专利名称：带检测器装置的粒子束仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种带检测器装置的粒子束仪。
背景技术：
很久以来粒子束仪，例如电子束仪就用于检验目标(样品)。尤其已知扫描电子显微镜(下文中亦称SEM)。SEM具有电子束柱，其中设置有束产生器和物镜。借助束产生器产生电子束并且通过物镜聚焦在待研究的目标上。借助偏转装置以并行线扫描(rasterfSrmig)方式在待研究目标的表面上引导电子束(下文中亦称一次电子束)。这时，一次电子束的电子与目标出现相互作用。作为相互作用的结果，尤其从目标发射电子(所谓二次电子)或者一次电子束的电子被反向散射(所谓反向散射电子)。二次电子和反向散射电子形成所谓二次束并且用检测器检测。由此产生的检测器信号例如用于成像。还已知，SEM还附带地配置离子柱(下文中亦称组合装置)。借助布置在离子柱中的离子束产生器产生离子，该离子用于目标的制备(例如目标材料的剥蚀或将材料涂敷在目标上)或者还用于成像。上述组合装置例如用于分析目标的晶体结构。为此从现有技术已知，确定在一次电子束入射到目标上之后在目标上反向散射的电子的分布。已知上述方法的名称为EBSD(电子反向散射衍射)。为了为该方法做准备，例如首先借助离子束除掉待分析目标表面的一层。接着，该一次电子束聚焦在目标表面暴露在外的一层上。由于一次电子束的电子与目标物质的相互作用，电子被目标表面反向散射。测定反向散射电子的分布，以便由此获得有关目标晶体结构的推论。也就是说基本上获得有关该表面(在二维上)的晶体结构的信息。为了得到有关晶体结构的三维信息，接下来剥蚀待分析目标表面暴露在外的那一层，并且此后重新将一次电子束聚焦在待分析目标表面暴露在外的一层上。因此对待分析目标的某层的剥蚀和对待分析目标在剥蚀时暴露在外的一层的研究基本上交替地进行。随后通过整合有关各表面晶体结构的信息获得有关晶体结构的三维信息(亦称3D EBSD)。为了确定反向散射电子的分布使用二维检测器，它例如具有闪烁器和CCD照相机。从现有技术已知，为了剥蚀所述层，将待分析的目标移动到第一位置，而为了研究暴露在外的层，将待分析的目标移动到第二位置上。在此，该运动例如借助其上布置有待分析目标的目标支架进行。该目标支架例如设计为可在三个彼此垂直设置的方向上线性移动。此外，例如它可以围绕第一旋转轴和垂直于第一旋转轴定向的第二旋转轴旋转。然而不利的是，由于机械因素该目标支架的每次运动和/或旋转都伴随着误差。换句话说，非常有可能在调整待分析目标的期望位置时该待分析目标并没有准确地位于该期望位置上。这导致在测量待分析目标的晶体结构时产生误差或者需要耗费时间地再次调整目标支架。为了解决上述问题从现有技术中已知一种组合装置，它配设有检测器装置，使得、不必再为了剥蚀某层或研究某层而移动该目标。这个已知的组合装置具有第一粒子束柱，其中第一粒子束柱具有用于产生第一粒子束的第一束产生器和用于将第一粒子束聚焦在目标上的第一物镜。该第一粒子束柱具有第一粒子束轴线。此外，该组合装置设有第二粒子束柱，其中该第二粒子束柱具有用于产生第二粒子束的第二束产生器和用于将第二粒子束聚焦在目标上的第二物镜。此外，该第二粒子束柱具有第二粒子束轴线。该第一粒子束柱的第一粒子束轴线和该第二粒子束柱的第二粒子束轴线形成一个大致50°至大致60°的第一角度。此外，该第一粒子束柱的第一粒子束轴线和该第二粒子束柱的第二粒子束轴线布置在第一平面内。此外，该组合装置设有用于检测由目标反向散射的并且用于实施EBSD方法的电子的检测器。从检测器到目标延伸有一条检测轴线，它布置在第二平面内。第一粒子束轴线同样布置在第二平面内。该第一平面和该第二平面形成一个准确地等于90 °的第二角度。然而已经表明，通过用上述组合装置进行的EBSD方法而获得的测量结果不太能够以良好的质量识别待分析的目标的晶体结构。