DE102018131614B3

DE102018131614B3 - Partikelstrahlsystem und Verfahren zum Betreiben eines Partikelstrahlsystems

Info

Publication number: DE102018131614B3
Application number: DE102018131614.3A
Authority: DE
Inventors: Erik Essers
Original assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2018-12-10
Filing date: 2018-12-10
Publication date: 2020-02-06
Anticipated expiration: 2038-12-11
Also published as: JP2020095959A; CN111293017A; US20200185185A1; US10984977B2; JP7356886B2; CZ2019744A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Partikelstrahlsystem zum Untersuchen und Bearbeiten eines Objekts und ein Verfahren zum Betreiben des Partikelstrahlsystems. Das Partikelstrahlsystem umfasst eine Elektronenstrahlsäule 3 und eine Ionenstrahlsäule 5 mit einem gemeinsamen Arbeitsbereich 53, in welchem ein Objekt 23 angeordnet sein kann und in welchem sich eine Hauptachse 55 der Elektronenstrahlsäule 3 und eine Hauptachse 57 der Ionenstrahlsäule 5 in einem Koinzidenzpunkt 58 treffen. Das Partikelstrahlsystem umfasst ferner eine zwischen einer Austrittsöffnung 54 der Ionenstrahlsäule 5 und dem Koinzidenzpunkt 58 anordenbare Abschirmelektrode 61, welche näher zu dem Koinzidenzpunkt 58 angeordnet sein kann als die Elektronenstrahlsäule 3.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Partikelstrahlsystem zum Untersuchen und Bearbeiten eines Objekts sowie ein Verfahren zum Betreiben des Partikelstrahlsystems.
Herkömmliche Partikelstrahlsysteme weisen eine Elektronenstrahlsäule zum Erzeugen eines Elektronenstrahls und eine Ionenstrahlsäule zum Erzeugen eines Ionenstrahls auf, wobei die beiden Partikelstrahlen auf einen gemeinsamen Arbeitsbereich gerichtet werden können, um so einen selben Bereich eines Objekts mit dem Elektronenstrahl zu untersuchen und mit dem Ionenstrahl zu bearbeiten. In solchen herkömmlichen Partikelstrahlsystemen wird die Ionenstrahlsäule zur Bearbeitung des Objekts verwendet, beispielsweise um Material von dem Objekt zu entfernen oder an diesem abzuscheiden. Mit dem Elektronenstrahl wird das Objekt abgerastert und die hierbei erzeugten Sekundärelektronen und rückgestreuten Elektronen detektiert, um hierdurch ein Bild des Objekts aufzunehmen und so den Fortschritt der Bearbeitung zu überwachen. Je nach Anwendungsfall können dabei niederenergetische Sekundärelektronen oder höherenergetische rückgestreute Elektronen von besonderem Interesse sein.
Die höchste Präzision bei der Bearbeitung und Untersuchung des Objekts lässt sich jeweils dann erreichen, wenn der jeweils verwendete Partikelstrahl im Wesentlichen senkrecht auf das Objekt trifft. So lässt sich die höchste Präzision für die Bearbeitung mit dem Ionenstrahl erreichen, wenn der Ionenstrahl senkrecht auf das Objekt trifft. Die höchste Auflösung und die beste Detektionseffizienz für die Abbildung des Objekts lassen sich erzielen, wenn der Elektronenstrahl im Wesentlichen senkrecht auf das Objekt trifft. Es ist daher in vielen Anwendungsfällen erforderlich, das Objekt häufig zu der Ionenstrahlsäule und der Elektronenstrahlsäule auszurichten.
Es sind herkömmliche Partikelstrahlsysteme bekannt, bei denen von der Elektronenstrahlsäule ein elektrisches Feld innerhalb der Elektronenstrahlsäule erzeugt wird, um die kinetische Energie der Elektronen des Elektronenstrahls vor deren Austritt aus der Elektronenstrahlsäule zu reduzieren. Jedoch erstreckt sich das elektrische Feld auch von der Elektronenstrahlsäule bis zu dem Objekt. In Konfigurationen, in denen das Objekt im Wesentlichen senkrecht zu dem Ionenstrahl orientiert ist, bewirkt das elektrische Feld, dass an dem Objekt erzeugte Sekundärpartikel im Bereich der Oberfläche des Objekts im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche beschleunigt werden. Dies kann dazu führen, dass nur ein geringer Anteil der von dem Objekt ausgehenden Sekundärpartikel mit Detektoren detektiert werden kann, die im Inneren der Elektronenstrahlsäule angeordnet sind.
DE 10 2006 059 162 A1 offenbart eine teilchenoptische Anordnung mit einem Elektronenmikroskopiesystem und einem lonenstrahlbearbeitungssystem. Eine Objektivlinse des Elektronenmikroskopiesystems weist eine Ringelektrode auf, welche hinsichtlich der Komponenten des Elektronenmikroskopiesystems diejenige Komponente ist, die einem zu untersuchenden Objekt nächstliegend angeordnet ist. Zwischen der Ringelektrode und einer Hauptachse des lonenstrahlbearbeitungssystems ist eine Abschirmelektrode angeordnet.
DE 10 2010 001 349 A1 offenbart ein Partikelstrahlsystem mit mehreren Partikelstrahlsäulen, einer Multipoleinheit und einer Vorrichtung zum Trennen verschiedener Bereiche, in denen verschiedene Drücke etabliert sein sollen.
DE 696 24 192 T2 offenbart ein Rasterelektronenmikroskop, wobei eine Elektrode zum Korrigieren eines elektrischen Felds außerhalb einer Beschleunigungselektrode für Sekundärelektronen nahe an der Probe oder einer Probenseite angeordnet ist und an diese Elektrode eine negative Spannung angelegt wird, um das elektrische Feld zu korrigieren.
US 6 452 173 B1 offenbart ein Partikelstrahlsystem mit einer Ionenstrahlsäule und einer Elektronenstrahlsäule. Zwischen der Ionenstrahlsäule und einem Arbeitsbereich der Ionenstrahlsäule ist nahe der Linse der Ionenstrahlsäule ein Zylinder angeordnet, welcher den Einfluss eines Magnetfeldes auf einen von der Ionenstrahlsäule erzeugten Ionenstrahl reduziert. Zwischen der Elektronenstrahlsäule und einem Arbeitsbereich der Elektronenstrahlsäule ist nahe der Linse der Elektronenstrahlsäule ein Zylinder angeordnet, welcher den Einfluss eines elektrischen Feldes auf einen von der Elektronenstrahlsäule erzeugten Elektronenstrahl reduziert.
US 5 164 594 A offenbart eine Vorrichtung zum Extrahieren von geladenen Partikeln, die durch Wechselwirkung eines Primärstrahls mit einem Objekt von dem Objekt ausgehen. Die Vorrichtung umfasst eine Elektrodenanordnung, welche ein nichtlineares Potenzial entlang eines Pfades der Partikel erzeugt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Partikelstrahlsystem und ein Verfahren zum Betreiben des Partikelstrahlsystems bereitzustellen, mit welchem ein Objekt mit hoher Präzision bearbeitet und eine hohe Effizienz beim Detektieren der von dem Objekt ausgehenden Sekundärpartikel erzielt werden kann.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Partikelstrahlsystem zum Untersuchen und Bearbeiten eines Objekts. Das Partikelstrahlsystem umfasst eine Elektronenstrahlsäule, welche dazu konfiguriert ist, einen Elektronenstrahl zu erzeugen. Das Partikelstrahlsystem umfasst ferner eine Ionenstrahlsäule, welche dazu konfiguriert ist, einen Ionenstrahl zu erzeugen. Die Elektronenstrahlsäule und die Ionenstrahlsäule haben einen gemeinsamen Arbeitsbereich, in welchem ein Bereich des Objekts mit dem Ionenstrahl bearbeitet werden kann und in welchem derselbe Bereich des Objekts mit dem Elektronenstrahl untersucht werden kann. In dem gemeinsamen Arbeitsbereich kann das Objekt angeordnet werden.
Die Elektronenstrahlsäule weist eine Hauptachse auf, welche beispielsweise der Symmetrieachse einer teilchenoptischen Linse der Elektronenstrahlsäule entspricht.
Auch die Ionenstrahlsäule weist eine Hauptachse auf, welche beispielsweise der Symmetrieachse der teilchenoptischen Linse der Ionenstrahlsäule entspricht. Die Hauptachse der Elektronenstrahlsäule und die Hauptachse der Ionenstrahlsäule treffen sich in einem Koinzidenzpunkt, welcher in dem gemeinsamen Arbeitsbereich liegt. Das bedeutet, dass sich die beiden Hauptachsen so nahe kommen, dass in dem gemeinsamen Arbeitsbereich sowohl mit den Elektronenstrahl als auch mit dem Ionenstrahl mit hoher Präzision gearbeitet werden kann. Der Koinzidenzpunkt ist der Schnittpunkt der Hauptachse der Elektronenstrahlsäule mit der Hauptachse der Ionenstrahlsäule. Sollten sich die Hauptachse der Elektronenstrahlsäule und die Hauptachse der Ionenstrahlsäule nicht treffen (schneiden), so wird als Koinzidenzpunkt der Mittelpunkt der kürzesten Strecke zwischen der Hauptachse der Elektronenstrahlsäule und der Hauptachse der Ionenstrahlsäule definiert. Die Hauptachse der Elektronenstrahlsäule und die Hauptachse der Ionenstrahlsäule stehen zueinander unter einem von null verschiedenen Winkel, beispielsweise 54° oder 90°.
Das Partikelstrahlsystem umfasst ferner eine Abschirmelektrode, welche in einer ersten Stellung angeordnet sein kann. Wenn die Abschirmelektrode in der ersten Stellung angeordnet ist, ist die Abschirmelektrode zwischen einer Austrittsöffnung der Ionenstrahlsäule, aus welcher der Ionenstrahl aus der Ionenstrahlsäule zu dem gemeinsamen Arbeitsbereich hin austreten kann, und dem Koinzidenzpunkt angeordnet und umgibt die Hauptachse der Ionenstrahlsäule zwischen der Austrittsöffnung der Ionenstrahlsäule und dem Koinzidenzpunkt wenigstens teilweise.
Der kleinste Abstand zwischen der in der ersten Stellung angeordneten Abschirmelektrode und dem Koinzidenzpunkt wird als Abschirmelektrode-Koinzidenzpunkt-Abstand bezeichnet. Der kleinste Abstand zwischen der Elektronenstrahlsäule und dem Koinzidenzpunkt wird als Elektronenstrahlsäule-Koinzidenzpunkt-Abstand bezeichnet. Das Partikelstrahlsystem zeichnet sich dadurch aus, dass der Abschirmelektrode-Koinzidenzpunkt-Abstand kleiner als der Elektronenstrahlsäule-Koinzidenzpunkt-Abstand ist. Damit befindet sich die Abschirmelektrode näher an dem Koinzidenzpunkt als die Elektronenstrahlsäule.
