DE102018007455B4 - Verfahren zum Detektorabgleich bei der Abbildung von Objekten mittels eines Mehrstrahl-Teilchenmikroskops, System sowie Computerprogrammprodukt - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Detektorabgleich bei der Abbildung von Objekten mittels eines Mehrstrahl-Teilchenmikroskops, das die folgenden Schritte aufweist:Bestrahlung, insbesondere simultane Bestrahlung, des Objektes mit einer Vielzahl von Primär-Teilchenstrahlen, wobei jeder Primär-Teilchenstrahl einen separaten Einzelfeldbereich des Objektes rasternd bestrahlt;Aufsammeln von Wechselwirkungsprodukten, die aufgrund der Primär-Teilchenstrahlen aus dem Objekt austreten;Projizieren der Wechselwirkungsprodukte auf Detektionsbereiche einer Detektionseinheit mit einem Detektor oder mit mehreren Detektoren derart, dass die von zwei verschiedenen Einzelfeldbereichen austretenden Wechselwirkungsprodukte auf verschiedene Detektionsbereiche projiziert werden,Erzeugen von Einzelbildern von jedem der Einzelfeldbereiche basierend auf Daten, die jeweils mithilfe von Signalen aus den Detektionsbereichen gewonnenen werden oder gewonnen worden sind;Ermitteln eines Kontrastwertes für jedes Einzelbild; undEinstellen der Detektionseinheit, so dass eine vorbestimmte Vielzahl der Einzelbilder, insbesondere alle Einzelbilder, innerhalb einer definierten ersten Grenze denselben Kontrastwert aufweist bzw. aufweisen, wobei das Einstellen der Detektionseinheit ein Einstellen einer Verstärkung und/ oder ein Einstellen eines Offsets umfasst.

Description

• Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektorabgleich bei der Abbildung von Objekten mittels eines Mehrstrahl-Teilchenmikroskops. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein zum Ausführen des Verfahrens geeignetes System sowie ein entsprechendes Computerprog ram m produkt.
• Stand der Technik
• Mehrstrahl-Teilchenmikroskope können ebenso wie Einzelstrahl-Teilchenmikroskope dazu verwendet werden, Objekte auf einer mikroskopischen Skala zu analysieren. Bspw. können mittels dieser Teilchenmikroskope Bilder eines Objekts aufgenommen werden, welche eine Oberfläche des Objekts repräsentieren. Auf diese Weise kann bspw. die Struktur der Oberfläche analysiert werden. Während in einem Einzelstrahl-Teilchenmikroskop ein einziger Teilchenstrahl aus geladenen Teilchen wie bspw. Elektronen, Positronen, Myonen oder Ionen, dazu verwendet wird, das Objekt zu analysieren, wird in einem Mehrstrahl-Teilchenmikroskop eine Mehrzahl von Teilchenstrahlen dazu verwendet. Die Mehrzahl der Teilchenstrahlen, welche auch als Bündel bezeichnet wird, wird gleichzeitig auf die Oberfläche des Objekts gerichtet, wodurch verglichen mit einem Einzelstrahl-Teilchenmikroskop eine deutlich größere Fläche der Oberfläche des Objekts während eines gleichen Zeitraums abgetastet und analysiert werden kann.
• Aus der WO 2005/ 024 881 A2 ist ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem in Form eines Elektronenmikroskopiesystems bekannt, welches mit einer Vielzahl von Elektronenstrahlen arbeitet, um ein zu untersuchendes Objekt mit einem Bündel von Elektronenstrahlen parallel abzurastern. Das Bündel von Elektronenstrahlen wird erzeugt, indem ein von einer Elektronenquelle erzeugter Elektronenstrahl auf eine Multiaperturplatte gerichtet wird, welche eine Vielzahl von Öffnungen aufweist. Ein Teil der Elektronen des Elektronenstrahls trifft auf die Multiaperturplatte und wird dort absorbiert, und ein anderer Teil des Stahls durchsetzt die Öffnungen der Multiaperturplatte, sodass im Strahlengang hinter einer jeden Öffnung ein Elektronenstrahl geformt wird, dessen Querschnitt durch den Querschnitt der Öffnung definiert ist. Weiterhin führen geeignet gewählte elektrische Felder, welche im Strahlengang vor und/ oder hinter der Multiaperturplatte bereitgestellt sind, dazu, dass eine jede Öffnung in der Multiaperturplatte als eine Linse auf den die Öffnung durchsetzenden Elektronenstahl wirkt, so dass die Elektronenstrahlen in einer Ebene fokussiert werden, welche in einem Abstand von der Multiaperturplatte liegt. Die Ebene, in der die Foki der Elektronenstrahlen gebildet werden, wird durch eine nachfolgende Optik auf die Oberfläche des zu untersuchenden Objekts abgebildet, so dass die einzelnen Elektronenstrahlen als Primärstrahlen fokussiert auf das Objekt treffen. Dort erzeugen sie von dem Objekt ausgehende Wechselwirkungsprodukte wie Rückstreuelektronen oder Sekundärelektronen, welche zu Sekundärstrahlen geformt und von einer weiteren Optik auf einen Detektor gerichtet werden. Dort trifft ein jeder der Sekundärstrahlen auf ein separates Detektorelement, so dass die mit diesem detektierten Elektronenintensitäten Informationen zu dem Objekt an dem Ort bereitstellen, an dem der entsprechende Primärstrahl auf das Objekt trifft. Das Bündel von Primärstrahlen wird systematisch über die Oberfläche des Objekts gescannt, um in der für Rasterelektronenmikroskope üblichen Weise ein elektronenmikroskopisches Bild des Objekts zu erzeugen.
• Wie oben bereits erwähnt, trifft jeder Sekundärstrahl auf ein separates bzw. ihm zugeordnetes Detektorelement. Selbst bei im Prinzip baugleichen Detektorelementen sind diese Detektorelemente aber normalerweise nicht 100% identisch. Stattdessen können insbesondere ihre Detektorkennlinien voneinander abweichen, was zu unterschiedlichen Helligkeits- und/ oder Kontrastwerten von Einzelbildern führen kann, selbst wenn für die Einzelbilder exakt dieselbe Struktur abgetastet wurde. Diese Unterschiede in der Helligkeit und/ oder im Kontrast können sich z.B. dann als problematisch erweisen, wenn verschiedene Einzelbilder aneinandergesetzt werden sollen (sog. Stitching). Außerdem spielen die angesprochenen Unterschiede eine Rolle, wenn Dimensionen von Oberflächenstrukturen, die sich über mehrere Einzelbilder erstrecken, vermessen werden sollen. Auch eine Konturerkennung kann durch die Unterschiede in Helligkeits- und/ oder Kontrastwerten erschwert sein, weil hier die Ränder der Einzelbilder fälschlicherweise als Kontur interpretiert werden könnten.
• Der Artikel von A. F .Pereira et al, „Creating High-Resolution Multiscale Maps of Human Tissue Using Multi-beam SEM", PLOS Computational Biology 121 (2016), Seiten 1-17, widmet sich dem Thema Stitching bei der Bilddarstellung mit einem Mehrstrahl-Teilchenmikroskop. Hierbei wird das Gesamtbild aus einer Vielzahl von Einzelbildern aufgebaut, die teilweise miteinander überlappen, wobei zur Erstellung des Gesamtbildes ein bestimmtes Modell (mass-springdamper system) zum Einsatz kommt. Ein Verfahren zum Detektorabgleich wird in dem Artikel nicht offenbart. Zukünftige Lösungen zur Reduzierung von Helligkeitsvariationen in Überlappbereichen sehen wiederum Softwarelösungen vor.
• Der Fachartikel von A. L. Ebene et al., „High-resolution, high-throughput imaging with a multibeam scanning electron microscope", Journal of Microscopy 259 (2015), Seiten 114-120, stellt einen Übersichtsartikel zur Multistrahl-Elektronenmikroskopie dar. Dabei werden neben der grundsätzlichen Bilderzeugung die weiten Anwendungsfelder des Mehrstrahl-Teilchenmikroskopes beschrieben. Das Arbeiten mithilfe einer Testprobe wird erläutert, die Thematik des Stitching wird ebenfalls kurz angesprochen. Der Fachartikel offenbart kein Verfahren zum Detektorabgleich und geht davon aus, dass alle Einzelbilder bereits einen hinreichenden Kontrast aufweisen.
• Beschreibung der Erfindung
• Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Detektorabgleich bei der Abbildung von Objekten mittels eines Mehrstrahl-Teilchenmikroskops bereitzustellen, sodass eine genauere Analyse von Bilddaten und eine bessere Weiterverarbeitung von Bilddaten ermöglicht werden.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.
• Im Folgenden werden zwei Ausführungsformen der Erfindung inklusive vorteilhafter Weiterbildungen beschrieben. Dabei bezieht sich die erste Ausführungsform auf einen Detektorabgleich anhand von Einzelbildern und die zweite Ausführungsform auf einen Detektorabgleich anhand von Überlapp-Bereichen.
• Eine erste Ausführungsform der Erfindung bezieht sich demnach auf ein Verfahren zum Detektorabgleich bei der Abbildung von Objekten mittels eines Mehrstrahl-Teilchenmikroskops, das die folgenden Schritte aufweist:
• Bestrahlung, insbesondere simultane Bestrahlung, des Objektes mit einer Vielzahl von Primär-Teilchenstrahlen, wobei jeder Primär-Teilchenstrahl einen separaten Einzelfeldbereich des Objektes rasternd bestrahlt;
• Aufsammeln von Wechselwirkungsprodukten, die aufgrund der Primär-Teilchenstrahlen aus dem Objekt austreten;
• Projizieren der Wechselwirkungsprodukte auf Detektionsbereiche einer Detektionseinheit mit einem Detektor oder mit mehreren Detektoren derart, dass die von zwei verschiedenen Einzelfeldbereichen austretenden Wechselwirkungsprodukte auf verschiedene Detektionsbereiche projiziert werden,
• Erzeugen von Einzelbildern von jedem der Einzelfeldbereiche basierend auf Daten, die jeweils mithilfe von Signalen aus den Detektionsbereichen gewonnenen werden oder gewonnen worden sind;
• Ermitteln eines Kontrastwertes für jedes Einzelbild; und
• Einstellen der Detektionseinheit, so dass eine vorbestimmte Vielzahl der Einzelbilder, insbesondere alle Einzelbilder, innerhalb einer definierten ersten Grenze denselben Kontrastwert aufweist bzw. aufweisen, wobei das Einstellen der Detektionseinheit ein Einstellen einer Verstärkung und/ oder ein Einstellen eines Offsets umfasst.
• Bei den Primär-Teilchenstrahlen kann es sich zum Beispiel um Elektronen, Positronen, Myonen oder Ionen oder andere geladene Partikel handeln. Die jedem Primär-Teilchenstrahl zugeordneten Einzelfeldbereiche des Objekts werden rasternd, z.B. zeilenweise oder spaltenweise, abgescannt. Dabei ist es bevorzugt so, dass die Einzelfeldbereiche einander benachbart sind bzw. das Objekt oder einen Teil desselben kachelnd abdecken. Auf diese Weise ist es möglich, ein möglichst vollständiges und zusammenhängendes Bild des Objekts zu erhalten. Bevorzugt sind die Einzelfeldbereiche rechteckig oder quadratisch ausgebildet, da dies für den Abtastvorgang mithilfe der Teilchenstrahlung am einfachsten zu realisieren ist. Insgesamt können die Einzelfeldbereiche als Rechtecke in verschiedenen Zeilen übereinander derart angeordnet sein, das sich insgesamt eine hexagonale Struktur ergibt. Die Anzahl der Primär-Teilchenstrahlen ist dabei nicht genau festgelegt; je mehr Primär-Teilchenstrahlen jedoch verwendet werden, desto mehr Bildinformation kann pro Zeiteinheit erhalten bzw. auch desto schneller kann das Abrastern der gesamten Objektfläche erfolgen. Auch ist es vorteilhaft, wenn alle Primär-Teilchenstrahlen eines Mehrstrahl-Teilchenmikroskopes, die maximal zur Verfügung stehen, bzw. die auf diese zurückzuführenden Bilddaten, für das beschriebene Verfahren zum Detektorabgleich auch verwendet werden, dies ist jedoch nicht zwingend der Fall. Es ist vorteilhaft, wenn die Zahl der Teilchenstrahlen 3n (n-1)+1, mit n einer beliebigen natürlichen Zahl, im hexagonalen Fall beträgt. Andere Anordnungen der Einzelfeldbereiche, z.B. in einem quadratischen oder rechteckigen Raster, sind ebenfalls möglich.