此外业已证实，借助粒子束进行的目标加 工并不足够好。此外，采用已知的组合装置不能同时借助第一粒子束来加工目标并且借助第二粒子束实施上述EBSD方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种粒子束仪，它能够实施一种方法，从而尤其能够良好地识别待分析目标的晶体结构。此外，应该不是必须要在加工位置和进行EBSD方法的分析位置之间移动目标。此外期望的是，能够在粒子束掠入射到目标上的情况下借助粒子束加工目标。在此，掠入射理解为粒子粒子束轴线和待处理表面之间的夹角较小，例如小于4°。按照本发明，该技术问题通过一种粒子束仪解决。按照本发明的粒子束仪设有至少一个第一粒子束柱和至少一个第二粒子束柱。该第一粒子束柱具有至少一个用于产生第一粒子束的第一束产生器和至少一个用于将第一粒子束聚焦在目标上的第一物镜。此外，该第一粒子束柱具有第一粒子束轴线。该第二粒子束柱具有至少一个用于产生第二粒子束的第二束产生器和至少一个用于将第二粒子束聚焦在该目标上的第二物镜。此外该第二粒子束柱具有第二粒子束轴线。此外，按照本发明的粒子束仪设有至少一个用于检测相互作用粒子和/或相互作用束的检测器。检测轴线从检测器延伸到目标。相互作用粒子和/或相互作用束例如通过第一粒子束照射在待分析目标的表面上而产生。该表面例如预先借助第二粒子束暴露在夕卜。该检测器例如设置用于检测在目标上反向散射的粒子(例如反向散射的电子)和/或由目标发射出的粒子(例如二次电子)。第一粒子束柱的第一粒子束轴线和第二粒子束柱的第二粒子束轴线形成一个不同于0°和180°的第一角度。据此，该第一粒子束柱和该第二粒子束柱并非彼此平行定向地，而是彼此倾斜地布置。此外，该第一粒子束柱的第一粒子束轴线和该第二粒子束柱的第二粒子束轴线布置在第一平面内。而检测器的检测轴线布置在第二平面内，其中该第二平面由检测轴线和第一粒子束轴线确定。因此，该第一粒子束轴线同样布置在该第二平面内。该第一平面和该第二平面形成一个第二角度，其数值处于65°至80°的范围内。
因此，与上述现有技术不同，本发明不规定该第一平面和该第二平面彼此垂直地布置，而是这两个平面彼此形成第二角度。业已惊人地表明，当在上述范围内选择第二角度时，可以同时借助第二粒子束在掠入射的情况下加工该目标并且借助第一粒子束这样实施EBSD方法，从而能够良好地识别目标的晶体结构。在此，该第二角度可以根据第一角度进行选择，对此下文还将更详细地探讨。采用按照本发明的粒子束仪可以实施这样的方法，其中不必再为了剥蚀某层或者研究某层而移动待分析的目标。虽然如此还是可以规定，将待分析的目标布置在可移动的目标支架上，其中为了执行该方法不用移动该目标支架。作为目标支架，例如宜采用设计为可以在三个彼此垂直设置的方向上线性移动的目标支架。此外，目标支架例如可以围绕第一旋转轴和垂直于第一旋转轴定向的第二旋转轴旋转。第一粒子束柱的第一粒子束轴线和第二粒子束柱的第二粒子束轴线相交于一个
被称为重合点的点。在按照本发明的粒子束仪的一种实施形式中作为替代或补充规定，检测轴线延伸通过重合点。待分析的目标可以布置成，使得该重合点处于待分析目标的表面上，该表面例如借助第二粒子束暴露在外并且借助第一粒子束进行分析。此外，作为替代或补充还规定，按照本发明的粒子束仪具有第三平面。该第三平面定义为，使得其垂直于第二平面定向，并且使得检测轴线布置在第三平面内。在另一种实施形式中规定，该第三平面垂直于第一平面定向。例如又规定，该第三平面是水平面。但是与水平面可以具有在±10°，土15°或者±20°范围内的偏差。在按照本发明的粒子束仪的又一种实施形式中，作为替代或补充规定，该粒子束仪具有下列特征之一-第一角度处于40°至80°的数值范围内；-第一角度处于45°至70°的数值范围内；-第一角度处于50°至60°的数值范围内；或者-第一角度处于52°至55°的数值范围内。