DE102007010873A1

DE102007010873A1 - Objektivlinse

Info

Publication number: DE102007010873A1
Application number: DE102007010873A
Authority: DE
Inventors: Volker Drexel
Original assignee: Carl Zeiss NTS GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2007-03-06
Filing date: 2007-03-06
Publication date: 2008-09-18
Anticipated expiration: 2027-03-07
Also published as: US8362443B2; DE102007010873B4; US20100038538A1; WO2008107189A2; US20120205550A1; US8178849B2; WO2008107189A3

Abstract

Eine Objektivlinse 100 zum Fokussieren geladener Teilchen umfaßt eine magnetische Linse und eine elektrostatische Linse, deren Komponenten relativ zueinander verlagerbar sind. Die Bohrung des äußeren Polschuhs 2 der Magnetlinse weist einen Durchmesser D_a auf, welcher größer ist als ein Durchmesser D_i der Bohrung des inneren Polschuhs 1' der Magnetlinse, wobei folgende Beziehung erfüllt ist: 1,5 · D_i ≦ D_a ≦ 3 · D_i und wobei das untere Ende des inneren Polschuhs in Richtung der optischen Achse OA in einem Abstand von mindestens 2 mm von dem inneren Ende des äußeren Polschuhs angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Objektivlinse zum Fokussieren geladener Teilchen sowie ein teilchenoptisches System mit einer derartigen Objektivlinse.
Der zunehmende Trend zur Miniaturisierung und die daraus hervorgegangenen Bereiche der Mikro- und Nanotechnologie bringen einen Bedarf an Instrumentarien mit sich, welche es erlauben, derartig kleine Systeme herzustellen und/oder zu inspizieren. Gerade die immer kleiner und komplexer werdenden Bauelemente im Bereich der Halbleitertechnologie erfordern zur Inspektion und Herstellung der Submikrometer großen funktionellen einzelnen Bauelemente teilchenoptische Systeme, welche eine genügend hohe Auflösung bereitstellen können. Zur Fokussierung der geladenen Teilchen werden in solchen teilchenoptischen Systemen gewöhnlich magnetische Linsen, alleine oder in Kombination mit elektrostatischen Linsen, verwendet. Die mit einem solchen System erzielbare Auflösung hängt wesentlich von den Abbildungseigenschaften des Systems insgesamt ab.
Eine bekannte Ausführungsform einer magnetischen Linse wird als sogenannte "Single Pole" Linse oder auch "Snorkel" Linse bezeichnet und umfaßt im allgemeinen einen einzelnen, üblicherweise konischen Polschuh, welcher, angeregt von einer Spule, ein magnetisches Feld im Bereich eines zu inspizierenden Objekts erzeugt. Derartige Single Pole Linsen haben jedoch den Nachteil, daß bei Verwendung einer hohen Beschleunigungsspannung für die geladenen Teilchen kleine Arbeitsabstände nicht möglich sind. Ferner ist zur Erzeugung eines geeigneten Magnetfelds bei der Single Pole Linse ein großer Erregungsstrom zur Erregung des Polschuhs notwendig, was zu Problemen dahingehend führt, daß das den Magnetkreis bildende Material des Polschuhs in Sättigung geht, so daß wiederum ein Fokussieren bei kleinen Arbeitsabständen nicht mehr möglich ist.
Ebenfalls bekannt sind magnetische Linsen mit sogenanntem axialen Polschuhspalt. Derartige Linsen umfassen üblicherweise zwei sich in Richtung einer Objektebene der Objektivlinse erstreckende Polschuhe, deren Innendurchmesser an ihrem dem Objekt bzw. der Objektebene am nächsten angeordneten Ende gleich sind, so daß ein im wesentlichen parallel zu einer optischen Achse der magnetischen Linse angeordneter axialer Spalt entsteht und die Enden der Polschuhe im gleichen Abstand von der optischen Achse angeordnet sind. Im Vergleich zu der Single Pole- bzw. "Snorkel"-Linse, bei welcher das erzeugte magnetische Feld weit in den vor der Objektivlinse liegenden Raum austritt und somit das Objekt umfasst, tritt bei dieser magnetischen Linse mit axialem Polschuhspalt ein charakteristischer steiler Magnetfeldabfall auf, infolge dessen zumindest der größte Teil des magnetischen Feldes üblicherweise nicht bis auf das Objekt reicht. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß auch diese Form der magnetischen Linse Nachteile aufweist.
Aus dem Stand der Technik sind weiterhin Kombinationslinsen aus einer magnetischen Linse und einer elektrostatischen Linse bekannt, bei denen die elektrostatische Linse beispielsweise in Form einer Immersionslinse praktisch im Inneren der magnetischen Linse angeordnet sein kann, so dass elektrostatisches und magnetisches Feld einander überlappen. Um gute Abbildungseigenschaften zu erreichen, ist sowohl eine gute Justierung der einzelnen Elemente jeder der Linsen für sich sowie eine gute Justierung der magnetischen zu der elektrostatischen Linse notwendig. Eine zufriedenstellende Justierung stellt sich in der Praxis jedoch häufig schwierig dar und stellt hohe Anforderungen an eine zu erreichende Präzision.
In Anbetracht der im Stand der Technik auftretenden Nachteile ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Objektivlinse mit einer magnetischen Linse bereitzustellen, welche gute teilchenoptische Eigenschaften aufweist und insbesondere auch bei kleinen Arbeitsabständen eine gute Auflösung ermöglicht.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Objektivlinse mit magnetischer Linse und elektrostatischer Linse bereitzustellen, welche eine zufriedenstellende Justierung der magnetischen Linse und der elektrostatischen Linse zueinander erlaubt.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgaben durch Bereitstellung einer Objektivlinse gemäß unabhängigem Anspruch 1 sowie unabhängigem Anspruch 11. Vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Demgemäß stellt die vorliegende Erfindung unter einem ersten Aspekt bereit:
eine Objektivlinse zum Fokussieren geladener Teilchen, welche umfaßt: eine magnetische Linse mit einem inneren Polschuh und einem äußeren Polschuh, wobei zwischen einem unteren Ende des inneren Polschuhs und einem inneren Ende des äußeren Polschuhs ein Polschuhspalt gebildet ist,
eine elektrostatische Linse mit einer Elektrodenanordnung zum Erzeugen eines elektrostatischen Feldes, wobei die Elektrodenanordnung eine erste Elektrode und eine in einer Durchtrittsrichtung der geladenen Teilchen in einem Abstand zur ersten Elektrode angeordnete zweite Elektrode umfaßt,
wobei die magnetische und die elektrostatische Linse zumindest teilweise relativ zueinander verlagerbar gelagert sind, und
eine Verlagerungsvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine Position der ersten und/oder zweiten Elektrode relativ zu einer Position der magnetischen Linse zu ändern.
Die geladenen Teilchen können Elektronen, Ionen, Myonen oder jegliche andere geeigneten Teilchen sein.
Der innere und der äußere Polschuh sind auf einer gleichen Seite eines zu bearbeitenden bzw. zu inspizierenden Objekts angeordnet. Zwischen dem inneren und dem äußeren Polschuh ist eine Spule angeordnet, welche bei Stromfluß einen magnetischen Fluß in den Polschuhen erzeugt.