• Bei den Wechselwirkungsprodukten kann es sich um Rückstreuelektronen oder aber um Sekundärelektronen handeln. Dabei ist es für Analysezwecke bevorzugt so, dass die niederenergetischen Sekundärelektronen für die Bilderzeugung verwendet werden.
• Die erfindungsgemäße Detektionseinheit kann einen Detektor oder mehrere Detektoren desselben oder verschiedenen Typs umfassen. Die Detektionseinheit kann z.B. einen oder mehrere Teilchendetektoren aufweisen oder daraus bestehen. Ein Teilchendetektor kann wiederum einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, in der Detektionseinheit einen oder mehrere Teilchendetektoren und Lichtdetektoren miteinander zu kombinieren bzw. hintereinander zu schalten.
• Beim Einstellen der Detektionseinheit derart, dass eine vorbestimmte Vielzahl oder alle Einzelbilder innerhalb einer gewünschten Genauigkeit, d.h. innerhalb der definierten ersten Grenze, denselben Kontrastwert aufweisen, wird Einfluss auf den Output der Detektionsbereiche genommen. Je nach Aufbau der Detektionseinheit kann es dabei so sein, dass tatsächlich separate Detektoren eingestellt werden, dass also ein Detektionsbereich einem separaten Detektor entspricht. Es ist aber auch möglich, dass bei einem einzelnen Detektor jeweils verschiedene Konversionskanäle separat eingestellt und/oder abgeglichen werden.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Detektionseinheit einen Teilchendetektor sowie mehrere diesem nachgeschaltete Lichtdetektoren. Konkret kann der Teilchendetektor eine Szintillator-Platte mit mehreren Detektionsbereichen aufweisen. Das Projizieren der Wechselwirkungsprodukte auf die Detektionsbereiche des Teilchendetektors erfolgt dabei mithilfe einer geeigneten Teilchenoptik. Die von dem Teilchendetektor ausgesendeten Lichtsignale gelangen dabei in geeigneter Weise zu einem dem jeweiligen Detektionsbereich des Teilchendetektors zugeordneten Lichtdetektor. Es ist z.B. möglich, das von einem Detektionsbereich des Teilchendetektors ausgesendete Licht über eine entsprechende Lichtoptik in Glasfasern einzukoppeln, die wiederum mit dem eigentlichen Lichtdetektor verbunden sind. Der Lichtdetektor umfasst bspw. einen Photomultiplier, eine Photodiode, eine Avalanche-Photodiode oder andere Arten geeigneter Lichtdetektoren.
• Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung umfasst die Detektionseinheit einen Teilchendetektor, aber keine Lichtdetektoren. Es ist dann möglich, die Teilchen direkt zu detektieren, ohne den Umweg über Photonen, zum Beispiel indem man sie in die Sperrschicht eines Halbleiters injiziert, wodurch dann wieder eine Elektronenlawine ausgelöst werden kann.
• Hierfür wird dann ein entsprechend strukturierter Halbleiterdetektor benötigt, der für jeden Strahl mindestens eine unabhängige Konversionseinheit aufweist.
• Die Einzelbilder sind den Einzelfeldbereichen des Objekts zugeordnet. Entsprechend entspricht auch die geometrische Form der Einzelfeldbereiche der geometrischen Form der Einzelbilder. Häufig handelt es sich dabei um Rechtecke oder Quadrate. Grundsätzlich ist es so, dass die mittels der Detektoren generierten Signale einer Intensität der Teilchenstrahlen aus Wechselwirkungsprodukten entsprechen. Schließlich liegen die Einzelbilder dann - nach Analog-Digital-Wandlung und Bildakquisition - als digitaler Datensatz vor.
• Bevorzugt ist es so, dass zur Ermittlung des Kontrastwertes jedes Einzelbildes sämtliche Einzelpunkte des Einzelbildes beitragen. Dabei kann ein Kontrastwert für ein Einzelbild auf verschiedene Weise definiert werden. Wichtig ist dabei eine sinnvolle Definition, worauf später noch genauer eingegangen wird.
• Ein Einstellen der Detektoren, so dass eine vorbestimmte Vielzahl bzw. alle Einzelbilder innerhalb einer definierten ersten Grenze denselben Kontrastwert aufweisen, kann jeweils über einen oder mehrere Einstellparameter der Detektionseinheit bzw. der Detektoren erfolgen. Die Natur dieser Parameter ist abhängig davon, was für eine Detektionseinheit verwendet wird. Dabei ist es theoretisch möglich, dass bereits nach einem einmaligen Einstellen der Detektionseinheit die vorbestimmte Vielzahl oder alle Einzelbilder innerhalb der definierten ersten Grenze denselben Kontrastwert aufweisen. Häufiger wird es jedoch der Fall sein, dass das Einstellen der Detektionseinheit in mehreren Schritten oder Verfahrensdurchläufen und bevorzugt immer feiner werdend vorgenommen wird, um für die vorbestimmte Vielzahl oder alle Einzelbilder denselben Kontrastwert zu erzielen. Dabei wird bevorzugt ein sinnvoller Kontrastwert eines Einzelbildes als Referenz gewählt. Es kann auch ein mittlerer Kontrastwert aller Einzelbilder als Referenzwert/ Targetwert gewählt werden. Die definierte (gewünschte) erste Grenze (Genauigkeit) kann dabei z.B. als Bereich in Absolutwerten angegeben oder als Abweichung in Prozent von einem vorab definierten Referenzwert angegeben werden. Insbesondere kann eine Abweichung von einem vorab gewählten Referenzwert ≤10% betragen, bevorzugt ≤5% und höchst bevorzugt ≤1% betragen.
• Bevorzugt ist es so, dass das Verfahren ganz oder teilweise mehrfach und/ oder iterativ ausgeführt wird. Bei einer iterativen Vorgehensweise kommen insbesondere Extrapolationsmethoden und Interpolationsmethoden zum Einsatz, die schrittweise und bevorzugt immer feiner werdend eine Feineinstellung der Detektionseinheit erlauben.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren des Weiteren die folgenden Schritte auf:
• - Ermitteln eines Helligkeitswertes eines jeden Einzelbildes; und
• - Einstellen der Detektionseinheit, so dass eine vorbestimmte Vielzahl, insbesondere alle Einzelbilder, innerhalb einer vordefinierten zweiten Grenze denselben Helligkeitswert aufweist bzw. aufweisen.
• Bei dieser Ausführungsvariante der Erfindung ist es also so, dass sowohl die Kontrastwerte als auch die Helligkeitswerte aller Einzelbilder miteinander abgeglichen werden. Helligkeitswerte und Kontrastwerte eines Einzelbildes stehen ohnehin in einem engen Zusammenhang miteinander, so dass ein Abgleich beider Größen die besten Ergebnisse liefert. Helligkeits- und Kontrastwerte werden weiter unten noch eingehender definiert. Auch bei den Helligkeitswerten kann die definierte zweite Grenze (Genauigkeit) z.B. als Bereich in Absolutwerten angegeben oder als Abweichung in Prozent von einem vorab definierten Referenzwert angegeben werden. Insbesondere kann eine Abweichung von einem vorab gewählten Referenzwert ≤10% betragen, bevorzugt ≤5% und höchst bevorzugt ≤1% betragen.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung umfasst das Verfahren des Weiteren den folgenden Verfahrensschritt:
• - Testen der geänderten Einstellungen der Detektionseinheit durch erneutes Ausführen einiger oder sämtlicher Verfahrensschritte.
• Das Testen kann bspw. nach der Ermittlung der Kontrastwerte für jedes Einzelbild und/oder nach Ermitteln eines Helligkeitswertes für jedes Einzelbild enden, nämlich dann, wenn die so ermittelten Kontrastwerte und/oder Helligkeitswerte für jeweils eine vorbestimmte Vielzahl, oder bevorzugt für alle, Einzelbilder innerhalb der vordefinierten Grenzen jeweils dieselben sind. In diesem Fall braucht die Detektionseinheit natürlich nicht weiter oder feiner eingestellt zu werden. In diesem Zusammenhang ist es zielführend, jeweils ein Gütekriterium als Kriterium für einen erfolgreichen Detektorabgleich zu definieren. Dieses Gütekriterium ist dann das Abbruchkriterium bei einer mehrfachen Verfahrensausführung.
• Erfindungsgemäß umfasst das Einstellen der Detektionseinheit ein Einstellen einer Verstärkung und/ oder ein Einstellen eines Offsets. Dies kann abhängig vom Aufbau der Detektionseinheit für einen oder für mehrere Detektoren oder ihre Konversionskanäle erfolgen. Grundsätzlich ist es so, dass Detektoren zur Umwandlung von Teilchen zwei sehr wichtige Einstellparameter - neben vielen anderen Parametern - besitzen. Dies sind die Verstärkung und der Offset. Abgebildet werden sie in der Kennlinie eines Detektors.
• Die Verstärkung gibt dabei grundsätzlich an, wie viel Output durch wie viel Input erzeugt wird. Konkret gibt die Verstärkung die Anzahl der im Output enthaltenen Teilchen der zweiten Teilchensorte (out) im Verhältnis zu der im Input enthaltenen Teilchenanzahl der ersten Teilchensorte (in) an. Im Falle einer Avalanche-Photodiode wird der Input durch Photonen gebildet und der Output sind Elektronen. Analoges lässt sich für alle anderen Detektoren, DED („direct electron detection“), PMT („photomultiplier tube“), usw. definieren. Darüber hinaus haben viele Detektoren, die in ein elektrisches Signal konvertieren (Strom, bzw. Spannungsabfall über einem Ausgangswiderstand), einen Nachverstärker eingebaut, dessen Verstärkung ebenfalls einstellbar ist.
• Der Offset wiederum gibt an, wie hoch der Pegel des Ausgangssignals ist, wenn keine Primärteilchen ankommen. Das ist in der Regel in der elektronischen Nachbeschaltung durch einen Spannungsaddierer gelöst. Letztendlich werden mit diesen Systemen also Leckströme usw. kompensiert. Offset und Verstärkung sind in der Regel nicht unabhängig voneinander.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Projizieren der Wechselwirkungsprodukte auf Detektionsbereiche eines Teilchendetektors,
  wobei von jedem Detektionsbereich des Teilchendetektors bei einem Auftreffen von Wechselwirkungsprodukten auf diesen Detektionsbereich Lichtsignale ausgesendet werden,
  wobei die von jedem Detektionsbereich ausgesendeten Lichtsignale einem dem jeweiligen Detektionsbereich zugeordneten Lichtdetektor zugeführt werden; und
  wobei das Einstellen der Detektionseinheit ein Einstellen der Lichtdetektoren umfasst. Im Übrigen gilt für diese Ausführungsform das oben hinsichtlich einer Nacheinanderschaltung von Teilchendetektor und Lichtdetektoren Ausgeführte.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Lichtdetektoren Avalanche-Photodioden auf, wobei das Einstellen der Avalanche-Photodioden ein Einstellen einer Verstärkung und/ oder ein Einstellen eines Offsets umfasst. Dies kann z.B. jeweils über eine Strom- bzw. Spannungsänderung erfolgen. Avalanche-Photodioden sind hochempfindliche und sehr schnelle Photodioden und zur Detektion selbst geringer Strahlungsleistungen geeignet und eignen sich deshalb hervorragend zum Einsatz in Mehrstrahl-Teilchenmikroskopen.
