DE102009016861A1

DE102009016861A1 - Teilchenstrahlmikroskop

Info

Publication number: DE102009016861A1
Application number: DE102009016861A
Authority: DE
Inventors: Gerd Dr. Benner; Matthias Dr. Langer
Original assignee: Carl Zeiss NTS GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2009-04-08
Filing date: 2009-04-08
Publication date: 2010-10-21
Also published as: EP2239758A3; JP5695838B2; JP2010245046A; US8471203B2; EP2239758A2; US20100258719A1

Abstract

Ein Teilchenstrahlmikroskop umfasst ein Beleuchtungssystem, welches einen ringkonischen Teilchenstrahl erzeugt und auf einen Objektbereich richtet. Ein selektives Detektionssystem ist dazu konfiguriert von zwei Gruppen von Teilchen, die den Objektbereich durchsetzen, lediglich eine Gruppe mit einem Detektor zu detektieren, wobei eine erste Gruppe solche Teilchen umfasst, welche den Objektbereich geradlinig oder unter einem kleinen Streuwinkel gestreut durchsetzen, während die zweite Gruppe solche Teilchen umfasst, die den Objektbereich um einen größeren Streuwinkel gestreut durchsetzen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Teilchenstrahlmikroskop, bei welchem ein Teilchenstrahl auf ein zu untersuchendes Objekt gerichtet wird und Teilchen, die das Objekt durchsetzt haben, detektiert werden.
Herkömmliche Teilchenmikroskope setzen als Teilchenstrahlen Strahlen aus Elektronen, Protonen, Ionen, Röntgenquanten und anderen ein. Die Teilchenstrahlen werden auf einen Ort in einer Probe möglichst fein fokussiert. Hierbei kann der Ort, auf den der Teilchenstrahl fokussiert ist, relativ zu der Probe sowohl axial bezüglich einer Strahlrichtung als auch lateral bezüglich der Strahlrichtung verlagert werden, um verschiedene Orte der Probe abzutasten bzw. abzuscannen. Detektionssignale von Teilchen, welche mit der Probe wechselgewirkt haben, werden in Abhängigkeit von dem Ort, an dem der Strahl in der Probe fokussiert ist, aufgezeichnet, um ein zweidimensionales Flächenbild oder ein dreidimensionales Volumenbild der Probe zu erhalten. Hierbei bestimmt eine Ausdehnung des Bereichs, in welchem der Strahl in der Probe fokussiert ist, eine Auflösung des Mikroskopiesystems. Im Hinblick auf eine hohe laterale Auflösung soll der Fokusbereich eine möglichst kleine laterale Ausdehnung aufweisen, und im Hinblick auf eine große longitudinale Auflösung soll der Fokusbereich eine möglichst kleine longitudinale Ausdehnung aufweisen.
Die Teilchen des fokussierten Teilchenstrahls treffen an einem Ort der Probe aus verschiedenen Raumrichtungen auf diese auf. Herkömmlicherweise liegen die verschiedenen Raumrichtungen innerhalb eines Konus mit einem Öffnungswinkel 2·α bezüglich einer Hauptstrahlrichtung. Die Auflösung in Longitudinalrichtung steht im Zusammenhang mit einer Schärfentiefe der zur Fokussierung des Teilchenstrahls eingesetzten Optik und ist proportional zu 1/α². Im Hinblick auf eine hohe Auflösung in Longitudinalrichtung sollte der Öffnungswinkel des Konus also groß gewählt werden. Andererseits weisen die zur Fokussierung des Teilchenstrahls verwendeten Linsen einen Öffnungsfehler auf, welcher proportional zu α³ ist. Damit führt ein großer Wert des Öffnungswinkels zu einer vergleichsweise schlechten Auflösung in Lateralrichtung. Bei herkömmlichen Teilchenstrahlgeräten ist es somit schwierig, eine hohe laterale Auflösung und eine hohe longitudinale Auflösung gleichzeitig zu erzielen.
Ein Beispiel für ein herkömmliches Teilchenstrahlmikroskop ist ein scannendes Transmissionselektronenmikroskop, wie es in US 6,548,810 B2 beschrieben ist. Diese Schrift wird in vollem Umfang durch Inbezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorangehend im Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschriebenen Nachteile zu beheben.
Erfindungsgemäß wird ein Teilchenstrahlmikroskop vorgeschlagen, bei welchem Teilchen eines auf ein Objekt fokussierten Teilchenstrahls aus selektierten Raumrichtungen auf das Objekt auftreffen.
Ausführungsformen der Erfindung stellen ein Teilchenstrahlmikroskop bereit, welches im Vergleich zu herkömmlichen Teilchenstrahlmikroskopen eine größere Flexibilität bei der Einstellung von Parametern des Teilchenstrahls bereitstellt, um eine laterale Auflösung und eine longitudinale Auflösung einzustellen.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung umfasst das Teilchenstrahlmikroskop ein Beleuchtungssystem, um einen Teilchenstrahl an einem Ort des Objekts zu fokussieren, und zwar derart, dass ein Bereich mit einer hohen Teilchendichte im Strahl sowohl lateral zu einer Hauptstrahlrichtung als auch longitudinal zu einer Hauptstrahlrichtung eine möglichst kleine Ausdehnung aufweist.
Gemäß weiterer Ausführungsformen der Erfindung ist ein Beleuchtungssystem des Teilchenstrahlmikroskops dazu konfiguriert, geladene Teilchen an einem Ort eines Objekts derart zu fokussieren, dass die Teilchen des Strahls an dem Ort aus einem selektierten Raumwinkelbereich auftreffen. Gemäß Ausführungsformen hierin treffen keine Teilchen des Strahls an dem Ort des Objekts aus Raumrichtungen auf, welche bezüglich einer Hauptstrahlrichtung einen Winkel aufweisen, der kleiner ist als ein vorbestimmter Grenzwinkel. Insbesondere enthält der fokussierte Teilchenstrahl damit keine Teilchen, die entlang der Hauptstrahlrichtung verlaufen.
Gemäß weiterer Ausführungsformen der Erfindung treffen die Teilchen des fokussierten Strahls an dem Ort der Probe aus Raumrichtungen auf, welche bezüglich der Hauptstrahlrichtung einen Winkel aufweisen, der kleiner ist als ein zweiter Grenzwinkel.
Gemäß einer Ausführungsform hierin treffen die Teilchen an dem Ort der Probe aus Richtungen auf, welche zum einen kleiner sind als der zweite Grenzwinkel und zum anderen größer sind als der erste Grenzwinkel. Gemäß spezieller Ausführungsformen hierin kann der Strahl eine ring-konische Konfiguration aufweisen, dessen Innenkonuswinkel dem ersten Grenzwinkel entspricht und dessen Außenkonuswinkel dem zweiten Grenzwinkel entspricht, und wobei die Auftreffrichtungen der Teilchen an dem Ort der Probe in Umfangsrichtung um die Hauptstrahlrichtung aus beliebigen Richtungen kommen können.
Gemäß weiterer Ausführungsformen der Erfindung umfasst das Teilchenstrahlmikroskop ein Detektionssystem mit wenigstens einem Detektor, welches im Strahlengang des Mikroskops hinter dem Objektbereich angeordnet ist. Mit dem wenigstens einen Detektor des Detektionssystems können von dem Beleuchtungssystem auf den Ort des Objektbereichs fokussierte Teilchen detektiert werden, welche den Objektbereich durchsetzt haben. Die Teilchen, welche den Objektbereich durchsetzt haben, können in zwei Gruppen unterteilt werden. Eine erste der beiden Gruppen von Teilchen umfasst lediglich Teilchen, welche den Objektbereich im wesentlichen ungestreut durchsetzt haben, so dass diese Teilchen den Objektbereich entweder geradlinig oder um einen Streuwinkel gestreut durchsetzen, welcher kleiner als ein vorbestimmter Streu-Grenzwinkel ist. Eine zweite Gruppe der beiden Gruppen von Teilchen umfasst solche Teilchen, welche in dem Objektbereich gestreut wurden und somit durch den Objektbereich von ihrer ursprünglichen Bewegungsrichtung abgelenkt wurden. Diese Teilchen wurden in dem Objektbereich somit um einen Streuwinkel gestreut, welcher größer ist als der vorbestimmte Streu-Grenzwinkel.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Detektionssystem derart konfiguriert, dass der wenigstens eine Detektor lediglich eine Gruppe der beiden Gruppen von Teilchen detektiert. Insbesondere ist das Detektionssystem dann so konfiguriert, dass die Teilchen der jeweils anderen Gruppe nicht auf den wenigstens einen Detektor treffen.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Detektionssystem eine Blende mit wenigstens einer mit Abstand von der optischen Achse angeordneten Öffnung, welche insbesondere eine Ringöffnung sein kann, die so konfiguriert und positioniert ist, dass lediglich die Teilchen der ersten Gruppe die Öffnung durchsetzen und andere Teilchen die Blende nicht durchdringen können. Ein erster Detektor kann dann im Strahlengang hinter der Blende angeordnet sein, um die Teilchen der ersten Gruppe, welche die Blende durchsetzt haben, zu detektieren. Der erste Detektor detektiert damit solche Teilchen des auf das Objekt fokussierten Teilchenstrahls, welche von dem Objekt im Wesentlichen nicht gestreut wurden. Ein aus Detektionssignalen des ersten Detektors erzeugtes mikroskopisches Bild kann in Analogie zu herkömmlichen Teilchenstrahlmikroskopen als ein Hellfeld-Bild bezeichnet werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst das Detektionssystem eine Blende mit einer Öffnung, welche so konfiguriert und positioniert ist, dass lediglich Teilchen der zweiten Gruppe diese Öffnung der Blende durchsetzen und übrige Teilchen die Blende nicht passieren können. Ein zweiter Detektor kann dann hinter der Blende positioniert sein, um die Teilchen der zweiten Gruppe, welche die Blende passiert haben, zu detektieren. Der zweite Detektor detektiert somit solche Teilchen des auf das Objekt fokussierten Strahls, welche an dem Objekt signifikant gestreut wurden. Ein aus Detektionssignalen des zweiten Detektors erzeugtes Bild kann somit in Anlehnung an herkömmliche Teilchenstrahlsysteme als ein Dunkelfeld-Bild bezeichnet werden.