Damit wird eine Objektivlinse bereitgestellt, welche in vorteilhafter Weise eine Justierung der magnetischen Linse zur elektrostatischen Linse erlaubt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen, in denen die elektrostatische Linse häufig an der magnetischen Linse fixiert ist, sind die magnetische Linse und die elektrostatische Linse gemäß der vorliegenden Erfindung zueinander verlagerbar gehalten, so dass bei Bedarf die beiden Linsen zueinander justiert werden können. Des weiteren ist eine Verlagerungsvorrichtung vorgesehen, um die Verlagerung präzise und kontrolliert vornehmen zu können. Das Vorsehen einer Verlagerungsvorrichtung ermöglicht ferner, die Verlagerung zu automatisieren und damit auch, die Verlagerung während eines Betriebs der Objektivlinse vorzunehmen, d. h. während eines Durchtritts geladener Teilchen.
In bevorzugten Ausführungsbeispielen sind sowohl die magnetische Linse als auch die elektrostatische Linse jeweils im Wesentlichen rotationssymmetrisch und weisen jeweils eine optische Achse auf. Durch die Justierbarkeit der erfindungsgemäßen Objektivlinse kann eine so gute Übereinstimmung der optischen Achsen der magnetischen und elektrostatischen Linse erreicht werden, daß beim Fokussieren keine Verschiebung von Bilddetails, d. h. einzelner Bestandteile eines abgebildeten Objekts, auftreten, während bei den bisher bekannten Objektivlinsen trotz hohen Aufwandes hinsichtlich Ausrichtung der magnetischen und elektrostatischen Linse zueinander ein solcher störender Effekt auftritt. Gerade bei Single Pole Linsen mit elektrostatischer Linse macht sich ein Versatz zwischen elektrostatischem und magnetischem Linsenanteil besonders störend bemerkbar.
Die Verlagerungsvorrichtung kann beispielsweise insbesondere dazu eingerichtet sein, zumindest die Position der zweiten Elektrode relativ zu der Position der magnetischen Linse zu ändern. Die Verlagerungseinrichtung kann ferner dazu eingerichtet sein, die Position der ersten Elektrode relativ zu der Position der zweiten Elektrode zu ändern. In anderen Ausführungsformen kann dazu auch eine weitere Verlagerungsvorrichtung vorgesehen sein. Die Verlagerungsvorrichtung kann ferner dazu vorgesehen sein, eine Position des inneren Polschuhs relativ zu einer Position des äußeren Polschuhs zu ändern bzw. einzustellen.
Eine Änderung der relativen Position der jeweiligen Elektrode bzw. des jeweiligen Polschuhs kann im wesentlichen senkrecht zu der Durchtrittsrichtung der geladenen Teilchen bzw. der optischen Achse der magnetischen bzw. elektrostatischen Linse erfolgen, das heißt im wesentlichen in einer radialen Richtung. Alternativ oder zusätzlich kann die Änderung der relativen Position der jeweiligen Elektrode bzw. des jeweiligen Polschuhs im wesentlichen parallel zu der Durchtrittsrichtung der geladenen Teilchen, das heißt axial, erfolgen. In beispielhaften Ausführungsformen erlaubt die Verlagerungsvorrichtung, eine axiale Positionsänderung bzw. eine radiale Positionsänderung einer jeweiligen Elektrode bzw. eines jeweiligen Polschuhs unabhängig voneinander durchzuführen. Es ist jedoch auch denkbar, daß die Positionsänderungen in beiden Richtungen gleichzeitig durchgeführt werden können bzw. ein Element vorgesehen ist, welches synchron eine axiale wie auch eine radiale Positionsänderung bewirkt. Die Verlagerungsvorrichtung kann eine einzige Verlagerungsvorrichtung sein oder aber auch mehrere, gegebenenfalls unabhängig voneinander wirkende Verlagerungsvorrichtungen bzw. Verlagerungselemente umfassen.
In einer beispielhaften Ausführungsform handelt es sich bei der zweiten Elektrode um eine sich in Richtung einer Objektebene der Objektivlinse an den äußeren Polschuh anschließende, in Durchtrittsrichtung der geladenen Teilchen mit Abstand zur ersten Elektrode angeordnete Abschlußelektrode. Die Abschlusselektrode kann beispielsweise eine Scheibe mit einer für den Durchtritt der geladenen Teilchen vorgesehenen Apertur, d. h. eine Ringelektrode umfassen. Die Abschlusselektrode kann auch konisch ausgestaltet sein. Üblicherweise werden in teilchenoptischen Systemen die geladenen Teilchen in eine Objektebene der Objektivlinse fokussiert, das heißt üblicherweise in die Ebene, in welcher auch das zu inspizierende bzw. zu bearbeitende Objekt angeordnet ist. Hierin wird mit Objektebene die Ebene bezeichnet, in welcher das Objekt angeordnet ist bzw. anzuordnen ist, auch in solchen Ausführungsformen, in welchen die Objektivlinse dazu eingerichtet ist, geladene sekundäre Teilchen auf einen Detektor zu fokussieren, unter optischen Gesichtspunkten folglich der Detektor als Objektebene angesehen werden könnte. Dementsprechend sind die Begriffe "obere" und "untere" als ferner bzw. näher an der Objektebene angeordnet zu verstehen. Als sekundäre Teilchen werden hierin alle durch Wechselwirkung von einer Quelle erzeugter primärer Teilchen mit einem Objekt erzeugten Teilchen, an dem Objekt rückgestreute Teilchen und auch gespiegelte Teilchen verstanden.
Die erste Elektrode kann beispielsweise als den inneren Polschuh zumindest teilweise durchsetzendes Strahlrohr ausgebildet sein. In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein unteres Ende des Strahlrohres im wesentlichen in einer gleichen Ebene liegen wie das innere Ende des äußeren Polschuhs. Mit einer solchen Ausführungsform wird eine vorteilhafte Lage von durch die elektrostatische Linse erzeugtem elektrostatischen Feld relativ zu einem von der magnetischen Linse erzeugten Magnetfeld erreicht.
Die elektrostatische Linse erlaubt es, geladene Teilchen mit hoher Beschleunigungsspannung und damit hoher kinetischer Energie kurz vor Auftreffen in der Objektebene durch Erzeugung eines elektrostatischen Verzögerungsfeldes abzubremsen. Damit können mit Hilfe einer solchen Kombinationslinse erheblich bessere Abbildungseigenschaften erreicht werden, beispielsweise im Hinblick auf Farb- und Öffnungsfehler.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfaßt die erfindungsgemäße Objektivlinse ein erstes Dichtungselement, das dazu angeordnet und eingerichtet ist, einen Druckausgleich bzw. Gasdurchtritt durch einen Zwischenraum zwischen einem unteren Teil der ersten Elektrode und dem inneren Ende des äußeren Polschuhs hindurch zu verhindern; und ein zweites Dichtungselement, das dazu angeordnet und eingerichtet ist, einen Druckausgleich bzw. Gasdurchtritt durch einen Zwischenraum zwischen einem oberen Ende der ersten Elektrode und dem inneren Polschuh hindurch zu verhindern. Das Dichtungselement kann jeweils ein einzelnes Dichtungselement sein oder aber auch aus mehreren Bestandteilen zusammengesetzt sein. Das erste Dichtungselement dient dazu, einen Gasdurchtritt zwischen dem unteren Teil der ersten Elektrode und dem äußeren Polschuh zu verhindern. Damit wird ein Innenraum der magnetischen Linse und ein zwischen erster Elektrode und magnetischer Linse angeordneter Raum gegen Gasdurchfluss abgedichtet. Das Dichtungselement kann beispielsweise verlagerbar direkt mit dem äußeren Polschuh und der ersten Elektrode gekoppelt sein, bzw. an diese anliegen, und etwa als Dichtungsring ausgebildet sein. Das Dichtungselement kann beispielsweise aus einem zugleich isolierenden keramischen Material gebildet sein bzw. ein solches umfassen. Die Dichtungselemente können beispielsweise auch Wellbälge, und vorzugsweise Ultrahochvakuum-taugliche Wellbälge umfassen. Des weiteren können die Dichtungselemente Metalldichtungen, Metallbälge oder andere geeignete Dichtungen umfassen, welche bevorzugt Ultrahochvakuum-tauglich sind.
