WO2020057678A1 - Verfahren zum detektorabgleich bei der abbildung von objekten mittels eines mehrstrahl-teilchenmikroskops - Google Patents

Verfahren zum detektorabgleich bei der abbildung von objekten mittels eines mehrstrahl-teilchenmikroskops Download PDF

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Dirk Zeidler
Michael Behnke
Stefan Schubert
Christof Riedesel
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Carl Zeiss Multisem Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for detector adjustment when imaging objects by means of a multi-beam particle microscope. Furthermore, the invention relates to a system suitable for executing the method and a corresponding computer program product.
  • Multi-beam particle microscopes like single-beam particle microscopes, can be used to analyze objects on a microscopic scale. E.g. Using these particle microscopes, images of an object can be recorded which represent a surface of the object. In this way, the structure of the surface can be analyzed, for example. While in a single-beam particle microscope a single particle beam of charged particles such as electrons, positrons, muons or ions is used to analyze the object, in a multi-beam particle microscope a plurality of particle beams are used.
  • the majority of the particle beams which are also referred to as bundles, are simultaneously directed onto the surface of the object, as a result of which a significantly larger area of the surface of the object can be scanned and analyzed over a same period of time compared to a single-beam particle microscope.
  • WO 2005/024 881 A2 a multitude of particle beam systems in the form of an electron microscopy system is known which works with a multitude of electron beams in order to scan an object to be examined in parallel with a bundle of electron beams.
  • the bundle of electron beams is generated by directing an electron beam generated by an electron source onto a multi-aperture plate which has a multiplicity of openings. Some of the electrons of the electron beam hit the multi-aperture plate and are absorbed there, and another part of the steel passes through the openings of the multi-aperture plate, so that they enter the beam path behind each opening
  • Electron beam is formed, the cross section of which is defined by the cross section of the opening. Furthermore, suitably selected electric fields, which are provided in the beam path in front of and / or behind the multi-aperture plate, result in each opening in the multi-aperture plate acting as a lens on the electron steel passing through the opening, so that the electron beams are focused in one plane. which is at a distance from the multi-aperture plate.
  • the plane in which the foci of the electron beams are formed is imaged by subsequent optics on the surface of the object to be examined, so that the individual electron beams focus on the object as primary rays.
  • each of the secondary beams strikes a separate detector element, so that the electron intensities detected with it provide information about the object at the location at which the corresponding primary beam strikes the object.
  • the bundle of primary beams is systematically scanned over the surface of the object in order to generate an electron microscopic image of the object in the manner customary for scanning electron microscopes.
  • each secondary beam strikes a separate or assigned detector element.
  • detector elements that are identical in principle, these detector elements are normally not 100% identical. Instead, their detector characteristics in particular can deviate from one another, which can lead to different brightness and / or contrast values of individual images, even if exactly the same structure was scanned for the individual images.
  • These differences in brightness and / or contrast can e.g. prove to be problematic when different single images are to be put together (so-called stitching).
  • stitching The differences mentioned also play a role if dimensions of surface structures that span several individual images are to be measured. Contour recognition can also be made more difficult by the differences in brightness and / or contrast values, because here the edges of the individual images could be incorrectly interpreted as a contour.
  • the first embodiment relates to a detector adjustment based on individual images and the second embodiment relates to a detector adjustment based on overlap areas.
  • a first embodiment of the invention accordingly relates to a method for detector alignment when imaging objects by means of a multi-beam particle microscope, which has the following steps:
  • the primary particle beams can be, for example, electrons, positrons, muons or ions or other charged particles.
  • the individual field areas of the object assigned to each primary particle beam are scanned in a rastering manner, for example in rows or columns. It is preferred that the individual field areas are adjacent to one another or cover the object or a part thereof. To this In this way it is possible to obtain a picture of the object that is as complete and coherent as possible.
  • the individual field areas are preferably rectangular or square, since this is easiest to implement for the scanning process using the particle radiation. Overall, the individual field areas can be arranged as rectangles in different rows one above the other in such a way that a hexagonal structure results overall.
  • the number of primary particle beams is not precisely defined; however, the more primary particle beams are used, the more image information can be obtained per unit of time or the faster the scanning of the entire object area can take place. It is also advantageous if all of the primary particle beams of a multi-beam particle microscope that are available to a maximum, or the image data that can be traced back to them, are also used for the described method for detector adjustment, but this is not absolutely the case. It is advantageous if the number of particle beams is 3n (n-1) +1, with n any natural number, in the hexagonal case. Other arrangements of the individual field areas, for example in a square or rectangular grid, are also possible.
  • the interaction products can be backscattered electrons or secondary electrons. It is preferred for analysis purposes that the low-energy secondary electrons are used for image generation.
  • the detection unit according to the invention can comprise one detector or a plurality of detectors of the same or different types.
  • the detection unit can e.g. have or consist of one or more particle detectors.
  • a particle detector can in turn be formed in one part or in several parts.
  • the detection unit When the detection unit is set such that a predetermined number or all of the individual images have the same contrast value within a desired accuracy, ie within the defined first limit, the output of the detection areas is influenced. Depending on the design of the detection unit, it may be the case that separate detectors are actually set, that is to say that a detection area corresponds to a separate detector. However, it is also possible for different conversion channels to be set and / or adjusted separately for a single detector.
  • the detection unit comprises a particle detector and a plurality of light detectors connected downstream of it. Specifically, the particle detector can have a scintillator plate with several detection areas. The interaction products are projected onto the detection areas of the particle detector using suitable particle optics.
  • the light signals emitted by the particle detector pass in a suitable manner to a light detector assigned to the respective detection area of the particle detector.
  • a light detector assigned to the respective detection area of the particle detector.
  • the light detector comprises, for example, a photomultiplier, a photodiode, an avalanche photodiode or other types of suitable light detectors.
  • the detection unit comprises a particle detector, but no light detectors. It is then possible to detect the particles directly, without going through photons, for example by injecting them into the barrier layer of a semiconductor, which can then trigger an electron avalanche again. A correspondingly structured semiconductor detector is then required for this, which has at least one independent conversion unit for each beam.
  • the individual images are assigned to the individual field areas of the object. Accordingly, the geometric shape of the individual field areas corresponds to the geometric shape of the individual images. Often these are rectangles or squares. It is basically the case that the signals generated by the detectors correspond to an intensity of the particle beams from interaction products. After all, the individual images are then available as digital data sets after analog-digital conversion and image acquisition.
  • a contrast value for a single image can be defined in different ways. A meaningful definition is important, which will be discussed in more detail later.
  • the detectors can be set so that a predetermined plurality or all individual images within a defined first limit have the same contrast value, in each case via one or more setting parameters of the detection unit or the detectors.
  • the nature of these parameters depends on what type of detection unit is used. It is theoretically possible that after a single Setting the detection unit, the predetermined plurality or all individual images within the defined first limit have the same contrast value. However, it will be more common that the setting of the detection unit is carried out in several steps or process runs, and preferably becoming ever finer, in order to achieve the same contrast value for the predetermined plurality or all individual images. In this case, a meaningful contrast value of a single image is preferably chosen as a reference.
  • An average contrast value of all individual images can also be selected as the reference value / target value.
  • the defined (desired) first limit (accuracy) can be given, for example, as a range in absolute values or as a percentage deviation from a previously defined reference value.
  • a deviation from a preselected reference value can be ⁇ 10%, preferably ⁇ 5% and most preferably S1%.
  • the method is carried out in whole or in part several times and / or iteratively.
  • extrapolation methods and interpolation methods are used in particular, which allow the detection unit to be fine-tuned gradually and with increasing precision.
  • the method further comprises the following steps:
  • Brightness and contrast values of a single image are closely related anyway, so that a comparison of both sizes provides the best results.
  • Brightness and contrast values are defined in more detail below.
  • the defined second limit (accuracy) can also be used for the brightness values, e.g. specified as a range in absolute values or as a percentage deviation from a previously defined reference value.
  • a deviation from a preselected reference value can be ⁇ 10%, preferably ⁇ 5% and most preferably ⁇ 1%.
  • the method further comprises the following method step: - Testing the changed settings of the detection unit by re-exporting some or all of the method steps.
  • the testing can end, for example, after the determination of the contrast values for each individual image and / or after the determination of a brightness value for each individual image, namely when the contrast values and / or brightness values determined in this way each for a predetermined plurality, or preferably for all, individual images within the predefined limits are the same.
  • the detection unit need not be adjusted further or more finely.
  • the setting of the detection unit comprises setting a gain and / or setting an offset. Depending on the design of the detection unit, this can be done for one or more detectors or their conversion channels. Basically, detectors for converting particles have two very important setting parameters - among many other parameters. These are the gain and the offset. They are shown in the characteristic curve of a detector.
  • the gain basically indicates how much output is generated by how much input. Specifically, the gain indicates the number of particles of the second particle type (out) contained in the output in relation to the number of particles of the first particle type (in) contained in the input.
  • the input is formed by photons and the output is electrons.
  • DED direct electron detection
  • PMT photomultiplier tube
  • many detectors that convert to an electrical signal have a post-amplifier, whose gain can also be adjusted.
  • the offset in turn indicates how high the level of the output signal is when no primary particles arrive. This is usually solved in the electronic post-connection by a voltage adder. Ultimately, leakage currents etc. are compensated with these systems. Offset and gain are usually not independent of one another.
  • the interaction products are projected onto detection areas of a particle detector, wherein light signals are emitted from each detection area of the particle detector when interaction products strike this detection area, the light signals emitted by each detection area being fed to a light detector assigned to the respective detection area;
  • setting the detection unit comprises setting the light detectors.
  • the light detectors have avalanche photodiodes, the setting of the avalanche photodiodes comprising setting a gain and / or setting an offset. This can e.g. each take place via a current or voltage change.
  • Avalanche photodiodes are highly sensitive and very fast photodiodes and are suitable for the detection of even low radiation powers and are therefore ideal for use in multi-beam particle microscopes.
  • the mean value of a Gaussian distribution or a fitted Gaussian distribution in the brightness histogram is then defined as the brightness value for each individual image, and / or a multiple of the standard deviation of the fitted Gaussian distribution, in particular 2, is used as the contrast value for each individual image Sigma, defined in the brightness histogram.
  • the mean value of the brightness histogram or the position of the largest peak of the brightness histogram can be used for the brightness value and instead of a multiple of the standard deviation, for example, the half-value width of the largest peak of the brightness histogram can be used to define the contrast values to be achieved are used.
  • These definitions are particularly stable definitions for a brightness value and especially for a contrast value. It is often the case with the individual images obtained that they have only a single peak in the corresponding brightness histogram. If there were two separate peaks, the contrast could very easily be expressed as the difference between these two peaks. However, the images obtained using multi-beam particle microscopes are special images which often do not have these multiple peaks.
  • an avalanche photodiode is used as the light detector, changing the gain of the avalanche photodiode changes both the contrast of the individual image and the brightness value of the individual image. By adjusting the gain, both parameters of a single image to be adjusted can be influenced. If, on the other hand, the offset of the avalanche photodiode is changed, the entire brightness histogram is shifted along the X axis. The offset setting therefore only has an influence on the brightness value. against this background, it can make sense to first adjust the contrast when adjusting the avalanche photodiodes and then - by adjusting the offset - the brightness value.
  • the individual images are generated in parallel on image generation computers which are each assigned to detection areas of the detection unit.
  • a one-dimensional data stream e.g. converted into a two-dimensional data format using so-called frame grabbers.
  • Very large amounts of data are generated during the generation of the individual images, so that parallel processing of the data on different image generation computers offers considerable time advantages. It is possible to provide and use a dedicated associated imaging computer for each detector. However, it is also possible to generate several individual images from a corresponding number of detectors on one and the same image generation computer. With today's computing capacities, it has proven to be advantageous to generate up to 8 individual images on one and the same image generation computer.
  • 91 primary particle beams a total of 91 individual images are generated, which e.g. can be calculated in parallel on 12 imaging computers. In this way, the large volume of data can be handled very well.
  • the setting of the detection unit is controlled by a control computer system.
  • the control computer system can also control the entire multi-beam particle microscope itself. It can also be done here, for example, that the contrast values and / or brightness values are determined in the image generation computers and then transferred from the image generation computers to the control computer system. Then the control computer system or a control computer assigned to it calculates the necessary setting or adaptation of the detection unit therefrom.
  • the central evaluation of the contrast values and / or brightness values in the control computer system for the purpose of adjustment is particularly useful, since a separate program code or a special computer program can be used for this adjustment.
  • image processing is carried out after the successful detector adjustment to further improve contrast and / or brightness.
  • Known image processing routines can be used for this.
  • a test sample is used as the object for the detector adjustment, which has several structurally identical test areas.
  • This approach is based on the idea that such a sample is the same for all scanning primary individual beams in each individual field area. Has structures and the detection signals for all detectors are obtained under identical scanning conditions. Different brightness values and / or contrast values of individual images are then primarily not due to the sample quality, but rather to the differences in the detectors.
  • a test sample e.g. uses a silicon wafer on which a regular structure, e.g. by means of lithographic processes.
  • the changed settings of the light detectors can be tested in a further process step using a real sample.
  • the determined contrast values and / or brightness values should now move in an adequate interval determined by the predefined limits. Otherwise, a new detector calibration must be carried out using the test sample.
  • the reason for this iterative method implementation is that the detector setting is very sensitive to the secondary electron yield on the real sample. If the secondary electron yield on the real sample differs too much from the secondary electron yield on the test sample, scanning of the real sample is carried out in a different characteristic range of the light detectors.
  • the detector adjustment is very likely no longer adequately fulfilled, since the characteristics of most detectors have a fundamentally non-linear behavior that can only be approximated linearly in partial areas with good agreement. It is therefore also possible to use empirical values based on a similar or comparable one real sample were obtained to start the entire matching process for the current real sample. The use of empirical values as the starting value shortens the duration for a successful detector adjustment.
  • this relates to a method for detector matching when imaging objects by means of a multi-beam particle microscope, which has the following steps:
  • sample overlap areas between adjacent individual field areas of an object each sample overlap area being assigned to at least two different individual field areas;
  • the method for detector adjustment according to the second embodiment of the invention does not work with complete individual images, but only with certain sections thereof. As a result, the method can be carried out more quickly. In addition, this method is less sensitive to possible variations in secondary electron yields per single field area. This is because it can be assumed that the secondary electron yield in the sample overlap areas of adjacent individual field areas is approximately identical or varies less widely. This applies in particular when - as described above in the first embodiment - a test sample is used for the detector adjustment. In principle, it is possible that the individual field areas are completely scanned during the detector adjustment, but that only the data assigned to the overlap areas are used for the detector adjustment. However, it is also possible that only the overlap areas required for the detector adjustment are scanned at all.
  • the aim of the setting of the detection unit is that overlapping individual images assigned to one another are each within a desired, i.e. predefined accuracy have the same brightness and / or contrast value. It is not necessarily the case that all overlapping individual images have the same brightness and / or contrast value; but of course it can be that way. Instead, a step-by-step adjustment takes place here, ideally based on a reference detector setting with a good brightness and / or contrast value.
  • the individual field regions of the sample and the individual images assigned to them are each arranged in a tiled manner with respect to one another, and the detection unit is set stepwise via the overlapping regions of individual images adjacent to one another.
  • the individual images can e.g. be rectangular and be arranged either from corner to corner or shifted from one another in several rows to one another, in the latter case an overall hexagonal structure of the individual field areas and the individual images assigned to them can result in a very simple manner.
  • the detection unit is set outwards from an inner single image.
