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Die Erfindung betrifft Teilchenstrahlsysteme, welche mit einer Vielzahl von Teilchenstrahlen arbeiten.
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Aus
WO 2005/024881 A2 ist ein Elektronenmikroskopiesystem bekannt, welches mit einer Vielzahl von Elektronenstrahlen arbeitet, um ein zu untersuchendes Objekt mit einem Bündel von Elektronenstrahlen parallel abzurastern. Das Bündel von Elektronenstrahlen wird erzeugt, indem ein von einer Elektronenquelle erzeugter Elektronenstrahl auf eine Multiaperturplatte gerichtet wird, welche eine Vielzahl von Öffnungen aufweist. Ein Teil der Elektronen des Elektronenstrahls trifft auf die Multiaperturplatte und wird dort absorbiert, und ein anderer Teil des Strahls durchsetzt die Öffnungen der Multiaperturplatte, so dass im Strahlengang hinter einer jeden Öffnung ein Elektronenstrahl geformt wird, dessen Querschnitt durch den Querschnitt der Öffnung definiert ist. Weiterhin führen geeignet gewählte elektrische Felder, welche im Strahlengang vor und/oder hinter der Multiaperturplatte bereitgestellt sind, dazu, dass eine jede Öffnung in der Multiaperturplatte als eine Linse auf den die Öffnung durchsetzenden Elektronenstrahl wirkt, so dass diese in einer Ebene fokussiert werden, welche in einem Abstand von der Multiaperturplatte liegt. Die Ebene, in der die Foki der Elektronenstrahlen gebildet werden, wird durch eine nachfolgende Optik auf die Oberfläche des zu untersuchenden Objekts abgebildet, so dass die einzelnen Elektronenstrahlen als Primärstrahlen fokussiert auf das Objekt treffen. Dort erzeugen sie von dem Objekt ausgehende Rückstreuelektronen oder Sekundärelektronen, welche zu Sekundärstrahlen geformt und von einer weiteren Optik auf einen Detektor gerichtet werden. Dort trifft ein jeder der Sekundärstrahlen auf ein separates Detektorelement, so dass die mit diesen detektierten Elektronenintensitäten Informationen zu dem Objekt an dem Ort bereitstellen, an dem der entsprechende Primärstrahl auf das Objekt trifft. Das Bündel von Primärstrahlen wird systematisch über die Oberfläche des Objekts gescannt, um in der für Rasterelektronenmikroskope üblichen Weise ein elektronenmikroskopisches Bild des Objekts zu erzeugen.
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Das Auflösungsvermögen eines Rasterelektronenmikroskops ist durch den Durchmesser des auf das Objekt treffenden Primärstrahls begrenzt. Bei dem Mehrstrahl-Elektronenmikroskop sollten deshalb sämtliche Strahlen einen gleichen kleinen Fokus auf dem Objekt bilden.
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US 2009/0114818 A1 offenbart ein Elektronenmikroskopiesystem, welches dem Elektronenmikroskopiesystem der
WO 2005/024881 A2 ähnlich ist und eine größere Zahl spezieller Multiaperturplatten enthält. Auch ist dort das Vorhandensein eines Stigmators im Strahlengang eines Bündels von Teilchenstrahlen angesprochen.
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US 2004/0188636 A1 offenbart ein Elektronenmikroskopiesystem mit Multiaperturplatten, bei dem zwei zueinander gegensinnig seitlich ablenkenden Multiaperturplatten im Strahlengang eine weitere Multiaperturplatte mit Blanking-Funktionalität folgt.
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US 2006/0289804 A1 offenbart ein Elektronenmikroskopiesystem mit Multiaperturplatten, bei dem die Gestalt der Aperturen derart gewählt ist, dass einer ovalen Form der Auftreffflächen der Elektronen auf dem Objekt entgegengewirkt wird.
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US 2010/0178602 A1 offenbart ein Elektronenmikroskopiesystem mit Multiaperturplatten, bei dem einem Hauptelement ein Hilfselement zur Verwendung bei einem Defekt des Hauptelements nebengeordnet ist.
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US 2010/0320382 A1 offenbart ein Elektronenmikroskopiesystem mit Multiaperturplatte, bei dem die durch die Multiaperturplatte erzeugten Einzelstrahlen beim Auftreffen auf das Objekt eine entsprechende Vielzahl von Signalstrahlen hervorrufen, die einem Detektorarray zugeleitet werden.
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Der Artikel von Kapl et al. in „Characterization of CMOS programmable multi-beam blanking arrays as used for programmable multi-beam projection lithography and resistless nanopatterning” in J Micromech. Microeng. 21 (2011) offenbart ansteuerbare Aperturplattensysteme mit ansteuerbaren Blanking-Arrays zum Erzeugen von Mustern.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Teilchenstrahlsystem, welches mit einer Vielzahl von Teilchenstrahlen arbeitet, vorzuschlagen, mit welchem es möglich ist, eine höhere Auflösung zu erreichen.
