DE102013014976A1

DE102013014976A1 - Teilchenoptisches System

Info

Publication number: DE102013014976A1
Application number: DE201310014976
Authority: DE
Inventors: Thomas Kemen; Pascal Anger; Dirk Zeidler; Gerd Benner
Original assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2013-09-09
Filing date: 2013-09-09
Publication date: 2015-03-12
Also published as: US20150069235A1; EP2854153A3; EP2854153B1; EP2854153A2; US9349571B2

Abstract

Ein teilchenoptisches System umfasst ein Strahlerzeugungssystem (3) zur Erzeugung einer Vielzahl von Teilchenstrahlen (5) und zum Richten der Vielzahl von Teilchenstrahlen auf eine Objektebene (7); eine erste Deflektor-Anordnung (35), um die Vielzahl von Teilchenstrahlen abzulenken, bevor sie auf die Objektebene treffen; einen Objekthalter (15), um ein zu untersuchendes Objekt (17) in der Objektebene zu haltern; eine Vielzahl von Detektoren (27) zum Empfang und zur Detektion der Vielzahl von Teilchenstrahlen, nachdem diese die Objektebene durchsetzt haben, wobei die Detektoren in einer auf einer dem Strahlerzeugungssystem gegenüberliegenden Seite der Objektebene angeordneten Detektionsebene (21) angeordnet sind; wenigstens eine erste teilchenoptische Linse (19), um von der Objektebene ausgehende Teilchen der Teilchenstrahlen auf den Detektoren zu sammeln; und eine Steuerung (31), welche dazu konfiguriert ist, die erste Deflektor-Anordnung anzusteuern, um durch Ablenken der Teilchenstrahlen Auftrefforte der Teilchenstrahlen auf der Objektebene zu ändern.

Description

Die Erfindung betrifft ein teilchenoptisches System. Insbesondere betrifft die Erfindung ein solches teilchenoptisches System, bei welchem ein Teilchenstrahl auf eine zu untersuchende Probe gerichtet wird und Teilchen des Strahls, welche die Probe durchsetzt haben, detektiert werden.
Ein herkömmliches Transmissionselektronenmikroskop (TEM) weist einen Betriebsmodus auf, in welchem ein feinfokussierter Elektronenstrahl über ein dünnes Objekt gerastert wird und in welchem Intensitäten von Elektronen, welche das Objekt durchsetzt haben, detektiert werden. Die in Abhängigkeit von den verschiedenen Rasterpositionen detektierten Intensitäten repräsentieren ein transmissionselektronenmikroskopisches Bild des Objekts. Dieser scannende Betriebsmodus des Transmissionselektronenmikroskops wird auch als STEM-Modus bezeichnet.
Herkömmliche Transmissionselektronenmikroskope sind auf die Erzielung höchster Auflösungen bei relativ kleinen Bildfeldern und kleiner Zahl der Bildpunkte optimiert. Für die Inspektion von großen Bildfeldern mit hohem Durchsatz sind die herkömmlichen Transmissionselektronenmikroskope hingegen weniger geeignet.
Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein teilchenoptisches System vorzuschlagen, mit welchem Bildinformation zu einem dünnen Objekt durch die Detektion von Teilchen, welche das Objekt durchsetzt haben, vergleichsweise schnell und/oder in einem vergleichsweise großen Bildfeld gewonnen werden kann.
Ausführungsformen der Erfindung schlagen ein teilchenoptisches System vor, welches umfasst: ein Strahlerzeugungssystem zur Erzeugung einer Vielzahl von Teilchenstrahlen und zum Richten der Vielzahl von Teilchenstrahlen auf eine Objektebene; eine im Strahlengang der Teilchenstrahlen vor der Objektebene angeordnete erste Deflektor-Anordnung, um die Vielzahl von Teilchenstrahlen abzulenken, bevor sie auf die Objektebene treffen; einen Objekthalter, um ein zu untersuchendes Objekt in der Objektebene zu haltern; eine Vielzahl von Detektoren zum Empfang und zur Detektion der Vielzahl von Teilchenstrahlen, nachdem diese die Objektebene durchsetzt haben, wobei die Detektoren in einer auf einer dem Strahlerzeugungssystem gegenüberliegenden Seite der Objektebene angeordneten Detektionsebene angeordnet sind; wenigstens eine erste teilchenoptische Linse, welche dazu konfiguriert ist, von der Objektebene ausgehende Teilchen der Teilchenstrahlen auf den Detektoren zu sammeln beziehungsweise auf die Detektoren zu richten; und eine Steuerung, welche dazu konfiguriert ist, die erste Deflektor-Anordnung anzusteuern, um durch Ablenken der Teilchenstrahlen Auftrefforte der Teilchenstrahlen auf der Objektebene zu ändern.
Die die Teilchenstrahlen bildenden Teilchen können geladene Teilchen, wie beispielsweise Elektronen oder Ionen, wie beispielsweise Helium-Ionen, sein.
Eine Vielzahl von Teilchenstrahlen werden auf die Objektebene, in welcher das zu untersuchende dünne Objekt angeordnet sein kann, gerichtet. Auftrefforte der Teilchenstrahlen können hierbei mit Abstand voneinander angeordnet sein. Die Abstände der Auftrefforte sollten dabei so groß sein, dass die Strahlenbündel der einzelnen Teilchenstrahlen in der Objektebene nicht überlappen. Ferner sollten die Abstände zwischen jeweils zwei Teilchenstrahlen in der Objektebene einem Vielfachen der jeweiligen Durchmesser eines jeden der zwei Teilchenstrahlen betragen.
Die Auftrefforte können in einem regelmäßigen Muster, wie beispielsweise einem Rechteckmuster oder einem hexagonalen Muster angeordnet sein. Die Zahl der Teilchenstahlen kann beispielsweise größer als 10, größer als 20 oder größer als 50 sein. Die Intensität eines jeden Teilchenstrahls, welcher das Objekt durchsetzt hat, wird durch einen separaten Detektor detektiert, so dass Bildinformation zu mehreren Orten in der Objektebene gleichzeitig gewonnen werden kann, wodurch die Zeit zur Gewinnung eines Bildes eines Bildfelds einer gegebenen Größe im Vergleich zu einem teilchenoptischen System, welches lediglich einen einzigen Teilchenstrahl verwendet, deutlich reduziert sein kann.
Durch die erste Deflektor-Anordnung werden die Teilchenstrahlen über die Objektebene gerastert, so dass innerhalb eines Rastervorgangs ein jeder der Teilchenstrahlen auf eine Vielzahl von Rasterpunkten gerichtet wird, wobei für einen jeden der Rasterpunkte die Intensität der transmittierten Teilchen detektiert wird. Hierbei können die Teilchenstrahlen als Bündel gemeinsam abgelenkt werden, um sie auf die Vielzahl von Rasterpunkten zu richten, indem beispielsweise ein Strahlablenker angesteuert wird, um ein Ablenkfeld zu erzeugen, welches von sämtlichen Teilchenstrahlen durchsetzt wird. Alternativ ist es möglich, jeden der Teilchenstrahlen oder mehrere Gruppen von Teilchenstrahlen einzeln abzulenken, indem beispielsweise einzelne Strahlablenker angesteuert werden, die jeweils ein Ablenkfeld erzeugen, welches von einem einzelnen Teilchenstrahl bzw. einer Gruppe von Teilchenstrahlen durchsetzt wird. Das jeweils verwendete Ablenkfeld kann ein elektrisches oder ein magnetisches Ablenkfeld oder eine Kombination aus einem magnetischen und einem elektrischen Feld sein.