例如第一角度等于54°。第二角度的选择可以例如根据第一角度进行。如上所述，该第二角度处于65°至80°的数值范围内。在按照本发明的粒子束仪的一种实施形式中，作为替代或补充规定，该粒子束仪具有下列特征之一-该第二角度处于70°至80°的数值范围内；或者-该第二角度处于73°至78。的数值范围内。例如该第二角度等于74. 7°。按照本发明的粒子束仪的另一个实施例作为替代或补充地规定，第一粒子束柱的第一粒子束轴线和待研究目标表面的表面法线形成第三角度，其数值处于30°至90°的范围内。例如规定，该粒子束仪具有下列特征之一-该第三角度处于40°至80°的数值范围内；-该第三角度处于65°至75°的数值范围内；或者-该第三角度的数值等于70°。业已证明，当在上述范围内选择第三角度或采用上述数值时可以良好地测量目标的晶体结构。在按照本发明的粒子束仪的又一种实施形式中作为替代或补充规定，第二粒子束柱的第二粒子束轴线这样定向，使得该第二粒子束柱的第二粒子束轴线和待分析目标的待处理表面形成一个处于0°至11°数值范围内的第四角度。例如规定，按照本发明的粒子束仪具有下列特征之一-该第四角度处于0°至5°的数值范围内；或者-该第四角度处于0°至2°的数值范围内；例如该第四角度等于0°。这里也称作是第二粒子束掠入射到待分析目标的表面上。已经得出这样的观点，即在满足下列条件时，可以良好地测量目标的晶体结构
Isin P
cos a =---；-—
tan (p ■ tany sin cp-sin y[方程式I]，以及
sin f3 - {-sm (p sin y cos a + cos (p - cos y)[方程式2]，其中，CP相当于第一角度，a相当于第二角度，Y相当于第三角度而P相当于第四角度。方程式2在转换后相当于方程式I。在按照本发明的粒子束仪的又一种实施形式中，作为替代或补充规定，目标可以这样布置在粒子束仪中，使得待研究的表面指向检测器的方向。换句话说，在该实施形式中，目标表面的表面法线处于第二平面内。此外，在按照本发明的粒子束仪的一种实施形式中规定，该粒子束仪具有下列特征之一:-第一粒子束柱设计为电子束柱，而第二粒子束柱设计为离子束柱；-第一粒子束柱设计为离子束柱，而第二粒子束柱设计为电子束柱；或者-第一粒子束柱和第二粒子束柱要么均设计为电子束柱，要么均设计为离子束柱。
现将参照附图就一个实施例对本发明作较详细的说明。在附图中图I是粒子束仪的不意图；以及图2是图I中粒子束仪的另一个示意图。
具体实施例方式图I表不粒子束仪的不意图，它具有尚子束仪I和电子束仪24。离子束仪I具有离子束柱2，其中布置有离子束仪I的多个单元。尤其在该离子束柱2中布置有离子源3。该离子源3产生离子，所述离子在该离子束柱2中形成离子束。在此，可由该离子源3产生确定类型的离子，例如镓离子。但是本发明不局限于这种离子。而是每种适当类型的离子均可使用。该离子借助离子束电极4加速至一个可以预先给定的电位，接着被引导通过第一会聚透镜5。由离子形成的离子束被引导通过孔径7并且随即到达设计为扫描电极的第一电极装置8和第二电极装置9。借助第一电极装置8和第二电极装置9使由离子形成的离子束在待研究的目标11上进行并行线扫描。该目标11布置在目标支架IlA上。离子束预先借助第一物镜10引导到目标11上。借助引导到目标11上的离子束对目标11的表面进行制备，尤其是剥蚀材料，以便能够借助EBSD方法进行研究。这一点下面还将更详细地说明。电子束仪24设计为扫描电子显微镜。它具有电子柱16,其中布置有电子束仪24的单元。因此设置有电子源17，它产生电子，借助第一电极18提取电子。借助第二电极19将电子加速至一个可以预先给定的电位。接着，电子被引导通过第二会聚透镜20，由此形成电子束。该电子束借助第二物镜21聚焦在待分析的目标11上。