專利名稱：檢測(cè)方法、粒子束系統(tǒng)和制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用粒子束的粒子束系統(tǒng)，其中粒子束可以是，例如電子束和離子束。 本發(fā)明進(jìn)一步涉及使用粒子束獲取與樣品結(jié)構(gòu)相關(guān)的信息的檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的粒子束顯微鏡包含用于產(chǎn)生初級(jí)粒子束(primary particle beam)的粒子 束源以及電子探測(cè)器。這樣的粒子束顯微鏡的實(shí)例包括具有電子束源的電子顯微鏡和具有 離子束源的離子顯微鏡。電子顯微鏡可具有用于探測(cè)通過(guò)入射到樣品的初級(jí)粒子束產(chǎn)生的 X射線的X射線探測(cè)器。X射線可包括指示樣品中所含化學(xué)元素的特征X射線，使得通過(guò)X 射線探測(cè)器產(chǎn)生的探測(cè)信號(hào)的分析，可確定樣品中的元素組成，其中該分析可包括對(duì)探測(cè) 到的X射線的能量的分析。這種方法被稱作能量色散X射線光譜法(EDX)。具有X射線探測(cè)器的傳統(tǒng)電子顯微鏡可從US2006/0138325A1獲知。該顯微鏡的X 射線探測(cè)器接收發(fā)端于樣品的且通過(guò)聚焦在樣品上的初級(jí)電子束在樣品處產(chǎn)生的X射線。 由于初級(jí)粒子束還產(chǎn)生從樣品發(fā)出的二次電子，所以X射線探測(cè)器還包括電子阱，以防止 二次電子在X射線探測(cè)器中產(chǎn)生探測(cè)信號(hào)。電子阱可包括磁電子阱。期望將電子檢測(cè)和X射線檢測(cè)結(jié)合，以改善檢測(cè)方法和檢測(cè)系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種檢測(cè)方法和檢測(cè)系統(tǒng)，其中可通過(guò)樣品發(fā)出的電子和 X射線二者獲得與樣品相關(guān)的信息。傳統(tǒng)粒子束系統(tǒng)使用分離的探測(cè)器，用于探測(cè)樣品發(fā)出的電子和X射線。但是， 不可能將兩個(gè)探測(cè)器都靠近樣品布置，因?yàn)閄射線探測(cè)器的磁電子阱影響初級(jí)粒子束的聚 焦，或者占用了空間而導(dǎo)致電子探測(cè)器無(wú)法靠近樣品設(shè)置。也已經(jīng)考慮將電子探測(cè)器和X 射線探測(cè)器交替地靠近樣品布置以及使用靠近樣品布置的X射線探測(cè)器執(zhí)行對(duì)樣品的第 一檢測(cè)，以及使用靠近樣品布置的電子探測(cè)器執(zhí)行對(duì)樣品的第二檢測(cè)。這導(dǎo)致這樣的問(wèn)題 兩個(gè)探測(cè)器對(duì)聚焦的初級(jí)束具有不同的影響，使得難以將兩次檢測(cè)中獲得的樣品的結(jié)構(gòu)信 息結(jié)合。根據(jù)實(shí)施例，使用可探測(cè)電子和X射線二者的探測(cè)器，并靠近樣品布置。該探測(cè)器 產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于入射電子和X射線的探測(cè)信號(hào)。通過(guò)分析更大量的探測(cè)信號(hào)，可以將與入射到 探測(cè)器的電子相關(guān)的信號(hào)分量同與入射到探測(cè)器的X射線相關(guān)的信號(hào)分量分離。根據(jù)實(shí)施例，對(duì)探測(cè)信號(hào)的分析包含對(duì)探測(cè)信號(hào)的強(qiáng)度譜或能量譜的分析。根據(jù)實(shí)施例，探測(cè)信號(hào)的分析包含將探測(cè)器產(chǎn)生的探測(cè)信號(hào)分配到多個(gè)不同的 強(qiáng)度區(qū)間；基于分配到強(qiáng)度區(qū)間的探測(cè)信號(hào)，確定與入射到探測(cè)器的電子相關(guān)的至少一個(gè) 第一信號(hào)分量；以及基于分配到強(qiáng)度區(qū)間的探測(cè)信號(hào)，確定與入射到探測(cè)器的X射線相關(guān) 的至少一個(gè)第二信號(hào)分量。在此，探測(cè)器可構(gòu)造為使得探測(cè)器產(chǎn)生的探測(cè)信號(hào)隨著它們的強(qiáng)度而變化，其中強(qiáng)度取決于所探測(cè)的事件的強(qiáng)度。如果所探測(cè)的事件是入射到探測(cè)器的電子，則其強(qiáng)度取 決于入射到探測(cè)器的電子的動(dòng)能。從而，探測(cè)信號(hào)的強(qiáng)度將表示探測(cè)到的電子的動(dòng)能。類 似地，如果被探測(cè)的事件是入射到探測(cè)器的X射線，則探測(cè)信號(hào)的強(qiáng)度將表示入射的X射線 的能量。不同的探測(cè)信號(hào)的強(qiáng)度會(huì)不同，因?yàn)樗鼈兓谔綔y(cè)器的類型引起不同的電壓、不 同的電流、不同的電阻、不同的電荷量或者探測(cè)器的輸出處的其它不同效果。通過(guò)與探測(cè)器 的輸出相連接的電子電路，將不同的電壓、電流、電阻、電荷量和其它效果放大、轉(zhuǎn)換或者進(jìn)
一步處理。根據(jù)實(shí)施例，探測(cè)器的探測(cè)信號(hào)被分配到強(qiáng)度區(qū)間。強(qiáng)度區(qū)間可以對(duì)應(yīng)于所探測(cè) 的事件的能量區(qū)間。特別地，強(qiáng)度區(qū)間可部分重疊，或者強(qiáng)度區(qū)間可不相交。根據(jù)實(shí)施例，向每個(gè)強(qiáng)度區(qū)間分配計(jì)數(shù)器，以計(jì)算強(qiáng)度落在各個(gè)強(qiáng)度區(qū)間內(nèi)的探
