DE102016120902A1

DE102016120902A1 - Vielstrahl-Teilchenmikroskop

Info

Publication number: DE102016120902A1
Application number: DE102016120902.3A
Authority: DE
Inventors: Thomas Kemen; Erik Essers; Jörg Jacobi; Dirk Zeidler
Original assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2016-11-02
Filing date: 2016-11-02
Publication date: 2018-05-03
Anticipated expiration: 2036-11-03
Also published as: DE102016120902B4

Abstract

Vielstrahl-Teilchenmikroskop, welches eine Vielstrahl-Teilchenquelle zur Erzeugung einer Vielzahl von Primär-Teilchenstrahlen, eine Objektivlinse 102 zum Fokussieren von Primär-Teilchenstrahlen in einer Objektebene 101 und eine Detektoranordnung zum Detektieren von Intensitäten von Sekundär-Teilchenstrahlen umfasst. Einem jeden Primär-Teilchenstrahl ist ein Sekundär-Teilchenstrahl zugeordnet. Zwischen der Objektivlinse 102 und der Objektebene 101 ist eine Multiaperturplatte 11 angeordnet, welche eine Mehrzahl von Öffnungen 37 aufweist. Verschiedene Öffnungen 37 der Multiaperturplatte 11 werden von Strahlengängen verschiedener Primär-Teilchenstrahlen durchsetzt und die verschiedenen Öffnungen 37 der Multiaperturplatte 11 werden auch von Strahlengängen verschiedener Sekundär-Teilchenstrahlen durchsetzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Vielstrahl-Teilchenmikroskop.
Aus WO 2012/041464 A1 ist ein Vielstrahl-Teilchenmikroskop bekannt, bei welchem eine Vielzahl von Primär-Teilchenstrahlen eines Bündels aus Primär-Teilchenstrahlen auf ein Objekt fokussiert werden. Die Primär-Teilchenstrahlen erzeugen an den Orten ihres Auftreffens auf dem Objekt Sekundärelektronen, welche durch ein an das Objekt angelegtes elektrisches Feld von dem Objekt weg beschleunigt und zu Sekundär-Teilchenstrahlen geformt werden, welche auf eine Detektoranordnung mit einer Vielzahl von Detektoren gerichtet werden. Hierbei erzeugt jeder einzelne Primär-Teilchenstrahl am Ort seines Auftreffens auf dem Objekt einen dem Primär-Teilchenstrahl zugeordneten Sekundär-Teilchenstrahl, und der Sekundär-Teilchenstrahl trifft auf wenigstens einen ihm zugeordneten Detektor der Detektoranordnung, so dass durch Detektieren der auf diesen wenigstens einen Detektor treffenden Teilchenintensität Information zu dem Ort des Objekts gewonnen werden kann, auf welchen der Primär-Teilchenstrahl gerichtet ist. Das Bündel aus Primär-Teilchenstrahlen kann durch das Vielstrahl-Teilchenmikroskop abgelenkt werden und das Objekt kann relativ zu dem Vielstrahl-Teilchenmikroskop verlagert werden, um dessen Oberfläche systematisch mit den Primär-Teilchenstrahlen abzutasten und aus den dabei detektierten Intensitäten an Sekundär-Teilchenstrahlen ein elektronenmikroskopisches Bild des Objekts zu gewinnen.
Im Vergleich zu einem Teilchenstrahlmikroskop, welches mit lediglich einem Primär-Teilchenstrahl arbeitet, ergibt sich durch die gleichzeitige Verwendung der Vielzahl von Primär-Teilchenstrahlen eine Erhöhung des Durchsatzes. Dabei werden Vielstrahl-Teilchenmikroskope beispielsweise auch zur Gewinnung hochaufgelöster dreidimensionaler Daten von biologischen Objekten mit einer als „serial block-face scanning electron microscopy“ bezeichneten Technik eingesetzt. Allerdings hat sich gezeigt, dass bei einer gegebenen Auslegung einer Teilchenstrahloptik des Vielstrahl-Teilchenmikroskops für ein Bündel von vielen Primär-Teilchenstrahlen, welches einen vorgegebenen Durchmesser aufweist, die Anzahl der Primär-Teilchenstrahlen in dem Bündel nicht beliebig erhöht werden kann.
Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Vielstrahl-Teilchenstrahlmikroskop vorzuschlagen, welches es ermöglicht, eine vergleichsweise große Anzahl von Primär-Teilchenstrahlen bzw. ein Bündel von Primär-Teilchenstrahlen einzusetzen, in welchem die Primär-Teilchenstrahlen einen geringen Abstand voneinander aufweisen.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst ein erfindungsgemäßes Vielstrahl-Teilchenmikroskop eine Vielstrahl-Teilchenquelle, welche dazu konfiguriert ist, eine Vielzahl von Primär-Teilchenstrahlen zu erzeugen, eine Objektivlinse, welche von Strahlengängen der Vielzahl von Primär-Teilchenstrahlen durchsetzt ist und dazu konfiguriert ist, die Vielzahl von Primär-Teilchenstrahlen jeweils auf eine Objektebene zu richten und dort zu fokussieren, eine Detektoranordnung, welche dazu konfiguriert ist, Intensitäten einer Vielzahl von Sekundär-Teilchenstrahlen zu detektieren, wobei ein jeder der Sekundär-Teilchenstrahlen durch Teilchen erzeugbar ist, die durch einen der Primär-Teilchenstrahlen an einem in der Objektebene anordenbaren Objekt hervorgerufen werden, wobei ein Strahlengang der Sekundär-Teilchenstrahlen die Objektivlinse durchsetzt.
Im Betrieb des Vielstrahl-Teilchenmikroskops erzeugt ein jeder der Primär-Teilchenstrahlen einen von dem Ort des Auftreffens des Primär-Teilchenstrahls an dem Objekt ausgehenden Sekundär-Teilchenstrahl, dessen Intensität durch die Detektoranordnung detektierbar ist. Die Vielzahl von Primär-Teilchenstrahlen trifft an mit Abstand voneinander angeordneten Orten auf das Objekt auf, und die detektierten Intensitäten der den Primär-Teilchenstrahlen zugeordneten Sekundär-Teilchenstrahlen können Informationen über die Struktur des Objekts an den Auftrefforten der Primär-Teilchenstrahlen liefern. Hierbei ist es möglich, die Vielzahl von Primär-Teilchenstrahlen durch Strahlablenker des Vielstrahl-Teilchenmikroskops abzulenken, um die Primärteilchenstrahlen auf verschiedene Orte des Objekts zu richten und das Objekt mit den Primär-Teilchenstrahlen abzutasten, um ein elektronenmikroskopisches Bild des Objekts zu erhalten. Alternativ oder ergänzend zu der Ablenkung der Primär-Teilchenstrahlen durch Strahlablenker ist es möglich, das Objekt relativ zu dem Vielstrahl-Teilchenmikroskop zu verlagern, um die Primär-Teilchenstrahlen ebenfalls auf verschiedene Orte des Objekts zu richten.