Auch wenn die Teilchenstrahlen zum Abrastern des Objekts ausgelenkt werden, ist es möglich, durch entsprechende Vorgabe der maximalen Ablenkwinkel sicherzustellen, dass die zu einem bestimmten Teilchenstrahl zugehörigen Teilchen stets auf den oder die diesem Teilchenstrahl zugeordneten Detektor(en) treffen.
Eine maximale Ablenkung der Teilchenstrahlen innerhalb der Objektebene während eines solchen Rastervorgangs kann in etwa dem Abstand der Auftrefforte der Teilchenstrahlen in der Objektebene voneinander entsprechen und damit wesentlich kleiner sein als die Ausdehnung des gesamten abgebildeten Bildfelds. Eine solche maximale Auslenkung der Teilchenstrahlen kann beispielsweise durch eine symmetrische Auslenkung in einander entgegengesetzte Richtungen um einen Betrag erreicht werden, der der halben maximalen Auslenkung entspricht.
Innerhalb eines gegebenen Bildfelds kann eine Anordnung einer gewünschten Anzahl von Rasterpunkten festgelegt werden. Diese Anzahl kann beispielsweise ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Teilchenstrahlen sein, und die Anordnung der Rasterpunkte kann beispielsweise einem regelmäßigen Rechteckgitter entsprechen. Die Rasterpunkte innerhalb des Bildfelds können sodann in einem Rastervorgang sämtlich abgerastert werden, wobei ein jeder einzelner Teilchenstrahl lediglich über einen Teil des gesamten Bildfelds gerastert wird.
Die wenigstens eine erste teilchenoptische Linse richtet die von der Objektebene ausgehenden Teilchen auf die Detektoren, wobei einem jeden Teilchenstrahl ein separater Detektor zugeordnet ist. Insbesondere fokussiert die wenigstens eine erste teilchenoptische Linse die von der Objektebene ausgehenden Teilchen auf die Detektoren. Ferner kann das System so konfiguriert sein, dass die Objektebene von der wenigstens einen ersten teilchenoptischen Linse in die Detektionsebene abgebildet wird.
Die Teilchenstrahlen verlaufen in einem zusammenhängenden Vakuumraum innerhalb eines Vakuumgefäßes, in welchem entsprechend Komponentent des Strahlerzeugungssystems, das Objekt und die Detektionsfläche der Detektoren angeordnet sind. Die Steuerung und einige Komponenten der Detektoren können auch ausserhalb des Vakuumgefäßes angeordnet sein.
Gemäß beispielhafter Ausführungsformen umfasst das teilchenoptische System eine im Strahlengang der Teilchenstrahlen zwischen der Objektebene und der Detektionsebene angeordnete zweite Deflektor-Anordnung, um die Vielzahl von Teilchenstrahlen abzulenken, nachdem diese die Objektebene durchsetzt haben, und die Steuerung ist ferner dazu konfiguriert, die zweite Deflektor-Anordnung anzusteuern, um durch Ablenken der von der ersten Deflektor-Anordnung abgelenkten Teilchenstrahlen, welche die Objektebene durchsetzt haben, einen jeden Teilchenstrahl unabhängig von einem Ausmaß der Ablenkung durch die erste Deflektor-Anordnung auf jeweils einen separaten gleichen Detektor zu richten.
Aus technologischen Gründen können die einzelnen Detektoren, welche auch als die Pixel eines ortsauflösenden Detektors betrachtet werden können, nicht beliebig dicht aneinander anschließen, d. h. es verbleibt ein Abstand zwischen einander benachbarten Detektoren. Somit existieren Orte in der Objektebene, von denen Teilchen derart ausgehen können, dass sie alleine durch die Wirkung der wenigstens einen ersten teilchenoptischen Linse nicht auf eine teilchenempfindliche Fläche eines Detektors gerichtet werden, sondern auf einen Zwischenraum zwischen einander benachbarten Detektoren. Trifft ein Teilchenstrahl auf einen solchen Ort, so kann dessen Intensität nach dem Durchsetzen der Objektebene entsprechend nicht detektiert werden. Deshalb ist die zweite Deflektor-Anordnung vorgesehen, welche die Vielzahl von Teilchenstrahlen nach dem Durchsetzen der Objektebene so ablenkt, dass ein jeder Teilchenstrahl unabhängig von dem Ausmaß der Ablenkung durch die erste Deflektor-Anordnung immer auf den gleichen, ihm zugeordneten Detektor trifft. Somit ist es möglich, Bildinformation zu sämtlichen Orten der Objektebene zu gewinnen, auch wenn die teilchenempfindlichen Flächen der Detektoren die Bildebene nicht vollständig abdecken.
Hierbei können die Teilchenstrahlen auch durch die zweite Deflektoranordnung als Bündel gemeinsam abgelenkt werden, indem beispielsweise ein Strahlablenker angesteuert wird, um ein Ablenkfeld zu erzeugen, welches von sämtlichen Teilchenstrahlen durchsetzt wird. Alternativ ist es möglich, jeden der Teilchenstrahlen oder mehrere Gruppen von Teilchenstrahlen einzeln abzulenken, indem beispielsweise einzelne Strahlablenker angesteuert werden, die jeweils ein Ablenkfeld erzeugen, welches von einem einzelnen Teilchenstrahl bzw. einer Gruppe von Teilchenstrahlen durchsetzt wird.
Alternativ zu einem zweiten Deflektorsystem ist es aber auch möglich, die mit dem ersten Deflektorsystem erzeugten Ablenkungen so gering zu halten, dass Orte in der Objektebene, die auf einen Zwischenraum zwischen zwei Detektoren abgebildet würden, nicht mit den Teilchenstrahlen abgerastert werden. In diesem Fall kann dann jeweils nach Erreichen der maximal zulässigen Ablenkwinkel eine Verschiebung des Objekts senkrecht zur Strahlrichtung der einfallenden Teilchenstrahlen um einen Abstand erfolgen, der in etwa dem halben abgerasterten Bereich entspricht. Nach der Verschiebung des Objekts kann dann eine Abrasterung der bisher noch nicht abgerasterten Bereiche durch Ablenkung der Vielzahl an Teilchenstrahlen erfolgen.
Ferner ist es nicht unbedingt nötig, für jeden Teilchenstrahl nur einen einzigen Detektor vorzusehen. Vielmehr können für jeden Teilchenstrahl mehrere Detektoren vorgesehen sein, deren Ausgangssignale dann entweder zur Gewinnung des Bildsignals aufsummiert werden oder separat weiter verarbeitet werden.
Gemäß beispielhafter Ausführungsformen weist das Strahlerzeugungssystem zur Erzeugung eines jeden der Teilchenstrahlen eine separate Teilchenquelle auf.
Gemäß hierzu alternativer beispielhafter Ausführungsformen weist das Strahlerzeugungssystem eine einzige Teilchenquelle zum Erzeugen eines Teilchenstrahls auf, welcher auf eine Multi-Aperturplatte mit einer Vielzahl von Öffnungen gerichtet ist, so dass die die einzelnen Öffnungen durchsetzenden Teilchen des Teilchenstrahls hinter der Multi-Aperturplatte die Vielzahl von Teilchenstrahlen bilden.