布置在第二物镜21上的扫描电极或扫描线圈(未示出)保证电子束可以在该目标11上进行并行线扫描(gerastert)。在电子束射在目标11上时产生相互作用粒子，尤其是二次电子和反向散射电子。所述相互作用粒子借助第一检测器22和借助第二检测器23进行检测并且用于成像。因此，可以产 生目标11的表面的图像。此外，该粒子束仪还具有对位置敏感的检测器12，该检测器12例如具有带有对位置敏感的闪烁面26的闪烁器和CCD照相机。但要指出，本发明不局限于带有闪烁器和/或C⑶照相机的检测器。而是对于本发明每种适当的检测器均可使用。在图I中示意地显示检测器12的布置。下面还将对准确的布置作较详细的说明。对位置敏感的闪烁面26可以设计为带有保护层，或者该闪烁器可以设计为可更换式，以便在对位置敏感的闪烁面26被入射粒子损坏时更换保护层或闪烁器本身。检测器12用于实施EBSD方法并且检测当电子束射在目标11上时由目标11的表面反向散射的电子。借助对位置敏感的闪烁面26，可以确定由目标11表面反向散射的电子的空间分布。为此，检测器12与具有处理器15的控制单元13连接。处理器15确定空间分布并且向显示装置27发出相应的信号，借助该显示装置使散射电子的空间分布可见。以此方式，测定目标11的微晶的空间分布以及目标11的微晶的尺寸和排布。所确定的数据可以存储在存储单元14中。图2表示图I中粒子束仪的另一个示意图。相同的构件标以相同的附图标记。电子束柱16具有第一粒子束轴线28。而离子束柱2具有第二粒子束轴线29。第一粒子束轴线28和第二粒子束轴线29相交于重合点30，目标11待研究的表面31可以定位在该重合点上。第一粒子束轴线28和第二粒子束轴线29彼此布置成，使得它们相互形成第一角度
9。据此，电子束柱16和离子束柱2彼此倾斜地布置。第一角度Cp例如处于40°至80°的数值范围内，或者在45°至70°的范围内，或者在50°至60的范围内，或者在52°至55°的范围内。此外，不仅第一粒子束轴线28，而且第二粒子束轴线29都布置在第一平面32内。检测器12具有检测轴线33，它同样穿过目标11的表面31上的重合点30。检测轴线33布置在第二平面34内。此外，第一粒子束轴线28布置在第二平面34内。第一平面32和第二平面34夹角为第二角度a，其数值处于65°至80°的范围内。例如该第二角度a的数值在70°至80°的范围内，或者其数值在73°至78°的范围内。此外，设置第三平面35。该第三平面35这样定义，使得它垂直于第二平面34，并且使检测轴线33布置在该第三平面35内。例如第三平面35不仅垂直于第一平面32而且垂直于第二平面34定向，其中第三平面并非绝对必须垂直于第一平面32布置。例如第三平面35是一个水平面。但是也可以与水平面具有在±10°，土15°或±20°范围内的偏差。
检测器12在这里显示的实施例中设计为可以沿着检测轴线33移动。这一方面能够使对位置敏感的闪烁面26与目标11的距离可变地调整。另一方面，这还使检测器12能够缩回至样品腔(未显示)的壁，以使检测器12不干扰其它测量。例如检测器12的运动可以电动地并且自动地进行。需要指出，本发明不局限于检测器12沿着检测轴线33的运动。而是该运动可以沿着与检测轴线33形成夹角(例如为5°至30° )的轴线进行。为了借助EBSD方法进行研究，目标11在粒子束仪中这样定向，使得电子束柱24的第一粒子束轴线28和目标11的表面31的表面法线36形成第三角度Y，其数值处于30°至90°的范围内。例如第三角度Y的数值处于40°至80°的范围内，或者其数值在65°至75°的范围内。在此处显示的实施例中，第三角度Y的数值等于70°。例如可以这样实现第三角度、，即目标支架IlA具有用于目标11的承接面，其中该承接面的表面法线和第一粒子束轴线28形成第三角度Y。