerlei Verbindung zu der ersten Gaszuführungseinheit 18 auf.
Das zweite Gas ist in einem zweiten Gasvorrats-System 24 aufgenommen. Ferner ist die zweite Gaszuführungseinheit 23 mit einer zweiten Zuleitung 25 versehen, welche in die Probenkammer 3 hineinragt. Die zweite Zuleitung 25 weist in Richtung des Objekts 4 eine zweite Kanüle 26 auf, welche in die Nähe des vorgebbaren Ortes auf der Oberfläche des Objekts 4 beispielsweise in einem Abstand von 10 μm bis 1 mm bringbar ist. Die zweite Kanüle 26 weist eine Zuführungsöffnung auf, deren Durchmesser im Bereich von 10 μm bis 1000 μm, beispielsweise im Bereich von 400 μm bis 600 μm liegt. Die zweite Gaszuführungseinheit 23 ist ferner mit einer zweiten Verstelleinheit 27 versehen, welche eine Verstellung der Position der zweiten Kanüle 26 in alle drei Raumrichtungen (x-Richtung, y-Richtung, z-Richtung) ermöglicht.
Das erste Gasvorrats-System 19 der ersten Gaszuführungseinheit 18 und/oder das zweite Gasvorratssystem 24 der zweiten Gaszuführungseinheit 23 sind bei weiteren Ausführungsbeispielen nicht direkt an der ersten Gaszuführungseinheit 18 bzw. der zweiten Gaszuführungseinheit 23 angeordnet. Vielmehr ist es bei diesen weiteren Ausführungsbeispielen vorgesehen, dass das erste Gasvorrats-System 19 und/oder das zweite Gasvorratssystem 24 beispielsweise an einer Wand eines Raumes angeordnet ist/sind, in dem sich das Teilchenstrahlgerät 1 befindet.
Wie oben bereits erwähnt, dient die zweite Gaszuführungseinheit 23 der Zuführung eines Prozessgases, welches mit dem Primärelektronenstrahl wechselwirkt. Hierdurch ist es möglich, den vorgebbaren Ort, in dessen Nähe die zweite Kanüle 26 angeordnet ist, zu bearbeiten. Beispielsweise wird Material an dem vorgebbaren Ort abgetragen.
Wie oben erläutert, kommt es zu unerwünschten Aufladungen des Objekts 4 in den Bereichen der Oberfläche des Objekts 4, auf die der Primärelektronenstrahl trifft. Aufgrund dessen treten die bereits oben erläuterten Nachteile auf. Durch Zuführung des inerten Gases an den vorgebbaren Ort, der bearbeitet und/oder untersucht werden soll, wird die unerwünschte Ladung an dem vorgebbaren Ort durch eine Ladungskompensation (Neutralisierung oder Ladungsverteilung) entfernt. Das inerte Gas bildet dabei an dem vorgebbaren Ort eine lokale Gaswolke über dem vorgebbaren Ort. Wechselwirkungsteilchen, beispielsweise Sekundärelektronen und Rückstreuelektronen, welche aufgrund der Wechselwirkung des Teilchenstrahls mit dem Objekt entstehen, ionisieren Gasmoleküle dieser Gaswolke. Dabei entstehende Ionen, beispielsweise positive Ionen, fallen dabei auf das Objekt 4 und neutralisieren die Oberfläche des Objekts 4 hinsichtlich der entstandenen Ladung. Der Partialdruck des inerten Gases ist größer oder gleich 20 Pa. Der Gesamtdruck in der Probenkammer bleibt auch während der Zuführung des ersten Gases und/oder des zweiten Gases kleiner oder gleich 1 Pa. Dabei ist der Partialdruck des inerten Gases der lokale Partialdruck am vorgebbaren Ort bzw. in der unmittelbaren Umgebung am vorgebbaren Ort. Der Gesamtdruck hingegen ist der über einen größeren Teil des Volumens der Probenkammer 3 Bemittelte Druck. Beispielsweise wird dieser weit entfernt vom Objekt 4 an einer Wand der Probenkammer 3 gemessen.
Alternativ und/oder zusätzlich zu dem zuvor geschilderten wird Ladung mittels ionisierter Gasmoleküle von dem vorgebbaren Ort weg entlang der Oberfläche des Objekts 4 geführt, so dass am vorgebbaren Ort selbst weniger Ladung verbleibt.