Unter einem weiteren Aspekt umfaßt die vorliegende Erfindung ein teilchenoptisches System mit einer erfindungsgemäßen Objektivlinse, insbesondere mit erstem und zweitem Dichtungselement, wie zuvor beschreiben, welches ferner umfaßt:
eine Vakuumkammer mit einer Vakuumkammerbegrenzung zur Aufnahme eines zu untersuchenden Objekts, wobei die Verlagerungsvorrichtung und das erste und zweite Dichtungselement derart angeordnet sind, daß die Verlagerungsvorrichtung und/oder zumindest ein Bedienelement zum Bedienen der Verlagerungsvorrichtung in einem von der Vakuumkammer separierten Gasraum angeordnet sind.
Diese teilchenoptische System erlaubt es somit in vorteilhafter Weise, eine Justierung von elektrostatischer Linse zu magnetischer Linse während des Betriebes des teilchenoptischen Systems bzw. während des Durchtritts geladener Teilchen durch die Objektivlinse durchzuführen.
Das teilchenoptische System kann etwa ein Mikroskop oder ein Lithographiesystem sein, oder z. B. ein Lithographiesystem mit einem Betrachtungsmodus. Das System kann etwa ein Rasterelektronenmikroskop sein. Das Mikroskop kann ferner eine Gaszuführung umfassen, um mit Hilfe reaktiver Gase in Kombination mit geladenen Teilchen additive oder subtraktive Gaslithographie durchzuführen, d. h. Material mit Hilfe des Strahls geladener Teilchen auf dem Objekt abzuscheiden bzw. abzutragen.
In beispielhaften Ausführungsformen umfaßt die Objektivlinse ferner eine Elektrodenhalterung, welche dazu eingerichtet ist, die erste und optional auch die zweite Elektrode zu halten.
Die Elektrodenhalterung kann beispielsweise ein isolierendes, z. B. keramisches Element umfassen. An diesem isolierenden keramischen Element, welches gleichzeitig auch als Dichtung dienen kann und beispielsweise als mit Durchtrittsöffnung für die geladenen Teilchen versehener Ring ausgebildet sein kann, kann die zweite Elektrode geeignet befestigt sein. Eine Befestigung der zweiten Elektrode an dem isolierenden Element kann beispielsweise mittels einer Klemmfeder bewerkstelligt werden. Das isolierende keramische Element selbst kann beispielweise mit Hilfe einer Klammer oder sonstigen geeigneten Halterung an einer geeigneten Komponente der Objektivlinse bzw. des teilchenoptischen System befestigt sein. Diese Komponente ist vorzugsweise verschieden von einer Komponente der magnetischen Linse. Diese Klammer oder Halterung kann sich beispielsweise in etwa parallel zu einer Außenseite des äußeren Polschuhs erstrecken. Das isolierende keramische Element kann ferner auch an einem unteres Ende der ersten Elektrode befestigt sein, so dass eine relative Position von erster und zweiter Elektrode zueinander fixiert werden kann, gleichzeitig aber die Elektroden jeweils unabhängig voneinander mit Potential beaufschlagt werden können. Das isolierende keramische Element kann gleichzeitig als erstes Dichtungselement bzw. Teil eines ersten Dichtungselements fungieren. Neben keramischen Materialien können auch jegliche anderen geeigneten isolierenden Materialien verwendet werden.
In beispielhaften Ausführungsformen ist die Elektrodenhalterung verlagerbar zu sowohl dem inneren als auch dem äußeren Polschuh gehalten, d. h. umfasst eine Änderung der Position von der zweiten und gegebenenfalls der ersten Elektrode zugleich eine Änderung der Position der Elektrodenhalterung relativ zur magnetischen Linse.
In einer beispielhaften Ausführungsform eines teilchenoptischen Systems ist die Elektrodenhalterung vakuumdicht mit der Vakuumkammerbegrenzung verbunden. Bei Ausbildung der Elektrodenhalterung, insbesondere auch des oben genannten isolierenden Elements der Elektrodenhalterung als Dichtungselement kann somit eine Trennung des Vakuumraums im Inneren der Vakuumbegrenzung von einem Gasraum im Bereich der magnetischen Linse ermöglicht werden. Weiterhin trägt dazu das zweite Dichtungselement bei, welches den die magnetische Linse enthaltenen Gasraum von dem Vakuumraum im Inneren der Vakuumbegrenzung abtrennt und eine Verbindung eines Innenraums der zweiten Elektrode bzw. insbesondere des Strahlrohrs an einen sich in einer zur Objektebene entgegengesetzten Richtung anschließenden Teil des Vakuumsystems des teilchenoptischen Systems schafft.
Die Verlagerungsvorrichtung kann beispielsweise ein erstes Verlagerungselement umfassen, welches dazu eingerichtet ist, die elektrostatische Linse, insbesondere die zweite und/oder die erste Elektrode, relativ zum äußeren Polschuh zu verschieben. Ein solches Verlagerungselement kann beispielsweise durch eine radiale Verschiebung der magnetischen Linse bewirkende Schraube bereitgestellt werden. Ein weiteres Verlagerungselement kann eine weitere Schraube umfassen, die derart angeordnet und eingerichtet ist, den inneren Polschuh radial relativ zum äußeren Polschuh zu verschieben. In beispielhaften Ausführungsformen wird die Änderung der Position der zweiten Elektrode durch eine Verlagerung der sie haltenden Elektrodenhalterung bewirkt.
Es können weitere Verlagerungselemente bzw. -vorrichtungen zum Bewirken einer Positionsänderung in zumindest einer anderen Richtung, z. B. der axialen Richtung, vorgesehen sein.
Ferner kann die Verlagerungsvorrichtung ein Verlagerungselement umfassen, welches dazu eingerichtet und angeordnet ist, die zweite Elektrode relativ zur ersten Elektrode zu verschieben. Das Verlagerungselement kann dazu eingerichtet sein, eine axiale und/oder radiale Positionsänderung zu erreichen.
Unter einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Objektivlinse zum Fokussieren von geladenen Teilchen bereit, welche umfaßt:
eine magnetische Linse mit einer optischen Achse, einem inneren Polschuh und einem äußeren Polschuh, wobei zwischen einem unteren Ende des inneren Polschuhs und einem inneren Ende des äußeren Polschuhs ein Polschuhspalt gebildet ist, wobei der äußere Polschuh eine im wesentlichen konische Form aufweist und an seinem inneren Ende einen Durchmesser Da aufweist und der innere Polschuh an seinem unteren Ende einen Durchmesser D_i aufweist, wobei die folgende Beziehung erfüllt ist: 1,5·Di ≤ Da ≤ 3·Di,und wobei das untere Ende des inneren Polschuhs in Richtung der optischen Achse in einem Abstand von mindestens 2 mm von dem inneren Ende des äußeren Polschuhs angeordnet ist, und wobei das innere Ende des äußeren Polschuhs ein in einer Objektebene der Objektivlinse am nächsten angeordneter funktionaler Teil der magnetischen Linse ist.