測(cè)信號(hào)量。根據(jù)此處的實(shí)施例，可使用多通道分析器將探測(cè)信號(hào)分配到強(qiáng)度區(qū)間。例如，根據(jù)強(qiáng)度區(qū)間增加的強(qiáng)度，通過(guò)對(duì)分配到各個(gè)強(qiáng)度區(qū)間的探測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì) 數(shù)以及顯示該計(jì)數(shù)，可確定被探測(cè)事件的能譜。能譜表示兩種類型的事件，S卩，電子入射到探測(cè)器和X射線入射到探測(cè)器。入射的 電子產(chǎn)生寬的譜峰，該譜峰具有最大值和幾個(gè)keV的寬度。入射的X射線產(chǎn)生一個(gè)或更多 譜峰，具有最大值和小于IkeV的寬度。很明顯，由于電子事件和X射線事件的不同能譜特 征，基于能譜的分析能夠?qū)⑴c在入射到探測(cè)器的電子相關(guān)的信號(hào)分量同與入射到探測(cè)器的 X射線相關(guān)的信號(hào)分量分離。即使能譜的概念足以示意性地用于理解與電子有關(guān)的信號(hào)分 量同與X射線有關(guān)的信號(hào)分量的分離，但在實(shí)踐中也沒(méi)有必要明晰的確定能譜。無(wú)需確定 能譜，基于給不同的強(qiáng)度區(qū)間(intensity interval)分配探測(cè)信號(hào)，可以直接執(zhí)行對(duì)應(yīng)的 分析。根據(jù)實(shí)施例，基于至少一個(gè)與入射到探測(cè)器的X射線有關(guān)的信號(hào)分量，以及基于 分配到強(qiáng)度區(qū)間的探測(cè)信號(hào)，確定樣品所含的至少一種化學(xué)元素。在能譜的表示中，與X射 線相關(guān)的信號(hào)分量的窄的最大值指示樣品中粒子束聚焦位置處化學(xué)元素的存在。通過(guò)分析 能譜的最大值，可以確定樣品的該位置處化學(xué)元素的存在。再者，通過(guò)將探測(cè)信號(hào)分配到不 同的強(qiáng)度區(qū)間，可以無(wú)需計(jì)算能譜而確定樣品的該位置處化學(xué)元素的存在。根據(jù)實(shí)施例，聚焦粒子束隨后被導(dǎo)向樣品的多個(gè)不同位置。根據(jù)這里的特定實(shí)施 例，聚焦粒子束掃過(guò)樣品。根據(jù)此處進(jìn)一步的實(shí)施例，對(duì)每個(gè)不同的位置執(zhí)行上述方法，使得對(duì)于粒子束聚 焦的每個(gè)位置，為了將與電子有關(guān)的信號(hào)分量同與X射線有關(guān)的信號(hào)分量分離，多個(gè)探測(cè) 信號(hào)被分配到強(qiáng)度區(qū)間。與電子有關(guān)的信號(hào)分量表示樣品的電子顯微圖像，而與X射線有 關(guān)的信號(hào)分量表示樣品的元素組成的圖像或圖。這些圖像可以相互獨(dú)立或疊加地被顯示。根據(jù)實(shí)施例，多個(gè)探測(cè)器靠近樣品布置。多個(gè)探測(cè)器的相對(duì)于樣品的位置可不同。 例如，不同的探測(cè)器可相對(duì)于樣品覆蓋不同的立體角。這樣，從不同探測(cè)器的探測(cè)信號(hào)獲得 的信息可以用于確定樣品的三維結(jié)構(gòu)。多個(gè)探測(cè)器還可基于它們對(duì)探測(cè)電子和X射線的探測(cè)靈敏度而不同。根據(jù)實(shí)施 例，在探測(cè)器和樣品之間設(shè)置膜，其中膜對(duì)電子和X射線的傳輸特性不同。根據(jù)此處的實(shí)施例，膜的厚度或化學(xué)組成不同。


通過(guò)隨后參考附圖對(duì)示例性實(shí)施例的細(xì)節(jié)性描述，本發(fā)明前述和其它有有利的特 征將更加明顯。應(yīng)注意到，并非所有可能的實(shí)施例都需要展示這里確認(rèn)的每個(gè)或任何優(yōu)點(diǎn)。圖1示出了根據(jù)實(shí)施例的粒子束系統(tǒng)；圖2示出了沿著圖3中的線II-III的圖1所示的粒子束系統(tǒng)的探測(cè)器的截面；圖3為圖2所示的探測(cè)器的底部的正視圖；圖4是表示圖2和3所示的探測(cè)器的膜的電子透過(guò)率的曲線圖；圖5是表示圖2和3所示的探測(cè)器的膜的X射線透過(guò)率的曲線圖；圖6是表示利用圖2和3所示的探測(cè)器探測(cè)的計(jì)數(shù)率的曲線圖；圖7是表示由電子和X射線產(chǎn)生的計(jì)數(shù)率的曲線圖；圖8為根據(jù)實(shí)施例的檢測(cè)方法的流程圖；以及圖9示出了根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施例的粒子束裝置。