  • the inner individual image more precisely the detection area assigned to this individual image, serves as a reference. It starts with an advantageous detector setting with sufficient brightness and / or with sufficiently good contrast. Afterwards, the overlapping areas are compared again. If the arrangement of the individual images is selected appropriately, e.g. in the form of rectangles, which result in a hexagonal structure overall, the detection unit with its detectors and / or their conversion units can also be set in a shell-like manner from the inside to the outside using the central inner single image Overlap areas occur. Such a bowl-like Working from the inside out has the advantage that following errors in the detector adjustment are kept small. The adjustment can be carried out with as few steps as possible.
  • all the individual field areas of the sample which are adjacent to one another and the individual images to be assigned to these individual field areas have common edges and not only common corner points with one another, and the sample overlap areas and overlap individual images at least partially contain these common edges. Essentially, only selective and line-like contact between the individual field areas is excluded. If there are common edges between adjacent individual field areas of the sample, more precisely individual images to be assigned to these individual field areas, then a high-quality comparison can be carried out overlap areas over these common edges.
  • the dimensions of the sample overlap regions and / or the overlap individual images can be set.
  • Important manipulated variables for this setting are e.g. the total image size (i.e. the number of pixels and the pixel size) and the distance between the primary individual rays.
  • the sample overlap areas and / or the overlap frames can be set so that sufficient data is available for a successful comparison. Conversely, the recording of superfluous data can possibly be avoided.
  • the sample overlap areas and / or overlap single images are preferably rectangular. But they can also have other regular or irregular shapes.
  • the rectangular variant has the advantage that the scanning process for image generation is considerably simplified.
  • the setting of the detection unit in turn comprises setting a gain and / or setting an offset.
  • the detection unit can include particle detector (s) and light detectors.
  • the light detectors preferably have avalanche photodiodes and the setting of the avalanche photodiodes includes a voltage change and / or current change.
  • this relates to a system which has the following:
  • the control computer system preferably controls the actual multi-beam particle microscope.
  • the image generation computers are essentially provided for image generation and they can also calculate the contrast values and / or brightness values of the individual images or of the overlapping individual images and transfer them to the control computer system for the actual detector adjustment routine.
  • this relates to a computer program product with a program code for executing the described methods for detector adjustment when imaging objects by means of a multi-beam particle microscope.
  • the program code can be subdivided into one or more partial codes. It offers e.g. to provide the code for controlling the multi-beam particle microscope separately in one program part, while another program part contains the routines for the actual detector adjustment.
  • Fig. 1 shows a multi-beam particle microscope in a schematic representation
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a detector system
  • Fig. 3 shows a single image obtained using a single primary beam
  • FIG. 4a shows the brightness histogram associated with the single image in FIG. 3;
  • FIG. 6 shows an exemplary arrangement of rectangular individual images which form an overall hexagonal structure
  • FIG. 7 illustrates the shell-like structure of the hexagonal structure from FIG. 6;
  • Figure 10b illustrates alternative overlap areas between frames
  • Figure 11 shows alternative overlap areas between frames
  • Fig. 12 illustrates another arrangement of frames and thereby for the
  • the particle beam system 1 is a schematic illustration of a particle beam system 1 in the form of a multi-beam particle microscope 1 which uses a large number of particle beams.
  • the particle beam system 1 generates a large number of particle beams which strike an object to be examined in order to generate interaction products, for example secondary electrons, which emanate from the object and are subsequently detected.
  • the particle beam system 1 is of the scanning electron microscope (SEM) type, which uses a plurality of primary particle beams 3 which strike a surface of the object 7 at a plurality of locations 5 and generate a plurality of spatially separated electron beam spots or spots there.
  • the object 7 to be examined can be of any type, for example a semiconductor wafer or a biological sample, and can comprise an arrangement of miniaturized elements or the like.
  • the surface of the object 7 is arranged in a first plane 101 (object plane) of an objective lens 102 of an objective lens system 100.
  • FIG. 1 shows a plan view of the object plane 101 with a regular rectangular field 103 of impact points 5, which are formed in the first plane 101.
  • the number of impact points is 25, which is a 5 x 5 field 103 form.
  • the number 25 of impact locations is a number chosen for the sake of simplicity. In practice, the number of beams and, accordingly, the impact points can be selected to be substantially larger, for example 20 x 30, 100 x 100 and the like.
  • the field 103 of impact sites 5 is a substantially regular rectangular field with a constant distance Pi between adjacent impact sites.
  • Exemplary values of the distance Pi are 1 micrometer, 10 micrometer and 40 micrometer.
  • a diameter of the beam spots formed in the first plane 101 can be small. Exemplary values of this diameter are 1 nanometer, 5 nanometer, 10 nanometer, 100 nanometer and 200 nanometer.
  • the particle beams 3 are focused by the objective lens system 100 to form the beam spots 5.
  • the primary particles striking the object generate interaction products, for example secondary electrons, backscattered electrons or primary particles, which have undergone a reversal of movement for other reasons, which originate from the surface of the object 7 or from the first plane 101.
  • the interaction products originating from the surface of the object 7 are shaped into secondary particle beams 9 by the objective lens 102.
  • the particle beam system 1 provides a particle beam path 11 for supplying the plurality of secondary particle beams 9 to a detector system 200.
  • the detector system 200 comprises particle optics with a projection lens 205 in order to direct the secondary particle beams 9 onto a particle multi-detector 209.
  • the section l 2 in FIG. 1 shows a top view of the plane 21 1, in which individual detection areas of the particle multi-detector 209 are located, on which the secondary particle beams 9 impinge at locations 213.
  • the impact locations 213 lie in a field 217 with a regular distance P 2 from one another. Exemplary values of the distance P 2 are 10 microns, 100 microns and 200 microns.
  • the primary particle beams 3 are generated in a beam generating device 300, which comprises at least one particle source 301 (eg an electron source), at least one collimation lens 303, a multi-aperture arrangement 305 and a field lens 307.
  • the particle source 301 generates a diverging particle beam 309, which is collimated or at least largely collimated by the collimation lens 303 to form a beam 311 which illuminates the multi-aperture arrangement 305.
  • the section U in FIG. 1 shows a top view of the multi-aperture arrangement 305.
  • the multi-aperture arrangement 305 comprises a multi-aperture plate 313 which has a plurality of openings or apertures 315 formed therein.
  • Center points 317 of the openings 315 are arranged in a field 319 which is imaged on the field 103 which is formed by the beam spots 5 in the object plane 101.
  • a distance P3 between the center points 317 of the apertures 315 from one another can have exemplary values of 5 micrometers, 100 micrometers and 200 micrometers.
  • the diameters D of the apertures 315 are smaller than the distance P3 between the center points of the apertures. Exemplary values of the diameter D are 0.2 x P3, 0.4 x P3 and 0.8 x P3.
  • Particles of the illuminating particle beam 311 penetrate the apertures 315 and form particle beams 3. Particles of the illuminating beam 311 which strike the plate 313 are intercepted by the latter and do not contribute to the formation of the particle beams 3.
  • the multi-aperture arrangement 305 focuses each of the particle beams 3 such that beam foci 323 are formed in one plane 325.
  • a diameter of the beam foci 323 can be, for example, 10 nanometers, 100 nanometers and 1 micrometer.
  • the field lens 307 and the objective lens 102 provide a first imaging particle optics in order to image the plane 325, in which the beam foci are formed, on the first plane 101, so that there is a field 103 of impact points 5 or beam spots. If a surface of the object 7 is arranged in the first plane, the beam spots are correspondingly formed on the object surface.
  • the objective lens 102 and the projection lens arrangement 205 provide a second imaging particle optics in order to image the first plane 101 onto the detection plane 211.
  • the objective lens 102 is thus a lens which is part of both the first and the second particle optics, while the field lens 307 only belongs to the first particle optics and the projection lens 205 only the second particle optics.
  • a beam splitter 400 is arranged in the beam path of the first particle optics between the multi-aperture arrangement 305 and the objective lens system 100.
  • the beam splitter 400 is also part of the second optical system in the beam path between the objective lens system 100 and the detector system 200.
  • Further information on such multi-beam particle beam systems and components used therein, such as particle sources, multi-aperture plates and lenses, can be found in international patent applications WO 2005/024881, WO 2007/028595, WO 2008/028596, WO 201 1/124352 and WO 2007/060017 and the German patent applications with the application numbers DE 10 2013 026 1 13.4 and DE 10 2013 014 976.2 can be obtained, the disclosure of which is fully incorporated by reference into the present application.
  • the multitude of particle beam systems also has a computer system 10, which is designed both to control the individual particle-optical components of the multitude of particle beam systems and to evaluate and analyze the signals obtained with the multi-detector 209.
  • the computer system 10 can be constructed from several individual computers or corresponding components.
  • the computer system 10 comprises a control computer system 270 and one or more image generation computers 280.
  • the provision of a plurality of image generation computers 280 is advantageous on account of the large amounts of data that arise and permits parallel evaluation of detector signals.
  • the inventive method for detector adjustment can also be carried out with the aid of the computer system 10 described, i.e. the computer system is designed by a program, among other things, to carry out the inventive method for detector adjustment.
  • detector 209 comprises scintillator plate 207, onto which the interaction products, for example secondary electron beams, are directed by electron optics.
  • These electron optics when integrated in the multi-beam particle microscope of FIG. 1, comprise the electron-optical components of the particle optics which form the electron beams 9, ie for example the objective lens 102 which guide the electron beams 9 to the detector 209, for example the beam splitter 400 and which focus the electron beams 9 on the surface of the scintillator plate 207, such as, for example, the lens 205.
  • the electron beams 9 impinge on the scintillator plate 207 at impact points 213.
  • the scintillator plate 207 contains a scintillator material which is excited by the incident electrons of the electron beams 9 to emit photons.
  • Each of the impact locations 213 thus forms a source for photons.
  • FIG. 2 only a single corresponding beam path 221 is shown, which starts from the point of impact 213 of the middle of the five electron beams 9 shown.
  • the beam path 221 runs through a light optics 223, which in the example shown comprises a first lens 225, a mirror 227, a second lens 229 and a third lens 231, and then strikes a light receiving surface 235 of a light detection system 237.
  • the light receiving surface 235 is through a
  • the end face of a glass fiber 239 is formed, into which at least some of the photons are coupled and passed to a light detector 241.
  • the light detector 241 can comprise, for example, a photomultiplier, an avalanche photodiode, a photodiode or other types of suitable light detectors.
  • the light optics 223 is configured such that it optically images the surface 208 of the scintillator plate 207 in an area 243 in which the light receiving surface 235 is arranged. Based on this optical image, optical images of the impact location 213 are generated in the area 243.
  • a separate light receiving surface 235 of the light detection system 237 is provided in the area 243 for each of the impact points 213.
  • Each of the further light receiving surfaces 235 is formed by an end face of a light guide 239, which guides the light coupled into the end face to a light detector 241.
  • a light receiving surface 235 is assigned to each of the impact points 213, the light entering a respective light receiving surface 235 being detected by a separate light detector 241.
  • the light detectors 241 output electrical signals via signal lines 245. These electrical signals represent intensities of the particle beams 9.
  • the locations on the surface of the scintillator plate 207 which are imaged on the light receiving surfaces of light detectors 241 define different detection points or detection areas.
  • interaction products for example electrons which emerge from two different individual field areas of an object, are also projected onto different detection areas of the scintillator plate 207.
  • the light detectors 241 are arranged away from the light receiving surfaces 235 onto which the light optics 223 images the scintillator plate 207, and the received light is fed to the light detectors 241 through glass fibers 239.
  • FIG. 2 explains - as said - only schematically some details of the detector 209. It should be pointed out here that many points of the sample are irradiated or scanned by the locking / scanning movement of the primary particle beams over an object or a sample will. Each primary particle beam 3 completely or partially sweeps over an individual field area of the object. Each primary particle beam 3 is assigned its own individual field area of the object. Interaction products, for example secondary electrons, now emerge from these individual field areas of the object.
  • each primary particle beam 3 comprises its own detection area on the scintillator and also its own detector channel or light detector 241. For this reason, in the multi-beam particle microscope described, all characteristic curve deviations of the detection areas or detectors are visible in the individual images generated in each case.
  • Detection architecture other than that shown in FIG. 2 are also suitable for executing the inventive method for detector adjustment.
  • FIG. 3 shows an example of a single image that has been obtained based on a single primary particle beam.
  • the structure visible in the single image represents the structure of the test sample used.
  • the individual image has been built up line by line by a corresponding latching or scanning movement of the primary particle beam.
  • the number of pixels in the single image is very high and is of the order of magnitude e.g. approx. 1000 x 1200 to approx. 8000 x 9300 pixels.
  • a corresponding single image is now generated for each primary particle beam 3.
  • these individual images do not all have the same brightness value and the same contrast value. This is where the actual detector calibration starts.
  • a single image analysis is carried out for each individual image and a brightness histogram is determined.
  • the brightness is on the X axis, i.e. the gray level of the output signal, plotted and on the Y-axis the number of pixels in the individual image which have the respective brightness is indicated.
  • the histogram results in a Gaussian distribution or a distribution that can be approximated by a Gaussian distribution.
  • the mean value of the Gaussian distribution is defined as the brightness value of the single image.
  • this value is indicated by the dashed line.
  • a contrast value e.g. defines a multiple of the standard deviation of the Gaussian distribution, for example two sigma of the Gaussian distribution.
  • the light detectors 241, or more generally the detection unit are now set such that each individual image has the same contrast value and / or brightness value within the respectively predefined accuracy.
  • This changed setting is now tested by again generating all the individual images with the new setting of the detectors using the experimental arrangement. The new contrast value and / or brightness value for each individual image is also determined here as described.
  • the predetermined plurality of individual images, or possibly all individual images have the same contrast value within a predetermined first accuracy or limit / tolerance, and preferably the predetermined plurality of individual images or possibly all Single images, the same brightness value within a second predetermined accuracy or limit.
  • a quality criterion can be defined and used in advance as a criterion for a successful detector adjustment.
  • the image shown in FIG. 3 and the brightness histogram shown in FIG. 4a were obtained using avalanche photodiodes as light detectors.
  • the characteristics of the photodiodes, i.e. the amplification and the offset have each been set via a voltage change or current change.
  • 4a shows that the pure detector offset only has an effect on the brightness value. In other words, the curve shifts left or right in the diagram when the offset of the avalanche photodiode is changed.
  • you change the gain of the detector characteristic two values change in combination, namely both the brightness value and the standard deviation (two sigma widths) of the Gaussian distribution. It may therefore make sense to first adjust the contrast value and only then the brightness value.
  • FIG. 4b illustrates an example of a detector characteristic.
  • the output signal of a detector obtained is plotted against the beam intensity.
  • the axis scales are standardized to one for illustrative purposes. Basically, you can see that the output signal becomes stronger as the beam intensity increases. At least in sections there is a linear relationship between the beam intensity and the output signal. In sections, a straight line can thus be fitted to the characteristic curve shown, i.e. a tangent is created, the slope ⁇ of the tangent describing the gain.
  • the characteristic curve in turn intersects the y-axis at a height d. Even without an incoming beam or without photons incident on the detector (depending on the detector), you get an albeit weak output signal. Values for the output signal must therefore be adjusted for this so-called offset d.
  • the gain ⁇ and the offset d therefore change if the characteristic curve changes overall. By changing the characteristic curve, both the gain ⁇ and the offset d can be set.
  • the detectors are now adjusted in such a way that the brightness histograms in all adjusted individual images within a predefined first limit have identical widths to the width of the peak in the brightness histogram identified by the double arrow in FIG. 4a.