此外，为了借助EBSD方法进行研究，目标11和离子束柱2的第二粒子束轴线29这样彼此定向，使得该第二粒子束轴线29和目标11的表面31形成第四角度3，其数值处于0°至11°的范围内。例如第四角度P的数值处于0°至5°的范围内，或者其数值处于0°至2°的范围内。在这里所显示的实施例中第四角度P等于0°。此处也称作是离子束掠入射到目标11的表面31上。采用上述粒子束仪，可以借助EBSD方法对目标11进行更详细地研究。在为此做准备时该离子束被聚焦在目标11上并且在目标11的表面31上进行并行线扫描。在此，目标11的表面31通过材料剥蚀进行制备。样本制备(材料剥蚀)可如上所述地借助电子束观察。在此，电子束在目标11的表面31上进行并行线扫描。例如用第一检测器22和/或第二检测器23对二次电子和/或反向散射电子进行检测。在此产生的检测信号随后用于产生目标11的表面31的图像。对目标11进行标本制备之后将该电子束聚焦在已制备的目标11的表面31上，以此使电子束的电子与目标11的材料发生相互作用。这里电子由目标11反向散射。这些反向散射的电子借助检测器12检测。接着，确定反向散射电子的空间分布。这借助上述控制单元13进行。在此，所检测到的电子的空间分布可以显示在显示装置27上。作为替代方案规定，目标11用离子束制备，并且同时用电子束以及检测器12进行EBSD研究。上述方法可以一次接一次地进行多次。例如借助离子束使目标11的另一个平面暴露在外，接着借助EBSD方法进行测量。然后，由各个平面的各个二维图示可以计算出目标11的三维显示。借助上述方法可以确定目标11所有微晶的空间分布以及目标11所有微晶的空间取向并且进行三维显示。为了制备目标11的各个平面可以规定，略微改变(例如直至几十微米)第二粒子束轴线29的定位。这保证第二粒子束掠入射到目标11的表面上。采用按照本发明的粒子束仪可以实施这样的方法，其中不必再为了剥蚀某层或研究某层而移动待分析的目标11。已经惊人地显示出，但在上述范围内选择第二角度a时可以这样借助EBSD方法进行测量，从而能够良好地识别目标11的晶体结构。在此，该第二角度a可以根据第一角度(P、第三角度Y和第四角度P进行选择。已经得出这样的观点，即在满足下列条件时，可以良好地测量目标11的晶体结构权利要求
1.一种粒子束仪(I，24)，带有 -至少一个第一粒子束柱(16)，其中该第一粒子束柱(16)具有至少一个用于产生第一粒子束的第一束产生器(17)和至少一个用于将所述第一粒子束聚焦在目标(11)上的第一物镜(21)，其中所述第一粒子束柱(16)具有第一粒子束轴线(28)， -至少一个第二粒子束柱(2)，其中该第二粒子束柱(2)具有至少一个用于产生第二粒子束的第二束产生器(3)和至少一个用于将所述第二粒子束聚焦在目标(11)上的第二物镜(10)，其中该第二粒子束柱具有第二粒子束轴线(29)，和 -至少一个用于检测相互作用粒子和/或相互作用束的检测器(12)，其中检测轴线(33)从所述检测器(12)延伸到目标(11)， 其中 -所述第一粒子束柱(16)的第一粒子束轴线(28)和所述第二粒子束柱(2)的第二粒子束轴线(29)布置在第一平面(32)内， -所述第一粒子束柱(16)的第一粒子束轴线(28)和所述第二粒子束柱(2)的第二粒子束轴线(29)形成不同于0°和180°的第一角度乂(P)， -所述检测器(12)的检测轴线(33)和所述第一粒子束轴线(28)布置在第二平面(34)内，而且其中 -所述第一平面(32)和所述第二平面(34)形成数值处于65°至80°的范围内的第二角度(a )。
2.按照权利要求I所述的粒子束仪(1，24)，其中 -所述第一粒子束柱(16)的第一粒子束轴线(28)和所述第二粒子束柱(2)的第二粒子束轴线(29)相交于重合点(30)，而且其中 -所述检测轴线(33)延伸通过所述重合点(30)。