• Betrachtet man die Helligkeitshistogramme der Einzelbilder, so zeigen diese oftmals eine Gauß-Verteilung bzw. eine Kurve, an die in guter Näherung eine Gauß-Verteilung angefittet werden kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung wird dann als Helligkeitswert für jedes Einzelbild der Mittelwert einer Gauß-Verteilung oder einer angefitteten Gauß-Verteilung im Helligkeitshistogramm definiert und/ oder es wird als Kontrastwert für jedes Einzelbild ein Vielfaches der Standardabweichung der angefitteten Gauß-Verteilung, insbesondere 2 Sigma, im Helligkeitshistogramm definiert. Im Fall, dass die Helligkeitshistogramme keine Gauß-ähnliche Verteilung aufweisen, kann für den Helligkeitswert der Mittelwert des Helligkeitshistogramms oder die Lage des größten Peaks des Helligkeitshistogramms verwendet werden und anstelle eines Vielfachen der Standardabweichung kann z.B. die Halbwertsbreite des größten Peaks des Helligkeitshistogramms für die Definition des zu erzielenden Kontrastwertes herangezogen werden. Bei diesen Definitionen handelt es sich um besonders stabile Definitionen für einen Helligkeitswert und vor allem für einen Kontrastwert. Bei den gewonnen Einzelbildern ist es nämlich häufig so, dass sie nur einen einzigen Peak in dem entsprechenden Helligkeitshistogramm aufweisen. Wären zwei getrennte Peaks vorhanden, so ließe sich der Kontrast sehr einfach als Differenz zwischen diesen beiden Peaks ausdrücken. Bei den mithilfe von Mehrstrahl-Teilchenmikroskopen gewonnenen Bildern handelt es sich aber um spezielle Bilder, die eben diese mehreren Peaks oftmals nicht aufweisen. Stattdessen ist oft nur ein einziger prominenter Peak vorhanden, der manchmal einen schwachen Nebenpeak in Form einer Schulter aufweist. Insofern ist es notwendig, eine Definition für den zu erzielenden Kontrastwert zu finden, die auch angesichts dieser Umstände stabil ist. Die Halbwertsbreite und ganz besonders auch die Breite einer Gauß-Verteilung, insbesondere 2 Sigma der Gauß-Verteilung, als Definition für den Kontrastwert haben sich hierbei als sehr stabil erwiesen.
• Wird eine Avalanche-Photodiode als Lichtdetektor verwendet, so ändert sich bei einem Ändern der Verstärkung der Avalanche-Photodiode sowohl der Kontrast des Einzelbildes als auch der Helligkeitswert des Einzelbildes. Über eine Einstellung der Verstärkung kann somit auf beide anzupassenden Parameter eines Einzelbildes Einfluss genommen werden. Wird hingegen der Offset der Avalanche-Photodiode verändert, so wird das gesamte Helligkeitshistogramm entlang der X-Achse verschoben. Die Offset-Einstellung hat also nur einen Einfluss auf den Helligkeitswert. Vor diesem Hintergrund kann es sinnvoll sein, bei einer Einstellung der Avalanche-Photodioden zunächst den Kontrast abzugleichen und im Anschluss daran - über eine Einstellung des Offsets - den Helligkeitswert.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Erzeugen der Einzelbilder parallel auf Bilderzeugungscomputern, die Detektionsbereichen der Detektionseinheit jeweils zugeordnet sind. Bei der Bilderzeugung wird ein eindimensionaler Datenstrom z.B. mit Hilfe sog. Frame-Grabber in ein zweidimensionales Datenformat konvertiert. Bei der Erzeugung der Einzelbilder fallen dabei sehr große Datenmengen an, so dass eine parallele Verarbeitung der Daten auf verschiedenen Bilderzeugungscomputern zeitlich erhebliche Vorteile bietet. Dabei ist es möglich, für jeden Detektor einen eigenen zugeordneten Bilderzeugungscomputer vorzusehen und zu verwenden. Es ist aber auch möglich , mehrere Einzelbilder von einer entsprechenden Anzahl von Detektoren auf ein und demselben Bilderzeugungscomputer zu erzeugen. Bei den heutigen Rechenkapazitäten hat es sich als vorteilhaft erwiesen, bis zu 8 Einzelbilder auf ein und demselben Bilderzeugungscomputer zu erzeugen. Bei einer Verwendung von z.B. 91 Primär-Teilchenstrahlen werden insgesamt 91 Einzelbilder erzeugt, die z.B. auf 12 Bilderzeugungscomputern parallel berechnet werden können. Auf diese Weise lässt sich das große anfallende Datenvolumen sehr gut handhaben.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung wird das Einstellen der Detektionseinheit von einem Steuerungscomputersystem gesteuert. Das Steuerungscomputersystem kann dabei auch das gesamte Mehrstrahl-Teilchenmikroskop an sich steuern. Es kann hier z.B. auch so vorgegangen werden, dass die Kontrastwerte und/ oder Helligkeitswerte in den Bilderzeugungscomputern ermittelt und dann von den Bilderzeugungscomputern an das Steuerungscomputersystem übergeben werden. Dann errechnet das Steuerungscomputersystem bzw. ein diesem zugeordneter Steuerungscomputer daraus die notwendige Einstellung bzw. die Anpassung der Detektionseinheit. Die zentrale Auswertung der Kontrastwerte und/ oder Helligkeitswerte im Steuerungscomputersystem zwecks Abgleich ist dabei besonders sinnvoll, da für diesen Abgleich ein separater Programmcode bzw. ein spezielles Rechenprogramm verwendet werden kann.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung erfolgt nach dem erfolgreichen Detektorabgleich eine Bildverarbeitung zur weiteren Verbesserung von Kontrast und/ oder Helligkeit. Hierzu können an sich bekannte Bildverarbeitungsroutinen verwendet werden.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird für den Detektorabgleich eine Testprobe als Objekt verwendet, die mehrere strukturell identische Testbereiche aufweist. Dieser Vorgehensweise liegt die Idee zugrunde, dass eine solche Probe für sämtliche abtastenden Primär-Einzelstrahlen in jedem Einzelfeldbereich dieselben. Strukturen aufweist und die Detektionssignale für alle Detektoren unter identischen Abtastbedingungen gewonnen werden. Unterschiedliche Helligkeitswerte und/ oder Kontrastwerte von Einzelbildern sind dann also primär nicht auf die Probenbeschaffenheit, sondern auf die Unterschiede in den Detektoren zurückzuführen. Als Testprobe wird z.B. ein Siliziumwafer verwendet, auf den eine regelmäßige Struktur, z.B. mittels lithographischer Verfahren, aufgebracht worden ist.
• Nachdem zunächst eine Testprobe als Objekt für den Detektorabgleich verwendet worden ist, können in einem weiteren Verfahrensschritt die geänderten Einstellungen der Lichtdetektoren anhand einer realen Probe getestet werden. Auch hier sollten sich die ermittelten Kontrastwerte und/ oder Helligkeitswerte nunmehr in einem adäquaten, durch die vordefinierten Grenzen bestimmten, Intervall bewegen. Andernfalls muss noch einmal ein erneuter Detektorabgleich anhand der Testprobe durchgeführt werden. Der Grund für diese iterative Verfahrensdurchführung ist, dass die Detektoreinstellung sehr empfindlich von der Sekundärelektronenausbeute auf der realen Probe abhängt. Unterscheidet sich die Sekundärelektronenausbeute auf der realen Probe von der Sekundärelektronenausbeute auf der Testprobe zu stark, so wird bei einem Abtasten der realen Probe in einem anderen Kennlinienbereich der Lichtdetektoren gearbeitet. Für diesen anderen Kennlinienbereich ist dann aber sehr wahrscheinlich der Detektorabgleich nicht mehr hinreichend erfüllt, da die Kennlinien der meisten Detektoren ein grundsätzlich nicht-lineares Verhalten aufweisen, das nur in Teilbereichen mit guter Übereinstimmung linear approximiert werden kann. Es ist daher auch möglich, mit Erfahrungswerten, die anhand einer ähnlichen oder vergleichbaren realen Probe gewonnen wurden, in das gesamte Abgleichsverfahren für die aktuelle reale Probe zu starten. Die Verwendung von Erfahrungswerten als Startwert verkürzt die Dauer für einen erfolgreichen Detektorabgleich.
• Gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung bezieht sich diese auf ein Verfahren zum Detektorabgleich bei der Abbildung von Objekten mittels eines Mehrstrahl-Teilchenmikroskops, das die folgenden Schritte aufweist:
• Definieren von Proben-Überlappbereichen zwischen benachbarten Einzelfeldbereichen eines Objektes, wobei jeder Proben-Überlappbereich mindestens zwei verschiedenen Einzelfeldbereichen zugeordnet ist;
• Bestrahlen, insbesondere simultanes Bestrahlen, des Objektes mit einer Vielzahl von Primär-Teilchenstrahlen, wobei jeder Primär-Teilchenstrahl einen Einzelfeldbereich und jeden diesem Einzelfeldbereich zugeordneten Überlappbereich rasternd bestrahlt;
• Aufsammeln von Wechselwirkungsprodukten, die aufgrund der Primär-Teilchenstrahlen aus dem Objekt austreten;
• Projizieren der Wechselwirkungsprodukte auf Detektionsbereiche einer Detektionseinheit mit einem Detektor oder mit mehreren Detektoren derart, dass die von zwei verschiedenen Einzelfeldbereichen austretenden Wechselwirkungsprodukte auf verschiedene Detektionsbereiche projiziert werden,
• Erzeugen von Überlapp-Einzelbildern von jedem der Überlappbereiche basierend auf Daten, die jeweils mithilfe von Signalen aus den Detektionsbereichen gewonnenen werden oder gewonnen worden sind;
• Ermitteln eines Helligkeits- und/ oder Kontrastwertes für jedes Überlapp-Einzelbild; und
• Einstellen der Detektionseinheit, so dass jeweils einander entsprechende Überlapp-Einzelbilder innerhalb einer definierten Grenze oder innerhalb definierter Grenzen denselben Helligkeits- und/ oder Kontrastwert aufweisen.
• Bei dem Verfahren zum Detektorabgleich gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung wird also nicht mit vollständigen Einzelbildern gearbeitet, sondern lediglich mit bestimmten Ausschnitten davon. Dies hat zur Folge, dass das Verfahren schneller ausgeführt werden kann. Außerdem ist dieses Verfahren weniger empfindlich hinsichtlich möglicher Variationen von Sekundärelektronenausbeuten je Einzelfeldbereich. Es ist nämlich davon auszugehen, dass die Sekundärelektronenausbeute in den Proben-Überlappbereichen von benachbarten Einzelfeldbereichen annähernd identisch ist bzw. weniger stark variiert. Dies gilt insbesondere auch dann, wenn - wie oben bei der ersten Ausführungsform beschrieben - eine Testprobe für den Detektorabgleich verwendet wird.
• Grundsätzlich ist es möglich, dass bei dem Detektorabgleich die Einzelfeldbereiche vollständig abgetastet werden, dass aber nur die den Überlappbereichen zugeordneten Daten für den Detektorabgleich verwendet werden. Es ist aber auch möglich, dass nur die für den Detektorabgleich benötigten Überlappbereiche überhaupt abgetastet werden.
• Ziel der Einstellung der Detektionseinheit ist es gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung, dass jeweils einander zugeordnete Überlapp-Einzelbilder jeweils innerhalb einer gewünschten, d.h. vordefinierten Genauigkeit denselben Helligkeits- und/ oder Kontrastwert aufweisen. Dabei ist es nicht notwendigerweise so, dass sämtliche Überlapp-Einzelbilder denselben Helligkeits- und/ oder Kontrastwert aufweisen; es kann aber natürlich so sein. Stattdessen erfolgt hier ein schrittweiser Abgleich, am besten ausgehend von einer Referenz-Detektoreinstellung mit einem guten Helligkeits- und/ oder Kontrastwert.