Die Elektronenstrahlsäule kann ein elektrisches Feld zwischen der Elektronenstrahlsäule und dem Koinzidenzpunkt erzeugen. Die „Form“ des elektrischen Feldes wird sowohl von der Elektronenstrahlsäule als auch von dem Objekt oder einem Objekthalter beeinflusst. Das elektrische Feld kann primär der Verringerung der kinetischen Energie der Elektronen des von der Elektronenstrahlsäule erzeugten Elektronenstrahls dienen. Das elektrische Feld kann jedoch auch, wie nachfolgend beschrieben, zur Verbesserung der Detektion von Sekundärpartikeln mit Detektoren dienen, die im Inneren der Elektronenstrahlsäule zum Detektieren der Sekundärpartikel angeordnet sind. Wenn von der Elektronenstrahlsäule ein elektrisches Feld zwischen der Elektronenstrahlsäule und dem Koinzidenzpunkt erzeugt wird, bewirkt die in der ersten Stellung angeordnete Abschirmelektrode die folgenden zwei Vorteile: Zum einen wird der Ionenstrahl von der Abschirmelektrode gegen das elektrische Feld abgeschirmt, so dass der Ionenstrahl von dem elektrischen Feld nicht oder nur in geringem Ausmaß beeinflusst wird, wodurch der Ionenstrahl mit hoher Präzision auf das Objekt gerichtet werden kann. Des Weiteren wird das elektrische Feld durch die Abschirmelektrode so geformt, dass von dem Objekt ausgehende Sekundärpartikel durch das elektrische Feld so beschleunigt werden, dass die Sekundärpartikel mit hoher Effizienz zu einem im Inneren der Elektronenstrahlsäule angeordneten Detektor geführt werden.
Gemäß einer Ausführungsform beträgt das Verhältnis des Abschirmelektrode-Koinzidenzpunkt-Abstands zu dem Elektronenstrahlsäule-Koinzidenzpunkt-Abstand höchstens 0,9, wenn die Abschirmelektrode in der ersten Stellung angeordnet ist. Bevorzugt beträgt das Verhältnis höchstens 0,8, weiter bevorzugt höchstens 0,7.
In dieser Ausführungsform ist die Abschirmelektrode dem Koinzidenzpunkt deutlich näher als die Elektronenstrahlsäule, so dass der Ionenstrahl gut gegen das von der Elektronenstrahlsäule erzeugte elektrische Feld abgeschirmt ist und das elektrische Feld durch die Abschirmelektrode so geformt ist, dass die von dem Objekt ausgehenden Sekundärpartikel effizient detektiert werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt, wenn die Abschirmelektrode in der ersten Stellung angeordnet ist, das Verhältnis des Abschirmelektrode-Koinzidenzpunkt-Abstands zu einem Ionenstrahlsäule-Koinzidenzpunkt-Abstand, welcher der kleinste Abstand zwischen der Ionenstrahlsäule und dem Koinzidenzpunkt ist, höchstens 0,5, insbesondere höchstens 0,4, weiter insbesondere höchstens 0,3.
In dieser Ausführungsform wird in etwa wenigstens die Hälfte des Weges, den der Ionenstrahl nach dessen Austritt aus der Ionenstrahlsäule hin zu dem Koinzidenzpunkt zurücklegen muss durch die Abschirmelektrode geschirmt, wenn die Abschirmelektrode in der ersten Stellung angeordnet ist. Dies verbessert die Präzision, mit der der Ionenstrahl auf das Objekt gerichtet werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Verhältnis der Länge der Abschirmelektrode entlang der Hauptachse der Ionenstrahlsäule zu einem Ionenstrahlsäule-Koinzidenzpunkt-Abstand, welcher der kleinste Abstand zwischen der Ionenstrahlsäule und dem Koinzidenzpunkt ist, einen Wert auf, der wenigstens 0,2, bevorzugt wenigstens 0,35 und weiter bevorzugt wenigstens 0,5 beträgt.
In dieser Ausführungsform weist die Abschirmelektrode entlang der Hauptachse der Ionenstrahlsäule im Verhältnis zu dem kleinsten Abstand zwischen der Ionenstrahlsäule und den Koinzidenzpunkt eine Mindestlänge auf. Demgemäß werden etwa wenigstens 20 % bzw. wenigstens 35 % bzw. wenigstens 50 % der Weglänge, die der Ionenstrahl nach seinem Austreten aus der Ionenstrahlsäule bis zum Erreichen des Koinzidenzpunkts (d. h. bis zum Auftreffen auf dem Objekt) zurücklegen muss, durch die Abschirmelektrode gegen das von der Elektronenstrahlsäule erzeugte elektrische Feld abgeschirmt. Hierdurch wird die Wirkung des elektrischen Feldes auf die Trajektorie des Ionenstrahls reduziert, wodurch die Präzision erhöht wird, mit der der Ionenstrahl auf das Objekt gerichtet werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Abschirmelektrode eine elektrisch leitende Oberfläche auf. Hierdurch wird einerseits vermieden, dass sich die Abschirmelektrode unkontrolliert elektrisch auflädt, und andererseits sichergestellt, dass die Abschirmelektrode geeignet ist, das von der Elektronenstrahlsäule erzeugte und durch das Objekt oder einen Objekthalter in seiner Form beeinflusste elektrische Feld in seiner Form weitergehend zu beeinflussen. Insbesondere kann die Abschirmelektrode hierdurch auf ein vorbestimmtes, einstellbares elektrisches Potenzial gelegt werden, um die Form des elektrischen Feldes gezielt zu manipulieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Abschirmelektrode eine sich entlang der Hauptachse der Ionenstrahlsäule erstreckende, die Hauptachse der Ionenstrahlsäule umschließende Gestalt auf. Beispielsweise weist die Abschirmelektrode einen sich entlang der Hauptachse der Ionenstrahlsäule erstreckenden Kanal auf, um den Ionenstrahl darin zu führen, wobei der Kanal ummantelt ist, um die Hauptachse der Ionenstrahlsäule zu umschließen. Der Mantel muss jedoch nicht vollständig geschlossen sein und kann Öffnungen aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Abschirmelektrode in einer zweiten Stellung angeordnet sein, in welcher die Abschirmelektrode die Hauptachse der Ionenstrahlsäule nicht umgibt. Insbesondere kann das Partikelstrahlsystem eine Bewegungsvorrichtung umfassen, welche dazu konfiguriert ist, die Abschirmelektrode wahlweise in der ersten Stellung oder in der zweiten Stellung anzuordnen.
In dieser Ausführungsform kann die Abschirmelektrode in der ersten oder zweiten Stellung angeordnet sein. In der ersten Stellung angeordnet bewirkt die Abschirmelektrode die vorangehend erläuterten Vorteile. In der zweiten Stellung angeordnet kann das Partikelstrahlsystem auf herkömmliche Weise verwendet werden, da die Abschirmelektrode im Wesentlichen keinen Einfluss auf die Trajektorie des Elektronenstrahls und des Ionenstrahls sowie die Trajektorien der von dem Objekt ausgehenden Sekundärpartikel hat.
Wenn die Abschirmelektrode in der ersten Stellung angeordnet ist, ist die Bewegungsfreiheit des zu untersuchenden und zu bearbeitenden Objekts im gemeinsamen Arbeitsbereich eingeschränkt, da die Abschirmelektrode näher zu dem Koinzidenzpunkt und damit näher zu einem im Koinzidenzpunkt angeordneten Objekt angeordnet ist als die Elektronenstrahlsäule. Um eine Kollision des Objekts mit der Abschirmelektrode während einer Bewegung des Objekts zu vermeiden, kann die Abschirmelektrode in der zweiten Stellung angeordnet werden, in welcher die Abschirmelektrode weiter von dem Koinzidenzpunkt entfernt angeordnet ist als die Elektronenstrahlsä ule.
Das Partikelstrahlsystem kann weitere Komponenten, beispielsweise Detektoren, Manipulatoren, Gaszufuhrsysteme und dergleichen umfassen. Einige der Komponenten können verwendet werden, während die Abschirmelektrode in der ersten Stellung angeordnet ist. Zur Verwendung solcher Komponenten kann es vorteilhaft oder erforderlich sein, die Abschirmelektrode in der zweiten Stellung anzuordnen. Manche Komponenten können in Richtung zum Koinzidenzpunkt eingefahren werden. Für einige dieser Komponenten kann es vorteilhaft oder erforderlich sein, die Abschirmelektrode beim Einfahren der Komponente in der zweiten Stellung anzuordnen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Elektronenstrahlsäule eine Austrittsöffnung auf, aus welcher der Elektronenstrahl aus der Elektronenstrahlsäule zu dem gemeinsamen Arbeitsbereich hin austreten kann, und die Elektronenstrahlsäule ist dazu konfiguriert, zwischen der Austrittsöffnung der Elektronenstrahlsäule und dem Koinzidenzpunkt ein elektrisches Feld, insbesondere ein statisches elektrisches Feld, zu erzeugen, welches geeignet ist, den Elektronenstrahl zu verlangsamen.
In dieser Ausführungsform erzeugt die Elektronenstrahlsäule zwischen der Austrittsöffnung der Elektronenstrahlsäule und dem Koinzidenzpunkt und damit auch im gemeinsamen Arbeitsbereich ein elektrisches Feld, welches den Elektronenstrahl verlangsamen kann. Hierdurch werden von dem Objekt ausgehende Sekundärpartikel beschleunigt, was die Effizienz des Detektierens dieser Sekundärpartikel erhöhen kann. Jedoch wirkt sich dieses elektrische Feld auch auf die Trajektorie des Ionenstrahls aus, wobei dieser Einfluss reduziert werden kann, indem die Abschirmelektrode in der ersten Stellung angeordnet wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Abschirmelektrode so gebildet, dass die Abschirmelektrode, wenn sie in der ersten Stellung angeordnet ist, das elektrische Feld so beeinflusst, dass von dem gemeinsamen Arbeitsbereich ausgehende Sekundärpartikel effizienter zu der Austrittsöffnung der Elektronenstrahlsäule hin geführt werden, als wenn die Abschirmelektrode in der zweiten Stellung ist.