具體實(shí)施例方式在下述示例性實(shí)施例中，功能或結(jié)構(gòu)類似的部件盡可能的標(biāo)注了相同的附圖標(biāo) 記。因此，為了理解具體實(shí)施例的獨(dú)立部件的特征，應(yīng)參考其它實(shí)施例和發(fā)明內(nèi)容中的描 述。圖1是粒子束系統(tǒng)1的示例性實(shí)施例的示意圖。粒子束系統(tǒng)1包括電子束源5，具 有陰極7以及提取器和抑制器電極9，用于產(chǎn)生初級(jí)粒子束13。初級(jí)粒子束13經(jīng)過(guò)會(huì)聚透 鏡11、電子探測(cè)器17中提供的孔15以及用于將初級(jí)粒子束13聚焦于物面23中的位置21 的物鏡19。將待測(cè)物體25的表面置于物面25。物鏡19包括提供在環(huán)形軛中的環(huán)形線圈27，該環(huán)形軛具有環(huán)形上極靴31和環(huán)形 下極靴32，使得在上和下極靴31、32之間形成環(huán)形間隙。在此間隙中產(chǎn)生用于產(chǎn)生電子束 13的磁場(chǎng)。粒子束系統(tǒng)1進(jìn)一步包括束管(beam tube) 35，其進(jìn)入并特別地穿過(guò)物鏡19。在 束管35的底端提供末端電極37。在末端電極37和物面之間設(shè)置有終端電極36，其中末端 電極37和終端電極36之間產(chǎn)生的靜電場(chǎng)提供了對(duì)初級(jí)電子束13的聚焦力。由電極36和 37之間的靜電場(chǎng)提供的聚焦力以及由極靴31和32之間的磁場(chǎng)提供的聚焦力通常提供粒子 束系統(tǒng)1的物鏡19的聚焦力?？刂破?9被提供以向終端電極36、末端電極37、陰極7以及提取器和抑制器電極 9供給合適的電壓，使得電子束焦點(diǎn)形成于物面中。選擇這些電壓，使得初級(jí)電子束的電子在入射到位置21處的物體25上時(shí)，具有預(yù) 定的動(dòng)能。特別地，控制器39可以向終端電極36提供與接地電勢(shì)對(duì)應(yīng)的電壓或不同于接 地電勢(shì)的電壓。物鏡19進(jìn)一步包括也由控制器39控制的偏轉(zhuǎn)器41，用于偏轉(zhuǎn)電子束13和用于改 變初級(jí)電子束13入射到物面23中的物體25所處的位置21。特別地，通過(guò)偏轉(zhuǎn)初級(jí)電子 束，可以使初級(jí)粒子束系統(tǒng)地掃過(guò)物體25的部分表面。
入射到物體25的初級(jí)粒子束導(dǎo)致物體25發(fā)出二次電子。這些二次電子的一部分 會(huì)進(jìn)入束管35，使得它們被電子探測(cè)器17探測(cè)到。在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語(yǔ)二次電子包 括通過(guò)將初級(jí)粒子束導(dǎo)向至物體而導(dǎo)致從物體出射且可以由電子探測(cè)器17檢測(cè)到的所有 類型的電子。特別地，術(shù)語(yǔ)二次電子包括背散射電子，其動(dòng)能相應(yīng)于或稍微小于入射到物體 的初級(jí)粒子的動(dòng)能。該術(shù)語(yǔ)還包括這樣的二次電子，當(dāng)它們從物體表面出射時(shí)，動(dòng)能實(shí)質(zhì)上 小于入射到物體的初級(jí)粒子的動(dòng)能。圖1以附圖標(biāo)記43示意性地示出入射到電子探測(cè)器 17的二次電子的示例性軌跡。粒子束系統(tǒng)1進(jìn)一步包括設(shè)置在物鏡19和物面23之間的另外的探測(cè)器47。探測(cè) 器47包括中央孔49，允許初級(jí)粒子束13和二次電子43穿過(guò)探測(cè)器47。探測(cè)器47包括多 個(gè)檢測(cè)表面51，位于距物鏡的主軸12的徑向距離處。提供探測(cè)器47用于探測(cè)由入射到物 體的初級(jí)粒子束13產(chǎn)生的二次電子和X射線二者。由位置21處的初級(jí)粒子束13產(chǎn)生并 入射到探測(cè)器47的二次電子或X射線的示例性軌跡以附圖標(biāo)記53標(biāo)識(shí)在圖1中。圖2示出了探測(cè)器47的構(gòu)造的截面圖，圖3是正視圖。探測(cè)器47包括環(huán)形容器 (carrier)，其包括具有中央孔的上板55，該中央孔用于提供容許初級(jí)粒子束13和二次電 子43穿過(guò)的孔49。四個(gè)半導(dǎo)體探測(cè)器貼附于板55的底表面，使得每個(gè)半導(dǎo)體探測(cè)器57的 探測(cè)表面59取向?yàn)槌锩?3。在每個(gè)半導(dǎo)體探測(cè)器57的探測(cè)表面59前面安裝膜或窗 口 61。膜61具有至少部分防止二次電子入射到半導(dǎo)體探測(cè)器57的探測(cè)表面59的功能。 在圖2示出的示例性實(shí)施例中，膜61設(shè)置在距探測(cè)表面59的一小段距離處。但是，仍然可 以使膜接觸半導(dǎo)體探測(cè)器的探測(cè)表面，或作為膜層直接貼附于該探測(cè)表面，使得由半導(dǎo)體 探測(cè)器承載該膜。半導(dǎo)體探測(cè)器可以是硅漂移探測(cè)器(silicon drift detector)，例如從 BrukerAXS Microanalysis GmbH, Berlin, Germany 可獲得的產(chǎn)品名為Xflash QUAD 的探 測(cè)器。膜61可配置為非固定地貼附于半導(dǎo)體探測(cè)器或環(huán)形結(jié)構(gòu)，使得它們可以隨意地 移除或由其它膜替代。圖2和3示出的示例性實(shí)施例具有提供在板55上的軸向突出63。 突出63包括徑向延伸部分65，適于承載膜61，使得膜61安裝在探測(cè)器47上。例如，膜61 可被夾在提供在板陽(yáng)上的徑向突出65和外部軸向環(huán)形突出66之間。在圖2和3所示的實(shí)施例中，X射線探測(cè)器57包括四個(gè)分離的半導(dǎo)體探測(cè)器57， 以圍繞孔49分布的四個(gè)象限的構(gòu)造而布置。四個(gè)半導(dǎo)體探測(cè)器57的每個(gè)具有相同的構(gòu)造 和相同的特性，并且控制器39分開(kāi)接收四個(gè)半導(dǎo)體探測(cè)器57的探測(cè)信號(hào)。