  • the gain of the detector assigned to the respective individual image is changed accordingly.
  • the offset values of the detector characteristic curves become such changed that the peaks in the brightness histograms for all detectors assigned to the matched individual images lie within the second defined limits at the same brightness value or gray value.
  • 5 shows an example of a multi-image before and after a detector adjustment.
  • 5a shows the initial situation before the detector adjustment.
  • 91 single images of different brightness values and with different types of contrast can be seen.
  • the individual images are each rectangular.
  • Each individual image was created using a primary particle beam assigned to it.
  • Overall, the arrangement of the 91 individual images results in a hexagonal structure that is suitable for tessellation of a surface.
  • 5b shows the situation after detector adjustment has taken place. It can be seen that each individual image has the same brightness value and the same contrast value within defined limits, i.e. within defined accuracy ranges. 5 thus illustrates the effectiveness of the described method for detector adjustment.
  • 6 to 13 illustrate exemplary matching strategies for embodiments of the invention, in which work is carried out with the aid of overlapping areas between individual images.
  • 6 initially illustrates an arrangement of individual images 1 to 19, the individual images each being rectangular, here approximately square.
  • the individual images are suitable for tessellation of the surface and in their entirety result in an almost hexagonal structure.
  • This hexagonal structure can now be divided into different shells, as shown in FIG. 7 by the differently hatched areas.
  • the innermost frame 1 is shown colored black.
  • a further shell with the individual images 8 to 19 is arranged around this ring of individual images (hatched).
  • the central single image 1 serves as a reference. Specifically, the contrast and / or brightness values of the overlapping individual images of individual image 1 are each compared with the contrast and / or brightness values of the overlapping individual images of individual images 2 to 7, and from these values for comparing the detectors assigned to individual images 2 to 7 with respect to contrast and / or brightness derived. Then the contrast and / or brightness values in the overlapping individual images of the individual images 2 to 7 are compared with the contrast and / or brightness values in those adjacent to the individual images 2 to 7 Frames 8 to 19 compared in the respective overlap areas.
  • the contrast and / or brightness values of the following individual images are then compared with one another: image 2 with image 8; Picture 3 with picture 9 and picture 3 with picture 10; Picture 4 with picture 1 1, 12 and 13; Picture 5 with picture 14; Picture 6 with picture 15 and 16; Image 7 with images 17, 18 and 19 in each case.
  • values are then obtained for the comparison of the detectors assigned to the individual images 8 to 19 with respect to contrast and / or brightness. Following errors can be kept as low as possible in the described procedure.
  • the detectors assigned to the outermost single images or overlapping single images - viewed from the central single image 1 - are compared starting from the central single image 1 by as few intermediate steps as possible.
  • the individual images compared for the comparison of the detectors with respect to their contrast and / or brightness values are identified by arrows in FIG. 8.
  • the contrast value and the brightness value of the central single image 1 serve as reference values in this adjustment strategy.
  • the adjustment of the detectors assigned to the individual images 2 to 19 is carried out by changing the gain and offset of the detectors assigned to the individual images 2 to 19 such that the peaks in the brightness histograms of the individual images 2 to 19 all have the same width or standard deviation as that within the defined first limit
  • Have peaks in the brightness histogram of the central single image 1 and the positions of the peaks in the brightness histograms of the individual images 2 to 19 within the defined second limit are all at the same gray value as the peak in the brightness histogram of the central single image 1.
  • FIG. 9 shows a further comparison path alternative to the comparison path in FIG. 8, which differs in details from the comparison path shown in FIG. 8.
  • the individual images compared for the adjustment of the detectors in terms of their contrast and / or brightness values are again identified by arrows in FIG. 9.
  • the alignment of the detectors assigned to the first shell, ie the individual images 2 to 7, is carried out identically as described above in connection with FIG. 8. However, there are several options for comparing the detectors assigned to the individual images 8 to 19 of the next shell. In FIG.
  • the contrast and / or brightness values of the individual images 13, 14, 15 in the overlap regions are compared with the contrast and / or brightness values of the individual image 5 and from these values for the The contrast and / or brightness values of the detectors assigned to the individual images 13, 14 and 15 are compared.
  • the contrast and / or brightness values of the individual images 8, 9 and 19 in the overlap regions are compared with the contrast and / or brightness values of the individual image 2 and values are obtained therefrom for the comparison of the contrast and / or brightness values of the detectors assigned to the individual images 8, 9 and 19 .
  • the contrast and / or brightness values of the individual image 7 are used only for the adjustment of the detector assigned to the individual image 18.
  • following errors can be kept as low as possible.
  • FIG. 10a illustrates the comparison by means of the overlapping individual images on the basis of an enlarged detail from FIG. 6.
  • the black rectangles drawn in FIG. 10a between the central single image 1 on the one hand and the first shell with the individual images 2 to 7 on the other hand illustrate the overlapping individual images.
  • the overlapping individual images are each dimensioned the same, but in some cases oriented differently.
  • the corresponding overlapping individual images are each of the same size. It is assumed that the overlap sample areas, which are represented by the overlap individual images, have at least approximately the same secondary electron yield and variations in brightness and / or contrast in the mutually assigned overlap individual images are caused by different detector characteristics in the individual images.
  • the lengths of the overlapping individual images are selected such that they each only extend over part of the length of the respective border between adjacent individual images.
  • FIG. 10b illustrates alternative overlap areas between individual images.
  • Individual images 1 to 7 are shown, each of which is approximately square in the example shown here. For example, they could also be rectangular.
  • the individual images 1 to 7 now each have overlapping areas with the adjacent individual images.
  • these overlap regions are strip-shaped, each with a width b.
  • the width b of all overlap areas is identical here, but it could also vary from overlap area to overlap area.
  • the stripe-shaped overlap areas are designated in their different sections by the letters A to R in FIG. 10b in order to be able to better explain the detector adjustment on the basis of the overlap areas in the following.
  • the starting point is again the central single image 1, the contrast and / or brightness values of which is initially to be compared with the single image 2 within the common overlap area.
  • the individual pictures 1 and 2 now have the common one BCD overlap area.
  • the areas BCD can therefore define overlapping individual images and the brightness and / or contrast values in these overlapping areas BCD can be compared with one another.
  • the individual images 1 and 3 can also be compared in their overlap area with respect to brightness and / or contrast for the detector adjustment of the detector assigned to the individual image 3. This includes the areas D-EF or a selection of them. Furthermore, the individual image 1 can be compared with individual image 4 in the overlapping area FJP or parts thereof in order to obtain values for a comparison of the detector assigned to the individual image 4.
  • the detector assigned to the individual image 5 can be compared with the detector assigned to the individual image 1 via the overlap region N; O; P or parts thereof.
  • a comparison of the detector assigned to the individual image 6 with the detector assigned to the individual image 1 can in turn take place via the common overlap area LMN or parts thereof.
  • a comparison of the detector assigned to the individual image 7 with the detector assigned to the individual image 1 can in turn take place via the common overlap regions B1L or parts thereof.
  • other adjustment paths are also possible.
  • the detector assigned to individual image 3 could not be compared directly with individual image 1 via the common overlap area, but the detector assigned to individual image 3 could also be compared via overlap regions with the previously already matched detector which is assigned to individual image 2.
  • the common overlap area HD or parts of it would be available for this.
  • such an adjustment has the disadvantage that a following error increases, which ideally should be kept as small as possible. In this respect, it is advisable to compare the individual images 2 to 7 of the shell directly surrounding the central individual image 1 using the overlapping areas with the central individual image 1 over the respective common overlapping areas.
  • the width b of the overlap strips is, for example, approximately 0.5 pm.
  • the width b of an overlap strip or a rectangular overlap area is> 1% and ⁇ 10% of the corresponding image height or image width H, that is to say 1% H ⁇ bs 10% H; preferably 1% H ⁇ b 2 7% H and most preferably 3% H ⁇ b ⁇ 5% H.
  • Fig. 1 1 shows an alternative embodiment of the invention, each with three corresponding overlapping individual images.
  • the overlap frames in Fig. 1 1 are illustrated by the black circles. It would also be possible to choose a different shape for the overlapping frames, e.g. a rectangular shape. It is important that there is a sufficient number of data points in each overlapping individual image so that the statistical evaluation of brightness and / or contrast in the overlapping individual images also has the necessary informative value.
  • the individual images shown with the adjacent individual images - apart from the overlapping areas - not only have a common corner point, but have common edges with one another.
  • the rectangular single images are arranged in several layers, shifted against each other in a wall. This is different in the exemplary embodiment shown in FIG. 12: These are rectangular single images 1 to 9, which are arranged in three rows arranged one above the other and themselves form a large rectangle. Even with such an arrangement of individual images, the overlapping areas can be used for the detector adjustment. It can again be assumed that a central single image 5 with its four overlapping individual images, each of which forms overlapping individual images with the individual images 2, 4, 6 and 8 surrounding the central single image.
  • the detectors assigned to the individual images 1, 3, 7 and 9 lying at the corners can then again be compared with the individual images 4, 6 adjacent to them by evaluating the contrast and brightness values in corresponding overlap areas will.
  • the overlap frames 60 and 61 are square and have four mutually assigned overlap frames.
  • the Overlap frames 62 and 63 on the other hand, only have half the area of the overlap frames 60 and 61, and there are only two overlap frames associated with each other.
  • 4 detectors or 4 conversion channels of a detector each contribute to the image of the overlap frame and are compared with one another, starting from the central frame 5 as a reference. Only two individual images each contribute to the smaller overlapping individual images 62 and 63, which are each compared with the overlapping individual image of individual image 5 (overlapping individual images of individual images 3 and 7).
  • all detectors assigned to the external individual images are ultimately compared with the central individual image 5 based on the brightness and / or contrast values in overlapping areas.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Detektorabgleich bei der Abbildung von Objekten mittels eines Mehrstrahl-Teilchenmikroskops. Dabei wird gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ein Abgleich anhand von Einzelbildern und gemäß einer zweiten Ausführungsform ein Abgleich anhand von Überlappbereichen durchgeführt. Für den Detektorabgleich selbst werden Kontrastwerte und/ oder Helligkeitswerte verwendet und es können iterative Verfahren zum Einsatz kommen.

Description

Verfahren zum Detektorabgleich bei der Abbildung von Objekten mittels eines Mehrstrahl-Teilchenmikroskops
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektorabgleich bei der Abbildung von Objekten mittels eines Mehrstrahl-Teilchenmikroskops. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein zum Ausführen des Verfahrens geeignetes System sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.
Stand der Technik
Mehrstrahl-Teilchenmikroskope können ebenso wie Einzelstrahl-Teilchenmikroskope dazu verwendet werden, Objekte auf einer mikroskopischen Skala zu analysieren. Bspw. können mittels dieser Teilchenmikroskope Bilder eines Objekts aufgenommen werden, welche eine Oberfläche des Objekts repräsentieren. Auf diese Weise kann bspw. die Struktur der Oberfläche analysiert werden. Während in einem Einzelstrahl-Teilchenmikroskop ein einziger Teilchenstrahl aus geladenen Teilchen wie bspw. Elektronen, Positronen, Myonen oder Ionen, dazu verwendet wird, das Objekt zu analysieren, wird in einem Mehrstrahl- Teilchenmikroskop eine Mehrzahl von Teilchenstrahlen dazu verwendet. Die Mehrzahl der Teilchenstrahlen, welche auch als Bündel bezeichnet wird, wird gleichzeitig auf die Oberfläche des Objekts gerichtet, wodurch verglichen mit einem Einzelstrahl- Teilchenmikroskop eine deutlich größere Fläche der Oberfläche des Objekts während eines gleichen Zeitraums abgetastet und analysiert werden kann.
Aus der WO 2005/ 024 881 A2 ist ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem in Form eines Elektronenmikroskopiesystems bekannt, welches mit einer Vielzahl von Elektronenstrahlen arbeitet, um ein zu untersuchendes Objekt mit einem Bündel von Elektronenstrahlen parallel abzurastern. Das Bündel von Elektronenstrahlen wird erzeugt, indem ein von einer Elektronenquelle erzeugter Elektronenstrahl auf eine Multiaperturplatte gerichtet wird, welche eine Vielzahl von Öffnungen aufweist. Ein Teil der Elektronen des Elektronenstrahls trifft auf die Multiaperturplatte und wird dort absorbiert, und ein anderer Teil des Stahls durchsetzt die Öffnungen der Multiaperturplatte, sodass im Strahlengang hinter einer jeden Öffnung ein
BESTATIGUNGSKOPIE Elektronenstrahl geformt wird, dessen Querschnitt durch den Querschnitt der Öffnung definiert ist. Weiterhin führen geeignet gewählte elektrische Felder, welche im Strahlengang vor und/ oder hinter der Multiaperturplatte bereitgestellt sind, dazu, dass eine jede Öffnung in der Multiaperturplatte als eine Linse auf den die Öffnung durchsetzenden Elektronenstahl wirkt, so dass die Elektronenstrahlen in einer Ebene fokussiert werden, welche in einem Abstand von der Multiaperturplatte liegt. Die Ebene, in der die Foki der Elektronenstrahlen gebildet werden, wird durch eine nachfolgende Optik auf die Oberfläche des zu untersuchenden Objekts abgebildet, so dass die einzelnen Elektronenstrahlen als Primärstrahlen fokussiert auf das Objekt treffen. Dort erzeugen sie von dem Objekt ausgehende Wechselwirkungsprodukte wie Rückstreuelektronen oder Sekundärelektronen, welche zu Sekundärstrahlen geformt und von einer weiteren Optik auf einen Detektor gerichtet werden. Dort trifft ein jeder der Sekundärstrahlen auf ein separates Detektorelement, so dass die mit diesem detektierten Elektronenintensitäten Informationen zu dem Objekt an dem Ort bereitstellen, an dem der entsprechende Primärstrahl auf das Objekt trifft. Das Bündel von Primärstrahlen wird systematisch über die Oberfläche des Objekts gescannt, um in der für Rasterelektronenmikroskope üblichen Weise ein elektronenmikroskopisches Bild des Objekts zu erzeugen.
Wie oben bereits erwähnt, trifft jeder Sekundärstrahl auf ein separates bzw. ihm zugeordnetes Detektorelement. Selbst bei im Prinzip baugleichen Detektorelementen sind diese Detektorelemente aber normalerweise nicht 100% identisch. Stattdessen können insbesondere ihre Detektorkennlinien voneinander abweichen, was zu unterschiedlichen Helligkeits- und/ oder Kontrastwerten von Einzelbildern führen kann, selbst wenn für die Einzelbilder exakt dieselbe Struktur abgetastet wurde. Diese Unterschiede in der Helligkeit und/ oder im Kontrast können sich z.B. dann als problematisch erweisen, wenn verschiedene Einzelbilder aneinandergesetzt werden sollen (sog. Stitching). Außerdem spielen die angesprochenen Unterschiede eine Rolle, wenn Dimensionen von Oberflächenstrukturen, die sich über mehrere Einzelbilder erstrecken, vermessen werden sollen. Auch eine Konturerkennung kann durch die Unterschiede in Helligkeits- und/ oder Kontrastwerten erschwert sein, weil hier die Ränder der Einzelbilder fälschlicherweise als Kontur interpretiert werden könnten.
Beschreibung der Erfindung
Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Detektorabgleich bei der Abbildung von Objekten mittels eines Mehrstrahl-Teilchenmikroskops bereitzustellen, sodass eine genauere Analyse von Bilddaten und eine bessere Weiterverarbeitung von Bilddaten ermöglicht werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.