Damit wird eine magnetische Linse mit einem relativ zur optischen Achse abgewinkelten Polschuhspalt verwirklicht, welche ein magnetisches Feld mit besonders vorteilhafter Verteilung, insbesondere relativ zu einem zu inspizierenden bzw. zu bearbeitenden Objekt, erzeugen kann.
Anders ausgedrückt umfaßt die Objektivlinse gemäß dem obigen Aspekt der vorliegenden Erfindung keine weiteren funktionalen Teile, die das durch den inneren und den äußeren Polschuh erzeugte magnetische Feld wesentlich im Vergleich zu einem nur durch inneren und äußeren Polschuh, d. h. in Abwesenheit der weiteren Teile, erzeugten Feld verlagern würde. Insbesondere umfaßt die Objektivlinse keinerlei weiteren funktionalen Teile, durch die sich die Form des Magnetfeldes in Folge ihres Hinzufügens ändern würde. Der magnetischen Linse in Richtung hin zu der Objektebene vorgelagerte Teile bzw. Komponenten sind im wesentlichen nicht magnetisierbar und führen im wesentlichen keinen magnetischen Fluß, der auch durch den äußeren Polschuh fließt. Derartige der magnetischen Linse vorgelagerte Komponenten können beispielsweise Komponenten einer elektrostatischen Linse, wie etwa Elektroden, Isolatoren und deren Haltestrukturen umfassen. Im wesentlichen nicht magnetische Materialien sind beispielsweise Materialien, deren relative Permeabilität μr ≤ 1,001 ist.
In beispielhaften Ausführungsformen ist das untere Ende des inneren Polschuhs in Richtung der optischen Achse, welche gleichzeitig die Durchtrittsrichtung der geladenen Teilchen durch die magnetische Linse darstellt, in einem Abstand von mindestens 3 mm von dem inneren Ende des äußeren Polschuhs angeordnet. In weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist das untere Ende des inneren Polschuhs in Richtung der optischen Achse in einem Abstand von höchstens 10 mm von dem inneren Ende des äußeren Polschuhs angeordnet.
In einer beispielhaften Ausführungsform beträgt ein Abstand zwischen dem unteren Ende des inneren Polschuhs und der ersten Elektrode 7,5 mm oder mehr.
Diese Abstände beziehen sich auf Abstände zwischen den jeweils untersten, d. h. der Objektebene am nächsten angeordnete Oberflächen der jeweiligen Polschuhenden bzw. der Elektrode.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der innere Polschuh und der äußere Polschuh zueinander verlagerbar gelagert sind. In vorteilhaften Ausführungsformen umfaßt die Objektivlinse gemäß diesem Aspekt der Erfindung im Einklang mit Merkmalen von Ausführungsformen der Objektivlinse gemäß dem ersten Aspekt dieser Erfindung ferner die obig bereits beschriebenen Merkmale, insbesondere eine erste Verlagerungsvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine Position des inneren Polschuhs relativ zu einer Position des äußeren Polschuhs zu ändern.
Ferner umfaßt die Objektivlinse gemäß dem zweiten Aspekt dieser Erfindung in beispielhaften Ausführungsformen eine elektrostatische Linse mit einer Elektrodenanordnung zum Erzeugen eines elektrostatischen Feldes, wobei die Elektrodenanordnung eine erste Elektrode und eine in Richtung der optischen Achse mit einem Abstand zur ersten Elektrode angeordnete zweite Elektrode umfaßt.
Eine solche Kombinationslinse aus einer magnetischen Linse mit abgewinkeltem Polschuhspalt und elektrostatischer Linse bietet besondere Vorteile. Insbesondere ermöglicht eine solche Kombinationslinse es, auch bei hohen Beschleunigungsspannungen der geladenen Teilchen und kleinen Arbeitsabständen eine gute Fokussierung der geladenen Teilchen in der Objektebene zu erreichen. Insbesondere sind bei kleinen Arbeitsabständen die Fehlerkoeffizienten einer solchen Kombinationslinse kleiner als bei großen Arbeitsabständen, so daß eine bessere Auflösung erreicht werden kann. Im Vergleich mit den herkömmlichen Kombinationslinsen mit axialem Polschuhspalt macht sich die verglichen mit diesen andere Lage des Magnetfeldes relativ zur Objektebene und relativ zu einem durch die elektrostatische Linse erzeugten elektrostatischen Feld besonders vorteilhaft bemerkbar, da durch eine bessere Überlagerung des magnetischen und des elektrostatischen Feldes kleinere Fehlerkoeffizienten erreicht werden, und somit bessere Auflösungen bereitgestellt werden können.
Die Ermöglichung von kleinen Arbeitsabständen auch bei hohen Beschleunigungsspannungen hat darüber hinaus den Vorteil, daß negative Auswirkungen von bei Betrieb von teilchenoptischen Systemen auftretenden Störfeldern geringer sind als bei großen Arbeitsabständen.
In einer beispielhaften Ausführungsform umfaßt die Objektivlinse gemäß dem zweiten Aspekt ferner eine zweite Verlagerungsvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine Position der zweiten Elektrode relativ zu einer Position der ersten Elektrode und/oder relativ zu der Position des äußeren Polschuhs zu ändern. Erste und zweite Verlagerungsvorrichtung können Teile der gleichen Verlagerungsvorrichtung sein. Hinsichtlich möglicher Verlagerungselemente bzw. Ausführungsformen wird auf die Beschreibung im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung verwiesen.
In vorteilhaften Ausführungsformen ist die erste Elektrode als ein den inneren Polschuh wenigstens teilweise durchsetzendes Strahlrohr ausgebildet und ist die zweite Elektrode eine sich in Richtung der Objektebene an den äußeren Polschuh anschließende, in Richtung der optischen Achse mit Abstand zum Strahlrohr angeordnete Abschlußelektrode. Ferner kann die erste Verlagerungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, den inneren Polschuh und/oder äußeren Polschuh relativ zu der ersten und/oder zweiten Elektrode der Elektrodenanordnung zu verlagern. Auch hier gelten wieder die bereits oben in Zusammenhang mit dem ersten Aspekt gemachten Ausführungen.
Ferner stellt die vorliegende Erfindung ein teilchenoptisches System mit einer Objektivlinse gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung bereit. Das teilchenoptische System kann die Merkmale des bereits obig beschriebenen teilchenoptischen Systems aufweisen.
Das erfindungsgemäße teilchenoptische System mit Trennung des Vakuumraums in der Vakuumkammer von dem die magnetische Linse enthaltenen Gasraum ermöglicht in vorteilhafter Art und Weise die Anordnung der Verlagerungsvorrichtung bzw. Bedienelemente für die Verlagerungsvorrichtung außerhalb von Vakuum und damit in einem Gasraum, in welchem Atmosphärendruck herrschen kann.
Das erfindungsgemäße teilchenoptische System ermöglicht daher eine Änderung der relativen Positionen der Polschuhe zueinander und/oder eine Änderung der Position der magnetischen Linse relativ zur Position der elektrostatischen Linse während des Betriebs der Objektivlinse bzw. des teilchenoptischen Systems. Damit können besonders gute Abbildungseigenschaften der Objektivlinse erreicht werden.