• Im Übrigen gilt auch für die zweite Ausführungsform der Erfindung hinsichtlich übriger Aspekte das, was bereits in Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform der Erfindung erläutert worden ist.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Einzelfeldbereiche der Probe und die diesen zugeordneten Einzelbilder jeweils gekachelt zueinander angeordnet und das Einstellen der Detektionseinheit erfolgt schrittweise über die Überlappbereiche von zueinander benachbarten Einzelbildern. Auch hier können die Einzelbilder z.B. rechteckig sein und entweder von Ecke zu Ecke oder aber gegeneinander verschoben in mehreren Reihen zueinander angeordnet sein, wobei sich in letzterem Fall auf sehr einfache Weise eine insgesamt hexagonale Struktur der Einzelfeldbereiche und der diesen zugeordneten Einzelbilder ergeben kann.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Einstellen der Detektionseinheit ausgehend von einem inneren Einzelbild nach außen hin. Hierbei dient also das innere Einzelbild, genauer gesagt der diesem Einzelbild zugeordnete Detektionsbereich, als Referenz. Begonnen wird mit einer vorteilhaften Detektoreinstellung mit hinreichender Helligkeit und/ oder mit hinreichend gutem Kontrast. Danach erfolgt dann wiederum der Abgleich über die Überlapp-Bereiche. Wenn die Anordnung der Einzelbilder geeignet gewählt wird, z.B. in Form von Rechtecken, die insgesamt eine hexagonale Struktur ergeben, so kann das Einstellen der Detektionseinheit mit ihren Detektoren und/oder deren Konversionseinheiten von einem zentralen inneren Einzelbild ausgehend auch schalenartig von innen nach außen über die Überlappbereiche erfolgen. Ein solches schalenartiges Vorgehen von innen nach außen hat den Vorteil, dass Schleppfehler bei dem Detektorabgleich klein gehalten werden. Der Abgleich kann so insgesamt mit möglichst wenigen Schritten durchgeführt werden.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen sämtliche zueinander benachbarten Einzelfeldbereiche der Probe und die diesen Einzelfeldbereichen zuzuordnenden Einzelbilder gemeinsame Ränder und nicht nur gemeinsame Eckpunkte miteinander auf und die Proben-Überlappbereiche und Überlapp-Einzelbilder beinhalten diese gemeinsamen Ränder wenigstens teilweise. Hierbei sind also im Wesentlichen lediglich punktuelle und linienartige Berührungen der Einzelfeldbereiche miteinander ausgeschlossen. Sind nämlich gemeinsame Ränder zwischen benachbarten Einzelfeldbereichen der Probe, genauer gesagt diesen Einzelfeldbereichen zuzuordnenden Einzelbildern, vorhanden, so lässt sich ein qualitativ hochwertiger Abgleich über Überlappbereiche über diese gemeinsamen Ränder durchführen.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der zweiten Ausführungsform der Erfindung sind die Abmessungen der Proben-Überlappbereiche und/ oder der Überlapp-Einzelbilder einstellbar. Wichtige Stellgrößen für diese Einstellung sind z.B. die Einzelbildgröße insgesamt (d.h. die Anzahl der Pixel und die Pixelgröße), sowie der Abstand zwischen den Primär-Einzelstrahlen. Auf diese Weise können die Proben-Überlappbereiche und/ oder die Überlapp-Einzelbilder so eingestellt werden, dass hinreichend Daten für einen erfolgreichen Abgleich vorliegen. Umgekehrt ist die Aufzeichnung von überflüssigen Daten ggf. vermeidbar.
• Bevorzugt sind die Proben-Überlappbereiche und/ oder Überlapp-Einzelbilder rechteckig. Sie können aber auch andere regelmäßige oder unregelmäßige Formen aufweisen. Die rechteckige Ausführungsvariante hat dabei den Vorteil, dass der Abtastprozess zur Bildgenerierung wesentlich vereinfacht ist.
• Auch hier ist es insgesamt so, dass das Verfahren ganz oder teilweise mehrfach und/ oder iterativ ausgeführt werden kann.
• Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Einstellen der Detektionseinheit wiederum ein Einstellen einer Verstärkung und/oder ein Einstellen eines Offsets. Auch hier kann die Detektionseinheit Teilchendetektor(en) und Lichtdetektoren umfassen. Bevorzugt weisen die Lichtdetektoren auch hier Avalanche-Photodioden auf und das Einstellen der Avalanche-Photodioden umfasst eine Spannungsänderung und/ oder Stromänderung.
• Im Übrigen wird auf die hinsichtlich der ersten Ausführungsform der Erfindung getätigten Ausführungen und bevorzugten Ausführungsvarianten verwiesen, um an dieser Stelle unnötige Wiederholungen bei der Beschreibung der zweiten Ausführungsform zu vermeiden.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung bezieht sich diese auf ein System, das folgendes aufweist:
• - ein Mehrstrahl-Teilchenmikroskop mit einer Mehrstrahl-Teilchenoptik mit einer Detektionseinheit,
• - mindestens einen, bevorzugt mehrere Bilderzeugungscomputer; und
• - ein Steuerungscomputersystem,
• - wobei die Bestandteile des Systems eingerichtet sind, das Verfahren gemäß einer der beiden oben beschriebenen Ausführungsvarianten auszuführen.
• Bevorzugt steuert das Steuerungscomputersystem dabei das eigentliche Mehrstrahl-Teilchenmikroskop. Die Bilderzeugungscomputer sind im Wesentlichen zur Bilderzeugung vorgesehen und sie können auch die Kontrastwerte und/ oder Helligkeitswerte der Einzelbilder oder der Überlapp-Einzelbilder errechnen und diese an das Steuerungscomputersystem für die eigentliche Detektorabgleichsroutine übergeben.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung bezieht sich diese auf ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode zum Ausführen der beschriebenen Verfahren zum Detektorabgleich bei der Abbildung von Objekten mittels eines Mehrstrahl-Teilchenmikroskops. Der Programmcode kann dabei in einen oder mehrere Teilcodes untergliedert sein. Es bietet sich z.B. an, den Code zur Steuerung des Mehrstrahl-Teilchenmikroskops separat in einem Programmteil vorzusehen, während ein anderer Programmteil die Routinen für den eigentlichen Detektorabgleich enthält.
• Die oben beschriebenen Ausführungsvarianten der Erfindung können ganz oder teilweise miteinander kombiniert werden, sofern dadurch keine technischen Widersprüche entstehen. Dies gilt auch für eine Kombination von Merkmalen aus der ersten und zweiten Ausführungsform der Erfindung miteinander.
• Die Erfindung wird noch besser verstanden werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
• 1 zeigt ein Mehrstrahl-Teilchenmikroskop in schematischer Darstellung;
• 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Detektorsystems;
• 3 zeigt ein Einzelbild, das mithilfe eines einzelnen Primär-Strahls gewonnen worden ist;
• 4a zeigt das zu dem Einzelbild in 3 zugehörige Helligkeitshistogramm;
• 4b illustriert eine Detektorkennlinie;
• 5 zeigt ein Vollbild vor und nach einem Detektorabgleich;
• 6 zeigt eine beispielhafte Anordnung von rechteckigen Einzelbildern, die insgesamt eine hexagonale Struktur bilden;
• 7 illustriert den schalenartigen Aufbau der hexagonalen Struktur aus 6;
• 8 zeigt eine erste Möglichkeit für einen Abgleichsweg;
• 9 zeigt eine alternative Möglichkeit für einen Abgleichsweg;
• 10a illustriert Überlappbereiche zwischen Einzelbildern;
• 10b illustriert alternative Überlappbereiche zwischen Einzelbildern;
• 11 zeigt alternative Überlappbereiche zwischen Einzelbildern;
• 12 illustriert eine andere Anordnung von Einzelbildern und dabei für den Detektorabgleich verwendete Überlappbereiche; und
• 13 illustriert verschiedenartige Überlapp-Bereiche zwischen Einzelbildern.
• 1 ist eine schematische Darstellung eines Teilchenstrahlsystems 1 in Form eines Mehrstrahl-Teilchenmikroskops 1, welches eine Vielzahl von Teilchenstrahlen einsetzt. Das Teilchenstrahlsystem 1 erzeugt eine Vielzahl von Teilchenstrahlen, welche auf ein zu untersuchendes Objekt treffen, um dort Wechselwirkungsprodukte, bspw. Sekundärelektronen, zu generieren, welche von dem Objekt ausgehen und nachfolgend detektiert werden. Das Teilchenstrahlsystem 1 ist vom Rasterelektronenmikroskop-Typ („scanning electron microscope“, SEM), welches mehrere primäre Teilchenstrahlen 3 einsetzt, die an mehreren Orten 5 auf eine Oberfläche des Objekts 7 auftreffen und dort mehrere räumlich voneinander getrennte Elektronenstrahlflecken oder Spots erzeugen. Das zu untersuchende Objekt 7 kann von einer beliebigen Art sein, bspw. ein Halbleiterwafer oder eine biologische Probe, und eine Anordnung miniaturisierter Elemente oder dergleichen umfassen. Die Oberfläche des Objekts 7 ist in einer ersten Ebene 101 (Objektebene) einer Objektivlinse 102 eines Objektivlinsensystems 100 angeordnet.
• Der vergrößerte Ausschnitt I₁ der 1 zeigt eine Draufsicht auf die Objektebene 101 mit einem regelmäßigen rechtwinkligen Feld 103 von Auftrefforten 5, welche in der ersten Ebene 101 gebildet werden. In 1 beträgt die Zahl der Auftrefforte 25, welche ein 5 × 5-Feld 103 bilden. Die Zahl 25 an Auftrefforten ist eine aus Gründen der vereinfachten Darstellung gewählte Zahl. In der Praxis kann die Zahl an Strahlen und entsprechend an Auftrefforten wesentlich größer gewählt werden, wie bspw. 20 × 30, 100 × 100 und dergleichen.
• In der dargestellten Ausführungsform ist das Feld 103 von Auftrefforten 5 ein im Wesentlichen regelmäßiges rechtwinkliges Feld mit einem konstanten Abstand P₁ zwischen benachbarten Auftrefforten. Beispielhafte Werte des Abstands P₁ sind 1 Mikrometer, 10 Mikrometer und 40 Mikrometer. Es ist jedoch auch möglich, dass das Feld 103 andere Symmetrien aufweist, wie bspw. eine hexagonale Symmetrie.
• Ein Durchmesser der in der ersten Ebene 101 geformten Strahlflecken kann klein sein. Beispielhafte Werte dieses Durchmessers betragen 1 Nanometer, 5 Nanometer, 10 Nanometer, 100 Nanometer und 200 Nanometer. Das Fokussieren der Partikelstrahlen 3 zur Formung der Strahlflecken 5 erfolgt durch das Objektivlinsensystem 100.
• Die auf das Objekt treffenden Primärteilchen generieren Wechselwirkungsprodukte bspw. Sekundärelektronen, Rückstreuelektronen oder Primärteilchen, die aus anderweitigen Gründen eine Bewegungsumkehr erfahren haben, welche von der Oberfläche des Objekts 7 oder von der ersten Ebene 101 ausgehen. Die von der Oberfläche des Objekts 7 ausgehenden Wechselwirkungsprodukte werden durch die Objektivlinse 102 zu sekundären Teilchenstrahlen 9 geformt. Das Teilchenstrahlsystem 1 stellt einen Teilchenstrahlengang 11 bereit, um die Vielzahl sekundärer Teilchenstrahlen 9 einem Detektorsystem 200 zuzuführen. Das Detektorsystem 200 umfasst eine Teilchenoptik mit einer Projektionslinse 205, um die sekundären Teilchenstrahlen 9 auf einen Teilchen-Multi-Detektor 209 zu richten.