Die Erfindung weist den Vorteil auf, dass Hochspannungsversorgungen des Teilchenstrahlgeräts 1 sowie Hochspannungsversorgungen des ersten Detektors 14 und des zweiten Detektors 15 stets eingeschaltet bleiben können. Dies ermöglicht ein schnelles Umschalten zwischen einem Abbildungsmodus und einem Ladungskompensationsmodus, so dass beispielsweise die bereits weiter oben beschriebenen 3-dimensionalen Modelle des zu untersuchenden Objekts 4 aufgrund schnellerer Aufnahme von Bildern schneller berechnet werden können.
Der Partialdruck des Prozessgases ist wesentlich niedriger als der Partialdruck des inerten Gases. Beispielsweise liegt der Partialdruck des Prozessgases im Bereich von 0,01 Pa bis 0,5 Pa, insbesondere im Bereich von 0,05 Pa bis 0,3 Pa. Hingegen liegt der Partialdruck des inerten Gases im Bereich von 20 Pa bis 100 Pa, beispielsweise im Bereich von 30 Pa bis 80 Pa, oder beispielsweise im Bereich von 40 Pa bis 60 Pa. Die Partialdrücke des Prozessgases und des inerten Gases sind lokale Partialdrücke am vorgebbaren Ort bzw. in der unmittelbaren Umgebung am vorgebbaren Ort. Der Gesamtdruck hingegen ist der über einen größeren Teil des Volumens der Probenkammer 3 gemittelte Druck.
2 zeigt ein weiteres Teilchenstrahlgerät 1 mit einer einzelnen Teilchenstrahlsäule 2 und einer Probenkammer 3. Das Teilchenstrahlgerät 1 der 2 entspricht im Grunde genommen dem Teilchenstrahlgerät 1 der 1. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen daher gleiche Bauteile. Im Unterschied zum Teilchenstrahlgerät 1 gemäß der 1 weist das Teilchenstrahlgerät 1 gemäß der 2 ein Gaseinlass-System 28 auf, welches mit einem ersten Gasvorrats-System 19 und einem zweiten Gasvorrats-System 24 versehen ist. In dem ersten Gasvorrats-System 19 ist mindestens ein inertes Gas enthalten, welches wiederum mit einer ersten Zuleitung 20 und einer ersten Kanüle 21 an den vorgebbaren Ort geführt wird. Ferner ist in dem zweiten Gasvorrats-System 24 mindestens ein Prozessgas enthalten, welches über eine zweite Zuleitung 25 und eine zweite Kanüle 26 dem vorgebbaren Ort zugeführt wird. Die erste Kanüle 21 und die zweite Kanüle 26 sind über eine Verstelleinheit 22 unabhängig voneinander in alle drei Raumrichtungen verstellbar, so dass die erste Kanüle 21 und die zweite Kanüle 26 jeweils in die Nähe des vorgebbaren Ortes gebracht werden können.
3 zeigt ein weiteres Teilchenstrahlgerät 1 mit einer einzelnen Teilchenstrahlsäule 2 und einer Probenkammer 3. Das Teilchenstrahlgerät 1 der 3 entspricht im Grunde genommen dem Teilchenstrahlgerät 1 der 1. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen daher gleiche Bauteile. Im Unterschied zum Teilchenstrahlgerät 1 gemäß der 1 weist das Teilchenstrahlgerät 1 gemäß der 3 ein Gaseinlass-System 28 auf, welches mit einem ersten Gasvorrats-System 19 versehen ist. In dem ersten Gasvorrats-System 19 sind vier Prozessgase enthalten, welche einzeln durch Ansteuerung eines Ventilsystems wiederum über eine erste Zuleitung 20 und eine erste Kanüle 21 an den vorgebbaren Ort geführt werden können. Ferner weist das erste Gasvorrats-System 19 zwei inerte Gase auf, welche ebenfalls durch Ansteuerung eines Ventilsystems über die erste Zuleitung 20 und die erste Kanüle 21 dem vorgebbaren Ort zugeführt werden können. Die erste Kanüle 21 ist wiederum über eine erste Verstelleinheit 22 in alle drei Raumrichtungen verstellbar, so dass die erste Kanüle 21 in die Nähe des vorgebbaren Ortes gebracht werden kann. Eine schematische Darstellung des