在圖2和3所示的例子中，探測(cè)器的探測(cè)表面是環(huán)形的、被初級(jí)束穿過(guò)并且靠近粒 子束13入射到物體45表面的位置21。但是，也可以使用其它探測(cè)器的構(gòu)造。例如，探測(cè)器 的探測(cè)表面可靠近位置21，而不圍繞電子束13。在此，探測(cè)器可以具有多個(gè)分離的探測(cè)表 面，該探測(cè)表面靠近位置21設(shè)置用于探測(cè)電子和X射線。不同膜可設(shè)置在多個(gè)探測(cè)表面的 前面，從而改變各個(gè)探測(cè)器的相對(duì)于X射線探測(cè)效率的電子探測(cè)效率。然而，不同的探測(cè)表 面可相對(duì)于位置21覆蓋不同量的立體角，使得不同探測(cè)器的探測(cè)信號(hào)的分析容許來(lái)確定 樣品的三維結(jié)構(gòu)。而且，四個(gè)探測(cè)器57可以都具有對(duì)電子和X射線相同的探測(cè)特性。這樣， 它們將因覆蓋了相對(duì)于樣品上的位置21的不同的立體角的事實(shí)而不同。探測(cè)器根據(jù)位置21處的樣品表面的取向檢測(cè)信號(hào)。這樣，探測(cè)器的探測(cè)信號(hào)可用于確定樣品 的三維結(jié)構(gòu)。這樣的確定三維結(jié)構(gòu)的相關(guān)背景信息可由文章“Three-Dimensional Characterization of Microstructures in a SEM'Mlodzimierz Drzazga et al. ,Meas. Sci. Technol. 17 (2006)，pages 28-31 獲得。在圖示的示例中，四個(gè)膜61布置在四個(gè)半導(dǎo)體探測(cè)器的探測(cè)表面59前面，具有不 同的特性。提供兩種不同類型的膜。圖3中以附圖標(biāo)記61指示的兩個(gè)膜具有大于圖3中 以附圖標(biāo)記61’指示的另外兩個(gè)膜的二次電子透過(guò)率。提供具有不同的二次電子透過(guò)率的兩種不同類型的膜，以修改探測(cè)器的二次電子 探測(cè)效率。膜61可以由包括具有低原子序數(shù)的元素的材料制造，使得X射線的透過(guò)率較高。 所有膜可由相同的材料制成，具有不同的厚度以對(duì)二次電子提供不同的透過(guò)率。例如，膜 可由聚酯制造。適合的聚酯的例子包括對(duì)苯二甲酸聚酯(ter印htalat-polyester)，例如 聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(polyethylenter印hta-latpolyester)。適合的膜可以是從公司 DuPont, Wilmington, USA獲得的產(chǎn)品名為Mylar的膜。膜的適合的厚度可以是，例如在 0. 1 μ m至50 μ m的范圍內(nèi)，特別地是在Ι.Ομπι至ΙΟμπι的范圍內(nèi)。其它適合的膜可以是從 公司MoxTek，Orem, USA獲得的產(chǎn)品名為AP3. 3的膜。例如，膜還可以由鈹來(lái)制造。接下來(lái)，參照?qǐng)D4和5中所示的示意性實(shí)施例，由AP3. 3材料制成且厚度為1 μ m 的箔提供具有較大電子透過(guò)率的膜，具有較低電子透過(guò)率的膜由厚度為6 μ m的Mylar材料 的箔制成。圖4所示的曲線圖表示通過(guò)數(shù)值模擬獲得的兩種膜的基于電子動(dòng)能的電子透過(guò)率。圖5所示的曲線圖表示通過(guò)數(shù)值模擬獲得的兩種膜的基于電子動(dòng)能的X射線透過(guò)率。在以下參照?qǐng)D6所示的實(shí)例中，由厚度為1 μ m的Mylar材料的箔提供具有較大電 子透過(guò)率的膜，且由厚度為6 μ m的相同的Mylar材料的箔提供了具有較小電子透過(guò)率的膜。圖6所示的曲線圖表示在使用圖1所示的粒子束系統(tǒng)1的探測(cè)器47的實(shí)驗(yàn)中測(cè) 量的計(jì)數(shù)率(count rate)。在此實(shí)驗(yàn)中，將初級(jí)粒子束導(dǎo)向到由錳(Mn)制成的樣品上。圖 6所示的曲線圖示出了在給定時(shí)間內(nèi)通過(guò)在前部設(shè)置有薄箔的半導(dǎo)體探測(cè)器記錄的探測(cè)事 件的數(shù)量，以及在該給定時(shí)間內(nèi)通過(guò)在前部設(shè)置有厚箔的半導(dǎo)體探測(cè)器記錄的探測(cè)事件的 數(shù)量。每條曲線基于入射到樣品的初級(jí)粒子的動(dòng)能而繪制。通過(guò)圖6明顯看出電子實(shí)質(zhì)上對(duì)厚膜的能譜沒(méi)有貢獻(xiàn)，因?yàn)榇四茏V實(shí)質(zhì)上僅包 含狹窄的錳的特征峰，其中在低能量處可看到少量的韌致輻射。對(duì)于薄膜，該能譜包含較大 量的包括特征X射線的分量、上述的韌致輻射以及由探測(cè)器探測(cè)到的與背散射電子相關(guān)的 附加分量的分量。背散射電子顯示了在大約^ ^處的寬的最大值，其中在高于14keV處實(shí) 質(zhì)上沒(méi)有事件被計(jì)數(shù)，因?yàn)樵谒緦?shí)例中初級(jí)束中的粒子能量為15keV。由于電子和X射線的不同能譜特征，所以基于探測(cè)事件的能譜分析可以將電子和 X射線彼此分離，該探測(cè)事件由在其探測(cè)表面的前面布置薄膜的探測(cè)器檢測(cè)?？梢栽诶帽?膜獲得的譜圖中識(shí)別窄峰并從該譜圖中扣除該窄峰，使得保留主要與背散射電子相關(guān)的分量。