Ein erfindungsgemäßes teilchenoptisches System umfasst üblicherweise neben einer Objektivlinse: eine Quelle zum Erzeugen geladener Teilchen, z. B. eines Strahls geladener Teilchen, und eine Objekthalterung zum Anordnen eines zu untersuchenden bzw. zu bearbeitenden Objekts in einer gewünschten Position relativ zur Objektivlinse. Ferner kann ein teilchenoptisches System eine Kondensorlinse und/oder Ablenkelemente zum Ablenken des Strahls geladener Teilchen umfassen. Teilchenoptische Systeme, welche zum Inspizieren verwendet werden, umfassen ferner einen oder mehrere Detektoren, welche im Bereich der Vakuumkammer oder aber als sogenannter Inlens-Detektor im teilchenoptischen System oberhalb der Objektivlinse angeordnet sein können.
Ein Verfahren zur Justierung, d. h. einer Änderung der relativen Positionen der Polschuhe der magnetischen Linse bzw. der magnetischen zur elektrostatischen Linse kann in einem Ausführungsbeispiel die folgenden Schritte umfassen:
Eine Quelle elektrostatischer Teilchen emittiert geladene Teilchen derart, daß diese mit einer Beschleunigungsspannung von mehr als 5 kV zur Objektebene bzw. zum Objekt hin beschleunigt werden. In einem ersten Verfahrensschritt sind die Elektroden der elektrostatischen Linse nicht mit Potentialen beaufschlagt. Es wird in diesem Verfahrensschritt der Objektivstrom, das heißt der Strom durch die Erregerspule der magnetischen Linse, gewobbelt, d. h. nach oben und unter variiert. Während des Wobbelns werden die Positionen von innerem und äußerem Polschuh so lange gegeneinander verschoben, bis ein Zentrum eines durch die geladenen Teilchen erzeugten Bildes in der Objektebene nur noch minimal auswandert.
In einem zweiten Verfahrensschritt werden die erste und die zweite Elektrode der elektrostatischen Linse mit einer Potentialdifferenz beaufschlagt. Mittels der magnetischen Linse werden die geladenen Teilchen auf einen Arbeitsabstand fokussiert, der kleiner ist als der Fokus der mit der Potentialdifferenz beaufschlagten, reinen elektrostatischen Linse. Der Arbeitsabstand bezeichnet den Abstand zwischen der Objektivlinse und dem Objekt bzw. der Objektebene. In diesem Verfahrensschritt wird anschließend die Beschleunigungsspannung, mit welcher die geladenen Teilchen in Richtung der Objektebene beschleunigt werden, gewobbelt. Mittels der Verlagerungsvorrichtung wird nun die magnetische Linse, d. h. werden innerer und äußerer Polschuh gemeinsam, relativ zur elektrostatischen Linse so lange verschoben, bis das Bildzentrum nicht mehr auswandert, sondern nur noch ein Übergang von einem Über- in einen Unterfokus auftritt. Dieser Verfahrensschritt wird vorzugsweise bei Beschleunigungsspannungen zwischen 100 V und 5 kV durchgeführt, da in diesem Spannungsbereich der elektrostatische Linsenanteil dominierend wirkt.
In den Ausführungsformen, in welchen die Verlagerungsvorrichtung auch zur Positionsänderung von zweiter zu erster Elektrode eingerichtet ist, bzw. eine zusätzliche Verlagerungsvorrichtung zu diesem Zweck vorgesehen ist, kann ein Justierablauf beispielsweise gemäß dem folgenden Verfahren durchgeführt werden:
In einem ersten Verfahrensschritt werden die erste und zweite Elektrode der elektrostatischen Linse nicht mit einer Potentialdifferenz beaufschlagt, d. h. es wird kein elektrostatisches Feld erzeugt. Die geladenen Teilchen werden mit einer Beschleunigungsspannung von mehr als 5 kV in Richtung der Objektebene durch die Objektivlinse hindurch beschleunigt. In diesem Schritt erfolgt die Justierung der magnetischen Linse mittels Wobbeln, d. h. einer kontinuierlichen Variation der Höhe des Objektivstroms, d. h. des Stroms durch die Erregerspule der magnetischen Linse, und Verschieben von innerem und äußerem Polschuh relativ zueinander, bis das Auswandern des Bildzentrums minimiert ist, in bereits oben beschriebener Art und Weise.
In einem zweiten Schritt wird nun die magnetische Linse ausgeschaltet, das heißt ein Strom durch die Erregerspule der magnetischen Linse ausgeschaltet. Die erste und zweite Elektrode der elektrostatischen Linse werden mit einer Potentialdifferenz beaufschlagt beispielsweise kann die erste Elektrode auf +8 kV, die zweite Elektrode auf Masse gelegt werden. Folglich befindet sich das zu inspizierende Objekt im Fokus lediglich der elektrostatischen Linse. Zur Justierung wird im folgenden das Potential der ersten Elektrode gewobbelt und die zweite Elektrode mechanisch relativ zur ersten verschoben, bis ein Zentrum des von den geladenen Teilchen erzeugten Bildes nicht mehr auswandert und nur noch von einem Über- in einen Unterfokus übergeht. In einer alternativen Ausführungsform dieses Schrittes könnte auch die Beschleunigungsspannung gewobbelt werden, während das Potential der ersten Elektrode konstant gehalten wird.
In einem dritten Schritt wird nun das Objekt in einem Arbeitsabstand angeordnet, der kleiner ist als die Fokuslage bzw. die Fokuslänge der mit der entsprechenden Potentialdifferenz beaufschlagten elektrostatischen Linse. Die geladenen Teilchen werden nun mittels der magnetischen Linse auf diesen kürzeren Arbeitsabstand fokussiert. Im Folgenden wird die Beschleunigungsspannung der geladenen Teilchen gewobbelt. In diesem Verfahrensschritt wird die magnetische Linse relativ zur elektrostatischen Linse verschoben, bis das Bildzentrum nicht mehr auswandert, sondern nur noch von dem Über- in den Unterfokus übergeht. Dieser Schritt wird vorzugsweise bei Beschleunigungsspannungen zwischen 100 V und 5 kV durchgeführt, da in diesem Spannungsbereich der elektrostatische Linsenanteil dominierend wirkt.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele und die angehängten Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Objektivlinse,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Objektivlinse gemäß der vorliegenden Erfindung,
3 eine vereinfachte, schematische Ansicht eines teilchenoptischen Systems mit einer Objektivlinse gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, und
4 Graphen von Intensitäten der magnetischen und elektrischen Felder der in 1 dargestellten Objektivlinse entlang der optischen Achse.
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Komponenten.