Gaseinlass-Systems 28 ist in 4 gezeigt. In die Probenkammer 3 ragt die erste Zuleitung 20 ein, welche mit einem System aus mehreren Leitungen 35 verbunden ist. Die Leitungen 35 verbinden die erste Zuleitung 20 zum einen mit Vorratsbehältern 29, in denen verschiedene Prozessgase zur Bearbeitung des vorgebbaren Ortes enthalten sind, und zum anderen mit Vorratsbehältern 30, in denen verschiedene inerte Gase enthalten sind. Eine Steuereinheit 32 öffnet und schließt je nach Bedarf Ventile 31 derart, dass ein Prozessgas und/oder ein inertes Gas durch die Leitungen 35 in die erste Zuleitung 20 fließt/fliessen. Darüber hinaus sind ein erstes Ventilsystem 33 und ein zweites Ventilsystem 34 vorgesehen, die den Zufluss der Prozessgase und inerten Gase regeln. Bei einer alternativen Ausführungsform des vorgenannten Gaseinlass-System 28 ist für jedes einzelne Prozessgas und für jedes einzelne inerte Gas jeweils eine Zuleitung 20 mit einer entsprechend an der jeweiligen Zuleitung 20 angeordneten Kanüle vorgesehen.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Teilchenstrahlgeräts 1 mit zwei Teilchenstrahlsäulen, nämlich eine erste Teilchenstrahlsäule 2 und eine zweite Teilchenstrahlsäule 45, die an einer Probenkammer 3 angeordnet sind. Die erste Teilchenstrahlsäule 2 ist als Elektronenstrahlsäule ausgebildet und ist hinsichtlich der Probenkammer 3 vertikal angeordnet. Die erste Teilchenstrahlsäule 2 weist denselben Aufbau wie die Teilchenstrahlsäule 2 gemäß der 1 auf. Demnach sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Zusätzlich ist ein Kondensor 37 für den Primärelektronenstrahl dargestellt.
Die zweite Teilchenstrahlsäule 45 ist als Ionenstrahlsäule ausgebildet und ist um einen Winkel von ca. 54° gekippt zur ersten Teilchenstrahlsäule 2 angeordnet. Die zweite Teilchenstrahlsäule 45 weist einen Ionenstrahlerzeuger 38 auf, mittels dessen Ionen erzeugt werden, die einen Ionenstrahl bilden. Die Ionen werden mittels einer Extraktionselektrode 39 auf ein vorgebbares Potential beschleunigt. Der Ionenstrahl gelangt dann durch eine Ionenoptik der zweiten Teilchenstrahlsäule 45, wobei die Ionenoptik eine Kondensorlinse 40 und eine Anordnung von weiteren Linsen 41 aufweist. Die Linsen 41 (Objektivlinse) erzeugen schließlich eine Ionensonde, die auf das Objekt 4 trifft. Oberhalb der Linsen 41 (also in Richtung des Ionenstrahlerzeugers 38) sind eine einstellbare Blende 42, eine erste Elektrodenanordnung 43 und eine zweite Elektrodenanordnung 44 angeordnet, wobei die erste Elektrodenanordnung 43 und die zweite Elektrodenanordnung 44 als Rasterelektroden ausgebildet sind. Mittels der ersten Elektrodenanordnung 43 und der zweiten Elektrodenanordnung 44 wird der Ionenstrahl über die Oberfläche des Objekts 4 gerastert.
Die zweite Teilchenstrahlsäule 45 hat zwei Funktionen. Zum einen dient sie zur Abbildung eines interessierenden Bereichs (also einem vorgebbaren Ort) auf der Oberfläche des Objekts 4. Zum anderen dient sie aber auch zur Bearbeitung des interessierenden Bereichs (also dem vorgebbaren Ort) auf der Oberfläche des Objekts 4. Zu letzterem ist das Teilchenstrahlgerät 1 mit einer zweiten Gaszuführungseinheit 23 versehen. Die zweite Gaszuführungseinheit 23 dient der Zuführung eines zweiten Gases in Form eines Prozessgases an den vorgebbaren Ort auf der Oberfläche des Objekts 4. Die zweite Gaszuführungseinheit 23 entspricht der zweiten Gaszuführungseinheit 23 gemäß der 1, so dass hinsichtlich weiterer Details auf weiter oben verwiesen wird.
