DE102010026169B4

DE102010026169B4 - Partikelstrahlsystem

Info

Publication number: DE102010026169B4
Application number: DE201010026169
Authority: DE
Inventors: Dr. Zeidler Dirk; Thomas Kemen
Original assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2010-07-06
Filing date: 2010-07-06
Publication date: 2014-09-04
Anticipated expiration: 2030-07-07
Also published as: NL2012566C2; CZ307990B6; DE102010026169A1; CZ2011412A3; NL2014113A; NL2007053C2; NL2014113B1; US8598525B2; NL2012566A; NL2007053A; US20120199740A1

Abstract

Partikelstrahlsystem, umfassend: eine Partikelstrahlquelle (3) zur Erzeugung eines Partikelstrahls (11); eine Objektivlinse (39) zum Fokussieren des Partikelstrahls (11) in einer Objektebene (27), welche eine Brennweite und eine optische Achse (32) aufweist; eine Szintillatoranordnung (21), welche eine der Objektebene (27) zugewandte Elektronenempfangsfläche (29) aufweist, welche so positioniert ist, dass sie von der Objektebene (27) ausgehenden Elektronen exponiert ist, und welche eine Lichtaustrittsfläche (55) aufweist, wobei die Szintillatoranordnung (21) dazu konfiguriert ist, an der Lichtaustrittsfläche (55) durch auf die Elektronenempfangsfläche (29) auftreffende Elektronen verursachte Lichtstrahlen abzugeben; wobei wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: – ein in Richtung der optischen Achse (32) gemessener Abstand zwischen der Elektronenempfangsfläche (29) und der Lichtaustrittsfläche (55) ist größer als ein 0,4-faches der Brennweite der Objektivlinse (39); – eine Hauptebene (67) der Objektivlinse (39) ist zwischen der Elektronenempfangsfläche (29) und der Lichtaustrittsfläche (55) angeordnet; – eine maximale Querschnittsfläche eines bezüglich der optischen Achse (32) rotationssymmetrischen oder aus mehreren um die optische Achse (32) verteilt angeordneten Teilkörpern bestehenden Lichtleitkörpers (23) der Szintillatoranordnung (21) in einer senkrecht zu der optischen Achse (32) orientierten Ebene ist wenigstens zwei Mal größer als eine Oberfläche der Elektronenempfangsfläche (29) in Projektion auf diese Ebene; und – eine maximale Ausdehnung einer Querschnittsfläche eines Lichtleitkörpers (23) der Szintillatoranordnung (21) in einer senkrecht zu der optischen Achse (32) orientierten Ebene ist kleiner als ein entlang der optischen Achse (32) gemessener Abstand zwischen einem der Objektebene (27) am nächsten angeordneten Ort der Elektronenempfangsfläche (29) und der senkrecht zu der optischen Achse (32) orientierten Ebene.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Partikelstrahlsystem mit einem Szintillationsdetektor.
Herkömmliche Partikelstrahlsysteme, wie etwa Elektronenmikroskope, sind dazu konfiguriert, einen Partikelstrahl mit einer Objektivlinse auf ein zu untersuchendes Objekt zu fokussieren und von dem Objekt ausgehende Elektronen zu detektieren. Zur Detektion der Elektronen wird ein Elektronendetektor eingesetzt, welcher außerhalb einer Partikelstrahlsäule nahe dem Objekt oder welcher innerhalb der Partikelstrahlsäule angeordnet sein kann. Bei herkömmlichen Elektronenmikroskopen, bei welchen der Elektronendetektor innerhalb der Partikelstrahlsäule angeordnet ist, treten von dem untersuchten Objekt ausgehende Elektronen zunächst in die Objektivlinse ein, durchlaufen diese und treffen sodann auf den Elektronendetektor, welcher als Szintillationsdetektor ausgeführt sein kann.
Hierbei ist der Elektronendetektor vergleichsweise weit von dem Objekt entfernt angeordnet, und es wurde ein Problem darin gesehen, dass ein vergleichsweise geringer Teil der von dem Objekt ausgehenden Elektronen auf den Detektor trifft.
Andererseits ist es nicht einfach möglich, den Szintillationsdetektor des herkömmlichen Elektronenmikroskops näher an dem zu untersuchenden Objekt zu platzieren, da ebenfalls die Objektivlinse nahe an dem Objekt angeordnet sein soll und deshalb der Bauraum nahe dem Objekt begrenzt ist, so dass der herkömmliche Szintillationsdetektor nicht einfach in die Objektivlinse integrierbar ist und insbesondere Lichtsignale, die der Szintillationsdetektor erzeugt, nicht einfach aus der Objektivlinse herausgeführt werden können.
Dokument US 2006/0249674 A1 bezieht sich auf ein System zur Detektion von Sekundärelektronen und rückgestreuten Elektronen. Das System weist eine mikroporöse Platte auf, die als Elektronenvervielfacher dient und die zwischen einem unteren Szintillator und einem oberen Szintillator angeordnet ist. Ferner umfasst das System einen oberen Lichtleiter und einen unteren Lichtleiter. Der obere Szintillator ist oberhalb der mikroporösen Platte angeordnet und ist verbunden mit dem oberen Lichtleiter. Der untere Szintilator ist mit dem unteren Lichtleiter verbunden.
Dokument US 6,031,230 B1 bezieht sich auf ein Rasterelektonenmikroskop, das einen Detektor für rückgestreute Elektronen aufweist. Der Elektronendetektor ist unterhalb der Stirnseite des Objektivelinse angeordnet und weist einen Szintillator auf. Die Frontseite des Elektronendetektors weist eine geneigte Oberfläche auf, die annähernd die gleiche Neigung aufweist, wie eine geneigte Oberfläche der Objektivlinse.
Dokument US 6,211,525 B1 bezieht sich auf einen Detektor für Rasterelektronen-Mikroskope. Der Detektor weist eine Röhre mit einer reflektierenden inneren Oberfläche auf. Ein erstes Ende der Röhre ist an einem Elektronenrezeptor angeordnet, der eine Szintillatorschicht aufweist. An einem zweiten Ende der Röhre ist ein Lichtverstärker angeordnet.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Partikelstrahlsystem bereitzustellen, das eine platzsparend angeordnete Szintillatoranordnung aufweist.
Die Erfinder haben erkannt, dass es möglich ist, den herkömmlichen Szintillationsdetektor derart abzuwandeln, dass eine sich ergebende Szintillatoranordnung eine Elektronenempfangsfläche, welche vergleichsweise nahe an dem Objekt angeordnet ist, und eine Lichtaustrittsfläche aufweist, welche wesentlich weiter von dem Objekt angeordnet ist als die Elektronenempfangsfläche, so dass Komponenten, welche die von der Szintillatoranordnung erzeugten Lichtstrahlen verarbeiten, ebenfalls entfernt von dem Objekt angeordnet sein können und nicht in dem beschränkten Bauraum nahe des Objekts integriert werden müssen.
Hierzu kann die Szintillatoranordnung einen Lichtleitkörper, welcher durch Szintillation erzeugte Lichtstrahlen weg von dem Objekt führt, oder einen elektronenführenden Körper, wie beispielsweise eine Mikrokanalplatte, umfassen, welche Elektronen weg von dem Objekt führt und hierbei gegebenenfalls auch verstärkt.
Gemäß Ausführungsformen umfasst ein Partikelstrahlsystem eine Partikelstrahlquelle zur Erzeugung eines Partikelstrahls, eine Objektivlinse zum Fokussieren des Partikelstrahls in einer Objektebene und eine Szintillatoranordnung, welche eine der Objektebene zugewandte Elektronenempfangsfläche aufweist, welche so positioniert ist, dass sie für Elektronen exponiert ist, welche von der Objektebene ausgehen, und welche eine Lichtaustrittsfläche aufweist, wobei die Szintillatoranordnung dazu konfiguriert ist, an der Lichtaustrittsfläche durch auf die Elektronenempfangsfläche auftreffende Elektronen verursachte Lichtstrahlen auszugeben.