• Der Ausschnitt I₂ in 1 zeigt eine Draufsicht auf die Ebene 211, in welcher einzelne Detektionsbereiche des Teilchen-Multi-Detektors 209 liegen, auf welche die sekundären Teilchenstrahlen 9 an Orten 213 auftreffen. Die Auftrefforte 213 liegen in einem Feld 217 mit einem regelmäßigen Abstand P₂ zueinander. Beispielhafte Werte des Abstands P₂ sind 10 Mikrometer, 100 Mikrometer und 200 Mikrometer.
• Die primären Teilchenstrahlen 3 werden in einer Strahlerzeugungsvorrichtung 300 erzeugt, welche wenigstens eine Teilchenquelle 301 (z.B. eine Elektronenquelle), wenigstens eine Kollimationslinse 303, eine Multiaperturanordnung 305 und eine Feldlinse 307 umfasst. Die Teilchenquelle 301 erzeugt einen divergierenden Teilchenstrahl 309, welcher durch die Kollimationslinse 303 kollimiert oder zumindest weitgehend kollimiert wird, um einen Strahl 311 zu formen, welcher die Multiaperturanordnung 305 beleuchtet.
• Der Ausschnitt I₃ in 1 zeigt eine Draufsicht auf die Multiaperturanordnung 305. Die Multiaperturanordnung 305 umfasst eine Multiaperturplatte 313 welche eine Mehrzahl von darin ausgebildeten Öffnungen oder Aperturen 315 aufweist. Mittelpunkte 317 der Öffnungen 315 sind in einem Feld 319 angeordnet, welches auf das Feld 103 abgebildet wird, welches durch die Strahlflecken 5 in der Objektebene 101 gebildet wird. Ein Abstand P₃ der Mittelpunkte 317 der Aperturen 315 voneinander kann beispielhafte Werte von 5 Mikrometer, 100 Mikrometer und 200 Mikrometer aufweisen. Die Durchmesser D der Aperturen 315 sind kleiner als der Abstand P₃ der Mittelpunkte der Aperturen. Beispielhafte Werte der Durchmesser D sind 0,2 × P₃, 0,4 × P₃ und 0,8 × P₃.
• Teilchen des beleuchtenden Teilchenstrahles 311 durchsetzen die Aperturen 315 und bilden Teilchenstrahlen 3. Teilchen des beleuchtenden Strahles 311, welche auf die Platte 313 treffen, werden durch diese abgefangen und tragen nicht zur Bildung der Teilchenstrahlen 3 bei.
• Die Multiaperturanordnung 305 fokussiert aufgrund eines angelegten elektrostatischen Felds jeden der Teilchenstrahlen 3 derart, dass in einer Ebene 325 Strahlfoki 323 gebildet werden. Ein Durchmesser der Strahlfoki 323 kann bspw. 10 Nanometer, 100 Nanometer und 1 Mikrometer betragen.
• Die Feldlinse 307 und die Objektivlinse 102 stellen eine erste abbildende Teilchenoptik bereit, um die Ebene 325, in der die Strahlfoki gebildet werden, auf die erste Ebene 101 abzubilden, so dass dort ein Feld 103 von Auftrefforten 5 oder Strahlflecken entsteht. Soweit in der ersten Ebene eine Oberfläche des Objekts 7 angeordnet ist, werden die Strahlflecken entsprechend auf der Objektoberfläche gebildet.
• Die Objektivlinse 102 und die Projektionslinsenanordnung 205 stellen eine zweite abbildende Teilchenoptik bereit, um die erste Ebene 101 auf die Detektionsebene 211 abzubilden. Die Objektivlinse 102 ist somit eine Linse, welche sowohl Teil der ersten als auch der zweiten Teilchenoptik ist, während die Feldlinse 307 nur der ersten Teilchenoptik und die Projektionslinse 205 nur der zweiten Teilchenoptik angehören.
• Eine Strahlweiche 400 ist in dem Strahlengang der ersten Teilchenoptik zwischen der Multiaperturanordnung 305 und dem Objektivlinsensystem 100 angeordnet. Die Strahlweiche 400 ist auch Teil der zweiten Optik im Strahlengang zwischen dem Objektivlinsensystem 100 und dem Detektorsystem 200.
• Weitergehende Informationen zu solchen Vielstrahl-Teilchenstrahlsystemen und darin eingesetzten Komponenten, wie etwa Teilchenquellen, Multiaperturplatten und Linsen, kann aus den internationalen Patentanmeldungen WO 2005/ 024881 , WO 2007/028595 , WO 2008/028596 , WO 2011/124352 und WO 2007/060017 und den deutschen Patentanmeldungen mit den Anmeldenummern DE 10 2013 026 113.4 und DE 10 2013 014 976.2 erhalten werden, deren Offenbarung vollumfänglich durch in Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
• Das Vielzahl-Teilchenstrahlsystem weist weiterhin ein Computersystem 10 auf, das sowohl zur Steuerung der einzelnen teilchenoptischen Komponenten des Vielzahl-Teilchenstrahlsystems ausgebildet ist, als auch zur Auswertung und Analyse der mit dem Multi-Detektor 209 gewonnenen Signale. Das Computersystem 10 kann dabei aus mehreren Einzelcomputern oder entsprechenden Komponenten aufgebaut sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante umfasst das Computersystem 10 ein Steuerungscomputersystem 270 sowie einen oder mehrere Bilderzeugungscomputer 280. Das Vorsehen von mehreren Bilderzeugungscomputern 280 ist aufgrund der hohen anfallenden Datenmengen von Vorteil und erlaubt eine parallele Auswertung von Detektorsignalen. Auch das erfindungsgemäße Verfahren zum Detektorabgleich kann mithilfe des beschriebenen Computersystems 10 durchgeführt werden, d.h. das Computersystem ist durch ein Programm unter Anderem zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Detektorabgleich ausgebildet.
• 2 ist eine schematische Darstellung, um mehrere Details des Detektors 209 zu verdeutlichen. Der Detektor 209 umfasst dabei als Teilchendetektor die Szintillator-Platte 207, auf welche die Wechselwirkungsprodukte, beispielsweise Sekundärelektronenstrahlen, durch eine Elektronenoptik gerichtet werden. Diese Elektronenoptik umfasst, wenn sie in das Mehrstrahl-Teilchenmikroskop der 1 integriert ist, die elektronenoptischen Komponenten der Teilchenoptik, welche die Elektronenstrahlen 9 formen, d.h. bspw. die Objektivlinse 102, welche die Elektronenstrahlen 9 hin zu dem Detektor 209 leiten, wie bspw. die Strahlweiche 400, und welche die Elektronenstrahlen 9 auf der Oberfläche der Szintillator-Platte 207 fokussieren, wie bspw. die Linse 205. Die Elektronenstrahlen 9 treffen an Auftrefforten 213 auf die Szintillator-Platte 207 auf. Auch wenn die Elektronenstrahlen 9 auf der Oberfläche der Szintillator-Platte 207 fokussiert werden, werden auf der Oberfläche Strahlflecken gebildet, deren Durchmesser nicht beliebig klein sind. Die Mittelpunkte der Strahlflecken können als die Auftrefforte 213 betrachtet werden, welche mit dem Abstand P₂ (vgl. 1) voneinander angeordnet sind.
• Die Szintillator-Platte 207 enthält ein Szintillator-Material, welches durch die auftreffenden Elektronen der Elektronenstrahlen 9 dazu angeregt wird, Photonen auszusenden. Jeder der Auftrefforte 213 bildet somit eine Quelle für Photonen. In 2 ist lediglich ein einziger entsprechender Strahlengang 221 dargestellt, welcher von dem Auftreffort 213 des mittleren der fünf dargestellten Elektronenstrahlen 9 ausgeht. Der Strahlengang 221 verläuft durch eine Lichtoptik 223, welche im gezeigten Beispiel eine erste Linse 225, einen Spiegel 227, eine zweite Linse 229 und eine dritte Linse 231 umfasst, und trifft dann auf eine Lichtempfangsfläche 235 eines Lichtdetektionssystems 237. Die Lichtempfangsfläche 235 ist durch eine Stirnseite einer Glasfaser 239 gebildet, in welche wenigstens ein Teil der Photonen eingekoppelt und zu einem Lichtdetektor 241 geleitet wird. Der Lichtdetektor 241 kann bspw. einen Photomultiplier, eine Avalanche-Photodiode, eine Photodiode oder andere Arten geeigneter Lichtdetektoren umfassen. Die Lichtoptik 223 ist so konfiguriert, dass sie die Oberfläche 208 der Szintillator-Platte 207 in einen Bereich 243 optisch abbildet, in welchem die Lichtempfangsfläche 235 angeordnet ist. Aufgrund dieser optischen Abbildung werden optische Abbilder der Auftrefforte 213 in dem Bereich 243 erzeugt. Für einen jeden der Auftrefforte 213 ist in dem Bereich 243 eine separate Lichtempfangsfläche 235 des Lichtdetektionssystems 237 vorgesehen. Eine jede der weiteren Lichtempfangsflächen 235 ist durch eine Stirnseite eines Lichtleiters 239 gebildet, welche das in die Stirnseite eingekoppelte Licht zu einem Lichtdetektor 241 leitet. Aufgrund der optischen Abbildung ist einem jedem der Auftrefforte 213 eine Lichtempfangsfläche 235 zugeordnet, wobei das in eine jeweilige Lichtempfangsfläche 235 eintretende Licht durch einen separaten Lichtdetektor 241 detektiert wird. Die Lichtdetektoren 241 geben über Signalleitungen 245 elektrische Signale aus. Diese elektrischen Signale repräsentieren Intensitäten der Teilchenstrahlen 9. Somit definieren die Orte auf der Oberfläche der Szintillator-Platte 207 welche auf die Lichtempfangsflächen von Lichtdetektoren 241 abgebildet werden, verschiedene Detektionspunkte oder Detektionsbereiche. Aufgrund der zuvor beschriebenen Elektronenoptik werden Wechselwirkungsprodukte, beispielsweise Elektronen, die aus zwei verschiedenen Einzelfeldbereichen eines Objektes austreten, auch auf verschiedene Detektionsbereiche der Szintillator-Platte 207 projiziert. In dem hier erläuterten Ausführungsbeispiel sind die Lichtdetektoren 241 entfernt von den Lichtempfangsflächen 235 angeordnet, auf die die Lichtoptik 223 die Szintillator-Platte 207 abbildet, und das empfangene Licht wird den Lichtdetektoren 241 durch Glasfasern 239 zugeleitet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Lichtdetektoren 241 direkt dort angeordnet sind, wo die Lichtoptik das Bild der Szintillator-Platte erzeugt und die lichtempfindlichen Flächen der Lichtdetektoren somit die Lichtempfangsflächen bilden.
• 2 erläutert dabei - wie gesagt - nur schematisch einige Details des Detektors 209. Es bleibt an dieser Stelle darauf hinzuweisen, dass durch die Rast- /Scanbewegung der Primär-Teilchenstrahlen über ein Objekt oder eine Probe viele Punkte der Probe bestrahlt bzw. abgetastet werden. Jeder Primär-Teilchenstrahl 3 überstreicht dabei ganz oder teilweise einen Einzelfeldbereich des Objektes. Dabei ist jedem Primär-Teilchenstrahl 3 ein eigener Einzelfeldbereich des Objektes zugewiesen. Aus diesen Einzelfeldbereichen des Objektes treten nun wiederum Wechselwirkungsprodukte, z.B. Sekundärelektronen, aus dem Objekt aus. Dann werden die Wechselwirkungsprodukte derart auf die Detektionsbereiche des Teilchendetektors bzw. auf die Szintillator-Platte 207 projiziert, das die von zwei verschiedenen Einzelfeldbereichen austretenden Wechselwirkungsprodukte auf verschiedene Detektionsbereiche der Szintillator-Platte 207 projiziert werden. Von jedem Detektionsbereich der Szintillator-Platte 207 werden bei einem Auftreffen der Wechselwirkungsprodukte, z.B. Sekundärelektronen, auf diesen Detektionsbereich Lichtsignale ausgesendet, wobei die von jedem Detektionsbereich ausgesendeten Lichtsignale einem dem jeweiligen Detektionsbereich zugeordneten Lichtdetektor 241 zugeführt werden. Mit anderen Worten ist es so, dass jeder Primär-Teilchenstrahl 3 seinen eigenen Detektionsbereich auf dem Szintillator und auch seinen eigenen Detektorkanal oder Lichtdetektor 241 umfasst. Deshalb sind bei dem beschriebenen Mehrstrahl-Teilchenmikroskop sämtliche Kennlinienabweichungen der Detektionsbereiche oder Detektoren in den jeweils erzeugten Einzelbildern sichtbar. Das bedeutet, dass die Helligkeit und /oder der Kontrast in jedem Einzelbild wegen den beschriebenen Abweichungen variieren können und dass das zusammengesetzte Vollbild basierend auf allen Primär-Teilchenstrahlen solange nicht zufriedenstellend aussieht, bis die verschiedenen Detektionsbereiche oder Detektoren bezüglich Helligkeit und/ oder der Kontrast miteinander abgeglichen sind.