Der zweiten Gaszuführungseinheit 23 diametral gegenüberliegend ist eine erste Gaszuführungseinheit 18 angeordnet, welche zur Zuführung eines ersten Gases in Form eines inerten Gases wie Stickstoff oder Argon zu dem vorgebbaren Ort auf der Oberfläche des Objekts 4 vorgesehen ist. Die erste Gaszuführungseinheit 18 ist von der zweiten Gaszuführungseinheit 23 unabhängig und weist demnach keinerlei Verbindung zu der zweiten Gaszuführungseinheit 23 auf. Die erste Gaszuführungseinheit 18 gemäß der 5 entspricht der ersten Gaszuführungseinheit 18 gemäß der 1, so dass hinsichtlich weiterer Details auf weiter oben verwiesen wird.
Dieses Ausführungsbeispiel gewährleistet ebenfalls eine Entladung des vorgebbaren Ortes, welcher bearbeitet werden soll, mittels des bereits oben genannten Effektes der Ladungskompensation.
Auch bei diesem (und auch bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen) ist der Partialdruck des Prozessgases wesentlich niedriger als der Partialdruck des inerten Gases. Beispielsweise liegt der Partialdruck des Prozessgases im Bereich von 0,01 Pa bis 0,5 Pa, oder beispielsweise im Bereich von 0,05 Pa bis 0,3 Pa. Hingegen liegt der Partialdruck des inerten Gases im Bereich von 20 Pa bis 100 Pa, oder beispielweise im Bereich von 30 Pa bis 80 Pa, oder beispielsweise im Bereich von 40 Pa bis 60 Pa. Der Gesamtdruck in der Probenkammer 3 ist kleiner oder gleich 1 Pa. Hinsichtlich der Eigenschaften der Partialdrücke des inerten Gases, des Prozessgases sowie des Gesamtdruckes gilt auch das bereits weiter oben Erwähnte.
6 zeigt ein weiteres Teilchenstrahlgerät 1 mit zwei Teilchenstrahlsäulen, nämlich eine erste Teilchenstrahlsäule 2 und eine zweite Teilchenstrahlsäule 45, sowie mit einer Probenkammer 3. Das Teilchenstrahlgerät 1 der 6 entspricht im Grunde genommen dem Teilchenstrahlgerät 1 der 5. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen daher gleiche Bauteile. Im Unterschied zum Teilchenstrahlgerät 1 gemäß der 5 weist das Teilchenstrahlgerät 1 gemäß der 6 ein Gaseinlass-System 28 auf, welches mit einem ersten Gasvorrats-System 19 und mit einem zweiten Gasvorrats-System 24 versehen ist. Das Gaseinlass-System 28 der 6 entspricht dem Gaseinlass-System 28 der 2, so dass hinsichtlich weiterer Details auf weiter oben verwiesen wird.
7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens, welches bei den Teilchenstrahlgeräten 1 gemäß den 5 und 6 angewendet wird. In einem Schritt S1 wird die erste Kanüle 21 in die Nähe des vorgebbaren Ortes gebracht, welcher bearbeitet werden soll. In einem weiteren Schritt S2 wird die zweite Kanüle 26 in die Nähe des vorgebbaren Ortes gebracht. Nachfolgend kann zwischen drei Varianten gewählt werden. Bei der Variante A wird kein Ionenstrahl auf die Oberfläche des Objekts 4 geleitet, sondern die Oberfläche des Objekts 4 wird mittels des Primärelektronenstrahls der ersten Teilchenstrahlsäule 2 abgebildet (Schritt S4A). Zuvor erfolgt im Schritt S3A ein Zuführen des inerten Gases über die erste Kanüle 21.
Bei der Variante B wird kein Primärelektronenstrahl auf die Oberfläche des Objekts 4 geleitet, sondern die Oberfläche des Objekts 4 wird mittels des Ionenstrahls der zweiten Teilchenstrahlsäule 45 abgebildet (Schritt S4B). Zuvor erfolgt im Schritt S3B ein Zuführen des inerten Gases über die erste Kanüle 21.
