DE102022119555B3

DE102022119555B3 - Verfahren zum Betreiben eines Teilchenstrahlsystems, Teilchenstrahlsystem und Computerprogrammprodukt

Info

Publication number: DE102022119555B3
Application number: DE102022119555.4A
Authority: DE
Inventors: Andreas Schmaunz; Simon Diemer
Original assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2022-08-04
Filing date: 2022-08-04
Publication date: 2024-02-01
Anticipated expiration: 2042-08-05
Also published as: US20240047175A1

Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben eines Teilchenstrahlsystems umfasst ein Bestimmen von Werten von Betriebsparametern des Teilchenstrahlsystems und ein Betreiben des Teilchenstrahlsystems mit den bestimmten Werten der Betriebsparameter, sowie ein Aufnehmen eines teilchenmikroskopischen Bildes einer Probe mit dem Teilchenstrahlsystem. Die Betriebsparameter repräsentieren wenigstens eine Größe eines Flusses eines der Probe zur Ladungskompensation zugeführten Gases, einen Strom eines auf die Probe gerichteten Teilchenstrahls zur Aufnahme des Bildes, eine kinetische Energie der Teilchen des Teilchenstrahls beim Auftreffen auf die Probe, eine Scangeschwindigkeit des Teilchenstrahls über die Probe zur Aufnahme des Bildes und eine Vergrößerung des aufgenommenen Bildes. Das Bestimmen der Werte von Betriebsparametern umfasst ein Bestimmen eines Werts der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases basierend auf einer Mehrzahl von in einer Datenbank zuvor gespeicherten Einträgen und einem aktuellen Wert jedes der Betriebsparameter mit Ausnahme der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases, wobei jeder Eintrag wenigstens einen Wert jedes der Betriebsparameter umfasst. Gemäß anderen Ausführungsformen kann das Verfahren ein Aufnehmen einer Reihe von teilchenmikroskopischen Bildern und ein Bestimmen des optimalen Wertes der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases basierend auf einem Maß einer Ähnlichkeit zwischen teilchenmikroskopischen Bildern der Reihe von teilchenmikroskopischen Bildern umfassen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Teilchenstrahlsystems, ein Teilchenstrahlsystem und ein Computerprogrammprodukt. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben von Teilchenstrahlsystemen, bei denen einer oder mehrere Teilchenstrahlen an einer zu untersuchenden Probe fokussiert werden.
Ein Beispiel für ein solches Teilchenstrahlsystem ist ein Rasterelektronenmikroskop, bei dem ein fokussierter Elektronenstrahl über eine zu untersuchende Probe gerastert wird und durch den auftreffenden Elektronenstrahl an der Probe erzeugte Sekundärelektronen oder Rückstreuelektronen in Abhängigkeit von der Auslenkung des fokussierten Elektronenstrahls detektiert werden, um ein elektronenmikroskopisches Bild der Probe zu erzeugen.
Durch die Fokussierung des Strahls geladener Teilchen auf einen Punkt gelangt pro Zeiteinheit eine große Anzahl von Ladungsträgern in die Probe. Die Geschwindigkeit, mit der die Ladungsträger abfließen können, ist abhängig von der lokalen Probenbeschaffenheit. Daher kann es zu lokalen Aufladungen einer Probenoberfläche kommen, die eine Qualität des teilchenmikroskopischen Bildes beeinflussen können. Um solchen lokalen Aufladungen entgegenzuwirken, kann die Probe mit einer leitfähigen Schicht versehen werden, was einen zusätzlichen Arbeitsschritt benötigt. Eine hohe Leitfähigkeit der Probenoberfläche gewährleistet, dass Teilchen eines auf einen zu untersuchenden Punkt fokussierten Teilchenstrahls in die Probe oder einen Probentisch abfließen können. Bei einer weiteren Methode wird der Druck in der Probenkammer auf etwa einige zehn bis einige hundert Pa, zum Beispiel 100 Pa, erhöht, wodurch die Leitfähigkeit der Umgebung zunimmt und dadurch zur schnelleren Entladung der Probe führt. Zudem kann ein Gas (meist Stickstoff) mit einer Düse direkt an die Probenoberfläche geleitet und somit eine Ladungskompensation erreicht werden.
Das Zuführen eines Gases hat den Vorteil, dass kein zusätzlicher vorangehender Arbeitsschritt nötig ist und Feinstrukturen der Oberfläche der Probe nicht von einer Schicht unkenntlich verdeckt werden. Das Zuführen des Gases direkt an einen lokalen Bereich der Probe hat zudem den Vorteil, dass, im Gegensatz zu einer Gaszufuhr in die gesamte Vakuumkammer, die Streuung der Teilchen an dem Gas gering gehalten wird und sich demnach die Auflösung von teilchenmikroskopischen Bildern nur geringfügig verringert. Darüber hinaus können bei einer lokalen Zuführung des Gases weiterhin viele der gängigen Detektoren verwendet werden.
Die von dem Gas erreichte Ladungskompensation verbessert sich mit höherem Fluss des Gases an die Probenoberfläche. Bei zu hohem Fluss des Gases ergibt sich jedoch verstärkt das bereits oben genannte Problem einer Abnahme der Auflösung aufgrund einer Streuung der Teilchen des Teilchenstrahls an dem Gas. Zusätzlich nehmen eine Helligkeit und ein Kontrast von teilchenmikroskopischen Bildern mit zunehmendem Fluss des Gases ab. Für eine Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases muss also ein Wert gefunden werden, bei dem eine Wirkung von lokalen Aufladungen möglichst gering und gleichzeitig die Auflösung und der Kontrast möglichst hoch, sowie die Helligkeit optimal sind.
Bei konventionellen Verfahren zum Betreiben von Teilchenstrahlsystemen nimmt ein Nutzer dazu beispielsweise ein teilchenmikroskopisches Bild bei einem bestimmten Gasfluss und bestimmten nicht den Gasfluss umfassenden Betriebsparameterwerten des Teilchenstrahlsystems auf und entscheidet anhand dieses aufgenommenen teilchenmikroskopischen Bildes, ob der verwendete Wert des Gasflusses möglichst wenige Artefakte durch lokale Aufladungen und eine optimale Helligkeit, sowie einen optimalen Kontrast im teilchenmikroskopischen Bild bewirkt.
Artefakte können beispielsweise abwechselnde Abfolgen von weißen und schwarzen Flächen, die auch als Zebramuster bezeichnet werden, Bildsprünge, bei denen eine abgebildete Struktur der Probe eine nicht zu erwartende Verschiebung im teilchenmikroskopischen Bild aufweist, Verzerrungen an Kanten, bei denen sich zu erwartende Kanten der abgebildeten Struktur der Probe von Kanten im teilchenmikroskopischen Bild stark unterscheiden, Artefakte, bei denen die Helligkeit und der Kontrast zwischen Bereichen des teilchenmikroskopischen Bildes variieren, und wellenförmige Verzerrungen sein, bei denen im Allgemeinen im teilchenmikroskopischen Bild stark wellenförmige Strukturen, wie beispielsweise sinusförmige Strukturen, erkennbar sind. Ist der Nutzer mit den genannten Eigenschaften des teilchenmikroskopischen Bildes nicht zufrieden, so ändert er den Wert der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases und nimmt erneut ein teilchenmikroskopisches Bild bei den gleichen nicht den Gasfluss umfassenden Betriebsparameterwerten auf, das er auf die genannten Eigenschaften untersucht. Diesen Prozess wiederholt der Nutzer so lange, bis ein geeigneter Wert des Gasflusses gefunden wurde.
Da der Wert der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases jedoch bei jeder Änderung der Betriebsparameterwerte des Teilchenstrahlsystems neu bestimmt werden muss, ist dieser Prozess, insbesondere für unerfahrene Nutzer des Teilchenstrahlsystems, mühsam, und es besteht ein Bedarf an einem vereinfachten Verfahren.
Darüber hinaus ist aus der DE 10 2018 222 522 A1 ein Teilchenstrahlsystem bekannt, bei dem bei einer additiven Herstellung durch Materialauftragung mit einem Präkursor-Gas ein Wert einer Flussrate des Präkursor-Gases aus einer Datenbank ausgelesen und verwendet wird.
Aus der DE 10 2019 214 936 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem Daten aus einer Datenbank bei einer Bestimmung von Energie- und Zeitintervallen ausgelesen und verwendet werden.
Aus der DE 10 2020 122 535 A1 ist ein Teilchenstrahlsystem mit einer Datenbank bekannt.