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Gemäß der Erfindung ist ein Teilchenstrahlsystem gemäß Anspruch 1 vorgesehen, welches eine Teilchenquelle umfasst, welche dazu konfiguriert ist, einen Strahl geladener Teilchen zu erzeugen. Das Teilchenstrahlsystem weist eine erste Multiaperturplatte auf, welche eine Vielzahl von ersten Öffnungen aufweist und welche in einem Strahlengang der Teilchen derart angeordnet ist, dass Teilchen des Strahls teilweise auf die Multiaperturplatte treffen und teilweise die ersten Öffnungen der Multiaperturplatte durchsetzen, so dass im Strahlengang hinter einer jeden ersten Öffnung ein Teilchenstrahl geformt wird, dessen Querschnitt durch einen Querschnitt der ersten Öffnung definiert ist. Das Teilchenstrahlsystem weist eine zweite Multiaperturplatte auf, welche eine Vielzahl von zweiten Öffnungen aufweist und welche in dem Strahlengang der Teilchen so angeordnet ist, dass Teilchen der Teilchenstrahlen eine der ersten Öffnungen in der ersten Multiaperturplatte und eine der zweiten Öffnungen in der zweiten Multiaperturplatte durchsetzen. Das Teilchenstrahlsystem weist weiterhin eine Aperturplatte auf, welche mit Abstand von der zweiten Multiaperturplatte angeordnet ist und eine einzige Öffnung aufweist, welche von sämtlichen Teilchen durchsetzt wird, die auch die ersten Öffnungen in der ersten und die zweiten Öffnungen der zweiten Multiaperturplatte durchsetzen. Des Weiteren weist das Teilchenstrahlsystem eine dritte Multiaperturplatte auf, welche eine Vielzahl von dritten Öffnungen aufweist und welche in dem Strahlengang der Teilchen so angeordnet ist, dass Teilchen der Teilchenstrahlen, die eine der ersten Öffnungen in der ersten Multiaperturplatte und eine der zweiten Öffnungen in der zweiten Multiaperturplatte durchsetzen, auch eine der dritten Öffnungen der dritten Multiaperturplatte durchsetzen. Die dritte Multiaperturplatte trägt eine Vielzahl von Felderzeugern, wobei einer jeden der Öffnungen einer der Felderzeuger zugeordnet ist und wobei jeder der Felderzeuger dazu konfiguriert ist, ein Quadrupolfeld bereitzustellen, welches auf die die dritte Öffnung durchsetzende Teilchen wirkt. Weiterhin weist das Teilchenstrahlsystem eine Steuerung auf, welche dazu konfiguriert ist, der Aperturplatte ein erstes elektrisches Potential zuzuführen und der zweiten Multiaperturplatte ein zweites elektrisches Potential zuzuführen, wobei das erste und das zweite elektrische Potential so gewählt sind, dass die Öffnungen in der zweiten Multiaperturplatte jeweils als eine Linse auf die die zweiten Öffnungen durchsetzenden Teilchen der Teilchenstrahlen wirken, und den den dritten Öffnungen der dritten Multiaperturplatte zugeordneten Felderzeugern einstellbare Erregungen zuzuführen.
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Gemäß beispielhaften Ausführungsformen können die einstellbaren Erregungen so einstellbar sein, dass Stärken der Dipolfelder oder Quadrupolfelder und Orientierungen der Dipolfelder oder Quadrupolfelder jeweils in Umfangsrichtung um die dritte Öffnung einstellbar sind.
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Gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen können die Durchmesser der Öffnungen der zweiten Multiaperturplatte wenigstens 1,05 mal, insbesondere 1,8 mal, größer sein als die Durchmesser der entsprechenden Öffnungen der ersten Multiaperturplatte. Bei weiteren Ausführungsformen können die Durchmesser der Öffnungen der dritten Multiaperturplatte wenigstens 1,05 mal größer sein als die Durchmesser der entsprechenden Öffnungen der ersten Multiaperturplatte.
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Das der Aperturplatte zugeführte elektrische Potential sollte verschieden sein von dem der Multiaperturplatte zugeführten elektrischen Potential, so dass zwischen den beiden Platten ein elektrisches Feld erzeugt wird, welches sich bis zu der zweiten Multiaperturplatte erstreckt. Dieses elektrische Feld führt dazu, dass die Öffnungen in der zweiten Multiaperturplatte jeweils als eine Linse auf die die Öffnung durchsetzenden Teilchenstrahlen wirken. Diese Linsenwirkung ist so gewählt, dass die Teilchenstrahlen im Strahlengang hinter der zweiten Multiaperturplatte einen reellen Fokus oder im Strahlengang vor der zweiten Multiaperturplatte einen virtuellen Fokus bilden. Diese Foki können durch eine nachfolgende Optik in eine Ebene bzw. auf ein Objekt abgebildet werden.
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Die davor liegende und/oder die nachfolgende Optik sind typischerweise nicht abbildungsfehlerfrei, so dass die in der nachfolgenden Ebene bzw. auf dem Objekt entstehenden Foki der Teilchenstrahlen nicht einen gewünschten kleinen Durchmesser aufweisen. Deshalb kann die dritte Multiaperturplatte vorgesehen sein, deren Öffnungen von den Teilchenstrahlen ebenfalls durchsetzt werden. Dabei können die Felderzeuger, welche diesen Öffnungen zugeordnet sind, jeden einzelnen der Strahlen separat manipulieren. Da die Felderzeuger ein Quadrupolfeld mit einstellbarer Stärke und Orientierung bereitstellen können, ist es möglich, einen durch die nachfolgende Optik auf einzelne Teilchenstrahlen ausgeübten Astigmatismus zu kompensieren, so dass der Teilchenstrahl in der Ebene des Objekts einen kleinen runden Fokus bilden kann.