Bei der Variante C gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird im Schritt S3C das Prozessgas über die zweite Kanüle 26 zu dem vorgebbaren Ort geführt. Beispielsweise liegt der Partialdruck des Prozessgases im Bereich von 0,01 Pa bis 0,5 Pa, oder beispielsweise im Bereich von 0,05 Pa bis 0,3 Pa. Im Schritt S4C wird der Ionenstrahl an den vorgebbaren Ort gebracht, um durch Wechselwirkung mit dem Prozessgas einen Bearbeitungsprozess zu induzieren, beispielsweise eine Materialabtragung oder eine Materialauftragung. Nachfolgend kann zwischen zwei Untervarianten gewählt werden. Bei der Untervariante D gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt im Schritt S5D ein gleichzeitiges Zuführen des inerten Gases über die erste Kanüle 21, wobei der Bearbeitungsprozess gleichzeitig mittels der ersten Teilchenstrahlsäule 2 durch Bildgebung aufgrund des Primärelektronenstrahls beobachtet wird (Schritt S6D). Hingegen erfolgt bei der Untervariante E gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren im Schritt S5E zunächst ein Stoppen des Zuführens des Prozessgases und erst anschließend in einem Schritt S6E die Zuführung des inerten Gases, wobei bei diesem Schritt eine Beobachtung mittels der Bildgebung durch die erste Teilchenstrahlsäule 2 erfolgt (Schritt S7E). Bei beiden Untervarianten liegt der Partialdruck des inerten Gases im Bereich von 20 Pa bis 100 Pa, oder beispielsweise im Bereich von 30 Pa bis 80 Pa, oder beispielsweise im Bereich von 40 Pa bis 60 Pa. Der Partialdruck des Prozessgases ist wesentlich niedriger als der Partialdruck des inerten Gases. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel herrscht während des gesamten beschriebenen Verfahrens in der Probenkammer 3 ein Gesamtdruck von kleiner oder gleich 1 Pa. Hinsichtlich der Partialdrücke des inerten Gases und des Prozessgases sowie hinsichtlich des Gesamtdrucks wird auch auf die obigen Anmerkungen verwiesen.
Der nachfolgende Verfahrensschritt S8 ist für alle Varianten wieder gleich. In diesem Schritt erfolgt die Ladungskompensation, wie sie bereits oben beschrieben wurde.
8 zeigt ein weiteres Teilchenstrahlgerät 1 mit einer ersten Teilchenstrahlsäule 2 und einer zweiten Teilchenstrahlsäule 45 sowie mit einer Probenkammer 3. Das Teilchenstrahlgerät 1 der 8 entspricht im Grunde genommen dem Teilchenstrahlgerät 1 der 5. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen daher gleiche Bauteile. Im Unterschied zum Teilchenstrahlgerät 1 gemäß der 5 weist das Teilchenstrahlgerät 1 gemäß 8 ein Gaseinlass-System 28 auf, welches mit einem Gasvorrats-System 19 versehen ist. In dem Gasvorrats-System 19 sind vier Prozessgase und zwei inerte Gase enthalten, welche einzeln durch Ansteuerung eines Ventilsystems wiederum über eine erste Zuleitung 20 und eine erste Kanüle 21 an den vorgebbaren Ort geführt werden können. Das Gaseinlass-System 28 gemäß der 8 entspricht im Grunde dem Gaseinlass-System 28 gemäß der 3, so dass hinsichtlich weiterer Details auf weiter oben verwiesen wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren, welches bei dem Teilchenstrahlgerät 1 gemäß 8 angewendet wird, ist in der 9 schematisch dargestellt. So wird in einem Schritt S1 die erste Kanüle 21 in die Nähe des vorgebbaren Ortes gebracht. Im Schritt S2 wird das Prozessgas über die erste Kanüle 21 zu dem vorgebbaren Ort geführt. Beispielsweise liegt der Partialdruck des Prozessgases im Bereich von 0,01 Pa bis 0,5 Pa, oder beispielsweise im Bereich von 0,05 Pa bis 0,3 Pa. Desweiteren wird im Schritt S3 der Ionenstrahl an den vorgebbaren Ort gebracht, um durch Wechselwirkung mit dem Prozessgas einen Bearbeitungsprozess zu induzieren, beispielsweise eine Materialabtragung oder eine Materialauftragung. Anschließend erfolgen ein Stoppen des Zuführens des Prozessgases sowie ein Ausblenden des Ionenstrahls, so dass dieser nicht mehr auf das Objekt 4 fokussiert wird (Schritt S4). Anschließend wird in einem Schritt S5 das inerte Gas zu dem vorgebbaren Ort geführt. Anschließend erfolgt die Zuführung des Primärelektronenstrahls, wobei bei diesem Schritt eine Beobachtung mittels der Bildgebung durch die erste Teilchenstrahlsäule 2 erfolgt (Schritt S6). Der Partialdruck des inerten Gases liegt im Bereich von 20 Pa bis 100 Pa, oder beispielsweise im Bereich von 30 Pa bis 80 Pa, oder beispielsweise im Bereich von 40 Pa bis 60 Pa. Der Partialdruck des Prozessgases ist wesentlich niedriger als der Partialdruck des inerten Gases. Im Schritt S7 erfolgt wiederum eine Ladungskompensation. Während des gesamten Verfahrens herrscht in der Probenkammer 3 ein Gesamtdruck von kleiner oder gleich 1 Pa. Hinsichtlich der Partialdrücke des inerten Gases und des Prozessgases sowie des Gesamtdruckes wird auch auf die obigen Anmerkungen verwiesen, die auch hier gelten.