此結(jié)果可通過(guò)考慮與韌致輻射相關(guān)的分量進(jìn)一步得到改進(jìn)。通過(guò)模擬和從譜圖扣除， 可以相對(duì)高的準(zhǔn)確性預(yù)測(cè)此分量，使得剩余的譜圖將以甚至更高的準(zhǔn)確性對(duì)應(yīng)于與背散射 電子相關(guān)的信號(hào)分量。圖7示出了圖6中所示的薄膜的譜圖的此分析結(jié)果。圖7中的實(shí)線示出了 X射線 譜，圖7中的虛線示出了背散射電子譜。X射線能譜可以被進(jìn)一步分析，以確定能譜所指示的化學(xué)元素。關(guān)于樣品元素組成 的X射線譜圖分析的相關(guān)背景信息可從chapter 10. land 10. 2ofL. Reimer, “ Scanning Electron Microscopy" , Second Edition, Springer 1998 獲得。圖7所示的背散射電子譜圖的積分或求和對(duì)應(yīng)于傳統(tǒng)電子顯微鏡中使用的背散 射電子(BSE)信號(hào)。通過(guò)控制偏轉(zhuǎn)器41，可以導(dǎo)引粒子束13至樣品上的多個(gè)不同位置，并且在每個(gè)位 置記錄能譜，其中每個(gè)能譜將包含與電子有關(guān)的信號(hào)分量和與X射線有關(guān)的信號(hào)分量?？?以分析每個(gè)位置的能譜，以獲得BSE信號(hào)，并基于多個(gè)位置的BSE信號(hào)生成并顯示樣品的電 子顯微鏡圖像。類似地，從每個(gè)位置的記錄能譜可獲得與X射線相關(guān)的信號(hào)分量。根據(jù)與 X射線相關(guān)的信號(hào)分量可以確定元素組成。多個(gè)位置處的化學(xué)組成信息可以用于生成樣品 的化學(xué)組成圖。此圖可在顯示介質(zhì)，如監(jiān)視器上以彩色圖顯示，其中不同的顏色代表不同的 化學(xué)元素。還可以與電子顯微鏡圖像重疊顯示化學(xué)組成圖。如果探測(cè)器具有關(guān)于初級(jí)束的 入射位置21的不同立體角的多個(gè)探測(cè)表面，則也可利用多個(gè)探測(cè)表面的不同信號(hào)分量確 定樣品的三維表面結(jié)構(gòu)。三維結(jié)構(gòu)也可在顯示介質(zhì)上顯示，其中可根據(jù)元素組成對(duì)顯示的 三維結(jié)構(gòu)彩色化。下面，將參照?qǐng)D8中所示的流程圖概述檢測(cè)方法的實(shí)施例。該方法包括確定用聚 焦粒子束掃描樣品表面的掃描策略。聚焦束可沿著迂回形狀的路徑掃描，例如，可逐行掃 描。在初始步驟101中，確定在樣品上開(kāi)始掃描的位置的起始值。該位置可基于在樣品上 的坐標(biāo)X、y，或者基于任何其它適合的坐標(biāo)系來(lái)確定。確定起始位置后，重復(fù)執(zhí)行多個(gè)步 驟103、105和107，直到在步驟109中確定下一個(gè)位置，其中對(duì)于下一位置將再次執(zhí)行步驟 103、105和107。如果樣品的掃描完成，則步驟109也可包括步驟103、105、107和109的重 復(fù)執(zhí)行的終止。在步驟103中，導(dǎo)引聚焦粒子束至樣品上的位置x、y。在步驟105中，與此 位置關(guān)聯(lián)的能譜S(x，y)通過(guò)讀取探測(cè)器的探測(cè)信號(hào)而被記錄。能譜S(x，y)將包含與從位 置0(x，y)發(fā)射的電子相關(guān)的信號(hào)分量，以及與從位置0(x，y)發(fā)射的X射線相關(guān)的信號(hào)分 量。在步驟107中，記錄譜圖S(x, y)被存儲(chǔ)到存儲(chǔ)介質(zhì)111，例如，計(jì)算機(jī)磁盤驅(qū)動(dòng)器。在根據(jù)步驟101至109的掃描完成后或在該掃描期間分析存儲(chǔ)的譜圖。為此，在 步驟201中，計(jì)算機(jī)讀取第一譜圖并在步驟209中讀取后續(xù)譜圖，從而在步驟211至221中 分析讀取的譜圖，直到在掃描中記錄的全部譜圖被分析。在步驟211中分析能譜，從而確定 包含在能譜中的信號(hào)分量。此處，在步驟213中從能譜中提取與背散射電子相關(guān)的信號(hào)分 量，在步驟217中從能譜提取與X射線相關(guān)的信號(hào)分量。步驟213進(jìn)一步包括積分與背散射電子相關(guān)的信號(hào)分量，以確定與位置0(x，y)相 關(guān)的BSE值。在步驟215中將此BSE值BSE (X，y)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)介質(zhì)111。在步驟219中分 析與X射線相關(guān)的信號(hào)分量R(x，y)，從而確定位置0(x，y)處的化學(xué)元素量C”在步驟221 中將確定的量Ci(Ly)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)介質(zhì)111。步驟101至109中記錄譜圖的程序和步驟201至221中分析譜圖的程序在圖8所示的流程圖中獨(dú)立進(jìn)行。但是，也可以將步驟105中記 錄的譜圖直接傳輸?shù)椒治霾襟E211而不存儲(chǔ)到存儲(chǔ)介質(zhì)111?；谂c不同位置0(x，y)相關(guān)的BSE值BSE(x，y)，可以在步驟301中生成被掃描 樣品的電子顯微鏡圖像。在步驟303中，通過(guò)值CiU,y)生成圖像，其中此圖像表示樣品中 化學(xué)元素的分布。步驟301和303中生成的圖像可顯示在粒子束系統(tǒng)的顯示器81上(圖 1)。