• Auch andere als die in 2 dargestellte Detektions-Architektur sind für die Ausführung der erfindungsgemäßen Verfahren zum Detektorabgleich geeignet. Verwiesen wird beispielsweise auf die bereits weiter oben beschriebene Methode der DED („direct electron detection“), die ohne Lichtdetektoren auskommt und bei der Sekundärelektronen direkt in ein Stromsignal umgewandelt werden.
• 3 zeigt exemplarisch ein Einzelbild, das basierend auf einem einzelnen Primär-Teilchenstrahl gewonnen worden ist. Die in dem Einzelbild sichtbare Struktur bildet dabei die Struktur der verwendeten Testprobe ab. Dabei ist das Einzelbild durch eine entsprechende Rast- oder Scanbewegung des Primär-Teilchenstrahls zeilenweise aufgebaut worden. Die Zahl der Bildpunkte in dem Einzelbild ist dabei sehr hoch und liegt in der Größenordnung von bspw. ca. 1000 × 1200 bis ca. 8000 × 9300 Pixeln. Für jeden Primär-Teilchenstrahl 3 wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung nun ein entsprechendes Einzelbild erzeugt. Diese Einzelbilder weisen jedoch nicht alle denselben Helligkeitswert und denselben Kontrastwert auf. Hier setzt nun der eigentliche Detektorabgleich an.
• Für jedes Einzelbild wird eine Einzelbildanalyse durchgeführt und ein Helligkeitshistogramm ermittelt. In diesem Helligkeitshistogramm ist auf der X-Achse die Helligkeit, d.h. die Graustufe des Ausgangssignals, aufgetragen und auf der Y-Achse ist die Anzahl der Pixel in dem Einzelbild angegeben, die die jeweilige Helligkeit besitzen. Typischerweise ergibt sich dabei in dem Histogramm eine gaußsche Verteilung bzw. eine Verteilung, die sich gut durch eine Gaußverteilung annähern lässt. Dabei wird z.B. der Mittelwert der gaußschen Verteilung als Helligkeitswert des Einzelbildes definiert. In 4a ist dieser Wert durch die gestrichelte Linie angedeutet. Als Kontrastwert werden z.B. ein Vielfaches der Standardabweichung der Gaußverteilung, beispielsweise zwei Sigma der gaußschen Verteilung, definiert. Dieser Bereich von zwei Sigma ist in 4a durch den Doppelpfeil in dem Diagramm dargestellt. Im nicht-Gaußschen Fall kann anstelle auf ein Vielfaches der Standardabweichung für den Kontrastwert auch auf die Halbwertsbreite des Peaks, der die häufigsten Helligkeitswerte des Einzelbilds repräsentiert, abgestellt werden.
• Zum Detektorabgleich werden nun die Lichtdetektoren 241, oder allgemeiner formuliert die Detektionseinheit, so eingestellt, dass jedes Einzelbild innerhalb der jeweils vordefinierten Genauigkeit denselben Kontrastwert und/ oder Helligkeitswert aufweist. Dazu gibt es typischerweise Erfahrungswerte, die angeben, wie weit die Einstellung der Detektoren variiert werden muss, um eine bestimmte Änderung beim Kontrast bzw. bei der Helligkeit zu erzielen. Zweckmäßig startet man mit einem sinnvollen Anfangswert und führt dann nach der ersten Auswerterunde der Kontrastwerte und/oder Helligkeitswerte eine erste Anpassung oder Einstellung der Detektoren durch. Diese geänderte Einstellung wird nun getestet, indem mit der Versuchsanordnung erneut sämtliche Einzelbilder mit der neuen Einstellung der Detektoren erzeugt werden. Auch hier wird wie beschrieben der neue Kontrastwert und/oder Helligkeitswert für jedes Einzelbild ermittelt. Durch Vergleich der Kontrast- und/oder Helligkeitswerte vor und nach der Anpassung ist erkennbar, welcher Änderungsgrad der Detektoreneinstellungen welche Kontrastwertänderung und Helligkeitsänderung zur Folge hat. Auf diese Weise kann durch mehrfaches iteratives Einstellen und Testen das gesamte Verfahren iterativ wiederholt werden. Am Ende dieses iterative Prozesses weisen die vorbestimmte Vielzahl der Einzelbilder, oder gegebenenfalls alle Einzelbilder, im Rahmen einer vorgebenden ersten Genauigkeit oder Grenze / Toleranz denselben Kontrastwert auf und bevorzugt weist die vorbestimmte Vielzahl der Einzelbilder oder gegebenenfalls alle Einzelbilder, innerhalb einer zweiten vorgegebenen Genauigkeit oder Grenze denselben Helligkeitswert auf. Dabei kann ein Gütekriterium als Kriterium für einen erfolgreichen Detektorabgleich vorab definiert und verwendet werden.
• Das in 3 gezeigte Bild und das in 4a dargestellte Helligkeitshistogramm wurde mithilfe von Avalanche-Photodioden als Lichtdetektoren gewonnen. Dabei sind zur Detektoranpassung wie oben beschrieben die Kennlinien der Photodioden, d.h. die Verstärkung und der Offset jeweils über eine Spannungsänderung oder Stromänderung eingestellt worden. In 4a erkennt man, dass der reine Detektor-Offset nur eine Auswirkung auf den Helligkeitswert hat. Mit anderen Worten verschiebt sich die Kurve in dem Diagramm nach links oder rechts, wenn der Offset der Avalanche-Photodiode verändert wird. Verändert man hingegen die Verstärkung der Detektorkennlinie, so ändern sich zwei Werte miteinander in Kombination, nämlich sowohl der Helligkeitswert als auch die Standardabweichung (zwei Sigma-Breite) der gaußschen Verteilung. Deshalb kann es sinnvoll sein, zunächst den Kontrastwert abzugleichen und danach erst den Helligkeitswert.
• 4b illustriert beispielhaft eine Detektorkennlinie. Aufgetragen ist das erhaltene Ausgangssignal eines Detektors über der Strahlintensität. Zu illustrativen Zwecken sind die Achsskalierungen jeweils auf eins normiert. Grundsätzlich erkennt man, dass das Ausgangssignal stärker wird, wenn die Strahlintensität zunimmt. Dabei gibt es zumindest Abschnittsweise einen linearen Zusammenhang zwischen der Strahlintensität und dem Ausgangssignal. Abschnittsweise kann also an die gezeigte Kennlinie eine Gerade angefittet, d.h. eine Tangente angelegt werden, wobei die Steigung β der Tangente die Verstärkung beschreibt. Die Kennlinie schneidet wiederum die y-Achse in einer Höhe d. Selbst ohne eingehenden Strahl oder ohne auf den Detektor einfallende Photonen (je nach Detektor) erhält man also ein wenn auch schwaches Ausgangssignal. Um diesen sog. Offset d müssen Werte für das Ausgangssignal also ggf. bereinigt werden. Die Verstärkung β und der Offset d verändern sich also, wenn sich die Kennlinie insgesamt verändert. Über eine Veränderung der Kennlinie können somit sowohl die Verstärkung β als auch der Offset d eingestellt werden.
• Der Abgleich der Detektoren erfolgt nun derart, dass die Helligkeitshistogramme in allen abgeglichenen Einzelbildern innerhalb einer vordefinierten ersten Grenze identische Breiten der in 4a durch den Doppelpfeil gekennzeichneten Breite des Peaks im Helligkeitshistogramm aufweisen. Dazu wird die Verstärkung des jeweils dem jeweiligen Einzelbild zugeordneten Detektors entsprechend verändert. In einem nachfolgenden zweiten Schritt des Detektorabgleichs werden dann die Offset-Werte der Detektorkennlinien derart verändert, dass die Peaks in den Helligkeitshistogrammen für alle den abgeglichenen Einzelbildern zugeordneten Detektoren innerhalb der zweiten definierten Grenzen bei demselben Helligkeitswert oder Grauwert liegen.
• 5 zeigt beispielhaft ein Multibild vor und nach einem Detektorabgleich. In 5a) ist die Ausgangssituation vor dem Detektorabgleich dargestellt. Zu erkennen sind 91 Einzelbilder unterschiedlicher Helligkeitswerte und mit verschiedenartigem Kontrast. Dabei sind die Einzelbilder jeweils rechteckig gewählt. Jedes Einzelbild wurde mithilfe eines ihm zugeordneten Primär-Teilchenstrahles erzeugt. Insgesamt ergibt sich durch die Anordnung der 91 Einzelbilder eine hexagonale Struktur, die zur Tesselation einer Fläche geeignet ist.
• In 5b) ist die Situation nach erfolgtem Detektorabgleich dargestellt. Man erkennt, dass jedes Einzelbild denselben Helligkeitswert und denselben Kontrastwert innerhalb definierter Grenzen, d.h. innerhalb definierter Genauigkeitsbereiche, aufweist. 5 illustriert somit die Wirksamkeit des beschriebenen Verfahrens zum Detektorabgleich.
• Die 6 bis 13 illustrieren bespielhaft Abgleichstrategien für Ausführungsformen der Erfindung, bei denen mithilfe von Überlappbereichen zwischen Einzelbildern gearbeitet wird. 6 illustriert zunächst eine Anordnung von Einzelbildern 1 bis 19, wobei die Einzelbilder jeweils rechteckig, hier annähernd quadratisch, sind. Die Einzelbilder sind zur Tesselation der Fläche geeignet und ergeben in ihrer Gesamtheit wiederum eine annähernd hexagonale Struktur. Diese hexagonale Struktur lässt sich nun in verschiedene Schalen unterteilen, wie dies in 7 durch die unterschiedlich schraffierten Bereiche dargestellt ist. Das innerste Einzelbild 1 ist hierbei schwarz eingefärbt dargestellt. Um dieses herum sind 6 weitere Einzelbilder mit den Nummern 2 bis 7 angeordnet (weiß). Um diesen Ring aus Einzelbildern herum ist eine weitere Schale mit den Einzelbildern 8 bis 19 angeordnet (schraffiert).