Wie oben erläutert kann die Oberfläche des zu untersuchenden Objekts 4 mit Kohlenstoff derart kontaminiert sein, dass eine gute Abbildung der Oberfläche des Objekts 4 nicht möglich ist. Aus diesem Grunde ist bei allen oben beschriebenen Ausführungsformen vorgesehen, zu dem vorgebbaren Ort auf der Oberfläche des Objekts 4 ein reaktives Gas oder ein Gemisch aus einem reaktiven Gas mit einem inerten Gas zu führen. Hierdurch ist der Kohlenstoff von dem vorgebbaren Ort auf der Oberfläche des Objekts 4 entfernbar. Als reaktives Gas eignet sich beispielsweise Raumluft oder ein Gemisch aus Stickstoff und Sauerstoff. Bei den zuvor beschriebenen Teilchenstrahlgeräten sind Mittel vorgesehen, welche einer Zuführung eines reaktiven Gases und/oder eines Gemisches aus einem reaktiven Gas und einem inerten Gas zum vorgebbaren Ort auf der Oberfläche des Objekts 4 dienen. Beispielsweise ist mindestens eine der vorgenannten Gaszuführungseinheiten hierzu ausgelegt.
10 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines Teilchenstrahlgeräts, welches auf dem Teilchenstrahlgerät 1 gemäß der 2 beruht. Dargestellt sind der Detektor 14, die Objektivlinse 16 sowie das Objekt 4. Ferner ist das Gaseinlass-System 28 dargestellt. Eine Steuerungseinheit 47 ist mit dem Gaseinlass-System 28 sowie mit einer Hochspannungsversorgungseinheit 46 zum Anlegen einer Hochspannung zwischen dem Detektor 14 und dem Objekt 4 verbunden. Aus dem Objekt 4 austretende Elektronen und/oder an dem Objekt 4 gestreute Elektronen werden in Richtung des Detektors 14 beschleunigt. Die Steuerungseinheit 47 steuert den Zufluss des inerten Gases und des Prozessgases. Sie ist derart ausgelegt, dass die Hochspannung eingeschaltet bleibt, wenn das inerte Gas und/oder das Prozessgas zugeführt wird/werden.
11 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines weiteren Teilchenstrahlgeräts, welches auf dem Teilchenstrahlgerät 1 gemäß der 2 beruht. Dargestellt sind eine elektrostatische Linse 48 mit zwei Elektroden sowie das Objekt 4. Ferner ist das Gaseinlass-System 28 dargestellt. Eine Steuerungseinheit 47 ist mit dem Gaseinlass-System 28 sowie mit einer Hochspannungsversorgungseinheit 46 zum Anlegen einer Hochspannung zwischen den Elektroden der elektrostatischen Linse 48 verbunden. Die Steuerungseinheit 47 steuert den Zufluss des inerten Gases und des Prozessgases. Sie ist derart ausgelegt, dass die Hochspannung eingeschaltet bleibt, wenn das inerte Gas und/oder das Prozessgas zugeführt wird/werden.