還可以進(jìn)一步疊加在步驟301和303中生成的圖像，以在步驟305中形成公用圖像并 在顯示器81上顯示該圖像。這可以通過(guò)將不同顏色與不同的化學(xué)元素i關(guān)聯(lián)，并以不同顏 色的強(qiáng)度代表Ci的量來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣生成的彩色圖像可與通過(guò)值BSE (x，y)獲得的灰度級(jí)圖 像重疊。如果探測(cè)器具有覆蓋與粒子束的入射位置相關(guān)的不同立體角的多個(gè)探測(cè)表面，則 可在步驟307中確定樣品的三維結(jié)構(gòu)。在步驟309中樣品的三維結(jié)構(gòu)圖像與樣品的化學(xué)組 分圖像重疊。再次，這可以通過(guò)將不同顏色與不同化學(xué)元素關(guān)聯(lián)并根據(jù)這些顏色彩色化三 維圖像來(lái)實(shí)現(xiàn)。檢測(cè)方法和檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)施例容許由入射的聚焦粒子束產(chǎn)生的背散射電子和X 射線的同時(shí)檢測(cè)。與背散射電子相關(guān)的信號(hào)分量和與X射線相關(guān)的信號(hào)分量可以與由初級(jí) 粒子束的入射位置定義的樣品上的同一位置相關(guān)聯(lián)。此處，典型地，背散射電子出射自此位 置周圍的一體積，該體積小于出射X射線的體積。這就是為什么BSE圖像通常比EDX圖像 具有更好的空間分辨率的原因。但是，根據(jù)本實(shí)施例，可以基于從BSE圖像獲得的結(jié)構(gòu)信息 提高檢測(cè)到的EDX圖像的空間分辨率。例如，如果由第一化學(xué)元素制成的樣品包含由第二 化學(xué)元素形成的窄帶，其中窄帶的寬度小于EDX圖像的空間分辨率但大于BSE圖像的空間 分辨率，則可以從BSE圖像推定與第二化學(xué)元素相關(guān)的探測(cè)信號(hào)只可能源自具有由BSE圖 像確定的寬度的窄帶。此信息可用于改進(jìn)EDX圖像，使得對(duì)應(yīng)于第二化學(xué)元素的窄帶的寬 度在圖像中盡可能減小地進(jìn)行顯示。由于與背散射電子相比，X射線從樣品的較大體積出射，所以也可以探測(cè)樣品中的 位于樣品表面之下并且不能僅使用背散射電子被檢測(cè)的缺陷。進(jìn)一步可以通過(guò)分析BSE圖 像，識(shí)別樣品的其中缺陷潛在地存在的區(qū)域并且通過(guò)分析與該區(qū)域關(guān)聯(lián)的對(duì)應(yīng)X射線譜圖 驗(yàn)證該缺陷的存在。圖9是可用于物體的制造方法的粒子束裝置71的示意圖。粒子束裝置71包括粒 子束系統(tǒng)1，該粒子束系統(tǒng)1具有與圖1所示的粒子束系統(tǒng)相似的構(gòu)造。粒子束系統(tǒng)1包括 產(chǎn)生粒子束13的粒子束源5，粒子束13可通過(guò)透鏡11、四聚焦于位置21。粒子束裝置71 還包括第二粒子束系統(tǒng)73，構(gòu)造為也在位置21處聚焦第二粒子束75。在所示實(shí)例中，粒子 束系統(tǒng)73是離子束系統(tǒng)，包括離子源77、用于成形和加速離子束75的電極79以及用于將 離子束75聚焦到位置21并使束掃過(guò)位置21的周圍區(qū)域的束偏轉(zhuǎn)器81和聚焦線圈或聚焦 電極83。粒子束75和13將在樣品21的共同區(qū)域以不同的入射角入射，并且可分別通過(guò)控 制偏轉(zhuǎn)器81和41掃過(guò)該區(qū)域。例如，粒子束75、13的方向之間的角度可以是45°。提供 兩個(gè)粒子束的傳統(tǒng)系統(tǒng)的實(shí)例在US2005/0184251A1和US6，855，938中公開(kāi)，二者的全部公 開(kāi)以參考方式被引用于此。參照?qǐng)D9示出的粒子束裝置可用于其中使用粒子束75由樣品21制備薄板或薄片 22的方法。薄材料板或薄片22可用作在使用透射電子顯微鏡的隨后檢測(cè)中的樣品。出于此目的，薄片應(yīng)具有小于IOOOnm或小于500nm甚至小于200nm的厚度。制備這樣的薄材料 板或薄片的傳統(tǒng)方法從W02008/051937A2和W02008/051880A2獲知，二者的全部公開(kāi)以參
考方式被引用于此。在此方法中，通過(guò)刻蝕樣品25的體材料而制造薄片22。該刻蝕包括從貯存器84 通過(guò)供給管85向薄片22供應(yīng)反應(yīng)氣體?？拷∑碾x子束75將反應(yīng)氣體激活，且反應(yīng)氣 體在靠近離子束75入射到樣品22的位置的區(qū)域中與樣品22進(jìn)行反應(yīng)。由于該反應(yīng)，樣品 的材料被從樣品釋放，并可通過(guò)粒子束裝置的真空系統(tǒng)而去除。從而，通過(guò)操作離子束系統(tǒng) 73和通過(guò)供給管道85供應(yīng)反應(yīng)氣體，可以從樣品的所選區(qū)域去除材料。此過(guò)程可以使用粒 子束系統(tǒng)1，通過(guò)獲得制備的薄片22的電子顯微鏡圖像來(lái)觀查，其中這樣的電子顯微鏡圖 像可以被連續(xù)記錄，或者可以在預(yù)定數(shù)量的刻蝕步驟后被記錄。在此過(guò)程中，粒子束系統(tǒng)1 作為成像工具。在此方法中，制備的薄片的厚度可基于與背散射電子相關(guān)的探測(cè)信號(hào)分量和與X 射線相關(guān)的探測(cè)信號(hào)分量來(lái)確定。出于此目的，粒子束13被導(dǎo)引至薄片表面上的位置。