Die Strahlengänge der Primär-Teilchenstrahlen und der Sekundär-Teilchenstrahlen bezeichnen hierbei die Bereiche im Raum, innerhalb derer während des Betriebs des Vielstrahl-Teilchenmikroskops die Teilchen, welche die Primär-Teilchenstrahlen bzw. die Sekundär-Teilchenstrahlen bilden, angetroffen werden können. Ein jeder dieser Strahlengänge ist somit von einer Fläche in der Gestalt eines Schlauches begrenzt, wobei innerhalb dieses Schlauches die Trajektorien der Teilchen des jeweiligen Teilchenstrahls verlaufen. Die Anordnung der Strahlengänge im Raum innerhalb des Vielstrahl-Teilchenmikroskops kann durch technische Überlegungen und Simulationen auf der Grundlage von technischen Spezifikationen des Vielstrahl-Teilchenmikroskops bestimmt werden, ohne dass das Vielstrahl-Teilchenmikroskop in Betrieb sein muss. Hierbei ist es auch möglich, die Grundlage für die technischen Überlegungen und Simulationen durch experimentelle Erkenntnisse zu ergänzen, welche anhand eines im Betrieb befindlichen Vielstrahl-Teilchenmikroskops gewonnen werden.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst das Vielstrahl-Teilchenmikroskop eine zwischen der Objektivlinse und der Objektebene angeordnete Multiaperturplatte, welche eine Mehrzahl von Öffnungen aufweist, wobei verschiedene Öffnungen der Multiaperturplatte von Strahlengängen verschiedener Primär-Teilchenstrahlen durchsetzt sind, wobei verschiedene Öffnungen der Multiaperturplatte von Strahlengängen verschiedener Sekundär-Teilchenstrahlen durchsetzt sind, und wobei eine Anzahl der Primär-Teilchenstrahlen, welche eine gleiche Öffnung der Mehrzahl von Öffnungen der Multiaperturplatte durchsetzen, kleiner ist als eine Anzahl der Primär-Teilchenstrahlen. Die Anzahl der Primär-Teilchenstrahlen ist hierbei die Gesamtzahl derjenigen Primär-Teilchenstrahlen, welche während des Betriebs des Vielstrahl-Teilchenmikroskops von der Vielstrahl-Teilchenquelle erzeugt werden, die Objektebene erreichen und zur Erzeugung von Sekundär-Teilchenstrahlen, deren Intensitäten durch die Detektoranordnung detektiert werden, genutzt werden. Insbesondere ist die Anzahl der Primär-Teilchenstrahlen, welche eine gleiche Öffnung der Mehrzahl von Öffnungen der Multiaperturplatte durchsetzen, für alle Öffnungen kleiner als ein 0,1-faches, insbesondere kleiner als ein 0,05-faches und insbesondere kleiner als ein 0,01-faches der Anzahl der Primär-Teilchenstrahlen.
Die Multiaperturplatte hat eine in dem Bereich, wo die Mehrzahl von Öffnungen vorgesehen ist, sich in einer Ebene erstreckende Struktur. Die Öffnungen darin sind mit Abstand voneinander angeordnet. Die Multiaperturplatte kann beispielsweise aus einem Plattenmaterial, wie etwa Silizium, gebildet sein, in welches die Öffnungen beispielsweise durch Ätzen eingebracht wurden. Die Multiaperturplatte kann beispielsweise auch als ein Gitter ausgebildet sein, welches beispielsweise miteinander verflochtene oder nicht miteinander verflochtene, sich kreuzende Gitterstege aufweist, welche die Öffnungen definieren bzw. begrenzen. Die Gestalt der Öffnungen kann beliebig sein. Beispielhafte Gestalten von Öffnungen sind ovale Öffnungen, insbesondere kreisrunde Öffnungen, rechteckige Öffnungen, insbesondere quadratische Öffnungen, hexagonale Öffnungen und dergleichen.
Durch das Bereitstellen der Multiaperturplatte zwischen der Objektivlinse und der Objektebene können verschiedene Vorteile erreicht werden. Beispielsweise führt die Multiaperturplatte dazu, dass ein unmittelbar über dem Objekt entstehendes elektrisches Feld, welches auch dazu verwendet wird, die Teilchen der Sekundär-Teilchenstrahlen von dem Objekt weg zu beschleunigen, wesentlich gleichmäßiger auf alle Primär-Teilchenstrahlen wirkt als ein solches Feld, wie es erzeugt werden könnte, wenn die Multiaperturplatte nicht zur Verfügung stünde. Dies führt dazu, dass die Primär-Teilchenstrahlen nicht unmittelbar über dem Objekt durch etwaige Komponenten von elektrischen Feldern, welche quer zur Strahlrichtung der Primär-Teilchenstrahlen bzw. parallel zur Objektebene orientiert sind, von ihren vorgesehenen Trajektorien abgelenkt werden, wodurch die Primär-Teilchenstrahlen nicht an den vorgesehenen Positionen auf das Objekt auftreffen würden. Ferner werden die von dem Objekt weg beschleunigten Sekundär-Teilchenstrahlen im Wesentlichen senkrecht von der Objektebene weg beschleunigt, wodurch sich geringe Querschnitte der Sekundär-Teilchenstrahlen ergeben, deren Intensitäten durch die Detektoranordnung einzeln detektierbar sind, ohne dass Teilchen eines Sekundär-Teilchenstrahls von einem Detektor der Detektoranordnung detektiert werden, welcher einem anderen Sekundär-Teilchenstrahl zugeordnet ist. Ferner kann die Multiaperturplatte das Objekt vor Beschädigung durch elektrische Überschläge schützen, welche ohne Vorhandensein der Multiaperturplatte zwischen der Objektivlinse und dem Objekt und insbesondere zwischen der Objektivlinse und dem Rand mancher Objekte entstehen könnten, wenn starke elektrische Felder dazu verwendet werden, die Teilchen der Sekundär-Teilchenstrahlen von dem Objekt weg zu beschleunigen.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen ist die Anzahl der Primär-Teilchenstrahlen größer als 50, und die Anzahl der Primär-Teilchenstrahlen, die die gleiche Öffnung der Mehrzahl von Öffnungen der Multiaperturplatte durchsetzen, ist kleiner als 10, insbesondere kleiner als 5 und insbesondere gleich 1. Wenn die Anzahl der Primär-Teilchenstrahlen, die die gleiche Öffnung der Multiaperturplatte durchsetzen, gleich 1 ist, ist einem jeden der Primär-Teilchenstrahlen eine eigene Öffnung der Multiaperturplatte zugeordnet. Insbesondere kann die Anzahl der Öffnungen der Multiaperturplatte gleich der Anzahl der Primär-Teilchenstrahlen sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die Anzahl der Öffnungen der Multiaperturplatte größer ist als die Anzahl der Primär-Teilchenstrahlen. Insbesondere können hierbei in der Multiaperturplatte Öffnungen vorgesehen sein, die zwischen solchen Öffnungen angeordnet sind, die von einander unmittelbar benachbarten Primär-Teilchenstrahlen durchsetzt werden. Hierbei kann insbesondere ein durch einen Primär-Teilchenstrahl erzeugter Sekundär-Teilchenstrahl mehrere Öffnungen der Multiaperturplatte durchsetzen.