Im Folgenden werden zwei Ausführungsformen der Erfindung inklusive vorteilhafter Weiterbildungen beschrieben. Dabei bezieht sich die erste Ausführungsform auf einen Detektorabgleich anhand von Einzelbildern und die zweite Ausführungsform auf einen Detektorabgleich anhand von Überlapp-Bereichen.
Eine erste Ausführungsform der Erfindung bezieht sich demnach auf ein Verfahren zum Detektorabgleich bei der Abbildung von Objekten mittels eines Mehrstrahl- Teilchenmikroskops, das die folgenden Schritte aufweist:
Bestrahlung, insbesondere simultane Bestrahlung, des Objektes mit einer Vielzahl von Primär-Teilchenstrahlen, wobei jeder Primär-Teilchenstrahl einen separaten Einzelfeldbereich des Objektes rasternd bestrahlt;
Aufsammeln von Wechselwirkungsprodukten, die aufgrund der Primär- Teilchenstrahlen aus dem Objekt austreten;
Projizieren der Wechselwirkungsprodukte auf Detektionsbereiche einer Detektionseinheit mit einem Detektor oder mit mehreren Detektoren derart, dass die von zwei verschiedenen Einzelfeldbereichen austretenden Wechselwirkungsprodukte auf verschiedene Detektionsbereiche projiziert werden,
Erzeugen von Einzelbildern von jedem der Einzelfeldbereiche basierend auf Daten, die jeweils mithilfe von Signalen aus den Detektionsbereichen gewonnenen werden oder gewonnen worden sind;
Ermitteln eines Kontrastwertes für jedes Einzelbild; und
Einstellen der Detektionseinheit, so dass eine vorbestimmte Vielzahl der Einzelbilder, insbesondere alle Einzelbilder, innerhalb einer definierten ersten Grenze denselben Kontrastwert aufweist bzw. aufweisen.
Bei den Primär-Teilchenstrahlen kann es sich zum Beispiel um Elektronen, Positronen, Myonen oder Ionen oder andere geladene Partikel handeln. Die jedem Primär-Teilchenstrahl zugeordneten Einzelfeldbereiche des Objekts werden rasternd, z.B. zeilenweise oder spaltenweise, abgescannt. Dabei ist es bevorzugt so, dass die Einzelfeldbereiche einander benachbart sind bzw. das Objekt oder einen Teil desselben kachelnd abdecken. Auf diese Weise ist es möglich, ein möglichst vollständiges und zusammenhängendes Bild des Objekts zu erhalten. Bevorzugt sind die Einzelfeldbereiche rechteckig oder quadratisch ausgebildet, da dies für den Abtastvorgang mithilfe der Teilchenstrahlung am einfachsten zu realisieren ist. Insgesamt können die Einzelfeldbereiche als Rechtecke in verschiedenen Zeilen übereinander derart angeordnet sein, das sich insgesamt eine hexagonale Struktur ergibt. Die Anzahl der Primär-Teilchenstrahlen ist dabei nicht genau festgelegt; je mehr Primär- Teilchenstrahlen jedoch verwendet werden, desto mehr Bildinformation kann pro Zeiteinheit erhalten bzw. auch desto schneller kann das Abrastern der gesamten Objektfläche erfolgen. Auch ist es vorteilhaft, wenn alle Primär-Teilchenstrahlen eines Mehrstrahl- Teilchenmikroskopes, die maximal zur Verfügung stehen, bzw. die auf diese zurückzuführenden Bilddaten, für das beschriebene Verfahren zum Detektorabgleich auch verwendet werden, dies ist jedoch nicht zwingend der Fall. Es ist vorteilhaft, wenn die Zahl der Teilchenstrahlen 3n (n-1 )+1 , mit n einer beliebigen natürlichen Zahl, im hexagonalen Fall beträgt. Andere Anordnungen der Einzelfeldbereiche, z.B. in einem quadratischen oder rechteckigen Raster, sind ebenfalls möglich.
Bei den Wechselwirkungsprodukten kann es sich um Rückstreuelektronen oder aber um Sekundärelektronen handeln. Dabei ist es für Analysezwecke bevorzugt so, dass die niederenergetischen Sekundärelektronen für die Bilderzeugung verwendet werden.
Die erfindungsgemäße Detektionseinheit kann einen Detektor oder mehrere Detektoren desselben oder verschiedenen Typs umfassen. Die Detektionseinheit kann z.B. einen oder mehrere Teilchendetektoren aufweisen oder daraus bestehen. Ein Teilchendetektor kann wiederum einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, in der Detektionseinheit einen oder mehrere Teilchendetektoren und Lichtdetektoren miteinander zu kombinieren bzw. hintereinander zu schalten.
Beim Einstellen der Detektionseinheit derart, dass eine vorbestimmte Vielzahl oder alle Einzelbilder innerhalb einer gewünschten Genauigkeit, d.h. innerhalb der definierten ersten Grenze, denselben Kontrastwert aufweisen, wird Einfluss auf den Output der Detektionsbereiche genommen. Je nach Aufbau der Detektionseinheit kann es dabei so sein, dass tatsächlich separate Detektoren eingestellt werden, dass also ein Detektionsbereich einem separaten Detektor entspricht. Es ist aber auch möglich, dass bei einem einzelnen Detektor jeweils verschiedene Konversionskanäle separat eingestellt und/oder abgeglichen werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Detektionseinheit einen Teilchendetektor sowie mehrere diesem nachgeschaltete Lichtdetektoren. Konkret kann der Teilchendetektor eine Szintillator-Platte mit mehreren Detektionsbereichen aufweisen. Das Projizieren der Wechselwirkungsprodukte auf die Detektionsbereiche des Teilchendetektors erfolgt dabei mithilfe einer geeigneten Teilchenoptik. Die von dem Teilchendetektor ausgesendeten Lichtsignale gelangen dabei in geeigneter Weise zu einem dem jeweiligen Detektionsbereich des Teilchendetektors zugeordneten Lichtdetektor. Es ist z.B. möglich, das von einem Detektionsbereich des Teilchendetektors ausgesendete Licht über eine entsprechende Lichtoptik in Glasfasern einzukoppeln, die wiederum mit dem eigentlichen Lichtdetektor verbunden sind. Der Lichtdetektor umfasst bspw. einen Photomultiplier, eine Photodiode, eine Avalanche-Photodiode oder andere Arten geeigneter Lichtdetektoren.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung umfasst die Detektionseinheit einen Teilchendetektor, aber keine Lichtdetektoren. Es ist dann möglich, die Teilchen direkt zu detektieren, ohne den Umweg über Photonen, zum Beispiel indem man sie in die Sperrschicht eines Halbleiters injiziert, wodurch dann wieder eine Elektronenlawine ausgelöst werden kann. Hierfür wird dann ein entsprechend strukturierter Halbleiterdetektor benötigt, der für jeden Strahl mindestens eine unabhängige Konversionseinheit aufweist.
Die Einzelbilder sind den Einzelfeldbereichen des Objekts zugeordnet. Entsprechend entspricht auch die geometrische Form der Einzelfeldbereiche der geometrischen Form der Einzelbilder. Häufig handelt es sich dabei um Rechtecke oder Quadrate. Grundsätzlich ist es so, dass die mittels der Detektoren generierten Signale einer Intensität der Teilchenstrahlen aus Wechselwirkungsprodukten entsprechen. Schließlich liegen die Einzelbilder dann - nach Analog-Digital-Wandlung und Bildakquisition - als digitaler Datensatz vor.
Bevorzugt ist es so, dass zur Ermittlung des Kontrastwertes jedes Einzelbildes sämtliche Einzelpunkte des Einzelbildes beitragen. Dabei kann ein Kontrastwert für ein Einzelbild auf verschiedene Weise definiert werden. Wichtig ist dabei eine sinnvolle Definition, worauf später noch genauer eingegangen wird.
Ein Einstellen der Detektoren, so dass eine vorbestimmte Vielzahl bzw. alle Einzelbilder innerhalb einer definierten ersten Grenze denselben Kontrastwert aufweisen, kann jeweils über einen oder mehrere Einstellparameter der Detektionseinheit bzw. der Detektoren erfolgen. Die Natur dieser Parameter ist abhängig davon, was für eine Detektionseinheit verwendet wird. Dabei ist es theoretisch möglich, dass bereits nach einem einmaligen Einstellen der Detektionseinheit die vorbestimmte Vielzahl oder alle Einzelbilder innerhalb der definierten ersten Grenze denselben Kontrastwert aufweisen. Häufiger wird es jedoch der Fall sein, dass das Einstellen der Detektionseinheit in mehreren Schritten oder Verfahrensdurchläufen und bevorzugt immer feiner werdend vorgenommen wird, um für die vorbestimmte Vielzahl oder alle Einzelbilder denselben Kontrastwert zu erzielen. Dabei wird bevorzugt ein sinnvoller Kontrastwert eines Einzelbildes als Referenz gewählt. Es kann auch ein mittlerer Kontrastwert aller Einzelbilder als Referenzwert/ Targetwert gewählt werden. Die definierte (gewünschte) erste Grenze (Genauigkeit) kann dabei z.B. als Bereich in Absolutwerten angegeben oder als Abweichung in Prozent von einem vorab definierten Referenzwert angegeben werden. Insbesondere kann eine Abweichung von einem vorab gewählten Referenzwert <10% betragen, bevorzugt <5% und höchst bevorzugt S1 % betragen.
Bevorzugt ist es so, dass das Verfahren ganz oder teilweise mehrfach und/ oder iterativ ausgeführt wird. Bei einer iterativen Vorgehensweise kommen insbesondere Extrapolationsmethoden und Interpolationsmethoden zum Einsatz, die schrittweise und bevorzugt immer feiner werdend eine Feineinstellung der Detektionseinheit erlauben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren des Weiteren die folgenden Schritte auf:
Ermitteln eines Helligkeitswertes eines jeden Einzelbildes; und
Einstellen der Detektionseinheit, so dass eine vorbestimmte Vielzahl, insbesondere alle Einzelbilder, innerhalb einer vordefinierten zweiten Grenze denselben Helligkeitswert aufweist bzw. aufweisen.
Bei dieser Ausführungsvariante der Erfindung ist es also so, dass sowohl die Kontrastwerte als auch die Helligkeitswerte aller Einzelbilder miteinander abgeglichen werden. Helligkeitswerte und Kontrastwerte eines Einzelbildes stehen ohnehin in einem engen Zusammenhang miteinander, so dass ein Abgleich beider Größen die besten Ergebnisse liefert. Helligkeits- und Kontrastwerte werden weiter unten noch eingehender definiert. Auch bei den Helligkeitswerten kann die definierte zweite Grenze (Genauigkeit) z.B. als Bereich in Absolutwerten angegeben oder als Abweichung in Prozent von einem vorab definierten Referenzwert angegeben werden. Insbesondere kann eine Abweichung von einem vorab gewählten Referenzwert <10% betragen, bevorzugt <5% und höchst bevorzugt <1 % betragen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung umfasst das Verfahren des Weiteren den folgenden Verfahrensschritt: - Testen der geänderten Einstellungen der Detektionseinheit durch erneutes Ausfuhren einiger oder sämtlicher Verfahrensschritte.
Das Testen kann bspw. nach der Ermittlung der Kontrastwerte für jedes Einzelbild und/oder nach Ermitteln eines Helligkeitswertes für jedes Einzelbild enden, nämlich dann, wenn die so ermittelten Kontrastwerte und/oder Helligkeitswerte für jeweils eine vorbestimmte Vielzahl, oder bevorzugt für alle, Einzelbilder innerhalb der vordefinierten Grenzen jeweils dieselben sind. In diesem Fall braucht die Detektionseinheit natürlich nicht weiter oder feiner eingestellt zu werden. In diesem Zusammenhang ist es zielführend, jeweils ein Gütekriterium als Kriterium für einen erfolgreichen Detektorabgleich zu definieren. Dieses Gütekriterium ist dann das Abbruchkriterium bei einer mehrfachen Verfahrensausführung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Einstellen der Detektionseinheit ein Einstellen einer Verstärkung und / oder ein Einstellen eines Offsets. Dies kann abhängig vom Aufbau der Detektionseinheit für einen oder für mehrere Detektoren oder ihre Konversionskanäle erfolgen. Grundsätzlich ist es so, dass Detektoren zur Umwandlung von Teilchen zwei sehr wichtige Einstellparameter - neben vielen anderen Parametern - besitzen. Dies sind die Verstärkung und der Offset. Abgebildet werden sie in der Kennlinie eines Detektors.
Die Verstärkung gibt dabei grundsätzlich an, wie viel Output durch wie viel Input erzeugt wird. Konkret gibt die Verstärkung die Anzahl der im Output enthaltenen Teilchen der zweiten Teilchensorte (out) im Verhältnis zu der im Input enthaltenen Teilchenanzahl der ersten Teilchensorte (in) an. Im Falle einer Avalanche-Photodiode wird der Input durch Photonen gebildet und der Output sind Elektronen. Analoges lässt sich für alle anderen Detektoren, DED („direct electron detection“), PMT („photomultiplier tube“), usw. definieren. Darüber hinaus haben viele Detektoren, die in ein elektrisches Signal konvertieren (Strom, bzw. Spannungsabfall über einem Ausgangswiderstand), einen Nachverstärker eingebaut, dessen Verstärkung ebenfalls einstellbar ist.
Der Offset wiederum gibt an, wie hoch der Pegel des Ausgangssignals ist, wenn keine Primärteilchen ankommen. Das ist in der Regel in der elektronischen Nachbeschaltung durch einen Spannungsaddierer gelöst. Letztendlich werden mit diesen Systemen also Leckströme usw. kompensiert. Offset und Verstärkung sind in der Regel nicht unabhängig voneinander.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Projizieren der Wechselwirkungsprodukte auf Detektionsbereiche eines Teilchendetektors, wobei von jedem Detektionsbereich des Teilchendetektors bei einem Auftreffen von Wechselwirkungsprodukten auf diesen Detektionsbereich Lichtsignale ausgesendet werden, wobei die von jedem Detektionsbereich ausgesendeten Lichtsignale einem dem jeweiligen Detektionsbereich zugeordneten Lichtdetektor zugeführt werden; und
wobei das Einstellen der Detektionseinheit ein Einstellen der Lichtdetektoren umfasst. Im Übrigen gilt für diese Ausführungsform das oben hinsichtlich einer Nacheinanderschaltung von Teilchendetektor und Lichtdetektoren Ausgeführte.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Lichtdetektoren Avalanche-Photodioden auf, wobei das Einstellen der Avalanche-Photodioden ein Einstellen einer Verstärkung und/ oder ein Einstellen eines Offsets umfasst. Dies kann z.B. jeweils über eine Strom- bzw. Spannungsänderung erfolgen. Avalanche-Photodioden sind hochempfindliche und sehr schnelle Photodioden und zur Detektion selbst geringer Strahlungsleistungen geeignet und eignen sich deshalb hervorragend zum Einsatz in Mehrstrahl-Teilchenmikroskopen.