In dieser Ausführungsform bewirkt die Abschirmelektrode, dass das von der Elektronenstrahlsäule erzeugte und durch das Objekt oder einen Objekthalter in seiner Form beeinflusste elektrische Feld zwischen der Austrittsöffnung der Elektronenstrahlsäule und dem Koinzidenzpunkt in seiner Form beeinflusst wird. Die Form wird dabei so beeinflusst, dass von dem Objekt bzw. von dem gemeinsamen Arbeitsbereich ausgehende Sekundärpartikel effizienter zu der Austrittsöffnung der Elektronenstrahlsäule hin geführt werden als dies der Fall ist, wenn die Abschirmelektrode in der zweiten Stellung angeordnet ist. Somit bewirkt die Abschirmelektrode, dass die von dem Objekt ausgehenden Sekundärpartikel effizienter mit im Inneren der Elektronenstrahlsäule angeordneten Detektoren detektiert werden können. Die Form des elektrischen Feldes kann insbesondere durch ein einstellbares, an die Abschirmelektrode angelegtes elektrisches Potenzial beeinflusst werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Wirkung der Abschirmelektrode auf das elektrische Feld mit Hilfe eines Testobjekts charakterisiert. Das Testobjekt weist eine ebene metallische Oberfläche auf. Die Oberfläche des Testobjekts ist damit elektrisch leitfähig. Wenn die ebene metallische Oberfläche des Testobjekts im Koinzidenzpunkt angeordnet ist und im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse der Ionenstrahlsäule orientiert ist, liegt zwischen der Hauptachse der Elektronenstrahlsäule und der Richtung des elektrischen Feldes an einem Testpunkt ein spitzer Winkel, welcher einen ersten Wert aufweist, wenn die Abschirmelektrode in der ersten Stellung angeordnet ist, und welcher einen zweiten Wert aufweist, wenn die Abschirmelektrode in der zweiten Stellung angeordnet ist, wobei der Testpunkt zwischen der ebenen metallischen Oberfläche des Testobjekts und der Austrittsöffnung der Elektronenstrahlsäule mit einem Abstand von höchstens 2000 µm von dem Koinzidenzpunkt angeordnet ist. Die Abschirmelektrode ist so gebildet, dass der erste Wert kleiner als der zweite Wert ist. Die Position des Testpunkts kann alternativ in Abhängigkeit seines Abstands von der Oberfläche des Testobjekts definiert sein. Beispielsweise ist der Testpunkt zwischen der ebenen metallischen Oberfläche des Testobjekts und der Austrittsöffnung der Elektronenstrahlsäule mit einem Abstand von höchstens 2000 µm von der ebenen metallischen Oberfläche des Testobjekts angeordnet. Der jeweilige Abstand kann auch kleiner sein, beispielsweise höchstens 1000 µm oder höchstens 100 µm.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Elektronenstrahlsäule in ihrem Inneren wenigstens einen Detektor zum Detektieren von Sekundärpartikeln auf. Der Detektor ist insbesondere geeignet, Sekundärelektronen mit einer kinetischen Energie von bis zu 50 eV zu detektieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Partikelstrahlsystem ferner eine Potenzialquelle, welche dazu konfiguriert ist, ein einstellbares elektrisches Potenzial an die Abschirmelektrode anzulegen. Hierdurch kann die Wirkung der Abschirmelektrode auf das elektrische Feld eingestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Elektronenstrahlsäule eine Endkappe, wobei die Endkappe das am nächsten zu dem Koinzidenzpunkt liegende Element der Elektronenstrahlsäule umfasst. Das Partikelstrahlsystem kann ferner eine Potenzialquelle umfassen, welche dazu konfiguriert ist, ein einstellbares elektrisches Potenzial an die Endkappe anzulegen. Das an die Endkappe angelegte Potenzial kann insbesondere kleiner als ein an das Objekt oder einen Objekthalter angelegtes Potenzial sein. Durch die Abschirmelektrode kann ein durch eine Änderung des elektrischen Potenzials der Endkappe bedingter Versatz des Ionenstrahls minimiert werden.
Die Form des elektrischen Feldes zwischen der Austrittsöffnung der Elektronenstrahlsäule und dem Koinzidenzpunkt kann durch das an die Endkappe angelegte elektrische Potenzial, das an das Objekt bzw. einen Objekthalter angelegte elektrische Potenzial und das an die Abschirmelektrode angelegte elektrische Potenzial manipuliert werden. Insbesondere kann die Form des elektrischen Feldes zwischen der Austrittsöffnung der Elektronenstrahlsäule und dem Koinzidenzpunkt durch die Differenzen zwischen diesen elektrischen Potenzialen manipuliert werden.
Das an die Endkappe angelegte elektrische Potenzial kann größer als das an das Objekt bzw. einen Objekthalter angelegte elektrische Potenzial sein, beispielsweise um höchstens 50 V oder höchstens 200 V größer. Alternativ kann das an die Endkappe angelegte elektrische Potenzial kleiner als das an das Objekt bzw. einen Objekthalter angelegte elektrische Potenzial sein, beispielsweise um höchstens 50 V oder höchstens 100 V kleiner.
Das an die Abschirmelektrode angelegte elektrische Potenzial kann größer als das an das Objekt bzw. einen Objekthalter angelegte elektrische Potenzial sein, beispielsweise um höchstens 30 V größer. Alternativ kann das an die Abschirmelektrode angelegte elektrische Potenzial kleiner als das an das Objekt bzw. einen Objekthalter angelegte elektrische Potenzial sein, beispielsweise um höchstens 40 V oder höchstens 100 V kleiner.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben des hierin beschriebenen Partikelstrahlsystems. Das Verfahren umfasst eine erste Sequenz, wobei die erste Sequenz umfasst: Anordnen der Abschirmelektrode in der ersten Stellung; Anordnen des Objekts im gemeinsamen Arbeitsbereich so, dass ein zu bearbeitender und zu untersuchender Oberflächenabschnitt des Objekts im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse der Ionenstrahlsäule orientiert ist; und Bearbeiten des Oberflächenabschnitts des Objekts mit den Ionenstrahl, während die Abschirmelektrode in der ersten Stellung angeordnet ist und der Oberflächenabschnitt im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse der Ionenstrahlsäule orientiert ist.
Gemäß den beiden zuerst genannten Schritten wird das Partikelstrahlsystem für die Bearbeitung des Objekts konfiguriert. Hierzu wird die Abschirmelektrode in der ersten Stellung angeordnet, so dass der Ionenstrahl gegen äußere elektrische und magnetische Felder abgeschirmt ist. Zudem wird der mit dem Ionenstrahl zu bearbeitende Oberflächenabschnitt des Objekts senkrecht zu der Hauptachse der Ionenstrahlsäule orientiert, so dass das Objekt zu dessen Bearbeitung optimal gegenüber der Ionenstrahlsäule angeordnet ist. „Im Wesentlichen senkrecht“ bedeutet, dass der Oberflächenabschnitt mit fachüblicher Genauigkeit senkrecht zu der Hauptachse der Ionenstrahlsäule orientiert wird. Beispielsweise beträgt die Abweichung zu einem rechten Winkel höchstens 10°, bevorzugt höchstens 5°. Der Oberflächenabschnitt umfasst eine Fläche von wenigstens 50 nm x 50 nm oder wenigstens 200 nm x 200 nm und höchstens 1 mm x 1 mm oder 2 mm x 2 mm. Eine Oberflächennormale auf den Oberflächenabschnitt, welche gemäß diesem Merkmal parallel zu der Hauptachse der Ionenstrahlsäule zu orientieren ist, hat eine Richtung, die sich aus der Mittelung einer Vielzahl von Oberflächennormalen auf eine Vielzahl von Orten innerhalb des Oberflächenabschnitts ergibt. Zudem wird das Objekt im gemeinsamen Arbeitsbereich angeordnet, was bedeutet, dass der Oberflächenabschnitt nahe am Koinzidenzpunkt angeordnet wird, beispielsweise von diesem einen Abstand von höchstens 0,5 mm aufweist.
Danach wird der Oberflächenabschnitt in dieser Konfiguration des Partikelstrahlsystems mit dem Ionenstrahl bearbeitet. Aufgrund der Eigenschaften dieser Konfiguration kann die Bearbeitung mit hoher Präzision durchgeführt werden.
Um die Bearbeitung des Ionenstrahls zu steuern und/oder um den Fortschritt der Bearbeitung zu erfassen und/oder um den Oberflächenabschnitt zu untersuchen, kann die erste Sequenz ferner umfassen: Detektieren von Sekundärpartikeln, die von dem Oberflächenabschnitt ausgehen, mit einem im Inneren der Elektronenstrahlsäule angeordneten Detektor, während die Abschirmelektrode in der ersten Stellung angeordnet ist und der Oberflächenabschnitt im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse der Ionenstrahlsäule orientiert ist.
Ohne die Konfiguration des Partikelstrahlsystems ändern zu müssen, d. h. unter Beibehaltung der Anordnung der Abschirmelektrode in der ersten Stellung und der Anordnung des Oberflächenabschnitts in Bezug auf die Hauptachse der Ionenstrahlsäule, werden von dem Oberflächenabschnitt ausgehende Sekundärpartikel detektiert. Durch ein von der Elektronenstrahlsäule erzeugtes und durch das Objekt oder einen Objekthalter in seiner Form beeinflusstes elektrisches Feld und durch den Einfluss der in der ersten Stellung angeordneten Abschirmelektrode auf die Form des Feldes können die Sekundärpartikel effizienter detektiert werden. Auf Grundlage der detektierten Sekundärpartikel können Bilddaten erzeugt werden, welche ein Bild des Objekts repräsentieren. Die Bilddaten können wiederum zur Steuerung der Ionenstrahlsäule verwendet werden.
Die Sekundärpartikel können durch die Wechselwirkung des Ionenstrahls mit dem Objekt erzeugt werden. Ferner oder alternativ können die Sekundärpartikel durch Wechselwirkung des von der Elektronenstrahlsäule erzeugten, auf den Oberflächenabschnitt gerichteten Elektronenstrahls erzeugt werden.
Das Bearbeiten des Oberflächenabschnitts mit dem Ionenstrahl, das Detektieren von Sekundärpartikeln und das Richten des Elektronenstrahls auf den Objektabschnitt können gleichzeitig oder nacheinander und insbesondere wiederholt durchgeführt werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner eine zweite Sequenz, wobei die zweite Sequenz umfasst: Anordnen der Abschirmelektrode in der zweiten Stellung; Anordnen des Objekts so, dass der Oberflächenabschnitt des Objekts im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse der Elektronenstrahlsäule orientiert ist; und Richten des Elektronenstrahls auf den Oberflächenabschnitt des Objekts und Detektieren von hierdurch von dem Oberflächenabschnitt ausgehenden Sekundärpartikeln mit einem im Inneren der Elektronenstrahlsäule angeordneten Detektor, wobei das Richten und Detektieren durchgeführt wird, während die Abschirmelektrode in der zweiten Stellung angeordnet ist und der Oberflächenabschnitt im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse der Elektronenstrahlsäule orientiert ist.
In der zweiten Sequenz soll ein Bild des Objekts mit möglichst hoher Auflösung mit der Elektronenstrahlsäule aufgenommen werden. Um das Objekt optimal zu der Elektronenstrahlsäule ausrichten zu können, wird die Abschirmelektrode in der zweiten Stellung angeordnet, so dass die Abschirmelektrode die Bewegungsfreiheit des Objekts nicht beschränkt. Der (zuvor mit dem Ionenstrahl bearbeitete) Oberflächenabschnitt des Objekts wird im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse der Elektronenstrahlsäule orientiert. „Im Wesentlichen senkrecht“ bedeutet, dass der Oberflächenabschnitt mit fachüblicher Genauigkeit senkrecht zu der Hauptachse der Elektronenstrahlsäule orientiert wird. Beispielsweise beträgt die Abweichung zu einem rechten Winkel höchstens 5°.
In dieser Konfiguration erzielt die Elektronenstrahlsäule die höchste Präzision. Die detektierten Sekundärpartikel können zur Erzeugung von Bilddaten verwendet werden, welche ein Bild des Objekts repräsentieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die zweite Sequenz ferner umfassen: Bearbeiten des Oberflächenabschnitts mit dem Ionenstrahl, während die Abschirmelektrode in der zweiten Stellung angeordnet ist und der Oberflächenabschnitt im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse der Elektronenstrahlsäule orientiert ist.