Bezugszeichenliste

1: Teilchenstrahlgerät
2: (erste) Teilchenstrahlsäule
3: Probenkammer
4: Objekt
5: Strahlerzeuger
6: erste Elektrode
7: zweite Elektrode
8: Strahlführungsrohr
9: Polschuhe
10: Spulen
11: Einzelelektrode
12: Rohrelektrode
13: Rastermittel
14: erster Detektor
15: zweiter Detektor
16: Objektiv
17: optische Achse
18: erste Gaszuführungseinheit
19: erstes Gasvorrats-System
20: erste Zuleitung
21: erste Kanüle
22: erste Verstelleinheit
23: zweite Gaszuführungseinheit
24: zweites Gasvorrats-System
25: zweite Zuleitung
26: zweite Kanüle
27: zweite Verstelleinheit
28: Gaseinlass-System
29: Vorratsbehälter Prozessgas
30: Vorratsbehälter inertes Gas
31: Ventile
32: Steuereinheit
33: erstes Ventilsystem
34: zweites Ventilsystem
35: Leitungen
37: Kondensor
38: Ionenstrahlerzeuger
39: Extraktionselektrode
40: Kondensorlinse
41: Linsen
42: Blende
43: erste Elektrodenanordnung
44: zweite Elektrodenanordnung
45: zweite Teilchenstrahlsäule
46: Hochspannungsversorgungseinheit
47: Steuerungseinheit
48: elektrostatische Linse

Claims

Verfahren zur Untersuchung einer Oberfläche eines Objektes (4), wobei das Objekt (4) in einer Probenkammer (3) angeordnet ist und wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – Zuführen eines ersten Teilchenstrahls an einen vorgebbaren Ort auf der Oberfläche des Objekts (4) zur Erzeugung eines Bildes der Oberfläche des Objekts (4) und Zuführen eines zweiten Teilchenstrahls zur Bearbeitung der Oberfläche des Objekts (4); – Zuführen eines ersten Gases an den vorgebbaren Ort auf der Oberfläche des Objekts (4), wobei das erste Gas einer Ladungsneutralisierung am vorgebbaren Ort auf der Oberfläche des Objekts (4) und/oder einer Ladungsverteilung weg vom vorgebbaren Ort auf der Oberfläche des Objekts (4) dient sowie einen Partialdruck größer oder gleich 20 Pa aufweist, wobei in der Probenkammer (3) während der Zuführung des ersten Gases ein Gesamtdruck kleiner oder gleich 1 Pa herrscht, wobei der Partialdruck des ersten Gases der lokale Partialdruck am vorgebbaren Ort bzw. in der unmittelbaren Umgebung am vorgebbaren Ort ist, und wobei der Gesamtdruck der über einen größeren Teil des Volumens der Probenkammer (3) gemittelte Druck ist, – Zuführen eines zweiten Gases an den vorgebbaren Ort auf der Oberfläche des Objekts (4), wobei das zweite Gas der Bearbeitung der Oberfläche des Objekts (4) an dem vorgebbaren Ort dient, wobei der Partialdruck des ersten Gases als ein erster Partialdruck vorgegeben wird, wobei das zweite Gas einen zweiten Partialdruck aufweist, und wobei der erste Partialdruck und der zweite Partialdruck derart gewählt werden, dass der erste Partialdruck höher als der zweite Partialdruck ist; wobei das Zuführen des ersten Gases und das Zuführen des zweiten Gases gleichzeitig erfolgen oder wobei das Zuführen des ersten Gases erst nach abgeschlossenem Zuführen des zweiten Gases erfolgt; und wobei das zweite Gas ein reaktives Gas oder ein Gemisch aus einem reaktiven Gas mit einem inerten Gas ist, mit dem Kohlenstoff von der Oberfläche des Objekts (4) entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in der Probenkammer (3) während der Zuführung des ersten Gases der Gesamtdruck kleiner oder gleich 0,5 Pa, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,1 Pa ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der erste Partialdruck derart gewählt wird, das er im Bereich von 20 Pa bis 100 Pa, vorzugsweise im Bereich von 30 Pa bis 80 Pa, und noch bevorzugter im Bereich von 40 Pa bis 60 Pa liegt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der zweite Partialdruck derart gewählt wird, dass er im Bereich von 0,01 Pa bis 0,5 Pa, vorzugsweise im Bereich von 0,05 Pa bis 0,3 Pa liegt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem als das erste Gas ein inertes Gas und als das zweite Gas ein Prozessgas zugeführt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem ein Hochspannungspotential zwischen dem Objekt (4) und einem Detektor (14) angelegt