Die Partikel, die als Strahl auf die Objektebene gerichtet werden, können Elektronen oder Ionen und hierbei sowohl positiv geladene Ionen als auch negativ geladene Ionen sein. Die Partikelstrahlquelle kann somit eine Elektronenstrahlquelle oder eine Ionenstrahlquelle sein.
Die Objektivlinse, welche den Partikelstrahl in der Objektebene fokussiert, kann sowohl magnetische als auch elektrische Felder für die Fokussierung des Partikelstrahls einsetzen. Die Objektivlinse kann somit eine magnetische Objektivlinse umfassen, welche ein fokussierendes Magnetfeld erzeugt, sie kann eine elektrostatische Fokussierlinse umfassen, welche ein fokussierendes elektrisches Feld erzeugt, und sie kann eine Kombination aus einer magnetischen und einer elektrostatischen Fokussierlinse umfassen, welche sowohl ein fokussierendes Magnetfeld als auch ein fokussierendes elektrostatisches Feld erzeugt, wobei die fokussierenden magnetischen und elektrostatischen Felder sich auch räumlich überlappen können.
Die Szintillatoranordnung ist dazu konfiguriert, empfangene Elektronen in Lichtstrahlen umzuwandeln, wozu die Szintillatoranordnung ein geeignetes Szintillationsmaterial enthält. Das Szintillationsmaterial kann direkt an der Elektronenempfangsfläche der Szintillatoranordnung vorgesehen sein und dort z. B. als Schicht vorgesehen sein, deren Oberfläche die Elektronenempfangsfläche bereitstellt. Ebenso kann das Szintillationsmaterial als ein Materialvolumen bereitgestellt sein, in welches Elektronen, die die Elektronenempfangfläche durchsetzen, eindringen und die entsprechenden Lichtstrahlen dann innerhalb des Materialvolumens erzeugen. Hierbei ist das Szintillationsmaterial insbesondere für die erzeugten Lichtstrahlen transparent.
Gemäß weiterer Ausführungsformen ist zwischen der Elektronenempfangsfläche der Szintillatoranordnung und dem Szintillationsmaterial ein Elektronenleiter vorgesehen, welcher die auf die Elektronenempfangsfläche auftreffenden Elektronen hin zu dem Szintillationsmaterial leitet und hierbei gegebenenfalls verstärkt. Gemäß Ausführungsformen hierin umfasst der Elektronenleiter eine Mikrokanalplatte, welche eine Anordnung von kleinen Röhrchen umfasst, in welche die zu detektierenden Elektronen eindringen können und durch Auftreffen auf der Innenwand der Röhrchen eine Vervielfachung der Elektronen bewirken.
Gemäß Ausführungsformen umfasst die Szintillatoranordnung einen Lichtleitkörper, welcher zwischen dem Szintillationsmaterial und der Lichtaustrittsfläche der Szintillatoranordnung angeordnet ist. Hierbei kann insbesondere das Szintillationsmaterial näher an der Objektebene angeordnet sein als die Lichtaustrittsfläche der Szintillatoranordnung.
Gemäß Ausführungsformen des Partikelstrahlsystems ist die Szintillatoranordnung so konfiguriert, dass ihre Elektronenempfangsfläche wesentlich näher an der Objektebene angeordnet ist als die Lichtaustrittsfläche. Gemäß Ausführungsformen hierin kann ein maximaler Abstand zwischen der Elektronenempfangsfläche und der Lichtaustrittsfläche größer als 5 mm, insbesondere größer als 10 mm und insbesondere größer als 15 mm sein.
Gemäß weiterer Ausführungsformen des Partikelstrahlsystems ist ein in Richtung der optischen Achse gemessener Abstand zwischen einer Elektronenempfangsfläche der Szintillatoranordnung und einer Lichtaustrittsfläche der Szintillatoranordnung größer als ein 0,2-faches, insbesondere größer als ein 0,4-faches der Brennweite einer zur Fokussierung eines Partikelstrahls in einer Objektebene eingesetzten Objektivlinse.
Gemäß weiterer Ausführungsformen eines Partikelstrahlsystems ist eine Elektronenempfangsfläche einer Szintillatoranordnung näher an einer Objektebene angeordnet als eine Hauptebene einer zur Fokussierung eines Partikelstrahls in der Objektebene eingesetzten Objektivlinse, während eine Lichtaustrittsfläche der Szintillatoranordnung weiter entfernt von der Objektebene angeordnet ist als die Hauptebene der Objektivlinse.
Gemäß weiterer Ausführungsformen eines Partikelstrahlsystems ist eine maximale Querschnittsfläche eines Lichtleitkörpers einer Szintillatoranordnung in einer senkrecht zu einer optischen Achse einer zur Fokussierung eines Partikelstrahls eingesetzten Objektivlinse orientierten Ebene wenigstens zweimal größer als eine Oberfläche einer Elektronenempfangsfläche der Szintillatoranordnung in Projektion auf diese Ebene.
Gemäß weiterer Ausführungsformen eines Partikelstrahlsystems ist eine maximale Ausdehnung einer Querschnittsfläche eines Lichtleitkörpers einer Szintillatoranordnung in einer senkrecht zu einer optischen Achse einer zur Fokussierung eines Partikelstrahls eingesetzten Objektivlinse orientierten Ebene kleiner als ein entlang der optischen Achse gemessener Abstand zwischen einem der Objektebene am nächsten angeordneten Ort der Elektronenempfangsfläche und dieser Ebene.
Mit den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen ist es möglich, die Szintillatoranordnung derart mit einer Objektivlinse des Partikelstrahlsystems zu kombinieren, dass die Elektronenempfangsfläche der Szintillatoranordnung nahe der Objektebene angeordnet ist, wobei dann die Lichtaustrittsfläche vergleichsweise weit von der Objektebene angeordnet ist, so dass Komponenten, welche aus der Lichtaustrittsfläche der Szintillatoranordnung austretende Lichtstrahlen weiter verarbeiten, nicht nahe an der Objektebene angeordnet sein müssen und damit keinen großen Bauraum auf Kosten der Objektivlinse beanspruchen müssen.
Gemäß Ausführungsformen ist die Szintillatoranordnung innerhalb der Objektivlinse angeordnet. Gemäß Ausführungsformen hierin ist die Objektivlinse eine magnetische Objektivlinse, welche ein erstes Polstück und ein zweites Polstück umfasst, welche mit Abstand voneinander angeordnet sind, um einen Polspalt zu bilden, in welchem ein fokussierendes Magnetfeld erregbar ist. Insbesondere können die Polstücke und insbesondere deren innere, d. h. der optischen Achse der Objektivlinse zuweisende Enden bzw. deren untere, d. h. der Objektebene zuweisende Enden, kreissymmetrische Gestalt aufweisen. Komponenten der Szintillatoranordnung können so angeordnet sein, dass sie, gesehen entlang der optischen Achse, mit den inneren bzw. unteren Enden des ersten oder/und des zweiten Polstücks überlappen. Hierbei sind die Komponenten der Szintillatoranordnung vorteilhafter Weise aus Materialien gefertigt, welche von den aus den Polstücken austretenden Magnetfeldern durchsetzt werden können.
Gemäß weiterer Ausführungsformen ist die Objektivlinse eine elektrostatische Objektivlinse, wobei die Szintillatoranordnung Komponenten umfasst, welche zwischen Elektroden der elektrostatischen Objektivlinse angeordnet sind. Gemäß weiterer Ausführungsformen hierin stellen Komponenten der Szintillatoranordnung Elektroden der Objektivlinse bereit. Hierbei ist es möglich, dass die Elektronenempfangsfläche eine Elektrode der Objektivlinse bereitstellt, dass die Lichtaustrittsfläche eine Elektrode der Objektivlinse bereitstellt oder/und dass eine weitere Oberfläche der Szintillatoranordnung, welche von der Elektronenempfangsfläche und der Lichtaustrittsfläche verschieden ist, eine Elektrode der elektrostatischen Objektivlinse bereitstellt.