Gemäß beispielhafter Ausführungsformen weist die Blende, deren wenigstens eine Öffnung lediglich von Teilchen der zweiten Gruppe durchsetzt wird, wenigstens zwei Öffnungen auf, welche mit unterschiedlichem Abstand von der optischen Achse angeordnet sind. Insbesondere kann eine der Öffnungen als eine Ringöffnung ausgebildet sein, welche einen Innenrand aufweist, der mit Abstand von der optischen Achse angeordnet ist, und eine weitere Öffnung der Blende weist einen Außenrand auf, welcher mit einem geringeren Abstand von der optischen Achse angeordnet ist als der Innenrand der anderen Öffnung. Die weitere Öffnung kann ebenfalls als eine Ringöffnung ausgebildet sein, welche einen mit Abstand von der optischen Achse angeordneten Innenrand aufweist, oder sie kann sich als Vollöffnung radial bis hin zur optischen Achse erstrecken.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung umfasst das Detektionssystem lediglich den ersten Detektor und den zweiten Detektor nicht, so dass lediglich Teilchen der ersten Gruppe detektiert werden können. Gemäß einer hierzu alternativen weiteren Ausführungsform umfasst das Detektionssystem lediglich den zweiten Detektor und nicht den ersten Detektor, so dass nur Teilchen der zweiten Gruppe detektiert werden können.
Gemäß weiterer Ausführungsformen umfasst das Detektionssystem sowohl den ersten Detektor als auch den zweiten Detektor, so dass die beiden Gruppen von Teilchen unabhängig voneinander detektiert werden können.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform hierin sind die Detektoren für die Detektion der ersten Gruppe von Teilchen und die Detektoren für die Detektion der zweiten Gruppe von Teilchen mit unterschiedlichen Abständen von dem Objektbereich angeordnet. Der hierbei näher an dem Objektbereich angeordnete Detektor weist eine radial bezüglich der optischen Achse begrenzte Detektionsfläche auf, so dass die Teilchen, welche von dem weiter entfernt von dem Objektbereich angeordneten Detektor detektiert werden, an dem näher an dem Objektbereich angeordneten Detektor vorbei fliegen können. Der näher an dem Objektbereich angeordnete Detektor kann einen Außenrand aufweisen und die Teilchen mit einer radial innerhalb des Außenrands angeordneten Detektionsfläche detektieren. Alternativ oder in Ergänzung hierzu kann dieser Detektor auch einen Innenrand und somit eine zentrale Ausnehmung aufweisen und die Teilchen mit seiner radial außerhalb des Innenrands angeordneten Detektionsfläche detektieren.
Die Teilchen der zweiten Gruppe von Teilchen, welche die an dem Objektbereich gestreuten Teilchen umfasst, kann wiederum in zwei Untergruppen unterteilt werden, nämlich solche Teilchen des auf das Objekt fokussierten Strahls, welche aus ihrer ursprünglichen Bewegungsrichtung durch das Objekt hin zu der optischen Achse des Systems gestreut werden, und solche, welche entsprechend weg von der optischen Achse des Systems gestreut werden. Für diese beiden Untergruppen von Teilchen können wiederum separate Detektoren vorgesehen sein. Gemäß Ausführungsformen hierin sind Detektoren zur selektiven Detektion der beiden Untergruppen von Teilchen der zweiten Gruppe mit unterschiedlichen Abständen in Strahlrichtung von dem Objektbereich angeordnet, und es können zur Selektion der beiden Untergruppen wiederum Blenden vorgesehen sein, welche zur Selektion geeignete Öffnungen aufweisen, die einen Außenrand und/oder einen Innenrand aufweisen, welche bestimmte Abstände von der optischen Achse haben.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung umfasst ein Teilchenstrahlmikroskop ein in einem Strahlengang vor einem Objektbereich angeordnetes Beleuchtungssystem, welches dazu konfiguriert ist, geladene Teilchen auf einen Ort des Objektbereichs derart zu richten, dass die Teilchen an dem Ort lediglich aus Raumrichtungen auftreffen, welche bezüglich einer Strahlrichtung einen Winkel aufweisen, der größer als ein vorbestimmter Innenkonuswinkel ist, und eine in dem Strahlengang hinter dem Objektbereich angeordnete Blende mit einer Ringöffnung.
Gemäß Ausführungsformen hierin ist die Ringöffnung der Blende so konfiguriert, dass eine erste Gruppe von Teilchen, die den Objektbereich geradlinig oder unter einem Streuwinkel durchsetzen, der kleiner als ein Streu-Grenzwinkel ist, die Ringöffnung durchsetzen und dass eine zweite Gruppe von Teilchen, die den Objektbereich um einen Streuwinkel gestreut durchsetzen, der größer als der Streu-Grenzwinkel ist, auf die Blende treffen.
Gemäß weiterer Ausführungsformen hierin umfasst das Teilchenmikroskop eine teilchenoptische Linse, in deren Objektebene der Objektbereich angeordnet ist, wobei die Blende mit der Ringöffnung in einem Bereich einer bildseitigen Brennebene der teilchenoptischen Linse oder in einer hierzu konjugierten Ebene angeordnet ist.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung ist der Ort, an dem der Teilchenstrahl in einer Probe fokussiert ist, relativ zu der Probe verlagerbar. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform hierin umfasst das Teilchenstrahlmikroskop einen Probenhalter, welcher relativ zu dem Beleuchtungssystem durch einen Aktuator verlagerbar ist. Die Verlagerung kann quer zur optischen Achse des Mikroskops erfolgen oder/und sie kann in Längsrichtung der optischen Achse erfolgen oder/und sie kann derart erfolgen, dass eine an der Halterung montierte Probe relativ zu der optischen Achse verkippt wird.
Eine jede der vorangehend erläuterten drei Möglichkeiten der Veränderung von Ort und Orientierung des die Probe durchsetzenden Teilchenstrahls kann auch ohne mechanische Verlagerung des Probenhalters relativ zu dem Beleuchtungssystem erfolgen, indem der Teilchenstrahl bzw. eine Orientierung des Teilchenstrahls relativ zu dem Objektbereich durch Strahlmanipulatoren beeinflusst wird, welche in dem Beleuchtungssystem enthalten sind.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung umfassen derartige Strahlmanipulatoren Deflektoren. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform hierin ist wenigstens ein Deflektor vorgesehen, um den Ort, an dem der Teilchenstrahl in dem Objektbereich fokussiert ist, in Lateralrichtung bezüglich der optischen Achse zu verlagern. Es können zwei derartige Deflektoren vorgesehen sein, um den Ort, an dem der Teilchenstrahl in den Objektbereich fokussiert ist, in zwei unabhängigen Richtungen zu verlagern und beispielsweise einen XY-Scan durchzuführen. Ein derartiger Deflektor kann beispielsweise in einer der Quelle zugewandten Brennebene einer teilchenoptischen Linse zur Fokussierung des Teilchenstrahls in der Objektebene angeordnet sein.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der Deflektor dazu vorgesehen, eine Hauptstrahlrichtung des in dem Objektbereich fokussierten Teilchenstrahls relativ zu der optischen Achse zu ändern bzw. eine Auftreffrichtung der Teilchen bezüglich der optischen Achse zu verkippen. Der hierzu vorgesehene Deflektor kann beispielsweise im Bereich einer zu der Objektebene konjugierten Ebene einer teilchenoptischen Linse zur Fokussierung des Teilchenstrahls in der Objektebene angeordnet sein.
Gemäß weiterer Ausführungsformen der Erfindung umfasst ein Strahlmanipulator zum Verlagern des Fokusbereichs des Teilchenstrahls in Längsrichtung bezüglich der optischen Achse eine teilchenoptische Linse des Beleuchtungssystems. Durch Ändern einer durch die Linse auf die Teilchen bereitgestellten Brechkraft ist es möglich, den Bereich, in welchem die Teilchen durch das Beleuchtungssystem in dem Objektbereich fokussiert sind, entlang der optischen Achse zu verlagern.
Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Hierbei zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Teilchenstrahlmikroskops gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Darstellung einer in dem in 1 gezeigten Teilchenstrahlmikroskops verwendeten Blende;
3 eine schematische Darstellung eines Teilchenstrahlmikroskops gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 eine schematische Darstellung einer in dem in 3 gezeigten Teilchenstrahlmikroskops verwendeten Blende;
5 eine schematische Darstellung eines Teilchenstrahlmikroskops gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 eine schematische Darstellung einer in dem in 5 gezeigten Teilchenstrahlmikroskops verwendeten Blende;
7 eine schematische Darstellung eines Teilchenstrahlmikroskops gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 eine schematische Darstellung eines Teilchenstrahlmikroskops gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 eine schematische Darstellung einer in dem in 8 gezeigten Teilchenstrahlmikroskops verwendeten Blende;
10 eine schematische Darstellung eines Teilchenstrahlmikroskops gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 eine schematische Darstellung eines Teilchenstrahlmikroskops gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12 eine schematische Darstellung eines Strahlengangs eines Teils eines Beleuchtungssystems, welches in einem Teilchenstrahlmikroskop einsetzbar ist;
13 eine schematische Darstellung eines Teilchenstrahlmikroskops gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
14 eine schematische Darstellung eines Teilchenstrahlmikroskops gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Nachfolgend werden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Teilchenmikroskops unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Die konkret dargestellten Ausführungsformen setzen Elektronen als Teilchen des Teilchenstrahls ein. Die Erkenntnisse und Konzepte der vorliegenden Erfindung sind jedoch auf andere Arten für Teilchenstrahlen anwendbar und sollen im Umfang der vorliegenden Anmeldung enthalten sein.
1 zeigt eine schematische Darstellung von Strahlengängen und Komponenten eines Teilchenstrahlmikroskops gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Teilchenstrahlmik roskop 1 umfasst ein Beleuchtungssystem 3, um einen Teilchenstrahl 5 auf einen Ort 7 eines in einem Objektbereich 9 angeordneten Objekts 11 zu fokussieren. Von den auf das Objekt 11 gerichteten Teilchen durchsetzen wenigstens einige das Objekt 11 und werden über ein Detektionssystem 13 detektiert.
Das Beleuchtungssystem 3 umfasst eine Teilchenquelle 15, um Teilchen zur Erzeugung eines auf den Ort 7 fokussierten Teilchenstrahls bereitzustellen. In der dargestellten Ausführungsform ist die Teilchenquelle 15 eine Elektronenquelle. Die Teilchenquelle 15 emittiert Teilchen in einen konusförmigen Raumwinkelbereich, dessen Außenkonusflächen in 1 mit dem Bezugszeichen 17 versehen sind. Die Elektronenquelle 15 und weitere Komponenten des Teilchenstrahlmikroskops 1 sind bezüglich einer optischen Achse 19 des Mikroskops 1 symmetrisch angeordnet, so dass eine Strahlrichtung des Elektronenstrahls 5 entlang der optischen Achse 19 ausgerichtet ist.