In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Objektivlinse gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Objektivlinse umfaßt eine magnetische Linse, welche einen inneren Polschuh 1 mit einem unteren Ende 1' und einen äußeren Polschuh 2 mit einem inneren Ende 2' umfaßt. Zwischen dem unteren Ende 1' des inneren Polschuhs 1 und dem inneren Ende 2' des äußeren Polschuhs 2 ist ein abgewinkelter Spalt 3 gebildet. In einem von dem inneren Polschuh 1 und dem äußeren Polschuh 2 eingeschlossenen Innenraum 4 ist eine Spule 5 angeordnet, die dazu vorgesehen ist, einen magnetischen Fluß in dem inneren und dem äußeren Polschuh 1, 2 zu erzeugen. Wird die Spule 5 von Strom durchflossen, so wird durch den inneren und den äußeren Polschuh 1, 2 ein Magnetfeld erzeugt, welches im wesentlichen im Bereich des Polschuhspalts 3 aus dem Polschuhspalt 3 heraustritt. Geladene Teilchen, welche von einer in 1 nicht dargestellten Quelle in Richtung der Objektebene 102 beschleunigt werden, durchlaufen die Objektivlinse 100 in der Durchtrittsrichtung 101 und durchlaufen somit das von der magnetischen Linse erzeugte Magnetfeld. Der innere Polschuh 1 weist einen zylinderförmigen Abschnitt auf, durch welchen die geladenen Teilchen hindurchtreten. Der äußere Polschuh weist einen konischen Abschnitt auf, welcher sich in Richtung Objektebene 102 hin verjüngt.
Die Objektivlinse 100 enthält ferner eine elektrostatische Linse. Die elektrostatische Linse umfaßt ein Strahlrohr 10 als eine erste Elektrode. Das Strahlrohr ist im Inneren des zylinderförmigen Abschnitts des inneren Polschuhs 1 und mit Abstand von diesem angeordnet und erstreckt sich fast bis zu dessen oberen Rand. Das untere Ende des Strahlrohrs 10 ist als Flansch 11 ausgebildet, welcher sich nach radial außen erstreckt. Des weiteren umfaßt die elektrostatische Linse eine Abschlußelektrode 12 als zweite Elektrode, welche sich in Durchtrittsrichtung der geladenen Teilchen an den äußeren Polschuh 2 bzw. an dessen Ende 2' anschließt, das heißt näher an der Objektebene 102 angeordnet ist als das innere Ende 2' des äußeren Polschuhs 2.
Das Strahlrohr 10 und die Abschlußelektrode 12 werden durch eine Elektrodenhalterung 13 und einen erstes Dichtungsring 20 sowie ein erstes Verbindungsstück 16 in Position gehalten. Die Elektrodenhalterung 13 umfasst ein sich parallel zu einer Außenseite des äußeren Polschuhs erstreckendes konisches Halterungselement und ist vakuumdicht mit einer von der magnetischen Linse verschiedenen Komponente verbunden, wie z. B. einer Vakuumkammerbegrenzung 14 eines teilchenoptischen Systems, welches die Objektivlinse 100 enthält. Der erste Dichtungsring 20 besteht aus einem Ring bzw. einer mit einer Öffnung versehenen Schreibe aus einer isolierenden Keramik und erstreckt sich im Wesentlichen radial zwischen einem unteren Ende der Elektrodenhalterung 13 und dem unteren Ende des Strahlrohrs 10, wo es geeignet fixiert ist. Die Abschlußelektrode 12 ist mittels des ersten Verbindungsstücks 16 an dem ersten Dichtungsring 20 befestigt. Damit erfolgt sowohl eine Fixierung der ersten und zweiten Elektrode 10, 12 zueinander als auch eine elektrische Isolierung der ersten von der zweiten Elektrode 10, 12. Eine Spannungsquelle zum Beaufschlagen der ersten und zweiten Elektrode beziehungsweise des Strahlrohrs 10 und der Abschlußelektrode 12 ist in 1 der Übersichtigkeit halber nicht dargestellt. Der äußere Polschuh 2 weist in seinem unteren Bereich eine konische Form auf, die an seinem oberen Ende in eine nach außen gerichtete L-Form übergeht. Ein äußerer Rand dieses L-förmigen Bereichs ist mittels eines Verbindungsstücks 15 an der Vakuumkammerbegrenzung 14 fixiert. An diesem L-förmigen Bereich ist weiter eine dritte Dichtung 21 angebracht, welche eine vakuumdichte Abdichtung zwischen dem äußeren Polschuh 2 und der Vakuumkammerbegrenzung 14 bereitstellt. Die dritte Dichtung 21 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Membranbalg ausgebildet. Ein weiterer Membranbalg ist als zweite Dichtung 22 an einem oberen Ende des Strahlrohrs 10 angebracht und stellt eine vakuumdichte Verbindung zu einer sich nach oben anschließenden Komponente 103 bereit, welches eine Komponente des teilchenoptischen Systems sein kann, in welchem die Objektivlinse 100 enthalten ist. Die Komponente 103 kann beispielsweise eine Elektrode sein oder ein Diaphragma oder jegliche andere Komponente, an welche sinnvoll abgedichtet werden kann. Somit wird durch die zweite Dichtung 22 ein zweites Dichtungselement für ein teilchenoptisches System bereitgestellt. Durch die Elektrodenhalterung 13, den Dichtungsring 20 und die dritte Dichtung 21 wird gemeinsam ein erstes Dichtungselement für ein teilchenoptisches System bereitgestellt, welches Gasdurchtritt durch einen Zwischenraum zwischen dem äußeren Polschuh 2 und dem Strahlrohr 10 verhindert.
Der innere Polschuh 1 weist im wesentlichen eine L-Form auf, wobei der kurze Schenkel des L nach radial außen gerichtet ist. Der innere Polschuh 1 weist eine plane Fläche 1S (am kurzen Schenkel) auf, die auf einer planen Fläche 2S des äußeren Polschuhs 2 ruht. Durch diese aufeinander liegenden, gegeneinander verschiebbaren planen Flächen 1S und 2S wird eine verlagerbare Lagerung der beiden Polschuhe 1, 2 erreicht. Um eine Änderung einer Position des inneren Polschuhs 1 relativ zu einer Position des äußeren Polschuhs 2 erreichen zu können, umfaßt die Objektivlinse 100 eine erste Verlagerungsvorrichtung 31. Verlagerungsvorrichtung 31 umfaßt eine Schraube, welches mittels Fixierungsstück 18 am äußeren Polschuh 2 angebracht ist, wobei ein Ende der Schraube 31 an einem äußeren Rand des inneren Polschuhs 1 angreift. Somit bewirkt ein Drehen der Schraube 31 eine radiale Verlagerung des inneren Polschuhs 1 relativ zum äußeren Polschuh 2. Die Drehung der Schraube kann durch einen Aktuator und somit auch automatisiert erfolgen. Die Objektivlinse 100 umfaßt ferner eine zweite Verlagerungsvorrichtung 32, im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Schraube 32, welche mittels Verbindungsstück 17 an der Vakuumkammerbegrenzung 14 fixiert ist und deren Ende an einem äußeren Rand des äußeren Polschuhs 2 angreift, so daß ein Drehen der Schraube 32 zu einer Verlagerung von innerem Polschuh 1 und äußerem Polschuh 2 relativ zur elektrostatischen Linse mit Strahlrohr 10 und Abschlußelektrode 12 führt. Somit ist eine Justierung einer optischen Achse der elektrostatischen Linse und einer optischen Achse der magnetischen Linse zueinander möglich, so daß die beiden optischen Achsen zusammenfallen und besonders gute Abbildungseigenschaften der Objektivlinse bereitgestellt werden können. Die zusammenfallenden optischen Achsen sind in 1 als eine gemeinsame optische Achse OA dargestellt.