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst das Vielstrahl-Teilchenmikroskop eine zwischen der Vielstrahl-Teilchenquelle und der Multiaperturplatte angeordnete Elektrode, welche eine Öffnung aufweist, die von den Strahlengängen der Vielzahl von Primär-Teilchenstrahlen und von den Strahlengängen der Vielzahl von Sekundär-Teilchenstrahlen durchsetzt ist. Diese Elektrode kann beispielsweise durch eine Komponente der Objektivlinse gebildet sein oder als eine Komponente, welche nicht Teil der Objektivlinse ist, ausgebildet sein, welche nahe der Objektivlinse angeordnet ist. Eine Potentialdifferenz zwischen dem Potential dieser Elektrode und dem Potential der Multiaperturplatte bestimmt ein elektrisches Feld, welches Teilchen der Sekundär-Teilchenstrahlen, welche Öffnungen der Multiaperturplatte durchsetzt haben, hin zu der Detektoranordnung beschleunigt und Teilchen der Primär-Teilchenstrahlen vor dem Durchsetzen der Öffnungen der Multiaperturplatte und dem Auftreffen auf dem Objekt verzögert.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen hierin umfasst das Vielstrahl-Teilchenmikroskop ferner ein Spannungsversorgungssystem, welches dazu konfiguriert ist, einen Teilchenemitter der Vielstrahl-Teilchenquelle auf ein erstes elektrisches Potential zu setzen, die Elektrode auf ein zweites elektrisches Potential zu setzen, die Multiaperturplatte auf ein drittes elektrisches Potential zu setzen, und ein an der Objektebene anordenbares Objekt auf ein viertes elektrisches Potential zu setzen. Hierbei ist es möglich, dass eines oder mehrere der genannten elektrischen Potentiale ein Massepotential des Vielstrahl-Teilchenmikroskops ist.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen beträgt die Potentialdifferenz zwischen dem Teilchenemitter der Vielstrahlquelle und dem Objekt, welche Potentialdifferenz die Landeenergie der Teilchen des Primär-Teilchenstrahls bestimmt, zwischen 50 V und 3 kV.
Gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist die Potentialdifferenz zwischen dem Teilchenemitter der Vielstrahl-Teilchenquelle und der Elektrode, welche Potentialdifferenz die kinetische Energie der Teilchen des Primär-Teilchenstrahls bestimmt, bevor diese in einem elektrischen Feld zwischen der Elektrode und der Multiaperturplatte abgebremst werden, größer als 5 kV.
Gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist die Potentialdifferenz zwischen der Elektrode und der Multiaperturplatte größer als 3 kV, größer als 5 kV, größer als 8 kV, größer als 10 kV oder größer als 20 kV.
Gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist die Potentialdifferenz zwischen dem elektrischen Potential der Elektrode und dem elektrischen Potential der Multiaperturplatte größer als ein 50-faches, insbesondere größer als ein 100-faches, der Potentialdifferenz zwischen dem elektrischen Potential der Multiaperturplatte und dem elektrischen Potential des Objekts.
Gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist die Multiaperturplatte mit einem ersten Abstand von der Elektrode angeordnet, so dass dieser erste Abstand und die Potentialdifferenz zwischen der Multiaperturplatte und der Elektrode eine elektrische Feldstärke E1 an einer der Elektrode zuweisenden Oberflächen der Multiaperturplatte bestimmt. Ferner ist die Multiaperturplatte mit einem zweiten Abstand von der Objektebene angeordnet, so dass der zweite Abstand und eine Potentialdifferenz zwischen der Multiaperturplatte und dem Objekt eine elektrische Feldstärke E2 an einer der Objektebene zuweisenden Oberfläche der Multiaperturplatte bestimmt. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen gilt für die elektrischen Feldstärken E1 und E2: $0,7 < | E1/E2 | < 1,5.$
Unter der Annahme einer ausreichend dünnen Multiaperturplatte ist demnach ein Unterschied zwischen den elektrischen Feldern auf den beiden Seiten der Multiaperturplatte nicht sehr groß, so dass die Aperturen der Platte lediglich eine geringe fokussierende oder defokussierende Wirkung auf die die Aperturen durchsetzenden Teilchenstrahlen haben und diese auf ihrem Weg hin zu dem Objekt bzw. weg von dem Objekt durch die Multiaperturplatte lediglich in geringem Maß beeinflusst werden.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen ist die elektrische Feldstärke E1 an der der Elektrode zuweisenden Oberfläche der Multiaperturplatte größer als 500 V/mm oder größer als 1500 V/mm oder sogar größer als 3000 V/mm.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen liegt die elektrische Feldstärke E2 an der der Objektebene zuweisenden Oberfläche der Multiaperturplatte in einem Bereich von 500 V/mm bis 1500 V/mm oder einem Bereich von 500 V/mm bis 3000 V/mm oder einem Bereich von 500 V/mm bis 5000 V/mm.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen ist der Abstand zwischen der Multiaperturplatte und der Objektebene kleiner als 200 µm und größer als 50 µm oder 1 µm, insbesondere kleiner als 50 µm und größer als 30 µm oder 1 µm, insbesondere kleiner als 30 µm und größer als 20 µm oder 1 µm, insbesondere kleiner als 20 µm und größer als 10 µm oder 1 µm und insbesondere kleiner als 10 µm und größer als 1 µm. Ein derart kleiner Abstand zwischen der Multiaperturplatte und dem Objekt führt dazu, dass die Teilchen des Primär-Teilchenstrahls nach dem Durchsetzen der Multiaperturplatte nur eine sehr kurze Strecke durchlaufen müssen, bevor sie auf das Objekt treffen. Deshalb können die Auftrefforte der Primär-Teilchenstrahlen an dem Objekt aufgrund von eventuell vorhandenen Inhomogenitäten von elektrischen Feldern zwischen der Multiaperturplatte und dem Objekt nur geringfügig von ihren Sollpositionen abweichen.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen ist ein minimaler Abstand von zwei einander benachbarten Primär-Teilchenstrahlen („Pitch“) an der Multiaperturplatte kleiner als 50 µm, insbesondere kleiner als 30 µm, insbesondere kleiner als 20 µm und insbesondere kleiner als 12 µm.
Gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist die Dicke der Multiaperturplatte in einer Umgebung um wenigstens eine der Öffnungen bzw. in dem Bereich, wo die Mehrzahl von Öffnungen in der Multiaperturplatte vorgesehen ist, kleiner als 40 µm, insbesondere kleiner als 20 µm und insbesondere kleiner als 5 µm.
Das Vielstrahl-Teilchenmikroskop kann eine Objekthalterung umfassen, welche dazu konfiguriert ist, das Objekt zu haltern, wobei eine Aktuatoranordnung vorgesehen ist, welche dazu konfiguriert ist, die Objekthalterung relativ zu der Objektivlinse zu verlagern und zu positionieren. Die Positionierung kann insbesondere in drei Raumrichtungen unabhängig eingestellt werden, so dass der Abstand des Objekts von der Multiaperturplatte einstellbar ist und das Objekt in zwei unabhängige Richtungen lateral relativ zu der Richtung der auf das Objekt treffenden Primär-Teilchenstrahlen verlagerbar ist.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst das Vielstrahl-Teilchenmikroskop eine Steuerung, welche dazu konfiguriert ist, diese Aktuatoranordnung so anzusteuern, dass das Objekt einen vorbestimmten Abstand von der Multiaperturplatte aufweist. Dieser vorbestimmte Abstand kann kleiner als ein 10-faches, insbesondere kleiner als ein 5-faches und insbesondere kleiner als ein 1,5-faches eines minimalen Abstands von zwei einander benachbarten Primär-Teilchenstrahlen („Pitch“) an der Multiaperturplatte sein. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen ist der vorbestimmte Abstand kleiner als 200 µm, insbesondere kleiner als 50 µm, insbesondere kleiner als 30 µm, insbesondere kleiner als 20 µm und insbesondere kleiner als 10 µm.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst das Vielstrahl-Teilchenmikroskop ein Abstandsmessmodul, welches dazu konfiguriert ist, ein Messsignal bereitzustellen, welches den momentanen Abstand der Multiaperturplatte von dem Objekt repräsentiert, wobei hierbei die Steuerung die Aktuatoranordnung in Abhängigkeit von dem Messsignal ansteuern kann, um den vorbestimmten Abstand zwischen dem Objekt und der Multiaperturplatte einzustellen.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst das Abstandsmessmodul eine Strahlungsquelle und einen Strahlungsdetektor, wobei die Strahlungsquelle dazu konfiguriert ist, Strahlung einer vorbestimmten Wellenlänge zu emittieren und in einen Spalt zwischen der Multiaperturplatte und dem Objekt zu richten, wobei der Strahlungsdetektor mit Abstand von der Strahlungsquelle angeordnet ist und dazu konfiguriert ist, von der Strahlungsquelle in den Spalt emittierte Strahlung zu detektieren, und wobei das Messsignal eine von dem Strahlungsdetektor detektierte Strahlungsintensität repräsentiert. Das Messprinzip kann hierbei darauf beruhen, dass der Spalt zwischen dem Objekt und der Multiaperturplatte als ein Hohlleiter für elektromagnetische Strahlung betrachtet wird und entsprechend eine Grenzfrequenz bzw. eine größte Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung existiert, welche sich in diesem Spalt ausbreiten kann. Bei einer gegebenen Wellenlänge der von der Strahlungsquelle emittierten Strahlung kann basierend auf dem Messsignal dann ein vorbestimmter Abstand zwischen der Multiaperturplatte und dem Objekt, welcher nahe dem Abstand liegt, bei welchem die Wellenlänge der Strahlung die Grenzwellenlänge ist, relativ genau eingestellt werden.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen ist die Multiaperturplatte an der Objektivlinse befestigt. Gemäß alternativen Ausführungsformen ist die Multiaperturplatte an der Objektivlinse nicht befestigt und kann mittels eines Aktuators, an welchem die Multiaperturplatte bzw. eine Halterung der Multiaperturplatte befestigt ist, in den Strahlengängen der Primär-Teilchenstrahlen und der Sekundär-Teilchenstrahlen angeordnet werden oder aus diesen Strahlengängen entfernt werden. Unabhängig davon, ob die Multiaperturplatte bzw. deren Halterung an der Objektivlinse befestigt ist oder ob die Multiaperturplatte aus den Strahlengängen entfernbar ist, kann ein Anschlagskörper vorgesehen sein, der, wenn die Multiaperturplatte in den Strahlengängen angeordnet ist, zwischen der Objektivlinse bzw. einer Komponente der Objektivlinse und der Multiaperturplatte bzw. der Halterung der Multiaperturplatte angeordnet ist und die Position der Multiaperturplatte relativ zu der Objektivlinse definiert. Dieser Anschlagskörper kann ein isolierendes Material umfassen, so dass es möglich ist, die Objektivlinse bzw. die Komponente der Objektivlinse und die Multiaperturplatte auf verschiedene elektrische Potentiale zu setzen.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst das Vielstrahl-Teilchenmikroskop wenigstens einen im Strahlengang der Primär-Teilchenstrahlen zwischen der Vielstrahl-Teilchenquelle und der Multiaperturplatte angeordneten Elektronenstrahlablenker, welcher dazu konfiguriert ist, die Primär-Teilchenstrahlen abzulenken. Hierdurch ist es möglich, die Auftrefforte der Primär-Teilchenstrahlen an dem Objekt zu variieren und das Objekt mit den Primär-Teilchenstrahlen abzutasten.