Gemäß weiterer beispielhafter Ausführungsformen weist das Strahlerzeugungssystem zur Erzeugung der Teilchenstrahlen mehrere separate Teilchenquellen auf, welche jeweils einen Teilchenstrahl erzeugen, welcher wiederum auf eine Multi-Aperturplatte mit einer Vielzahl von Öffnungen gerichtet ist, um daraus weitere Teilchenstrahlen zu erzeugen.
Gemäß weiterer beispielhafter Ausführungsformen umfasst das Strahlerzeugungssystem eine Vielzahl von zweiten teilchenoptischen Linsen, wobei im Strahlengang eines jeden der Vielzahl von Teilchenstrahlen jeweils eine oder mehrere der zweiten teilchenoptischen Linsen angeordnet sind und eine jede der zweiten teilchenoptischen Linsen lediglich von einem einzigen der Teilchenstrahlen durchsetzt wird. Hierdurch ist es möglich, die Konvergenz bzw. Divergenz der einzelnen Teilchenstrahlen zu ändern und diese insbesondere so zu formen, dass sie einen Fokus bilden. Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Lage des Fokus eines Teilchenstrahls in Strahlrichtung durch Ändern der Brechkraft der entsprechenden zweiten teilchenoptischen Linse änderbar ist. Insbesondere können die Teilchenstrahlen in der Objektebene fokussiert werden, wodurch die Ortsauflösung, mit der Bildinformation zu dem untersuchten Objekt gewonnen werden kann, erhöht wird. Falls das Strahlerzeugungssystem eine Multi-Aperturplatte mit einer Vielzahl von Öffnungen umfasst, so können die zweiten teilchenoptischen Linsen durch Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen der Multi-Aperturplatte und einer weiteren Elektrode erzeugt werden.
Die wenigstens eine erste teilchenoptische Linse kann durch ein Magnetfeld erzeugt werden, wobei zur Erzeugung des Magnetfeldes beispielsweise eine Struktur aus Polschuhen und stromdurchflossenen elektrischen Leitern eingesetzt werden kann. Eine derartige Struktur kann hierbei durch das erzeugte Magnetfeld auch die Wirkung mehrerer teilchenoptischer Linsen bereitstellen, welche entlang des Strahlengangs mit Abstand voneinander angeordnet sind. Allerdings ist es auch möglich, zwei teilchenoptische Linsen durch zwei separate derartige magnetfelderzeugende Strukturen zu realisieren.
Gemäß beispielhafter Ausführungsformen ist die wenigstens eine erste teilchenoptische Linse so konfiguriert, dass sie die Objektebene in die Detektionsebene abbildet. Gemäß beispielhafter Ausführungsformen hierin ist die wenigstens eine erste teilchenoptische Linse so konfiguriert, dass sie die Objektebene vergrößert in die Detektionsebene abbildet, wobei ein Abbildungsmaßstab der vergrößerten Abbildung beispielsweise größer als 2, größer als 5 oder größer als 10 sein kann.
Gemäß beispielhafter Ausführungsformen hierin sind zur Abbildung der Objektebene in die Detektionsebene zwei geometrisch ähnliche erste teilchenoptische Linsen in einer teleskopischen Anordnung vorgesehen, wobei die Objektebene in einer Brennebene der ersten der beiden teilchenoptischen Linsen angeordnet ist und die Detektionsebene in einer Brennebene der zweiten der beiden teilchenoptischen Linsen angeordnet ist. Eine solche teleskopische Anordnung hat den Vorteil, außeraxiale Fehler der Abbildung zu reduzieren.
Gemäß beispielhafter Ausführungsformen umfasst das Strahlerzeugungssystem wenigstens eine von sämtlichen Teilchenstrahlen durchsetzte dritte teilchenoptische Linse, welche im Strahlengang vor der Objektebene angeordnet ist. Die wenigstens eine dritte teilchenoptische Linse kann dazu eingesetzt werden, den Abstand der Auftrefforte der einzelnen Teilchenstrahlen in der Objektebene voneinander zu reduzieren. Aus technologischen Gründen können einzelne Teilchenstrahlen nicht mit beliebig kleinen Abständen voneinander erzeugt werden. Bei einem gegebenen Abstand der erzeugten Teilchenstrahlen voneinander ist es somit möglich, den Abstand, mit dem die Teilchenstrahlen voneinander auf die Objektebene treffen, im Vergleich hierzu deutlich zu reduzieren.
Gemäß hierzu alternativer Ausführungsformen weist das Strahlerzeugungssystem eine derartige, von sämtlichen Teilchenstrahlen durchsetzte teilchenoptische Linse im Strahlengang vor der Objektebene nicht auf, so dass die erzeugten Teilchenstrahlen direkt auf die Objektebene treffen und eine Verkleinerung des Abstands der Auftrefforte der Teilchenstrahlen in der Objektebene voneinander durch eine separate von sämtlichen Teilchenstrahlen durchsetzte teilchenoptische Linse im Hinblick auf ein großes abgebildetes Bildfeld nicht erfolgt.
Gemäß weiterer beispielhafter Ausführungsformen umfasst die erste Deflektor-Anordnung und/oder die zweite Deflektor-Anordnung jeweils zwei Deflektoren, welche entlang des Strahlengangs der Teilchenstrahlen mit Abstand voneinander angeordnet sind und jeweils in einem Bereich ein ablenkendes Feld erzeugen. Die zwei Deflektoren können von der Steuerung so angesteuert werden, dass ein erster der zwei Deflektoren eine Ablenkung der Teilchenstrahlen in eine Richtung erzeugt und der zweite der zwei Deflektoren eine Ablenkung der Teilchenstrahlen in eine hierzu entgegengesetzte Richtung erzeugt, so dass ein Kipp-Punkt der Teilchenstrahlen in Strahlrichtung frei gewählt werden kann. Insbesondere ist es hierdurch möglich, einen Strahlversatz zu erzeugen ohne eine Richtungsänderung des Strahls zu bewirken.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Hierbei zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines teilchenoptischen Systems gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine schematische Darstellung eines teilchenoptischen Systems gemäß einer zweiten Ausführungsform;
3 eine schematische Darstellung eines teilchenoptischen Systems gemäß einer dritten Ausführungsform; und
4 eine schematische Darstellung eines teilchenoptischen Systems gemäß einer vierten Ausführungsform.
Ein in 1 schematisch dargestelltes teilchenoptisches System 1 umfasst ein Strahlerzeugungssystem 3 zur Erzeugung einer Vielzahl von Teilchenstrahlen 5 und zum Richten der Vielzahl von Teilchenstrahlen auf eine Objektebene 7. In der 1 sind aus Gründen der vereinfachten Darstellung drei Teilchenstrahlen 5 nebeneinander gezeigt, welche an drei entlang einer Linie angeordneten Auftrefforten 9 auf die Objektebene 7 treffen. In der Praxis kann die Zahl der Teilchenstrahlen wesentlich größer sein, und die Auftrefforte müssen nicht entlang einer Geraden angeordnet sein, sondern sie können in der Objektebene zweidimensional verteilt angeordnet sein. Beispielsweise können die Auftrefforte 9 in der Objektebene 7 entsprechend einem Rechteckgitter oder entsprechend einem hexagonalen Muster angeordnet sein. So können beispielsweise 5 × 5 = 25 oder 10 × 10 = 100 Teilchenstrahlen 5 eingesetzt werden.
In dem dargestellten Beispiel sind die Teilchenstrahlen Elektronenstrahlen. Es ist jedoch auch möglich, das teilchenoptische System mit Ionenstrahlen, wie beispielsweise He⁺-Ionenstrahlen, auszuführen.