Aus der DE 10 2015 204 091 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem der Probe beim Betreiben eines Teilchenstrahlsystems ein Gas zugeführt wird.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Teilchenstrahlsystems bereitzustellen, das eine Einstellung der Größe des Flusses eines der Probe zur Ladungskompensation zugeführten Gases erleichtert.
Zur Lösung der Aufgabe stellt die Erfindung ein Verfahren mit den im beigefügten Hauptanspruch beschriebenen Merkmalen, sowie ein Teilchenstrahlsystem mit den im nebengeordneten Patentanspruch 7 beschriebenen Merkmalen und ein Computerprogrammprodukt mit den im nebengeordneten Patentanspruch 8 beschriebenen Merkmalen bereit. Vorteilhafte Ausführungsformen werden durch die abhängigen Patentansprüche 2 bis 6 angegeben.
Das Verfahren zum Betreiben eines Teilchenstrahlsystems umfasst ein Bestimmen von Werten von Betriebsparametern des Teilchenstrahlsystems und ein Betreiben des Teilchenstrahlsystems mit den bestimmten Werten der Betriebsparameter und ein Aufnehmen eines teilchenmikroskopischen Bildes einer Probe mit dem Teilchenstrahlsystem, das mit den bestimmten Werten der Betriebsparameter betrieben wird.
Die Betriebsparameter repräsentieren wenigstens eine Größe eines Flusses eines der Probe zur Ladungskompensation zugeführten Gases wie oben beschrieben, einen Strom eines auf die Probe gerichteten Teilchenstrahls zur Aufnahme des Bildes, eine kinetische Energie der Teilchen des Teilchenstrahls beim Auftreffen auf die Probe, eine Scangeschwindigkeit des Teilchenstrahls über die Probe zur Aufnahme des Bildes und eine Vergrößerung des aufgenommenen Bildes. Es sei angemerkt, dass die Betriebsparameter auch andere Größen sein können, die die genannten Größen implizieren. Beispielsweise kann auch ein Drehwinkel eines manuellen Drehventils einer Leitung eines Gases die Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases repräsentieren.
Im Allgemeinen umfassen die Betriebsparameter eine Größe, die die Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases repräsentiert. Da in der vorliegenden Anmeldung Schritte beschrieben werden, in denen ein Wert einer Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases bestimmt wird und diese Bestimmung auf einem Satz von Betriebsparametern basieren kann, in dem die Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases nicht umfasst ist, wird dieser Satz von Betriebsparametern im Folgenden der Einfachheit halber als „nicht den Gasfluss umfassende Betriebsparameter“ bezeichnet.
Das Bestimmen der Werte der Betriebsparameter umfasst ein Bestimmen eines Werts der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases basierend auf einer Mehrzahl von in einer Datenbank zuvor gespeicherten Einträgen und einem aktuellen Wert jedes der Betriebsparameter mit Ausnahme der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases (genauer gesagt jedes der nicht den Gasfluss umfassenden Betriebsparameter), wobei ein jeder Eintrag wenigstens einen Wert jedes der Betriebsparameter umfasst. Durch solche Ausführungsformen kann eine automatische Bestimmung eines Werts der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases mit geringem Berechnungsaufwand erfolgen. Der Berechnungsaufwand ist dadurch gering, dass eine Abfrage und Verarbeitung aus einer Datenbank weniger Operationen eines Programms benötigt, als beispielsweise eine Bestimmung anhand eines oder mehrerer aufgenommenen teilchenmikroskopischen Bilder.
Gemäß manchen Ausführungsformen umfassen die Betriebsparameter ferner eine mittlere Zusammensetzung des Materials der Probe und eine Scan-Strategie, gemäß der das Teilchenstrahlsystem den Teilchenstrahl über die Probe fährt. Dabei kann die mittlere Zusammensetzung des Materials der Probe ein mittlerer prozentualer Wert des Bestands des Materials in der Probe sein. Insbesondere kann, z. B. bei technischen Produkten, die mittlere Zusammensetzung des Materials der Probe in Abschnitte unterteilt sein, die Abschnitten der Probe entsprechen, wie beispielsweise Schichten eines Halbleiters. Die Scan-Strategie, gemäß der das Teilchenstrahlsystem den Teilchenstrahl über die Probe fährt, wird durch Einstellungen des Teilchenstrahlsystems gekennzeichnet, die einen Satz von Punkten auf der Probe, auf die der Teilchenstrahl gerichtet werden soll, eine Reihenfolge des Satzes von Punkten, gemäß der der Teilchenstrahl auf die Punkte des Satzes von Punkten gerichtet werden soll, eine Geschwindigkeit, mit der der Teilchenstrahl von einem Punkt zu einem anderen Punkt gefahren wird, und eine Dauer umfassen, mit der der Teilchenstrahl auf einen Punkt des Satzes von Punkten gerichtet wird. Ein Wert der Scan-Strategie kann beispielsweise eine Zahl sein, die gemäß einer Nummerierung eines vorbestimmten Satzes von Scan-Strategien einer bestimmten Scan-Strategie zugeordnet werden kann. Solche Ausführungsformen ermöglichen beispielsweise, dass bereits bekannte Eigenschaften der Probe bei dem Verfahren berücksichtigt werden. Wird ein Teilchenstrahlsystem ausschließlich zur Untersuchung von Proben verwendet, die nahezu identische Strukturen aufweisen, so kann ein Berücksichtigen dieser Strukturen eine Genauigkeit der Bestimmung des Flusses des der Probe zugeführten Gases erhöhen.
Gemäß manchen Ausführungsformen umfasst das Bestimmen des Werts der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases ein Auswählen des Werts der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases desjenigen Eintrags, bei dem die Werte der nicht den Gasfluss umfassenden Betriebsparameter den aktuellen Werten der nicht den Gasfluss umfassenden Betriebsparameter am ähnlichsten sind. Die Ähnlichkeit der Werte kann hier beispielsweise durch eine Summe von gewichteten Differenzen der Werte der nicht den Gasfluss umfassenden Betriebsparameter bestimmt werden. Gewichte der gewichteten Differenzen können vorbestimmt sein, oder vom Nutzer des Teilchenstrahlsystems in einer Steuerungssoftware eingegeben werden. Durch solche Ausführungsformen kann ein Berechnungsaufwand von dem Teilchenstrahlsystem und/oder von einem Server, der mit dem Teilchenstrahlsystem verbunden ist, minimiert werden.
Gemäß manchen Ausführungsformen umfasst das Bestimmen der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases ein Bestimmen einer Interpolationsfunktion anhand der in den Einträgen der Datenbank umfassten Werte der Betriebsparameter, wobei die Interpolationsfunktion eine Beziehung zwischen den in den Einträgen der Datenbank umfassten Werten angibt, und ein Berechnen des Werts der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases bei den aktuellen Werten der nicht den Gasfluss umfassenden Betriebsparameter mit der Interpolationsfunktion. Durch solche Ausführungsformen können Werte für die Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases bestimmt werden, die nicht durch Einträge in der Datenbank repräsentiert sind. Die Interpolationsfunktion kann beispielsweise durch eine mehrdimensionale Spline-Interpolation oder eine lineare Interpolation durchgeführt werden.
Gemäß manchen Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Teilchenstrahlsystems ferner ein Speichern von Informationen zu der Interpolationsfunktion in der Datenbank, wobei die Informationen so gewählt sind, dass die Interpolationsfunktion anhand der gespeicherten Informationen rekonstruiert werden kann. Beispielsweise kann dazu ein verwendetes Interpolationsverfahren, sowie die bestimmten Parameter der resultierenden Interpolationsfunktion gespeichert werden. Dadurch kann erreicht werden, dass eine Interpolationsfunktion nicht bei jedem aufgenommenen teilchenmikroskopischen Bild bestimmt werden muss, wodurch ein Berechnungsaufwand des Teilchenstrahlsystems und/oder eines Servers, der mit dem Teilchenstrahlsystem verbunden ist, reduziert wird.
Gemäß manchen Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Teilchenstrahlsystems ferner ein Speichern der bestimmten Werte der Betriebsparameter als Eintrag in der Datenbank. Somit kann die Datenbank durch deren Nutzung kontinuierlich erweitert werden.