Eine teilchenoptische Linse 21 mit einer Hauptebene 20 fokussiert den Teilchenstrahl in eine Ebene 23. In der dargestellten Ausführungsform, in welcher die eingesetzten Teilchen Elektronen sind, ist die Linse 21, wie alle anderen Linsen des Mikroskops 1 auch, eine Elektronenlinse und kann hierbei eine elektrostatische Linse, eine magnetische Linse oder eine Kombination aus einer elektrostatischen und einer elektromagnetischen Linse umfassen.
Zwischen der Linse 21 und der Ebene 23 ist eine Blende 25 angeordnet, welche nachfolgend anhand der 2 näher erläutert wird.
Die Blende 25 umfasst eine Platte 26, welche eine Ringöffnung 27 bereitstellt, welche von Teilchen durchsetzt werden kann. Die Ringöffnung 27 weist einen Innenrand 29 auf, welcher sich mit einem Abstand r1 von der optischen Achse 19 um diese herum erstreckt, und die Ringöffnung 27 weist ferner einen Außenrand 30 auf, welcher sich mit einem Abstand r2, welcher größer ist als der Abstand r1, um die optische Achse 19 herum erstreckt. Teilchen, welche mit einem Abstand von weniger als r1 von der optischen Achse 19 auf die Blende 25 treffen, werden durch die Platte 26 absorbiert, ebenso wie Teilchen, welche mit einem Abstand größer r2 von der optischen Achse 19 auf die Blende 25 treffen. Lediglich Teilchen, welche mit einem Abstand von weniger als r2 und mehr als r1 auf die Blende 25 treffen, können diese durch die Öffnung 27 hindurch durchsetzen.
Die Ringöffnung 27 ist aus praktischen Gründen nicht eine ideale Ringöffnung, welche über den gesamten Umfang um die optische Achse 19 für Teilchen durchlässig ist. Es muss nämlich der Teil der Platte 26, welcher den Innenrand 29 der Ringöffnung 27 definiert, gemeinsam mit dem Teil der Platte 26, welcher den Außenrand 30 der Ringöffnung 27 definiert, gehaltert werden. Hierzu ist eine Anzahl von beispielsweise drei Stegen 31 vorgesehen, welche die beiden Teile der Platte miteinander verbinden.
Nun wird wieder auf die 1 Bezug genommen. Der auf die Blende 25 treffende Teilchenstrahl wird durch die Blende 25 in einen Teilchenstrahl umgewandelt, welcher einen ringkonischen Strahlquerschnitt aufweist. Der Strahlquerschnitt des Strahls ist somit begrenzt durch eine Außenkonusmantelfläche, welche in der 1 mit dem Bezugszeichen 35 versehen ist, und eine Innenkonusmantelfläche, welche in 1 mit dem Bezugszeichen 37 versehen ist. Die Teilchen des Strahls bewegen sich somit auf Flugbahnen bzw. Trajektorien, welche bezüglich der optischen Achse 19 einen Winkel aufweisen, der größer ist als ein Innenkonuswinkel der Innenkonusmantelfläche 37, und der kleiner ist als ein Außenkonuswinkel der Außenkonusmantelfläche 35.
Der Strahlquerschnitt des Strahls verjüngt sich in dem Bereich zwischen den Blende 25 und der Ebene 23 und weitet sich in Strahlrichtung hinter der Ebene 23 wieder auf, bis er in den Bereich einer teilchenoptischen Linse 41 mit einer Hauptebene 42 eintritt, welche den Strahl in dem Ort 7 fokussiert. Die Linse 41 bildet die Ebene 23 in eine Ebene 8 ab, in welcher der Ort 7 angeordnet ist. Auch unmittelbar vor dem Auftreffen auf das Objekt 11 in dem Bereich des Ortes 7 weist der auftreffende Strahl eine ringkonusförmige Gestalt auf. Dies bedeutet, dass an dem Ort 7 Teilchen aus Raumrichtungen auftreffen, welche bezüglich der optischen Achse 19 unter Winkeln orientiert sind, welche größer sind als der Innenkonuswinkel des Strahls vor dem Auftreffen auf dem Ort 7, und welche kleiner sind als ein Außenkonuswinkel des Strahls vor dem Auftreffen an dem Ort 7. Insbesondere treffen an dem Ort 7 keine Teilchen auf, welche sich in eine Richtung parallel zu der optischen Achse 19 bewegen oder welche sich unter einem Winkel zur optischen Achse 19 bewegen, der kleiner ist als der Innenkonuswinkel des Strahls vor dem Auftreffen an dem Ort 7.
Um mit dem Teilchenstrahlmikroskop 1 eine hohe Auflösung zu erreichen, ist ein Fokusbereich, in welchem eine Strahldichte des Teilchenstrahls in dem Bereich der Probe 11 sehr groß ist, möglichst klein zu wählen. Ein herkömmlicherweise verwendetes Maß für die Größe des Fokusbereichs ist der sogenannte Radius des Öffnungsfehlerscheibchens kleinster Verwirrung. Es lässt sich zeigen, dass für den fokussierten Teilchenstrahl mit ringkonusförmiger Gestalt dieser Radius beschrieben werden kann durch δS H = α2·Δα, wobei α den Außenkonuswinkel des Strahls unmittelbar vor dem Auftreffen an dem Ort 7 bezeichnet und Δα die Differenz zwischen dem Außenkonuswinkel und dem Innenkonuswinkel des Strahls bezeichnet.
Hätte der Teilchenstrahl einen Strahlquerschnitt in der Gestalt eines Vollkonus, bei welchem sich Teilchen entlang der optischen Achse und unter kleinen Winkeln bezüglich der optischen Achse bewegen, so wäre der Radius des Öffnungsfehlerscheibchens kleinster Verwirrung durch die Gleichung δS H = 1/4α3 gegeben, wobei α wiederum den Außenkonuswinkel des Strahls repräsentiert.
Es ist ersichtlich, dass bei dem Strahl mit Ringkonusgestalt der Öffnungsfehler im Vergleich zu dem Strahl mit Vollkonusgestalt verkleinert ist. Bei Werten von α gleich 100 mrad und Δα gleich 1 mrad ergibt sich beispielsweise eine Verbesserung der Auflösung um einen Faktor 25.
Die auf das Objekt 11 gerichteten Teilchen des Strahls können mit dem Objekt 11 wechselwirken und entsprechend das Objekt 11 geradlinig oder nahezu ungestreut durchsetzen, wenn die Wechselwirkung mit dem Objekt gering ist, und sie können das Objekt entsprechend um einen größeren Streuwinkel gestreut durchsetzen, wenn die Wechselwirkung mit dem Objekt stärker ist. Entsprechend können die Teilchen, welche das Objekt 11 durchsetzt haben, in zwei Gruppen unterteilt werden, nämlich eine erste Gruppe von Teilchen, welche das Objekt geradlinig oder um einen Streuwinkel gestreut durchsetzt, welcher kleiner ist als ein Streu-Grenzwinkel, und eine zweite Gruppe von Teilchen, welche das Objekt um einen Streuwinkel gestreut durchsetzen, der größer ist als der Streu-Grenzwinkel.
Die zweite Gruppe von Teilchen kann wiederum unterteilt werden in eine erste Untergruppe, deren Teilchen beim Durchgang durch das Objekt eine Streuung hin zu der optischen Achse 19 erfahren, und eine zweite Untergruppe, deren Teilchen beim Durchgang durch das Objekt eine Streuung weg von der optischen Achse 19 erfahren.
In 1 ist ein aus den Teilchen der ersten Gruppe gebildeter Strahl durch äußere und innere Begrenzungslinien 41 und 43 seines ringkonusförmigen Strahlenbündels dargestellt. Ein durch die Teilchen der ersten Untergruppe der zweiten Gruppe gebildeter Strahl ist in 1 durch eine äußere Begrenzungslinie 45 von dessen Konusgestalt dargestellt, und ein aus den Teilchen der zweiten Untergruppe der zweiten Gruppe gebildeter Strahl ist in 1 durch äußere und innere Begrenzungslinien 47 bzw. 49 von dessen Ringkonusgestalt dargestellt.
Nach dem Durchsetzen des Objektbereichs 9 tritt der hierbei divergent verlaufende Teilchenstrahl in eine teilchenoptische Linse 51 mit einer Hauptebene 52 ein, welche den Strahl fokussiert, so dass sich dessen Strahlquerschnitt nachfolgend wieder reduziert.
Das Detektionssystem 13 weist einen Teilchendetektor 53 auf, welcher auftreffende Teilchen detektiert, indem auftreffende Teilchen mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit ein entsprechendes Signal, wie beispielsweise ein elektrisches Signal oder optisches Signal auslösen, welches nachfolgend weiter verarbeitet werden kann. Im Fall von Elektronen als Teilchen kann der Detektor 53 einen herkömmlichen Elektronendetektor umfassen.
Das Detektionssystem 13 ist derart konfiguriert, dass lediglich Teilchen der ersten Gruppe auf den Detektor 53 treffen und somit detektiert werden können. Hierzu ist zwischen dem Objektbereich 9 und dem Detektor 53 in einer Brennebene 54 oder einer hierzu konjugierten Ebene der Linse 51 eine Blende 55 vorgesehen, welche eine Ringöffnung aufweist, die nach radial innen durch einen Innenrand 56 und nach radial außen durch einen Außenrand 57 begrenzt ist und einen Aufbau aufweisen kann, der dem der anhand von 2 erläuterten Blende 25 des Teilchenstrahlmikroskops 1 ähnlich sein kann. Der Innenrand 56 und der Außenrand 57 der Ringöffnung der Blende 55 sind so dimensioniert und positioniert, dass lediglich die Teilchen der ersten Gruppe 41, 43 durch die Ringöffnung hindurch treten und auf den Detektor 53 treffen können. Die Teilchen der ersten Untergruppe, welche das Objekt 11 durchsetzt haben, treffen mit einem Abstand von der optischen Achse 19 auf die Blende 55 auf, welcher kleiner ist als der Radius des Innenrands 56 der Ringöffnung, so dass sie von der Blende 55 absorbiert werden. Ähnlich treffen die Teilchen der zweiten Untergruppe des das Objekt durchsetzenden Strahls mit einem Abstand von der optischen Achse 19 auf die Blende 55 auf, welcher größer ist als ein Radius des Außenrands 57 der Ringöffnung, so dass auch diese Teilchen von der Blende 55 absorbiert werden.