Betrachtet man die Helligkeitshistogramme der Einzelbilder, so zeigen diese oftmals eine Gauß-Verteilung bzw. eine Kurve, an die in guter Näherung eine Gauß-Verteilung angefittet werden kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung wird dann als Helligkeitswert für jedes Einzelbild der Mittelwert einer Gauß-Verteilung oder einer angefitteten Gauß-Verteilung im Helligkeitshistogramm definiert und/ oder es wird als Kontrastwert für jedes Einzelbild ein Vielfaches der Standardabweichung der angefitteten Gauß-Verteilung, insbesondere 2 Sigma, im Helligkeitshistogramm definiert. Im Fall, dass die Helligkeitshistogramme keine Gauß-ähnliche Verteilung aufweisen, kann für den Helligkeitswert der Mittelwert des Helligkeitshistogramms oder die Lage des größten Peaks des Helligkeitshistogramms verwendet werden und anstelle eines Vielfachen der Standardabweichung kann z.B. die Halbwertsbreite des größten Peaks des Helligkeitshistogramms für die Definition des zu erzielenden Kontrastwertes herangezogen werden. Bei diesen Definitionen handelt es sich um besonders stabile Definitionen für einen Helligkeitswert und vor allem für einen Kontrastwert. Bei den gewonnen Einzelbildern ist es nämlich häufig so, dass sie nur einen einzigen Peak in dem entsprechenden Helligkeitshistogramm aufweisen. Wären zwei getrennte Peaks vorhanden, so ließe sich der Kontrast sehr einfach als Differenz zwischen diesen beiden Peaks ausdrücken. Bei den mithilfe von Mehrstrahl-Teilchenmikroskopen gewonnenen Bildern handelt es sich aber um spezielle Bilder, die eben diese mehreren Peaks oftmals nicht aufweisen. Stattdessen ist oft nur ein einziger prominenter Peak vorhanden, der manchmal einen schwachen Nebenpeak in Form einer Schulter aufweist. Insofern ist es notwendig, eine Definition für den zu erzielenden Kontrastwert zu finden, die auch angesichts dieser Umstände stabil ist. Die Halbwertsbreite und ganz besonders auch die Breite einer Gauß-Verteilung, insbesondere 2 Sigma der Gauß-Verteilung, als Definition für den Kontrastwert haben sich hierbei als sehr stabil erwiesen.
Wird eine Avalanche-Photodiode als Lichtdetektor verwendet, so ändert sich bei einem Ändern der Verstärkung der Avalanche-Photodiode sowohl der Kontrast des Einzelbildes als auch der Helligkeitswert des Einzelbildes. Über eine Einstellung der Verstärkung kann somit auf beide anzupassenden Parameter eines Einzelbildes Einfluss genommen werden. Wird hingegen der Offset der Avalanche-Photodiode verändert, so wird das gesamte Helligkeitshistogramm entlang der X-Achse verschoben. Die Offset-Einstellung hat also nur einen Einfluss auf den Helligkeitswert. Vor diesem Hintergrund kann es sinnvoll sein, bei einer Einstellung der Avalanche-Photodioden zunächst den Kontrast abzugleichen und im Anschluss daran - über eine Einstellung des Offsets - den Helligkeitswert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Erzeugen der Einzelbilder parallel auf Bilderzeugungscomputern, die Detektionsbereichen der Detektionseinheit jeweils zugeordnet sind. Bei der Bilderzeugung wird ein eindimensionaler Datenstrom z.B. mit Hilfe sog. Frame-Grabber in ein zweidimensionales Datenformat konvertiert. Bei der Erzeugung der Einzelbilder fallen dabei sehr große Datenmengen an, so dass eine parallele Verarbeitung der Daten auf verschiedenen Bilderzeugungscomputern zeitlich erhebliche Vorteile bietet. Dabei ist es möglich, für jeden Detektor einen eigenen zugeordneten Bilderzeugungscomputer vorzusehen und zu verwenden. Es ist aber auch möglich , mehrere Einzelbilder von einer entsprechenden Anzahl von Detektoren auf ein und demselben Bilderzeugungscomputer zu erzeugen. Bei den heutigen Rechenkapazitäten hat es sich als vorteilhaft erwiesen, bis zu 8 Einzelbilder auf ein und demselben Bilderzeugungscomputer zu erzeugen. Bei einer Verwendung von z.B. 91 Primär- Teilchenstrahlen werden insgesamt 91 Einzelbilder erzeugt, die z.B. auf 12 Bilderzeugungscomputern parallel berechnet werden können. Auf diese Weise lässt sich das große anfallende Datenvolumen sehr gut handhaben.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung wird das Einstellen der Detektionseinheit von einem Steuerungscomputersystem gesteuert. Das Steuerungscomputersystem kann dabei auch das gesamte Mehrstrahl-Teilchenmikroskop an sich steuern. Es kann hier z.B. auch so vorgegangen werden, dass die Kontrastwerte und/ oder Helligkeitswerte in den Bilderzeugungscomputern ermittelt und dann von den Bilderzeugungscomputern an das Steuerungscomputersystem übergeben werden. Dann errechnet das Steuerungscomputersystem bzw. ein diesem zugeordneter Steuerungscomputer daraus die notwendige Einstellung bzw. die Anpassung der Detektionseinheit. Die zentrale Auswertung der Kontrastwerte und/ oder Helligkeitswerte im Steuerungscomputersystem zwecks Abgleich ist dabei besonders sinnvoll, da für diesen Abgleich ein separater Programmcode bzw. ein spezielles Rechenprogramm verwendet werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung erfolgt nach dem erfolgreichen Detektorabgleich eine Bildverarbeitung zur weiteren Verbesserung von Kontrast und/ oder Helligkeit. Hierzu können an sich bekannte Bildverarbeitungsroutinen verwendet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird für den Detektorabgleich eine Testprobe als Objekt verwendet, die mehrere strukturell identische Testbereiche aufweist. Dieser Vorgehensweise liegt die Idee zugrunde, dass eine solche Probe für sämtliche abtastenden Primär-Einzelstrahlen in jedem Einzelfeldbereich dieselben. Strukturen aufweist und die Detektionssignale für alle Detektoren unter identischen Abtastbedingungen gewonnen werden. Unterschiedliche Helligkeitswerte und/ oder Kontrastwerte von Einzelbildern sind dann also primär nicht auf die Probenbeschaffenheit, sondern auf die Unterschiede in den Detektoren zurückzuführen. Als Testprobe wird z.B. ein Siliziumwafer verwendet, auf den eine regelmäßige Struktur, z.B. mittels lithographischer Verfahren, aufgebracht worden ist.
Nachdem zunächst eine Testprobe als Objekt für den Detektorabgleich verwendet worden ist, können in einem weiteren Verfahrensschritt die geänderten Einstellungen der Lichtdetektoren anhand einer realen Probe getestet werden. Auch hier sollten sich die ermittelten Kontrastwerte und/ oder Helligkeitswerte nunmehr in einem adäquaten, durch die vordefinierten Grenzen bestimmten, Intervall bewegen. Andernfalls muss noch einmal ein erneuter Detektorabgleich anhand der Testprobe durchgeführt werden. Der Grund für diese iterative Verfahrensdurchführung ist, dass die Detektoreinstellung sehr empfindlich von der Sekundärelektronenausbeute auf der realen Probe abhängt. Unterscheidet sich die Sekundärelektronenausbeute auf der realen Probe von der Sekundärelektronenausbeute auf der Testprobe zu stark, so wird bei einem Abtasten der realen Probe in einem anderen Kennlinienbereich der Lichtdetektoren gearbeitet. Für diesen anderen Kennlinienbereich ist dann aber sehr wahrscheinlich der Detektorabgleich nicht mehr hinreichend erfüllt, da die Kennlinien der meisten Detektoren ein grundsätzlich nicht-lineares Verhalten aufweisen, das nur in Teilbereichen mit guter Übereinstimmung linear approximiert werden kann. Es ist daher auch möglich, mit Erfahrungswerten, die anhand einer ähnlichen oder vergleichbaren realen Probe gewonnen wurden, in das gesamte Abgleichsverfahren für die aktuelle reale Probe zu starten. Die Verwendung von Erfahrungswerten als Startwert verkürzt die Dauer für einen erfolgreichen Detektorabgleich.
Gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung bezieht sich diese auf ein Verfahren zum Detektorabgleich bei der Abbildung von Objekten mittels eines Mehrstrahl- Teilchenmikroskops, das die folgenden Schritte aufweist:
Definieren von Proben-Überlappbereichen zwischen benachbarten Einzelfeldbereichen eines Objektes, wobei jeder Proben-Überlappbereich mindestens zwei verschiedenen Einzelfeldbereichen zugeordnet ist;
Bestrahlen, insbesondere simultanes Bestrahlen, des Objektes mit einer Vielzahl von Primär-Teilchenstrahlen, wobei jeder Primär-Teilchenstrahl einen Einzelfeldbereich und jeden diesem Einzelfeldbereich zugeordneten Überlappbereich rasternd bestrahlt;
Aufsammeln von Wechselwirkungsprodukten, die aufgrund der Primär- Teilchenstrahlen aus dem Objekt austreten;
Projizieren der Wechselwirkungsprodukte auf Detektionsbereiche einer Detektionseinheit mit einem Detektor oder mit mehreren Detektoren derart, dass die von zwei verschiedenen Einzelfeldbereichen austretenden Wechselwirkungsprodukte auf verschiedene Detektionsbereiche projiziert werden,
Erzeugen von Überlapp-Einzelbildern von jedem der Überlappbereiche basierend auf Daten, die jeweils mithilfe von Signalen aus den Detektionsbereichen gewonnenen werden oder gewonnen worden sind;
Ermitteln eines Helligkeits- und/ oder Kontrastwertes für jedes Überlapp-Einzelbild; und
Einstellen der Detektionseinheit, so dass jeweils einander entsprechende Überlapp- Einzelbilder innerhalb einer definierten Grenze oder innerhalb definierter Grenzen denselben Helligkeits- und/ oder Kontrastwert aufweisen.
Bei dem Verfahren zum Detektorabgleich gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung wird also nicht mit vollständigen Einzelbildern gearbeitet, sondern lediglich mit bestimmten Ausschnitten davon. Dies hat zur Folge, dass das Verfahren schneller ausgeführt werden kann. Außerdem ist dieses Verfahren weniger empfindlich hinsichtlich möglicher Variationen von Sekundärelektronenausbeuten je Einzelfeldbereich. Es ist nämlich davon auszugehen, dass die Sekundärelektronenausbeute in den Proben- Überlappbereichen von benachbarten Einzelfeldbereichen annähernd identisch ist bzw. weniger stark variiert. Dies gilt insbesondere auch dann, wenn - wie oben bei der ersten Ausführungsform beschrieben - eine Testprobe für den Detektorabgleich verwendet wird. Grundsätzlich ist es möglich, dass bei dem Detektorabgleich die Einzelfeldbereiche vollständig abgetastet werden, dass aber nur die den Überlappbereichen zugeordneten Daten für den Detektorabgleich verwendet werden. Es ist aber auch möglich, dass nur die für den Detektorabgleich benötigten Überlappbereiche überhaupt abgetastet werden.
Ziel der Einstellung der Detektionseinheit ist es gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung, dass jeweils einander zugeordnete Überlapp-Einzelbilder jeweils innerhalb einer gewünschten, d.h. vordefinierten Genauigkeit denselben Helligkeits- und/ oder Kontrastwert aufweisen. Dabei ist es nicht notwendigerweise so, dass sämtliche Überlapp-Einzelbilder denselben Helligkeits- und/ oder Kontrastwert aufweisen; es kann aber natürlich so sein. Stattdessen erfolgt hier ein schrittweiser Abgleich, am besten ausgehend von einer Referenz-Detektoreinstellung mit einem guten Helligkeits- und/ oder Kontrastwert.
Im Übrigen gilt auch für die zweite Ausführungsform der Erfindung hinsichtlich übriger Aspekte das, was bereits in Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform der Erfindung erläutert worden ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Einzelfeldbereiche der Probe und die diesen zugeordneten Einzelbilder jeweils gekachelt zueinander angeordnet und das Einstellen der Detektionseinheit erfolgt schrittweise über die Überlappbereiche von zueinander benachbarten Einzelbildern. Auch hier können die Einzelbilder z.B. rechteckig sein und entweder von Ecke zu Ecke oder aber gegeneinander verschoben in mehreren Reihen zueinander angeordnet sein, wobei sich in letzterem Fall auf sehr einfache Weise eine insgesamt hexagonale Struktur der Einzelfeldbereiche und der diesen zugeordneten Einzelbilder ergeben kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Einstellen der Detektionseinheit ausgehend von einem inneren Einzelbild nach außen hin. Hierbei dient also das innere Einzelbild, genauer gesagt der diesem Einzelbild zugeordnete Detektionsbereich, als Referenz. Begonnen wird mit einer vorteilhaften Detektoreinstellung mit hinreichender Helligkeit und/ oder mit hinreichend gutem Kontrast. Danach erfolgt dann wiederum der Abgleich über die Überlapp-Bereiche. Wenn die Anordnung der Einzelbilder geeignet gewählt wird, z.B. in Form von Rechtecken, die insgesamt eine hexagonale Struktur ergeben, so kann das Einstellen der Detektionseinheit mit ihren Detektoren und/oder deren Konversionseinheiten von einem zentralen inneren Einzelbild ausgehend auch schalenartig von innen nach außen über die Überlappbereiche erfolgen. Ein solches schalenartiges Vorgehen von innen nach außen hat den Vorteil, dass Schleppfehler bei dem Detektorabgleich klein gehalten werden. Der Abgleich kann so insgesamt mit möglichst wenigen Schritten durchgeführt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen sämtliche zueinander benachbarten Einzelfeldbereiche der Probe und die diesen Einzelfeldbereichen zuzuordnenden Einzelbilder gemeinsame Ränder und nicht nur gemeinsame Eckpunkte miteinander auf und die Proben-Überlappbereiche und Überlapp-Einzelbilder beinhalten diese gemeinsamen Ränder wenigstens teilweise. Hierbei sind also im Wesentlichen lediglich punktuelle und linienartige Berührungen der Einzelfeldbereiche miteinander ausgeschlossen. Sind nämlich gemeinsame Ränder zwischen benachbarten Einzelfeldbereichen der Probe, genauer gesagt diesen Einzelfeldbereichen zuzuordnenden Einzelbildern, vorhanden, so lässt sich ein qualitativ hochwertiger Abgleich über Überlappbereiche über diese gemeinsamen Ränder durchführen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der zweiten Ausführungsform der Erfindung sind die Abmessungen der Proben-Überlappbereiche und/ oder der Überlapp-Einzelbilder einstellbar. Wichtige Stellgrößen für diese Einstellung sind z.B. die Einzelbildgröße insgesamt (d.h. die Anzahl der Pixel und die Pixelgröße), sowie der Abstand zwischen den Primär-Einzelstrahlen. Auf diese Weise können die Proben-Überlappbereiche und/ oder die Überlapp-Einzelbilder so eingestellt werden, dass hinreichend Daten für einen erfolgreichen Abgleich vorliegen. Umgekehrt ist die Aufzeichnung von überflüssigen Daten ggf. vermeidbar.
Bevorzugt sind die Proben-Überlappbereiche und/ oder Überlapp-Einzelbilder rechteckig. Sie können aber auch andere regelmäßige oder unregelmäßige Formen aufweisen. Die rechteckige Ausführungsvariante hat dabei den Vorteil, dass der Abtastprozess zur Bildgenerierung wesentlich vereinfacht ist.
Auch hier ist es insgesamt so, dass das Verfahren ganz oder teilweise mehrfach und/ oder iterativ ausgeführt werden kann.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Einstellen der Detektionseinheit wiederum ein Einstellen einer Verstärkung und/oder ein Einstellen eines Offsets. Auch hier kann die Detektionseinheit Teilchendetektor(en) und Lichtdetektoren umfassen. Bevorzugt weisen die Lichtdetektoren auch hier Avalanche-Photodioden auf und das Einstellen der Avalanche-Photodioden umfasst eine Spannungsänderung und/ oder Stromänderung.