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Die Öffnungen in der ersten Multiaperturplatte sollten kleinere Durchmesser haben als die entsprechenden Öffnungen in der zweiten Multiaperturplatte, welche die Linsenwirkungen auf die Teilchenstrahlen bereitstellen. Der Durchmesser der Öffnungen der ersten Multiaperturplatte definiert den Durchmesser der Teilchenstrahlen im Strahlengang hinter der ersten Multiaperturplatte. Ist die erste Multiaperturplatte im Strahlengang vor der zweiten Multiaperturplatte angeordnet, haben die Öffnungen der zweiten Multiaperturplatte einen größeren Durchmesser als die Teilchenstrahlen, die diese Öffnungen durchsetzen. Damit ist der Durchmesser der von den Öffnungen der zweiten Multiaperturplatte bereitgestellten Linsen größer als die diese Linsen durchsetzenden Teilchenstrahlen, so dass Linsenfehler, insbesondere ein Öffnungsfehler, dieser Linsen die Fokussierung der Teilchenstrahlen nicht so stark beeinträchtigen, wie dies der Fall wäre, wenn der Durchmesser der Teilchenstrahlen gleich dem Durchmesser der die Linsenwirkung bereitstellenden Öffnungen wäre.
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Wenn die erste Multiaperturplatte im Strahlengang hinter der zweiten Multiaperturplatte angeordnet ist, kommt der oben genannte Vorteil dennoch zum Tragen, obwohl der gesamte Durchmesser der die Linsenwirkung bereitstellenden Öffnungen von Teilchen durchsetzt wird. Dies ist deshalb der Fall, da dort die Teilchen, welche die Öffnungen in der zweiten Aperturplatte außerhalb eines Querschnitts durchsetzen, der dem Querschnitt der nachfolgenden Öffnungen in der ersten Multiaperturplatte entspricht, zwar die erhöhten Öffnungsfehler der Linsenwirkung erfahren, aber auf die nachfolgende erste Multiaperturplatte treffen und deren Öffnungen nicht durchsetzen können, so dass sie zu den nachfolgenden Teilchenstrahlen nicht beitragen und deren Fokussierung auch nicht beeinträchtigen können.
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Gemäß beispielhafter Ausführungsformen ist die dritte Multiaperturplatte im Strahlengang vor der zweiten Multiaperturplatte angeordnet. Gemäß beispielhafter Ausführungsformen hierin ist die erste Multiaperturplatte im Strahlengang vor der dritten Multiaperturplatte angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass keine Teilchen der von der ersten Multiaperturplatte definierten Teilchenstrahlen auf die dritte Multiaperturplatte und die dort vorgesehenen Felderzeuger treffen. Da den Felderzeugern elektrische Erregungen zugeführt werden müssen, sind dort zwischen Zuführungsleitungen isolierende Bereiche vorgesehen, welche sich durch auftreffende Teilchen aufladen und zu störenden Streufeldern führen könnten.
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Gemäß weiterer beispielhafter Ausführungsformen ist die zweite Multiaperturplatte im Strahlengang vor der ersten Multiaperturplatte angeordnet. Wie vorangehend erläutert durchsetzen die Teilchen, welche die von den Öffnungen der ersten Multiaperturplatte definierten Teilchenstrahlen bilden, die Öffnungen der zweiten Multiaperturplatte dennoch in ihren zentralen Bereichen, so dass Öffnungsfehler der durch die Öffnungen der zweiten Multiaperturplatte bereitgestellten Linsen die Fokussierung der Teilchenstrahlen nicht stark beeinträchtigen. Gemäß Ausführungsformen hierin ist die dritte Multiaperturplatte dennoch im Strahlengang der Teilchen hinter der ersten Multiaperturplatte angeordnet, damit möglichst keine Teilchen auf die dritte Multiaperturplatte treffen.
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Gemäß beispielhafter Ausführungsformen sind die Multiaperturplatten mit einem geringen Abstand voneinander angeordnet. Ein Beispiel für einen solchen geringen Abstand ist ein Abstand, der ein 0,1-faches bis 10,0-faches, insbesondere ein 0,3-faches bis ein 3,0-faches, des Durchmessers der Öffnungen der ersten Multiaperturplatte beträgt. Derart kleine Abstände haben den Vorteil, dass Teilchen, welche an Rändern der Öffnungen der ersten Multiaperturplatte gestreut werden, nicht auf die nachfolgende Aperturplatte mit den größeren Öffnungen treffen und damit dort keine Aufladungen erzeugen können, deren elektrische Felder störend wären.
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Gemäß beispielhafter Ausführungsformen weisen die einer Öffnung der dritten Multiaperturplatte zugeordneten Felderzeuger acht Elektroden auf, welche in Umfangsrichtung um die Öffnung verteilt angeordnet sind. Diesen Elektroden können von der Steuerung einstellbare Spannungen zugeführt werden, um elektrische Quadrupolfelder gewünschter Stärken und Orientierungen zu erzeugen.
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Gemäß alternativer Ausführungsformen können die Felderzeuger wenigstens vier Spulen umfassen, welche in Umfangsrichtung um die Öffnung verteilt angeordnet sind, und diese Spulen können von der Steuerung mit einstellbaren Strömen versorgt werden, um magnetische Quadrupolfelder einstellbarer Stärken und Orientierungen zu erzeugen.
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Gemäß beispielhaften Ausführungsformen ist an der dritten Multiaperturplatte, oder an einem Träger, an dem die dritte Multiaperturplatte angebracht ist, eine elektronische Schaltung angebracht. Die Steuerung kann dazu konfiguriert sein, die Erregungen der Felderzeuger repräsentierende Daten zu erzeugen und über eine serielle Datenverbindung an die elektronische Schaltung zu übermitteln. Ein jeder der Felderzeuger kann über wenigstens acht Versorgungsleitungen an die elektronische Schaltung angeschlossen sein. Die elektronische Schaltung generiert basierend auf den empfangenen Daten die Erregungen eines jeden Felderzeugers und legt entsprechende Spannungen an – oder speist entsprechende Ströme in – die wenigstens acht Versorgungsleitungen, über die der Felderzeuger an die elektronische Schaltung angeschlossen ist. Die elektronische Schaltung weist dazu unter anderem D/A-Wandler und Microcontroller auf, um ausgehend aus den über die digitale Datenleitung eingehenden Digitalsignalen die erforderlichen Ströme und/oder Spannungen als Analogsignale zu erzeugen.