Die Schritte der zweiten Sequenz können gleichzeitig oder nacheinander und insbesondere wiederholt durchgeführt werden.
Die erste und zweite Sequenz können nacheinander und insbesondere wiederholt durchgeführt werden. Weiter insbesondere können die während der zweiten Sequenz detektierten Sekundärpartikel und daraus erzeugte Bilddaten zur Steuerung der Elektronenstrahlsäule und der Ionenstrahlsäule in der ersten Sequenz verwendet werden. Analog können die während der ersten Sequenz detektierten Sekundärpartikel und daraus erzeugten Bilddaten zur Steuerung der Elektronenstrahlsäule und der Ionenstrahlsäule in der zweiten Sequenz verwendet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner: Erzeugen eines elektrischen Feldes, insbesondere eines statischen elektrischen Feldes, zwischen einer Austrittsöffnung der Elektronenstrahlsäule, aus welcher der Elektronenstrahl aus der Elektronenstrahlsäule zu dem gemeinsamen Arbeitsbereich hin austreten kann, und dem Koinzidenzpunkt durch die Elektronenstrahlsäule, wobei das elektrische Feld geeignet ist, den Elektronenstrahl zu verlangsamen.
Durch das elektrische Feld werden die vorher im Zusammenhang mit dem Partikelstrahlsystem erläuterten Vorteile erzielt. Das elektrische Feld kann für die Dauer der ersten Sequenz und für die Dauer der zweiten Sequenz erzeugt werden. Insbesondere wird das elektrische Feld erzeugt, während der Oberflächenabschnitt mit dem Ionenstrahl in der ersten Sequenz bearbeitet wird und während mit einem im Inneren der Elektronenstrahlsäule angeordneten Detektor von dem Oberflächenabschnitt ausgehende Sekundärpartikel detektiert werden. Es ist daher nicht erforderlich, die elektrischen Potenziale zu verändern, die zur Erzeugung des elektrischen Feldes verwendet werden. Insbesondere werden die zur Erzeugung des elektrischen Feldes an die diversen Elemente des Partikelstrahlsystems (Abschirmelektrode, Endkappe, Objekt) angelegten elektrischen Potenziale während der Durchführung des Verfahrens nicht geändert bzw. konstant gehalten.
Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Hierbei zeigt/zeigen:

1 ein Partikelstrahlsystem gemäß einer Ausführungsform in einem ersten Betriebsmodus;
2 einen Ausschnitt des in 1 gezeigten Partikelstrahlsystems zur Erläuterung von Abständen;
3 das in 1 gezeigte Partikelstrahlsystem in einem zweiten Betriebsmodus;
4A und 4B beispielhafte Formen einer Abschirmelektrode;
5A und 5B eine Wirkung der Abschirmelektrode in einer ersten und zweiten Stellung;
6A und 6B ein beispielhaftes Verfahren zum Betreiben des Partikelstrahlsystems; und
7 ein weiteres beispielhaftes Verfahren zum Betreiben des Partikelstrahlsystems.

1 zeigt ein Partikelstrahlsystem 1 gemäß einer Ausführungsform in einem ersten Betriebsmodus. Das Partikelstrahlsystem 1 umfasst eine Elektronenstrahlsäule 3, welche als ein Rasterelektronenmikroskop konfiguriert ist, und eine Ionenstrahlsäule 5.
Die Elektronenstrahlsäule 3 umfasst eine Partikelquelle 7, eine Kondensorlinse 9, einen Booster 11 und eine Objektivlinse 13. Die Partikelquelle 7 umfasst eine Kathode 15, eine Unterdrückungselektrode 17 und eine Extraktionselektrode 19. Von der Partikelquelle 7 wird ein Elektronenstrahl 21 erzeugt, welcher zwischen der Kathode 15 und einem zu untersuchenden bzw. zu bearbeitenden Oberflächenabschnitt 24 eines Objekts 23 verläuft. Der Elektronenstrahl 21 verläuft durch die Kondensorlinse 9, den Booster 11 und die Objektivlinse 13. Die Elektronenstrahlsäule 3, insbesondere die Objektivlinse 13, ist so konfiguriert, dass der Elektronenstrahl 21 auf eine Objektebene 25 fokussiert wird.
Der Booster 11 ist dazu konfiguriert, einen Teil des Elektronenstrahls 21 zu umgeben, so dass die Elektronen des Elektronenstrahls 21 den Booster 21 mit einer höheren kinetischen Energie durchqueren können, beispielsweise mit einer um 10 keV höheren kinetischen Energie als ohne Booster 11. Hierdurch werden sphärische und chromatische Aberrationen der Objektivlinse 13 und der Kondensorlinse 9 minimiert und der Einfluss störender Felder reduziert.
Die Objektivlinse 13 umfasst ein inneres Polstück 27, ein äußeres Polstück 29 und eine Erregerspule 31, um in einer Lücke 33 zwischen dem inneren Polstück 27 und dem äußeren Polstück 29 ein Magnetfeld zu erzeugen. Die Objektivlinse 13 umfasst ferner eine erste Elektrode 35, welche von einem objektseitigen Endabschnitt des Boosters 11 gebildet wird, und eine zweite Elektrode 37, welche an einem objektseitigen Endabschnitt des äußeren Polstücks 29 angeordnet ist und auch als Endkappe bezeichnet wird. Somit ist die Objektivlinse 13 eine kombinierte magnetische und elektrostatische Objektivlinse. Die zweite Elektrode (Endkappe) 37 kann von dem äußeren Polstück 29 elektrisch isoliert sein, so dass die zweite Elektrode 37 (Endkappe) mit einem elektrischen Potenzial beaufschlagt werden kann, welches sich von einem Potenzial unterscheidet, mit welchem das äußere Polstück 29 oder die erste Elektrode 35 beaufschlagt ist.
Die Elektronenstrahlsäule 3 umfasst ferner einen ersten Detektor 39 zum Detektieren von Sekundärpartikeln (insbesondere von Sekundärelektronen), wobei der erste Detektor 39 innerhalb des Boosters 11 und damit innerhalb der Elektronenstrahlsäule 3 angeordnet ist. Der erste Detektor 39 ist dazu konfiguriert, von dem Objekt 23 ausgehende Sekundärpartikel zu detektieren, welche durch eine objektseitige Austrittsöffnung 41 der Elektronenstrahlsäule 3 in das Innere der Elektronenstrahlsäule 3 eintreten und auf den ersten Detektor 39 treffen. Eine beispielhafte Trajektorie 43 eines Sekundärelektrons ist durch eine gestrichelte Linie dargestellt.
Die Elektronenstrahlsäule 3 umfasst innerhalb des Boosters 11 einen zweiten Detektor 45 zum Detektieren von Sekundärpartikeln. Der zweite Detektor ist dazu konfiguriert, Sekundärpartikel (insbesondere rückgestreute Elektronen) zu detektieren, die von dem Objekt 23 ausgehend durch die Austrittsöffnung 41 in das Innere der Objektivlinse 13 und durch eine Öffnung 47 im ersten Detektor 39 verlaufend auf den zweiten Detektor 45 treffen. Eine beispielhafte Trajektorie 49 eines rückgestreuten Elektrons ist durch eine gestrichelte Linie dargestellt.
Die erste Elektrode 35 kann mit einem ersten elektrischen Potenzial beaufschlagt werden und die zweite Elektrode (Endkappe) 37 kann mit einem zweiten elektrischen Potenzial beaufschlagt werden, welches kleiner als das erste elektrische Potenzial sein kann. Hierdurch wird der Elektronenstrahl 21 nach dem Passieren des Boosters 11 vor dem Austreten aus der Elektronenstrahlsäule 3 durch die Austrittsöffnung 41 verlangsamt, d. h. die kinetische Energie der Elektronen des Partikelstrahls 21 wird hierdurch reduziert.
Zudem kann das Objekt 23 mit einem dritten elektrischen Potenzial beaufschlagt werden, welches gleich oder größer oder kleiner als das zweite Potenzial der zweiten Elektrode (Endkappe) 37 sein kann. Hierdurch kann die Form des von der Elektronenstrahlsäule erzeugten und von dem Objekt oder einem Objekthalter in seiner Form beeinflussten elektrischen Feldes weiter beeinflusst werden.
Durch die Beaufschlagung der ersten Elektrode 35 und der zweiten Elektrode 37 (und des Objekts 23) mit den vorangehend genannten elektrischen Potenzialen wird ein elektrisches Feld, insbesondere ein elektrostatisches Feld, zwischen der Austrittsöffnung 41 der Elektronenstrahlsäule 3 und dem Objekt 23 erzeugt. Dieses bewirkt, dass der Elektronenstrahl 21 verlangsamt wird. Weitere Wirkungen des elektrischen Feldes werden später beschrieben.
Die Ionenstrahlsäule 5 ist dazu konfiguriert, einen Ionenstrahl 51 zu erzeugen, welcher geeignet ist, das Objekt 23 zu bearbeiten, insbesondere Material von dem Objekt 23 zu entfernen oder unter Zuführung eines Prozessgases Material an dem Objekt 23 abzuscheiden. Der Ionenstrahl 51 wird auf eine Objektebene 52 fokussiert, in welcher das Objekt 23 angeordnet sein kann bzw. angeordnet werden kann. Die Elektronenstrahlsäule 3 und die Ionenstrahlsäule 5 haben einen gemeinsamen Arbeitsbereich 53, in welchem sich eine Hauptachse 55 der Elektronenstrahlsäule 3 und eine Hauptachse 57 der Ionenstrahlsäule 5 in einem Koinzidenzpunkt 58 treffen. Die Ionenstrahlsäule 5 weist eine Austrittsöffnung 54 auf, aus welcher der Ionenstrahl 51 aus der Ionenstrahlsäule 5 zu dem gemeinsamen Arbeitsbereich 53 hin austreten kann. Die Ionenstrahlsäule 5 umfasst Deflektoren 59, welche den Ionenstrahl 51 ablenken können, um so verschiedene Orte des Objekts 23 bearbeiten zu können.
Die Ionenstrahlsäule 5 kann so gebildet und angeordnet sein, dass der Abstand der Ionenstrahlsäule 5 von der Objektebene 25 größer als oder gleich dem Abstand der Elektronenstrahlsäule 3 (bzw. der Endkappe 37) von der Objektebene 25 ist. Hierdurch ist, wenn ein Objekt 23 mit einer ebenen Oberfläche im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse 55 der Elektronenstrahlsäule 3 orientiert ist, die Ionenstrahlsäule 5 gleich weit oder weiter von dem Objekt entfernt als die Elektronenstrahlsäule 3 bzw. die Endkappe 37. Dies ermöglicht einen kleinen Arbeitsabstand.