Gemäß Vergleichsbeispielen umfasst das Verfahren ein Bestimmen eines optimalen Wertes der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases und ein Aufnehmen eines teilchenmikroskopischen Bildes der Probe mit dem Teilchenstrahlsystem, das mit dem bestimmten optimalen Wert der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases betrieben wird. Betriebsparameterwerte, die nicht die Größe des Gasflusses repräsentieren, bleiben unverändert und werden sowohl im Verfahrensschritt des Bestimmens eines optimalen Wertes der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases, als auch im Verfahrensschritt des Aufnehmens eines teilchenmikroskopischen Bildes bei dem optimalen Wert der Größe des Gasflusses verwendet.
Das Bestimmen des optimalen Wertes der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases umfasst außerdem ein Aufnehmen einer Reihe von teilchenmikroskopischen Bildern bei jeweils geänderten Werten der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases und ein Bestimmen des optimalen Wertes der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases basierend auf einem Maß einer Ähnlichkeit zwischen teilchenmikroskopischen Bildern der Reihe von teilchenmikroskopischen Bildern. Durch solche Ausführungsformen ist es möglich, eine präzise Bestimmung des optimalen Wertes der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases durchzuführen, die nicht von im Voraus ausgewählten Betriebsparametern abhängt.
Gemäß manchen Vergleichsbeispielen bleibt ein abgebildeter Bereich der Probe und/oder eine Vergrößerung der teilchenmikroskopischen Bilder der Reihe von teilchenmikroskopischen Bildern unverändert. Insbesondere werden die Werte der nicht den Gasfluss umfassenden Betriebsparameter bei der Aufnahme der Reihe von teilchenmikroskopischen Bildern nicht verändert, da eine Zuordnung der Größe des Gasflusses mit der Qualität eines teilchenmikroskopischen Bilds erfolgen soll. Die Qualität eines teilchenmikroskopischen Bilds ist durch die bereits oben genannten Aspekte gekennzeichnet.
Gemäß manchen Vergleichsbeispielen umfasst das Aufnehmen der Reihe von teilchenmikroskopischen Bildern bei jeweils geänderten Werten der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases ein Erhöhen des Wertes der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases mit jedem der aufgenommenen teilchenmikroskopischen Bilder. Gemäß manchen anderen Ausführungsformen umfasst das Aufnehmen der Reihe von teilchenmikroskopischen Bildern bei jeweils geänderten Werten der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases ein Verringern des Wertes der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases mit jedem der aufgenommenen teilchenmikroskopischen Bilder. Diese Ausführungsformen verwenden eine geordnete Reihe von teilchenmikroskopischen Bildern, die entweder nach aufsteigendem Fluss des Gases oder nach absteigendem Fluss des Gases geordnet sind. Das Verwenden einer geordneten Reihe von teilchenmikroskopischen Bildern hat den Vorteil, dass verschiedene Werte der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases systematisch geprüft werden können.
Gemäß bestimmten Vergleichsbeispielen umfasst das Verfahren ein Aufnehmen einer Vielzahl von teilchenmikroskopischen Bildern der Probe mit dem Teilchenstrahlsystem und ein Ändern der Vergrößerung mit jedem der Vielzahl von teilchenmikroskopischen Bildern bei einem gleichbleibenden Wert der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases und ein Bestimmen eines optimalen Wertes des Flusses des der Probe zugeführten Gases, wenn eine Wert eines Maßes einer Ähnlichkeit zwischen zwei der mehreren teilchenmikroskopischen Bilder einen Schwellwert unterschreitet. Gemäß einer Ausführungsform des dritten Verfahrens kann der Wert des Flusses des der Probe zugeführten Gases mit dem zweiten Verfahren wie oben beschrieben bestimmt werden. Durch solche Ausführungsformen kann eine Einstellung einer Vergrößerung auf einen bestimmten Wert gleichzeitig mit einer Anpassung des Werts der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases durchgeführt werden. Bei einer Veränderung der Vergrößerung eines teilchenmikroskopischen Bilds muss im allgemeinen der Wert des Gasflusses verändert werden, um einen gleichen Effekt wie im ursprünglichen teilchenmikroskopischen Bild zu erzielen, da der Teilchenstrahl bei einem vergrößerten Bild über eine kleinere Fläche gerastert wird und somit lokale Aufladungen begünstigt werden. Durch eine gleichzeitige Anpassung des Gasflusses mit der Vergrößerung bei dem Teilchenstrahlsystem kann eine Ausführung eines zusätzlichen Schritts nach der Vergrößerung eliminiert werden.
Gemäß manchen Vergleichsbeispielen wird bei einer Vergrößerung der optimale Wert des Flusses des der Probe zugeführten Gases durch eine der obigen Ausführungsformen bestimmt.
Gemäß weiteren Vergleichsbeispielen umfasst das Bestimmen des optimalen Wertes der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases ein Aufnehmen einer Reihe von teilchenmikroskopischen Bildern bei jeweils geänderten Werten der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases und gleichbleibender Vergrößerung, und ein Bestimmen des optimalen Wertes der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases basierend auf einem Maß einer Ähnlichkeit zwischen einem teilchenmikroskopischen Bild der Reihe von teilchenmikroskopischen Bildern und einem teilchenmikroskopischen Bild der Vielzahl von teilchenmikroskopischen Bildern. Im Gegensatz zu den obigen beschriebenen Ausführungsformen wird in einer solchen Ausführungsform ein aktuelles vergrößertes teilchenmikroskopisches Bild mit einem nicht oder weniger vergrößerten teilchenmikroskopischen Bild verglichen. Dies kann dadurch realisiert werden, dass das vergrößerte Bild mit einem Ausschnitt des nicht oder weniger vergrößerten Bild verglichen wird, der dem vergrößerten Bild entspricht. Da zu dem nicht oder weniger vergrößerten Bild bereits ein optimaler Gasfluss bestimmt wurde haben diese Ausführungsformen den Vorteil, dass bereits ein optimaler entsprechender Bildausschnitt bekannt ist, der direkt mit einem aktuellen Bild verglichen werden kann. Dementsprechend kann eine Qualität der teilchenmikroskopischen Bilder über eine Vergrößerung hinweg konsistent sein.
Es wird ferner ein Teilchenstrahlsystem mit einer Steuerung offenbart, die dazu konfiguriert ist, das offenbarte Verfahren auszuführen.
Ferner wird ein Computerprogrammprodukt offenbart, das computerlesbare Anweisungen enthält, die eine Steuerung eines Teilchenstrahlsystems dazu veranlasst, das offenbarte Verfahren auszuführen. Das Computerprogrammprodukt kann in einem nicht-flüchtigen Speichermittel gespeichert sein, wie beispielsweise eine Festplatte, ein USB-Stick, ein nicht-flüchtiges Speichermittel einer Cloud, oder ähnliches.
Im Folgenden werden bestimmte Ausführungsformen durch die 1 bis 4 dargestellt, die in der Beschreibung näher beschrieben werden.

1 zeigt einen schematischen Aufbau eines Teilchenstrahlsystems, das zum Ausführen des hierin offenbarten Verfahrens verwendet werden kann.
2 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Verfahrens zum Betreiben des Teilchenstrahlmikroskops der 1 gemäß einer ersten Ausführungsform.
3 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Verfahrens zum Betreiben des Teilchenstrahlmikroskops der 1 gemäß einem Vergleichsbeispiel.
4 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Verfahrens zum Betreiben des Teilchenstrahlmikroskops der 1 gemäß einem weiteren Vergleichsbeispiel.
5 zeigt ein Histogramm von Pixelwerten eines teilchenmikroskopischen Bildes zur Erläuterung des Verfahrens gemäß dem Vergleichsbeispiel.
6 zeigt ein schematisches Diagramm zur Erläuterung des Verfahrens gemäß dem Vergleichsbeispiel.
7 zeigt Reihen von unbearbeiteten und bearbeiteten teilchenmikroskopischen Bildern zur Erläuterung des Verfahrens gemäß dem Vergleichsbeispiel.

Im Folgenden werden vorteilhafte Ausführungsformen der Verfahren mit Bezug auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.