Das Detektionssystem 13 ist auf diese Weise selektiv bezüglich der beiden Gruppen von Teilchen des auf das Objekt fokussierten Teilchenstrahls mit ringkonusförmiger Gestalt, wobei in der in 1 dargestellten Ausführungsform lediglich die Teilchen der ersten Gruppe durch den Detektor 53 detektiert werden. Es werden somit die Teilchen detektiert, welche von dem Objekt nicht oder lediglich unter einem kleinen Streuwinkel gestreut werden. Ein aus den entsprechenden Detektionssignalen des Detektors 53 gewonnenes mikroskopisches Bild kann in Analogie zu herkömmlichen Teilchenstrahlmikroskopen als ein Hellfeld-Bild bezeichnet werden.
Um ein solches Bild aufzunehmen, ist es nötig, den Ort 7, an welchem der Strahl in dem Objektbereich 9 fokussiert ist, relativ zu dem Objektbereich 9 zu verlagern. Hierzu umfasst das Beleuchtungssystem 3 ein Deflektionssystem 61, welches zwei Deflektoren 63 und 65 umfasst, welche mit Abstand voneinander entlang der optischen Achse 19 angeordnet sind. In dem erläuterten Ausführungsbeispiel, bei welchem die Teilchen Elektronen sind, kann der Deflektor, wie auch alle übrigen Deflektoren des Mikroskops 1, einen elektrostatischen Deflektor oder einen magnetischen Deflektor umfassen.
In der hier beispielhaft erläuterten Ausführungsform ist das Deflektor 63 ist in der Ebene 23 angeordnet, um den Strahl 33 abzulenken, wobei die Ebene 23 die durch die Linse 41 in die Fokusebene 8 abgebildete Ebene ist. Gemäß anderen Ausführungsformen kann der Deflektor auch in hiervon verschiedenen Ebenen angeordnet sein. In der Darstellung der 1 ist ein exemplarisches Beispiel für einen derart abgelenkten Strahl mit gestrichelten Linien dargestellt, und die sich entsprechend ergebenden Strahlen sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wie sie für den bislang erläuterten Strahlengang verwendet wurden, zusätzlich jedoch mit einem Apostroph ergänzt. Durch Betätigen des Ablenkers 63 wird in der 1 somit der Strahl abgelenkt, so dass seine Hauptstrahlrichtung unter einem Winkel β zur optischen Achse 19 orientiert ist. Der abgelenkte Strahl behält seinen ringförmigen Querschnitt durch den Deflektor 63 unverändert bei und hat in der Darstellung der 1 entsprechend einen Außenkonusmantel 35' und einen Innenkonusmantel 37'.
Der Deflektor 65 lenkt den Strahl in eine zu einer Ablenkrichtung des Deflektors 63 entgegengerichtete Richtung ab, und zwar derart, dass der abgelenkte Strahl in einer kondensorseitigen bzw. vorderen Brennebene 67 der teilchenoptischen Linse 41 einen gleichen Querschnitt durchsetzt wie der nicht abgelenkte Strahl. Dennoch führt dies dazu, dass der abgelenkte Strahl 35', 37' im Bereich des Objekts 11 an einem Ort 7' fokussiert wird, welcher mit Abstand von dem Ort 7 angeordnet ist, an welchem der nicht abgelenkte Strahl fokussiert wird. Durch Betätigen der Ablenker 63 und 65 ist es somit möglich, den Ort 7 lateral zu verlagern und sich hierbei ergebende Detektorsignale aufzuzeichnen. Die Verlagerung kann bei entsprechender Gestaltung der Deflektoren 63 und 65 derart erfolgen, dass in dem Objektbereich eine Ebene systematisch abgescannt wird, wobei beispielsweise eine x-Richtung in der Ebene die Hauptscanrichtung und eine hierzu orthogonal orientierte y-Richtung die Unter-Scanrichtung ist.
Ferner ist es möglich, die Brechkraft der teilchenoptischen Linse 41 zu variieren, um den Ort 7, an welchem der Teilchenstrahl in dem Objektbereich 11 fokussiert wird, in Richtung der optischen Achse 19 zu variieren. Durch Betätigung des Deflektionssystems 61 und der Variation der Brechkraft der Linse 41 ist es dann möglich, ein Volumen in dem Objektbereich 11 systematisch abzutasten, wobei beispielsweise die Richtung entlang der optischen Achse 19 als z-Richtung bzw. Sub-Sub-Scanrichtung eingesetzt wird. Die von dem Detektor 53 gewonnenen Detektionssignale können in Bildsignale umgewandelt werden, welche Volumenelemente bzw. Voxel des aufgenommenen teilchenmikroskopischen Bildes des abgetasteten Bereichs des Objekts 11 repräsentieren.
Nachfolgend werden weitere Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den Figuren erläutert. Hierbei werden Komponenten, die sich hinsichtlich ihrer Struktur und Funktion entsprechen, mit Bezugszeichen versehen, die gleiche Ziffern aufweisen, wie sie für die Beschreibung der ersten Ausführungsform anhand der 1 und 2 verwendet wurden, die jedoch zur Unterscheidung mit einem zusätzlichen Buchstaben ergänzt sind. Zur Erläuterung dieser Komponenten ist deshalb auf die gesamte jeweils vorangehende und nachfolgende Beschreibung Bezug zu nehmen.
3 zeigt in schematischer Darstellung Komponenten und Strahlengänge eines Teilchenstrahlmikroskops 1a, welches einen ähnlichen Aufbau aufweist, wie das vorangehend anhand der 1 und 2 erläuterten Teilchenstrahlmikroskop, im Unterschied zu diesem jedoch eine Blende 101 in dessen Detektionssystem 13a aufweist, welche in ihrer Funktion von der Blende 55 des Teilchenstrahlmikroskops der 1 verschieden ist. Die Blende 101 ist in 4 schematisch in Draufsicht dargestellt und weist eine Platte 103 auf, welche zwei Öffnungen 105 und 107 enthält, welche mit radialem Abstand von einer optischen Achse 19a des Teilchenstrahlmikroskops 1a angeordnet sind. Die radial innere Öffnung 107 ist als Vollöffnung durch einen mit einem Abstand r1 von der optischen Achse 19a angeordneten Außenrand 106 definiert, und die radial äußere Öffnung 105 ist als Ringöffnung ausgebildet, welche durch einen mit einem Abstand r2 von der optischen Achse 19a angeordneten Innenrand 109 und einen mit einem Abstand r3 von der optischen Achse 19a angeordneten Außenrand 108 definiert ist. Zwischen dem Außenrand 106 der Öffnung 107 und dem Innenrand 109 der Öffnung 105 erstreckt sich ein Ring 111 aus Material der Platte 103, welcher durch Stege 31a getragen ist.
Die Blende 101 ist im Strahlengang hinter einem Objektbereich 9a in einer Brennebene 54a der Linse 52a derart positioniert und über die Öffnungen 105 und 107 und den Ring 111 derart dimensioniert, dass Teilchen der ersten Gruppe, welche den Objektbereich 11a im wesentlichen ungestreut durchsetzt haben, auf den Ring 111 treffen und somit von der Platte 103 der Blende 101 absorbiert werden.
Lediglich Teilchen der zweiten Gruppe, welche den Objektbereich 11a um einen Streuwinkel gestreut durchsetzen, welcher größer ist als ein Streu-Grenzwinkel, können die Blende 101 durch die Öffnungen 105 und 107 durchsetzen. Von den Teilchen der zweiten Gruppe durchsetzen die Teilchen der ersten Untergruppe, welche in dem Objektbereich 11a zu der optischen Achse 19a hin gestreut wurden, die Blende 101 durch deren Öffnung 107, während die Teilchen der zweiten Untergruppe, welche beim Durchsetzen des Objektbereichs 11a von der optischen Achse 19a weggestreut wurden, die Blende 101 durch deren Öffnung 105 durchsetzen. Ein Detektor 113 zur Detektion der Teilchen der zweiten Gruppe ist im Strahlengang hinter der Blende 101 angeordnet.
Ein aus Detektionssignalen des Detektors 113 gewonnenes Bild kann in Analogie zu herkömmlichen Teilchenstrahlmikroskopen als ein Dunkelfeld-Bild bezeichnet werden, da es aus Teilchenintensitäten von an dem Objekt 11a signifikant gestreuten Teilchen gewonnen wird.
Eine weitere Ausführungsform eines Teilchenstrahlmikroskops 1b ist in 5 schematisch dargestellt. Das Teilchenstrahlmikroskop 1b weist einen ähnlichen Aufbau auf wie die beiden anhand der 1 bis 4 erläuterten Teilchenstrahlmikroskope, unterscheidet sich von diesen allerdings im Hinblick auf Aufbau und Funktion eines Detektionssystems 13b. Das Detektionssystem 13b weist einen in dem Strahlengang hinter einem Objektbereich 11b angeordneten Detektor 53b zur Detektion von Teilchen der ersten Gruppe auf sowie einen weiteren Detektor 111b zur Detektion von Teilchen der zweiten Gruppe, welcher im Strahlengang hinter dem Detektor 53b angeordnet ist. Hierbei ist in einer Bildebene 132 vor dem Detektor 111b eine Blende 163 angeordnet, deren Öffnung 165 so bemessen ist, dass die Blende 163 Teilchen der zweiten Untergruppe der zweiten Gruppe absorbiert und Teilchen der ersten Untergruppe der zweiten Gruppe passieren lässt. Der Detektor 111b detektiert somit Teilchen der ersten Untergruppe der Teilchen der zweiten Gruppe.
Eine Konfiguration der Blende 55b und des Detektors 53b ist in 6 in einer Draufsicht von oben dargestellt. Der Detektor 53b weist eine ringförmige Detektionsfläche 121 auf, welche nach radial innen zu einer optischen Achse 19b des Teilchenstrahlmikroskops 1b durch einen Außenrand 123 einer zentralen Öffnung 125 begrenzt ist, wobei der Außenrand 123 mit einem Abstand r1 von der optischen Achse 19b angeordnet ist. Die Teilchen der ersten Untergruppe der zweiten Gruppe können den Detektor 53b durch dessen Öffnung 125 durchsetzen und auf den Detektor 111b treffen, um von diesem detektiert zu werden.