Gemäß Ausführungsformen ist die Elektronenempfangsfläche oder/und die Lichtaustrittsfläche mit einer elektrisch leitfähigen Schicht versehen. Dies kann vorteilhaft sein, um eine unbeabsichtigte Aufladung dieser Oberflächen während eines Betriebs des Partikelstrahlsystems zu vermeiden. Ferner ermöglicht es eine leitfähige Beschichtung dieser Oberflächen, diese als Elektroden einer elektrostatischen Objektivlinse einzusetzen. Die leitfähige Beschichtung der Elektronenempfangsfläche umfasst gemäß bestimmter Ausführungsformen eine metallische Beschichtung, welche insbesondere für die durch Szintillation erzeugten Lichtstrahlen nicht durchlässig sein muss. Die elektrisch leitfähige Beschichtung der Lichtaustrittsfläche der Szintillatoranordnung ist jedoch vorzugsweise für die durch Szintillation erzeugten Lichtstrahlen durchlässig. Gemäß Ausführungsbeispielen ist die elektrisch leitfähige und lichtdurchlässige Beschichtung der Lichtaustrittsfläche der Szintillatoranordnung aus Indiumzinnoxid (ITO) gefertigt.
Gemäß Ausführungsformen ist die Szintillatoranordnung Teil einer elektrostatischen Objektivlinse, indem eine Oberfläche der Szintillatoranordnung elektrisch leitfähig ausgebildet ist und dieser von einer Spannungsversorgung ein elektrisches Potenzial zugeführt wird, welches von einem elektrischen Potenzial verschieden ist, welches von der Spannungsversorgung einer mit Abstand von dieser Oberfläche der Szintillatoranordnung angeordneten weiteren Elektrode zugeführt wird.
Gemäß weiterer Ausführungsformen ist die Szintillatoranordnung Teil einer elektrostatischen Objektivlinse, indem sie zwei voneinander ausreichend isolierte elektrisch leitfähige Oberflächen umfasst, welchen von einer Spannungsversorgung unterschiedliche elektrische Potenziale zugeführt werden. Gemäß Ausführungsformen hierin sind die beiden elektrisch leitfähigen Oberflächen zwar ausreichend voneinander isoliert, so dass die Spannungsversorgung die beiden unterschiedlichen elektrischen Potenziale an den Oberflächen aufrecht erhalten kann, wobei jedoch zwischen den beiden elektrisch leitenden Oberflächen angeordnete Oberflächen eine ausreichende Oberflächenleitfähigkeit aufweisen, um eine unerwünschte elektrische Aufladung dieser Oberflächen während des Betriebs des Partikelstrahlsystems zu vermeiden.
Gemäß Ausführungsformen umfasst das Partikelstrahlsystem einen Lichtdetektor, welchem aus der Lichtaustrittsfläche der Szintillatoranordnung austretendes Licht zugeführt wird und welcher elektrische Signale in Abhängigkeit von dem ihm zugeführten Licht erzeugt. Diese elektrischen Signale können dann ausgewertet werden um beispielsweise ein elektronenmikroskopisches Bild eines in der Objektebene angeordneten Objekts zu erzeugen. Gemäß Ausführungsformen hierin ist zwischen der Lichtaustrittsfläche der Szintillatoranordnung und dem Lichtdetektor eine Übertragungsoptik angeordnet, welche das aus der Lichtaustrittsfläche austretende Licht hin zu dem Detektor führt. Gemäß beispielhafter Ausführungsformen umfasst die Übertragungsoptik wenigstens einen Spiegel, wie etwa einen konvexen Spiegel, einen konkaven Spiegel oder einen Spiegel mit planer Oberfläche.
Gemäß weiterer beispielhafter Ausführungsformen umfasst die Übertragungsoptik einen Lichtleiter, wie etwa einen Lichtleiter aus einem transparenten Material, in welchem Lichtstrahlen durch interne Reflexion an der Oberfläche des Lichtleiters reflektiert werden. Der Lichtleiter kann einen lichtleitenden Stab oder ein oder mehrere oder eine Vielzahl von Glasfasern umfassen.
Ausführungsformen eines Partikelstrahlsystems werden nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Hierbei zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Partikelstrahlsystems,
2 eine schematische Darstellung eines Teils eines Partikelstrahlsystems gemäß einer zweiten Ausführungsform,
3 eine schematische Darstellung eines Teils eines Partikelstrahlsystems gemäß einer dritten Ausführungsform,
4 eine schematische Darstellung eines Teils eines Partikelstrahlsystems gemäß einer vierten Ausführungsform, und
5 eine schematische Darstellung eines Teils eines Partikelstrahlsystems gemäß einer fünften Ausführungsform.
1 zeigt eine stark schematisierte Darstellung eines Partikelstrahlsystems 1, welches eine Partikelstrahlquelle 3 umfasst. Die Partikelstrahlquelle 3 ist in dem dargestellten Beispiel eine Elektronenstrahlquelle mit einer Kathode 5, welche über Anschlüsse 6 von einer Steuerung 7 kontrolliert wird, welche der Kathode 5 über die Anschlüsse 6 beispielsweise einen Heizstrom zuführt und diese auf ein gewünschtes elektrisches Potenzial legt. Eine Extraktorelektrode 9, deren Potenzial über einen Anschluss 10 von der Steuerung 7 kontrolliert wird, extrahiert aus der Kathode 5 einen Partikelstrahl 11, welcher in dem dargestellten Beispiel ein Elektronenstrahl ist. Obwohl die Partikelstrahlquelle 3 in dem dargestellten Beispiel eine Elektronenstrahlquelle ist, ist die vorliegende Offenbarung nicht hierauf beschränkt, und es ist auch vorgesehen, dass die Partikelstrahlquelle eine Ionenstrahlquelle ist, um einen Ionenstrahl zu erzeugen, mit welchem das Partikelstrahlsystem 1 betrieben wird.
Der Partikelstrahl 11 wird zwischen der Elektrode 9 und einer Eintrittselektrode 13 eines Strahlrohrs 15 beschleunigt und tritt mit hoher kinetischer Energie in das Strahlrohr 15 ein. Hierzu wird ein elektrisches Potenzial des Strahlrohrs 15 über einen Anschluss 16 von der Steuerung 7 kontrolliert. Beispielhafte Werte für die kinetische Energie von Elektronen des Partikelstrahls 11 in dem Strahlrohr liegen zwischen 8 und 30 keV.
Ein unteres Ende 17 des Strahlrohrs 15 kontaktiert eine Szintillatoranordnung 21, welche einen Lichtleitkörper 23 umfasst, der ein Durchgangsloch 25 aufweist, um den Partikelstrahl 11 durch die Szintillatoranordnung 21 hindurch treten zu lassen, so dass er schließlich auf eine Objektebene 27 trifft, in welcher ein Objekt angeordnet werden kann, welches mit dem Partikelstrahlsystem 1 zu untersuchen ist.
Die Innenoberfläche des Durchgangslochs 25 ist mit einer elektrisch leitfähigen Schicht versehen, so dass die Innenoberfläche des Durchgangslochs 25 auf Grund der Kontaktierung mit dem Strahlrohr 15 auf dem gleichen elektrischen Potenzial liegt wie das Strahlrohr 15. Der Teilchenstrahl 11 durchsetzt deshalb das Durchgangsloch 25 der Szintillatoranordnung 21 mit einer gegenüber dem Inneren des Strahlrohrs 15 unveränderten kinetischen Energie.