Ein jeder Teilchenstrahl 5 wird durch eine separate Elektronenquelle 11 erzeugt, tritt aus der Quelle 11 als divergenter Strahl aus, und durch eine teilchenoptische Linse 13 wird der divergente Stahl in einen konvergenten Strahl so umgeformt, dass in der Objektebene 7 an dem Auftreffort 9 ein möglichst kleiner Strahlfokus entsteht.
Das teilchenoptische System 1 umfasst ferner einen Objekthalter 15 zur Halterung eines zu untersuchenden Objekts 17 in der Objektebene 7. Ein geeignetes zu untersuchendes Objekt 17 ist ausreichend dünn, so dass die Teilchenstrahlen das Objekt 17 durchsetzen können. Die geeignete Dicke des Objekts hängt von dessen Zusammensetzung und von der kinetischen Energie der auftreffenden Teilchen der Teilchenstrahlen ab. Bei einer kinetischen Energie von Elektronen der Teilchenstrahlen 5 von 20 keV kann die Dicke des Objekts typischerweise in einem Bereich von 20 nm bis 1.000 nm liegen. Bei einer höheren kinetischen Energie von Elektronen von beispielsweise 100 keV kann die Dicke des Objekts beispielsweise in einem Bereich von 20 nm bis 5.000 nm liegen.
Das teilchenoptische System 1 umfasst ferner ein teilchenoptisches Linsensystem 19, um die Objektebene 7 teilchenoptisch in eine Bildebene 21 abzubilden. In dem dargestellten Beispiel umfasst das Linsensystem 19 zwei teilchenoptische Linsenelemente 23 und 25, welche auf der dem Strahlerzeugungssystem 3 gegenüberliegenden Seite der Objektebene im Strahlengang der Teilchenstrahlen 5 angeordnet sind und auf die Teilchenstrahlen, nachdem sie die Objektebene 7 durchsetzt haben, einwirken.
In dem dargestellten Beispiel ist die Objektebene in der Brennebene des Linsenelements 23 angeordnet, und die Bildebene ist in der Brennebene des Linsenelements 25 angeordnet, wodurch die die Objektebene durchsetzenden, zueinander parallelen Teilchenstrahlen als zueinander parallele Teilchenstrahlen auf die Bildebene treffen und dort fokussiert werden. Der Abbildungsmaßstab der Abbildung der Objektebene in die Bildebene ist hierbei durch das Verhältnis der Brennweiten der beiden Linsenelemente 23, 25 gegeben.
Das teilchenoptische System umfasst ferner eine Vielzahl von Detektoren 27 zum Empfangen und zur Detektion von Teilchen der Teilchenstrahlen 5, welche die Objektebene 7 durchsetzt haben. Die teilchenempfindlichen Flächen 27 sind in einem Bereich der Bildebene 21 angeordnet, wobei sie nicht exakt in der Bildebene 21 angeordnet sein müssen, welche sich durch die durch das Linsensystem 19 bereitgestellte teilchenoptische Abbildung aus der Objektebene 7 ergibt. Die lichtempfindlichen Flächen der Detektoren 27 sollten allerdings ausreichend nahe an der Bildebene 21 angeordnet sein, so dass die Teilchenstrahlen 5 als separate Strahlen auf separate Detektionsflächen treffen. In der Darstellung der 1 sind die teilchenempfindlichen Flächen der Detektoren 27 exakt in der Bildebene 21 angeordnet, so dass auf den lichtempfindlichen Flächen der Detektoren 27 wiederum ein Fokus der Teilchenstrahlen 5 entsteht und die Fläche, innerhalb der Teilchen der Strahlen auf die lichtempfindliche Fläche treffen, minimal ist. Hierdurch kann ein Übersprechen von einem Detektor 27 auf einen benachbarten Detektor 27 vermindert werden und sichergestellt werden, dass die gesamte Intensität eines jeweiligen Teilchenstrahls durch den diesem Teilchenstrahl zugeordneten Detektor 27 detektiert werden kann.
Die Detektoren 27 können Halbleiterdetektoren sein, welche elektrische Detektionssignale über Anschlüsse 29 ausgeben, welche mit einer Steuerung 31 des teilchenoptischen Systems 1 verbunden sind, so dass diese Steuerung die Detektionssignale einlesen und speichern kann. Gemäß einem weiteren Beispiel sind die teilchenempfindlichen Flächen der Detektoren 27 durch ein Szintillatormaterial gebildet, welches beim Auftreffen der Teilchen Licht aussendet, welches durch Lichtfasern, die an das Szintillatormaterial gekoppelt sind, an Lichtdetektoren geleitet wird. Auch andere Typen von Detektoren können eingesetzt werden.
Das teilchenoptische System 1 umfasst ferner eine erste Deflektor-Anordnung 35, welche im Strahlengang der Teilchenstrahlen 5 vor der Objektebene 7 angeordnet ist, um die Vielzahl von Teilchenstrahlen abzulenken, bevor sie auf die Objektebene treffen. Die erste Deflektor-Anordnung 35 kann beispielsweise mehrere Elektroden 37 umfassen, welche in Umfangsrichtung um das Bündel der Teilchenstrahlen 5 herum verteilt angeordnet sind. Die erste Deflektor-Anordnung 35 wird von der Steuerung 31 kontrolliert und umfasst hierzu einen oder mehrere Steueranschlüsse 39, welche mit der Steuerung 31 verbunden sind.
In der Darstellung der 1 sind die Strahlengänge der Teilchenstrahlen 5 ohne Ablenkung durch die erste Deflektor-Anordnung 35 dargestellt. Lediglich zu dem in 1 rechten Teilchenstrahl 5 ist ein mit dem Bezugseichen 5' bezeichneter Strahlengang dargestellt, bei welchem eine Ablenkung durch die erste Deflektor-Anordnung 35 erfolgt. Tatsächlich wirkt die erste Deflektor-Anordnung 35 auf sämtliche Teilchenstrahlen 5 gemeinsam, so dass sämtliche Teilchenstrahlen auf eine gleiche Weise abgelenkt werden.
Aufgrund der Ablenkung durch die erste Deflektor-Anordnung 35 trifft der abgelenkte Strahl 5' an einem Ort 9' auf die Objektebene 7, welcher mit einem Abstand von dem Ort 9 angeordnet ist, an welchem der nicht abgelenkte Strahl 5 auf die Objektebene 7 trifft. Es ist ersichtlich, dass die Teilchenstrahlen 5 durch die kontrollierte Ablenkung mittels der erste Deflektor-Anordnung 35 über die Objektebene 7 gerastert werden können. Wenn das Objekt 17 eine Struktur aufweist, hängen die Transmissions- und Streueigenschaften des Objekts 17 auf die Teilchen der Teilchenstrahlen 5 vom Ort innerhalb des Objekts 17 ab, so dass die mit den Detektoren 27 detektierten Intensitäten der Teilchen in Abhängigkeit von der Ablenkung der Teilchenstrahlen 5 durch die erste Deflektor-Anordnung abhängen. Durch Aufzeichnen der detektierten Teilchenintensitäten in Abhängigkeit von dem Ausmaß der Ablenkung der Teilchenstrahlen kann somit ein transmissionselektronenmikroskopisches ähnliches Bild des Objekts und Information zur Struktur des Objekts gewonnen werden.