• Erfolgt nun ein Detektorabgleich basierend auf den Überlappbereichen zwischen Einzelbildern, so erfolgt dies vorteilhaft, wie anhand der 8 veranschaulicht, ausgehend von dem innersten zentralen Einzelbild (Einzelbild 1) schalenartig von innen nach außen. Das zentrale Einzelbild 1 dient dabei als Referenz. Konkret werden die Kontrast- und/oder Helligkeitswerte der Überlapp-Einzelbilder von Einzelbild 1 jeweils mit den Kontrast- und/oder Helligkeitswerten der Überlapp-Einzelbilder der Einzelbilder 2 bis 7 verglichen und daraus Werte für den Abgleich der den Einzelbildern 2 bis 7 zugeordneten Detektoren bezüglich Kontrast und/oder Helligkeit abgeleitet. Nachfolgend werden dann die Kontrast- und/oder Helligkeitswerte in den Überlapp-Einzelbildern der Einzelbilder 2 bis 7 mit den Kontrast- und/oder Helligkeitswerten in den zu den Einzelbildern 2 bis 7 benachbarten Einzelbildern 8 bis 19 in den jeweiligen Überlappbereichen verglichen. Mit anderen Worten, erfolgt dann ein Vergleich der Kontrast- und/oder Helligkeitswerte folgender Einzelbilder miteinander: Bild 2 mit Bild 8; Bild 3 mit Bild 9 sowie Bild 3 mit Bild 10; Bild 4 jeweils mit Bild 11, 12 sowie 13; Bild 5 mit Bild 14; Bild 6 jeweils mit Bild 15 und 16; Bild 7 jeweils mit den Bildern 17, 18 und 19. Anhand der vorgenannten Vergleiche der Kontrast- und/oder Helligkeitswerte in den jeweiligen Überlappbereichen werden dann Werte für den Abgleich der den Einzelbildern 8 bis 19 zugeordneten Detektoren bezüglich Kontrast und/oder Helligkeit gewonnen. Bei dem beschriebenen Vorgehen können möglicherweise auftretende Schleppfehler möglichst gering gehalten werden. Das heißt, die den - vom zentralen Einzelbild 1 aus betrachtet - am weitesten außen liegenden Einzelbildern oder Überlapp-Einzelbildern zugeordneten Detektoren werden durch möglichst wenige Zwischenschritte ausgehend von dem zentralen Einzelbild 1 abgeglichen. Die für den Abgleich der Detektoren jeweils hinsichtlich ihrer Kontrast- und/oder Helligkeitswerte verglichenen Einzelbilder sind in der 8 durch Pfeile kenntlich gemacht.
• Der Kontrastwert und der Helligkeitswert des zentralen Einzelbilds 1 dienen bei dieser Abgleichstrategie als Referenzwerte. Der Abgleich der den Einzelbildern 2 bis 19 zugeordneten Detektoren erfolgt durch Änderung von Verstärkung und Offset der den Einzelbildern 2 bis 19 zugeordneten Detektoren derart, dass die Peaks in den Helligkeitshistogrammen der Einzelbilder 2 bis 19 innerhalb der definierten ersten Grenze alle dieselbe Breite oder Standardabweichung wie der Peak in dem Helligkeitshistogramm des zentralen Einzelbilds 1 haben und die Lagen der Peaks in den Helligkeitshistogrammen der Einzelbilder 2 bis 19 innerhalb der definierten zweiten Grenze alle bei demselben Grauwert wie der Peak in dem Helligkeitshistogramm des zentralen Einzelbilds 1 liegen.
• 9 zeigt einen weiteren zu dem Abgleichweg in 8 alternativen Abgleichsweg, der sich in Details von dem in 8 gezeigten Abgleichsweg unterscheidet. Die für den Abgleich der Detektoren jeweils hinsichtlich ihrer Kontrast- und/oder Helligkeitswerte verglichenen Einzelbilder sind in der 9 wiederum durch Pfeile kenntlich gemacht. Der Abgleich der der ersten Schale, d.h. den Einzelbildern 2 bis 7 zugeordneten Detektoren erfolgt identisch wie oben in Zusammenhang mit 8 beschrieben. Allerdings gibt es mehrere Möglichkeiten, die den Einzelbildern 8 bis 19 der nächsten Schale zugeordneten Detektoren abzugleichen. In 9 ist es bspw. so, dass ausgehend von dem Einzelbild 5 die Kontrast- und/oder Helligkeitswerte der Einzelbilder 13, 14, 15 in den Überlappbereichen mit den Kontrast- und/oder Helligkeitswerten des Einzelbilds 5 verglichen und daraus Werte für den Abgleich der Kontrast- und/oder Helligkeitswerte der den Einzelbildern 13, 14 und 15 zugeordneten Detektoren gewonnen werden. In ähnlicher Weise werden die Kontrast- und/oder Helligkeitswerte der Einzelbilder 8, 9 und 19 in den Überlappbereichen mit den Kontrast- und/oder Helligkeitswerten des Einzelbilds 2 verglichen und daraus Werte für den Abgleich der Kontrast- und/oder Helligkeitswerte der den Einzelbildern 8, 9 und 19 zugeordneten Detektoren gewonnen. Dem gegenüber ist es so, dass beispielsweise die Kontrast- und/oder Helligkeitswerten des Einzelbilds 7 nur für den Abgleich des dem Einzelbild 18 zugeordneten Detektors verwenden wird. Aber auch bei dieser Definition der für den Detektorabgleich zu vergleichenden Einzelbilder können Schleppfehler möglichst gering gehalten werden.
• 10a illustriert anhand eines vergrößerten Ausschnittes von 6 den Abgleich mittels der Überlapp-Einzelbilder. Die in 10a eingezeichneten schwarzen Rechtecke zwischen dem zentralen Einzelbild 1 einerseits und der ersten Schale mit den Einzelbildern 2 bis 7 andererseits illustrieren die Überlapp-Einzelbilder. Im gezeigten Beispiel sind die Überlapp-Einzelbilder jeweils gleich dimensioniert, jedoch teilweise unterschiedlich orientiert. Im gezeigten Beispiel ist es so, dass die sich jeweils entsprechenden Überlapp-Einzelbilder jeweils gleich groß sind. Es wird unterstellt, dass die Überlapp-Probenbereiche, die durch die Überlapp-Einzelbilder repräsentiert werden, zumindest annähernd dieselbe Sekundärelektronenausbeute aufweisen und Variationen in Helligkeit und / oder Kontrast in den einander zugeordneten Überlapp-Einzelbildern durch unterschiedliche Detektorkennlinien in den Einzelbildern verursacht sind. Es genügt also, hier einen Abgleich anhand der Kontrast und/oder Helligkeitswerte in den einander zugeordneten Überlapp-Einzelbildern durchzuführen. Insbesondere sind die Längen der Überlapp-Einzelbilder so gewählt, dass sie sich jeweils nur über einen Teil der Länge der jeweiligen Grenze zwischen benachbarten Einzelbildern erstrecken.
• 10b illustriert alternative Überlappbereiche zwischen Einzelbildern. Dargestellt sind Einzelbilder 1 bis 7, die im hier gezeigten Beispiel jeweils annähernd quadratisch sind. Sie könnten bspw. aber auch rechteckig sein. Die Einzelbilder 1 bis 7 weisen nun jeweils zu den ihnen benachbarten Einzelbildern Überlappbereiche auf. Diese Überlappbereiche sind im gezeigten Beispiel streifenförmig, jeweils mit einer Breite b ausgebildet. Die Breite b aller Überlappbereiche ist hier identisch, sie könnte jedoch auch von Überlappbereich zu Überlappbereich variieren. Die streifenförmigen Überlappbereiche sind in 10b in ihren unterschiedlichen Abschnitten durch die Buchstaben A bis R bezeichnet, um den Detektorabgleich anhand der Überlappbereiche im Folgenden besser erläutern zu können. Ausgegangen wird wieder von dem zentralen Einzelbild 1, dessen Kontrast und/oder Helligkeitswerte zunächst innerhalb des gemeinsamen Überlappbereichs mit dem Einzelbild 2 verglichen werden soll. Die Einzelbilder 1 und 2 verfügen nun über den gemeinsamen Überlappbereich B-C-D. Die Bereiche B-C-D können also Überlapp-Einzelbilder definieren und die Helligkeits- und/ oder Kontrastwerte in diesen Überlappbereichen B-C-D können miteinander verglichen werden. Theoretisch wäre es auch möglich, nur eine Unterauswahl der Bereiche B-C-D, also z.B. B-C, C-D, B-D oder sogar nur B,C oder D isoliert als Überlappbereich zu definieren und den Vergleich der Helligkeit- und/ oder des Kontrastwerte nur in diesen Teilbereichen durchzuführen. Es sollte allerdings darauf geachtet werden, dass die Helligkeits- und/ oder Kontrastwerte einer hinreichend großen Anzahl an Pixeln für den Abgleich verglichen werden. Insofern hat es Vorteile und ist auch in der Verfahrensführung verhältnismäßig einfach, wenn der theoretisch komplett vorhandene Überlappbereich zwischen zwei Einzelbildern auch vollständig für den Detektorabgleich herangezogen wird.
• In einem nächsten Schritt können auch die Einzelbilder 1 und 3 in ihrem Überlappbereich hinsichtlich Helligkeit und /oder Kontrast miteinander für den Detektorabgleich des dem Einzelbild 3 zugeordneten Detektors verglichen werden. Hierzu zählen dann die Bereiche D-E-F bzw. eine Auswahl davon. Des Weiteren kann das Einzelbild 1 mit Einzelbild 4 in r dem Überlappbereich F-J-P oder Teilen davon verglichen werden, um Werte für einen Abgleich des dem Einzelbild 4 zugeordneten Detektors zu gewinnen. Ein Abgleich des dem Einzelbild 5 zugeordneten Detektors mit dem dem Einzelbild 1 zugeordneten Detektor kann über den Überlappbereich N; O; P oder Teilen davon erfolgen. Ein Abgleich des dem Einzelbild 6 zugeordneten Detektors mit dem dem Einzelbild 1 zugeordneten Detektor kann wiederum über den gemeinsamen Überlappbereich L-M-N oder Teilen davon erfolgen. Ein Abgleich des dem Einzelbild 7 zugeordneten Detektors mit dem dem Einzelbild 1 zugeordneten Detektor kann wiederum über die gemeinsamen Überlappbereiche B-I-L oder Teilen davon erfolgen. Auch andere Abgleichswege sind im Prinzip möglich. So könnte der dem Einzelbild 3 zugeordnete Detektor z.B. nicht direkt mit Einzelbild 1 über den gemeinsamen Überlappbereich abgeglichen werden, sondern der dem Einzelbild 3 zugeordnete Detektor könnte auch über Überlappbereiche abgeglichen werden mit dem zuvor bereits abgeglichenen Detektor, der dem Einzelbild 2 zugeordnet ist. Hierfür stünde der gemeinsame Überlappbereich H-D oder Teile desselben zur Verfügung. Ein derartiger Abgleich hat aber den Nachteil, dass sich ein Schleppfehler vergrößert, welcher idealer Weise möglichst klein gehalten werden sollte. Insofern bietet sich ein Abgleich der Einzelbilder 2 bis 7 der das zentrale Einzelbild 1 unmittelbar umgebenden Schale direkt anhand der Überlappbereiche mit dem zentralen Einzelbild 1 über die jeweils vorhandenen gemeinsamen Überlappbereiche an. Der weitere Abgleich zusätzlicher Einzelbilder kann dann wiederum schalenweise von innen nach außen erfolgen (nicht dargestellt).
• Die in 10b gezeigten Überlappbereiche ergeben sich bei einem leichten Übereinanderlegen bzw. Übereinanderschieben von Einzelbildern bzw. von zugehörigen Einzelfeldbereichen der Probe auf sehr einfache und elegante Art und Weise. Bei einem Bildfeld von ca. 12µm × 10,5µm beträgt die Breite b der Überlappstreifen beispielsweise ca. 0,5 µm. Gemäß bevorzugter Ausführungsformen beträgt die Breite b eines Überlappstreifens bzw. eines rechteckigen Überlappbereiches ≥ 1% und ≤ 10% der entsprechenden Bildhöhe oder Bildbreite H, also 1% H ≤ b ≤ 10% H; bevorzugt 1% H ≤ b ≤ 7% H und höchst bevorzugt 3% H ≤ b ≤ 5% H.
• 11 zeigt eine alternative Ausführungsvariante der Erfindung mit jeweils drei einander entsprechenden Überlapp-Einzelbildern. Die Überlapp-Einzelbilder in 11 sind durch die schwarzen Kreise illustriert. Es wäre auch möglich, eine andere Formgebung für die Überlapp-Einzelbilder zu wählen, z.B. eine rechteckige Form. Wichtig ist, dass in jedem Überlapp-Einzelbild eine hinreichende Anzahl von Datenpunkten vorhanden ist, damit die statistische Auswertung von Helligkeit und/ oder Kontrast in den Überlapp-Einzelbildern auch die notwendige Aussagekraft besitzt.