Eine der Objektebene 27 zugewandte Oberfläche 29 der Szintillatoranordnung 21 ist mit einer Schicht 31 aus Szintillationsmaterial versehen. Die Schicht aus Szintillationsmaterial kann selbst elektrisch leitfähig sein, oder sie ist selbst nicht elektrisch leitfähig und mit einer elektrisch leitfähigen Schicht versehen. Ein Beispiel hierfür ist eine Schicht aus dem Szintillatormaterial P47, welche selbst nicht elektrisch leitfähig ist und auf welche eine dünne elektrisch leitfähige Schicht aus Aluminium aufgebracht ist, die von den auftreffenden Elektronen durchsetzt wird und zudem in dem Szintillatormaterial erzeugtes Licht reflektiert. Szintillatormaterial P47 ist von verschiedenen Vertreibern erhältlich, beispielsweise von Agar Scientific Ltd., Stansted, England und von Energy Beam Sciences, East Granby, Connecticut, U.S.A.
Die Schicht 31 kontaktiert die elektrisch leitfähige Schicht an der Innenwand des Durchgangslochs 25, so dass die Oberfläche 29 auf dem gleichen elektrischen Potenzial liegt wie das Strahlrohr 15 und die Schicht 31 als eine Endelektrode des durch die Szintillatoranordnung 21 hin zu der Objektebene 27 verlängerten Strahlrohrs 15 bildet.
Die Endelektrode 31 weist, gesehen in Projektion entlang einer Hauptachse 32 des Partikelstrahlsystems 1 einen kreisringförmigen Querschnitt auf. Zwischen der der Objektebene 27 zuweisenden Oberfläche 29 der Szintillatoranordnung 21 und der Objektebene 27 ist eine kreisringförmige Elektrode 33 angeordnet, deren elektrisches Potenzial über einen Anschluss 34 ebenfalls von der Steuerung 7 kontrolliert wird. Die Steuerung 7 führt der Elektrode 33 ein Potenzial zu, welches gleich einem Potenzial ist, welches auch einem in der Objektebene 27 angeordneten zu untersuchenden Objekt 35 zugeführt wird oder welches zwischen dem dem Objekt 35 zugeführten Potenzial und dem Potenzial des Strahlrohrs 15 liegt. Die Partikel des aus der Szintillatoranordnung 21 austretenden Partikelstrahls werden zwischen der die Endelektrode des Strahlrohrs 15 bereitstellenden Schicht 31 und der Elektrode 33 aufgrund eines zwischen der Elektrode 33 und der Schicht 31 gebildeten elektrostatischen Feldes sowohl verzögert als auch fokussiert, um in der Objektebene 27 einen Fokus des Partikelstrahls 11 zu bilden. Die Auftreffenergie der Partikel des Strahls 11 an dem Objekt 35 ist durch die Differenz der elektrischen Potentiale bestimmt, die an die Kathode 5 und an das Objekt 35 angelegt werden.
Die als Endelektrode wirkende Schicht 31 und die Elektrode 33 wirken zusammen als elektrostatische Fokussierlinse und bilden einen Teil einer Objektivlinse 39 des Partikelstrahlsystems. Die Objektivlinse 39 umfasst ferner noch eine magnetische Fokussierlinse 41, welche ein erstes, der Objektebene 27 nahes Polstück 42 und ein zweites Polstück 43 umfasst, welches mit größerem Abstand von der Objektebene 27 angeordnet ist als das erste Polstück 42. Zwischen einem inneren unteren Ende des ersten Polstücks 42 und einem inneren unteren Ende des zweiten Polstücks 43 ist ein Spalt gebildet, in welchem ein dem Partikelstrahl 11 fokussierendes magnetisches Feld erzeugt wird, welches durch stromdurchflossene Windungen einer Spule 45 erzeugt wird, welche zwischen den ersten und den zweiten Polstücken 42, 43 angeordnet ist.
Die Objektivlinse 41 des in 1 dargestellten Beispiels umfasst somit eine magnetische Objektivlinse und eine elektrostatische Objektivlinse. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf eine derartige Kombination aus magnetischen und elektrostatischen Objektivlinsen beschränkt. Vielmehr sind auch Objektivlinsen vorgesehen, welche lediglich eine magnetische Objektivlinse oder lediglich eine elektrostatische Objektivlinse aufweisen. Die Objektivlinse 41 hat die Aufgabe, den Partikelstrahl 11 zu fokussieren, und zwar derart, dass in der Objektebene 27 ein Strahlfokus gebildet ist, d. h. dass dort ein Querschnitt des Strahls besonders klein ist.
Entlang des Strahlengangs des Partikelstrahls 11 zwischen der Partikelstrahlquelle 3 und der Objektebene 27 ist eine Ablenkeinrichtung 47 vorgesehen, welche über Anschlüsse 48 von der Steuerung 7 kontrolliert wird, um den Partikelstrahl 11 abzulenken, so dass unter der Kontrolle der Steuerung 7 ein Auftreffort 49 des Partikelstrahls 11 in der Objektebene 27 verlagert werden kann und insbesondere der Strahlfokus über einen Bereich der Objektebene 27 gescannt werden kann.
Durch das Auftreffen des Partikelstrahls 11 an dem Auftreffort 49 auf dem zu untersuchenden Objekt 35 werden Ereignisse erzeugt, welche dazu führen, dass Elektronen aus dem Objekt 35 austreten. Diese Elektronen werden als Sekundärelektronen oder Rückstreuelektronen bezeichnet, wenn der Partikelstrahl 11 ein Elektronenstrahl ist.
Eine exemplarische Trajektorie eines derartigen, aus dem Objekt 35 hervorgehenden Elektrons ist in 1 mit dem Bezugszeichen 51 versehen. Das entlang dieser Trajektorie 51 fliegende Elektron trifft auf die Schicht 31 aus Szintillatormaterial und erzeugt dort ein oder mehrere Lichtstrahlen, wobei wiederum ein solcher Lichtstrahl exemplarisch durch eine Trajektorie 53 in 1 dargestellt ist. Dieser Lichtstrahl wird in dem Lichtleitkörper 23 der Szintillatoranordnung 21 mehrmals reflektiert und tritt über eine Lichtaustrittsfläche 55 der Szintillatoranordnung 21 aus dem Lichtleitköper 23 aus und in einen Lichtleiter 57 ein, welcher das Licht zu einem Fotodetektor 59 führt, welcher das eintreffende Licht detektiert und ein dem eintreffenden Licht korrespondierendes elektrisches Detektionssignal erzeugt, welches über einen Anschluss 60 an die Steuerung 7 ausgegeben wird.
Die Szintillatoranordnung 21 ist somit dazu konfiguriert, an der Oberfläche 29 Elektronen, die von der Objektebene 27 bzw. dem dort angeordneten Objekt 35 ausgehen, in Empfang zu nehmen und an der Lichtaustrittsfläche 55 Lichtstrahlen abzugeben, welche durch einen Szintillationsvorgang erzeugt werden, der auf Elektronen zurückgeht, die an der Elektronenempfangsfläche 29 empfangen wurden. Zusammen mit dem Fotodetektor 59, welcher die erzeugten Lichtstrahlen in elektrische Signale umwandelt, bildet die Szintillatoranordnung 21 einen Szintillationsdetektor der Partikelstrahlsäule 1.
Der Lichtleitköper 23 hat in der Darstellung der 1 eine bezüglich der Achse 32 rotationssymmetrische Gestalt und ist integral aus einem einzigen Körper gebildet. Es ist jedoch auch möglich, den Lichtleitkörper aus mehreren Teilkörpern aufzubauen, welche um die Hauptachse 32 herum verteilt angeordnet sind oder auf eine andere Weise konfiguriert sind.