Der in 1 gezeigte ausgelenkte Teilchenstrahl 5' durchläuft ebenfalls das teilchenoptische Linsensystem 19, wobei der Teilchenstrahl 5', welcher die Objektebene 7 an dem Ort 9' durchsetzt, aufgrund der teilchenoptischen Abbildung an einem Ort 28' auf die Bildebene 21 treffen würde, wie dies mit unterbrochenen Linien in 1 dargestellt ist.
In dem dargestellten Beispiel umfasst die erste Deflektor-Anordung 35 einen einzigen Deflektor 37, so dass der ausgelenkte Strahl 5 unter einem Winkel zur Objektebene auf den Ort 9' trifft, der verschieden ist von dem Winkel zur Objektebene, unter dem der nicht ausgelenkte Strahl 5 auf den Ort 9 trifft. Vorzugsweise umfasst die erste Deflektor-Anordnung 35 allerdings zwei in Strahlrichtung mit Abstand voneinander angeordnete Deflektoren, mit denen ein Strahlversatz erzeugt werden kann, so dass der ausgelenkte Strahl 5' unter dem gleichen Winkel zur Objektebene auf den Ort 9' trifft, unter dem der nicht ausgelenkte Strahl 5 auf den Ort 9 trifft. Insbesondere ist es dann möglich, dass die Achsen der Teilchenstrahlen unabhängig von ihrer Auslenkung immer senkrecht auf die Objektebene treffen. Die Achse eines Teilchenstrahls kann hierbei als diejenige Gerade angesehen werden, bezüglich der die Teilchenintensität des Strahls symmetrisch verteilt ist.
Die einander benachbarten lichtempfindlichen Bereiche der Detektoren 27 weisen einen Abstand d voneinander auf, welcher durch die Technologie und Bauart der verwendeten Detektoren bedingt, nicht beliebig klein sein kann.
Da die teilchenempfindlichen Bereiche der Detektoren 27 nicht die gesamte Fläche der Bildebene 21 abdecken, kann es vorkommen, dass der ausgelenkte Teilchenstrahl 5' an einem Ort auf die Bildebene 21 trifft, welcher außerhalb der teilchenempfindlichen Bereiche der Detektoren 27 angeordnet ist, wie dies mit dem Auftreffort 28' in 1 dargestellt ist.
Deshalb umfasst das teilchenoptische System 1 ferner eine zweite Deflektor-Anordnung 41, welche im Strahlengang der Teilchenstrahlen zwischen der Objektebene 7 und der Bildebene 21 angeordnet ist, um die Vielzahl von Teilchenstrahlen abzulenken, nachdem diese die Objektebene durchsetzt haben.
Die zweite Deflektor-Anordnung 41 kann einen gleichen oder einen ähnlichen Aufbau aufweisen wie die erste Deflektor-Anordnung 35. Auch die zweite Deflektor-Anordnung 41 wird über einen Steueranschluss 43 kontrolliert, welche an die Steuerung 31 angeschlossen ist. Die zweite Deflektor-Anordnung 41 wird von der Steuerung so angesteuert, dass die Teilchenstrahlen, welche die Objektebene 7 durchsetzt haben, unabhängig von dem Ausmaß der Ablenkung durch die erste Deflektor-Anordnung 35 jeweils immer auf den gleichen Detektor 27 bzw. dessen teilchenempfindliche Fläche treffen. In der Darstellung der 1 wird der von der ersten Deflektor-Anordnung 35 abgelenkte Teilchenstrahl 5' so abgelenkt, dass er an dem gleichen Ort 28 auf die Bildebene 21 trifft, an welchem auch der durch die erste Deflektor-Anordnung 35 nicht abgelenkte Strahl auf die Bildebene 21 trifft. Somit ist gewährleistet, dass die Intensität eines jeden Teilchenstrahls 5, welcher die Objektebene 7 durchsetzt hat, durch denselben Detektor 27 detektiert werden kann, und zwar unabhängig von dem Ausmaß der Ablenkung des Teilchenstrahls durch die erste Deflektor-Anordnung 35.
In dem dargestellten Beispiel ist die erste Deflektor-Anordnung 35 im Strahlengang zwischen dem Linsensystem 19 aus den Linsenelementen 23 und 25 und der Objektebene 21 angeordnet. Es ist auch möglich und in manchen Ausführungsformen auch bevorzugt, die erste Deflektor-Anordnung innerhalb des Linsensystems 19 und dort insbesondere in der gemeinsamen Brennebene der beiden Linsenelemente 23 und 25 anzuordnen.
Nachfolgend werden weitere Ausführungsformen beschrieben. Darin sind Komponenten, welche Komponenten der vorangegangenen Ausführungsform hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Funktion entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, die zur Unterscheidung jedoch mit einem zusätzlichen Buchstaben ergänzt sind.
Das Bezugszeichen 91 in 1 bezeichnet eine Wand eines Vakuumgefäßes, welches einen Vakuumraum begrenzt, in welchem Teilchenquellen 11, das Objekt 17 und die Detektoren 27 gemeinsam angeordnet sind.
Ein in 2 schematisch dargestelltes teilchenoptisches System 1a weist einen ähnlichen Aufbau auf, wie das anhand der 1 erläuterte System und unterscheidet sich von diesem im Wesentlichen dadurch, dass ein Strahlerzeugungssystem 3a zur Erzeugung einer Vielzahl von Teilchenstrahlen 5a und zum Richten der Vielzahl von Teilchenstrahlen auf eine Objektebene 7a eine einzige Teilchenquelle 11a zum Erzeugen eines einzigen divergenten Teilchenstrahls 51 aufweist, welcher durch eine Kondensorlinse 53 in einen parallelen Teilchenstrahl 55 umgeformt wird. In einem Strahlengang des parallelen Teilchenstrahls 55 ist eine Multi-Aperturplatte 57 angeordnet, welche eine Vielzahl von Öffnungen 59 aufweist, auf welche der Strahl 53 trifft. Teile des Strahls 55 können die Öffnungen 59 durchsetzen und formen hinter der Multi-Aperturplatte 57 die Vielzahl von Teilchenstrahlen 5a. Gleichzeitig wirken die Öffnungen 59 als teilchenoptische Linsen, so dass die Teilchenstrahlen 5a nach dem Durchsetzen der Multi-Aperturplatte 57 konvergieren und in der Objektebene 7a fokussiert sind und diese an Orten 9a durchsetzen.
Eine erste Deflektor-Anordnung 35a ist im Strahlengang der Teilchenstrahlen 5a vor der Objektebene 7a angeordnet, um die Teilchenstrahlen abzulenken, bevor sie auf die Objektebene treffen. Wie vorangehend im Zusammenhang mit der 1 beschrieben, wird die erste Deflektor-Anordnung 35a von einer Steuerung 31a des teilchenoptischen Systems angesteuert, um die Auftrefforte 9a der Teilchenstrahlen über die Objektebene 7a zu rastern. Die Auftrefforte 9a in der Objektebene 7a werden von einem teilchenoptischen Linsensystem 19a mit zwei Linsenelementen 23a und 25a in eine Bildebene 21a abgebildet, in welcher teilchensensitive Flächen von Detektoren 27a angeordnet sind, um Intensitäten der Teilchenstrahlen 5a, welche die Objektebene 7a durchsetzt haben, zu detektieren.