1 zeigt einen schematischen Aufbau eines Teilchenstrahlsystems 1, das mit einem Verfahren gemäß Ausführungsformen der Erfindung betrieben werden kann. Das Teilchenstrahlmikroskop 1 umfasst eine Teilchenquelle 3, die einen Teilchenemitter 5 und einen Treiber 7 umfasst. Der Teilchenemitter 5 kann beispielsweise eine durch den Treiber 7 über Leitungen 9 geheizte Kathode sein, die Elektronen emittiert, die durch eine Anode 11 von dem Emitter 5 weg beschleunigt und zu einem Teilchenstrahl 13 geformt werden. Hierzu wird der Treiber 7 von einer Steuerung 15 des Teilchenstrahlmikroskops 1 über eine Steuerleitung 17 kontrolliert, und ein elektrisches Potential des Emitters wird über eine einstellbare Spannungsquelle 19 eingestellt, die über eine Steuerleitung 21 von der Steuerung 15 kontrolliert wird. Ein elektrisches Potential der Anode 11 wird über eine einstellbare Spannungsquelle 23 eingestellt, die über eine Steuerleitung 25 ebenfalls von der Steuerung 15 kontrolliert wird. Eine Differenz zwischen dem elektrischen Potential des Emitters 5 und dem elektrischen Potential der Anode 11 definiert die kinetische Energie der Teilchen des Teilchenstrahls 13 nach dem Durchlaufen der Anode 11. Die Anode 11 bildet das obere Ende eines Strahlrohrs 27, in das die Teilchen des Teilchenstrahls 13 nach dem Durchlaufen der Anode 11 eintreten.
Der Teilchenstrahl 13 durchläuft eine Kondensorlinse 29, die den Teilchenstrahl 13 kollimiert. In dem dargestellten Beispiel ist die Kondensorlinse 29 eine Magnetlinse mit einer Spule 31, die durch einen Strom erregt wird, der von einer einstellbaren Stromquelle 33 erzeugt wird, die über eine Steuerleitung 35 von der Steuerung 15 kontrolliert wird.
Der Teilchenstrahl 13 durchläuft sodann eine Objektivlinse 37, die den Teilchenstrahl 13 an einer Oberfläche einer zu untersuchenden Probe 39 fokussieren soll. In dem dargestellten Beispiel umfasst die Objektivlinse 35 eine Magnetlinse, deren magnetisches Feld durch eine Spule 41 erzeugt wird, die über eine Stromquelle 43 erregt wird, die über eine Steuerleitung 45 durch die Steuerung 15 kontrolliert wird. Die Objektivlinse 37 umfasst ferner eine elektrostatische Linse, deren elektrostatisches Feld zwischen einem unteren Ende 47 des Strahlrohrs 27 und einer Elektrode 49 erzeugt wird. Das Strahlrohr 27 ist mit der Anode 11 elektrisch verbunden und die Elektrode 49 kann mit dem Massepotential elektrisch verbunden sein oder über eine in 1 nicht dargestellte weitere und von der Steuerung 15 kontrollierte Spannungsquelle auf ein von Masse verschiedenes Potential eingestellt sein.
Die Probe 39 ist an einem Probentisch 51 gehaltert, dessen elektrisches Potential über eine Spannungsquelle 53 eingestellt wird, die von der Steuerung 15 über eine Steuerleitung 55 kontrolliert wird. Die Probe 39 ist mit dem Probentisch 51 elektrisch verbunden, so dass auch die Probe 39 das elektrische Potential des Probentischs 51 aufweist. Eine Differenz zwischen dem elektrischen Potential des Teilchenemitters 5 und dem elektrischen Potential der Probe 39 definiert die kinetische Energie der Teilchen des Teilchenstrahls 13 beim Auftreffen auf die Probe 39. Innerhalb des Strahlrohrs 27 und beim Durchlaufen der Kondensorlinse 29 und der Objektivlinse 37 können die Teilchen eine im Vergleich hierzu größere kinetische Energie aufweisen, wenn sie durch das elektrostatische Feld zwischen dem Ende 49 des Strahlrohrs 27 und der Elektrode 49 und/oder durch ein elektrisches Feld zwischen der Elektrode 49 und der Probe 39 abgebremst werden. Es ist jedoch auch möglich, das Teilchenstrahlsystem 1 ohne Strahlrohr 27 und Elektrode 49 auszuführen, so dass die Teilchen durch ein elektrisches Feld zwischen der Anode 11 und der Probe 39 vor dem Auftreffen auf die Probe 39 abgebremst oder beschleunigt werden. Unabhängig von der Ausführung des Teilchenstrahlsystems 1 mit oder ohne Strahlrohr 27 und unabhängig von der Ausführung und Anordnung der Elektrode 49 ist die kinetische Energie der Teilchen beim Auftreffen auf die Probe 39 nur von der Differenz zwischen den Potentialen der Teilchenquelle 3 und der Probe 39 abhängig.
Das Teilchenstrahlsystem 1 umfasst ferner eine Ablenkeinrichtung 57, die durch die Steuerung 15 über eine Steuerleitung 59 kontrolliert wird und den Teilchenstrahl 13 ablenkt, so dass der Teilchenstrahl 13 unter der Kontrolle durch die Steuerung 15 einen Scanbereich auf der Probe 39 abrastern kann. Das Teilchenstrahlsystem 1 umfasst ferner einen Detektor 61, der so positioniert ist, dass Signale, die durch den auf die Probe 39 gerichteten Teilchenstrahl 13 erzeugt werden und die Probe verlassen, auf den Detektor 61 treffen können, um mit diesem detektiert zu werden. Diese Signale können Partikel, wie etwa Rückstreuelektronen und Sekundärelektronen, oder Strahlung, wie etwa Kathodolumineszenzstrahlung, umfassen.
Bei dem in 1 dargestellten Teilchenstrahlmikroskop 1 ist der Detektor 61 ein neben der Objektivlinse 37 und nahe der Probe angeordneter Detektor. Es ist jedoch auch möglich, dass der Detektor in dem Strahlrohr 27 oder an einer anderen geeigneten Stelle angeordnet ist. Insbesondere dann, wenn ein elektrisches Feld an der Oberfläche der Probe 39 bremsend auf die auftreffenden Elektronen des Teilchenstrahls 13 wirkt, werden die Probe langsam verlassende Sekundärelektronen durch dieses elektrische Feld in das Strahlrohr 27 hinein beschleunigt und durch einen in dem Strahlrohr 27 angeordneten Detektor (in 1 nicht dargestellt) detektierbar.
Die von der Probe 39 ausgehenden Teilchen werden durch den auf die Probe 39 treffenden Teilchenstrahl 13 verursacht. Insbesondere können diese detektierten Teilchen Teilchen des Teilchenstrahls 13 selbst sein, die an der Probe 39 gestreut oder reflektiert werden, wie beispielsweise rückgestreute Elektronen, oder es können Teilchen sein, die durch den auftreffenden Teilchenstrahl 13 aus der Probe 39 herausgelöst werden, wie beispielsweise Sekundärelektronen. Der Detektor 61 kann allerdings auch so ausgeführt sein, dass er Strahlung, wie beispielsweise Röntgenstrahlung detektiert, die durch den auf die Probe 39 auftreffenden Teilchenstrahl 13 erzeugt wird. Detektionssignale des Detektors 61 werden über eine Signalleitung 63 von der Steuerung 15 empfangen. Die Steuerung 15 speichert aus den Detektionssignalen abgeleitete Daten in Abhängigkeit von der momentanen Einstellung der Ablenkeinrichtung 57 während eines Scanvorgangs, so dass diese Daten ein teilchenmikroskopisches Bild des Scanbereichs der Probe 39 repräsentieren.
Das Teilchenstrahlsystem 1 umfasst ferner ein Gaszuführungssystem 65, das eine Hohlnadel 67, eine Gasleitung 69, ein Ventil 71 und einen Gastank 73 umfasst. Der Gastank 73 enthält das Gas, das zur Ladungskompensation verwendet wird, und kann beispielsweise in einem Gehäuse des Teilchenstrahlsystems 1 integriert, oder eine externe Gasflasche sein, die über die Gasleitung 69 mit dem Teilchenstrahlsystem 1 verbunden ist. Das Ventil 71 ist beispielsweise ein Magnetventil, das durch elektrische Signale gesteuert werden kann, und wird über eine Steuerleitung 75 von der Steuerung 15 kontrolliert. Das Ventil 71 bildet einen Teil der Gasleitung 69. Eine Einstellung des Ventils 71 steuert eine Größe eines Gasflusses durch die Gasleitung 69. Die Gasleitung 69 verbindet den Gastank 73 mit der Hohlnadel 67. Die Hohlnadel 67 umfasst eine Öffnung 77, aus der Gas, das durch die Hohlnadel 67 fließt, in eine kontrollierte Richtung ausströmen kann. Alternativ zur Hohlnadel 67 kann auch eine andere Vorrichtung verwendet werden, die ein lokales Zuführen von Gas ermöglicht.