Es können ein, zwei oder mehrere Fotodetektoren 59 vorgesehen sein, welche über Lichtleiter an die Lichtaustrittsfläche 55 angeschlossen sind. Insbesondere können mehrere Lichtleiter 57 bzw. Fotodetektoren 59 vorgesehen sein, um an mehreren, um die Achse 32 verteilt angeordneten Orten aus der Lichtaustrittsfläche 55 bzw. Teilflächen derselben austretendes Licht zu empfangen und in elektrische Signale umzuwandeln.
Hierbei kann es auch vorgesehen sein, dass die Lichtaustrittsfläche 55 oder Teilflächen derselben mit einer elektrisch leitfähigen und lichtdurchlässigen Schicht versehen sind, so dass die Lichtaustrittsfläche 55 auf einem vorbestimmten elektrostatischen Potenzial liegt. Diese elektrisch leitfähige und lichtdurchlässige Schicht kann beispielsweise aus Indiumzinnoxid (ITO) gebildet sein.
Ein entlang der optischen Achse 32 der Objektivlinse 41 gemessener Abstand zwischen der Elektronenempfangsfläche 29 und der Lichtaustrittsfläche 55 der Szintillatoranordnung 21 ist größer als eine Brennweite der Objektivlinse 41. Diese ist auch aus der schematischen Darstellung der 1 ersichtlicht, da die Brennweite der aus der elektrostatischen Objektivlinse und der magnetischen Objektivlinse zusammengesetzten Objektivlinse kleiner ist als die Brennweite der magnetischen Objektivlinse, welche wiederum kleiner ist als ein Abstand zwischen dem inneren unteren Ende des zweiten Polstücks 43 und der Objektebene 27.
Ferner ist eine in 1 mit dem Bezugszeichen 67 versehene Hauptebene der Objektivlinse 41 weiter entfernt von der Objektebene 27 angeordnet als die Lichteintrittsfläche 29 der Szintillatoranordnung 21, während die Lichtaustrittsfläche 55 der Szintillatoranordnung 21 weiter entfernt von der Objektebene 27 angeordnet ist als die Hauptebene 67.
Der in dem Beispiel der 1 dargestellte Lichtleitkörper 23 weist eine konische Gestalt, deren Querschnittsfläche sich mit zunehmender Entfernung von der Objektebene 27 vergrößert und insbesondere in einem Bereich der Lichtaustrittsfläche 55 mehr als doppelt so groß ist als in einem Bereich an der Elektronenempfangsfläche 29.
Eine senkrecht zu der Hauptachse 32 gemessene maximale Ausdehnung des Lichtleitkörpers, d. h. der maximale Durchmesser des konischen Lichtleitkörpers 23 des hier beschriebenen Beispiels, ist kleiner als der Abstand zwischen einem der Objektebene 27 am nächsten angeordneten Ort der Elektronenempfangsfläche 29 und der Ebene, in der die maximale Ausdehnung des Lichtleitkörpers gemessen wird. In der Darstellung der 1 bedeutet dies, dass eine Höhe des Lichtleitkörpers 23 größer ist als seine Breite.
Das beschriebene Partikelstrahlsystem umfast somit eine Szintillatoranordnung mit einer relativ nahe an der Objektebene 27 der Objektivlinse 41 angeordneten Elektronenempfangsfläche 29 und einer im Vergleich zu dieser relativ weit von der Objektebene 27 entfernt angeordneten Lichtaustrittsfläche 55. Hierdurch ist es möglich, die Szintillatoranordnung in die Objektivlinse 41 zu integrieren, ohne dass die Szintillatoranordnung allzu viel Baumraum innerhalb der Objektivlinse in Anspruch nimmt und dennoch die in der Szintillatoranordnung erzeugten Lichtstrahlen wirksam an nachfolgende Komponenten, wie etwa die Lichtdetektoren 59, weitergeleitet werden können.
Nachfolgend werden weitere Ausführungsformen eines Partikelstrahlsystems beschrieben. Hierin werden Komponenten, die den Komponenten des anhand der 1 erläuterten Partikelstrahlsystems hinsichtlich ihres Aufbaus oder ihrer Funktion entsprechen, mit den gleichen Bezugsziffern versehen, denen zur Unterscheidung jedoch ein zusätzlicher Buchstabe hinzugefügt ist. Es wird hierin immer auf die gesamte vorangegangene Beschreibung der einander entsprechenden Komponenten Bezug genommen.
2 zeigt ein Partikelstrahlsystem 1a mit einer Partikelstrahlquelle 3a zur Erzeugung eines Partikelstrahls 11a, der ein Strahlrohr 15a durchläuft und anschließend durch eine Objektivlinse 41a in einer Objektebene 27a fokussiert wird. Hierzu umfasst die Objektivlinse 41a eine magnetische Objektivlinse, welche ein der Objektebene 27a nahes Polstück 42a und ein von der Objektebene 27a entferntes Polstück 43a aufweist, wobei durch eine Spule (in 2 nicht dargestellt) ein den Elektronenstrahl 11a fokussierendes magnetisches Feld zwischen den Polstücken 42a und 43a erzeugt wird. In einer Bohrung des Polstücks 43a ist eine Szintillatoranordnung 21a angeordnet, welche eine der Objektebene 27a nahe und dieser zugewandte Elektronenempfangsfläche 29a aufweist, welche durch eine Schicht 31a aus einem Szintillationsmaterial gebildet ist. Von der Objektebene 27a bzw. einem dort angeordneten zu untersuchenden Objekt ausgehende Elektronen können auf die Elektronenempfangsfläche 29a treffen und in der Schicht 31a Szintillationsereignisse auslösen. Zwei exemplarische Trajektorien von hierbei erzeugten Lichtstrahlen sind in 2 mit den Bezugszeichen 53a versehen. Die Lichtstrahlen können durch ein- oder mehrfache interne Reflexion in einen zylindrischen Lichtleitkörper 23a der Szintillatoranordnung 21a hin zu einer oberen Lichtaustrittsfläche 55a der Szintillatoranordnung 21a geleitet werden und dort aus der Szintillatoranordnung 21a austreten. Es ist jedoch auch möglich, dass Lichtstrahlen aus Oberflächen des Lichtleitkörpers 23a austreten, welche von der in 2 gezeigten oberen Lichtaustrittsfläche 55a verschieden sind. Für einen der beiden dargestellten exemplarischen Lichtstrahlen 53a ist dies in 2 gezeigt, da dieser aus einer Mantelfläche einer Durchgangsbohrung 25a des Lichtleitköpers 23 austritt, welche von dem Partikelstrahl 11a auf seinem Weg hin zu der Objektebene 27a durchsetzt wird. Sowohl die obere Lichtaustrittsfläche 55a und die ebenfalls als Lichtaustrittsfläche der Szintillatoranordnung 21a wirkende Oberfläche der Durchgangsbohrung 25a sind mit einer elektrisch leitfähigen und lichtdurchlässigen Beschichtung, wie beispielsweise ITO, beschichtet, um eine unbeabsichtigte elektrische Aufladung dieser Flächen während des Betriebs des Partikelstrahlsystems 1a zu vermeiden.