Wenn die Multiaperturplatte relativ zu der Objektivlinse fest angeordnet ist, limitiert der Durchmesser der Öffnungen der Multiaperturplatte, welche von den Primär-Teilchenstrahlen durchsetzt werden, das Ausmaß der Auslenkung der Primär-Teilchenstrahlen zum Abtasten des Objekts. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen ist deshalb hierbei vorgesehen, dass das Vielstrahl-Teilchenmikroskop einen Aktuator umfasst, welcher dazu konfiguriert ist, die Multiaperturplatte in eine Richtung, welche parallel zu einer Ebene der Multiaperturplatte orientiert ist, relativ zu der Objektivlinse hin und her zu verlagern. Ein Steuerungsmodul kann dann dazu konfiguriert sein, den Aktuator zur Hin- und Herverlagerung der Multiaperturplatte und den Elektronenstrahlablenker gemeinsam so anzusteuern, dass die Multiaperturplatte derart verlagert wird, dass ein jeder gegebener Primär-Teilchenstrahl die gleiche Öffnung in der Multiaperturplatte unabhängig von einer durch den Elektronenstrahlablenker erzeugten Ablenkung des Primär-Teilchenstrahls durchsetzt und insbesondere im Wesentlichen zentral durchsetzt. Bei dieser Ausführungsform ist es dann möglich, den Durchmesser der Öffnungen der Multiaperturplatte noch weiter zu verringern.
Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Hierbei zeigt:

1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Funktionsweise eines Vielstrahl-Teilchenmikroskops gemäß einer Ausführungsform;
2 eine schematische Darstellung eines Teils des Vielstrahl-Teilchenmikroskops der 1;
3 eine schematische Darstellung eines Teils eines Vielstrahl-Teilchenmikroskops gemäß einer weiteren Ausführungsform;
4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung von Strahlengängen bei einem herkömmlichen Vielstrahl-Teilchenmikroskop;
5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zum Abrastern einer Oberfläche eines Objekts mit einem anhand der 1 bis 3 erläuterten Vielstrahl-Teilchenmikroskop; und
6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines weiteren Verfahrens zum Abrastern einer Oberfläche eines Objekts mit einem anhand der 1 bis 3 erläuterten Vielstrahl-Teilchenmikroskop.

1 ist eine schematische Darstellung eines Vielstrahl-Teilchenmikroskops, welches mehrere Teilchenstrahlen einsetzt. Das Vielstrahl-Teilchenmikroskop erzeugt mehrere Primär-Teilchenstrahlen, welche auf ein zu untersuchendes Objekt treffen, um dort Elektronen zu erzeugen, welche von dem Objekt ausgehen und zu Sekundär-Teilchenstrahlen geformt werden, welche nachfolgend detektiert werden. Das Vielstrahl-Teilchenmikroskop 1 ist vom Rasterelektronenmikroskoptyp („scanning electron microscope“, SEM), welches als Primär-Teilchenstrahlen 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.
Der vergrößerte Ausschnitt I₁der 1 zeigt eine Draufsicht auf die Objektebene 101 mit einem regelmäßigen rechtwinkligen Feld 103 von Auftrefforten 5 von Primär-Teilchenstrahlen 3, welche in der Ebene 101 gebildet werden. In 1 beträgt die Zahl der Auftrefforte 25, welche als ein 5 x 5-Feld 103 angeordnet sind. 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 x 30, 100 x 100 und dergleichen.
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 50 µm, 30 µm oder 10 µm. Es ist jedoch auch möglich, dass das Feld 103 andere Symmetrien aufweist, wie beispielsweise eine hexagonale Symmetrie.
Ein Durchmesser der in der Objektebene 101 geformten Strahlflecken kann klein sein. Beispielhafte Werte dieses Durchmessers betragen 1 nm, 5 nm, 10 nm und 30 nm. Das Fokussieren der Partikelstrahlen 3 zur Formung der Strahlflecken 5 erfolgt durch das Objektivlinsensystem 100.
Die auf das Objekt treffenden Teilchen, welche in dem hier erläuterten Beispiel Elektronen sind, erzeugen wiederum Teilchen, welche im Wesentlichen Elektronen sind, und welche von der Oberfläche des Objekts 7 ausgehen. Die von der Oberfläche des Objekts 7 ausgehenden Teilchen werden durch das Objektivlinsensystem 100 zu Sekundär-Teilchenstrahlen 9 geformt, welche in dem hier erläuterten Beispiel Elektronenstrahlen sind. Das Vielstrahl-Teilchenmikroskop 1 stellt einen Sekundär-Elektronenstrahlengang 12 bereit, um die Vielzahl von Sekundär-Teilchenstrahlen 9 einem Detektionssystem 200 zuzuführen. Das Detektionssystem 200 umfasst eine Elektronenoptik mit einem Projektivlinsensystem 205, um die Sekundär-Teilchenstrahlen 9 auf einen Elektronen-Multi-Detektor 209 zu richten.
Der Ausschnitt I₂ in 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Ebene 211, in welcher einzelne Detektionsbereiche angeordnet sind, auf welche die Sekundär-Teilchenstrahlen 9 an Orten 213 auftreffen. Die Auftrefforte 213 bilden ein zweites Feld 217 mit einem regelmäßigen Abstand p2 der Auftrefforte voneinander. Beispielhafte Werte des Abstands p2 sind 10 µm, 100 µm, 200 µm und 500 µm.
Die Primär-Teilchenstrahlen 3 werden durch eine Vielstrahl-Teilchenquelle 300 erzeugt, welche wenigstens eine Elektronenquelle 301 mit einem Elektronenemitter, wenigstens eine Kollimationslinse 303, eine Multi-Aperturanordnung 305 und ein Feldlinsensystem 307 umfasst. Die Elektronenquelle 301 erzeugt aus von dem Elektronenemitter emittierten Elektronen einen divergierenden Elektronenstrahl 309, welcher durch die Kollimationslinse 303 kollimiert wird, um einen Strahl 311 zu formen, welcher die Multi-Aperturanordnung 305 beleuchtet.
Der Ausschnitt I₃ in 1 zeigt eine Draufsicht auf die Multi-Aperturanordnung 305. Die Multi-Aperturanordnung 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 µm, 100 µm und 200 µm aufweisen. Die Durchmesser D der Aperturen 315 sind kleiner als der Abstand p3 der Mittelpunkte der Aperturen voneinander. Beispielhafte Werte der Durchmesser D sind 0,2 x p3, 0,4 x p3 und 0,8 x p3.