Die Hohlnadel 67 ist so ausgerichtet, dass durch die Öffnung ausströmendes Gas auf einen Punkt der Probe 39 geleitet wird, auf den der Teilchenstrahl 13 von der Ablenkeinrichtung 57 gerichtet ist. Dazu kann die Hohlnadel 67 beweglich in dem Teilchenstrahlsystem 1 verbaut sein. Beispielsweise kann die Hohlnadel 67 durch einen Antriebsmotor (nicht in 1 dargestellt) durch die Steuerung 15 an einen entsprechenden Ort gefahren werden, von dem aus ein Gas, das aus der Öffnung 77 der Hohlnadel 67 strömt, auf ein Bildfeld auf der Probe 39 trifft, das die Steuerung 15 mit dem Teilchenstrahl 13 über die Ablenkeinrichtung 57 abrastert.
Das Teilchenstrahlsystem 1 umfasst ferner eine Datenbank 79, auf die die Steuerung über eine Steuerleitung 81 zugreifen kann. Die Datenbank 79 kann beispielsweise ein interner Speicher des Teilchenstrahlsystems 1, ein lokaler Server, eine Cloud, o. ä. sein. Die Steuerleitung 81 kann sowohl eine kabelgebundene, als auch eine kabellose Verbindung zwischen der Steuerung 15 und der Datenbank 79 sein.
Die Datenbank 79 umfasst wenigstens Informationen zu einer Größe des Flusses des der Probe 39 zur Ladungskompensation zugeführten Gases, einem eingestellten Strom des auf die Probe 39 gerichteten Teilchenstrahls 13, einer kinetischen Energie der Teilchen des Teilchenstrahls 13 beim Auftreffen auf die Probe, einer Scangeschwindigkeit des Teilchenstrahls 13 über die Probe und einer durch die Ablenkeinrichtung 57 durchgeführten Vergrößerung. Die Datenbank 79 kann ferner Informationen zu einer mittleren Zusammensetzung eines Materials der Probe 39, sowie zu einer Scan-Strategie umfassen, gemäß der das Teilchenstrahlsystem den Teilchenstrahl über die Probe fährt. Die Scan-Strategie gibt beispielsweise einen Satz von Punkten, auf die der Teilchenstrahl 13 durch die Ablenkeinrichtung 57 gerichtet wird, eine Reihenfolge, mit der der Satz von Punkten geordnet ist, eine Geschwindigkeit, mit der der Teilchenstrahl 13 von einem Punkt zu einem anderen Punkt bewegt wird, und eine Dauer an, wie lange der Teilchenstrahl 13 von der Ablenkeinrichtung 57 auf einen Punkt gerichtet wird. Informationen zur Scan-Strategie können z. B. in Form eines ganzzahligen Wertes gespeichert sein, der einer vorbestimmten Zuordnung entsprechend einer bestimmten Scan-Strategie gleichzusetzen ist. Die Datenbank ist durch Einträge organisiert, die jeweils wenigstens einen Wert jedes der Betriebsparameter umfasst. Diese Einträge repräsentieren Einstellungen des Teilchenstrahlsystems 1, mit denen gemäß der oben genannten Kriterien optimale teilchenmikroskopische Bilder erzielt wurden.
Im Nachfolgenden wird das Verfahren zum Betreiben des Teilchenstrahlsystems 1 gemäß einer ersten Ausführungsform anhand der 2 beschrieben. Diese zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Verfahrens zum Betreiben des Teilchenstrahlmikroskops 1 der 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Das Flussdiagramm zeigt die Schritte S1 bis S3, sowie die Datenbank 79.
In Schritt S1 bestimmt die Steuerung 15 Betriebsparameterwerte, die am Teilchenstrahlsystem 1 eingestellt sind. Alternativ kann die Steuerung 15 in Schritt S1 Werte von nicht den Gasfluss umfassenden Betriebsparametern bestimmen, da ein Wert der Größe des Flusses des der Probe 39 zugeführten Gases in Schritt S2 bestimmt werden soll und dieser Wert demnach nicht aus Schritt S1 benötigt wird. Vorzugsweise kann ein Nutzer des Teilchenstrahlsystems 1 in einer Steuerungssoftware gewünschte Werte der nicht den Gasfluss umfassenden Betriebsparameter eingeben, mit denen ein teilchenmikroskopisches Bild aufgenommen werden soll. Die Steuerung 15 liest dann die eingegebenen Werte aus der Steuerungssoftware aus und bestimmt somit die Werte der nicht den Gasfluss umfassenden Betriebsparameter. Alternativ kann die Steuerung 15 die Betriebsparameterwerte durch Messungen an den entsprechenden Komponenten des Teilchenstrahlsystems 1 bestimmen. Beispielsweise kann eine Differenz des elektrischen Potentials zwischen dem Probentisch 51 und dem Teilchenemitter 5 gemessen werden, um eine kinetische Energie der Teilchen beim Auftreffen auf die Probe 39 zu bestimmen. Das Bestimmen der Betriebsparameterwerte durch Messungen kann vor allem bei Teilchenstrahlsystemen vorteilhaft sein, an denen verschiedene Betriebsparameterwerte manuell eingestellt werden können.
In Schritt S2 bestimmt die Steuerung 15 den Wert der Größe des Flusses des der Probe 39 zugeführten Gases durch einen Vergleich der Betriebsparameterwerte mit den Werten in der Datenbank 79. Dazu gleicht die Steuerung 15 zunächst die Betriebsparameter, zu denen in Schritt S1 Werte bestimmt wurden, mit den in der Datenbank 79 gespeicherten Betriebsparametern ab und verwirft alle Werte zu Betriebsparametern, die nicht in der Datenbank 79 umfasst sind.
Dabei umfasst die Datenbank 79 wenigstens Betriebsparameter, die eine Größe des Flusses des der Probe 39 zur Ladungskompensation zugeführten Gases, einen eingestellten Strom des auf die Probe 39 gerichteten Teilchenstrahls 13, eine kinetische Energie der Teilchen des Teilchenstrahls 13 beim Auftreffen auf die Probe, eine Scangeschwindigkeit des Teilchenstrahls 13 über die Probe und eine durch die Ablenkeinrichtung 57 durchgeführte Vergrößerung repräsentieren. In bestimmten Ausführungsformen kann die Datenbank explizit eine prozentuale Öffnung des Ventils 71, eine von dem Treiber 7 an dem Teilchenemitter 5 angelegte Heizspannung, eine Potentialdifferenz zwischen dem Probentisch 51 und dem Teilchenemitter 5, eine von der Steuerung 15 an der Ablenkeinrichtung 57 angestrebte Scangeschwindigkeit und eine von der Steuerung 15 an der Ablenkeinrichtung 57 angestrebte Vergrößerung von teilchenmikroskopischen Bildern umfassen. Die Datenbank 79 kann gemäß weiteren Ausführungsformen prozentuale Anteile einer Materialzusammensetzung der Probe 39 und einen ganzzahligen Wert umfassen, der einer Scan-Strategie gemäß einer vorbestimmten Zuordnung gleichzusetzen ist. Die Datenbank 79 umfasst Einträge, die jeweils wenigstens einen der genannten Betriebsparameterwerte aufweisen. Jeder Eintrag ist ein Satz von Betriebsparameterwerten, mit denen ein gemäß der oben genannten Kriterien optimales teilchenmikroskopisches Bild erzielt werden kann.
Die Bestimmung des Wertes der Größe des Flusses des der Probe 39 zugeführten Gases von der Steuerung 15 in Schritt S2 wird dann durch einen Vergleich der nicht verworfenen nicht den Gasfluss umfassenden Betriebsparameter aus Schritt S1 mit den in der Datenbank 79 gespeicherten Betriebsparametern realisiert. Beispielsweise kann bestimmt werden, welcher Eintrag der Datenbank 79 Werte der nicht den Gasfluss umfassenden Betriebsparameter aufweist, die den nicht verworfenen Werten der nicht den Gasfluss umfassenden Betriebsparametern aus Schritt S1 am ähnlichsten sind. Die Ähnlichkeit zwischen den Werten der nicht den Gasfluss umfassenden Betriebsparametern eines Eintrags der Datenbank 79 und den nicht verworfenen Werten der nicht den Gasfluss umfassenden Betriebsparametern aus Schritt S1 kann beispielsweise eine gewichtete Summe der jeweiligen Differenzen zwischen den Werten der nicht den Gasfluss umfassenden Betriebsparametern des Eintrags und den nicht verworfenen Werten der nicht den Gasfluss umfassenden Betriebsparametern aus Schritt S1 sein. Aus dem Eintrag mit der größten Ähnlichkeit kann der Wert der Größe des Flusses des der Probe 39 zugeführten Gases ausgelesen werden.