Im Unterschied zu dem anhand der 1 erläuterten Beispiel eines Partikelstrahlsystems sind in dem anhand der 2 erläuterten Partikelstrahlsystem 1a keine Lichtleiter vorgesehen, welche direkt an die Lichtaustrittsflächen der Szintillatoranordnung 21a anschließen, um aus diesen Austrittsflächen austretendes Licht einem Fotodetektor zuzuleiten. Vielmehr ist bei dem Partikelstrahlsystem 1a ein Spiegelsystem 71 vorgesehen, um aus den Lichtaustrittsflächen 55a, 25a der Szintillatoranordnung 21a austretende Lichtstrahlen einem Fotodetektor 59a zuzuführen. Das Spiegelsystem 71 umfasst eine konvexe Spiegelfläche 73 mit einem zentralen Durchgangsloch 74 für den Partikelstrahl 11a, eine konkave Spiegelfläche 75 mit ebenfalls einem zentralen Durchgangsloch 76 für den Durchtritt des Partikelstrahls 11a und den Durchtritt von Lichtstrahlen, die aus den Lichtaustrittsflächen 55a, 25a austreten, und eine plane Spiegelfläche 77 mit einem Durchgangsloch 78 für den Partikelstrahl 11a. Die konvexe Spiegelfläche 73 und die konkave Spiegelfläche 75 sind nach Art eine Cassegrain-Spiegelsystems konfiguriert, so dass aus den Lichtaustrittsflächen 55a, 25a der Szintillatoranordnung austretende Lichtstrahlen zunächst auf die konvexe Spiegelfläche 73 treffen und von dieser hin zu der konkaven Spiegelfläche 75 reflektiert werden. An der konkaven Spiegelfläche 75 werden die Lichtstrahlen in Richtung hin zu der planen Spiegelfläche 77 reflektiert, welche diese Lichtstrahlen dann durch Reflexion auf den Fotodetektor 59a richtet.
Die Elektronenempfangsfläche 29a der Szintillatoranordnung 21a ist wesentlich näher an der Objektebene 27a angeordnet als die am weitesten von dieser entfernt angeordneten Lichtaustrittsfläche 55a. Insbesondere ist auch hier, ähnlich wie bei der anhand der 1 zuvor beschriebenen Ausführungsform, ein entlang einer optischen Achse 32a der Objektivlinse 41a gemessener Abstand zwischen der Elektronenempfangsfläche 29a und der Lichtaustrittsfläche 55a größer als ein 0,2-faches, insbesondere größer als ein 0,4-faches, der Brennweite der Objektivlinse 41a. Auch ist eine Hauptebene 67a der Objektivlinse 41a zwischen der Elektronenempfangsfläche 29a und der von der Objektebene 27a entfernten Lichtaustrittsfläche 55a der Szintillatoranordnung angeordnet.
Mit dieser Konfiguration der Szintillatoranordnung 21a ist es wiederum möglich, die Elektronenempfangsfläche der Szintillatoranordnung nahe an der Objektebene 27a der Objektivlinse 41a anzuordnen, ohne übermäßig viel Bauraum in der Objektlinse 41a zu beanspruchen und gleichwohl die durch die Szintillatoranordnung erzeugten Lichtstrahlen wirksam dem Fotodetektor 59a zuzuleiten.
3 zeigt einen Teil eines Partikelstrahlsystems 1b in einer teilweisen aufgeschnittenen perspektivischen Darstellung. Ein von einer Partikelstrahlquelle 3b divergent ausgehender Partikelstrahl 11b wird durch eine Objektivlinse 41b in einer Objektebene 27b fokussiert. Die Objektivlinse 41b ist durch zwei zu der Objektebene 27b parallele und mit Abstand zueinander angeordnete Elektroden 81 und 83 gebildet, welche jeweils ein kreisrundes Durchgangsloch 82 für den Durchtritt des Partikelstrahls 11b aufweisen. Die Elektroden 81 und 83 sind über Anschlüsse 84 und 85 an eine Steuerung 7b angeschlossen, welche den Elektroden 81, 83 unterschiedliche elektrische Potenziale zuführt, so dass ein zwischen den Elektroden 81 und 83 entstehendes elektrostatisches Feld die erforderliche fokussierende Wirkung auf den Partikelstrahl 11b ausübt.
Die beiden Elektroden 81 und 83 der Objektivlinse 41b sind gleichzeitig Komponenten einer Szintillatoranordnung 21b, für welche die näher an der Objektebene 27b angeordnete Elektrode 83 der Objektivlinse 41b eine Elektronenempfangsfläche 29b bereitstellt und für welche die weiter von der Objektebene 27b entfernt angeordnete Elektrode 81 der Objektivlinse 41b eine Lichtaustrittsfläche 55b bereitstellt. Die Szintillatoranordnung 21b umfasst ferner einen zwischen der Elektronenempfangsfläche 29b und der Lichtaustrittsfläche 55b angeordneten Körper 87 aus einem Szintillationsmaterial, beispielsweise einem Plastikszintillator, wie er beispielsweise unter der Produktbezeichnung BC-400 von der Firma Saint-Gobain Crystals, Hiram, OH, USA bezogen werden kann. Der Körper 87 weist ebenfalls ein Durchgangsloch 82 für den Durchtritt des Partikelstrahls 11b auf, welches mit den Durchgangslöchern 82 in den Elektroden 81 und 83 fluchtet. Das Durchgangsloch 82 des Körpers 87 aus Szintillationsmaterial ist an seiner Innenoberfläche mit einer elektrisch leitfähigen Widerstandsschicht versehen, welche so konfiguriert ist, dass ihr elektrischer Widerstand so groß ist, dass zwischen den Elektroden 81 und 83 kein Kurzschluss entsteht und die Steuerung 7b die für die Fokussierung des Partikelstrahls 11b erforderliche elektrische Potenzialdifferenz zwischen den Elektroden 81 und 83 aufrecht erhalten kann, und welche ferner so konfiguriert ist, dass deren Leitfähigkeit andererseits ausreichend groß ist, um eine unerwünschte elektrostatische Aufladung der Innenwand der Durchgangsbohrung 82 während des Betriebs des Partikelstrahlsystems 1b zu vermeiden.
Eine exemplarische Trajektorie eines von der Objektebene 27b ausgehenden Elektrons ist in 3 mit dem Bezugszeichen 51b versehen. Dieses Elektron durchsetzt die Elektronenempfangsfläche 29b bzw. die Elektrode 83 und dringt in den Körper 87 aus Szintillationsmaterial ein. In dem Szintillationskörper 87 erzeugt das eindringende Elektron mehrere Lichtstrahlen, welche in 3 mit dem Bezugszeichen 53b versehen sind. Diese exemplarisch dargestellten Lichtstrahlen entfernen sich von der Objektebene 27b und durchsetzen die Lichtaustrittsfläche 55b der Szintillatoranordnung 21b bzw. die Elektrode 81 der Objektivlinse 41b und können sodann durch einen in 3 nicht dargestellten Fotodetektor detektiert werden. Hierbei können zwischen der Lichtaustrittsfläche 55b der Szintillatoranordnung 21b und dem Fotodetektor auch Optiken, wie etwa Lichtleiter oder Spiegelsysteme oder Linsensysteme oder Kombinationen hiervon vorgesehen sein.
Die Elektrode 83, welche die Elektronenempfangsfläche 29b bereitstellt, kann aus einem Metall gebildet sein, welches an dem Körper 87 aus Szintillationsmaterial abgeschieden sein kann.
Die Elektrode 81 der Objektivlinse 41b, welche die Lichtaustrittsfläche 55b der Szintillatoranordnung 21b bereitstellt, ist aus einem elektrisch leitfähigen und für Licht transparenten Material, wie beispielsweise Indium-Zinn-Oxid, gefertigt.