Elektronen des beleuchtenden Strahls 311 durchsetzen die Aperturen 315 und bilden Elektronenstrahlen 3 als Primär-Teilchenstrahlen. Elektronen des beleuchtenden Strahls 311, welche auf die Platte 313 treffen, werden durch diese abgefangen und tragen nicht zur Bildung der Elektronenstrahlen 3 bei.
Die Multi-Aperturanordnung 305 fokussiert die Elektronenstrahlen 3 derart, dass in einer Ebene 325 Strahlfoki 323 gebildet werden. Ein Durchmesser der Foki 323 kann beispielsweise 2 nm, 10 nm, 100 nm und 1 µm betragen.
Das Feldlinsensystem 307, ein Strahlteiler 400 und die Objektivlinse 102 stellen eine erste abbildende Teilchenoptik bereit, um die Ebene 325, in der die Foki 323 gebildet werden, über einen Primär-Strahlengang 10 auf die Objektebene 101 abzubilden, so dass dort ein Feld 103 von Auftrefforten 5 bzw. Strahlflecken auf der Oberfläche des Objekts 7 gebildet wird.
Die Objektivlinse 102, der Strahlteiler 400 und das Projektivlinsensystem 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 das Feldlinsensystem 307 nur der ersten Teilchenoptik und das Projektivlinsensystem 205 nur der zweiten Teilchenoptik angehört. Die Objektivlinse 102 wird somit sowohl von den Strahlengängen der Primär-Teilchenstrahlen als auch von den Strahlengängen der Sekundär-Teilchenstrahlen durchsetzt.
Der Strahlteiler 400 ist in der ersten Teilchenoptik zwischen der Multi-Aperturanordnung 305 und dem Objektivlinsensystem 100 angeordnet. Der Strahlteiler 400 ist auch Teil der zweiten Teilchenoptik und ist dort zwischen dem Objektivlinsensystem 100 und dem Detektionssystem 200 angeordnet. Der Strahlteiler 400 trennt die Strahlengänge der Primär-Teilchenstrahlen von den Strahlengängen der Sekundär-Teilchenstrahlen.
Weitergehende Information zu solchen Vielstrahl-Teilchenmikroskopen und darin eingesetzten Komponenten, wie etwa Teilchenquellen, Multiaperturplatten und Linsen, kann aus den internationalen Patentanmeldungen WO 2005/024881 , WO 2007/028595 , WO 2007/028596 und WO 2007/060017 und den Patentanmeldungen US 2015/0083911 A1 , US 2015/0069235 A1 , DE 10 2014 008 383 A1 und US 6,946,655 erhalten werden, deren Offenbarung jeweils vollumfänglich durch Inbezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
Das Vielstrahl-Teilchenmikroskop 1 umfasst ferner eine zwischen der Objektivlinse 102 und der Objektebene 101 angeordnete Multiaperturplatte 11, welche als eine plane, dünne Platte ausgebildet ist und eine Vielzahl von Öffnungen 37 aufweist. In der in 1 erläuterten Ausführungsform sind in der Multiaperturplatte 11 25 Öffnungen derart vorgesehen, dass im Betrieb des Vielstrahl-Teilchenmikroskops 1 eine jede der Öffnungen 37 von einem Primär-Teilchenstrahl 3 und einem Sekundär-Teilchenstrahl 9 durchsetzt wird.
Die Multiaperturplatte 11 hat für den Betrieb des Vielstrahl-Teilchenmikroskops 1 eine vorteilhafte Wirkung, welche nachfolgend erläutert wird. Hierzu wird zunächst auf 4 Bezug genommen, welche Strahlengänge von Primär-Teilchenstrahlen und Sekundär-Teilchenstrahlen bei einem Vielstrahl-Teilchenmikroskops zeigt, welches eine solche Multiaperturplatte zwischen der Objektivlinse und der Objektebene nicht aufweist.
4 ist eine vergrößerte schematische Darstellung eines Teils eines Vielstrahl-Teilchenmikroskops, um Effekte, wie sie bei herkömmlichen Vielstrahl-Teilchenmikroskopen (vergleiche beispielsweise WO 2012/041464 A1 ) auftreten können, zu erläutern. Der in 4 gezeigte Teil des Vielstrahl-Teilchenmikroskops umfasst innere Enden eines unteren Polschuhs 22 einer Objektivlinse 102, eines oberen Polschuhs 21 der Objektivlinse 102, und einer Feldtrennelektrode 18, sowie eine Objekthalterung 17. Der obere Polschuh 21 und der untere Polschuh 22 liegen auf unterschiedlichen elektrischen Potentialen, um ein elektrisches Feld zu erzeugen, welches in der Objektivlinse 102 die Primärelektronen verzögert und die Sekundärelektronen beschleunigt. Ein zu untersuchendes Objekt 7 ist als ein dreidimensionales Objekt auf der Objekthalterung 17 so angeordnet, dass einige von fünf exemplarischen Primär-Teilchenstrahlen 3 nahe an einer Kante 8 des Objekts 7 auf eine Oberfläche 14 des Objekts 7 treffen, wobei die Oberfläche 14 in der Objektebene 101 des Vielstrahl-Teilchenmikroskops angeordnet ist, so dass die Primär-Teilchenstrahlen 3 an der Oberfläche 14 des Objekts 7 fokussiert sind. Aus 4 ist ersichtlich, dass die in der Figur rechten drei Primär-Teilchenstrahlen im Wesentlichen geradlinig auf die Oberfläche 14 des Objekts 7 zu verlaufen und senkrecht auf dieser auftreffen. Ebenso verlaufen die in der Figur rechten drei Sekundär-Teilchenstrahlen 9 im Wesentlichen senkrecht und geradlinig von der Oberfläche 14 des Objekts 7 weg. Der in der 4 linke Primär-Teilchenstrahl 3 verläuft nicht geradlinig auf die Oberfläche 14 des Objekts zu. Vielmehr trifft dieser Primär-Teilchenstrahl 3 links neben seinem Soll-Auftreffort an der Oberfläche 14 des Objekts 7 auf, wobei der Soll-Auftreffort an dem Schnittpunkt zwischen der Objektebene 101 und einer gestrichelten Linie 3', angeordnet ist, welche den Strahlengang des linken Primär-Teilchenstrahls 3 repräsentiert, wenn dieser sich geradlinig auf die Oberfläche 14 des Objekts 7 zu bewegen würde. Diese Abweichung entsteht durch die Wirkung des elektrischen Feldes über der Oberfläche des Objekts 7 in der Nähe der Kante 8. Dieses elektrische Feld wird im Wesentlichen durch die Geometrien und die elektrischen Potentiale des Objekts 7, der Objekthalterung 17, der Feldtrennelektrode 18 und der Polschuhe 21, 22 bestimmt. Dieses elektrische Feld bremst einerseits die Teilchen der Primär-Teilchenstrahlen 3 vor ihrem Auftreffen auf dem Objekt 7 und beschleunigt andererseits von dem Objekt 7 ausgehende Sekundär-Teilchenstrahlen 9 von dem Objekt 7 weg. Während diese beiden gewünschten Wirkungen von der Komponente des elektrischen Feldes hervorgerufen werden, die parallel zu der Achse 15 der Objektivlinse orientiert ist, verursacht der Rand 8 des dreidimensionalen Objekts 7 auch Feldkomponenten, welche senkrecht zu der Achse 15 der Objektivlinse orientiert sind. Diese Querkomponenten des elektrischen Feldes führen zu der Ablenkung des in 4 links dargestellten Primär-Teilchenstrahls 3, so dass dieser nicht an dem vorgesehenen Ort auf das Objekt 7 trifft. Deshalb erzeugt das Vielstrahl-Teilchenmikroskop in einer solchen Situation mit diesem Primär-Teilchenstrahl Information von einem Ort des Objekts, welcher verschieden ist von dem Ort, von dem angenommen wird, dass der Primär-Teilchenstrahl auf diesen gerichtet ist.