Eine zweite Deflektor-Anordnung 41a ist in dem Strahlengang der Teilchenstrahlen zwischen der Objektebene und der Bildebene angeordnet, um die Teilchenstrahlen 5a, welche die Objektebene 7a durchsetzt haben, abzulenken. Auch die zweite Deflektor-Anordnung 41a wird von der Steuerung 31a kontrolliert, und zwar derart, dass jeder der Teilchenstrahlen 5a, welcher die Objektebene durchsetzt hat, auf den diesem Teilchenstrahl jeweils zugeordneten Detektor 27a treffen, und zwar unabhängig von dem Ausmaß der Ablenkung der Teilchenstrahlen durch die erste Deflektor-Anordnung.
Das Linsensystem 19a umfasst in dem in 2 dargestellten Beispiel zwei Linsenelemente 23a und 25a, welche die Objektebene 7a beidseits telezentrisch in die Detektionsebene 21a abbilden. Dies wird dadurch erreicht, dass ein Abstand zwischen der Objektebene 7a und dem Linsenelement 23a der Brennweite f23 des Linsenelements 23a entspricht, ein Abstand zwischen den beiden Linsenelement 23a und 25a der Summe der Brennweiten der beiden Linsenelemente 23a und 25a entspricht und der Abstand zwischen der Detektionsebene bzw. Bildebene 21a und dem Linsenelement 25a der Brennweite f25 des Linsenelements 25a entspricht.
In einer zwischen den beiden Linsenelementen 23a, 25a angeordneten Ebene 89, welche von dem Linsenelement 23a einen Abstand aufweist, der der Brennweite f23 des Linsenelements 23a entspricht, ist eine Blende 91 mit einer kreisförmigen Öffnung 93 angeordnet. Die Ebene 89 ist gleichzeitig eine Diffraktionsebene bezüglich der Objektebene 7a, so dass die Blende 91 dazu eingesetzt werden kann, Hellfeldelektronen, welche die Objektebene 7a ohne wesentliche Streuung an dem Objekt 17a durchsetzt haben, von Dunkelfeldelektronen zu trennen, welche an dem Objekt 17a signifikant gestreut wurden. Wenn die Öffnung 93 einen kreisförmigen Querschnitt mit geeignetem Durchmesser aufweist, können Hellfeldelektronen die Blende 91 durchsetzen, während Dunkelfeldelektronen von dieser absorbiert werden. Es ist auch möglich, die Öffnung 93 so auszugestalten, dass sie einen kreisringförmigen Querschnitt aufweist, so dass Dunkelfeldelektronen die Blende 91 durch die kreisringförmige Öffnung 93 durchsetzen können, während Hellfeldelektronen von der Blende 93 absorbiert werden.
Ein in 3 schematisch dargestelltes teilchenoptisches System 1b weist einen ähnlichen Aufbau auf, wie das anhand der 2 erläuterte System. Insbesondere wird eine einzige Teilchenquelle 11b dazu eingesetzt, einen Teilchenstrahl 55b zu erzeugen, welcher auf eine Multi-Aperturplatte 57b mit einer Vielzahl von Öffnungen 59b gerichtet ist, um eine Vielzahl von Teilchenstrahlen 5b zu erzeugen. Hierbei sind in 3 eine Extraktorelektrode 61 zum Extrahieren eines divergenten Teilchenstrahls 51b aus der Quelle 11b und eine Anode 63 dargestellt, um die Teilchen des Strahls 51b auf eine gewünschte kinetische Energie zu beschleunigen. Im Strahlengang hinter der Multi-Aperturplatte 57b ist eine weitere Elektrode 65 angeordnet, welche eine zentrale Öffnung aufweist, die von der Vielzahl von Teilchenstrahlen 5b durchsetzt wird. Die an die Quelle 11b, die Elektroden 61, 63, 65 und die Multi-Aperturplatte 57b angelegten elektrischen Potenziale werden von einer Steuerung 31b des teilchenoptischen Systems 1b eingestellt. Ein zwischen der Multi-Aperturplatte 57b und der Elektrode 65 erzeugtes elektrisches Feld bewirkt, dass die Öffnungen 59b als teilchenoptischen Linsen wirken, so dass in einer Ebene 67 hinter der Multi-Aperturplatte 57b Foki 69 der Teilchenstrahlen 5b gebildet werden.
Im Unterschied zu den anhand der 1 und 2 erläuterten Ausführungsformen ist in der Ebene 67 nicht das zu untersuchende Objekt 17b angeordnet. Vielmehr ist zwischen der Ebene 67 und einer Objektebene 7b, in welcher das zu untersuchende Objekt 17b angeordnet ist, ein teilchenoptisches System vorgesehen, welches die Ebene 67 in die Objektebene 7b und damit die Foki 69 der Teilchenstrahlen 5b in Foki abbildet, welche in der Objektebene 7b an Auftrefforten 9b der Teilchenstrahlen 5b auf die Objektebene 7b gebildet werden.
In der Darstellung der 3 sind aus Gründen der einfacheren Darstellung die Abstände zwischen den Foki 69 gleich den Abständen zwischen den Foki 9b und die Abbildung der Ebene 67 in die Objektebene 7b weder vergrößernd noch verkleinernd. Das Abbildungssystem 71 umfasst zwei teilchenoptische Linsen 73 und 75 und stellt in der Praxis allerdings eine verkleinernde Abbildung bereit, so dass ein Abstand zwischen einander benachbarten Auftrefforten 9b der Teilchenstrahlen 5b in der Objektebene 7b wesentlich kleiner sein kann als ein Abstand der Öffnungen 59b der Multi-Aperturplatte 57b voneinander.
In den anhand der 1 und 2 erläuterten Ausführungsformen ist ein teilchenoptisches System 71 mit Linsenelementen 73, 75, welche von sämtlichen Teilchenstrahlen durchsetzt werden, nicht vorhanden. Dort ist der Abstand zwischen einander benachbarten Auftrefforten der Teilchenstrahlen in der Objektebene im Wesentlichen gleich dem Abstand der Elemente, welche zur Erzeugung der einzelnen Teilchenstrahlen eingesetzt werden. Gleichwohl ist es auch dort möglich, dass die Auftrefforte der Teilchenstrahlen auf die Objektebene einen kleineren Abstand voneinander aufweisen als die zur Erzeugung der Teilchenstrahlen verwendeten Elemente. Beispielsweise kann der Strahl 55, welcher in der Ausführungsform der 2 auf die Multi-Aperturplatte 57 trifft, nicht ein paralleler Strahl sondern ein konvergenter Strahl sein, so dass auch die nach dem Durchsetzen der Öffnungen 59 der Multi-Aperturplatte 57 erzeugten Teilchenstrahlen aufeinander zu verlaufen und ihr Abstand voneinander sich mit zunehmendem Abstand von der Multi-Aperturplatte verringert.
Auch das teilchenoptische System 1b umfasst eine erste Deflektor-Anordnung 35b zum Ablenken der Teilchenstrahlen vor der Objektebene 7b und eine zweite Deflektor-Anordnung 41b zum Ablenken der Teilchenstrahlen 5b zwischen der Objektebene 7b und einer Bildebene 21b, in welcher Detektoren 27b zum Detektieren der Intensitäten der Teilchenstrahlen 5b, welche die Objektebne 7b durchsetzt haben, vorgesehen sind. Die Steuerung 31b steuert die erste Deflektor-Anordnung 35b an, um durch Ablenken der Teilchenstrahlen 5b die Auftrefforte 9b der Teilchenstrahlen 5b auf der Objektebene 7b zu ändern und die Teilchenstrahlen 5b über die Objektebene 7b zu rastern, und sie steuert die zweite Deflektor-Anordnung so an, dass jeder Teilchenstrahl 5b aus der Vielzahl von Teilchenstrahlen, welcher die Objektebene 7b durchsetzt hat, immer auf einen gleichen, diesem Teilchenstrahl zugeordneten Detektor 27b trifft, und zwar unabhängig von dem Ausmaß der Ablenkung der Teilchenstrahlen durch die erste Deflektor-Anordnung 35b.