Bei dem anhand der 3 erläuterten Beispiel des Partikelstrahlsystems 1b ist, ähnlich wie bei den vorangehend anhand der 1 und 2 erläuterten Beispielen, die Elektronenempfangsfläche 29b der Szintillatoranordnung 21b wesentlich näher an der Objektebene 27b des Partikelstrahlsystems 1b angeordnet als die Lichtaustrittsfläche 55b der Szintillatoranordnung 21b. Insbesondere ist eine Hauptebene der Objektivlinse zwischen den beiden Elektroden 81 und 83 und damit auch zwischen der Elektronenempfangsfläche 29b und der Lichtaustrittsfläche 55b angeordnet.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Partikelstrahlsystems 1c, welches einen ähnlichen Aufbau aufweist wie das anhand 3 erläuterte Partikelstrahlsystem. Auch bei dem Partikelstrahlsystem 1c ist eine elektrostatische Objektivlinse 41c durch zwei Elektroden 81c und 83c gebildet, welche außerdem eine Lichtaustrittsfläche 55c bzw. eine Elektronenempfangsfläche 29c einer Szintillatoranordnung 21c bereitstellen. Im Unterschied zu dem anhand der 3 erläuterten Partikelstrahlsystem ist allerdings bei dem Partikelstrahlsystem der 4 ein Raum zwischen den Elektroden 81c und 83c nicht vollständig mit einem Körper 87c aus Szintillatormaterial gefüllt. Vielmehr nimmt ein Körper 87c aus Szintillationsmaterial lediglich einen Teil des Raums zwischen den Elektroden 81c und 83c ein, indem zwischen der Elektrode 81c und dem Körper 87c aus Szintillatormaterial ein Körper 89 aus einem transparenten Material eingefügt ist, welches selbst keine Szintillationseigenschaften bereitstellt. Eine Grenzfläche 91 zwischen dem Körper 89 aus transparentem Material und dem Körper 87c aus Szintillationsmaterial weist eine gekrümmte Gestalt auf, so dass aufgrund von unterschiedlichen Brechungsindizes der Materialien der Körper 87c und 89 Lichtstrahlen 53c, welche durch Szintillation in dem Körper 87c erzeugt werden und in verschiedene Richtungen gerichtet sind, durch Lichtbrechung an der Grenzfläche 91 etwas kollimiert werden und weniger divergent aus der Lichtaustrittsfläche 55c austreten.
Eine weitere Ausführungsform eines Partikelstrahlsystems 1d, welches einen ähnlichen Aufbau aufweist, wie die zuvor anhand der 1 bis 4 erläuterten Beispielen, ist in 5 schematisch dargestellt. Das Partikelstrahlsystem 1d umfasst eine Szintillatoranordnung 21d mit einer Elektronenempfangsfläche 29d, eine Lichtaustrittsfläche 55d und ein Szintillationsmaterial, welches zwischen der Elektronenempfangsfläche 29d und der Lichtaustrittsfläche 55d angeordnet ist. In dem dargestellten Beispiel ist das Szintillationsmaterial als eine dünne Schicht 93 ausgebildet, welche an einem Lichtleitkörper 87d getragen ist, der ebenfalls eine Elektrode 81d trägt, welche die Lichtaustrittsfläche 55d bereitstellt. Im Unterschied zu den vorangehend erläuterten Beispielen umfasst die Szintillatoranordnung 21d des Partikelstrahlsystems 1d einen Elektronenleiter 95, welcher zwischen der Elektronenempfangsfläche 29d und dem Szintillatormaterial 93 angeordnet ist. Der Elektronenleiter 95 ist als eine Mikrokanalplatte ausgeführt, welche eine Vielzahl von kleinen Röhrchen 97 (von welchen eines in der 5 exemplarisch aufgeschnitten dargestellt ist) aufweist, in welche Elektronen 51d durch die Elektronenempfangsfläche 29d eindringen können, und beim Auftreffen auf eine Innenwand der Röhrchen 97 vervielfacht werden. Hierzu umfasst die Mikrokanalplatte eine Elektrode 83d auf der Seite der Elektronenempfangsfläche 29d und eine Elektrode 99 auf der der Elektrode 83d gegenüber liegenden Seite der Platte. Die Elektroden 83d und 99 sind über Anschlüsse 85d und 101 an eine Steuerung 7c angeschlossen, welche den Elektroden 83d und 99 elektrische Potenziale zuführt, um eine ausreichende Potenzialdifferenz zwischen den Elektroden 83d und 99 bereitzustellen, damit eine Vervielfachung der in die Röhrchen 97 eintretenden Elektronen erfolgt. Die aus der Elektrode 99 des Elektronenleiters 95 austretenden und in dem hier beschriebenen Beispiel auch vervielfachten Elektronen werden hin zu dem Szintillationsmaterial beschleunigt. Hier ist die Schicht aus Szintillationsmaterial 93 als eine Elektrode ausgebildet, welcher über einen Anschluss 103 von der Steuerung 7c ein elektrisches Potenzial derart zugeführt wird, dass die Beschleunigung der aus dem Elektronenleiter 95 austretenden Elektronen hin zu dem Szintillationsmaterial erfolgt. In dem Szintillationsmaterial 93 werden durch die auftreffenden Elektronen Szintillationsereignisse ausgelöst, welche Lichtstrahlen 53d erzeugen, die aus der Lichtaustrittsfläche 55d austreten und durch einen nachfolgenden Detektor (in 5 nicht dargestellt) detektiert werden können.
Die Elektroden 81d, 93, 99 und 83d bilden ferner zusammen eine elektrostatische Objektivlinse 41d, weshalb die durch die Steuerung 7c über die Anschlüsse 84d, 103, 101 und 85d bereitgestellten und den Elektroden zugeführten elektrischen Potenziale auch so eingestellt sind, dass nicht nur die Potenzialdifferenz zwischen den Elektroden 99 und 83d für die Elektronenvervielfachung in dem Elektronenleiter 95 erfolgt sondern auch eine Fokussierung eines Partikelstrahls 11d in einer Objektebene 27d erfolgt.
Ähnlich wie bei den anhand der 3 und 4 erläuterten Beispielen ist auch bei dem Partikelstrahlsystem 1d die Elektronenempfangsfläche 29d der Szintillatoranordnung 21d näher an der Objektebene 27d angeordnet als eine Hauptebene der Objektivlinse 41d, während die Lichtaustrittsfläche 55d der Szintillatoranordnung 21d weiter von der Objektebene 27d entfernt angeordnet ist als die Hauptebene der Objektivlinse 41d.
Die anhand der 1 bis 5 erläuterten Partikelstrahlsysteme sind in einer Vielzahl von Anwendungen einsetzbar. Eine mögliche Anwendung liegt in Partikelstrahlsystemen, welche als sogenannte ”Variable Pressure” Systeme oder ”Extended Pressure” Systeme bezeichnet werden. Derartige Partikelstrahlsysteme sind dafür ausgelegt, dass sie bei Drücken in der Probenkammer bzw. im Bereich der Probe betrieben werden, die größer als 1 Pa sind, insbesondere bei Drücken, die in einem Bereich zwischen 1 Pa und 300 Pa liegen. Bei derartigen Systemen sind für die Aufrechterhaltung eines hinreichend guten Vakuums innerhalb der Partikelstrahlsäule und insbesondere in einem Bereich der Partikelstrahlquelle eine oder mehrere differenziell gepumpte Drucktufenblenden innerhalb der Objektivlinse angeordnet. Durch solche Drucktufenblenden wird erreicht, dass das Vakuum auf der der Partikelstrahlquelle zugewandten Seite einer jeden Druckstufenblende deutlich besser ist als auf der dem Objekt zugewandten Seite der jeweiligen Druckstufenblende. Bei derartigen Systemen kann nur ein relativ kleiner Anteil der von dem Objekt ausgehenden Elektronen diese Druckstufenblenden hin zu einem hinter der Druckstufenblende angeordneten Detektor passieren und entsprechend schwach ist das Detektionssignal eines derart angeordneten Detektors. Bei solchen Systemen ist es von Vorteil, wenn die Elektronenempfangsfläche der Szintillatoranordnung näher an dem Objekt angeordnet ist als die dem Objekt am nächsten angeordnete Druckstufenblende. Ebenso kann es von Vorteil sein, wenn die Szintillatoranordnung selbst Teil der Druckstufenblende ist oder die Druckstufenblende bildet, wobei dann die Elektronenempfangsfläche der Szintillatoranordnung gleichzeitig die probenseitige Oberfläche der Druckstufenblende bildet. Ein Öffnungsdurchmesser der Elektronenempfangsfläche für den Durchtritt des Primärstrahls beträgt dann beispielsweise weniger als 1 mm und kann insbesondere in einem Bereich von 0,4 mm bis 0,7 mm liegen.