In alternativen Ausführungsformen kann zunächst eine Interpolationsfunktion anhand der in den Einträgen der Datenbank 79 umfassten Werte der Betriebsparameter von der Steuerung 15 bestimmt werden, wobei die Interpolationsfunktion eine Beziehung zwischen den in den Einträgen der Datenbank 79 umfassten Werten angibt. Die Interpolationsfunktion kann beispielsweise durch eine mehrdimensionale Spline-Interpolation berechnet werden. Mithilfe der bestimmten Interpolationsfunktion kann dann der Wert der Größe des Flusses des der Probe 39 zugeführten Gases für die (aktuellen) nicht verworfenen Werte der nicht den Gasfluss umfassenden Betriebsparameter aus Schritt S1 berechnet werden. Somit können auch Werte der Größe des Flusses des der Probe 39 zugeführten Gases bestimmt werden, die nicht in der Datenbank 79 gespeichert sind.
Informationen zu der bestimmten Interpolationsfunktion, aus denen die Interpolationsfunktion rekonstruiert werden kann, können von der Steuerung 15 über die Steuerleitung 81 in der Datenbank 79 gespeichert werden, um nicht bei jeder Durchführung des Verfahrens eine unter Umständen identische Interpolationsfunktion berechnen zu müssen und somit die Steuerung 15 zu entlasten. Darüber hinaus kann die Steuerung 15 auch die in den Schritten S1 und S2 bestimmten Betriebsparameterwerte als Eintrag in der Datenbank 79 speichern. Es kann in einem Fall, in dem die Datenbank 79 ein externer Server oder eine Cloud ist, ein Verifizierungsschritt vorgesehen sein, bei dem die bestimmten Betriebsparameterwerte zunächst in einem weiteren Speichermedium zwischengespeichert werden und erst dann in die Datenbank 79 übertragen und in dieser gespeichert werden, wenn die bestimmten Betriebsparameterwerte von einem erfahrenen Nutzer des Teilchenstrahlsystems 1 überprüft wurden.
Danach führt die Steuerung 15 den Schritt S3 in 2 aus, indem die Steuerung das Teilchenstrahlsystem 1 mit den bestimmten Betriebsparameterwerten betreibt und in diesem Betrieb ein teilchenmikroskopisches Bild aufnimmt.
Im Nachfolgenden wird das Verfahren zum Betreiben des Teilchenstrahlsystems 1 gemäß einem Vergleichsbeispiel anhand der 3 beschrieben. Dieses zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Verfahrens zum Betreiben des Teilchenstrahlmikroskops 1 der 1 gemäß einem Vergleichsbeispiel. Das Flussdiagramm zeigt die Schritte S4 bis S9. Für das Verfahren des Vergleichsbeispiels wird die in 1 beschriebene Datenbank 79 nicht benötigt.
Zunächst wird in Schritt S4 ein erstes teilchenmikroskopisches Bild durch die Steuerung 15 von einem Bereich der Probe 39 aufgenommen. Anschließend ändert die Steuerung 15 in Schritt S5 den Wert der Größe des Flusses des der Probe 39 zugeführten Gases und nimmt in Schritt S6 ein weiteres teilchenmikroskopisches Bild des Bereichs der Probe 39 auf.
Die Steuerung 15 vergleicht dann die zwei teilchenmikroskopischen Bilder in Schritt S7 miteinander anhand eines im Voraus bestimmten Maßes einer Ähnlichkeit zwischen zwei teilchenmikroskopischen Bildern.
Im Folgenden wird anhand der 5 und 6 erläutert, wie ein Wert des Maßes der Ähnlichkeit zwischen zwei aufgenommenen teilchenmikroskopischen Bildern beispielhaft bestimmt werden kann. 5 zeigt ein Histogramm von Pixelwerten eines teilchenmikroskopischen Bildes zur Erläuterung des Verfahrens gemäß dem Vergleichsbeispiel. Auf der horizontalen Achse sind Pixelwerte aufgetragen, die in einem teilchenmikroskopischen Bild vorhanden sind. Auf der vertikalen Achse ist die Anzahl der Pixel aufgetragen, die den jeweiligen Pixelwert im teilchenmikroskopischen Bild aufweisen. Wird ein Klassifizierungsalgorithmus angewendet, wie beispielsweise ein k-means-Algorithmus oder ein EM-Algorithmus, so werden die Pixelwerte in die drei Klassen 83, 85 und 87 unterteilt. Die Klasse 83 umfasst alle Pixel, die einen kleinen Pixelwert aufweisen. Die Klasse 85 umfasst Pixel, die einen mittleren Pixelwert aufweisen und die Klasse 87 umfasst Pixel, die einen hohen Pixelwert aufweisen. Die Anzahl der Klassen ist in diesem beispielhaften Fall ist drei. Die Anzahl der Klassen kann jedoch jede beliebige ganze Zahl annehmen. Es sei angemerkt, dass eine große Anzahl von Klassen die Pixelwerte kleinteilig aufteilt, wodurch Informationen, die in den Pixelwerten vorhanden sind, in weiteren Berechnungen überbewertet werden können.
6 zeigt ein schematisches Diagramm zur Erläuterung des Verfahrens gemäß dem Vergleichsbeispiel. In 6 ist ein zur Visualisierung überlagertes Bild 91 dargestellt, das Bildinformationen von zwei teilchenmikroskopischen Bildern darstellt. Ein erstes teilchenmikroskopisches Bild umfasst Pixel 93, die einer der Klassen 83, 85 oder 87 zugeordnet sind. Ein zweites teilchenmikroskopisches Bild umfasst Pixel 95, die derselben Klasse 83, 85 oder 87 zugeordnet sind, wie die Pixel 93 des ersten teilchenmikroskopischen Bildes. Die Pixel 95 des zweiten teilchenmikroskopischen Bildes sind gegenüber den Pixeln 93 des ersten teilchenmikroskopischen Bildes verschoben. In einem Zwischenschritt können die Pixelwerte von Pixeln, die weder von den Pixeln 93, noch von den Pixeln 95 umfasst sind, auf 0 normiert werden und die Pixelwerte der Pixel 93 und 95 auf 1 normiert werden.
Anhand der Pixel 93 und 95 kann ein Überlapp 97 bestimmt werden, der Pixel umfasst, die in beiden teilchenmikroskopischen Bildern derselben Klasse 83, 85 oder 87 zugeordnet sind. Dieser Überlapp 97 repräsentiert dementsprechend einen Bereich, der in beiden teilchenmikroskopischen Bildern Pixel mit ähnlichem Pixelwert aufweist. Durch Wiederholen der Bestimmung des Überlapps 97 für jede der Klassen 83, 85 und 87 kann somit eine Gesamtmenge von ähnlichen Pixeln erhalten werden. Diese Gesamtmenge von ähnlichen Pixeln gibt einen Wert eines Maßes einer Ähnlichkeit von zwei teilchenmikroskopischen Bildern an. Die Gesamtmenge von ähnlichen Pixeln kann bezüglich der gesamten Anzahl der Pixel der teilchenmikroskopischen Bilder normiert werden.
Es sei angemerkt, dass alternativ ein Wert eines Maßes einer Ähnlichkeit durch einen Wert einer Unähnlichkeit bestimmt werden kann. Im Fall der oben mit Bezug auf die 5 und 6 beschriebenen Bestimmung kann ein Wert einer Unähnlichkeit beispielsweise dadurch bestimmt werden, dass die Anzahl von Pixeln bestimmt wird, die in den Pixeln 93 und 95 umfasst sind, jedoch nicht von dem Überlapp 97 umfasst sind. Solche Pixel weisen Pixelwerte auf, die in beiden teilchenmikroskopischen Bildern verschiedenen Klassen 83, 85 oder 87 zugeordnet sind und somit stark voneinander abweichende Pixelwerte aufweisen.
Alternativ kann der Wert des Maßes der Ähnlichkeit zwischen zwei Bildern in anderer Weise bestimmt werden. Es ist beispielsweise möglich, die Ähnlichkeit von zwei Bildern durch ein trainiertes neuronales Netz bestimmen zu lassen. Das Training dieses neuronalen Netzes kann auf einem großen Datensatz von Bildern des Teilchenstrahlsystems 1 basieren und es können von Nutzern des Teilchenstrahlsystems 1 neu aufgenommene teilchenmikroskopische Bilder in den Datensatz aufgenommen werden.