Das Partikelstrahlsystem 1 umfasst ferner eine Abschirmelektrode 61. Die Abschirmelektrode kann in einer ersten Stellung angeordnet sein, so wie dies in 1 dargestellt ist, und kann in einer zweiten Stellung angeordnet sein, so wie dies in 3 dargestellt ist. In der ersten Stellung ist die Abschirmelektrode 61 zwischen der Austrittsöffnung 54 der Ionenstrahlsäule 5 und dem Koinzidenzpunkt 58 angeordnet. In der zweiten Stellung ist die Abschirmelektrode 61 nicht zwischen der Austrittsöffnung 54 der Ionenstrahlsäule 5 und dem Koinzidenzpunkt 58 angeordnet.
In der ersten Stellung umgibt die Abschirmelektrode 61 die Hauptachse 57 der Ionenstrahlsäule 5 bzw. den Ionenstrahl 51 wenigstens teilweise zwischen der Austrittsöffnung 54 der Ionenstrahlsäule 5 und dem Koinzidenzpunkt 58. Hierdurch schirmt die Abschirmelektrode 61 den Ionenstrahl 51 gegenüber dem von der Elektronenstrahlsäule 3 zwischen der Endkappe 37 und dem Objekt 23 erzeugten elektrischen Feld ab, sodass das elektrische Feld die Trajektorie des Ionenstrahls 51 nicht oder zumindest deutlich schwächer beeinflusst, verglichen mit dem Fall, dass die Abschirmelektrode 61 in der zweiten Stellung angeordnet ist. Hierdurch kann der Ionenstrahl 51 mit einer hohen Präzision auf das Objekt 23 gerichtet werden.
Der erste Betriebsmodus des Partikelstrahlsystems 1 zeichnet sich dadurch aus, dass erstens der zu untersuchende und zu bearbeitende Oberflächenabschnitt 24 des Objekts 23 im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse 57 der Ionenstrahlsäule 5 (in dem gemeinsamen Arbeitsbereich 53) angeordnet ist und dass zweitens die Abschirmelektrode 61 in der ersten Stellung angeordnet ist. Hierdurch werden drei wesentliche Vorteile erreicht. Zum einen wird der Ionenstrahl 51 durch die Abschirmelektrode 61 gegenüber dem von der Elektronenstrahlsäule 3 zwischen der Endkappe 37 und dem Objekt 23 erzeugten elektrischen Feld abgeschirmt, sodass der Ionenstrahl 51 mit einer hohen Präzision auf das Objekt 23 gerichtet werden kann. Des Weiteren kann der Ionenstrahl 51 im Wesentlichen senkrecht auf den zu bearbeitenden Oberflächenabschnitt 24 des Objekts 23 treffen, wodurch das Objekt 23 effizient bearbeitet werden kann. Des Weiteren wirkt die in der ersten Stellung angeordnete Abschirmelektrode 61 auf das elektrische Feld, welches hierdurch so geformt wird, dass von dem Objekt 23 bzw. dem Oberflächenabschnitt 24 ausgehende Sekundärpartikel effizient mit den im Inneren der Elektronenstrahlsäule 3 angeordneten Detektoren 39, 45 detektiert werden können. Der letztgenannte Vorteil wird später mit Bezug zu den 5A und 5B erläutert.
2 zeigt einen Ausschnitt des in 1 dargestellten Partikelstrahlsystems 1. Anhand von 2 werden Abstände erläutert, auf die zur Definition des Partikelstrahlsystems 1 Bezug genommen wird. Ein Pfeil EKD stellt den kleinsten Abstand zwischen dem Koinzidenzpunkt und der Elektronenstrahlsäule 3 dar, welcher als Elektronenstrahlen-Koinzidenzpunkt-Abstand bezeichnet wird. Die Endkappe 37 ist dasjenige Element der Elektronenstrahlsäule 3, welches den geringsten Abstand von dem Koinzidenzpunkt 58 aufweist. Ein Pfeil IKD stellt den kleinsten Abstand zwischen der Ionenstrahlsäule 5 und dem Koinzidenzpunkt 58 dar, welcher als Ionenstrahlsäule-Koinzidenzpunkt-Abstand bezeichnet wird. Ein Pfeil AKD stellt den kleinsten Abstand zwischen der in der ersten Stellung angeordneten Abschirmelektrode 61 und dem Koinzidenzpunkt 58 dar, welcher als Abschirmelektrode-Koinzidenzpunkt-Abstand bezeichnet wird.
Das Partikelstrahlsystem 1 zeichnet sich dadurch aus, dass, wenn die Abschirmelektrode 61 in der ersten Stellung angeordnet ist, der Abschirmelektrode-Koinzidenzpunkt-Abstand AKD kleiner als der Elektronenstrahlsäule-Koinzidenzpunkt-Abstand EKD ist. Mit anderen Worten ist die Abschirmelektrode 61, wenn sie in der ersten Stellung angeordnet ist, näher zu dem Koinzidenzpunkt 58 angeordnet als die Elektronenstrahlsäule 3.
Hierdurch wird der Ionenstrahl 51 von der Abschirmelektrode 61 bis kurz vor den Koinzidenzpunkt 58 gegenüber dem von der Elektronenstrahlsäule 3 erzeugten elektrischen Feld abgeschirmt, so dass der Einfluss des elektrischen Feldes auf den Ionenstrahl 51 sich im Wesentlichen auf die Wegstrecke zwischen der Abschirmelektrode 61 und dem Koinzidenzpunkt 58 beschränkt. Im Ergebnis kann hierdurch der Ionenstrahl 51 mit hoher Präzision auf das Objekt 23 gerichtet werden.
Je kleiner das Verhältnis des Abschirmelektrode-Koinzidenzpunkt-Abstands AKD zu dem Elektronenstrahlsäule-Koinzidenzpunkt-Abstand EKD, desto besser schirmt die Abschirmelektrode 61 den Ionenstrahl 51 gegenüber dem von der Elektronenstrahlsäule 3 erzeugten elektrischen Feld ab. Die Abschirmelektrode 61 kann in ihrer Form und Anordnung daher so gebildet sein, dass das Verhältnis des Abschirmelektrode-Koinzidenzpunkt-Abstands AKD zu dem Elektronenstrahlsäule-Koinzidenzpunkt-Abstand EKD höchstens 0,9, bevorzugt höchstens 0,8 oder weiter bevorzugt höchstens 0,7 beträgt. In dem in 2 gezeigten Beispiel beträgt dieses Verhältnis etwa 0,45.
Ein weiterer Pfeil in 2, gekennzeichnet mit dem Buchstaben L, repräsentiert die Länge der Abschirmelektrode 61 entlang der Hauptachse 57 der Ionenstrahlsäule 5. Das Verhältnis der Länge L zu dem Ionenstrahlsäule-Koinzidenzpunkt-Abstand IKD sollte angemessen groß sein, damit ein ausreichend großer Anteil der Wegstrecke, die der Ionenstrahl 51 nach dem Durchlaufen der Austrittsöffnung 54 bis zu dem Koinzidenzpunkt 58 zurücklegt, von der Abschirmelektrode 61 abgeschirmt wird. Beispielsweise beträgt das Verhältnis der Länge L der Abschirmelektrode 61 entlang der Hauptachse 57 der Ionenstrahlsäule 5 zu dem Ionenstrahlsäule-Koinzidenzpunkt-Abstand IKD wenigstens 0,2, bevorzugt wenigstens 0,35, weiter bevorzugt wenigstens 0,5. In dem in 2 gezeigten Beispiel beträgt das Verhältnis etwa 0,6.
3 zeigt einen Ausschnitt des in 1 dargestellten Partikelstrahlsystems 1 in einem zweiten Betriebsmodus. Der zweite Betriebsmodus zeichnet sich dadurch aus, dass erstens der zu untersuchende und zu bearbeitende Oberflächenabschnitt 24 des Objekts 23 im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse 55 der Elektronenstrahlsäule 3 angeordnet ist und dass zweitens die Abschirmelektrode 61 in der zweiten Stellung angeordnet ist.
Dementsprechend ist die Abschirmelektrode 61 nicht zwischen der Austrittsöffnung 54 der Ionenstrahlsäule 5 und dem Koinzidenzpunkt 58 angeordnet. In der zweiten Stellung beeinflusst die Abschirmelektrode 61 das von der Elektronenstrahlsäule 3 zwischen der Endkappe 37 und dem Objekt 23 erzeugte und durch das Objekt oder einen Objekthalter in seiner Form beeinflusste elektrische Feld im Wesentlichen nicht. Damit beeinflusst die in der zweiten Stellung angeordnete Abschirmelektrode 61 auch nicht die Trajektorien des Elektronenstrahls 21 und des Ionenstrahls 51.
Der zweite Betriebsmodus bietet daher den Vorteil, dass das Objekt 23 mit hoher Präzision mittels der Elektronenstrahlsäule 3 analysiert werden kann, da der zu untersuchende Oberflächenabschnitt 24 des Objekts 23 im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse 55 der Elektronenstrahlsäule 3 angeordnet ist und hierdurch bei bereits geringfügig leitfähigen Objekten das elektrische Feld im Koinzidenzpunkt auf die Austrittsöffnung 41 der Elektronenstrahlsäule 3 gerichtet ist. Somit werden die von dem Objekt 23 ausgehenden Sekundärpartikel effizient von dem elektrischen Feld zu der Austrittsöffnung 41 der Elektronenstrahlsäule 3 beschleunigt, treten durch diese in das Innere der Elektronenstrahlsäule 3 ein und werden durch die im Inneren der Elektronenstrahlsäule 3 angeordneten Detektoren 39, 45 detektiert.
Das Partikelstrahlsystem 1 kann eine in den Figuren nicht dargestellte Bewegungsvorrichtung umfassen, welche dazu konfiguriert ist, die Abschirmelektrode 61 wahlweise in der ersten Stellung und in der zweiten Stellung anzuordnen. Dementsprechend kann die Bewegungsvorrichtung die in der ersten Stellung angeordnete Abschirmelektrode 61 in die zweite Stellung bringen und die in der zweiten Stellung angeordnete Abschirmelektrode 61 in die erste Stellung bringen.
Außerdem kann das Objekt 23 auch im zweiten Betriebsmodus mit dem Ionenstrahl 51 bearbeitet werden, wobei sich der Einfluss des elektrischen Feldes jedoch negativ auf die Präzision auswirkt.
Die Abschirmelektrode 61 kann so gebildet sein oder von der Bewegungsvorrichtung so bewegt werden, dass, wenn die Abschirmelektrode 61 in der zweiten Stellung angeordnet ist, der Abstand der Abschirmelektrode 61 von der Objektebene 25 größer als oder gleich dem Abstand der Elektronenstrahlsäule 3 (bzw. der Endkappe 37) von der Objektebene 25 ist. Hierdurch ist, wenn ein Objekt 23 mit einer ebenen Oberfläche im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse 55 der Elektronenstrahlsäule 3 orientiert ist, die Abschirmelektrode 61 gleich weit oder weiter von dem Objekt entfernt als die Elektronenstrahlsäule 3 bzw. die Endkappe 37. Dies ermöglicht einen kleinen Arbeitsabstand. Ferner oder alternativ kann die Bewegungsvorrichtung die Abschirmelektrode 61 so bewegen, dass die Abschirmelektrode 61, wenn die Abschirmelektrode 61 in der zweiten Stellung angeordnet ist, so weit von dem gemeinsamen Arbeitsbereit 53 entfernt ist, dass die Abschirmelektrode 61 keine Beschränkung auf den Arbeitsabstand der Elektronenstrahlsäule 3 hat, wenn ein Objekt 23 mit einer ebenen Oberfläche im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse 55 der Elektronenstrahlsäule 3 orientiert ist. Somit kann eine Kollision zwischen dem Objekt und dem Partikelstrahlsystem bei Bewegung des Objekts und kleinem Arbeitsabstand verhindert werden.