Claims

Partikelstrahlsystem, umfassend: eine Partikelstrahlquelle (3) zur Erzeugung eines Partikelstrahls (11); eine Objektivlinse (39) zum Fokussieren des Partikelstrahls (11) in einer Objektebene (27), welche eine Brennweite und eine optische Achse (32) aufweist; eine Szintillatoranordnung (21), welche eine der Objektebene (27) zugewandte Elektronenempfangsfläche (29) aufweist, welche so positioniert ist, dass sie von der Objektebene (27) ausgehenden Elektronen exponiert ist, und welche eine Lichtaustrittsfläche (55) aufweist, wobei die Szintillatoranordnung (21) dazu konfiguriert ist, an der Lichtaustrittsfläche (55) durch auf die Elektronenempfangsfläche (29) auftreffende Elektronen verursachte Lichtstrahlen abzugeben; wobei wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: – ein in Richtung der optischen Achse (32) gemessener Abstand zwischen der Elektronenempfangsfläche (29) und der Lichtaustrittsfläche (55) ist größer als ein 0,4-faches der Brennweite der Objektivlinse (39); – eine Hauptebene (67) der Objektivlinse (39) ist zwischen der Elektronenempfangsfläche (29) und der Lichtaustrittsfläche (55) angeordnet; – eine maximale Querschnittsfläche eines bezüglich der optischen Achse (32) rotationssymmetrischen oder aus mehreren um die optische Achse (32) verteilt angeordneten Teilkörpern bestehenden Lichtleitkörpers (23) der Szintillatoranordnung (21) in einer senkrecht zu der optischen Achse (32) orientierten Ebene ist wenigstens zwei Mal größer als eine Oberfläche der Elektronenempfangsfläche (29) in Projektion auf diese Ebene; und – eine maximale Ausdehnung einer Querschnittsfläche eines Lichtleitkörpers (23) der Szintillatoranordnung (21) in einer senkrecht zu der optischen Achse (32) orientierten Ebene ist kleiner als ein entlang der optischen Achse (32) gemessener Abstand zwischen einem der Objektebene (27) am nächsten angeordneten Ort der Elektronenempfangsfläche (29) und der senkrecht zu der optischen Achse (32) orientierten Ebene.
Partikelstrahlsystem nach Anspruch 1, wobei die Szintillatoranordnung (21) eine elektrisch leitfähige Schicht (31), insbesondere eine metallische Schicht, umfasst, die die Elektronenempfangsfläche (29) bereitstellt.
Partikelstrahlsystem nach Anspruch 2, wobei die Szintillatoranordnung (21) einen Körper (23) aus einem Szintillatormaterial umfasst, der die elektrisch leitfähige Schicht trägt.
Partikelstrahlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Szintillatoranordnung (21) eine Schicht (31) aus einem Szintillatormaterial umfasst, die die Elektronenempfangsfläche (29) bereitstellt.
Partikelstrahlsystem nach Anspruch 1, wobei die Szintillatoranordnung (21d) eine Mikrokanalplatte (95) umfasst, deren Eintrittsfläche die Elektronenempfangsfläche (29d) bereitstellt.
Partikelstrahlsystem nach Anspruch 5, wobei die Szintillatoranordnung (21d) ein Szintillatormaterial (87d) umfasst, welches zwischen einer Austrittsfläche der Mikrokanalplatte und der Lichtaustrittsfläche der Szintillatoranordnung angeordnet ist.
Partikelstrahlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Außenmantel des Lichtleitkörpers (23) eine hin zu der Objektebene sich konisch verjüngende Gestalt aufweist.
Partikelstrahlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Szintillatoranordnung (21) eine elektrisch leitfähige und für Licht transparente Schicht umfasst, welche die Lichtaustrittsfläche (55) der Szintillatoranordnung bereitstellt.
Partikelstrahlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Szintillatoranordnung (21) eine elektrisch leitfähige Schicht, die die Elektronenempfangsfläche bereitstellt, und eine elektrisch leitfähige und für Licht transparente Schicht umfasst, welche die Lichtaustrittsfläche der Szintillatoranordnung bereitstellt.
Partikelstrahlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Objektivlinse (39) eine magnetische Linse umfasst, welche ein erstes und ein zweites Polstück (42, 43) aufweist, wobei ein unteres Ende des ersten Polstücks (42) näher an der Objektebene (27) angeordnet ist als ein unteres Ende des zweiten Polstücks (43).
Partikelstrahlsystem nach Anspruch 10, ferner umfassend ein von dem Partikelstrahl zwischen der Partikelstrahlquelle und der Objektebene durchsetztes Strahlrohr (15), und eine Spannungsversorgung (7), welche dazu konfiguriert ist, dem Strahlrohr und der die Elektronenempfangsfläche der Szintillatoranordnung bereitstellenden elektrisch leitfähigen Schicht ein erstes elektrisches Potential zuzuführen und einem in der Objektebene angeordneten Objekt ein von dem ersten elektrischen Potential verschiedenes zweites elektrisches Potential zuzuführen.
Partikelstrahlsystem nach Anspruch 11, ferner umfassend eine von dem Partikelstrahl (11) durchsetzte erste Elektrode (33), welche näher an der Objektebene (27) angeordnet ist als die Elektronenempfangsfläche (29) der Szintillatoranordnung, wobei die Spannungsversorgung dazu konfiguriert ist, der ersten Elektrode das zweite elektrische Potential oder ein drittes elektrisches Potential zuzuführen, welches zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Potential liegt.
Partikelstrahlsystem nach Anspruch 12, wobei die erste Elektrode durch das erste Polstück bereitgestellt ist.
Partikelstrahlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, ferner umfassend eine Spannungsversorgung (7b), welche dazu konfiguriert ist, der die Elektronenempfangsfläche (29b) der Szintillatoranordnung (21b) bereitstellenden elektrisch leitfähigen Schicht (83) ein erstes elektrisches Potential zuzuführen und der die Lichtaustrittsfläche (55b) der Szintillatoranordnung (21b) bereitstellenden elektrisch leitfähigen und für Licht transparenten Schicht (81) ein von dem ersten elektrischen Potential verschiedenes zweites elektrisches Potential zuzuführen.
Partikelstrahlsystem nach Anspruch 14, wobei die Objektivlinse eine elektrostatische Linse umfasst, welche die die Elektronenempfangsfläche der Szintillatoranordnung bereitstellende elektrisch leitfähige Schicht (83) und die die Lichtaustrittsfläche der Szintillatoranordnung breitstellende elektrisch leitfähige und für Licht transparente Schicht (81) als Elektroden aufweist.
Partikelstrahlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, ferner umfassend einen Lichtdetektor (59) zur Erzeugung von elektrischen Signalen basierend auf auf den Lichtdetektor auftreffendem Licht und eine Übertragungsoptik, welche dazu konfiguriert ist, aus der Lichtaustrittsfläche der Szintillatoranordnung austretendes Licht dem Lichtdetektor zuzuführen.
Partikelstrahlsystem nach Anspruch 16, wobei die Übertragungsoptik wenigstens einen Lichtleiter (57) umfasst.
Partikelstrahlsystem nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Übertragungsoptik wenigstens einen Spiegel (73, 75), insbesondere eine konvexen oder/und einen konkaven Spiegel umfasst.
Partikelstrahlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei der Lichtleitkörper wenigstens zwei Teilelemente (87c, 89) umfasst, welche aus Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes gefertigt sind.
Partikelstrahlsystem nach Anspruch 19, wobei eine Grenzfläche (91) zwischen den beiden Teilelementen (87c, 89) eine gekrümmte Gestalt aufweist.