In Schritt S7 bestimmt die Steuerung 15 einen Wert des Maßes der Ähnlichkeit zwischen dem aktuellen teilchenmikroskopischen Bild und dem zuvor aufgenommenen teilchenmikroskopischen Bild. In Schritt S8 entscheidet die Steuerung 15 dann, ob der in Schritt S7 bestimmte Wert des Maßes der Ähnlichkeit ein vorbestimmtes Kriterium erfüllt, z. B. einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Ist dies nicht der Fall (Nein in Schritt S8), so kehrt die Steuerung zum Schritt S5 zurück.
Beim erneuten Durchlaufen der Schritte S5 bis S8 wird von der Steuerung 15 ein neues teilchenmikroskopisches Bild bei einem geänderten Wert der Größe des Flusses des der Probe 39 zugeführten Gases aufgenommen. Beim erneuten Ausführen von Schritt S7 ist demnach das aktuelle teilchenmikroskopische Bild das beim erneuten Ausführen des Schritts S6 aufgenommene teilchenmikroskopische Bild. Dieses aktuelle teilchenmikroskopische Bild kann dann mit einem der zuvor aufgenommenen teilchenmikroskopischen Bilder in Schritt S7 verglichen werden. Es ist demnach möglich, das aktuelle teilchenmikroskopische Bild in jedem Durchlauf mit dem vorherigen teilchenmikroskopischen Bild zu vergleichen. Alternativ ist es auch möglich, das aktuelle teilchenmikroskopische Bild in jedem Durchlauf mit dem ersten, in Schritt S4 aufgenommenen teilchenmikroskopischen Bild zu vergleichen.
Erfüllt der Wert des Maßes der Ähnlichkeit das vorbestimmte Kriterium (Ja in Schritt S8), so fährt die Steuerung mit Schritt S9 fort. In Schritt S9 betreibt die Steuerung das Teilchenstrahlsystem 1 mit dem aktuellen Wert der Größe des Flusses des der Probe 39 zugeführten Gases, der in Schritt S5 eingestellt wurde, und nimmt ein teilchenmikroskopisches Bild bei dem Wert der Größe des Flusses des der Probe 39 zugeführten Gases auf.
7 zeigt eine obere Reihe von acht teilchenmikroskopischen Bildern, die bei sich von dem linken Bild 100 bis zum rechten Bild 108 verringerndem Wert der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases aufgenommen sind. Die bereits oben beschriebenen Artefakte, wie beispielsweise wellenförmige Strukturen, sind insbesondere in dem rechten Bild 108 zu erkennen. Das teilchenmikroskopische Bild 104 repräsentiert einen optimalen Wert der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases.
7 zeigt in einer unteren Reihe acht teilchenmikroskopische Bilder die den jeweiligen oberen teilchenmikroskopischen Bildern entsprechen, wobei Pixel, die derselben Klasse zugeordnet sind, einen selben Pixelwert aufweisen. Die drei Klassen 83, 85 und 87 sind dementsprechend in Weiß, Grau bzw. Schwarz gefärbt. Wird das Verfahren gemäß dem Vergleichsbeispiel bei einem niedrigen Wert der Größe des der Probe zugeführten Gases gestartet, wird zunächst in Schritt S4 das linke Bild 100 aufgenommen. Die Steuerung 15 fährt sodann mit den Schritten S5 und S6 fort, wodurch ein weiteres teilchenmikroskopisches Bild 103 aufgenommen wird. In Schritt S7 wird dann das teilchenmikroskopische Bild 100 und das teilchenmikroskopische Bild 103 jeweils in drei Klassen 83, 85 und 87 unterteilt, indem ein Klassifizierungsalgorithmus auf die Pixelwerte angewendet wird. Die klassifizierten Pixel werden durch die Bilder 102 und 105 repräsentiert. In 7 ist zu erkennen, dass sich die Bilder 102 und 105 stark ähnlich sind. Dementsprechend wird ein Wert des Maßes der Ähnlichkeit wie oben beschrieben hoch sein. Die Steuerung 15 gelangt zu Schritt S8, in dem in diesem Fall beispielsweise das Kriterium verwendet werden kann, dass der Wert des Maßes der Ähnlichkeit einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet. Da der Wert des Maßes der Ähnlichkeit der Bilder 102 und 105 jedoch hoch ist, kehrt die Steuerung 15 zu den Schritten S5 und S6 zurück und nimmt das teilchenmikroskopische Bild 104 mit einem weiter verringerten Wert der Größe des der Probe zugeführten Gases auf. In Schritt S7 werden die Pixel des teilchenmikroskopischen Bilds 104 erneut in die drei Klassen 83, 85 und 87 aufgeteilt, die von dem Bild 106 repräsentiert werden. Die durch das Bild 106 repräsentierten Pixel werden dann beispielsweise mit den durch das Bild 102 repräsentierten Pixel auf eine Ähnlichkeit überprüft. Da das Bild 106 weniger Schwarz-Werte aufweist als das Bild 102 wird der Wert des Maßes der Ähnlichkeit geringer sein. Bei geeignet gewähltem Schwellwert entscheidet die Steuerung dann in Schritt S8, dass dieser Wert des Maßes der Ähnlichkeit das vorbestimmte Kriterium erfüllt und geht zu Schritt S9 über. Somit kann ein Wert der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases leicht bestimmt werden.
Im Nachfolgenden wird das Verfahren zum Betreiben des Teilchenstrahlsystems 1 gemäß einem weiteren Vergleichsbeispiel anhand der 4 beschrieben. Dieses zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Verfahrens zum Betreiben des Teilchenstrahlsystems 1 der 1 gemäß einem weiteren Vergleichsbeispiel. Das Flussdiagramm zeigt die Schritte S10 bis S15. Für das Verfahren gemäß dem weiteren Vergleichsbeispiel wird die in 1 beschriebene Datenbank 79 nicht benötigt.
Die Schritte S10 bis S15 werden von der Steuerung 15 ausgeführt. Dabei durchläuft die Steuerung 15 Schritte, die dem Verfahren gemäß dem Vergleichsbeispiel ähnlich sind. Insbesondere entsprechen die Schritte S10 und S12 bis S14 jeweils den Schritten S4 und S6 bis S8. Eine redundante Beschreibung dieser Schritte wird daher ausgelassen und es werden hauptsächlich Unterschiede des Verfahrens zwischen dem Vergleichsbeispiel und dem weiteren Vergleichsbeispiel beschrieben.
Bei dem Verfahren gemäß dem weiteren Vergleichsbeispiel ändert die Steuerung 15 in Schritt S11 die Vergrößerung von teilchenmikroskopischen Bildern. Beim Durchlaufen der Schritte S11 bis S14 wird also sukzessive die Vergrößerung der teilchenmikroskopischen Bilder des Teilchenstrahlsystems 1 verändert, bis in Schritt S14 der Wert des Maßes der Ähnlichkeit ein vorbestimmtes Kriterium nicht mehr erfüllt. Mit anderen Worten wird die Vergrößerung so lange geändert, bis die Ähnlichkeit einen bestimmten Schwellwert unterschreitet (Nein in Schritt S14). Dann geht die Steuerung 15 zum Schritt S15 über und entscheidet somit, dass der Wert des Flusses des der Probe 39 zugeführten Gases neu bestimmt werden muss.
Das Bestimmen eines optimalen Wertes des Flusses des der Probe 39 zugeführten Gases kann mit dem in 3 dargestellten Verfahren gemäß dem Vergleichsbeispiel durchgeführt werden. Alternativ kann der Schritt S15 jedoch auch durch das erste Verfahren realisiert sein.
Schritt S15 kann auch ein Aufnehmen einer Reihe von teilchenmikroskopischen Bildern bei jeweils geänderten Werten der Größe des Flusses des der Probe 39 zugeführten Gases und gleichbleibender Vergrößerung und ein Bestimmen des optimalen Wertes der Größe des Flusses des der Probe 39 zugeführten Gases basierend auf einem Maß einer Ähnlichkeit zwischen einem teilchenmikroskopischen Bild der Reihe von teilchenmikroskopischen Bilder und einem teilchenmikroskopischen Bild der in den Schritten S10 bis S14 aufgenommenen teilchenmikroskopischen Bildern umfassen. Dies unterscheidet sich von dem Verfahren dem Vergleichsbeispiel vor allem dadurch, dass ein aktuelles teilchenmikroskopisches Bild in Schritt S16 mit einem der teilchenmikroskopischen Bilder aus den Schritten S10 bis S14 verglichen wird. Dazu wird beispielsweise das teilchenmikroskopische Bild aus den Schritten S10 bis S14 auf den vergrößerten Bereich des Bildes zugeschnitten und dieser zugeschnittene Bereich durch das oben beschriebene Maß der Ähnlichkeit mit dem aktuellen teilchenmikroskopischen Bild für einen bestimmten Gasfluss verglichen.