Im Übrigen wird auf die hinsichtlich der ersten Ausführungsform der Erfindung getätigten Ausführungen und bevorzugten Ausführungsvarianten verwiesen, um an dieser Stelle unnötige Wiederholungen bei der Beschreibung der zweiten Ausführungsform zu vermeiden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung bezieht sich diese auf ein System, das folgendes aufweist:
- ein Mehrstrahl-Teilchenmikroskop mit einer Mehrstrahl-Teilchenoptik mit einer Detektionseinheit,
- mindestens einen, bevorzugt mehrere Bilderzeugungscomputer; und
- ein Steuerungscomputersystem,
- wobei die Bestandteile des Systems eingerichtet sind, das Verfahren gemäß einer der beiden oben beschriebenen Ausführungsvarianten auszuführen.
Bevorzugt steuert das Steuerungscomputersystem dabei das eigentliche Mehrstrahl- Teilchenmikroskop. Die Bilderzeugungscomputer sind im Wesentlichen zur Bilderzeugung vorgesehen und sie können auch die Kontrastwerte und/ oder Helligkeitswerte der Einzelbilder oder der Überlapp-Einzelbilder errechnen und diese an das Steuerungscomputersystem für die eigentliche Detektorabgleichsroutine übergeben.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung bezieht sich diese auf ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode zum Ausführen der beschriebenen Verfahren zum Detektorabgleich bei der Abbildung von Objekten mittels eines Mehrstrahl- Teilchenmikroskops. Der Programmcode kann dabei in einen oder mehrere Teilcodes untergliedert sein. Es bietet sich z.B. an, den Code zur Steuerung des Mehrstrahl- Teilchenmikroskops separat in einem Programmteil vorzusehen, während ein anderer Programmteil die Routinen für den eigentlichen Detektorabgleich enthält.
Die oben beschriebenen Ausführungsvarianten der Erfindung können ganz oder teilweise miteinander kombiniert werden, sofern dadurch keine technischen Widersprüche entstehen. Dies gilt auch für eine Kombination von Merkmalen aus der ersten und zweiten Ausführungsform der Erfindung miteinander.
Die Erfindung wird noch besser verstanden werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Dabei zeigen: Fig. 1 zeigt ein Mehrstrahl-Teilchenmikroskop in schematischer Darstellung;
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Detektorsystems;
Fig. 3 zeigt ein Einzelbild, das mithilfe eines einzelnen Primär-Strahls gewonnen worden ist;
Fig. 4a zeigt das zu dem Einzelbild in Fig. 3 zugehörige Helligkeitshistogramm;
Fig. 4b illustriert eine Detektorkennlinie;
Fig. 5 zeigt ein Vollbild vor und nach einem Detektorabgleich;
Fig. 6 zeigt eine beispielhafte Anordnung von rechteckigen Einzelbildern, die insgesamt eine hexagonale Struktur bilden;
Fig. 7 illustriert den schalenartigen Aufbau der hexagonalen Struktur aus Fig. 6;
Fig. 8 zeigt eine erste Möglichkeit für einen Abgleichsweg;
Fig. 9 zeigt eine alternative Möglichkeit für einen Abgleichsweg;
Fig. 10a illustriert Überlappbereiche zwischen Einzelbildern;
Fig. 10b illustriert alternative Überlappbereiche zwischen Einzelbildern;
Fig. 11 zeigt alternative Überlappbereiche zwischen Einzelbildern;
Fig. 12 illustriert eine andere Anordnung von Einzelbildern und dabei für den
Detektorabgleich verwendete Überlappbereiche; und
Fig. 13 illustriert verschiedenartige Überlapp-Bereiche zwischen Einzelbildern.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Teilchenstrahlsystems 1 in Form eines Mehrstrahl-Teilchenmikroskops 1 , welches eine Vielzahl von Teilchenstrahlen einsetzt. Das Teilchenstrahlsystem 1 erzeugt eine Vielzahl von Teilchenstrahlen, welche auf ein zu untersuchendes Objekt treffen, um dort Wechselwirkungsprodukte, bspw. Sekundärelektronen, zu generieren, welche von dem Objekt ausgehen und nachfolgend detektiert werden. Das Teilchenstrahlsystem 1 ist vom Rasterelektronenmikroskop-Typ („scanning electron microscope“, SEM), welches mehrere primäre Teilchenstrahlen 3 einsetzt, die an mehreren Orten 5 auf eine Oberfläche des Objekts 7 auftreffen und dort mehrere räumlich voneinander getrennte Elektronenstrahlflecken oder Spots erzeugen. Das zu untersuchende Objekt 7 kann von einer beliebigen Art sein, bspw. ein Halbleiterwafer oder eine biologische Probe, und eine Anordnung miniaturisierter Elemente oder dergleichen umfassen. Die Oberfläche des Objekts 7 ist in einer ersten Ebene 101 (Objektebene) einer Objektivlinse 102 eines Objektivlinsensystems 100 angeordnet.
Der vergrößerte Ausschnitt l· der Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf die Objektebene 101 mit einem regelmäßigen rechtwinkligen Feld 103 von Auftrefforten 5, welche in der ersten Ebene 101 gebildet werden. In Fig. 1 beträgt die Zahl der Auftrefforte 25, welche ein 5 x 5-Feld 103 bilden. Die Zahl 25 an Auftrefforten ist eine aus Gründen der vereinfachten Darstellung gewählte Zahl. In der Praxis kann die Zahl an Strahlen und entsprechend an Auftrefforten wesentlich größer gewählt werden, wie bspw. 20 x 30, 100 x 100 und dergleichen.
In der dargestellten Ausführungsform ist das Feld 103 von Auftrefforten 5 ein im Wesentlichen regelmäßiges rechtwinkliges Feld mit einem konstanten Abstand Pi zwischen benachbarten Auftrefforten. Beispielhafte Werte des Abstands Pi sind 1 Mikrometer, 10 Mikrometer und 40 Mikrometer. Es ist jedoch auch möglich, dass das Feld 103 andere Symmetrien aufweist, wie bspw. eine hexagonale Symmetrie.
Ein Durchmesser der in der ersten Ebene 101 geformten Strahlflecken kann klein sein. Beispielhafte Werte dieses Durchmessers betragen 1 Nanometer, 5 Nanometer, 10 Nanometer, 100 Nanometer und 200 Nanometer. Das Fokussieren der Partikelstrahlen 3 zur Formung der Strahlflecken 5 erfolgt durch das Objektivlinsensystem 100.
Die auf das Objekt treffenden Primärteilchen generieren Wechselwirkungsprodukte bspw. Sekundärelektronen, Rückstreuelektronen oder Primärteilchen, die aus anderweitigen Gründen eine Bewegungsumkehr erfahren haben, welche von der Oberfläche des Objekts 7 oder von der ersten Ebene 101 ausgehen. Die von der Oberfläche des Objekts 7 ausgehenden Wechselwirkungsprodukte werden durch die Objektivlinse 102 zu sekundären Teilchenstrahlen 9 geformt. Das Teilchenstrahlsystem 1 stellt einen Teilchenstrahlengang 1 1 bereit, um die Vielzahl sekundärer Teilchenstrahlen 9 einem Detektorsystem 200 zuzuführen. Das Detektorsystem 200 umfasst eine Teilchenoptik mit einer Projektionslinse 205, um die sekundären Teilchenstrahlen 9 auf einen Teilchen-Multi-Detektor 209 zu richten.
Der Ausschnitt l2 in Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf die Ebene 21 1 , in welcher einzelne Detektionsbereiche des Teilchen-Multi-Detektors 209 liegen, auf welche die sekundären Teilchenstrahlen 9 an Orten 213 auftreffen. Die Auftrefforte 213 liegen in einem Feld 217 mit einem regelmäßigen Abstand P2 zueinander. Beispielhafte Werte des Abstands P2 sind 10 Mikrometer, 100 Mikrometer und 200 Mikrometer.
Die primären Teilchenstrahlen 3 werden in einer Strahlerzeugungsvorrichtung 300 erzeugt, welche wenigstens eine Teilchenquelle 301 (z.B. eine Elektronenquelle), wenigstens eine Kollimationslinse 303, eine Multiaperturanordnung 305 und eine Feldlinse 307 umfasst. Die Teilchenquelle 301 erzeugt einen divergierenden Teilchenstrahl 309, welcher durch die Kollimationslinse 303 kollimiert oder zumindest weitgehend kollimiert wird, um einen Strahl 311 zu formen, welcher die Multiaperturanordnung 305 beleuchtet. Der Ausschnitt U in Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf die Multiaperturanordnung 305. Die Multiaperturanordnung 305 umfasst eine Multiaperturplatte 313 welche eine Mehrzahl von darin ausgebildeten Öffnungen oder Aperturen 315 aufweist. Mittelpunkte 317 der Öffnungen 315 sind in einem Feld 319 angeordnet, welches auf das Feld 103 abgebildet wird, welches durch die Strahlflecken 5 in der Objektebene 101 gebildet wird. Ein Abstand P3 der Mittelpunkte 317 der Aperturen 315 voneinander kann beispielhafte Werte von 5 Mikrometer, 100 Mikrometer und 200 Mikrometer aufweisen. Die Durchmesser D der Aperturen 315 sind kleiner als der Abstand P3 der Mittelpunkte der Aperturen. Beispielhafte Werte der Durchmesser D sind 0,2 x P3, 0,4 x P3 und 0,8 x P3.
Teilchen des beleuchtenden Teilchenstrahles 311 durchsetzen die Aperturen 315 und bilden Teilchenstrahlen 3. Teilchen des beleuchtenden Strahles 311 , welche auf die Platte 313 treffen, werden durch diese abgefangen und tragen nicht zur Bildung der Teilchenstrahlen 3 bei.
Die Multiaperturanordnung 305 fokussiert aufgrund eines angelegten elektrostatischen Felds jeden der Teilchenstrahlen 3 derart, dass in einer Ebene 325 Strahlfoki 323 gebildet werden. Ein Durchmesser der Strahlfoki 323 kann bspw. 10 Nanometer, 100 Nanometer und 1 Mikrometer betragen.
Die Feldlinse 307 und die Objektivlinse 102 stellen eine erste abbildende Teilchenoptik bereit, um die Ebene 325, in der die Strahlfoki gebildet werden, auf die erste Ebene 101 abzubilden, so dass dort ein Feld 103 von Auftrefforten 5 oder Strahlflecken entsteht. Soweit in der ersten Ebene eine Oberfläche des Objekts 7 angeordnet ist, werden die Strahlflecken entsprechend auf der Objektoberfläche gebildet.
Die Objektivlinse 102 und die Projektionslinsenanordnung 205 stellen eine zweite abbildende Teilchenoptik bereit, um die erste Ebene 101 auf die Detektionsebene 211 abzubilden. Die Objektivlinse 102 ist somit eine Linse, welche sowohl Teil der ersten als auch der zweiten Teilchenoptik ist, während die Feldlinse 307 nur der ersten Teilchenoptik und die Projektionslinse 205 nur der zweiten Teilchenoptik angehören.