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Da die Zahl der Teilchenstrahlen groß sein soll und die Zahl der Versorgungsleitungen ein Vielfaches der Teilchenstrahlen ist und jeder Felderzeuger einzeln erregbar sein soll, ist die Zahl der zur Erregung der Felderzeuger notwendigen Versorgungsleitungen sehr groß. Die den Öffnungen der dritten Multiaperturplatte zugeordneten Felderzeuger sollten zusammen mit den Multiaperturplatten in dem Vakuumraum des Teilchenstrahlsystems angeordnet sein. Wenn die elektronische Schaltung, die die Erregungen der Felderzeuger generiert und deren Versorgungsleitungen speist, außerhalb dieses Vakuums angeordnet wäre, wäre eine Vakuumdurchführung für sämtliche Leitungen nötig, was sehr aufwendig wäre. Gemäß der hier beschriebenen Ausführungsform ist jedoch nur eine Vakuumdurchführung für die serielle Datenleitung notwendig, was mit einem reduzierten Aufwand verbunden ist.
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Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Hierbei zeigt
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1 eine schematische Darstellung eines Mehrstrahl-Teilchenmikroskops;
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2 eine schematische Schnittdarstellung einer Anordnung mit drei Multiaperturplatten im Querschnitt;
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3 eine Draufsicht auf eine erste Multiaperturplatte der Anordnung gemäß 2;
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4 eine Draufsicht auf eine zweite Multiaperturplatte der Anordnung gemäß 2;
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5 einen Teil einer Draufsicht auf eine dritte Multiaperturplatte der Anordnung gemäß 2;
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6 eine detailliertere Darstellung eines Teils der Anordnung gemäß 2;
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7 eine detailliertere Darstellung eines Teils der Draufsicht gemäß 5;
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8 eine schematische Darstellung einer Anordnung aus drei Multiaperturplatten gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
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9 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Anordnung aus mehreren Multiaperturplatten.
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1 ist eine schematische Darstellung eines Teilchenstrahlsystems 1, welches eine Vielzahl von Teilchenstrahlen einsetzt. Das Teilchenstrahlsystem 1 erzeugt eine Vielzahl von Teilchenstrahlen, welche auf ein zu untersuchendes Objekt treffen, um dort Elektronen hervorzurufen, welche von dem Objekt ausgehen und nachfolgend detektiert werden. Das Teilchenstrahlsystem 1 ist vom Rasterelektronenmikroskoptyp (”scanning electron microscope”, SEM), welches mehrere primäre Elektronenstrahlen 3 einsetzt, die an Orten 5 auf einer Oberfläche des Objekts 7 auftreffen und dort mehrere Elektronenstrahlflecken bzw. -spots erzeugen. Das zu untersuchende Objekt 7 kann von einer beliebigen Art sein und beispielsweise einen Halbleiter-Wafer, eine biologische Probe und eine Anordnung miniaturisierter Elemente oder dergleichen umfassen. Die Oberfläche des Objekts 7 ist in einer Objektebene 101 einer Objektivlinse 102 eines Objektivlinsensystems 100 angeordnet.
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Der vergrößerte Ausschnitt I1 der 1 zeigt eine Draufsicht auf die Objektebene 101 mit einem regelmäßigen rechtwinkligen Feld 103 von Auftrefforten 5, welche in der Ebene 101 gebildet werden. In 1 beträgt die Zahl der Auftrefforte 25, welche ein 5 × 5-Feld 103 bilden. Die Zahl 25 an Auftrefforten ist eine aus Gründen der vereinfachten Darstellung gewählte kleine Zahl. In der Praxis kann die Zahl an Strahlen bzw. Auftrefforten wesentlich größer gewählt werden, wie beispielsweise 20 × 30, 100 × 100 und dergleichen.
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In der dargestellten Ausführungsform ist das Feld 103 von Auftrefforten 5 ein im Wesentlichen regelmäßiges rechtwinkliges Feld mit einem konstanten Abstand P1 zwischen benachbarten Auftrefforten. Beispielhafte Werte des Abstands P1 sind 1 Mikrometer, 10 Mikrometer und 40 Mikrometer. Es ist jedoch auch möglich, dass das Feld 103 andere Symmetrien aufweist, wie beispielsweise eine hexagonale Symmetrie.
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Ein Durchmesser der in der Objektebene 101 geformten Strahlflecken kann klein sein. Beispielhafte Werte dieses Durchmessers betragen 1 Nanometer, 5 Nanometer, 100 Nanometer und 200 Nanometer. Das Fokussieren der Partikelstrahlen 3 zur Formung der Strahlflecken 5 erfolgt durch das Objektivlinsensystem 100.
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Die auf das Objekt treffenden Partikel erzeugen Elektronen, welche von der Oberfläche des Objekts 7 ausgehen. Die von der Oberfläche des Objekts 7 ausgehenden Elektronen werden durch die Objektivlinse 102 zu Elektronenstrahlen 9 geformt. Das Inspektionssystem 1 stellt einen Elektronenstrahlengang 11 bereit, um die Vielzahl von Elektronenstrahlen 9 einem Detektionssystem 200 zuzuführen. Das Detektionssystem 200 umfasst eine Elektronenoptik mit einer Projektionslinse 205, um die Elektronenstrahlen 9 auf einen Elektronen-Multi-Detektor 209 zu richten.