產(chǎn) 生的背散射電子的強(qiáng)度指示了薄片的厚度，因?yàn)槿肷涞讲⒋┻^(guò)薄片的相對(duì)較厚的部分的束 的粒子產(chǎn)生的背散射電子的量大于入射到并穿過(guò)薄片的相對(duì)較薄的部分的束的粒子產(chǎn)生 的背散射電子的量。但是，背散射電子的量不僅取決于薄片的厚度，還取決于薄片的化學(xué)成 分，因?yàn)椴煌幕瘜W(xué)元素被粒子束13輻照時(shí)產(chǎn)生不同量的背散射電子。在本實(shí)施例中，薄 片在粒子束13的入射位置處的化學(xué)組成可通過(guò)分析與X射線相關(guān)的探測(cè)信號(hào)分量來(lái)確定。因此，可以將粒子束導(dǎo)引到薄片表面上的位置，并且基于分析與X射線相關(guān)的信 號(hào)分量來(lái)確定在樣品上粒子束的入射位置處的薄片的化學(xué)組分?；瘜W(xué)組成信息可用于分析 背散射電子的強(qiáng)度，以最終確定束13的入射位置處薄片的厚度。這樣，基于薄片的確定厚 度，可決定是否應(yīng)該操作粒子束系統(tǒng)73以進(jìn)一步從該位置去除材料。由于薄片的化學(xué)組成會(huì)隨位置不同而變化，所以考慮到化學(xué)組成，可以以相對(duì)高 的準(zhǔn)確性確定所有位置處的薄片的厚度。在所示制備方法中，基于探測(cè)到的電子強(qiáng)度和探測(cè)到的X射線強(qiáng)度控制材料的去 除?？墒褂靡陨蠀⒖紙D1至7中示出的探測(cè)器獲取檢測(cè)的電子強(qiáng)度和檢測(cè)的X射線強(qiáng)度。 在圖9中，這樣的探測(cè)器標(biāo)示為47，其中粒子束裝置71進(jìn)一步包括板89，其可以被以箭頭 91指示的致動(dòng)器橫向移位。這樣，板89可以如圖9所示的被選擇性定位并位于探測(cè)器47 前面。在探測(cè)器47前面的位置中，當(dāng)從粒子束75的入射位置22看時(shí)，板89覆蓋探測(cè)器 47。這樣，板89防止了由于粒子束系統(tǒng)73的操作而從樣品釋放的小粒子入射并損傷探測(cè) 器49。作為此保護(hù)板89的備選或?qū)ζ涞难a(bǔ)充，還可以在粒子束系統(tǒng)73操作時(shí)從靠近樣品 的測(cè)量位置移除探測(cè)器47。在以上所示的實(shí)例中，探測(cè)器47用于探測(cè)電子強(qiáng)度和X射線強(qiáng)度。但是，也可以 使用分離的探測(cè)器，也就是優(yōu)化的用于檢測(cè)電子的且實(shí)質(zhì)上不檢測(cè)X射線的電子探測(cè)器以 及分離優(yōu)化而用于檢測(cè)X射線且實(shí)質(zhì)上不檢測(cè)電子的X射線探測(cè)器。以上參考圖9中所示的粒子束裝置使用分離的粒子束系統(tǒng)，用于去除材料及用于 觀測(cè)材料的去除。但是，也可以使用除聚焦離子束和反應(yīng)氣的提供的結(jié)合之外的其它方法 且利用其它系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行材料去除，其中執(zhí)行材料去除的裝置可以分離于執(zhí)行用于監(jiān)視材料 去除的成像的裝置，其中樣品可以在用于去除的裝置和用于成像的裝置間來(lái)回傳送。
雖然發(fā)明是通過(guò)其特定的示范性實(shí)施例來(lái)描述，但很多備選、修改和變形對(duì)本領(lǐng) 域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。因此，這里所闡述的本發(fā)明的示范性實(shí)施例旨在是說(shuō)明性 的，而非任何形式的限定。在不背離本發(fā)明的由所附權(quán)利要求書(shū)定義的主旨和范圍的前提 下可以進(jìn)行各種改變。本申請(qǐng)要求于2009年8月7日在德國(guó)提交的名稱為“Teilchenstrahlsystemund Untersuchungsverfahren hierzu”、申請(qǐng)?zhí)枮?No. 102009036701. 2 的專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，在 此其內(nèi)容以參考方式全文引入。
權(quán)利要求
1.一種檢測(cè)方法，包括 將粒子束聚焦到樣品上；操作位于所述樣品附近的至少一個(gè)探測(cè)器； 將由所述至少一個(gè)探測(cè)器產(chǎn)生的探測(cè)信號(hào)分配到不同的強(qiáng)度區(qū)間； 基于分配到所述強(qiáng)度區(qū)間的所述探測(cè)信號(hào)，確定與入射到所述探測(cè)器的電子相關(guān)的至 少一個(gè)第一信號(hào)分量；以及基于分配到所述強(qiáng)度區(qū)間的所述探測(cè)信號(hào)，確定與入射到所述探測(cè)器的X射線相關(guān)的 至少一個(gè)第二信號(hào)分量。
2.如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)方法，其中當(dāng)所述探測(cè)信號(hào)表示為取決于所述探測(cè)信號(hào)的 強(qiáng)度的譜圖時(shí)，所述第一信號(hào)分量對(duì)應(yīng)于所述譜圖的寬峰，所述第二信號(hào)分量對(duì)應(yīng)于所述 譜圖的窄峰。
3.如權(quán)利要求1或2所述的檢測(cè)方法，還包括基于所述至少一個(gè)第二信號(hào)分量確定包 含在所述樣品中的至少一種化學(xué)元素。
4.如權(quán)利要求1至3之一所述的檢測(cè)方法，還包括將所述粒子束聚焦于所述樣品的多 個(gè)不同位置。