• In den 6 bis 11 ist es jeweils so, dass die dargestellten Einzelbilder mit den jeweils benachbarten Einzelbildern - von den Überlappbereichen einmal abgesehen - nicht nur einen gemeinsamen Eckpunkt aufweisen, sondern gemeinsame Ränder miteinander aufweisen. Insofern sind die rechteckigen Einzelbilder mauerartig gegeneinander verschoben in mehreren Schichten angeordnet. Dies ist in dem in 12 gezeigten Ausführungsbeispiel anders: Hier handelt es sich um rechteckige Einzelbilder 1 bis 9, die in drei übereinander angeordneten Reihen angeordnet sind und selbst ein großes Rechteck bilden. Auch bei einer derartigen Anordnung von Einzelbildern lässt sich bei dem Detektorabgleich mithilfe der Überlappbereiche arbeiten. Ausgegangen werden kann hier wiederum von einem zentralen Einzelbild 5 mit seinen vier Überlapp-Einzelbildern, die jeweils Überlapp-Einzelbilder mit den das zentrale Einzelbild unmittelbar umgebenden Einzelbildern 2, 4, 6 und 8 bilden. Nach dem Abgleich der dieser kreuzartigen Innenstruktur der Einzelbilder zugeordneten Detektoren können dann die den an den Ecken liegenden Einzelbildern 1, 3, 7 und 9 zugeordneten Detektoren jeweils wiederum über Auswertung der Kontrast- und Helligkeitswerte in entsprechenden Überlappbereichen mit den ihnen benachbarten Einzelbildern 4, 6 abgeglichen werden.
• 13 zeigt eine weitere alternative Ausführungsvariante der Erfindung mit unterschiedlich dimensionierten Überlapp-Einzelbildern. Die Überlapp-Einzelbilder 60 und 61 sind dabei quadratisch und verfügen über vier einander zugeordnete Überlapp-Einzelbilder. Die Überlapp-Einzelbilder 62 und 63 hingegen verfügen hier nur über die Hälfte der Fläche der Überlapp-Einzelbilder 60 und 61 und hier sind nur jeweils zwei einander zugeordnete Überlapp-Einzelbilder vorhanden. Im Falle der großen Überlapp-Einzelbilder 60 und 61 tragen jeweils 4 Detektoren bzw. 4 Konversionskanäle eines Detektors zu dem Bild des Überlapp-Einzelbildes bei und werden - ausgehend vom zentralen Einzelbild 5 als Referenz - miteinander abgeglichen. Zu den kleineren Überlapp-Einzelbildern 62 und 63 tragen jeweils nur zwei Einzelbilder bei, die jeweils mit dem Überlapp-Einzelbild des Einzelbildes 5 abgeglichen werden (Überlapp-Einzelbilder der Einzelbilder 3 und 7). Im gezeigten Beispiel werden also letztlich alle den außen liegenden Einzelbildern zugeordneten Detektoren basierend auf den Helligkeits-und/oder Kontrastwerten in Überlappbereichen mit dem zentralen Einzelbild 5 abgeglichen.
• Die beschriebenen Ausführungsvarianten sind nur beispielhaft zu verstehen und können ganz oder teilweise miteinander kombiniert werden, sofern sich dadurch keinerlei technische Widersprüche ergeben.

Claims (26)

1. Verfahren zum Detektorabgleich bei der Abbildung von Objekten mittels eines Mehrstrahl-Teilchenmikroskops, das die folgenden Schritte aufweist: Bestrahlung, insbesondere simultane Bestrahlung, des Objektes mit einer Vielzahl von Primär-Teilchenstrahlen, wobei jeder Primär-Teilchenstrahl einen separaten Einzelfeldbereich des Objektes rasternd bestrahlt; Aufsammeln von Wechselwirkungsprodukten, die aufgrund der Primär-Teilchenstrahlen aus dem Objekt austreten; Projizieren der Wechselwirkungsprodukte auf Detektionsbereiche einer Detektionseinheit mit einem Detektor oder mit mehreren Detektoren derart, dass die von zwei verschiedenen Einzelfeldbereichen austretenden Wechselwirkungsprodukte auf verschiedene Detektionsbereiche projiziert werden, Erzeugen von Einzelbildern von jedem der Einzelfeldbereiche basierend auf Daten, die jeweils mithilfe von Signalen aus den Detektionsbereichen gewonnenen werden oder gewonnen worden sind; Ermitteln eines Kontrastwertes für jedes Einzelbild; und Einstellen der Detektionseinheit, so dass eine vorbestimmte Vielzahl der Einzelbilder, insbesondere alle Einzelbilder, innerhalb einer definierten ersten Grenze denselben Kontrastwert aufweist bzw. aufweisen, wobei das Einstellen der Detektionseinheit ein Einstellen einer Verstärkung und/ oder ein Einstellen eines Offsets umfasst.
2. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei das Verfahren ganz oder teilweise mehrfach und/ oder iterativ ausgeführt wird.
3. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, das des Weiteren die folgenden Schritte aufweist: Ermitteln eines Helligkeitswertes für jedes Einzelbild; und Einstellen der Detektionseinheit, so dass eine vorbestimmte Anzahl der Einzelbilder, insbesondere alle Einzelbilder, innerhalb einer definierten zweiten Grenze denselben Helligkeitswert aufweist bzw. aufweisen.
4. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, das des Weiteren den folgenden Verfahrensschritt aufweist: Testen der geänderten Einstellungen der Detektionseinheit durch erneutes Ausführen einiger oder sämtlicher Verfahrensschritte.
5. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, das des Weiteren den folgenden Schritt aufweist: Verwenden eines Gütekriteriums als Kriterium für einen erfolgreichen Detektorabgleich.
6. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die definierte erste Grenze der Kontrastwerte aller Einzelbilder eine Abweichung von ≤10%, insbesondere ≤ 5% oder ≤ 1%, von einem gewählten Kontrastreferenzwert beträgt; und/ oder wobei die definierte zweite Grenze der Helligkeitswerte aller Einzelbilder eine Abweichung von ≤10%, insbesondere ≤ 5% oder ≤ 1%, von einem gewählten Helligkeitsreferenzwert beträgt.
7. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Projizieren der Wechselwirkungsprodukte auf Detektionsbereiche eines Teilchendetektors erfolgt, wobei von jedem Detektionsbereich des Teilchendetektors bei einem Auftreffen von Wechselwirkungsprodukten auf diesen Detektionsbereich Lichtsignale ausgesendet werden, wobei die von jedem Detektionsbereich ausgesendeten Lichtsignale einem dem jeweiligen Detektionsbereich zugeordneten Lichtdetektor zugeführt werden; und wobei das Einstellen der Detektionseinheit ein Einstellen der Lichtdetektoren umfasst.
8. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei die Lichtdetektoren Avalanche-Photodioden aufweisen und wobei das Einstellen der Avalanche-Photodioden ein Einstellen einer Verstärkung und/ oder ein Einstellen eines Offsets umfasst.
9. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei für den Detektorabgleich eine Testprobe als Objekt verwendet wird, die mehrere strukturell identische Testbereiche aufweist.
10. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, das des Weiteren den folgenden Schritt aufweist: Testen der geänderten Einstellungen der Detektionseinheit anhand einer realen Probe.
11. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Erzeugen der Einzelbilder parallel auf Bilderzeugungscomputern erzeugt, die Detektionsbereichen der Detektionseinheit jeweils zugeordnet sind.
12. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei Berechnungen zur Ermittlung der Kontrastwerte und / oder Helligkeitswerte ebenfalls parallel auf den Bilderzeugungscomputern durchgeführt werden.
13. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Einstellen der Detektionseinheit von einem Steuerungscomputersystem gesteuert wird.
14. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei nach dem Detektorabgleich eine Bildverarbeitung zur weiteren Verbesserung von Kontrast und/ oder Helligkeit erfolgt.
15. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei als Helligkeitswert für jedes Einzelbild der Mittelwert einer Gauß-Verteilung im Helligkeitshistogramm definiert wird; und/ oder wobei als Kontrastwert für jedes Einzelbild ein Vielfaches der Standardabweichung der Gauß-Verteilung, insbesondere zwei Sigma, im Helligkeitshistogramm definiert wird.
16. Verfahren zum Detektorabgleich bei der Abbildung von Objekten mittels eines Mehrstrahl-Teilchenmikroskops, das die folgenden Schritte aufweist: Definieren von Proben-Überlappbereichen zwischen benachbarten Einzelfeldbereichen eines Objektes, wobei jeder Proben-Überlappbereich mindestens zwei verschiedenen Einzelfeldbereichen zugeordnet ist; Bestrahlen, insbesondere simultanes Bestrahlen, des Objektes mit einer Vielzahl von Primär-Teilchenstrahlen, wobei jeder Primär-Teilchenstrahl einen Einzelfeldbereich und jeden diesem Einzelfeldbereich zugeordneten Überlappbereich rasternd bestrahlt; Aufsammeln von Wechselwirkungsprodukten, die aufgrund der Primär-Teilchenstrahlen aus dem Objekt austreten; Projizieren der Wechselwirkungsprodukte auf Detektionsbereiche einer Detektionseinheit mit einem Detektor oder mit mehreren Detektoren derart, dass die von zwei verschiedenen Einzelfeldbereichen austretenden Wechselwirkungsprodukte auf verschiedene Detektionsbereiche projiziert werden, Erzeugen von Überlapp-Einzelbildern von jedem der Überlappbereiche basierend auf Daten, die jeweils mithilfe von Signalen aus den Detektionsbereichen gewonnen werden oder gewonnen worden sind; Ermitteln eines Helligkeits- und/ oder Kontrastwertes für jedes Überlapp-Einzelbild; und Einstellen der Detektionseinheit, so dass jeweils einander entsprechende Überlapp-Einzelbilder innerhalb einer definierten Grenze oder innerhalb definierter Grenzen denselben Helligkeits- und/ oder Kontrastwert aufweisen.
17. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei die Einzelfeldbereiche der Probe und die diesen zugeordneten Einzelbilder jeweils gekachelt zueinander angeordnet sind, und wobei das Einstellen der Detektionseinheit schrittweise über die Überlappbereiche von zueinander benachbarten Einzelbildern erfolgt.
18. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei das Einstellen der Detektionseinheit ausgehend von einem inneren Einzelbild nach außen hin über die Überlappbereiche erfolgt.
19. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei das Einstellen der Detektionseinheit von einem zentralen inneren Einzelbild ausgehend schalenartig von innen nach außen über die Überlappbereiche erfolgt.
20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei sämtliche zueinander benachbarten Einzelfeldbereiche der Probe und die diesen Einzelfeldbereichen zuzuordnenden Einzelbilder gemeinsame Ränder und nicht nur gemeinsame Eckpunkte miteinander aufweisen; und wobei die Proben-Überlappbereiche und Überlapp-Einzelbilder diese gemeinsamen Ränder wenigstens teilweise beinhalten.
21. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei die Abmessungen der Proben-Überlappbereiche und/ oder Überlapp-Einzelbilder einstellbar sind.
22. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 21, wobei die Proben-Überlappbereiche und/ oder Überlapp-Einzelbilder rechteckig sind.
23. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 22, wobei das Verfahren ganz oder teilweise mehrfach und/ oder iterativ ausgeführt wird.
24. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 23, wobei das Einstellen der Detektionseinheit ein Einstellen einer Verstärkung und/ oder ein Einstellen eines Offsets umfasst.
25. System, das folgendes aufweist: ein Mehrstrahl-Teilchenmikroskop mit einer Mehrstrahl-Teilchenoptik mit einer Detektionseinheit; mindestens einen Bilderzeugungscomputer; und ein Steuerungscomputersystem, wobei die Bestandteile des Systems eingerichtet sind, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 24 auszuführen.
26. Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode zum Ausführen des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 24.

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