Ferner ist aus 4 ersichtlich, dass der in der 4 links dargestellte Sekundär-Teilchenstrahl 9, welcher in Richtung hin zu dem Detektor (nicht dargestellt in 4) beschleunigt wird, eine stärker gekrümmte Trajektorie aufweist. Dies kann dazu führen, dass dieser Sekundär-Teilchenstrahl 9 nicht oder nicht vollständig auf den Detektor trifft, welcher zur Detektion dieses Sekundär-Teilchenstrahls vorgesehen ist. Auch aus diesem Grund wird die Information, welche durch diesen Sekundär-Teilchenstrahl über das Objekt 7 gewonnen wird, verfälscht.
Diese Querkomponenten des elektrischen Feldes zwischen der Objektivlinse 102 und dem Objekt 7 werden durch die Multiaperturplatte 11 (vergleiche 1), welche zwischen der Objektivlinse 102 und der Objektebene 101 nahe der Objektebene 101 angeordnet ist, stark reduziert. Die 2 und 3 erläutern mögliche Strukturen dieser Multiaperturplatte 11, deren Anordnung relativ zu der Objektivlinse 102 und Möglichkeiten, die verschiedenen Komponenten des Vielstrahl-Teilchenstrahlmikroskops 1 auf verschiedene elektrische Potentiale zu setzen.
2 zeigt in vereinfachter schematischer Darstellung eine Objektivlinse 102, welche einen Spulenkörper 19, einen oberen Polschuh 21 und einen unteren Polschuh 22 umfasst, so dass zwischen diesen ein Spalt gebildet ist, an dem ein die Primär-Teilchenstrahlen fokussierendes Magnetfeld erzeugt wird. Die Multiaperturplatte 11 ist über eine elektrisch isolierende Halterung 31 an dem unteren Polschuh 22 der Objektivlinse 102 gehaltert und an diesen befestigt. Alternativ zu der Befestigung der Multiaperturplatte 11 an der Objektivlinse 102 ist es möglich, dass ein Aktuator 23 vorgesehen ist, welcher die Aperturplatte aus dem Bereich zwischen der Objektivlinse 102 und der Objektebene 101 wahlweise entfernen oder dort anordnen kann, wobei die Multiaperturplatte 11 bei ihrer Anordnung zwischen der Objektivlinse 102 und der Objektebene 101 durch einen geeigneten Mechanismus gegen die als Abstandshalter wirkende Halterung 31 gedrückt wird. Der Aktuator 23 wird über eine Steuerleitung 25 durch eine Steuerung 27 des Vielstrahl-Teilchenmikroskops 1 kontrolliert.
Die Steuerung 27 umfasst ferner ein Spannungsversorgungssystem, um den Teilchenemitter der Teilchenquelle 301 auf ein erstes elektrisches Potential U1 zu setzen, den oberen Polschuh 21 der Objektivlinse 102 auf ein zweites elektrisches Potential U2 zu setzen, die Multiaperturplatte 11 auf ein drittes elektrisches Potential U3 zu setzen, die Objekthalterung 17 mit dem darauf angeordneten Objekt 7 auf ein viertes elektrisches Potential U4 zu setzen und den unteren Polschuh 22 der Objektivlinse 102 auf ein fünftes elektrisches Potential U5 zu setzen. Zur Zuführung der elektrischen Potentiale U1, U2, U3, U4 und U5 an den Teilchenemitter der Teilchenquelle 301, den oberen Polschuh 21, die Multiaperturplatte 11, die Objekthalterung 17 und den unteren Polschuh 22 sind Potentialzuführungsleitungen 29 zwischen diesen Komponenten und der Steuerung 27 vorgesehen.
Ein zwischen dem Ende des oberen Polschuhs 21 und dem Ende des unteren Polschuhs 22 sich in der Objektivlinse erstreckender magnetischer Eisenkreis ist durch einen elektrischen Isolator 24 getrennt, welcher es ermöglicht, den oberen und den unteren Polschuh auf unterschiedliche elektrische Potentiale U2 bzw. U5 zu setzen. Der Isolator 24 ist hierbei so gestaltet, dass die beiden an den Isolator 24 angrenzenden Teile des Eisenkreises geometrisch überlappen, um einen geringen Widerstand für den magnetischen Fluss zu erreichen.
Die Differenz zwischen den Potentialen U1 und U4 bestimmt die kinetische Energie, mit welcher die Teilchen des Primär-Teilchenstrahls auf das Objekt treffen. Diese Differenz kann beispielsweise Werte zwischen 50 V und 3 kV annehmen.