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Der Ausschnitt I2 in 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Ebene 211, in welcher einzelne Detektionsbereiche liegen, auf welche die Elektronenstrahlen 9 an Orten 213 auftreffen. Die Auftrefforte 213 liegen in einem Feld 217 mit einem regelmäßigen Abstand P2 zueinander. Beispielhafte Werte des Abstands P2 sind 10 Mikrometer, 100 Mikrometer und 200 Mikrometer.
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Die primären Elektronenstrahlen 3 werden in einer Strahlerzeugungsvorrichtung 300 erzeugt, welche wenigstens eine Elektronenquelle 301, wenigstens eine Kollimationslinse 303, eine Multiaperturanordnung 305 und eine Feldlinse 307 umfasst. Die Elektronenquelle 301 erzeugt einen divergierenden Elektronenstrahl 309, welcher durch die Kollimationslinse 303 kollimiert wird, um einen Strahl 311 zu formen, welcher die Multiaperturanordnung 305 beleuchtet.
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Der Ausschnitt 13 in 1 zeigt eine Draufsicht auf die Multiaperturanordnung 305. Die Multiaperturanordnung 305 umfasst eine Multiaperturplatte 313, welche eine Mehrzahl von darin ausgebildeten Öffnungen bzw. Aperturen 315 aufweist. Mittelpunkte 317 der Öffnungen 315 sind in einem Feld 319 angeordnet, welches dem Feld 103 entspricht, welches durch die Strahlflecken 5 in der Objektebene 101 gebildet wird. Ein Abstand P3 der Mittelpunkte 317 der Aperturen 315 voneinander kann beispielhafte Werte von 5 Mikrometer, 100 Mikrometer und 200 Mikrometer aufweisen. Die Durchmesser D der Aperturen 315 sind kleiner als der Abstand P3 der Mittelpunkte der Aperturen. Beispielhafte Werte der Durchmesser D sind 0,2 × P3, 0,4 × P3 und 0,8 × P3.
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Elektronen des beleuchtenden Strahls 311 durchsetzen die Aperturen 315 und bilden Elektronenstrahlen 3. Elektronen des beleuchtenden Strahls 311, welche auf die Platte 313 treffen, werden durch diese abgefangen und tragen nicht zur Bildung der Elektronenstrahlen 3 bei.
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Die Multiaperturanordnung 305 fokussiert aufgrund eines angelegten elektrostatischen Feldes die Elektronenstrahlen 3 derart, dass in einer Ebene 325 Strahlfoki 323 gebildet werden. Ein Durchmesser der Foki 323 kann beispielsweise 10 Nanometer, 100 Nanometer und 1 Mikrometer betragen.
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Die Feldlinse 307 und die Objektivlinse 102 stellen eine erste abbildende Teilchenoptik bereit, um die Ebene 325, in der die Foki gebildet werden, auf die Objektebene 101 abzubilden, so dass dort ein Feld 103 von Auftrefforten 5 bzw. Strahlflecken auf der Oberfläche des Objekts 7 gebildet wird.
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Die Objektivlinse 102 und die Projektionslinsenanordnung 205 stellen eine zweite abbildende Teilchenoptik bereit, um die Objektebene 101 auf die Detektionsebene 211 abzubilden. Die Objektivlinse 102 ist somit eine Linse, welche sowohl Teil der ersten als auch der zweiten Teilchenoptik ist, während die Feldlinse 307 nur der ersten Teilchenoptik und die Projektionslinse 205 nur der zweiten Teilchenoptik angehören.
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Eine Strahlweiche 400 ist in dem Strahlengang der ersten Teilchenoptik zwischen der Multiaperturanordnung 305 und dem Objektivlinsensystem 100 angeordnet. Die Strahlweiche 400 ist auch Teil der zweiten Teilchenoptik im Strahlengang zwischen dem Objektivlinsensystem 100 und dem Detektionssystem 200.
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Weitergehende Information zu solchen Vielstrahl-Inspektionssystemen und darin eingesetzten Komponenten, wie etwa Teilchenquellen, Multiaperturplatten und Linsen, kann aus den internationalen Patentanmeldungen
WO 2005/024881 ,
WO2007/028595 ,
WO2007/028596 und
WO2007/060017 und den deutschen Patentanmeldungen mit den Anmeldenummern
DE 10 2013 016 113.4 und
DE 10 2013 014 976.2 erhalten werden, deren Offenbarung vollumfänglich durch Inbezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
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2 ist eine schematische Schnittdarstellung einer Anordnung 305 zur Erzeugung und Fokussierung einer Vielzahl von Teilchenstrahlen, wie sie in dem System der 1 eingesetzt werden kann. Die Anordnung umfasst eine erste Multiaperturplatte 351 mit einer Vielzahl von Öffnungen 353, eine zweite Multiaperturplatte 359 mit einer Vielzahl von Öffnungen 361, eine dritte Multiaperturplatte 355 mit einer Vielzahl von Öffnungen 357 und eine Aperturplatte 363 mit einer einzigen Öffnung 365. Die Anordnung dient dazu, aus einem einzigen Strahl geladener Teilchen, welche in der Darstellung der 2 von oben auf die erste Multiaperturplatte 351 treffen, eine Vielzahl einzelner Teilchenstrahlen 3 zu bilden und diese in einer Ebene 367 zu fokussieren. In der hier erläuterten Ausführungsform sind die geladenen Teilchen Elektronen. In anderen Ausführungsformen können auch Ionen als geladene Teilchen eingesetzt werden.