Ein in 4 schematisch dargestelltes teilchenoptisches System 1c weist einen ähnlichen Aufbau auf, wie das anhand der 2 erläuterte System, indem ein Strahlerzeugungssystem 3c zur Erzeugung einer Vielzahl von Teilchenstrahlen 5c und zum Richten der Vielzahl von Teilchenstrahlen auf eine Objektebene 7c eine Teilchenquelle 11c zum Erzeugen eines divergenten Teilchenstrahls 5lc aufweist, welcher durch eine Kondensorlinse 53c in einen parallelen bzw. kollimierten Teilchenstrahl 55c umgeformt wird. In einem Strahlengang des parallelen Teilchenstrahls 55c ist eine Multi-Aperturplatte 57c angeordnet, welche eine Vielzahl von Öffnungen 59c aufweist, auf welche der parallele Strahl 53c trifft. Die die Öffnungen 59c durchsetzenden Teile des Strahls 55c formen hinter der Multi-Aperturplatte 57c die Vielzahl von Teilchenstrahlen 5c. Die Öffnungen 59c wirken ferner jeweils als eine teilchenoptische Linse 13c, welche die Teilchenstrahlen 5c fokussieren, so dass diese an Orten 9c in der Objektebene 7c einen Fokus bilden.
Ein Objekthalter 15c trägt das zu untersuchende Objekt 17c derart, dass es in der Objektebene 7c angeordnet ist. Teilchenstrahlen 5c, welche das Objekt 17c durchsetzt haben, treffen auf Detektoren 27c, deren teilchenempfindliche Flächen in einer Detektionsebene 21c angeordnet sind.
Jeder Teilchenstrahl der Vielzahl an Teilchenstrahlen trifft dabei immer auf die diesem Teilchenstrahl zugeordnete Detektionsfläche eines der Detektoren (bei einem Detektor pro Teilchenstrahl) oder auf die diesem Teilchenstrahl zugeordneten Detektionsflächen (bei mehreren Detektoren pro Teilchenstrahl), und zwar unabhängig von den mit dem ersten Deflektorsystem 37c1, 37c2 erzeugten Strahlablenkungen.
Anders als in den anhand der 1 bis 3 erläuterten Ausführungsbeispielen, welche im Strahlengang zwischen der Objektebene und der Detektionsebene jeweils ein Linsensystem aufweisen, um die Objektebene 7c in die Detektionsebene 21c abzubilden, wobei das Linsensystem ein oder mehrere Linsenelemente umfasst, welche jeweils von sämtlichen Teilchenstrahlen durchsetzt werden, ist ein solches abbildendes Linsensystem in dem anhand der 4 erläuterten Ausführungsbeispiel nicht vorgesehen. Dessen teilchenoptisches System umfasst eine Vielzahl von teilchenoptischen Linsen 19c, von denen eine jede von einem der Teilchenstrahlen 5c durchsetzt wird, um diesen Teilchenstrahl 5c auf jeweils einen Detektor 27c zu richten. Die teilchenoptischen Linsen 19c werden durch Öffnungen 83 einer zweiten Multi-Aperturplatte 81 bereitgestellt, welche zwischen der Objektebene 7c und der Detektionsebene 21c angeordnet ist. Die Teilchenstrahlen 5c, welche als konvergente Strahlen auf die Objektebene 9c fokussiert sind, sind nach dem Durchsetzen der Objektebene 9c divergente Strahlen. Die teilchenoptischen Linsen 19c reduzieren die Divergenz der Teilchenstrahlen oder formen diese so um, dass die Teilchenstrahlen nach dem Durchsetzen der teilchenoptischen Linsen 19c konvergente Strahlen sind, so dass der Durchmesser der auf die in der Detektionsebene 21c angeordneten Detektoren 27c auftreffenden Strahlen 5c kleiner ist als der Durchmesser der teilchenempfindlichen Bereiche der Detektoren 27c. Es ist auch möglich, dass die Linsen 19c jeweils einen Teil der Objektebene 7c teilchenoptisch in die Detektionsebene 21c abbilden, so dass die Teilchenstrahlen 5c auch in der Detektionsebene 21c einen Fokus bilden. Allerdings ist dies nicht notwendig, und es kann sogar von Vorteil sein, wenn die auf die Detektoren 27c treffenden Teilchenstrahlen dort keinen Fokus bilden und einen größeren Bereich der Detektionsflächen der Detektoren 27c zur Detektion der Teilchenstrahlen nutzbar machen.
In dem Strahlengang zwischen der Teilchenquelle 11c und der Objektebene 7c ist eine erste Deflektoranordnung 35c angeordnet, um die Vielzahl von Teilchenstrahlen abzulenken, bevor sie auf die Objektebene treffen. Die Deflektoranordnung umfasst zwei im Strahlengang hintereinander angeordnete Deflektoren mit jeweils Elektroden 37c ₁, 37c ₂ und Steueranschlüssen 39c ₁ und 39c ₂, welche an eine Steuerung 31c angeschlossen sind. In der Darstellung der 4 ist einer der drei dargestellten Teilchenstrahlen 5c als ein ausgelenkter Teilchenstrahl 5c' in gestrichelten Linien dargestellt. Der im Strahlengang oben angeordnete Deflektor mit den Elektroden 37c ₁ lenkt den Strahl 5c' in eine Richtung aus, während der im Strahlengang nachfolgend angeordnete Deflektor mit den Elektroden 37c2 den Strahl 5c' in die hierzu entgegengesetzte Richtung so auslenkt, dass die Achse des Strahls an einem Ort 9c' wiederum senkrecht auf die Objektebene 7c trifft.
Um zu gewährleisten, dass der Strahl 5c' nach dem Durchsetzen der Objektebene 7c wieder auf den ihm zugeordneten Detektor 27c trifft, ist eine zweite Deflektoranordnung im Strahlengang zwischen der Objektebene 7c und der Detektionsebene 21c angeordnet. Auch die zweite Deflektoranordnung 41c umfasst zwei im Strahlengang hintereinander angeordnete Deflektoren mit Elektroden 40c ₁, 40c ₂ und Anschlüssen 43c ₁, 43c ₂, welche ebenfalls an die Steuerung 31c angeschlossen sind. Auch die Deflektoren mit den Elektroden 40c ₁ und 40c ₂ lenken die Strahlen 5c nach dem Durchsetzen der Objektebene 7c in zueinander entgegengesetzte Richtungen aus, so dass die durch die erste Deflektoranordnung 35c hervorgerufene Auslenkung der Strahlen 5c kompensiert wird und ein jeder der Teilchenstrahlen 5c unabhängig von der Auslenkung durch die erste Deflektoranordnung 35c immer auf den gleichen ihm zugeordneten Detektor 27c trifft.
Bei der anhand der 4 beschriebenen Ausführungsform ist nur eine einzige Teilchenquelle vorhanden, und es werden mit Hilfe einer Multi-Aperturplatte eine Vielzahl von Teilchenstrahlen aus den aus dieser Teilchenquelle austretenden Teilchen erzeugt. Es ist jedoch auch bei diesem Ausführungsbeispiel möglich, entsprechend der Ausführungsform der 1, für jeden Teilchenstrahl eine eigene Teilchenquelle vorzusehen.