Sowohl in dem ersten Betriebsmodus des Partikelstrahlsystems 1, gezeigt in 1, als auch in dem zweiten Betriebsmodus des Partikelstrahlsystems 1, gezeigt in 2, können der Elektronenstrahl 21 und der Ionenstrahl 51 nacheinander oder gleichzeitig auf einen selben Bereich des Objekts 23 gerichtet werden, um einerseits basierend auf den detektierten Sekundärpartikeln Bilddaten zu erzeugen, welche ein Bild des Objekts 23 repräsentieren, und andererseits um das Objekt 23 mit dem Ionenstrahl 51 zu bearbeiten. Die Sekundärpartikel, die zur Erzeugung der Bilddaten verwendet werden, können einerseits durch Wechselwirkung des Elektronenstrahls 21 mit dem Objekt 23 erzeugt werden oder durch Wechselwirkung des Ionenstrahls 51 mit dem Objekt 23 erzeugt werden oder durch Wechselwirkung sowohl des Elektronenstrahls 21 als auch des Ionenstrahls 51 mit dem Objekt 23 erzeugt werden.
Das Partikelstrahlsystem 1 kann ferner eine in den Figuren nicht dargestellte Steuerung umfassen, welche die Elektronenstrahlsäule 3, die Ionenstrahlsäule 5 und die Bewegungsvorrichtung steuern kann. Insbesondere ist die Steuerung dazu konfiguriert, das Partikelstrahlsystem 1 in den ersten Betriebsmodus zu bringen. Dies geschieht, indem die Abschirmelektrode 61 in der ersten Stellung angeordnet wird, so wie dies in 1 beispielhaft dargestellt ist, und der zu untersuchende und zu bearbeitende Oberflächenabschnitt 24 des Objekts 23 im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse 57 der Ionenstrahlsäule 5 angeordnet wird, beispielsweise durch einen entsprechend steuerbaren Objekthalter. Ferner kann die Steuerung das Partikelstrahlsystem 1 in den zweiten Betriebsmodus bringen. Dies erfolgt, indem die Abschirmelektrode 61 in der zweiten Stellung angeordnet wird und der zu untersuchende und zu bearbeitende Oberflächenabschnitt 24 des Objekts 23 im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse 55 der Elektronenstrahlsäule 3 angeordnet wird. Ferner ist die Steuerung dazu konfiguriert, das Partikelstrahlsystem 1 so zu steuern, dass dieses die hierin beschriebenen Verfahren ausführt.
4A zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung einer Abschirmelektrode 61A im Querschnitt in der y-z-Ebene und in Draufsicht in der x-y-Ebene. Die x-y-Ebene ist senkrecht zu der z-Achse orientiert. Beispielsweise durchsetzt die Hauptachse 57 der Ionenstrahlsäule 5 die Abschirmelektrode 61A entlang der z-Achse, wenn die Abschirmelektrode 61A in der ersten Stellung angeordnet ist. Die Ausdehnung der Abschirmelektrode 61A an ihrem Ionenstrahlsäule-seitigem Ende 62 entlang der y-Achse ist größer als ihre Ausdehnung in diese Richtung an ihrem Koinzidenzpunkt - seitigem Ende 63. Die Abschirmelektrode 61A hat die Gestalt eines hohlen Kegelstumpfes. Dementsprechend weist die Abschirmelektrode 61A einen Kanal 64 in ihrem Inneren auf, durch welchen der Ionenstrahl 51 geradlinig propagieren kann. Die Abschirmelektrode 61A erstreckt sich entlang der z-Achse, mithin entlang der Hauptachse 57 der Ionenstrahlsäule 5, wenn die Abschirmelektrode 61A in der ersten Stellung angeordnet ist. Die Abschirmelektrode 61A ist so geformt, dass sie die Hauptachse 57 umschließt. Dies wird durch den Kanal 64 erreicht.
4B zeigt eine weitere beispielhafte Ausgestaltung einer Abschirmelektrode 61B. Die Abschirmelektrode 61B hat die Gestalt eines hohlen Kegelstumpfes, wobei der den Kegelstumpf bildende Mantel zahlreiche Öffnungen 65 aufweist. Auch die Abschirmelektrode 61B weist einen Kanal 64 auf, durch welchen der Ionenstrahl 51 geradlinig durch die Abschirmelektrode 61B propagieren kann. Zahlreiche weitere Gestalten für die Abschirmelektrode 61 sind möglich.
Mit Bezug zu den 5A und 5B wird eine Wirkung der Abschirmelektrode 61 erläutert. 5A zeigt einen Ausschnitt des in 1 dargestellten Partikelstrahlsystems 1, wobei die Abschirmelektrode im Gegensatz zu 1 in der zweiten Stellung angeordnet ist und damit im Wesentlichen keinen Einfluss auf das von der Elektronenstrahlsäule 3 zwischen der Endkappe 37 und dem Koinzidenzpunkt 58 erzeugte und durch ein Testobjekt 23' oder einen Objekthalter in seiner Form beeinflusste elektrische Feld hat. Eine ebene metallische (und damit elektrische leitfähige) Oberfläche 24' des Testobjekts 23' ist im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse 57 der Ionenstrahlsäule 5 angeordnet.
Durch Wechselwirkung des Elektronenstrahls 21 mit dem Testobjekt 23' erzeugte Sekundärpartikel können beispielsweise Sekundärelektronen mit einer kinetischen Energie von wenigen eV und rückgestreute Elektronen mit einer kinetischen Energie von beispielsweise einigen keV sein. Durch die Wechselwirkung des Ionenstrahls 51 mit dem Testobjekt 23' erzeugte Sekundärpartikel können beispielsweise Sekundärelektronen mit einer Energie von wenigen eV sein.
Das von der Elektronenstrahlsäule 3 zwischen der Endkappe 37 und dem Koinzidenzpunkt 58 erzeugte und durch das Objekt oder einen Objekthalter in seiner Form beeinflusste elektrische Feld bewirkt, dass die Sekundärpartikel beschleunigt werden. Da Sekundärelektronen eine geringe kinetische Energie aufweisen, wirkt sich das elektrische Feld stark auf die Trajektorie der Sekundärelektronen aus. Da die rückgestreuten Elektronen eine vergleichsweise deutlich höhere kinetische Energie aufweisen, wirkt sich das elektrische Feld vergleichsweise gering auf die Trajektorie der rückgestreuten Elektronen aus.
In 5A ist die Abschirmelektrode 61 in der zweiten Stellung angeordnet. Daher verlaufen Äquipotentiallinien (nicht gezeigt) des elektrischen Feldes an der Oberfläche 24' des Testobjekts 23' im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche 24' des Testobjekts 23'. Dies gilt auch für bereits nur geringfügig leitende Objekte, insbesondere das Objekt 23. Ein Pfeil 67 repräsentiert die Richtung und Stärke des elektrischen Feldes an einem Testpunkt 66. Der Testpunkt 66 ist zwischen der Oberfläche 24' des Testobjekts 23' und der Austrittsöffnung 41 der Elektronenstrahlsäule 3 angeordnet. Der Testpunkt ist ferner nicht weiter als beispielsweise 2000 µm oder nicht weiter als 1000 µm von dem Koinzidenzpunkt 58 und/oder der Oberfläche 24' des Testobjekts 23' entfernt. Der Pfeil 67 repräsentiert auch die Kraft, die auf ein an dem Testpunkt 66 positioniertes Sekundärelektron aufgrund des elektrischen Feldes wirkt.
Der spitze Winkel β zwischen der Hauptachse 55 der Elektronenstrahlsäule 3 und der Richtung des elektrischen Feldes am Testpunkt 66 (Pfeil 67) weist einen verhältnismäßig großen ersten Wert auf. Hierdurch wird das am Testpunkt 66 positionierte Sekundärelektron zwar von dem Testobjekt 23' weg beschleunigt, jedoch nicht in eine Richtung hin zu der Austrittsöffnung 41 der Elektronenstrahlsäule 3. Somit wird das Sekundärelektron nicht gezielt in Richtung zu den im Inneren der Elektronenstrahlsäule 3 angeordneten Detektoren gelenkt. Daher kann mit der in 5A gezeigten Konfiguration nur ein geringer Anteil der erzeugten Sekundärelektronen durch die im Inneren der Elektronenstrahlsäule 3 angeordnete Detektoren detektiert werden.
5B zeigt den selben Ausschnitt des in 1 dargestellten Partikelstrahlsystems 1 wie 5A, wobei das Partikelstrahlsystem in dem ersten Betriebsmodus ist. Dementsprechend ist die Abschirmelektrode 61 in der ersten Stellung angeordnet, d. h. zwischen der Austrittsöffnung 54 der Ionenstrahlsäule 5 und dem Koinzidenzpunkt 58, und sie umgibt die Hauptachse 57 der Ionenstrahlsäule 5 zwischen der Austrittsöffnung 54 und dem Koinzidenzpunkt 58 wenigstens teilweise. Weiterhin ist die Oberfläche 24' des Testobjekts 23' im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse 57 der Ionenstrahlsäule 5 angeordnet. Des Weiteren wird von der Elektronenstrahlsäule 3 in Verbindung mit dem Testobjekt 23' oder einem Objekthalter das elektrische Feld zwischen der Endkappe 37 und dem Koinzidenzpunkt 58 auf die gleiche Weise wie in 5A erzeugt.
Die Form des Feldes wird durch die Anwesenheit der in der ersten Stellung angeordneten Abschirmelektrode 61 und durch die Potenziale, die an die Abschirmelektrode 61, das Testobjekt 23' und die Endkappe 37 angelegt werden, beeinflusst. Insbesondere beeinflusst die Abschirmelektrode 61 in der ersten Stellung das elektrische Feld derart, dass es am Testpunkt 66 eine Richtung und Stärke aufweist, die durch den Pfeil 69 repräsentiert wird.
Die Richtung des am Testpunkt 66 vorhandenen elektrischen Feldes (Pfeil 69) schließt mit der Hauptachse 55 der Elektronenstrahlsäule 3 einen spitzen Winkel mit dem Wert α ein, welcher signifikant kleiner als der Winkel β in 5A ist. Von dem Testobjekt 23' ausgehende Sekundärelektronen können daher, verglichen mit der in 5A gezeigten Situation, durch das elektrische Feld effizienter zu der Austrittsöffnung 41 gelenkt und den im Inneren der Elektronenstrahlsäule 3 angeordneten Detektoren zugeführt werden.
Somit bewirkt die Abschirmelektrode 61 in der ersten Stellung neben der Abschirmung des Ionenstrahls 51 ferner, dass von dem Testobjekt 23' ausgehende Sekundärpartikel effizienter zu der Austrittsöffnung 41 der Elektronenstrahlsäule 3 hin geführt werden, wodurch ein höherer Anteil der erzeugten Sekundärpartikel detektiert werden kann, was die Detektionseffizienz der Elektronenstrahlsäule 3 verbessert.