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3 zeigt eine Draufsicht auf die erste Multiaperturplatte 351. Die Öffnungen 353 haben einen kreisrunden Querschnitt und einen Durchmesser D1 von 10 bis 100 Mikrometer, beispielsweise 35 Mikrometer. Die Zahl der Öffnungen 353 beträgt 3·n·(n – 1) + 1, wobei n eine natürliche Zahl ist. In dem hier dargestellten Beispiel ist n = 5, und die Zahl der Öffnungen 353 ist 61, und diese sind in einem hexagonalen Muster angeordnet. Ein rechteckiges Feld mit einem hexagonalen Muster oder ein rechteckiges Feld mit einem Rechteck-Muster wären auch möglich. Ein Abstand P3 zwischen den Mittelpunkten einander benachbarter Öffnungen 353 kann 15 bis 300 Mikrometer, beispielsweise 100 Mikrometer betragen. Ein Teil der in der Darstellung der 2 von oben auf die Multiaperturplatte 351 auftreffenden Teilchen durchsetzt die Platte durch die Öffnungen 353 und bildet nachfolgend die Vielzahl von Teilchenstrahlen 3. Der Rest der Teilchen wird von der Multiaperturplatte 351 absorbiert oder anderweitig zurückgehalten. Der Querschnitt der Öffnungen 353 definiert somit den Querschnitt der hinter der Multiaperturplatte 351 geformten Teilchenstrahlen 3. In dem dargestellten Beispiel mit kreisrunden Öffnungen 353 weisen die im Strahlengang hinter der Multiaperturplatte 351 geformten Strahlenbündel somit ebenfalls einen kreisrunden Querschnitt mit einem Durchmesser von beispielsweise 30 μm, 45 μm und 55 μm auf.
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4 zeigt eine Draufsicht auf die zweite Multiaperturplatte 359 mit deren Öffnungen 361. Diese sind in dem gleichen Muster angeordnet wie die Öffnungen 353 der ersten Multiaperturplatte 351, weisen jedoch einen Durchmesser D2 auf, der 1,05 bis 1,8 mal größer ist als der Durchmesser D1 der Öffnungen 353 der ersten Multiaperturplatte 351. Im dargestellten Beispiel beträgt der Durchmesser D2 40 Mikrometer bis 80 Mikrometer, beispielsweise etwa 70 Mikrometer. Die erste Multiaperturplatte 351 und die zweite Multiaperturplatte 359 sind relativ zueinander so positioniert, dass die von der ersten Multiaperturplatte 351 geformten, Teilchenstrahlen jeweils eine der Öffnungen 361 der zweiten Multiaperturplatte 359 durchsetzen. Im Strahlengang hinter der zweiten Multiaperturplatte 359 und mit Abstand von dieser ist die Aperturplatte 363 mit der großen Öffnung 365 angeordnet, welche von sämtlichen Teilchenstrahlen 3 durchsetzt wird. Eine Steuerung 369 legt an die zweite Multiaperturplatte 359 und an die Aperturplatte 363 verschiedene elektrische Potentiale an, so dass zwischen diesen beiden Platten 359 und 363 ein elektrisches Feld erzeugt wird. Dieses führt dazu, dass die Öffnungen 361 der zweiten Multiaperturplatte 359 auf die Teilchenstrahlen eine fokussierende Wirkung haben, so dass in der Ebene 367 Foki 371 der Teilchenstrahlen 352 entstehen.
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Zwischen der ersten Multiaperturplatte 351 und der zweiten Multiaperturplatte 359 ist die dritte Multiaperturplatte 355 mit deren Öffnungen 357 angeordnet (vergleiche 2). Die Öffnungen 357 in der dritten Multiaperturplatte 355 sind in dem gleichen Muster angeordnet wie die Öffnungen 353 bzw. 361 in den beiden anderen Multiaperturplatten 351 bzw. 359, und die dritte Multiaperturplatte 355 ist relativ zu der ersten Multiaperturplatte 351 und der zweiten Multiaperturplatte 359 so justiert, dass sämtliche Teilchenstrahlen 352 ebenfalls die Öffnungen 357 der dritten Multiaperturplatte 355 durchsetzen. Die Öffnungen 361 weisen einen Innendurchmesser D3 auf, der wenigstens 1,05 mal größer ist als der Durchmesser D1 der Öffnungen 353 der ersten Multiaperturplatte 351.
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Ein Teil einer Draufsicht auf die dritte Multiaperturplatte 355 ist in 5 schematisch dargestellt. Einer jeden der Öffnungen 361 ist ein Felderzeuger 372 zugeordnet, um ein Quadrupolfeld zu erzeugen, welches auf den diese Öffnung 361 durchsetzenden Strahl 3 wirkt. Jeder Felderzeuger 372 weist acht Elektroden 373 auf, welche in Umfangsrichtung um die Öffnung 361 verteilt angeordnet sind und von der Steuerung 369 kontrolliert werden. Hierzu ist auf der Multiaperturplatte 355 in einem Bereich, welcher mit Abstand von den Öffnungen 361 angeordnet ist, eine elektronische Schaltung 375 angeordnet, welche einstellbare elektrische Spannungen erzeugt und über Leitungen 377 den Elektroden 373 zuführt.