3.按照权利要求I或2所述的粒子束仪(1，24)，其中 -该粒子束仪(1，24)具有垂直于所述第二平面(34)定向的第三平面(35)，而且其中 -该检测轴线(33)布置在所述第三平面(35)内。
4.按照权利要求3所述的粒子束仪(1，24)，其中所述第三平面垂直于所述第一平面(32)定向。
5.按照权利要求3或4所述的粒子束仪(1，24)，其中所述第三平面(35)是水平面。
6.按照前述权利要求之一所述的粒子束仪(1，24)，其中该粒子束仪(1，24)具有下列特征之一 -所述第一角度-(9)的数值处于40°至80°的范围内； -该第一角度(Cp)啲数值处于45°至70°的范围内； -该第一角度(CP)的数值处于50°至60°的范围内； 或者 -该第一角度_(Cp)均数值处于52°至55°的范围内。
7.按照前述权利要求之一所述的粒子束仪(1，24)，其中该粒子束仪(1，24)具有下列特征之一 -所述第二角度(a)的数值处于70°至80°的范围内；或者-该第二角度(a)的数值处于73°至78°的范围内。
8.按照前述权利要求之一所述的粒子束仪(1，24)，其中所述第一粒子束柱(16)的第一粒子束轴线(28)和待检查的目标(11)的样品表面(31)的表面法线(36)形成第三角度(Y),该第三角度(Y)的数值处于30°至90°的范围内。
9.按照权利要求8所述的粒子束仪(1，24)，其中该粒子束仪(1，24)具有下列特征之 -所述第三角度(Y)的数值处于40°至80°的范围内； -该第三角度(Y)的数值处于65°至75°的范围内；或者 -该第三角度(Y)的数值等于70°。
10.按照前述权利要求之一所述的粒子束仪(1，24)，其中所述第二粒子束柱(2)的第二粒子束轴线(29)这样地定向，使得该第二粒子束柱(2)的第二粒子束轴线(29)和目标(11)的一个待处理的表面(31)形成第四角度(￠)，该第四角度(￠)的数值处于0°至11°的范围内。
11.按照权利要求10所述的粒子束仪(1，24)，其中该粒子束仪(1，24)具有下列特征之一 -所述第四角度(￠)的数值处于0°至5°的范围内；或者 -该第四角度(P)的数值处于0°至2°的范围内。
12.按照前述权利要求之一所述的粒子束仪(1，24)，其中目标(11)可以这样布置在所述粒子束仪(1，24)内，使得该目标(11)的一个待检查的表面(31)指向所述检测器(12)的方向。
13.按照前述权利要求之一所述的粒子束仪(1，24)，其中该粒子束仪(1，24)具有下列特征之一 -所述第一粒子束柱(16)设计为电子束柱，而所述第二粒子束柱(2)设计为离子束柱； -所述第一粒子束柱设计为离子束柱，而所述第二粒子束柱设计为电子束柱；或者-所述第一粒子束柱和所述第二粒子束柱要么均设计为电子束柱，要么均设计为离子束柱。
全文摘要
本发明涉及一种带检测器装置的粒子束仪(1，24)。该粒子束仪具有第一和第二粒子束柱(16、2)，第一和第二粒子束柱分别具有产生第一或第二粒子束的第一或第二束产生器以及将第一或第二粒子束聚焦在目标(11)上的第一或第二物镜。第一粒子束柱具有第一粒子束轴线(28)。第二粒子束柱具有第二粒子束轴线(29)。设置检测相互作用粒子和/或相互作用束的检测器(12)，检测轴线(33)从检测器延伸到目标。第一粒子束柱的第一粒子束轴线和第二 粒子束柱的第二粒子束轴线形成不同于0°和180°的第一角度第一粒子束柱的第一粒子束轴线和该第二粒子束柱的第二粒子束轴线布置在第一平面(32)内。检测器的检测轴线和第一粒子束轴线布置在第二平面(34)内。第一平面和第二平面形成第二角度(α)，其数值处于65°至80°的范围内。
文档编号G01N23/22GK102779713SQ201210243040
公开日2012年11月14日 申请日期2012年3月31日 优先权日2011年3月31日
发明者C·瓦格纳, D·多尼茨 申请人:卡尔蔡司Nts有限责任公司