Mit Bezug zu den 6A und 6B werden nachfolgend Verfahren beschrieben, welche mit dem Partikelstrahlsystem 1 durchgeführt werden können.
Ein beispielhaftes Verfahren umfasst eine erste Sequenz, dargestellt in 6A, und eine zweite Sequenz, dargestellt in 6B.
Die erste Sequenz umfasst eine erste Gruppe (Gruppe 1) von Schritten und eine zweite Gruppe (Gruppe 2) von Schritten, wobei die Schritte der ersten Gruppe vor den Schritten der zweiten Gruppe durchgeführt werden.
Die Schritte der ersten Gruppe der ersten Sequenz werden durchgeführt, um das Partikelstrahlsystem 1 in den ersten Betriebsmodus zu bringen. In einem Schritt S1 der ersten Gruppe der ersten Sequenz wird zwischen der Elektronenstrahlsäule 3 und dem Koinzidenzpunkt 58 ein elektrisches Feld erzeugt. In einem Schritt S2 wird ein zu untersuchender und zu bearbeitender Oberflächenabschnitt 24 des Objekts 23 im gemeinsamen Arbeitsbereich 53 im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse 57 der Ionenstrahlsäule 5 angeordnet. Der Oberflächenabschnitt 24 ist daher in der Nähe des Koinzidenzpunkts 58 angeordnet. In einem Schritt S3 wird die Abschirmelektrode 61 in der ersten Stellung angeordnet. Nach Durchführung der Schritte S1 bis S3 ist das Partikelstrahlsystem in dem ersten Betriebsmodus, dargestellt in 1.
Nach den Schritten S1 bis S3 der ersten Gruppe der ersten Sequenz werden die Schritte der zweiten Gruppe der ersten Sequenz durchgeführt, während das Partikelstrahlsystem 1 in dem ersten Betriebsmodus ist.
Die zweite Gruppe der ersten Sequenz kann die folgenden Schritte umfassen: einen Schritt S4, in welchem der Oberflächenabschnitt 24 des Objekts 23 mit dem Ionenstrahl 51 bearbeitet wird; einen Schritt S5, in welchem der Elektronenstrahl 21 auf den Oberflächenabschnitt 24 des Objekts 23 gerichtet wird, um Sekundärpartikel zu erzeugen; einen Schritt S6, in welchem von dem Objekt 23 bzw. dem Oberflächenabschnitt 24 ausgehende Sekundärpartikel mit den in der Elektronenstrahlsäule 3 angeordneten Detektoren 39, 45 detektiert werden; und einen Schritt S7, in welchem basierend auf den detektierten Sekundärpartikeln Bilddaten erzeugt werden, die ein Bild des Objekts 23 repräsentieren.
Beispielsweise wird der Elektronenstrahl 21 oder der Ionenstrahl 51 oder beide auf den Oberflächenabschnitt 24 des Objekts 23 gerichtet, um Sekundärpartikel zu erzeugen. Die Sekundärpartikel können mittels der in der Elektronenstrahlsäule 3 angeordneten Detektoren 39, 45 detektiert werden. Basierend auf diesen detektierten Sekundärpartikeln können Bilddaten erzeugt werden, die ein Bild des Oberflächenabschnitts 24 des Objekts 23 repräsentieren. Auf Grundlage der Bilddaten kann der Fortschritt der Bearbeitung des Objekts 23 beurteilt und gesteuert werden.
Davor, danach oder gleichzeitig kann der Ionenstrahl 51 auf den Oberflächenabschnitt 24 des Objekts 23 gerichtet werden, um diesen zu bearbeiten, d. h. Material von diesem zu entfernen oder unter Zufügung eines Prozessgases Material an diesem abzuscheiden.
Die Schritte der zweiten Gruppe der ersten Sequenz können innerhalb der ersten Sequenz mehrfach ausgeführt werden und insbesondere wiederholt werden. Beispielsweise wird zunächst der Elektronenstrahl 21 auf den Oberflächenabschnitt 24 des Objekts 23 gerichtet, um Bilddaten zu erzeugen. Anhand der Bilddaten werden die Parameter zur anschließenden Bearbeitung des Oberflächenabschnitts 24 des Objekts 23 mit dem Ionenstrahl 51 für die erste Sequenz bestimmt. Nach dem Bearbeiten des Oberflächenabschnitts 24 mit dem Ionenstrahl 51 in der ersten Sequenz kann erneut der Elektronenstrahl 21 auf den Oberflächenabschnitt 24 gerichtet werden, um wiederum Bilddaten zu erzeugen, mittels welcher das Objekt erneut mit dem Ionenstrahl 51 bearbeitet wird. Dementsprechend können die Schritte der zweiten Gruppe der ersten Sequenz mehrfach wiederholt werden, bevor die erste Sequenz beendet ist und mit der zweiten Sequenz fortgefahren wird.
Vor und/oder nach der ersten Sequenz kann die zweite Sequenz durchgeführt werden. Die zweite Sequenz umfasst eine erste Gruppe (Gruppe 1) von Schritten und eine zweite Gruppe (Gruppe 2) von Schritten, wobei die Schritte der ersten Gruppe vor den Schritten der zweiten Gruppe durchgeführt werden.
Die Schritte der ersten Gruppe der zweiten Sequenz (vgl. 6B) werden durchgeführt, um das Partikelstrahlsystem 1 in den zweiten Betriebsmodus zu bringen. In dem Schritt S8 der ersten Gruppe der zweiten Sequenz wird zwischen der Elektronenstrahlsäule 3 und dem Koinzidenzpunkt 58 ein elektrisches Feld erzeugt. Beispielsweise wird das während der ersten Sequenz erzeugte Feld unverändert auch während der zweiten Sequenz erzeugt. In einem Schritt S9 wird der zu untersuchende und zu bearbeitende Oberflächenabschnitt 24 des Objekts 23 im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse 55 der Elektronenstrahlsäule 3 angeordnet. In einem Schritt S10 wird die Abschirmelektrode 61 in der zweiten Stellung angeordnet. Nach Durchführung der Schritte S8 bis S10 ist das Partikelstrahlsystem in dem zweiten Betriebsmodus, dargestellt in 3.
Nach den Schritten S8 bis S10 der ersten Gruppe der zweiten Sequenz werden die Schritte der zweiten Gruppe der zweiten Sequenz durchgeführt, während das Partikelstrahlsystem 1 in dem zweiten Betriebsmodus ist.
Die zweite Gruppe der zweiten Sequenz kann die folgenden Schritte umfassen: einen Schritt S11, in welchem der Oberflächenabschnitt 24 des Objekts 23 mit dem Ionenstrahl 51 bearbeitet wird; einen Schritt S12, in welchem der Elektronenstrahl 21 auf das den Oberflächenabschnitt 24 des Objekts 23 gerichtet wird, um Sekundärpartikel zu erzeugen; einen Schritt S13, in welchem von dem Oberflächenabschnitt 24 des Objekts 23 ausgehende Sekundärpartikel mit den in der Elektronenstrahlsäule 3 angeordneten Detektoren 39, 45 detektiert werden; und einen Schritt S14, in welchem basierend auf den detektierten Sekundärpartikeln Bilddaten erzeugt werden, die ein Bild des Oberflächenabschnitts 24 des Objekts 23 repräsentieren. Die Schritte S11 bis S14 entsprechen im Wesentlichen den Schritten S4 bis S7.
Beispielsweise wird der Elektronenstrahl 21 oder der Ionenstrahl 51 oder beide auf den Oberflächenabschnitt 24 des Objekts 23 gerichtet, um Sekundärpartikel zu erzeugen. Die Sekundärpartikel können mittels der in der Elektronenstrahlsäule 3 angeordneten Detektoren 39, 45 detektiert werden. Basierend auf diesen detektierten Sekundärpartikeln können Bilddaten erzeugt werden, die ein Bild des Oberflächenabschnitts 24 des Objekts 23 repräsentieren. Auf Grundlage der Bilddaten kann der Fortschritt der Bearbeitung des Objekts 23 beurteilt und gesteuert werden.
Davor, danach oder gleichzeitig kann der Ionenstrahl auf den Oberflächenabschnitt 24 des Objekts 23 gerichtet werden, um dieses zu bearbeiten, d. h. Material von diesem zu entfernen oder unter Zufügung eines Prozessgases Material an diesem abzuscheiden.
Die Schritte der zweiten Gruppe der zweiten Sequenz können innerhalb der zweiten Sequenz mehrfach ausgeführt werden und insbesondere wiederholt werden. Beispielsweise wird zunächst der Elektronenstrahl 21 auf den Oberflächenabschnitt 24 des Objekts 23 gerichtet, um Bilddaten zu erzeugen. Anhand der Bilddaten werden die Parameter zur anschließenden Bearbeitung des Oberflächenabschnitts 24 des Objekts 23 mit dem Ionenstrahl 51 für die zweite Sequenz bestimmt. Nach dem Bearbeiten des Oberflächenabschnitts 24 des Objekts 23 mit dem Ionenstrahl 51 in der zweiten Sequenz kann erneut der Elektronenstrahl 21 auf den Oberflächenabschnitt 24 des Objekts 23 gerichtet werden, um wiederum Bilddaten zu erzeugen, mittels welcher das Objekt 23 erneut mit dem Ionenstrahl 51 bearbeitet wird. Dementsprechend können die Schritte der zweiten Gruppe der zweiten Sequenz mehrfach wiederholt werden, bevor die zweite Sequenz beendet ist und mit der ersten Sequenz fortgefahren wird.
Die während der ersten Sequenz aufgenommenen Bilddaten können auch zur Steuerung des Elektronenstrahls 21 und/oder des Ionenstrahls 51 in der zweiten Sequenz verwendet werden können. Ebenso können die während der zweiten Sequenz erzeugten Bilddaten zur Steuerung des Elektronenstrahls 21 und/oder des Ionenstrahls 51 während der ersten Sequenz verwendet werden.
7 zeigt ein weiteres beispielhaftes Verfahren zum Betreiben des Partikelstrahlsystems 1. Das Verfahren beginnt, indem die Schritte der ersten Sequenz durchgeführt werden. Nach der ersten Sequenz wird geprüft, ob eine erste Abbruchbedingung erfüllt ist. Die erste Abbruchbedingung hängt davon ab, welche Art von Objekt erzeugt werden soll bzw. davon, wie das Objekt bearbeitet werden soll. Beispielsweise wird anhand der in der ersten Sequenz aufgenommenen Bilddaten beurteilt, ob das Objekt eine gewünschte Gestalt aufweist. Die erste Abbruchbedingung kann auch darin bestehen, dass das Objekt in einem vordefinierten Umfang bearbeitet und analysiert wurde.
Wenn die erste Abbruchbedingung erfüllt ist, endet das Verfahren. Wenn die erste Abbruchbedingung nicht erfüllt ist, werden die Schritte der zweiten Sequenz durchgeführt.