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Die Steuerung 369 kontrolliert die elektronische Schaltung 375 über eine serielle Datenverbindung 379, welche einen Vakuummantel 381 des Teilchenstrahlsystems durchsetzt. Dabei ist eine Dichtung 382 vorgesehen, die die Leitungen der seriellen Datenverbindung gegenüber dem Vakuummantel 381 abdichtet. Die elektronische Schaltung 375 erzeugt die den Elektroden 373 über die Leitungen 377 zugeführten Spannungen in Abhängigkeit von den über die serielle Datenverbindung 379 von der Steuerung 369 empfangenen Daten. Die Steuerung 369 ist somit in der Lage, in einer jeden der Öffnungen 361 ein elektrisches Quadrupolfeld zu erzeugen, welches hinsichtlich seiner Stärke und seiner Orientierung um ein Zentrum der Öffnung 361 einstellbar ist. Mit diesen Quadrupolfeldern können sämtliche Teilchenstrahlen 357 jeweils individuell manipuliert werden. Die Steuerung 369 stellt die Quadrupolfelder so ein, dass diese auf die Strahlen 352 einen Astigmatismus ausüben, welcher einen Astigmatismus kompensiert, der von der nachfolgenden Optik, wie beispielsweise der Objektivlinse 102 der 1 auf die Strahlen ausgeübt wird, so dass die Strahlen im Wesentlichen astigmatismusfrei (stigmatisch) in der Objektebene 101 fokussiert werden.
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Die Felderzeuger 372 in dem anhand der 5 erläuterten Beispiel sind Elektroden, so dass die das Quadrupolfeld bereitstellenden Felder elektrostatische Felder sind. Es ist jedoch auch möglich, hierfür Magnetfelder zu verwenden. Die Felderzeuger sind dann Spulen, welche in Umfangsrichtung verteilt um eine jede Öffnung angebracht sind. Hierbei ist es möglich, dass eine jede Spule beispielsweise nur eine oder nur zwei Windungen aufweist. Derartige Spulen können in dünnen Membranen aus Silizium-Einkristall gefertigt werden, indem durch Ätzen Vertiefungen und Durchgangslöcher in der Membran gefertigt werden und diese Vertiefungen und Durchgangslöcher mit einem leitfähigen Material verfüllt werden.
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6 ist eine der 2 entsprechende Schnittdarstellung durch die Anordnung 305, wobei aus der 6 mehr Details hervor gehen. Dargestellt sind die Trajektorien 362 von Teilchen, die eine der Aperturen der ersten, zweiten und dritten Multiaperturplatte 351, 355, 359 passieren, sowie Trajektorien 364 von Teilchen, die auf die erste Multiaperturplatte 351 treffen und diese nicht durchsetzen. Ebenfalls dargestellt sind schematisch die Äquipotenziallinien 384 des elektrostatischen Linsenfelds, das durch das elektrostatische Feld zwischen der zweiten Multiaperturplatte 359 und der Aperturplatte mit nur einer einzigen großen Öffnung (in 6 nicht gezeigt) gebildet wird. Weiterhin eingezeichnet sind schematisch die Äquipotenziallinien 383 der Quadrupolfelder die durch die Felderzeuger 373 der dritten Multiaperturplatte 355 erzeugt werden.
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Die Dicke t1 der ersten Multiaperturplatte 351 beträgt in dem dargestellten Beispiel 5 Mikrometer bis 100 Mikrometer, beispielsweise 10 Mikrometer. Die Dicke t2 der zweiten Multiaperturplatte 359 beträgt in dem dargestellten Beispiel 10 Mikrometer bis 200 Mikrometer, beispielsweise 25 Mikrometer. Die Dicke t3 der dritten Multiaperturplatte 355 beträgt in dem dargestellten Beispiel 10 Mikrometer bis 200 Mikrometer, beispielsweise 30 Mikrometer. Der Abstand d1 zwischen der ersten Multiaperturplatte 351 und der dritten Multiaperturplatte 355 beträgt in dem dargestellten Beispiel 10 Mikrometer bis 500 Mikrometer, beispielsweise 45 Mikrometer. Der Abstand d2 zwischen der dritten Multiaperturplatte 355 und der zweiten Multiaperturplatte 359 beträgt in dem dargestellten Beispiel 1 Mikrometer bis 100 Mikrometer, beispielsweise 8 Mikrometer. Der Abstand zwischen der zweiten Multiaperturplatte 359 und der in 6 nicht dargestellten Aperturplatte 363 (vgl. 2) beträgt in dem dargestellten Beispiel 1.000 Mikrometer bis 40.000 Mikrometer, beispielsweise 5000 Mikrometer.
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7 ist eine Draufsicht auf eine der Öffnungen 361 der dritten Multiaperturplatte 355, wobei darin elektrische Feldlinien eines erzeugten elektrischen Quadrupolfeldes dargestellt sind. Die zur Erzeugung des Quadrupolfeldes an die diesen Elektroden 373 zugeordneten angelegten Spannungen sind in 7 angegeben.
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8 zeigt eine Anordnung 305 aus einer ersten Multiaperturplatte 351 mit Öffnungen 353, einer zweiten Multiaperturplatte 359 mit Öffnungen 361 und einer dritten Multiaperturplatte 355 mit Öffnungen 357 sowie einer Aperturplatte 363 mit einer einzigen Öffnung 365, die der in 2 gezeigten Anordnung weitgehend ähnlich ist, sich von dieser aber hinsichtlich der Reihenfolge der Anordnung der Platten unterscheidet. Auch bei der in 8 gezeigten Anordnung 305 treffen die von einer Teilchenquelle erzeugten Teilchen in der Darstellung der Figur von oben auf die Anordnung 305 und durchsetzen zunächst die Öffnung 365 der Aperturplatte 363. Die im Strahlengang hinter der Anordnung 305 geformten Teilchenstrahlen 3 werden von den Öffnungen 353 der mittleren ersten Multiaperturplatte 351 definiert. Zuvor durchsetzen diese Teilchenstrahlen allerdings die Öffnungen 361 der zweiten Multiaperturplatte 359, welche eine Linsenwirkung bereitstellt, die durch ein elektrisches Feld erzeugt wird, das zwischen der Aperturplatte 363 und der zweiten Multiaperturplatte 359 durch eine Steuerung 369 erzeugt wird. Die Öffnungen 357 der dritten Multiaperturplatte 355 weisen wiederum Felderzeuger, das heißt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel Elektroden auf, um Quadrupolfelder in den Öffnungen zu erzeugen.