Die in dem Strahlengang vor dem Detektor 53b angeordnete Blende 55b weist eine Platte 26b auf, welche nach radial innen von einem mit einem Abstand r2 von der optischen Achse 19b angeordneten Außenrand 57b einer Öffnung 27b der Blende 55b begrenzt ist. Teilchen der zweiten Untergruppe der zweiten Gruppe treffen sämtlich auf die Platte 26b und werden von dieser absorbiert, während die Teilchen der ersten Gruppe die Blende 55b durch deren Öffnung 57b durchsetzen, um auf die Detektionsfläche 121 des Detektors 53b zu treffen, so dass sie von dem Detektor 53b nachgewiesen werden können.
Es ist somit mit dem Teilchenstrahlmikroskop 1b möglich, sowohl ein Hellfeld-Bild über Detektionssignale des Detektors 53b als auch ein Dunkelfeld-Bild über Detektionssignale des Detektors 111b gleichzeitig zu gewinnen.
7 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform eines Mikroskopiesystems 1c, welches Ähnlichkeiten mit den zuvor anhand der 1 bis 6 erläuterten Teilchen strahlmikroskopen aufweist und sich von diesen im Hinblick auf eine Auslegung und Funktion eines Detektionssystems 13c unterscheidet.
Das Detektionssystem 13c umfasst einen Detektor 53c zur Detektion von Teilchen der ersten Gruppe, einen Detektor 111c1 zur Detektion von Teilchen der ersten Untergruppe der zweiten Gruppe und einen Detektor 111c2 zur Detektion von Teilchen der zweiten Untergruppe der zweiten Gruppe.
Eine teilchenoptische Linse 51c mit einer Hauptebene 52c ist im Strahlengang hinter einem Objektbereich 9c derart angeordnet, dass eine Objektebene 8c der Linse 51c in dem Objektbereich 9c liegt. Der Detektor 111c2 ist im Strahlengang hinter der Linse 51c derart angeordnet, dass eine Detektionsfläche 112c des Detektors 111c2 in einer hinteren Brennebene 54c der Linse 51c angeordnet ist. Der Detektor 111c2 weist eine zentrale Öffnung auf und die Detektionsfläche 112c ist nach radial innen zu einer optischen Achse 19c des Teilchenstrahlmikroskops 1c hin durch einen Außenrand 107c der Öffnung definiert. Der Außenrand 107c der Öffnung ist so bemessen, dass lediglich die Teilchen der zweiten Untergruppe der zweiten Gruppe, also die Teilchen, welche beim Durchtritt durch ein Objekt 11c weg von der optischen Achse 19c gestreut wurden, auf der Detektionsfläche 112c auftreffen und von dem Detektor 111c2 detektiert werden. Die übrigen Teilchen treten durch die Öffnung in dem Detektor 111c2 hindurch und durchsetzen eine weitere teilchenoptische Linse 131, deren Hauptebene 132 in einer Bildebene der Linse 51c liegt und welche die hintere Brennebene 54c der Linse 51c in eine hierzu konjugierte Ebene 133 abbildet. In der Ebene 133 ist eine Oberfläche des Detektors 53c angeordnet, auf welche Teilchen der ersten Gruppe, also die Teilchen, welche das Objekt 11c im wesentlichen ungestreut durchsetzt haben treffen, um von dem Detektor 53c detektiert zu werden. Der Detektor 53c weist eine zentrale Öffnung mit einem Außenrand 123c auf, durch welche die Teilchen der ersten Untergruppe der zweiten Gruppe hindurch treten können, um nachfolgend auf den Detektor 111c1 zu treffen, um von diesem detektiert zu werden.
In 7 ist in gestrichelten Linien ein Strahlengang für einen Strahl mit Ringkonusgestalt eingezeichnet, welcher in der Ebene 8c an einem Ort 7c' fokussiert ist, welcher mit einem Abstand von der optischen Achse 19c angeordnet ist. Die Auslenkung des Fokussierortes 7c weg von der optischen Achse 19c kann beispielsweise durch ein Ablenksystem erreicht werden, welches im Strahlengang vor der Ebene 8c angeordnet ist und in 7 nicht dargestellt ist. Der in gestrichelten Linien gezeigte Strahlengang verdeutlicht die Funktion der Linse 131, welche dazu führt, dass der Detektor 53c die das Objekt 11c im Wesentlichen ungestreut durchsetzenden Teilchen unabhängig davon detektieren kann, an welchem Ort in der Ebene 8c der Teilchenstrahl gerade fokussiert ist. Ebenso kann dann der Detektor 111c₁ die Teilchen der ersten Untergruppe der zweiten Gruppe unabhängig davon detektieren, an welchem Ort in der Ebene 8c der Teilchenstrahl fokussiert ist.
Gemäß einer Variante der anhand der 7 erläuterten Ausführungsform ist es möglich, die Detektoren 53c und 111c₁ nicht in verschiedenen Ebenen anzuordnen, sondern diese beide in einer gemeinsamen Ebene anzuordnen, welche die Ebene 133 sein kann. Eine solche Detektorkonfiguration kann beispielsweise durch einen ringförmig segmentierten Flächendetektor erreicht werden, dessen zentraler Bereich die Funktion des Detektors 111c₁ bereitstellt und dessen äußerer Ringbereich die Funktion des Detektors 53c bereitstellt. Ebenso ist es möglich, in der Ebene 133 einen Detektor anzuordnen, welcher ein zweidimensionales Feld von Detektorelementen (Pixeln) aufweist, welche jeweils geladene Teilchen detektieren und der detektierten Teilchenintensität entsprechende Detektionssignale abgeben. Diese Einzeldetektoren (Pixel) können je nach ihrer Position in der Ebene 133 einzelnen ringförmigen Detektionsbereichen zugeordnet werden.
8 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Elektronenstrahlmikroskops 1d in schematischer Darstellung. Das Teilchenstrahlmikroskop 1d ist ein Transmissionselektronenmikroskop, bei welchem ein Beleuchtungssystem 3d ein ausgedehntes Feld einer Objektebene 8d, in welcher ein Objekt 11d angeordnet ist, mit Elektronenstrahlen beleuchtet. Das in der Ebene 8d beleuchtete Feld wird durch eine Blende 25d definiert, welche in einer Ebene 23d angeordnet ist, die durch eine Linse 41d in die Ebene 8d abgebildet wird. In einer vorderen Brennebene 67d der Linse 41d ist eine Ringblende 141 mit einer Ringöffnung 43d angeordnet, welche einen Innenrand 147 und einen Außenrand 145 aufweist. Die Ringöffnung 43d in der Blende 141 führt dazu, dass beispielhaft in 8 gezeigte Orte 7d und 7d' jeweils mit Elektronenstrahlen beleuchtet werden, die aus Raumrichtungen auftreffen, welche größer sind als ein durch den Innenrand 147 der Blende 141 definierter Innenkonuswinkel und die kleiner sind als ein durch den Außenrand 145 der Ringöffnung 43d definierter Außenkonuswinkel.
Ein im Strahlengang hinter der Objektebene 8d angeordnetes Detektionssystem 13d umfasst eine in einer Ebene 52d angeordnete teilchenoptische Linse 51d und ggf. weitere (in 8 nicht dargestellte) Projektivlinsen, welche derart angeordnet sind, dass eine Objektebene 8d in eine Bildebene 100d abgebildet wird, in welcher ein Detektor 53d angeordnet ist. Die mit Abstand voneinander angeordneten Orte 7d und 7d' in der Ebene 8d werden auf Orte 10d und 10d' in der Ebene 100d abgebildet, so dass mit dem Detektor 53d ein ortsaufgelöstes Bild des Objekts 11d detektiert werden kann.
In einer hinteren Brennebene 54d der Linse 51d ist eine Blende 101d mit einer Ringöffnung 107d angeordnet, welche in 9 in Draufsicht dargestellt ist. Ein Außenrand 106 der Ringöffnung 107d ist so bemessen, dass Teilchen, welche die Probe 11d ungestreut durchsetzen, durch die Ringöffnung 107d hindurch treten können. Diese Teilchenstrahlen sind nach außen durch eine in 8 gezeigte Linie 41d und nach innen durch eine Linie 43d begrenzt. Der Außenrand 106 und der Innenrand 151 der Blende 101d sind jedoch ferner so bemessen, dass neben den ungestreuten Teilchen 41d, 43d auch Teilchen die Ringöffnung 107d durchsetzen können, welche an der Probe 11d unter einem gewissen Streuwinkel gestreut sind. Derart gestreute Teilchen sind nach außen durch einen Außenkonus beschränkt, welcher in 8 durch eine Linie 41d bezeichnet ist und durch den Außenrand 106 der Blendenöffnung 107d definiert ist, und sie sind nach innen durch einen Innenkonus begrenzt, welcher in 8 durch eine Linie 43d' bezeichnet ist und durch den Innenrand 151 der Ringblende 107d definiert ist.
Es tragen somit zu dem durch den Detektor 53d detektierten ortsauflösenden Detektionssignal sowohl ungestreute Teilchen als auch unter dem Streu-Grenzwinkel oder weniger gestreute Teilchen bei, was zu einem guten Kontrast in dem detektierten Bild führt. Dieser Kontrast kann weiter erhöht werden, indem innerhalb der Ringöffnung 107d ein ringförmiges phasenschiebendes Element 152 angeordnet wird, welches lediglich auf die ungestreuten Teilchen wirkt, die das phasenschiebende Element 151 in der Darstellung der 8 zwischen den Linien 41d und 43d durchsetzen. Das phasenschiebende Element 151 erzeugt eine relative Phasenänderung zwischen den auf den Detektor treffenden ungestreuten Teilchen und den auf den Detektor 53d treffenden Teilchen, welche um einen Winkel gestreut wurden, der kleiner als der Streu-Grenzwinkel ist. Ausführungsformen von phasenschiebenden Elementen, welche zur Bildung des phasenschiebenden Elements 151 geeignet sind, sind in der europäischen Patentschrift 1 329 936 B1 beschrieben, deren Offenbarung in die vorliegende Anmeldung vollumfänglich aufgenommen wird.