In der vorliegenden Beschreibung wurde ein Verfahren zum Betreiben des Teilchenstrahlsystems 1 durch Ausführungsformen und Vergleichsbeispiele beschrieben, mit denen eine Bestimmung des optimalen Wertes der Größe des Flusses des der Probe 39 zugeführten Gases automatisch durchgeführt werden kann. Dadurch ist eine Bedienung des Teilchenstrahlsystems 1 für einen Nutzer vereinfacht und es können selbst unerfahrene Nutzer einen optimalen Gasfluss am Teilchenstrahlsystem 1 einstellen.
Die Beschreibung der Ausführungsformen und Vergleichsbeispiele dient lediglich beispielhaften Zwecken und beschränkt nicht den Umfang der Erfindung. Der Fachmann wird erkennen, dass mehrere verschiedene Ausführungsformen der Erfindung möglich sind, die nicht beispielhaft beschrieben wurden. Diese sind im Umfang der Patentansprüche umfasst.
Bestimmte Vergleichsbeispiele sind in den folgenden Aspekten angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Teilchenstrahlsystems, ein Bestimmen eines optimalen Wertes einer Größe eines Flusses eines einer Probe zugeführten Gases, und ein Aufnehmen eines teilchenmikroskopischen Bildes der Probe mit dem Teilchenstrahlsystem bei dem optimalen Wert der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases, wobei das Bestimmen des optimalen Wertes der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases umfasst: Aufnehmen einer Reihe von teilchenmikroskopischen Bildern bei jeweils geänderten Werten der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases, und Bestimmen des optimalen Wertes der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases basierend auf einem Maß einer Ähnlichkeit zwischen teilchenmikroskopischen Bildern der Reihe von teilchenmikroskopischen Bildern.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren gemäß dem vorstehenden ersten Aspekt beschrieben, wobei ein abgebildeter Bereich der Probe und/oder eine Vergrößerung der teilchenmikroskopischen Bilder der Reihe von teilchenmikroskopischen Bildern unverändert bleibt.
Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Verfahren gemäß einem der vorstehenden Aspekte beschrieben, wobei das Aufnehmen der Reihe von teilchenmikroskopischen Bildern bei jeweils geänderten Werten der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases umfasst: Erhöhen des Wertes der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases mit jedem der aufgenommenen teilchenmikroskopischen Bilder.
Gemäß einem vierten Aspekt wird ein Verfahren gemäß dem vorstehenden ersten oder zweiten Aspekt beschrieben, wobei das Aufnehmen der Reihe von teilchenmikroskopischen Bildern bei jeweils geänderten Werten der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases umfasst: Verringern des Wertes der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases mit jedem der aufgenommenen teilchenmikroskopischen Bilder.
Gemäß einem fünften Aspekt umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Teilchenstrahlsystems, ein Aufnehmen einer Vielzahl von teilchenmikroskopischen Bildern einer Probe mit dem Teilchenstrahlsystem und Ändern einer Vergrößerung mit jedem der Vielzahl von teilchenmikroskopischen Bildern bei einem gleichbleibenden Wert einer Größe eines Flusses eines der Probe zugeführten Gases, und ein Bestimmen eines optimalen Wertes des Flusses des der Probe zugeführten Gases, wenn ein Wert eines Maßes einer Ähnlichkeit zwischen zwei der mehreren teilchenmikroskopischen Bilder einen Schwellwert unterschreitet.
Gemäß einem sechsten Aspekt wird ein Verfahren gemäß dem vorstehenden fünften Aspekt beschrieben, wobei der optimale Wert des Flusses des der Probe zugeführten Gases durch das Verfahren nach einem des ersten bis vierten Aspekts bestimmt wird.
Gemäß einem siebten Aspekt wird ein Verfahren gemäß dem vorstehenden fünften Aspekt beschrieben, wobei das Bestimmen des optimalen Wertes der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases umfasst: Aufnehmen einer Reihe von teilchenmikroskopischen Bildern bei jeweils geänderten Werten der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases und gleichbleibender Vergrößerung, und Bestimmen des optimalen Wertes der Größe des Flusses des der Probe zugeführten Gases basierend auf einem Maß einer Ähnlichkeit zwischen einem teilchenmikroskopischen Bild der Reihe von teilchenmikroskopischen Bildern und einem teilchenmikroskopischen Bild der Vielzahl von teilchenmikroskopischen Bildern.
Gemäß einem achten Aspekt umfasst ein Teilchenstrahlsystem eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, mit dem Teilchenstrahlsystem das Verfahren gemäß einem der vorstehenden Aspekte auszuführen.
Gemäß einem neunten Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt beschrieben, das computerlesbare Anweisungen enthält, die eine Steuerung eines Teilchenstrahlsystems dazu veranlasst, das Verfahren gemäß einem des ersten bis siebten Aspekts auszuführen.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Teilchenstrahlsystems (1), wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen von Werten von Betriebsparametern des Teilchenstrahlsystems (1), Betreiben des Teilchenstrahlsystems (1) mit den bestimmten Werten der Betriebsparameter und Aufnehmen eines teilchenmikroskopischen Bildes einer Probe (39) mit dem Teilchenstrahlsystem (1); wobei die Betriebsparameter wenigstens - eine Größe eines Flusses eines der Probe (39) zur Ladungskompensation zugeführten Gases, - einen Strom eines auf die Probe (39) gerichteten Teilchenstrahls (13) zur Aufnahme des Bildes, - eine kinetische Energie der Teilchen des Teilchenstrahls (13) beim Auftreffen auf die Probe (39), - eine Scangeschwindigkeit des Teilchenstrahls (13) über die Probe (39) zur Aufnahme des Bildes, und - eine Vergrößerung des aufgenommenen Bildes repräsentieren, wobei das Bestimmen der Werte von Betriebsparametern ein Bestimmen eines Werts der Größe des Flusses des der Probe (39) zugeführten Gases basierend auf einer Mehrzahl von in einer Datenbank (79) zuvor gespeicherten Einträgen und einem aktuellen Wert jedes der Betriebsparameter mit Ausnahme der Größe des Flusses des der Probe (39) zugeführten Gases umfasst, und wobei ein jeder Eintrag wenigstens einen Wert jedes der Betriebsparameter umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Betriebsparameter ferner umfassen: - eine mittlere Zusammensetzung des Materials der Probe (39); und - eine Scan-Strategie, gemäß der das Teilchenstrahlsystem (1) den Teilchenstrahl (13) über die Probe (39) fährt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Bestimmen des Werts der Größe des Flusses des der Probe (39) zugeführten Gases umfasst: Auswählen des Werts der Größe des Flusses des der Probe (39) zugeführten Gases desjenigen Eintrags, bei dem die Werte der Betriebsparameter mit Ausnahme der Größe des Flusses des der Probe (39) zugeführten Gases den aktuellen Werten der Betriebsparameter mit Ausnahme der Größe des Flusses des der Probe (39) zugeführten Gases am ähnlichsten sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Bestimmen der Größe des Flusses des der Probe (39) zugeführten Gases umfasst: Bestimmen einer Interpolationsfunktion anhand der in den Einträgen der Datenbank (79) umfassten Werte der Betriebsparameter, wobei die Interpolationsfunktion eine Beziehung zwischen den in den Einträgen der Datenbank (79) umfassten Werten angibt; und Berechnen des Werts der Größe des Flusses des der Probe (39) zugeführten Gases bei den aktuellen Werten der Betriebsparameter mit Ausnahme der Größe des Flusses des der Probe (39) zugeführten Gases mit der Interpolationsfunktion.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend: Speichern von Informationen zu der Interpolationsfunktion in der Datenbank (79), wobei die Informationen so gewählt sind, dass die Interpolationsfunktion anhand der gespeicherten Informationen rekonstruiert werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend: Speichern der bestimmten Werte der Betriebsparameter als Eintrag in der Datenbank (79).
Teilchenstrahlsystem (1), umfassend: eine Steuerung (15), die dazu konfiguriert ist, mit dem Teilchenstrahlsystem (1) das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.
Computerprogrammprodukt, das computerlesbare Anweisungen enthält, die eine Steuerung (15) eines Teilchenstrahlsystems (1) dazu veranlasst, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.