Eine Strahlweiche 400 ist in dem Strahlengang der ersten Teilchenoptik zwischen der Multiaperturanordnung 305 und dem Objektivlinsensystem 100 angeordnet. Die Strahlweiche 400 ist auch Teil der zweiten Optik im Strahlengang zwischen dem Objektivlinsensystem 100 und dem Detektorsystem 200. Weitergehende Informationen zu solchen Vielstrahl-Teilchenstrahlsystemen und darin eingesetzten Komponenten, wie etwa Teilchenquellen, Multiaperturplatten und Linsen, kann aus den internationalen Patentanmeldungen WO 2005/ 024881 , WO 2007/028595, WO 2008/028596, WO 201 1/124352 und WO 2007/060017 und den deutschen Patentanmeldungen mit den Anmeldenummern DE 10 2013 026 1 13.4 und DE 10 2013 014 976.2 erhalten werden, deren Offenbarung vollumfänglich durch in Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
Das Vielzahl-Teilchenstrahlsystem weist weiterhin ein Computersystem 10 auf, das sowohl zur Steuerung der einzelnen teilchenoptischen Komponenten des Vielzahl- Teilchenstrahlsystems ausgebildet ist, als auch zur Auswertung und Analyse der mit dem Multi-Detektor 209 gewonnenen Signale. Das Computersystem 10 kann dabei aus mehreren Einzelcomputern oder entsprechenden Komponenten aufgebaut sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante umfasst das Computersystem 10 ein Steuerungscomputersystem 270 sowie einen oder mehrere Bilderzeugungscomputer 280. Das Vorsehen von mehreren Bilderzeugungscomputern 280 ist aufgrund der hohen anfallenden Datenmengen von Vorteil und erlaubt eine parallele Auswertung von Detektorsignalen. Auch das erfindungsgemäße Verfahren zum Detektorabgleich kann mithilfe des beschriebenen Computersystems 10 durchgeführt werden, d.h. das Computersystem ist durch ein Programm unter Anderem zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Detektorabgleich ausgebildet.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung, um mehrere Details des Detektors 209 zu verdeutlichen. Der Detektor 209 umfasst dabei als Teilchendetektor die Szintillator-Platte 207, auf welche die Wechselwirkungsprodukte, beispielsweise Sekundärelektronenstrahlen, durch eine Elektronenoptik gerichtet werden. Diese Elektronenoptik umfasst, wenn sie in das Mehrstrahl-Teilchenmikroskop der Fig. 1 integriert ist, die elektronenoptischen Komponenten der Teilchenoptik, welche die Elektronenstrahlen 9 formen, d.h. bspw. die Objektivlinse 102, welche die Elektronenstrahlen 9 hin zu dem Detektor 209 leiten, wie bspw. die Strahlweiche 400, und welche die Elektronenstrahlen 9 auf der Oberfläche der Szintillator-Platte 207 fokussieren, wie bspw. die Linse 205. Die Elektronenstrahlen 9 treffen an Auftrefforten 213 auf die Szintillator-Platte 207 auf. Auch wenn die Elektronenstrahlen 9 auf der Oberfläche der Szintillator-Platte 207 fokussiert werden, werden auf der Oberfläche Strahlflecken gebildet, deren Durchmesser nicht beliebig klein sind. Die Mittelpunkte der Strahlflecken können als die Auftrefforte 213 betrachtet werden, welche mit dem Abstand P2 (vgl. Fig. 1 ) voneinander angeordnet sind. Die Szintillator-Platte 207 enthält ein Szintillator-Material, welches durch die auftreffenden Elektronen der Elektronenstrahlen 9 dazu angeregt wird, Photonen auszusenden. Jeder der Auftrefforte 213 bildet somit eine Quelle für Photonen. In Fig. 2 ist lediglich ein einziger entsprechender Strahlengang 221 dargestellt, welcher von dem Auftreffort 213 des mittleren der fünf dargestellten Elektronenstrahlen 9 ausgeht. Der Strahlengang 221 verläuft durch eine Lichtoptik 223, welche im gezeigten Beispiel eine erste Linse 225, einen Spiegel 227, eine zweite Linse 229 und eine dritte Linse 231 umfasst, und trifft dann auf eine Lichtempfangsfläche 235 eines Lichtdetektionssystems 237. Die Lichtempfangsfläche 235 ist durch eine Stirnseite einer Glasfaser 239 gebildet, in welche wenigstens ein Teil der Photonen eingekoppelt und zu einem Lichtdetektor 241 geleitet wird. Der Lichtdetektor 241 kann bspw. einen Photomultiplier, eine Avalanche-Photodiode, eine Photodiode oder andere Arten geeigneter Lichtdetektoren umfassen. Die Lichtoptik 223 ist so konfiguriert, dass sie die Oberfläche 208 der Szintillator-Platte 207 in einen Bereich 243 optisch abbildet, in welchem die Lichtempfangsfläche 235 angeordnet ist. Aufgrund dieser optischen Abbildung werden optische Abbilder der Auftrefforte 213 in dem Bereich 243 erzeugt. Für einen jeden der Auftrefforte 213 ist in dem Bereich 243 eine separate Lichtempfangsfläche 235 des Lichtdetektionssystems 237 vorgesehen. Eine jede der weiteren Lichtempfangsflächen 235 ist durch eine Stirnseite eines Lichtleiters 239 gebildet, welche das in die Stirnseite eingekoppelte Licht zu einem Lichtdetektor 241 leitet. Aufgrund der optischen Abbildung ist einem jedem der Auftrefforte 213 eine Lichtempfangsfläche 235 zugeordnet, wobei das in eine jeweilige Lichtempfangsfläche 235 eintretende Licht durch einen separaten Lichtdetektor 241 detektiert wird. Die Lichtdetektoren 241 geben über Signalleitungen 245 elektrische Signale aus. Diese elektrischen Signale repräsentieren Intensitäten der Teilchenstrahlen 9. Somit definieren die Orte auf der Oberfläche der Szintillator-Platte 207 welche auf die Lichtempfangsflächen von Lichtdetektoren 241 abgebildet werden, verschiedene Detektionspunkte oder Detektionsbereiche. Aufgrund der zuvor beschriebenen Elektronenoptik werden Wechselwirkungsprodukte, beispielsweise Elektronen, die aus zwei verschiedenen Einzelfeldbereichen eines Objektes austreten, auch auf verschiedene Detektionsbereiche der Szintillator-Platte 207 projiziert. In dem hier erläuterten Ausführungsbeispiel sind die Lichtdetektoren 241 entfernt von den Lichtempfangsflächen 235 angeordnet, auf die die Lichtoptik 223 die Szintillator-Platte 207 abbildet, und das empfangene Licht wird den Lichtdetektoren 241 durch Glasfasern 239 zugeleitet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Lichtdetektoren 241 direkt dort angeordnet sind, wo die Lichtoptik das Bild der Szintillator-Platte erzeugt und die lichtempfindlichen Flächen der Lichtdetektoren somit die Lichtempfangsflächen bilden. Fig. 2 erläutert dabei - wie gesagt - nur schematisch einige Details des Detektors 209. Es bleibt an dieser Stelle darauf hinzuweisen, dass durch die Rast- /Scanbewegung der Primär- Teilchenstrahlen über ein Objekt oder eine Probe viele Punkte der Probe bestrahlt bzw. abgetastet werden. Jeder Primär-Teilchenstrahl 3 überstreicht dabei ganz oder teilweise einen Einzelfeldbereich des Objektes. Dabei ist jedem Primär-Teilchenstrahl 3 ein eigener Einzelfeldbereich des Objektes zugewiesen. Aus diesen Einzelfeldbereichen des Objektes treten nun wiederum Wechselwirkungsprodukte, z.B. Sekundärelektronen, aus dem Objekt aus. Dann werden die Wechselwirkungsprodukte derart auf die Detektionsbereiche des Teilchendetektors bzw. auf die Szintillator-Platte 207 projiziert, das die von zwei verschiedenen Einzelfeldbereichen austretenden Wechselwirkungsprodukte auf verschiedene Detektionsbereiche der Szintillator-Platte 207 projiziert werden. Von jedem Detektionsbereich der Szintillator-Platte 207 werden bei einem Auftreffen der Wechselwirkungsprodukte, z.B. Sekundärelektronen, auf diesen Detektionsbereich Lichtsignale ausgesendet, wobei die von jedem Detektionsbereich ausgesendeten Lichtsignale einem dem jeweiligen Detektionsbereich zugeordneten Lichtdetektor 241 zugeführt werden. Mit anderen Worten ist es so, dass jeder Primär-Teilchenstrahl 3 seinen eigenen Detektionsbereich auf dem Szintillator und auch seinen eigenen Detektorkanal oder Lichtdetektor 241 umfasst. Deshalb sind bei dem beschriebenen Mehrstrahl- Teilchenmikroskop sämtliche Kennlinienabweichungen der Detektionsbereiche oder Detektoren in den jeweils erzeugten Einzelbildern sichtbar. Das bedeutet, dass die Helligkeit und /oder der Kontrast in jedem Einzelbild wegen den beschriebenen Abweichungen variieren können und dass das zusammengesetzte Vollbild basierend auf allen Primär- Teilchenstrahlen solange nicht zufriedenstellend aussieht, bis die verschiedenen Detektionsbereiche oder Detektoren bezüglich Helligkeit und/ oder der Kontrast miteinander abgeglichen sind.
Auch andere als die in Fig. 2 dargestellte Detektions-Architektur sind für die Ausführung der erfindungsgemäßen Verfahren zum Detektorabgleich geeignet. Verwiesen wird beispielsweise auf die bereits weiter oben beschriebene Methode der DED („direct electron detection“), die ohne Lichtdetektoren auskommt und bei der Sekundärelektronen direkt in ein Stromsignal umgewandelt werden.
Fig. 3 zeigt exemplarisch ein Einzelbild, das basierend auf einem einzelnen Primär- Teilchenstrahl gewonnen worden ist. Die in dem Einzelbild sichtbare Struktur bildet dabei die Struktur der verwendeten Testprobe ab. Dabei ist das Einzelbild durch eine entsprechende Rast- oder Scanbewegung des Primär-Teilchenstrahls zeilenweise aufgebaut worden. Die Zahl der Bildpunkte in dem Einzelbild ist dabei sehr hoch und liegt in der Größenordnung von bspw. ca. 1000 x 1200 bis ca. 8000 x 9300 Pixeln. Für jeden Primär-Teilchenstrahl 3 wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung nun ein entsprechendes Einzelbild erzeugt. Diese Einzelbilder weisen jedoch nicht alle denselben Helligkeitswert und denselben Kontrastwert auf. Hier setzt nun der eigentliche Detektorabgleich an.
Für jedes Einzelbild wird eine Einzelbildanalyse durchgeführt und ein Helligkeitshistogramm ermittelt. In diesem Helligkeitshistogramm ist auf der X-Achse die Helligkeit, d.h. die Graustufe des Ausgangssignals, aufgetragen und auf der Y-Achse ist die Anzahl der Pixel in dem Einzelbild angegeben, die die jeweilige Helligkeit besitzen. Typischerweise ergibt sich dabei in dem Histogramm eine gaußsche Verteilung bzw. eine Verteilung, die sich gut durch eine Gaußverteilung annähern lässt. Dabei wird z.B. der Mittelwert der gaußschen Verteilung als Helligkeitswert des Einzelbildes definiert. In Fig. 4a ist dieser Wert durch die gestrichelte Linie angedeutet. Als Kontrastwert werden z.B. ein Vielfaches der Standardabweichung der Gaußverteilung, beispielsweise zwei Sigma der gaußschen Verteilung, definiert. Dieser Bereich von zwei Sigma ist in Fig. 4a durch den Doppelpfeil in dem Diagramm dargestellt. Im nicht-Gaußschen Fall kann anstelle auf ein Vielfaches der Standardabweichung für den Kontrastwert auch auf die Halbwertsbreite des Peaks, der die häufigsten Helligkeitswerte des Einzelbilds repräsentiert, abgestellt werden.
Zum Detektorabgleich werden nun die Lichtdetektoren 241 , oder allgemeiner formuliert die Detektionseinheit, so eingestellt, dass jedes Einzelbild innerhalb der jeweils vordefinierten Genauigkeit denselben Kontrastwert und/ oder Helligkeitswert aufweist. Dazu gibt es typischerweise Erfahrungswerte, die angeben, wie weit die Einstellung der Detektoren variiert werden muss, um eine bestimmte Änderung beim Kontrast bzw. bei der Helligkeit zu erzielen. Zweckmäßig startet man mit einem sinnvollen Anfangswert und führt dann nach der ersten Auswerterunde der Kontrastwerte und/oder Helligkeitswerte eine erste Anpassung oder Einstellung der Detektoren durch. Diese geänderte Einstellung wird nun getestet, indem mit der Versuchsanordnung erneut sämtliche Einzelbilder mit der neuen Einstellung der Detektoren erzeugt werden. Auch hier wird wie beschrieben der neue Kontrastwert und/oder Helligkeitswert für jedes Einzelbild ermittelt. Durch Vergleich der Kontrast- und/oder Helligkeitswerte vor und nach der Anpassung ist erkennbar, welcher Änderungsgrad der Detektoreneinstellungen welche Kontrastwertänderung und Helligkeitsänderung zur Folge hat. Auf diese Weise kann durch mehrfaches iteratives Einstellen und Testen das gesamte Verfahren iterativ wiederholt werden. Am Ende dieses iterative Prozesses weisen die vorbestimmte Vielzahl der Einzelbilder, oder gegebenenfalls alle Einzelbilder, im Rahmen einer vorgebenden ersten Genauigkeit oder Grenze / Toleranz denselben Kontrastwert auf und bevorzugt weist die vorbestimmte Vielzahl der Einzelbilder oder gegebenenfalls alle Einzelbilder, innerhalb einer zweiten vorgegebenen Genauigkeit oder Grenze denselben Helligkeitswert auf. Dabei kann ein Gütekriterium als Kriterium für einen erfolgreichen Detektorabgleich vorab definiert und verwendet werden.
Das in Fig. 3 gezeigte Bild und das in Fig. 4a dargestellte Helligkeitshistogramm wurde mithilfe von Avalanche-Photodioden als Lichtdetektoren gewonnen. Dabei sind zur Detektoranpassung wie oben beschrieben die Kennlinien der Photodioden, d.h. die Verstärkung und der Offset jeweils über eine Spannungsänderung oder Stromänderung eingestellt worden. In Fig. 4a erkennt man, dass der reine Detektor-Offset nur eine Auswirkung auf den Helligkeitswert hat. Mit anderen Worten verschiebt sich die Kurve in dem Diagramm nach links oder rechts, wenn der Offset der Avalanche-Photodiode verändert wird. Verändert man hingegen die Verstärkung der Detektorkennlinie, so ändern sich zwei Werte miteinander in Kombination, nämlich sowohl der Helligkeitswert als auch die Standardabweichung (zwei Sigma-Breite) der gaußschen Verteilung. Deshalb kann es sinnvoll sein, zunächst den Kontrastwert abzugleichen und danach erst den Helligkeitswert.
Fig. 4b illustriert beispielhaft eine Detektorkennlinie. Aufgetragen ist das erhaltene Ausgangssignal eines Detektors über der Strahlintensität. Zu illustrativen Zwecken sind die Achsskalierungen jeweils auf eins normiert. Grundsätzlich erkennt man, dass das Ausgangssignal stärker wird, wenn die Strahlintensität zunimmt. Dabei gibt es zumindest Abschnittsweise einen linearen Zusammenhang zwischen der Strahlintensität und dem Ausgangssignal. Abschnittsweise kann also an die gezeigte Kennlinie eine Gerade angefittet, d.h. eine Tangente angelegt werden, wobei die Steigung ß der Tangente die Verstärkung beschreibt. Die Kennlinie schneidet wiederum die y-Achse in einer Höhe d. Selbst ohne eingehenden Strahl oder ohne auf den Detektor einfallende Photonen (je nach Detektor) erhält man also ein wenn auch schwaches Ausgangssignal. Um diesen sog. Offset d müssen Werte für das Ausgangssignal also ggf. bereinigt werden. Die Verstärkung ß und der Offset d verändern sich also, wenn sich die Kennlinie insgesamt verändert. Über eine Veränderung der Kennlinie können somit sowohl die Verstärkung ß als auch der Offset d eingestellt werden.
Der Abgleich der Detektoren erfolgt nun derart, dass die Helligkeitshistogramme in allen abgeglichenen Einzelbildern innerhalb einer vordefinierten ersten Grenze identische Breiten der in Figur 4a durch den Doppelpfeil gekennzeichneten Breite des Peaks im Helligkeitshistogramm aufweisen. Dazu wird die Verstärkung des jeweils dem jeweiligen Einzelbild zugeordneten Detektors entsprechend verändert. In einem nachfolgenden zweiten Schritt des Detektorabgleichs werden dann die Offset-Werte der Detektorkennlinien derart verändert, dass die Peaks in den Helligkeitshistogrammen für alle den abgeglichenen Einzelbildern zugeordneten Detektoren innerhalb der zweiten definierten Grenzen bei demselben Helligkeitswert oder Grauwert liegen.
Fig. 5 zeigt beispielhaft ein Multibild vor und nach einem Detektorabgleich. In Fig. 5a) ist die Ausgangssituation vor dem Detektorabgleich dargestellt. Zu erkennen sind 91 Einzelbilder unterschiedlicher Helligkeitswerte und mit verschiedenartigem Kontrast. Dabei sind die Einzelbilder jeweils rechteckig gewählt. Jedes Einzelbild wurde mithilfe eines ihm zugeordneten Primär-Teilchenstrahles erzeugt. Insgesamt ergibt sich durch die Anordnung der 91 Einzelbilder eine hexagonale Struktur, die zur Tesselation einer Fläche geeignet ist.
In Fig. 5b) ist die Situation nach erfolgtem Detektorabgleich dargestellt. Man erkennt, dass jedes Einzelbild denselben Helligkeitswert und denselben Kontrastwert innerhalb definierter Grenzen, d.h. innerhalb definierter Genauigkeitsbereiche, aufweist. Fig. 5 illustriert somit die Wirksamkeit des beschriebenen Verfahrens zum Detektorabgleich.
Die Fig. 6 bis 13 illustrieren bespielhaft Abgleichstrategien für Ausführungsformen der Erfindung, bei denen mithilfe von Überlappbereichen zwischen Einzelbildern gearbeitet wird. Fig. 6 illustriert zunächst eine Anordnung von Einzelbildern 1 bis 19, wobei die Einzelbilder jeweils rechteckig, hier annähernd quadratisch, sind. Die Einzelbilder sind zur Tesselation der Fläche geeignet und ergeben in ihrer Gesamtheit wiederum eine annähernd hexagonale Struktur. Diese hexagonale Struktur lässt sich nun in verschiedene Schalen unterteilen, wie dies in Fig. 7 durch die unterschiedlich schraffierten Bereiche dargestellt ist. Das innerste Einzelbild 1 ist hierbei schwarz eingefärbt dargestellt. Um dieses herum sind 6 weitere Einzelbilder mit den Nummern 2 bis 7 angeordnet (weiß). Um diesen Ring aus Einzelbildern herum ist eine weitere Schale mit den Einzelbildern 8 bis 19 angeordnet (schraffiert).