In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der innere Polschuh 1 in dem von den geladenen Teilchen durchtretenen Innenraum, d. h. in seinem zylindrischen Abschnitt, einen konstanten Durchmesser D_i von 15 mm auf. Der Durchmesser des inneren Endes 2' des äußeren Polschuhs hat einen Durchmesser D_a von 30 mm. Damit ist der Durchmesser D_a des inneren Endes 2' des äußeren Polschuhs 2 mal größer als der Durchmesser D_i des inneren Polschuhs 1. Ein Abstand H zwischen dem unteren Ende 1' des inneren Polschuhs 1 und dem inneren Ende 2' des äußeren Polschuhs 2 beträgt im dargestellten Ausführungsbeispiel 4 mm.
Diese Konfiguration der magnetischen Linse aus innerem und äußerem Polschuh führt dazu, daß das magnetische Feld, im Vergleich zu herkömmlichen Objektivlinsen, weiter in den Raum vor der Linse austreten kann und sich vorteilhafter mit dem elektrostatischen Feld der Linse überlagern kann. Dies ist beispielhaft aus 4 ersichtlich, in welcher Verläufe des magnetischen Feldes und des elektrischen Feldes entlang der optischen Achse normiert dargestellt sind. Ein Abstand zwischen dem Maximum des magnetischen Feldes und dem Maximum des elektrischen Feldes beträgt hierbei etwa 3,7 mm. Eine solche Überlagerung der elektrischen und magnetischen Felder führt zu kleineren Fehlerkoeffizienten der Objektivlinse und damit zu einer besseren Auflösung, und dies insbesondere in einem größeren Bereich von Arbeitsabständen.
Die durch die Geometrie des inneren Polschuhs und des äußeren Polschuhs erzeugte Konfiguration des magnetischen Feldes wird durch die weiteren im Bereich des Polschuhspalts und in Richtung zu der Objektebene vor diesem angeordneten Komponenten, wie etwa den Komponenten 13, 16, 20 und 11 im wesentlichen nicht beeinflußt, da diese aus Materialien mit kleiner relativer Permeabilität von beispielsweise μ_r ≤ 1.001 gefertigt sind.
In 2 wird ein zweites Ausführungsbeispiel einer Objektivlinse 100 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel hauptsächlich dadurch, daß die als zweite Elektrode 12 vorgesehene Abschlußelektrode 12 verlagerbar zum Strahlrohr 10 angeordnet ist. Des weiteren ist die Ausbildung der Elektrodenhalterung 113 und des ersten Dichtungsrings 120 gegenüber den entsprechenden Elementen in 1 abgeändert. Die Elektrodenhalterung 113 greift in diesem Ausführungsbeispiel weniger stark in die Objektivlinse 100 hinein, sie erstreckt sich hier im wesentlichen parallel zu einem Äußeren des äußeren Polschuhs 2 bis zu einem unteren Ende 113', welches einen größeren Innendurchmesser aufweist als das innere Ende 2' des äußeren Polschuhs. Das untere Ende 113' der Elektrodenhalterung 113 ist ringförmig ausgebildet. Der verglichen mit dem ersten Ausführungsbeispiel größer gehaltene Dichtungsring 120 erstreckt sich vom ringförmigen unteren Rand 113' der Elektrodenhalterung 113 zu einem unteren Ende des Strahlrohrs 10 und lagert auf dem Endflansch 11 des Strahlrohrs 10. Somit wird in diesem Ausführungsbeispiel eine vakuumdichte Dichtung zwischen der Elektrodenhalterung 113 und dem Strahlrohr 10 bereitgestellt, so daß ein Gasdurchtritt bzw. ein Druckausgleich durch einen zwischen dem Endflansch 11 und dem inneren Ende 2' des äußeren Polschuhs gebildeten Zwischenraum verhindert wird. Die Abschlußelektrode 12 ist mittels Klemmfedern 123 an dem ersten Dichtungsring 120 gehalten. Ferner ist eine dritte Verlagerungsvorrichtung 33 vorgesehen, welche eine mechanische Verlagerung der Abschlußelektrode 12 relativ zum Strahlrohr 10 erlaubt. Diese dritte Verlagerungsvorrichtung kann beispielsweise ein Piezoelement sein.
Durchmesser D_i des inneren Polschuhs 1 und Durchmesser Da des inneren Endes 2' des äußeren Polschuhs 2 sind die gleichen wie in 1. Ferner sind in dieser Figur ein Durchmesser D_E1 des Strahlrohrs 10 und ein Durchmesser D_E2 einer von der Abschlußelektrode umschlossenen Apertur dargestellt. Diese Durchmesser betragen im dargestellten Beispiel D_E1 = 4,2 mm und D_E2 = 5 mm. Die übrigen Komponenten des zweiten Ausführungsbeispiels in 2 entsprechen denen mit Bezug auf 1 beschriebenen.
In 3 ist ein Ausführungsbeispiel für ein teilchenoptisches System gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, in welchem die Objektivlinse 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Das teilchenoptische System ist in diesem Ausführungsbeispiel als Elektronenmikroskop ausgebildet. Die einzelnen Komponenten eines solchen Elektronenmikroskops sind hinreichend bekannt und werden im folgenden daher nur kurz erwähnt. Das Elektronenmikroskop umfaßt eine stark vereinfacht dargestellte Elektronenquelle 53. Die Elektronenquelle 53 umfaßt einen Wolframdrahtfaden 52, aus welchem in einem elektrischen Feld (Beschleunigung hin zu einer Anode, nicht dargestellt) Elektronen in Richtung 101 austreten. Die Elektronenquelle 53 ist in einem Vakuumraum 48 angeordnet, welcher von einem darauffolgenden Vakuumraum 46 durch Diaphragma 46a teilweise separiert ist. Vakuumraum 48 umfaßt einen Anschluß 49 an eine nicht dargestellte Vakuumpumpe. In Vakuumraum 46 ist eine schematisch angedeutete Kondensorlinse 51 dargestellt. Vakuumraum 46 umfaßt einen Anschluß 47 an eine nicht dargestellte Vakuumpumpe. Vakuumraum 46 ist durch Diaphragma 44a von dem darauffolgenden Vakuumraum 44 getrennt. Im Vakuumraum 44 ist ein Detektor 60 angeordnet. Bei dem Detektor 60 handelt es sich um einen üblichen Elektronendetektor, der aufgrund seiner Lage im Inneren des Elektronenmikroskops auch als Inlens-Detektor bezeichnet wird. Der Vakuumraum 44 ist mittels Anschluß 45 mit einer nicht dargestellten Vakuumpumpe verbunden. Der Vakuumraum 44 ist durch Verbindungselement 103 und Membranbalg 22 vakuumdicht mit einem oberen Ende des Strahlrohrs 10 verbunden. Durch Dichtungsring 20 und Dichtungen 21 und 22 wird somit eine Trennung einer Vakuumkammer 40 von einem Gasraum 43 erreicht, in welchem die magnetische Linse und die erste und zweite Verlagerungsvorrichtung angeordnet sind.
Die erste und zweite Verlagerungsvorrichtung 31, 32 können mittels Bedienelement 34 gesteuert werden. Dadurch und durch die Lage der verlagerbaren Teile in einem nicht unter Vakuum stehenden Raum ist es möglich, eine Justierung der entsprechenden Komponenten zueinander von außen gesteuert und während des Betriebs des Elektronenmikroskops vorzunehmen.