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9 ist eine der 2 entsprechende Querschnittsdarstellung der Anordnung von mehreren Multiaperturplatten, wobei aus dieser Darstellung Details der Halterung der Aperturplatten relativ zueinander und deren Herstellung ersichtlich sind. Die Darstellung der 9 ist schematisch. Insbesondere ist die Richtung in Ausbreitungsrichtung der Teilchenstrahlen (vertikale Richtung in Zeichenebene) mit einem deutlich größeren Vergrößerungsmaßstab dargestellt als die dazu senkrechte Richtung (horizontale Richtung in Zeichenebene).
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Die drei Multiaperturplatten 351, 355 und 359, die die Öffnungen zum Durchtritt der Teilchenstrahlung enthalten, sind sehr dünn. Hergestellt sind diese Platten jeweils aus einer wesentlich dickeren Platte aus einem Silizium-Einkristall. In dieser werden die dünnen Bereiche und die Öffnungen durch anisotropes Ätzen geformt. Die Bereiche, an welchen in einzelnen Prozessschritten geätzt werden soll bzw. nicht geätzt werden soll, werden durch herkömmliche Lithografie-Schritte definiert.
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Die erste Multiaperturplatte 351 ist ein dünner Membranbereich einer dickeren ersten Platte 385, die zweite Multiaperturplatte 359 ist ein dünner Membranbereich einer dickeren zweiten Platte 386, und die dritte Multiaperturplatte 355 ist ein dünner Membranbereich einer dickeren dritten Platte 390. Die erste Platte 385 für die erste Multiaperturplatte 351 weist einen dicken Rahmenbereich 387 mit einem Vorsprung 389 auf, mit welchem die erste Platte 385 an dem Membranbereich der dritten Platte 390 abgestützt und befestigt ist. Die Befestigung zwischen den Platten 385 und 389 kann beispielsweise durch Kleben erfolgen. Zur Kontrolle des zugehörigen Klebeprozesses sind in dem Rahmenbereich 387 mehrere Öffnungen 391 vorgesehen, die bei korrekter Positionierung der Öffnungen der ersten Multiaperturplatte 351 und der dritten Multiaperturplatte 355 relativ zueinander mit Öffnungen 392 fluchten, welche in der dritten Platte 390 vorgesehen sind. Die Ausrichtung der Öffnungen 391 und 392 relativ zueinander kann während des Klebevorgangs unter einem Mikroskop überprüft werden. Mit Manipulatoren können die Platten vor Aushärtung des verwendeten Klebers relativ zueinander bewegt und korrekt positioniert werden. Auf ähnliche Weise stützt sich der Rahmenbereich der zweiten Platte 386 für die zweite Multiaperturplatte 359 an der dritten Platte 390 ab und weist ebenfalls Öffnungen auf, welche mit den Öffnungen 393 in der dritten Platte 390 fluchten, um auch die zweite Platte 386 durch Klebeverbindung an der dritten Platte 390 zu befestigen. Ein Rahmenbereich 394 der dritten Platte 390 stützt sich auf einer Basis 396 ab, welche als Halterung für die Anordnung der Mulitaperturplatten dient.
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9 stellt auch noch schematisch einen Anschluss 397 für die Datenverbindung 397 (vergleiche 5) und eine Zuführung 398 für elektrische Signale auf die dritte Platte 390 dar, wobei die Signale in Erregungen der Felderzeuger der dritten Multiaperturplatte 355 umgewandelt werden, wie dies vorangehend im Zusammenhang mit der 5 beschrieben wurde.
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In dem in 9 dargestellten Ausführungsbeispiel trägt die in der Anordnung der drei Multiaperturplatten im Strahlengang in der Mitte angeordnete Multiaperturplatte die beiden anderen Multiaperturplatten.
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Varianten hiervon sind denkbar, so dass beispielsweise die im Strahlengang zuerst angeordnete Multiaperturplatte die beiden anderen trägt, indem diese durch Kleben an der ersten befestigt sind. Auch ist es möglich, dass die im Strahlengang erste Multiaperturplatte mit der im Strahlengang zweiten Multiaperturplatte durch Kleben verbunden ist, während die im Strahlengang dritte Multiaperturplatte durch Kleben mit der im Strahlengang zweiten Multiaperturplatte durch Kleben verbunden ist.
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Ferner ist es möglich, einzelne Multiaperturplatten durch Halterungen separat an der Basis 396 zu haltern, so dass sie nicht durch Kleben mit anderen Multiaperturplatten verbunden sind. Bei der separaten Halterung zweier oder aller drei Multiaperturplatten an der Basis können in den Halterungen auch Aktuatoren, wie beispielsweise Piezo-Aktuatoren, vorgesehen sein, um die Multiaperturplatten durch Betätigen der Aktuatoren relativ zueinander auszurichten. Die Ausrichtung der Multiaperturplatten relativ zueinander ist dann insbesondere während des Betriebs möglich.