Ein in 10 schematisch dargestelltes Teilchenstrahlmikroskop 1e weist einen ähnlichen Aufbau auf, wie die vorangehend anhand der 1 bis 9 erläuterten Teilchenstrahlmikroskope. Auch das Teilchenstrahlmikroskop 1e weist ein in 10 nicht dargestelltes Beleuchtungssystem auf, welches einen Teilchenstrahl mit einem ringkonischen Querschnitt an einem Ort 7e einer Probe 11e fokussiert. Die durch die Probe 11e gestreut oder ungestreut hindurchtretenden Teilchen werden von einer teilchenoptischen Linse 51e in den Kreis kleinster Verwirrung in der Ebene 132e fokussiert. Dort ist eine Blende 163e mit einer kleinen Öffnung 165e angeordnet, welche solche Teilchen absorbiert, welche an Orten in der Probe 11e gestreut werden, die außerhalb des Fokusbereichs 7e liegen. Die Öffnung 165 der Blende 163 lässt somit lediglich die von dem Fokusbereich 7e ausgehenden Teilchen für eine nachfolgende Detektion passieren. Zwischen der Linse 51e und der Ebene 132e ist ein De-Scansystem 167 mit in dem Strahlgang hintereinander angeordneten Deflektoren 169 und 171 vorgesehen, welches synchron mit einem Scansystem eines in 10 nicht dargestellten Belichtungssystems betrieben wird. Das De-Scansystem des Belichtungssystems dient dazu, den Ort 7e an dem der Strahl auf die Probe 11e fokussiert ist, lateral bezüglich der optischen Achse 19e zu verlagern. Ohne das De-Scansystem 167 würde dies dazu führen, dass Teilchen, welche von einem von der optischen Achse wegverlagerten Ort in der Probe 11e ausgehen, die Öffnung 165 in der Blende 167 nicht durchsetzen können. Das De-Scansystem 167 kompensiert diese Verlagerung jedoch, so dass unabhängig von einer Verlagerung des Ortes 7e weg von der optischen Achse 19e dieser Ort 7e in die Öffnung 165 der Blende 163 abgebildet wird und die Teilchen der ersten Gruppe, welche von dem Ort 7e ausgehen, unabhängig von dessen Verlagerung die Blende 163 durchsetzen können.
Im Strahlengang hinter der Blende 163 ist ein Projektionssystem 171 aus mehreren teilchenoptischen Linsen vorgesehen, welches die hintere Brennebene 54e der Linse 51e in eine Eingangsebene 173 eines Energieverlustspektrometers 179 abbildet. In der Ebene 173 ist eine Blende 175 mit einer Ringöffnung 177 angeordnet. Die Ringöffnung 177 ist so positioniert und bemessen, dass sie von Teilchen durchsetzt werden kann, welche in der Probe 11e nicht gestreut werden oder um einen Streuwinkel gestreut werden, welcher kleiner als ein Streu-Grenzwinkel ist. Diese Teilchen können hinter der Blende 175 detektiert werden und zu einem Signal beitragen, welches wiederum als Hellfeldsignal bezeichnet werden kann.
Gemäß einer beispielhaften Variante zu der in 10 gezeigten Ausführungsform ist es möglich, die als Detektor auszubilden, welcher eine Ringöffnung aufweist und Teilchen detektiert, welche die Ringöffnung nicht durchsetzen. Dies sind dann solche Teilchen, welche in der Probe 11e unter einem Streuwinkel gestreut werden, welcher größer als der Streu-Grenzwinkel ist. Die derart an dem Detektor detektierten Teilchen tragen zu einem Detektionssignal bei, welches als Dunkelfeldsignal bezeichnet werden kann.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Variante zu der in 10 gezeigten Ausführungsform ist es möglich, in der Ebene 54e der 10 einen Detektor anzuordnen, welcher eine zentrale Ausnehmung aufweist, welche von den Teilchen durchsetzt werden kann, welche die Probe im Wesentlichen ungestreut oder nach innen gestreut durchsetzen, so dass der Detektor die nach außen gestreuten Teilchen detektiert. Eine Konfiguration eines solchen Detektors ist mit dem Detektor 111c₂ in 7 dargestellt. Es ist dann möglich, einen Durchmesser der Öffnung 165 der Blende 163 gegenüber der anhand der 10 erläuterten Ausführungsform zu verkleinern und damit eine Selektivität der nachfolgenden Detektion gegenüber außerhalb des Ortes 7e gestreuten Teilchen zu verbessern. In der Ebene 173 kann dann ein zentraler runder Detektor vorgesehen sein, dessen Außenrand den Rand 177 der in 10 gezeigten Ringblende 175 bereitstellt. Dieser Detektor detektiert dann die Teilchen, welche in der Probe nach innen, zur Achse hin gestreut werden. Dies sind die Teilchen der ersten Untergruppe der Teilchen der zweiten Gruppe.
Die die Ringöffnung 177 durchsetzenden Teilchen durchlaufen das im Strahlengang hinter der Ebene 173 angeordnete Energieverlustspektrometer 179 und treffen auf einen Detektor 53e. In der Ebene 183 des Detektors wird aufgrund der Dispersion des Energieverlustspektrometers 179 ein Linienfokus erzeugt, d. h. Teilchen mit unterschiedlicher kinetischer Energie treffen an verschiedenen Orten auf dem Detektor 53e auf. Der Detektor 53e ist als ortsauflösender Detektor ausgebildet, so dass das Energieverlustspektrum der die Probe 11e durchsetzenden Teilchen detektiert werden kann. Hierbei ist es möglich, die Ebene 183, in der der Linienfokus erzeugt wird, durch ein weiteres Abbildungssystem in eine nachfolgende Bildebene vergrößert abzubilden und den Detektor 53e in dieser nachfolgenden Bildebene anzuordnen, um eine Energieauflösung des Detektors zu verbessern.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Variante zu der in 10 gezeigten Ausführungsform ist es möglich, in der Ebene 183 eine Spaltblende anzuordnen, welche die in der Probe inelastisch gestreuten Teilchen absorbiert und die in der Probe 11e elastisch gestreuten Teilchen hin zu einem nachfolgenden Detektor durchtreten lässt, welcher dann ein Detektionssignal erzeugt, das als elastisches Hellfeldsignal bezeichnet werden kann.
11 zeigt schematisch ein Teilchenstrahlmikroskop 1f, welches einen ähnlichen Aufbau und eine ähnliche Funktion aufweist, wie die vorangehend anhand der 1 bis 10 erläuterten Teilchenstrahlmikroskope. Auch das Teilchenstrahlmikroskop 1f ist dazu konfiguriert, einen Teilchenstrahl mit einem ringförmigen Querschnitt an einem Ort 7f eines Objekts 11f zu fokussieren. Allerdings ist das Mikroskop 1f dazu konfiguriert, eine Hauptstrahlrichtung 171 des auf den Ort 7f fokussierten Strahls bezüglich einer optischen Achse 19f zu verkippen. Hierzu umfasst ein Beleuchtungssystem 3f eine Teilchenquelle 15f, eine Kondensorlinse 21f und eine hinter der Kondensorlinse 21f angeordnete Blende 25f mit einer Ringöffnung 27f, welche lediglich von einem in eine Ebene 23f fokussierten Strahl mit ringförmigem Querschnitt durchsetzt wird.
Von einer teilchenoptischen Linse 41f wird die Ebene 23f in eine Objektebene 8f abgebildet, in welcher der Ort 7f, in dem Objekt 11f angeordnet ist. Zwischen der Blende 25f und der Linse 41f sind zwei der Deflektoren 63f und 65f angeordnet, welche den Strahl so ablenken, dass wahlweise der Ort 7f, an dem der Strahl fokussiert ist, in der Ebene 8f verlagert werden kann und die Hauptstrahlrichtung 171 relativ zu der optischen Achse 19f verkippt werden kann. Es ist somit möglich, teilchenmikroskopische Bilder der Probe 11f bei unterschiedlichen Kippwinkeln der Hauptstrahlrichtung 171 aufzunehmen. Dies hat folgenden Vorteil: In 11 ist exemplarisch ein Partikel, welches in dem Objekt 11f außerhalb der Objektebene 8f angeordnet ist und welches den Teilchenstrahl besonders stark absorbiert, mit dem Bezugszeichen 173 versehen. Es ist ersichtlich, dass das Partikel 173 bei einer Hauptstrahlrichtung 171, welche entlang der optischen Achse ausgerichtet ist, in dem Abbildungsstrahlengang des Mikroskops liegt, während es bei der bezüglich der optischen Achse verkippten Hauptstrahlrichtung 171 nicht in dem Abbildungsstrahlengang liegt. Es ist somit möglich, Unterschiede in detektierten Teilchenintensitäten zu erfassen, welche gleichen Orten 7f der Probe 11f, aber unterschiedlichen Strahlrichtungen 171 zugeordnet sind und auf diese Weise Einflüsse von Partikeln 173, die außerhalb der Objektebene 8f angeordnet sind, aus einem Gesamtergebnis der teilchenmikroskopischen Aufnahmen zu eliminieren.
Ein Detektionssystem 13f des Teilchenstrahlmikroskops 1f umfasst eine Objektivlinse 51f, welche die Objektebene 8f in eine Bildebene 132f abbildet, welche von einer weiteren teilchenoptischen Linse 181 weiter abgebildet wird, wobei im Strahlengang hinter der Linse 181 Detektoren 53f zur Detektion der Teilchen der ersten Gruppe und 111f zur Detektion der Teilchen der zweiten Gruppe angeordnet sind. In der Bildebene 132f ist ein Deflektor 184 angeordnet, um die Verkippung des Strahls bezüglich der optischen Achse 19f so zu kompensieren, dass dieser im Strahlengang hinter der Bildebene 132f wieder entlang der optischen Achse 19e ausgerichtet ist, so dass die selektive Detektion von Teilchen der ersten Gruppe bzw. Teilchen der zweiten Gruppe wie anhand der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen erläutert, erfolgen kann.