Die Vakuumkammer 40 wird begrenzt durch Vakuumkammerbegrenzungen 14 sowie 41. Die Vakuumkammer 40 weist einen Anschluß 42 an eine Vakuumpumpe auf. In der Vakuumkammer 40 ist ein Objektträger 70 angeordnet, welcher derart eingerichtet und angeordnet ist, ein Objekt O zu halten und sofern notwendig, in verschiedene Richtungen zu verlagern. Eine Oberfläche des Objekts O ist vorteilhafterweise in der Objektebene 102 angeordnet. Der Einfachheit halber nicht dargestellt sind auch in dieser 3 eine Stromquelle zur Versorgung der Spule 5 sowie eine Spannungsquelle zur Beaufschlagung der ersten und/oder zweiten Elektrode 10, 12 mit Potential. Das Elektronenmikroskop kann des weiteren auch Ablenkselemente zum Ablenken des Elektronenstrahls und andere Komponenten enthalten.

Claims

Objektivlinse zum Fokussieren geladener Teilchen, umfassend: eine magnetische Linse mit einem inneren Polschuh und einem äußeren Polschuh, wobei zwischen einem unteren Ende des inneren Polschuhs und einem inneren Ende des äußeren Polschuhs ein Polschuhspalt gebildet ist, eine elektrostatische Linse mit einer Elektrodenanordnung zum Erzeugen eines elektrostatischen Feldes, wobei die Elektrodenanordnung eine erste Elektrode und eine in einer Durchtrittsrichtung der geladenen Teilchen in einem Abstand zur ersten Elektrode angeordnete zweite Elektrode umfasst, wobei die magnetische und die elektrostatische Linse zumindest teilweise relativ zueinander verlagerbar gelagert sind, und eine Verlagerungsvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine Position der ersten und/oder zweiten Elektrode relativ zu einer Position der magnetischen Linse zu ändern.
Objektivlinse gemäß Anspruch 1, wobei die Verlagerungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, die Position der zweiten Elektrode, insbesondere zusammen mit der ersten Elektrode, relativ zu der Position der magnetischen Linse zu ändern.
Objektivlinse gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Verlagerungseinrichtung ferner dazu eingerichtet ist, die Position der ersten Elektrode relativ zu der Position der zweiten Elektrode zu ändern.
Objektivlinse gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Verlagerungsvorrichtung ferner dazu eingerichtet ist, die Position der ersten und/oder zweiten Elektrode im Wesentlichen senkrecht zu der Durchtrittsrichtung der geladenen Teilchen relativ zu der Position der magnetischen Linse zu ändern.
Objektivlinse gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Verlagerungsvorrichtung ferner dazu eingerichtet ist, die Position der ersten und/oder zweiten Elektrode im Wesentlichen parallel zu der Durchtrittsrichtung der geladenen Teilchen relativ zu der Position der magnetischen Linse zu ändern.
Objektivlinse gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Elektrode eine sich in Richtung einer Objektebene der Objektivlinse an den äußeren Polschuh anschließende, in Durchtrittsrichtung der geladenen Teilchen mit Abstand zur ersten Elektrode angeordnete Abschlusselektrode ist.
Objektivlinse gemäß Anspruch 6, wobei die erste Elektrode als zumindest den inneren Polschuh durchsetzendes Strahlrohr ausgebildet ist.
Objektivlinse gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend ein erstes Dichtungselement, das dazu angeordnet und eingerichtet ist, einen Druckausgleich durch einen Zwischenraum zwischen einem unteren Teil der ersten Elektrode und dem inneren Ende des äußeren Polschuhs hindurch zu verhindern; und ein zweites Dichtungselement, das dazu angeordnet und eingerichtet ist, einen Druckausgleich durch einen Zwischenraum zwischen einem oberen Ende der ersten Elektrode und dem inneren Polschuh hindurch zu verhindern.
Teilchenoptisches System mit einer Objektivlinse gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Vakuumkammer mit einer Vakuumkammerbegrenzung zur Aufnahme eines zu untersuchenden Objekts, wobei die Verlagerungsvorrichtung und das erste und zweite Dichtungselement derart angeordnet sind, dass die Verlagerungsvorrichtung und/oder zumindest ein Bedienelement zum Bedienen der Verlagerungsvorrichtung in einem von der Vakuumkammer separierten Gasraum angeordnet sind.
Teilchenoptisches System gemäß Anspruch 9, welches als Elektronenmikroskop ausgebildet ist.
Objektivlinse zum Fokussieren von geladenen Teilchen, umfassend: eine magnetische Linse mit einer optischen Achse, einem inneren Polschuh und einem äußeren Polschuh, wobei zwischen einem unteren Ende des inneren Polschuhs und einem inneren Ende des äußeren Polschuhs ein Polschuhspalt gebildet ist, wobei der äußere Polschuh eine im Wesentlichen konische Form aufweist und an seinem inneren Ende einen Durchmesser D_a aufweist und der innere Polschuh an seinem unteren Ende einen Durchmesser D_i aufweist, wobei die folgende Beziehung erfüllt ist: 1,5·Di ≤ Da ≤ 3·Di und wobei das untere Ende des inneren Polschuhs in Richtung der optischen Achse in einem Abstand von mindestens 2 mm von dem inneren Ende des äußeren Polschuhs angeordnet ist, und wobei das innere Ende des äußeren Polschuhs ein einer Objektebene der Objektivlinse am nächsten angeordneter funktionaler Teil der magnetischen Linse ist.
Objektivlinse gemäß Anspruch 11, wobei das untere Ende des inneren Polschuhs in Richtung der optischen Achse in einem Abstand von mindestens 3 mm von dem inneren Ende des äußeren Polschuhs angeordnet ist.
Objektivlinse gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei das untere Ende des inneren Polschuhs in Richtung der optischen Achse in einem Abstand von höchstens 10 mm von dem inneren Ende des äußeren Polschuhs angeordnet ist.
Objektivlinse gemäß einem der 1 Ansprüche 11 bis 13, wobei der innere Polschuh und der äußere Polschuh zueinander verlagerbar gelagert sind.
Objektivlinse gemäß Anspruch 14, ferner umfassend eine erste Verlagerungsvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine Position des inneren Polschuhs relativ zu einer Position des äußeren Polschuhs zu ändern.
Objektivlinse gemäß einem der Ansprüche 11 bis 15, ferner umfassend eine elektrostatische Linse mit einer Elektrodenanordnung zum Erzeugen eines elektrostatischen Feldes, wobei die Elektrodenanordnung eine erste Elektrode und eine in Richtung der optischen Achse mit einem Abstand zur ersten Elektrode angeordnete zweite Elektrode umfasst.
Objektivlinse gemäß Anspruch 16, ferner umfassend eine zweite Verlagerungsvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine Position der zweiten Elektrode relativ zu einer Position der ersten Elektrode und/oder relativ zu der Position des äußeren Polschuhs zu ändern.
Objektivlinse gemäß einem der Ansprüche 16 oder 17, wobei die erste Elektrode ein den inneren Polschuh wenigstens teilweise durchsetzendes Strahlrohr ist und die zweite Elektrode eine sich in Richtung der Objektebene an den äußeren Polschuh anschließende, in Richtung der optischen Achse mit Abstand zum Strahlrohr angeordnete Abschlusselektrode ist.
Objektivlinse gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei die erste Verlagerungsvorrichtung ferner dazu eingerichtet ist, den inneren Polschuh und/oder den äußeren Polschuh relativ zu der ersten und/oder zweiten Elektrode der Elektrodenanordnung zu verlagern.