Ferner ist es auch bei der Ausführungsform der 4 möglich mehrere Teilchenquellen vorzusehen und aus den mit jeder dieser Teilchenquellen erzeugten Teilchen jeweils einen Teil der Teilchenstrahlen zu erzeugen.

Claims

Teilchenoptisches System, umfassend: ein Strahlerzeugungssystem (3) zur Erzeugung einer Vielzahl von Teilchenstrahlen (5) und zum Richten der Vielzahl von Teilchenstrahlen (5) auf eine Objektebene (7); eine im Strahlengang der Teilchenstrahlen (5) vor der Objektebene (7) angeordnete erste Deflektor-Anordnung (35), um die Vielzahl von Teilchenstrahlen (5) abzulenken, bevor sie auf die Objektebene (7) treffen; einen Objekthalter (15), um ein zu untersuchendes Objekt (17) in der Objektebene (7) zu haltern; eine Vielzahl von Detektoren (27) zum Empfang und zur Detektion der Vielzahl von Teilchenstrahlen (5), nachdem diese die Objektebene (7) durchsetzt haben, wobei die Detektoren in einer auf einer dem Strahlerzeugungssystem (3) gegenüberliegenden Seite der Objektebene (7) angeordneten Detektionsebene (21) angeordnet sind; wenigstens eine erste teilchenoptische Linse (19), welche dazu konfiguriert ist, von der Objektebene ausgehende Teilchen der Teilchenstrahlen auf den Detektoren (27) zu sammeln; und eine Steuerung (31), welche dazu konfiguriert ist, die erste Deflektor-Anordnung (35) anzusteuern, um durch Ablenken der Teilchenstrahlen (5) Auftrefforte (9) der Teilchenstrahlen (5) auf der Objektebene (7) zu ändern.
Teilchenoptisches System nach Anspruch 1, ferner umfassend eine im Strahlengang der Teilchenstrahlen zwischen der Objektebene (7) und der Detektionsebene (21) angeordnete zweite Deflektor-Anordnung (41), um die Vielzahl von Teilchenstrahlen (5) abzulenken, nachdem diese die Objektebene (7) durchsetzt haben; wobei die Steuerung (31) ferner dazu konfiguriert ist, die zweite Deflektor-Anordnung (41) anzusteuern, um durch Ablenken der von der ersten Deflektor-Anordnung (35) abgelenkten Teilchenstrahlen (5), welche die Objektebene durchsetzt haben, einen jeden Teilchenstrahl (5) unabhängig von einem Ausmaß der Ablenkung durch die erste Deflektor-Anordnung (35) auf jeweils einen separaten gleichen Detektor (27) zu richten.
Teilchenoptisches System nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Strahlerzeugungssystem (3) zur Erzeugung eines jeden der Teilchenstrahlen (5) eine separate Teilchenquelle (11) aufweist.
Teilchenoptisches System nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Strahlerzeugungssystem (3a) eine Teilchenquelle (11a) zum Erzeugen eines Teilchenstrahls (51) und eine im Strahlengang des Teilchenstrahls angeordnete Multi-Aperturplatte (57) mit einer Vielzahl von Öffnungen (59) aufweist, um die Vielzahl von Teilchenstrahlen (5a) zu erzeugen.
Teilchenoptisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Strahlerzeugungssystem (3) eine Vielzahl von zweiten teilchenoptischen Linsen (13) aufweist, wobei im Strahlengang eines jeden der Vielzahl von Teilchenstrahlen (5) eine der zweiten teilchenoptischen Linsen (13) angeordnet ist.
Teilchenoptisches System nach Anspruch 5, wobei die zweiten teilchenoptischen Linsen (13) die Öffnungen (59) einer Multi-Aperturplatte (57) umfassen.
Teilchenoptisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Strahlerzeugungssystem (3) dazu konfiguriert ist, die Vielzahl von Teilchenstrahlen (5) jeweils in der Objektebene (7) zu fokussieren.
Teilchenoptisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Strahlerzeugungssystem (3) frei ist von einer teilchenoptischen Linse, welche im Strahlengang vor der Objektebene (7) angeordnet ist und von sämtlichen Teilchenstrahlen (5) durchsetzt wird.
Teilchenoptisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Strahlerzeugungssystem (3b) wenigstens eine von sämtlichen Teilchenstrahlen (5b) durchsetzte dritte teilchenoptischen Linse (73, 75) aufweist, welche im Strahlengang vor der Objektebene (7b) angeordnet ist.
Teilchenoptisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die wenigstens eine erste teilchenoptische Linse (23, 25) dazu konfiguriert ist, die Objektebene (7) in die Detektionsebene (21) abzubilden.
Teilchenoptisches System nach Anspruch 10, wobei die wenigstens eine erste teilchenoptische Linse (23, 25) dazu konfiguriert ist, die Objektebene (7) vergrößert in die Detektionsebene (21) abzubilden, wobei ein Abbildungsmaßstab der Abbildung größer als 2 ist.
Teilchenoptisches System nach Anspruch 10 oder 11, wobei die wenigstens eine erste teilchenoptische Linse (23, 25) zwei teilchenoptische Linsenelemente umfasst, wobei ein erstes der zwei Linsenelemente mit einem Abstand von der Objektebene angeordnet ist, der einer Brennweite des ersten Linsenelements entspricht, wobei ein zweites der zwei Linsenelemente mit einem Abstand von dem ersten Linsenelement angeordnet ist, der einer Summe aus der Brennweite des ersten Linsenelements und einer Brennweite des zweiten Linsenelements entspricht und wobei die Detektionsebene mit einem Abstand von dem zweiten Linsenelement angeordnet ist, der der Brennweite des zweiten Linsenelements entspricht.
Teilchenoptisches System nach Anspruch 12, wobei die zweite Deflektor-Anordnung einen Deflektor umfasst, der zwischen dem ersten und dem zweiten Linsenelement mit einem Abstand von dem ersten Linsenelement angeordnet ist, der der Brennweite des ersten Linsenelements entspricht.
Teilchenoptisches System nach Anspruch 12 oder 13, ferner umfassend eine Blende, welche zwischen dem ersten und dem zweiten Linsenelement mit einem Abstand von dem ersten Linsenelement angeordnet ist, der der Brennweite des ersten Linsenelements entspricht, wobei die Blende eine Platte mit einer kreisförmigen Öffnung oder einer kreisringförmigen Öffnung umfasst.
Teilchenoptisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei eine Vielzahl von ersten teilchenoptischen Linsen vorgesehen sind, und wobei im Strahlengang eines jeden der Vielzahl von Teilchenstrahlen (5c), welche die Objektebene durchsetzt haben, eine der ersten teilchenoptischen Linsen (19c) angeordnet ist.
Teilchenoptisches System nach Anspruch 15, wobei die ersten teilchenoptischen Linsen Öffnungen (83) einer Multi-Aperturplatte (81) umfassen.
Teilchenoptisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die erste Deflektor-Anordnung zwei im Strahlengang mit Abstand voneinander angeordnete Deflektoren umfasst.
Teilchenoptisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die erste und/oder die zweite Deflektor-Anordnung (35, 41) eine Mehrzahl von Elektroden (37) aufweist, welche in Umfangsrichtung um ein Strahlenbündel aus der Vielzahl von Teilchenstrahlen (5) verteilt angeordnet sind.