Nach der Durchführung der Schritte der zweiten Sequenz wird geprüft, ob eine zweite Abbruchbedingung erfüllt ist. Die zweite Abbruchbedingung kann gleich der ersten Abbruchbedingung sein, sie kann sich jedoch auch von der ersten Abbruchbedingung unterscheiden.
Wenn die Prüfung der zweiten Abbruchbedingung ergibt, dass die zweite Abbruchbedingung erfüllt ist, wird das Verfahren beendet. Wenn die Prüfung der zweiten Abbruchbedingung ergibt, dass die zweite Abbruchbedingung nicht erfüllt ist, wird das Verfahren mit der ersten Sequenz fortgeführt.
Gemäß einer Abwandlung des in 7 dargestellten Verfahrens kann die Prüfung der ersten oder zweiten Abbruchbedingung weggelassen werden.

Claims

Partikelstrahlsystem (1) zum Untersuchen und Bearbeiten eines Objekts (23), wobei das Partikelstrahlsystem (1) umfasst: eine Elektronenstrahlsäule (3), welche dazu konfiguriert ist, einen Elektronenstrahl (21) zu erzeugen; eine Ionenstrahlsäule (5), welche dazu konfiguriert ist, einen Ionenstrahl (51) zu erzeugen, wobei die Elektronenstrahlsäule (3) und die Ionenstrahlsäule (5) einen gemeinsamen Arbeitsbereich (53) haben, in welchem das Objekt (23) angeordnet sein kann und in welchem sich eine Hauptachse (55) der Elektronenstrahlsäule (3) und eine Hauptachse (57) der Ionenstrahlsäule (5) in einem Koinzidenzpunkt (58) treffen; und eine Abschirmelektrode (61), welche in einer ersten Stellung angeordnet sein kann, wobei, wenn die Abschirmelektrode (61) in der ersten Stellung angeordnet ist, die Abschirmelektrode (61) die Hauptachse (57) der Ionenstrahlsäule (5) zwischen einer Austrittsöffnung (54) der Ionenstrahlsäule (5), aus welcher der Ionenstrahl (51) aus der Ionenstrahlsäule (5) zu dem gemeinsamen Arbeitsbereich (53) hin austreten kann, und dem Koinzidenzpunkt (58) wenigstens teilweise umgibt, und wobei ein Abschirmelektrode-Koinzidenzpunkt-Abstand (AKD), welcher der kleinste Abstand zwischen der in der ersten Stellung angeordneten Abschirmelektrode (61) und dem Koinzidenzpunkt (58) ist, kleiner als ein Elektronenstrahlsäule-Koinzidenzpunkt-Abstand (EKD) ist, welcher der kleinste Abstand zwischen der Elektronenstrahlsäule (3) und dem Koinzidenzpunkt (58) ist.
Partikelstrahlsystem nach Anspruch 1, wobei, wenn die Abschirmelektrode (61) in der ersten Stellung angeordnet ist, das Verhältnis des Abschirmelektrode-Koinzidenzpunkt-Abstands (AKD) zu dem Elektronenstrahlsäule-Koinzidenzpunkt-Abstand (EKD) höchstens 0,9, insbesondere höchstens 0,8, weiter insbesondere höchstens 0,7 beträgt.
Partikelstrahlsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei, wenn die Abschirmelektrode (61) in der ersten Stellung angeordnet ist, das Verhältnis des Abschirmelektrode-Koinzidenzpunkt-Abstands (AKD) zu einem Ionenstrahlsäule-Koinzidenzpunkt-Abstand (IKD), welcher der kleinste Abstand zwischen der Ionenstrahlsäule (5) und dem Koinzidenzpunkt (58) ist, höchstens 0,5, insbesondere höchstens 0,4, weiter insbesondere höchstens 0,3 beträgt.
Partikelstrahlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verhältnis der Länge (L) der Abschirmelektrode (61) entlang der Hauptachse (57) der Ionenstrahlsäule (5) zu einem Ionenstrahlsäule-Koinzidenzpunkt-Abstand (IKD), welcher der kleinste Abstand zwischen der Ionenstrahlsäule (5) und dem Koinzidenzpunkt (58) ist, wenigstens 0,2, insbesondere wenigstens 0,35, weiter insbesondere wenigstens 0,5 beträgt.
Partikelstrahlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Abschirmelektrode (61) eine elektrisch leitende Oberfläche aufweist.
Partikelstrahlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Abschirmelektrode (61) eine sich entlang der Hauptachse (57) der Ionenstrahlsäule (5) erstreckende, die Hauptachse (57) der Ionenstrahlsäule (5) umschließende Gestalt aufweist.
Partikelstrahlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Abschirmelektrode (61) in einer zweiten Stellung angeordnet sein kann, in welcher die Abschirmelektrode (61) die Hauptachse (57) der Ionenstrahlsäule (5) nicht umgibt.
Partikelstrahlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Elektronenstrahlsäule (3) eine Austrittsöffnung (41) aufweist, aus welcher der Elektronenstrahl (21) aus der Elektronenstrahlsäule (3) zu dem gemeinsamen Arbeitsbereich (53) hin austreten kann, und wobei die Elektronenstrahlsäule (3) dazu konfiguriert ist, zwischen der Austrittsöffnung (41) der Elektronenstrahlsäule (3) und dem Koinzidenzpunkt (58) ein elektrisches Feld zu erzeugen, welches geeignet ist, den Elektronenstrahl (21) zu verlangsamen.
Partikelstrahlsystem nach Anspruch 8, wobei die Abschirmelektrode (61) so gebildet ist, dass die Abschirmelektrode (61), wenn sie in der ersten Stellung angeordnet ist, das elektrische Feld so beeinflusst, dass von dem gemeinsamen Arbeitsbereich (53) ausgehende Sekundärpartikel effizienter zu der Austrittsöffnung (41) der Elektronenstrahlsäule (3) hin geführt werden, als wenn die Abschirmelektrode (61) in der zweiten Stellung angeordnet ist.
Partikelstrahlsystem nach Anspruch 8 oder 9, wobei, wenn eine ebene metallische Oberfläche (24') eines Testobjekts (23') im Koinzidenzpunkt (58) angeordnet und im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse (57) der Ionenstrahlsäule (5) orientiert ist, ein spitzer Winkel zwischen der Hauptachse (55) der Elektronenstrahlsäule (3) und der Richtung (67, 69) des elektrischen Feldes an einem Testpunkt (66) einen ersten Wert (α) aufweist, wenn die Abschirmelektrode (61) in der ersten Stellung angeordnet ist, und einen zweiten Wert (β) aufweist, wenn die Abschirmelektrode (61) in der zweiten Stellung angeordnet ist, wobei der erste Wert (α) kleiner als der zweite Wert ist (β) und wobei der Testpunkt (66) zwischen der ebenen metallischen Oberfläche (24') des Testobjekts (23') und der Austrittsöffnung (41) der Elektronenstrahlsäule (3) mit einem Abstand von höchstens 2000 µm von dem Koinzidenzpunkt (58) oder der Oberfläche (24') des Testobjekts (23') angeordnet ist.
Partikelstrahlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Elektronenstrahlsäule (3) in ihrem Inneren einen Detektor (39, 45) zum Detektieren von Sekundärpartikeln aufweist.
Partikelstrahlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner umfassend: eine Potenzialquelle für die Abschirmelektrode (61), welche dazu konfiguriert ist, ein einstellbares elektrisches Potenzial an die Abschirmelektrode (61) anzulegen.
Partikelstrahlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Elektronenstrahlsäule (3) eine Endkappe (37) umfasst, welche das am nächsten zu dem Koinzidenzpunkt (58) liegende Element der Elektronenstrahlsäule (3) umfasst; und wobei das Partikelstrahlsystem (1) ferner eine Potenzialquelle für die Endkappe (37) umfasst, welche dazu konfiguriert ist, ein einstellbares elektrisches Potenzial an die Endkappe (37) anzulegen.
Verfahren zum Betreiben des Partikelstrahlsystems (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Verfahren eine erste Sequenz umfasst, wobei die erste Sequenz umfasst: - Anordnen der Abschirmelektrode (61) in der ersten Stellung (S3); - Anordnen des Objekts (23) im gemeinsamen Arbeitsbereich (53) so, dass ein zu bearbeitender und zu untersuchender Oberflächenabschnitt (24) des Objekts (23) im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse (57) der Ionenstrahlsäule (5) orientiert ist (S2); - Bearbeiten des Oberflächenabschnitts (24) des Objekts (23) mit dem Ionenstrahl (5), während die Abschirmelektrode (61) in der ersten Stellung angeordnet ist und der Oberflächenabschnitt (24) im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse (57) der Ionenstrahlsäule (5) orientiert ist (S4).
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die erste Sequenz ferner umfasst: - Detektieren von Sekundärpartikeln, die von dem Oberflächenabschnitt (24) des Objekts (23) ausgehen, mit einem im Inneren der Elektronenstrahlsäule (3) angeordneten Detektor (39, 45), während die Abschirmelektrode (61) in der ersten Stellung angeordnet ist und der Oberflächenabschnitt (24) des Objekts (23) im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse (57) der Ionenstrahlsäule (5) orientiert ist (S6).
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die erste Sequenz ferner umfasst: - Richten des Elektronenstrahls (21) auf den Oberflächenabschnitt (24) des Objekts (23), um die Sekundärpartikel zu erzeugen (S5).
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei das Verfahren ferner eine zweite Sequenz umfasst, wobei die zweite Sequenz umfasst: - Anordnen der Abschirmelektrode (61) in der zweiten Stellung (S10); - Anordnen des Objekts (23) so, dass der Oberflächenabschnitt (24) des Objekts (23) im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse (55) der Elektronenstrahlsäule (3) orientiert ist (S9); - Richten des Elektronenstrahls (21) auf den Oberflächenabschnitt (24) des Objekts (23) und Detektieren von hierdurch von dem Oberflächenabschnitt (24) ausgehenden Sekundärpartikeln mit einem im Inneren der Elektronenstrahlsäule (3) angeordneten Detektor (39, 45), wobei das Richten und Detektieren durchgeführt wird, während die Abschirmelektrode (61) in der zweiten Stellung angeordnet ist und der Oberflächenabschnitt (24) im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse (5) der Elektronenstrahlsäule (3) orientiert ist (S12).
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die erste und zweite Sequenz wiederholt nacheinander durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, ferner umfassend: Erzeugen eines elektrisches Feldes zwischen einer Austrittsöffnung (41), aus welcher der Elektronenstrahl (21) aus der Elektronenstrahlsäule (3) zu dem gemeinsamen Arbeitsbereich (53) hin austreten kann, und dem Koinzidenzpunkt (58) durch die Elektronenstrahlsäule (3), wobei das elektrische Feld geeignet ist, den Elektronenstrahl (21) zu verlangsamen (S1, S8).
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das elektrische Feld erzeugt wird, während der Oberflächenabschnitt (24) mit dem Ionenstrahl (51) in der ersten Sequenz bearbeitet wird und während mit einem im Inneren der Elektronenstrahlsäule (3) angeordneten Detektor (39, 45) von dem Oberflächenabschnitt (24) ausgehende Sekundärpartikel detektiert werden.