wird, so dass aus dem Objekt (4) austretende Teilchen und/oder an dem Objekt (4) gestreute Teilchen in Richtung des Detektors (14) beschleunigt werden, wobei das Hochspannungspotential bei der Zuführung des ersten und/oder zweiten Gases eingeschaltet bleibt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem ein Hochspannungspotential zwischen dem Objekt (4) und einer Elektrode einer elektrostatischen Linse (48) oder zwischen zwei Elektroden einer elektrostatischen Linse (48) angelegt wird, wobei das Hochspannungspotential bei der Zuführung des ersten und/oder zweiten Gases eingeschaltet bleibt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Teilchenstrahlgerät (1) verwendet wird, das folgende Merkmale aufweist: – eine erste Teilchenstrahlsäule (2), die einen ersten Strahlerzeuger (5) zur Erzeugung des ersten Teilchenstrahls und ein erstes Strahlführungssystem (13, 16, 37) zur Führung des ersten Teilchenstrahls zu dem vorgebbaren Ort auf der Oberfläche des Objekts (4) aufweist, – eine zweite Teilchenstrahlsäule (45), die einen zweiten Strahlerzeuger (38) zur Erzeugung des zweiten Teilchenstrahls und ein zweites Strahlführungssystem (41, 43, 44) zur Führung des zweiten Teilchenstrahls zu dem vorgebbaren Ort auf der Oberfläche des Objekts (4) aufweist, – die Probenkammer (3), – mindestens eine erste Gaszuführungseinheit (18, 20, 21, 23, 25, 26, 28) zur Zuführung des ersten Gases zum vorgebbaren Ort, und – mindestens eine zweite Gaszuführungseinheit (18, 20, 21, 23, 25, 26, 28) zur Zuführung des zweiten Gases zum vorgebbaren Ort auf der Oberfläche des Objekts (4).
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die erste Gaszuführungseinheit (18, 20, 21, 28) und die zweite Gaszuführungseinheit (23, 25, 26, 28) des Teilchenstrahlgeräts (1) unabhängig voneinander ausgebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die erste Gaszuführungseinheit (20, 21) und die zweite Gaszuführungseinheit (25, 26) des Teilchenstrahlgeräts (1) einem einzelnen Gaseinlass-System (28) zugeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die erste Gaszuführungseinheit (20, 21) und/oder die zweite Gaszuführungseinheit (25, 26) des Teilchenstrahlgeräts (1) beweglich angeordnet ist/sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die erste Gaszuführungseinheit (20, 21) und/oder die zweite Gaszuführungseinheit (25, 26) des Teilchenstrahlgeräts (1) mindestens eine Kanüle (21, 26) aufweist, welche vorzugsweise beweglich angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Kanüle (21, 26) eine Zuführungsöffnung aufweist, deren Durchmesser im Bereich von 10 μm bis 1000 μm, vorzugsweise im Bereich von 400 μm bis 600 μm liegt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei – die erste Teilchenstrahlsäule (2) des Teilchenstrahlgeräts (1) als Elektronenstrahlsäule ausgebildet ist, und wobei – die zweite Teilchenstrahlsäule (45) des Teilchenstrahlgeräts (1) als Ionenstrahlsäule ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei das Teilchenstrahlgerät (1) zusätzlich den Detektor (14), mindestens eine Hochspannungsversorgungseinheit (46) sowie mindestens eine Steuerungseinheit (47) aufweist, welche den Zufluss des ersten und/oder des zweiten Gases und die Hochspannungsversorgungseinheit (46) steuert, wobei die Steuerungseinheit (47) derart ausgelegt ist, dass in mindestens einem Betriebsmodus die Hochspannung eingeschaltet bleibt, wenn das erste und/oder das zweite Gas zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei das Teilchenstrahlgerät (1) zusätzlich die zwei Elektroden der elektrostatischen Linse (48), mindestens eine Hochspannungsversorgungseinheit (46) und mindestens eine Steuerungseinheit (47) aufweist, welche den Zufluss des ersten und/oder des zweiten Gases und die Hochspannungsversorgungseinheit (46) steuert, wobei die Steuerungseinheit (47) derart ausgelegt ist, dass in mindestens einem Betriebsmodus die Hochspannung eingeschaltet bleibt, wenn das erste und/oder das zweite Gas zugeführt wird.