Erfolgt nun ein Detektorabgleich basierend auf den Überlappbereichen zwischen Einzelbildern, so erfolgt dies vorteilhaft, wie anhand der Figur 8 veranschaulicht, ausgehend von dem innersten zentralen Einzelbild (Einzelbild 1 ) schalenartig von innen nach außen. Das zentrale Einzelbild 1 dient dabei als Referenz. Konkret werden die Kontrast- und/oder Helligkeitswerte der Überlapp-Einzelbilder von Einzelbild 1 jeweils mit den Kontrastund/oder Helligkeitswerten der Überlapp-Einzelbilder der Einzelbilder 2 bis 7 verglichen und daraus Werte für den Abgleich der den Einzelbildern 2 bis 7 zugeordneten Detektoren bezüglich Kontrast und/oder Helligkeit abgeleitet. Nachfolgend werden dann die Kontrastund/oder Helligkeitswerte in den Überlapp-Einzelbildern der Einzelbilder 2 bis 7 mit den Kontrast- und/oder Helligkeitswerten in den zu den Einzelbildern 2 bis 7 benachbarten Einzelbildern 8 bis 19 in den jeweiligen Überlappbereichen verglichen. Mit anderen Worten, erfolgt dann ein Vergleich der Kontrast- und/oder Helligkeitswerte folgender Einzelbilder miteinander: Bild 2 mit Bild 8; Bild 3 mit Bild 9 sowie Bild 3 mit Bild 10; Bild 4 jeweils mit Bild 1 1 , 12 sowie 13; Bild 5 mit Bild 14; Bild 6 jeweils mit Bild 15 und 16; Bild 7 jeweils mit den Bildern 17, 18 und 19. Anhand der vorgenannten Vergleiche der Kontrast- und/oder Helligkeitswerte in den jeweiligen Überlappbereichen werden dann Werte für den Abgleich der den Einzelbildern 8 bis 19 zugeordneten Detektoren bezüglich Kontrast und/oder Helligkeit gewonnen. Bei dem beschriebenen Vorgehen können möglicherweise auftretende Schleppfehler möglichst gering gehalten werden. Das heißt, die den - vom zentralen Einzelbild 1 aus betrachtet - am weitesten außen liegenden Einzelbildern oder Überlapp- Einzelbildern zugeordneten Detektoren werden durch möglichst wenige Zwischenschritte ausgehend von dem zentralen Einzelbild 1 abgeglichen. Die für den Abgleich der Detektoren jeweils hinsichtlich ihrer Kontrast- und/oder Helligkeitswerte verglichenen Einzelbilder sind in der Figur 8 durch Pfeile kenntlich gemacht.
Der Kontrastwert und der Helligkeitswert des zentralen Einzelbilds 1 dienen bei dieser Abgleichstrategie als Referenzwerte. Der Abgleich der den Einzelbildern 2 bis 19 zugeordneten Detektoren erfolgt durch Änderung von Verstärkung und Offset der den Einzelbildern 2 bis 19 zugeordneten Detektoren derart, dass die Peaks in den Helligkeitshistogrammen der Einzelbilder 2 bis 19 innerhalb der definierten ersten Grenze alle dieselbe Breite oder Standardabweichung wie der Peak in dem Helligkeitshistogramm des zentralen Einzelbilds 1 haben und die Lagen der Peaks in den Helligkeitshistogrammen der Einzelbilder 2 bis 19 innerhalb der definierten zweiten Grenze alle bei demselben Grauwert wie der Peak in dem Helligkeitshistogramm des zentralen Einzelbilds 1 liegen.
Fig. 9 zeigt einen weiteren zu dem Abgleichweg in Figur 8 alternativen Abgleichsweg, der sich in Details von dem in Fig. 8 gezeigten Abgleichsweg unterscheidet. Die für den Abgleich der Detektoren jeweils hinsichtlich ihrer Kontrast- und/oder Helligkeitswerte verglichenen Einzelbilder sind in der Figur 9 wiederum durch Pfeile kenntlich gemacht. Der Abgleich der der ersten Schale, d.h. den Einzelbildern 2 bis 7 zugeordneten Detektoren erfolgt identisch wie oben in Zusammenhang mit Figur 8 beschrieben. Allerdings gibt es mehrere Möglichkeiten, die den Einzelbildern 8 bis 19 der nächsten Schale zugeordneten Detektoren abzugleichen. In Fig. 9 ist es bspw. so, dass ausgehend von dem Einzelbild 5 die Kontrast- und/oder Helligkeitswerte der Einzelbilder 13, 14, 15 in den Überlappbereichen mit den Kontrast- und/oder Helligkeitswerten des Einzelbilds 5 verglichen und daraus Werte für den Abgleich der Kontrast- und/oder Helligkeitswerte der den Einzelbildern 13, 14 und 15 zugeordneten Detektoren gewonnen werden. In ähnlicher Weise werden die Kontrast- und/oder Helligkeitswerte der Einzelbilder 8, 9 und 19 in den Überlappbereichen mit den Kontrast- und/oder Helligkeitswerten des Einzelbilds 2 verglichen und daraus Werte für den Abgleich der Kontrast- und/oder Helligkeitswerte der den Einzelbildern 8, 9 und 19 zugeordneten Detektoren gewonnen. Dem gegenüber ist es so, dass beispielsweise die Kontrast- und/oder Helligkeitswerten des Einzelbilds 7 nur für den Abgleich des dem Einzelbild 18 zugeordneten Detektors verwenden wird. Aber auch bei dieser Definition der für den Detektorabgleich zu vergleichenden Einzelbilder können Schleppfehler möglichst gering gehalten werden.
Fig. 10a illustriert anhand eines vergrößerten Ausschnittes von Fig. 6 den Abgleich mittels der Überlapp-Einzelbilder. Die in Figur 10a eingezeichneten schwarzen Rechtecke zwischen dem zentralen Einzelbild 1 einerseits und der ersten Schale mit den Einzelbildern 2 bis 7 andererseits illustrieren die Überlapp-Einzelbilder. Im gezeigten Beispiel sind die Überlapp- Einzelbilder jeweils gleich dimensioniert, jedoch teilweise unterschiedlich orientiert. Im gezeigten Beispiel ist es so, dass die sich jeweils entsprechenden Überlapp-Einzelbilder jeweils gleich groß sind. Es wird unterstellt, dass die Überlapp-Probenbereiche, die durch die Überlapp-Einzelbilder repräsentiert werden, zumindest annähernd dieselbe Sekundärelektronenausbeute aufweisen und Variationen in Helligkeit und / oder Kontrast in den einander zugeordneten Überlapp-Einzelbildern durch unterschiedliche Detektorkennlinien in den Einzelbildern verursacht sind. Es genügt also, hier einen Abgleich anhand der Kontrast und/oder Helligkeitswerte in den einander zugeordneten Überlapp- Einzelbildern durchzuführen. Insbesondere sind die Längen der Überlapp-Einzelbilder so gewählt, dass sie sich jeweils nur über einen Teil der Länge der jeweiligen Grenze zwischen benachbarten Einzelbildern erstrecken.
Fig. 10b illustriert alternative Überlappbereiche zwischen Einzelbildern. Dargestellt sind Einzelbilder 1 bis 7, die im hier gezeigten Beispiel jeweils annähernd quadratisch sind. Sie könnten bspw. aber auch rechteckig sein. Die Einzelbilder 1 bis 7 weisen nun jeweils zu den ihnen benachbarten Einzelbildern Überlappbereiche auf. Diese Überlappbereiche sind im gezeigten Beispiel streifenförmig, jeweils mit einer Breite b ausgebildet. Die Breite b aller Überlappbereiche ist hier identisch, sie könnte jedoch auch von Überlappbereich zu Überlappbereich variieren. Die streifenförmigen Überlappbereiche sind in Fig. 10b in ihren unterschiedlichen Abschnitten durch die Buchstaben A bis R bezeichnet, um den Detektorabgleich anhand der Überlappbereiche im Folgenden besser erläutern zu können. Ausgegangen wird wieder von dem zentralen Einzelbild 1 , dessen Kontrast und/oder Helligkeitswerte zunächst innerhalb des gemeinsamen Überlappbereichs mit dem Einzelbild 2 verglichen werden soll. Die Einzelbilder 1 und 2 verfügen nun über den gemeinsamen Überlappbereich B-C-D. Die Bereiche B-C-D können also Überlapp-Einzelbilder definieren und die Helligkeits- und/ oder Kontrastwerte in diesen Überlappbereichen B-C-D können miteinander verglichen werden. Theoretisch wäre es auch möglich, nur eine Unterauswahl der Bereiche B-C-D, also z.B. B-C, C-D, B-D oder sogar nur B,C oder D isoliert als Überlappbereich zu definieren und den Vergleich der Helligkeit- und/ oder des Kontrastwerte nur in diesen Teilbereichen durchzuführen. Es sollte allerdings darauf geachtet werden, dass die Helligkeits- und/ oder Kontrastwerte einer hinreichend großen Anzahl an Pixeln für den Abgleich verglichen werden. Insofern hat es Vorteile und ist auch in der Verfahrensführung verhältnismäßig einfach, wenn der theoretisch komplett vorhandene Überlappbereich zwischen zwei Einzelbildern auch vollständig für den Detektorabgleich herangezogen wird.
In einem nächsten Schritt können auch die Einzelbilder 1 und 3 in ihrem Überlappbereich hinsichtlich Helligkeit und /oder Kontrast miteinander für den Detektorabgleich des dem Einzelbild 3 zugeordneten Detektors verglichen werden. Hierzu zählen dann die Bereiche D- E-F bzw. eine Auswahl davon. Des Weiteren kann das Einzelbild 1 mit Einzelbild 4 in r dem Überlappbereich F-J-P oder Teilen davon verglichen werden, um Werte für einen Abgleich des dem Einzelbild 4 zugeordneten Detektors zu gewinnen. Ein Abgleich des dem Einzelbild 5 zugeordneten Detektors mit dem dem Einzelbild 1 zugeordneten Detektor kann über den Überlappbereich N; O; P oder Teilen davon erfolgen. Ein Abgleich des dem Einzelbild 6 zugeordneten Detektors mit dem dem Einzelbild 1 zugeordneten Detektor kann wiederum über den gemeinsamen Überlappbereich L-M-N oder Teilen davon erfolgen. Ein Abgleich des dem Einzelbild 7 zugeordneten Detektors mit dem dem Einzelbild 1 zugeordneten Detektor kann wiederum über die gemeinsamen Überlappbereiche B-l-L oder Teilen davon erfolgen. Auch andere Abgleichswege sind im Prinzip möglich. So könnte der dem Einzelbild 3 zugeordnete Detektor z.B. nicht direkt mit Einzelbild 1 über den gemeinsamen Überlappbereich abgeglichen werden, sondern der dem Einzelbild 3 zugeordnete Detektor könnte auch über Überlappbereiche abgeglichen werden mit dem zuvor bereits abgeglichenen Detektor, der dem Einzelbild 2 zugeordnet ist. Hierfür stünde der gemeinsame Überlappbereich H-D oder Teile desselben zur Verfügung. Ein derartiger Abgleich hat aber den Nachteil, dass sich ein Schleppfehler vergrößert, welcher idealer Weise möglichst klein gehalten werden sollte. Insofern bietet sich ein Abgleich der Einzelbilder 2 bis 7 der das zentrale Einzelbild 1 unmittelbar umgebenden Schale direkt anhand der Überlappbereiche mit dem zentralen Einzelbild 1 über die jeweils vorhandenen gemeinsamen Überlappbereiche an. Der weitere Abgleich zusätzlicher Einzelbilder kann dann wiederum schalenweise von innen nach außen erfolgen (nicht dargestellt). Die in Fig. 10b gezeigten Überlappbereiche ergeben sich bei einem leichten Übereinanderlegen bzw. Übereinanderschieben von Einzelbildern bzw. von zugehörigen Einzelfeldbereichen der Probe auf sehr einfache und elegante Art und Weise. Bei einem Bildfeld von ca. 12pm x 10,5pm beträgt die Breite b der Überlappstreifen beispielsweise ca. 0,5 pm. Gemäß bevorzugter Ausführungsformen beträgt die Breite b eines Überlappstreifens bzw. eines rechteckigen Überlappbereiches > 1 % und < 10% der entsprechenden Bildhöhe oder Bildbreite H, also 1 % H < b s 10% H; bevorzugt 1 % H < b 2 7% H und höchst bevorzugt 3% H < b < 5% H.
Fig. 1 1 zeigt eine alternative Ausführungsvariante der Erfindung mit jeweils drei einander entsprechenden Überlapp-Einzelbildern. Die Überlapp-Einzelbilder in Fig. 1 1 sind durch die schwarzen Kreise illustriert. Es wäre auch möglich, eine andere Formgebung für die Überlapp-Einzelbilder zu wählen, z.B. eine rechteckige Form. Wichtig ist, dass in jedem Überlapp-Einzelbild eine hinreichende Anzahl von Datenpunkten vorhanden ist, damit die statistische Auswertung von Helligkeit und/ oder Kontrast in den Überlapp-Einzelbildern auch die notwendige Aussagekraft besitzt.
In den Fig. 6 bis 1 1 ist es jeweils so, dass die dargestellten Einzelbilder mit den jeweils benachbarten Einzelbildern - von den Überlappbereichen einmal abgesehen - nicht nur einen gemeinsamen Eckpunkt aufweisen, sondern gemeinsame Ränder miteinander aufweisen. Insofern sind die rechteckigen Einzelbilder mauerartig gegeneinander verschoben in mehreren Schichten angeordnet. Dies ist in dem in Fig. 12 gezeigten Ausführungsbeispiel anders: Hier handelt es sich um rechteckige Einzelbilder 1 bis 9, die in drei übereinander angeordneten Reihen angeordnet sind und selbst ein großes Rechteck bilden. Auch bei einer derartigen Anordnung von Einzelbildern lässt sich bei dem Detektorabgleich mithilfe der Überlappbereiche arbeiten. Ausgegangen werden kann hier wiederum von einem zentralen Einzelbild 5 mit seinen vier Überlapp-Einzelbildern, die jeweils Überlapp-Einzelbilder mit den das zentrale Einzelbild unmittelbar umgebenden Einzelbildern 2, 4, 6 und 8 bilden. Nach dem Abgleich der dieser kreuzartigen Innenstruktur der Einzelbilder zugeordneten Detektoren können dann die den an den Ecken liegenden Einzelbildern 1 , 3, 7 und 9 zugeordneten Detektoren jeweils wiederum über Auswertung der Kontrast- und Helligkeitswerte in entsprechenden Überlappbereichen mit den ihnen benachbarten Einzelbildern 4, 6 abgeglichen werden.
Fig. 13 zeigt eine weitere alternative Ausführungsvariante der Erfindung mit unterschiedlich dimensionierten Überlapp-Einzelbildern. Die Überlapp-Einzelbilder 60 und 61 sind dabei quadratisch und verfügen über vier einander zugeordnete Überlapp-Einzelbilder. Die Überlapp-Einzelbilder 62 und 63 hingegen verfügen hier nur über die Hälfte der Fläche der Überlapp-Einzelbilder 60 und 61 und hier sind nur jeweils zwei einander zugeordnete Überlapp-Einzelbilder vorhanden. Im Falle der großen Überlapp-Einzelbilder 60 und 61 tragen jeweils 4 Detektoren bzw. 4 Konversionskanäle eines Detektors zu dem Bild des Überlapp-Einzelbildes bei und werden - ausgehend vom zentralen Einzelbild 5 als Referenz - miteinander abgeglichen. Zu den kleineren Überlapp-Einzelbildern 62 und 63 tragen jeweils nur zwei Einzelbilder bei, die jeweils mit dem Überlapp-Einzelbild des Einzelbildes 5 abgeglichen werden (Überlapp-Einzelbilder der Einzelbilder 3 und 7). Im gezeigten Beispiel werden also letztlich alle den außen liegenden Einzelbildern zugeordneten Detektoren basierend auf den Helligkeits-und/oder Kontrastwerten in Überlappbereichen mit dem zentralen Einzelbild 5 abgeglichen.
Die beschriebenen Ausführungsvarianten sind nur beispielhaft zu verstehen und können ganz oder teilweise miteinander kombiniert werden, sofern sich dadurch keinerlei technische Widersprüche ergeben.

Claims

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