Die 1 und 11 zeigen Ausführungsformen eines Teilchenstrahlmikroskops, bei welchem ein Beleuchtungsstrahl mit ringkonischem Querschnitt durch eine Ringblende erzeugt wird. Eine weitere Möglichkeit, einen Strahl mit ringkonischem Querschnitt zu erzeugen, ist nachfolgend anhand der 12 erläutert. Ein in 12 gezeigtes Beleuchtungssystem 3g umfasst eine Teilchenquelle 15g, welche einen Strahl 17g emittiert, der von einer Linse 21g fokussiert wird. Die Linse 21g weist einen großen Öffnungsfehler auf, was in 12 daraus ersichtlich ist, dass exemplarische Trajektorien 203 von Teilchen, welche eine Ebene 201 mit unterschiedlichen Abständen von einer optischen Achse 19g durchsetzen, die optische Achse an unterschiedlichen Orten 205 entlang der Achse 19g schneiden. In der Ebene 201 ist eine Blende 207 mit einer großen Öffnung 209 angeordnet. In einer weiteren Ebene 211 ist eine weitere Blende 213 mit einer kleinen Öffnung 215 angeordnet, welche nur von einem Teil der Trajektorien 203 durchsetzt werden kann, welche dann im Strahlengang hinter der Blende 213 einen Strahl mit ringkonischem Querschnitt bereitstellen. Die Öffnung der Blende 215 kann beispielsweise einen Durchmesser von 10 μm oder weniger aufweisen und sollte bezüglich der optischen Achse 19f präzise justiert sein.
13 zeigt eine der Ausführungsform der 1 ähnliche weitere Ausführungsform eines Teilchenstrahlmikroskops 1h, welches in einem Strahlengang hinter einem Objekt 11h eine teilchenoptische Linse 51h aufweist, in deren Objektebene 8h ein ringkonischer Teilchenstrahl mit Innenkonus 37h und Außenkonus 35h an einem Ort 7h fokussiert ist. In einer hinteren Brennebene 54h der Linse 51h ist eine Ringblende 101h angeordnet, deren Ringöffnung einen Innenrand 151h und einen Außenrand 106h aufweist. Die Ringöffnung lässt Teilchen passieren, welche an dem Ort 7h nicht gestreut werden oder um einen Streuwinkel gestreut werden, der kleiner als ein Streu-Grenzwinkel ist. Diese Teilchen können in einem im Strahlengang hinter der Blende 101h angeordneten Detektor 53h detektiert werden.
13 zeigt ferner exemplarische gestreute Teilchenstrahlen, welche an einem Ort 7h' in der Probe 11h gestreut werden, welcher mit Abstand von dem Ort 7h angeordnet ist, an dem die Teilchenstrahlen in der Ebene 8h fokussiert sind, und welcher innerhalb des von dem Beleuchtungssystem bereitgestellten ringkonischen Teilchenstrahls 35h, 37h liegt. Diese exemplarischen an dem Ort 7h' aus dem Hellfeldstrahl herausgestreuten Teilchen sind in 13 mit dem Bezugszeichen 156 versehen und treffen zum größten Teil auf die Blende 101h, ohne sie durch die Ringöffnung durchsetzen zu können. Lediglich ein kleiner Teil dieser Teilchen 156 kann die Ringöffnung der Blende 101h durchsetzen und zum Detektor 53h gelangen. Der größte Teil der außerhalb des Fokusortes 7h gestreuten Teilchen trifft somit nicht auf den Detektor 53h. Dies zeigt, dass streuende Strukturen, die in der Probe 11h außerhalb des Bereichs 7h, an dem der Teilchenstrahl in der Probe fokussiert ist, zu dem Detektionssignal des Detektors 53h nicht beitragen. Störsignale, welche von außerhalb des Fokusbereichs 7h liegenden Orten 7h' in der Probe ausgehen, werden somit durch die in der hinteren Brennebene 54h der Linse 51h angeordnete Ringblende wirksam unterdrückt.
Aus 13 ist ersichtlich, dass ein Streukörper, welcher in der Probe 11h an dem Ort 7h' gelegen ist, welcher in der Figur rechts von dem Fokusort 7h angeordnet ist, Teilchen derart streut, dass sie auf einen Bereich der Blende 101h treffen, welcher in der Figur links angeordnet ist. Durch außerhalb des Fokusortes 7h angeordnete Streukörper gestreute Teilchen treffen somit mit einer in Umfangsrichtung um die Achse 19h ungleichmäßigen Intensitätsverteilung auf die in der Ebene 54h angeordnet Blende 101h. Gemäß einer Variante zu der in 7 dargestellten Ausführungsform ist der dort vorgesehene Detektor 111c₂ in Umfangsrichtung segmentiert, um derart ungleichmäßige Intensitätsverteilungen zu registrieren. Der Detektor 111c₂ der Ausführungsform der 7 dient dazu, Teilchen zu detektieren, welche an dem Fokusort 7c in der Probe 11c nach außen gestreut werden. Diese an dem Fokusort 7c nach außen gestreuten Teilchen treffen mit einer in Umfangsrichtung gleichförmigen Intensität auf den Detektor 111c₂ , während Streukörper in der Probe, die in dem Strahl außerhalb des Fokusortes 7c angeordnet sind, zu Detektionssignalen mit einer in Umfangsrichtung um die Achse 19c ungleichförmigen Intensitätsverteilung führen. Mit dem gemäß der hier erläuterten Variante in Umfangsrichtung segmentierten Detektor 111c₂ ist es dann möglich, zwischen diesen beiden Arten von Streuung zu unterscheiden und die Effizienz für die Detektion der an dem Fokusort 7c nach außen gestreuten Teilchen zu verbessern, indem in Umfangsrichtung ungleichmäßige Anteile der detektierten Intensität nicht berücksichtigt werden.
14 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Teilchenstrahlsystems 1i. Bei diesem ist im Strahlengang hinter einem Objekt 11i keine weitere Linse angeordnet, wie dies bei herkömmlichen Rasterelektronenmikroskopen ebenfalls der Fall ist. Ein ringkonischer Teilchenstrahl 35i wird durch ein Beleuchtungssystem 3i an Orten 7i in einer Probe 11i fokussiert ist. Ein Deflektorsystem mit Deflektoren 63i und 65i dient dazu, den Ort 7i, an dem die Teilchen in der Probe 11i fokussiert sind, innerhalb der Probe quer zu einer Hauptachse 19i des Systems zu verlagern. Ein Strahlengang für einen durch die Deflektoren 63i, 65i verlagerten Ort 7i' ist in 14 mit gestrichelten Linien dargestellt.
Im Strahlengang hinter der Probe 11i ist eine Blende 55i angeordnet, welche eine kreisförmige Öffnung aufweist, deren Außenrand 57i so bemessen ist, dass Teilchen, welche die Probe 11i im Wesentlichen ungestreut durchsetzen, auf die Blende 55i treffen und diese nicht passieren können.
Ebenso treffen Teilchen, welche in der Probe 11i nach außen gestreut werden, auf die Blende 55i und können diese ebenfalls nicht durchsetzen. Allerdings können Teilchen, welche in der Probe 11i nach innen, hin zu der Hauptachse 19i, gestreut werden, die Kreisöffnung der Blende 55i durchsetzen und von einem Detektor 113i nachgewiesen werden, welcher somit ein Detektionssignal detektieren kann, welches als Dunkelfeldsignal bezeichnet werden kann.
Die vorangehend beschriebenen Möglichkeiten zur Erzeugung eines Teilchenstrahls mit ringkonischem Querschnitt erzeugen diesen Strahl jeweils so, dass zu einer jeden Zeit sich Teilchen in dem gesamten Ringquerschnitt befinden. Es ist jedoch auch möglich, die Wirkung des Strahls mit ringkonischem Querschnitt zeitlich sequentiell zu erzielen, indem ein Strahl mit einem kleinen Vollquerschnitt durch Deflektoren so gesteuert wird, so dass er an dem Ort des Objekts, an dem er fokussiert ist, zeitlich nacheinander aus verschiedenen Richtungen auftrifft, welche innerhalb eines vorgegebenen Ringkonus liegen. Ein hierbei entstehendes Detektionssignal kann dann zeitlich über eine Dauer gemittelt werden, die der Zeit entspricht, in der der durch die Deflektoren gesteuerte Strahl einmal oder mehrmals den ringkonischen Querschnitt abtastet.
Diese Art der Erzeugung des Strahls von ringkonischem Querschnitt hat gegenüber den vorangehend erläuterten Möglichkeiten, welche Blenden einsetzen, den Vorteil, dass ein höherer Anteil der von der Quelle erzeugten Teilchen zur Abbildung genutzt wird, da nicht eine große Anzahl von Teilchen bei der Erzeugung an Blenden absorbiert wird.
Bei den vorangehend erläuterten Ausführungsformen ist es ferner möglich, den Öffnungswinkel der ringkonischen Beleuchtung zu variieren und mehrere Aufnahmen mit jeweils verschiedenen Öffnungswinkeln aufzunehmen. Eine jede Aufnahme wird Signalkomponenten enthalten, die von ungestreuten bzw. gestreuten Teilchen herrühren, die von solchen Orten in der Probe ausgehen, an denen der ringkonische Beleuchtungsstrahl jeweils fokussiert ist. Die Aufnahmen werden jedoch auch Signalkomponenten aufweisen, welche von Teilchen herrühren, die von Orten in der Probe ausgehen, welche außerhalb des Fokusbereichs des ringkonischen Beleuchtungsstrahls liegen. Diese Störsignale sind aufgrund der unterschiedlichen Konuswinkel jedoch von Aufnahme zu Aufnahme verschieden. Durch geeignete Analyse der verschiedenen Aufnahmen ist es somit möglich, diese Störsignale herauszurechnen und schließlich einen verbesserten Bildkontrast zu erhalten. Neben der Variation des Konuswinkels zu diesem Zweck ist es auch möglich, die Hauptstrahlrichtung, unter der der ringkonische Strahl auf die Probe trifft, ebenso zu variieren, wie dies anhand der 11 erläutert wurde. Ein Vergleich und eine entsprechende Auswertung von mehreren Aufnahmen, welche mit verschieden eingestellten Hauptstrahlrichtungen aufgenommen wurden, kann somit ebenfalls zu einem Bild mit erhöhtem Bildkontrast führen.
Bei den vorangehend erläuterten Ausführungsformen der Erfindung wird ein Objektbereich mit einem ringkonischen Teilchenstrahl beleuchtet. Beispielhafte Werte für einen hierbei geeigneten Innenkonuswinkel sind 30 mrad, 60 mrad, und 90 mrad. Eine Differenz zwischen einem Außenkonuswinkel und dem Innenkonuswinkel kann 0,1 mrad, 0,5 mrad und einige mrad betragen. Mit dem ringkonischen Teilchenstrahl ist es möglich, einen Fokusbereich mit vergleichsweise kleiner Ausdehnung zu erreichen.