5.如權(quán)利要求4所述的檢測(cè)方法，還包括對(duì)于所述樣品的所述多個(gè)位置中的每個(gè)，記 錄基于所述至少一個(gè)第一信號(hào)分量確定的至少一個(gè)第一值以及基于所述至少一個(gè)第二信 號(hào)分量確定的至少一個(gè)第二值。
6.如權(quán)利要求4或5所述的檢測(cè)方法，還包括生成代表所述樣品的電子顯微鏡圖像的 第一圖，以及生成代表所述樣品的元素組成的圖像的第二圖。
7.如權(quán)利要求6所述的檢測(cè)方法，還包括在顯示介質(zhì)上顯示相互重疊的所述第一圖和 所述第二圖。
8.如權(quán)利要求1至7之一所述的檢測(cè)方法，其中所述至少一個(gè)探測(cè)器是半導(dǎo)體探測(cè)器。
9.如權(quán)利要求8所述的檢測(cè)方法，其中所述半導(dǎo)體探測(cè)器是硅漂移探測(cè)器。
10.如權(quán)利要求1至9之一所述的檢測(cè)方法，其中至少一個(gè)膜位于所述樣品和所述至少 一個(gè)探測(cè)器之間。
11.如權(quán)利要求10所述的檢測(cè)方法，包括操作第一探測(cè)器和第二探測(cè)器，其中第一膜 位于所述樣品和所述第一探測(cè)器之間，其中第二膜位于所述樣品和所述第1二探測(cè)器之間， 并且所述第一膜和所述第二膜就厚度和元素組成至少之一而言不同。
12.如權(quán)利要求11所述的檢測(cè)方法，其中所述第二膜的厚度為所述第一膜的厚度的至 少1. 1倍。
13.如權(quán)利要求11或12所述的檢測(cè)方法，其中存在于所述第二膜中的化學(xué)元素的濃度 是所述第一膜中的所述化學(xué)元素的濃度的至少1.1倍。
14.如權(quán)利要求11至13之一所述的檢測(cè)方法，包括將由所述第一探測(cè)器產(chǎn)生的探測(cè)信號(hào)分配到不同的第一強(qiáng)度區(qū)間； 將由所述第二探測(cè)器產(chǎn)生的探測(cè)信號(hào)分配到不同的第二強(qiáng)度區(qū)間； 基于分配到所述第一強(qiáng)度區(qū)間和所述第二強(qiáng)度區(qū)間的探測(cè)信號(hào)，確定與入射到所述第 一探測(cè)器和所述第二探測(cè)器的電子相關(guān)的至少一個(gè)第一信號(hào)分量；以及基于分配到所述第一強(qiáng)度區(qū)間和所述第二強(qiáng)度區(qū)間的探測(cè)信號(hào)，確定與入射到所述第一探測(cè)器和所述第二探測(cè)器的X射線相關(guān)的至少一個(gè)第二信號(hào)分量。
15.如權(quán)利要求1至14之一所述的檢測(cè)方法，包括操作多個(gè)探測(cè)器并基于由不同探測(cè) 器的探測(cè)信號(hào)確定的信號(hào)分量確定所述樣品的三維結(jié)構(gòu)。
16.一種粒子束系統(tǒng)，包括 粒子束源，構(gòu)造為產(chǎn)生初級(jí)粒子束；物鏡，構(gòu)造為將所述初級(jí)粒子束聚焦在物面中；探測(cè)系統(tǒng)，布置在所述物鏡和所述物面之間，且所述探測(cè)系統(tǒng)包括至少一個(gè)探測(cè)器；以及計(jì)算機(jī)，構(gòu)造為分析所述至少一個(gè)探測(cè)器的輸出信號(hào)和輸出代表電子強(qiáng)度的第一值和 代表元素組成的第二值。
17.一種粒子束系統(tǒng)，構(gòu)造為執(zhí)行權(quán)利要求1至15之一所述的方法。
18.—種微型化物體的制造方法，該方法包括 將粒子束聚焦到物體的區(qū)域上；操作位于所述物體附近的至少一個(gè)探測(cè)器；基于從所述至少一個(gè)探測(cè)器接收的探測(cè)信號(hào)，確定由于所述粒子束而從所述物體發(fā)出 的電子的數(shù)量；基于從所述至少一個(gè)探測(cè)器接收的探測(cè)信號(hào)，確定由于所述粒子束而從所述物體發(fā)出 的X射線的量；以及基于確定的所述電子的數(shù)量和所述X射線的量從所述物體去除材料。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中去除所述材料包括將離子束聚焦到所述物體的區(qū)域。
20.如權(quán)利要求18或19所述的方法，其中去除所述材料包括提供反應(yīng)氣體到所述物體 的區(qū)域。
21.如權(quán)利要求18至20之一所述的方法，其中所述物體的厚度小于1μ m。
全文摘要
本發(fā)明提供一種檢測(cè)方法、粒子束系統(tǒng)和制造方法。該檢測(cè)方法包括將粒子束聚焦到樣品上；操作位于樣品附近的至少一個(gè)探測(cè)器；將由至少一個(gè)探測(cè)器產(chǎn)生的探測(cè)信號(hào)分配到不同的強(qiáng)度區(qū)間；基于分配到強(qiáng)度區(qū)間的探測(cè)信號(hào)，確定與入射到探測(cè)器的電子相關(guān)的至少一個(gè)第一信號(hào)分量；以及基于分配到強(qiáng)度區(qū)間的探測(cè)信號(hào)，確定與入射到探測(cè)器的X射線相關(guān)的至少一個(gè)第二信號(hào)分量。根據(jù)本發(fā)明，可通過(guò)樣品發(fā)出的電子和X射線二者獲得與樣品相關(guān)的信息。
文檔編號(hào)G01N23/22GK102072913SQ201010529590
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月7日
發(fā)明者休伯特·曼茨, 邁克爾·阿爾比茲, 雷納·阿諾德 申請(qǐng)人:卡爾蔡司Nts有限責(zé)任公司