In den vorangehend erläuterten Ausführungsformen werden teilchenoptische Linsen eingesetzt, um den Teilchenstrahl in einem Objektbereich zu fokussieren, von dem Objektbereich ausgehende Teilchen zu einem Detektor zu führen, und Bild- und Beugungsebenen bereitzustellen, in welchen Detektoren oder Blenden anordenbar sind. Die teilchenoptischen Linsen können elektrostatische Felder, magnetische Felder und Kombinationen aus elektrostatischen und magnetischen Feldern bereitstellen, die fokussierend auf die Teilchenstrahlen wirken. Hierbei können Linsen, die in den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen schematisch als eine einzelne Linse dargestellt sind, auch Systeme aus mehreren teilchenoptischen Komponenten sein, welche zusammen die Funktion einer Linse bereitstellen. In allen vorangehend beschriebenen Ausführungsformen können sogenannte korrigierte Linsensysteme eingesetzt werden, welche Öffnungsfehler (und chromatische Fehler) bei der Fokussierung des Teilchenstrahls gering halten. Beispiele für derartige korrigierte Linsensysteme sind aus WO 02/067286 A2 , EP 0 530 640 A1 und EP 0 451 370 A1 bekannt, deren Offenbarung vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 6548810 B2 [0004]
- EP 1329936 B1 [0084]
- WO 02/067286 A2 [0105]
- EP 0530640 A1 [0105]
- EP 0451370 A1 [0105]

Claims

Teilchenstrahlmikroskop mit einem einen Objektbereich durchsetzenden Strahlengang, wobei das Teilchenstrahlmikroskop umfasst: ein im Strahlengang vor dem Objektbereich angeordnetes Beleuchtungssystem, welches dazu konfiguriert ist, geladene Teilchen auf einen Ort des Objektbereichs derart zu richten, dass die Teilchen an dem Ort lediglich aus Raumrichtungen auftreffen, welche bezüglich einer Strahlrichtung einen Winkel aufweisen, der größer als ein vorbestimmter Innen-Konuswinkel ist; ein im Strahlengang hinter dem Objektbereich angeordnetes selektives Detektionssystem mit wenigstens einem Detektor, welches dazu konfiguriert ist, von zwei Gruppen von Teilchen, die den Objektbereich durchsetzen, lediglich eine Gruppe mit dem wenigstens einen Detektor zu detektieren, wobei eine erste Gruppe der beiden Gruppen von Teilchen lediglich Teilchen umfasst, die den Objektbereich geradlinig oder unter einem Streuwinkel durchsetzen, der kleiner als ein Streu-Grenzwinkel ist, und wobei eine zweite Gruppe der beiden Gruppen von Teilchen, lediglich Teilchen umfasst, die den Objektbereich um einen Streuwinkel gestreut durchsetzen, der größer als der Streu-Grenzwinkel ist.
Teilchenstrahlmikroskop nach Anspruch 1, wobei das Detektionssystem eine Blende mit wenigstens einer mit Abstand von der optischen Achse angeordneten Öffnung, insbesondere einer Ringöffnung, aufweist, welche so konfiguriert ist, dass lediglich die Teilchen der ersten Gruppe die Blende durchsetzen, und wobei der Detektor im Strahlengang hinter der Blende angeordnet ist, um Teilchen der ersten Gruppe zu detektieren.
Teilchenstrahlmikroskop nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Detektionssystem eine Blende mit einer ersten Öffnung aufweist, welche so konfiguriert ist, dass lediglich Teilchen der zweiten Gruppe die Blende durch durchsetzen, und wobei der Detektor im Strahlengang hinter der Blende angeordnet ist, um Teilchen der zweiten Gruppe zu detektieren.
Teilchenstrahlmikroskop nach Anspruch 3, wobei die Blende eine zweite Öffnung aufweist, welche mit radialem Abstand von der ersten Öffnung angeordnet ist.
Teilchenstrahlmikroskop nach Anspruch 4, wobei wenigstens eine, insbesondere beide, der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung Ringöffnungen mit ein oder mehreren Ringsegmenten sind.
Teilchenstrahlmikroskop nach Anspruch 1, wobei das Detektionssystem einen ersten Detektor aufweist, um Teilchen der ersten Gruppe zu detektieren, wobei der erste Detektor eine Öffnung aufweist, welche so konfiguriert ist, dass lediglich Teilchen der zweiten Gruppe den ersten Detektor durchsetzen, und wobei das Detektionssystem einen zweiten Detektor aufweist, der im Strahlengang hinter dem ersten Detektor angeordnet ist, um Teilchen der zweiten Gruppe zu detektieren.
Teilchenstrahlmikroskop nach Anspruch 6, wobei das Detektionssystem einen dritten Detektor aufweist, um Teilchen der zweiten Gruppe zu detektieren, wobei der dritte Detektor im Strahlengang vor dem ersten Detektor angeordnet ist und eine Öffnung aufweist, welche so konfiguriert ist, dass die Teilchen der ersten Gruppe den dritten Detektor durchsetzen,
Teilchenstrahlmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Detektionssystem eine teilchenoptische Linse umfasst, in deren Objektebene der Objektbereich angeordnet ist.
Teilchenstrahlmikroskop nach Anspruch 8, wobei die wenigstens eine Blende des Detektionssystems in einem Bereich einer bildseitigen Brennebene der teilchenoptischen Linse angeordnet ist.
Teilchenstrahlmikroskop nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Detektionssystem einen Deflektor umfasst, welcher in einem Bereich einer Bildebene der teilchenoptischen Linse angeordnet ist.
Teilchenstrahlmikroskop mit einem einen Objektbereich durchsetzenden Strahlengang, insbesondere in Kombination mit dem Teilchenstrahlmikroskop gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Teilchenstrahlmikroskop umfasst: ein im Strahlengang vor dem Objektbereich angeordnetes Beleuchtungssystem, welches dazu konfiguriert ist, geladene Teilchen auf einen Ort des Objektbereichs derart zu richten, dass die Teilchen an dem Ort lediglich aus Raumrichtungen auftreffen, welche bezüglich einer Strahlrichtung einen Winkel aufweisen, der größer als ein vorbestimmter Innen-Konuswinkel ist; und eine im Strahlengang hinter dem Objektbereich angeordnete Blende mit einer Ringöffnung mit ein oder mehreren Ringsegmenten.
Teilchenstrahlmikroskop nach Anspruch 11, wobei die Ringöffnung der Blende so konfiguriert ist, dass eine erste Gruppe von Teilchen, die den Objektbereich geradlinig oder unter einem Streuwinkel durchsetzen, der kleiner als ein Streu-Grenzwinkel ist, die Ringöffnung durchsetzen, und eine zweite Gruppe von Teilchen, die den Objektbereich um einen Streuwinkel gestreut durchsetzen, der größer als der Streu-Grenzwinkel ist, auf die Blende treffen.
Teilchenstrahlmikroskop nach einem der Ansprüche 11 bis 12, ferner umfassend eine teilchenoptische Linse, in deren Objektebene der Objektbereich angeordnet ist.
Teilchenstrahlmikroskop nach Anspruch 8, wobei die Blende mit der Ringöffnung in einem Bereich einer bildseitigen Brennebene der teilchenoptischen Linse oder in einer hierzu konjugierten Ebene angeordnet ist.
Teilchenstrahlmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Innenkonuswinkel größer gleich 30 mrad, insbesondere größer gleich 60 mrad und insbesondere größer gleich 90 mrad ist.
Teilchenstrahlmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Beleuchtungssystem ferner so konfiguriert ist, dass der Winkel, unter dem die geladenen Teilchen relativ zu der Strahlrichtung auf den Ort des Objektbereichs treffen, kleiner ist als ein vorbestimmter Außen-Konuswinkel.
Teilchenstrahlmikroskop nach Anspruch 16, wobei ein Verhältnis aus dem Außen-Konus-Winkel und dem Innen-Konuswinkel kleiner gleich 1,1, insbesondere kleiner gleich 1,02, und insbesondere kleiner gleich 1,005 ist.
Teilchenstrahlmikroskop nach Anspruch 16 oder 17, wobei eine Differenz zwischen dem Außen-Konus-Winkel und dem Innen-Konuswinkel größer gleich 0,1 mrad, insbesondere größer gleich 0,5 mrad und insbesondere größer gleich 5,0 mrad ist.
Teilchenstrahlmikroskop nach Anspruch 16 oder 17, wobei eine Differenz zwischen dem Außen-Konus-Winkel und dem Innen-Konuswinkel kleiner gleich 20 mrad, insbesondere kleiner gleich 10 mrad und insbesondere kleiner gleich 5 mrad ist.
Teilchenstrahlmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei das Beleuchtungssystem wenigstens einen ersten Deflektor umfasst, um den Ort, an dem die Teilchen den Objektbereich treffen, quer zu einer optischen Achse des Teilchenstrahlmikroskops zu verlagern,
Teilchenstrahlmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei das Beleuchtungssystem wenigstens einen zweiten Deflektor umfasst, um die Strahlrichtung relativ zu einer Richtung einer optischen Achse des Teilchenstrahlmikroskops zu verändern.
Teilchenstrahlmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei das Beleuchtungssystem eine erste teilchenoptische Linse zum Fokussieren der Teilchen auf den Ort der Objektebene umfasst, wobei der Objektbereich in einer Bildebene der teilchenoptischen Linse angeordnet ist.
Teilchenstrahlmikroskop nach Anspruch 22, wobei das Beleuchtungssystem eine Blende umfasst, welche wenigstens eine mit Abstand von der optischen Achse angeordnete Öffnung, insbesondere eine Ringöffnung, aufweist und in einer Brennebene der teilchenoptische Linse oder einer hierzu konjugierten Ebene angeordnet ist.
Teilchenstrahlmikroskop nach Anspruch 16 oder 17, wobei das Beleuchtungssystem wenigstens einen dritten Deflektor umfasst, um einen Strahl geladener Teilchen aus einstellbaren Raumrichtungen auf den Ort der Objektebene zu richten.
Teilchenstrahlmikroskop nach Anspruch 24, wobei der dritte Deflektor in einer zu der Objektebene konjugierten Ebene des Strahlengangs angeordnet ist.
Teilchenstrahlmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 25, wobei der vorbestimmte Innenkonuswinkel und/oder der vorbestimmte Außen-Konus-Winkel variierbar ist und insbesondere um mehr als 0,1 mrad variierbar ist.
Teilchenstrahlmikroskop nach Anspruch 7, wobei der dritte Detektor eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung um eine Zentralachse verteilt angeordneten Detektorelementen umfasst.