Im Strahlengang der Primär-Teilchenstrahlen 3 kann in der Teilchenquelle 301 oder nachfolgend eine Elektrode (Anode) angeordnet sein, um die Teilchen auf eine große kinetische Energie zu beschleunigen, so dass sie die Strecke bis zur Objektivlinse 102 und durch diese hindurch schnell zurücklegen. Diese Elektrode kann ebenfalls auf das zweite elektrische Potential U2 gesetzt werden. Die Differenz zwischen U1 und U2 bestimmt dann die kinetische Energie der Teilchen zwischen der Vielstrahl-Teilchenquelle und dem Objektiv 102 und kann vorteilhafterweise größer als 5 kV, größer als 15 kV oder größer als 25 kV sein. Zwischen dem oberen Polschuh 21, der auf das zweite elektrische Potential U2 gesetzt ist, und dem unteren Polschuh 22, der auf das fünfte elektrische Potential U5 gesetzt ist, besteht dann ein elektrisches Feld, welches die Primärteilchen auf ihrem Weg hin zu dem Objekt 7 verzögert und die Sekundärteilchen auf ihrem Weg hin zu dem Detektor beschleunigt. Ferner ist die Multiaperturplatte 11 auf das dritte elektrische Potential U3 gesetzt. Die Potentiale U2, U5 und U3, die Abstände zwischen dem oberen Polschuh 21 und dem unteren Polschuh 22 entlang der Achse 15 und des unteren Polschuhs 22 und der Multiaperturplatte 11 entlang der Achse 15 sowie die Durchmesser der Öffnungen in dem oberen Polschuh 21 und dem unteren Polschuh 22 bestimmen Stärke und Verlauf eines elektrischen Feldes oberhalb der Multiaperturplatte, das auf der optischen Achse 15 eine Feldstärke E1(z) aufweist. Dieses elektrische Feld verzögert die Teilchen der Primär-Teilchenstrahlen vor dem Durchsetzen der Multiaperturplatte 11. Eine Differenz zwischen U2 und U3 kann beispielsweise größer als 3 kV, größer als 5 kV, größer als 8 kV, größer als 10 kV oder größer als 20 kV sein. Die elektrische Feldstärke E1(z) kann beispielsweise an einem Ort z nahe oberhalb der Multiaperturplatte 11 größer als 500 V/mm, größer als 1500 V/mm oder größer als 3000 V/mm sein.
Aufgrund einer Differenz zwischen den elektrischen Potentialen U3 und U4 entsteht zwischen der Multiaperturplatte 11 und dem Objekt 7 ein elektrisches Feld mit einer mittleren Feldstärke E2, welches die kinetische Energie der Teilchen der Primär-Teilchenstrahlen vor deren Auftreffen auf dem Objekt 7 weiter verringert. Die Feldstärke E2 kann beispielsweise größer als 500 V/mm und kleiner als 1500 V/mm, kleiner als 3000 V/mm oder kleiner als 5000 V/mm sein.
Die Feldstärke E1(z) des elektrischen Feldes nahe oberhalb der Multiaperturplatte 11 kann gleich der mittleren Feldstärke E2 des elektrischen Feldes zwischen der Multiaperturplatte 11 und dem Objekt 7 sein, oder diese beiden Feldstärken können sich beispielsweise um weniger als 30 % oder weniger als 50 % voneinander unterscheiden, was in etwa auch durch die Relation 0,7 < | E1/E2 | < 1,5 ausgedrückt werden kann. In diesem Fall erfahren die Primär-Teilchenstrahlen beim Durchsetzen der Öffnungen einer sehr dünnen Multiaperturplatte 11 keine oder lediglich eine geringe fokussierende oder defokussierende Wirkung. Der Betrag der Differenz zwischen U2 und U3 kann beispielsweise größer als ein 50-faches oder größer als ein 100-faches des Betrags der Differenz zwischen U3 und U4 sein.
3 ist eine der 2 ähnliche, weiter vergrößerte Darstellung des Bereichs um die Multiaperturplatte 11, um geometrische Relationen zu erläutern. Die Multiaperturplatte 11 weist einen zentralen Bereich einer lateralen Ausdehnung D1 auf, in welchem die Öffnungen 37 vorgesehen sind, welche von den Primär-Teilchenstrahlen durchgesetzt werden. In der Schnittdarstellung der 3 enthält dieser zentrale Bereich in der Schnittebene der Figur fünf Öffnungen 37, die von jeweils einem Primär-Elektronenstrahl 3 durchsetzt werden. In der Praxis kann diese Zahl wesentlich größer sein. Die Ausdehnung D1 kann beispielsweise 50 µm bis 3000 µm und insbesondere 100 µm bis 1000 µm betragen. In dem Bereich der Ausdehnung D1, in welchem die von den Primär-Teilchenstrahlen 3 durchsetzten Öffnungen 37 vorgesehen sind, weist die Multiaperturplatte 11 eine Dicke von beispielsweise weniger als 40 µm, weniger als 20 µm und insbesondere weniger als 5 µm auf. In diesem Bereich erstreckt sich die der Objektebene 101 zuweisende Oberfläche der Multiaperturplatte 11 entlang einer Ebene, so dass sämtliche Öffnungen 37 der Multiaperturplatte 11 mit einem gleichen Abstand h1 von der Objektebene 101 bzw. der Oberfläche 14 des Objekts 7 angeordnet sind. Dieser Abstand h1 kann beispielsweise Werte von 200 µm, 50 µm, 30 µm, 20 µm und 10 µm aufweisen.
Der Bereich mit den Öffnungen 37, welche von den Primär-Teilchenstrahlen 3 durchsetzt werden, kann von zusätzlichen Öffnungen 38 in der Multiaperturplatte 11 umgeben sein, welche beispielsweise eine periodische Fortsetzung eines Musters der von den Primär-Teilchenstrahlen 3 durchsetzten Öffnungen 37 bilden können.
Da die Multiaperturplatte 11 in dem Bereich mit den von den Primär-Teilchenstrahlen 3 durchsetzten Öffnungen 37 sehr dünn ist und sehr nahe an der Objektebene 101 angeordnet ist, kann es vorteilhaft sein, diesen Bereich durch einen Halterungsbereich 33 der Multiaperturplatte 11 zu umgeben, welcher mit einem größeren Abstand h2 von der Objektebene 101 angeordnet ist und eine größere Dicke aufweisen kann, um eine größere mechanische Stabilität zu bieten. In diesem Bereich 33 liegt auch das Anschlagselement 31 an der Multiaperturplatte 11 an, welches die Multiaperturplatte 11 relativ zu dem unteren Polschuh 22 der Objektivlinse 102 abstützt.
Zwischen dem zentralen Bereich, in dem die Öffnungen 37, 38 angeordnet sind und dem Halterungsbereich 33 kann ein Übergangsbereich 35 angeordnet sein, in welchem die Dicke der Multiaperturplatte 11 hin zum Halterungsbereich 33 zunimmt und/oder der Abstand zur Objektebene 101 zunimmt. Dieser Übergangsbereich erstreckt sich in einem Ring zwischen dem zentralen Bereich mit dem Durchmesser D2 und dem inneren Rand des Halterungsbereichs 33 mit einem Durchmesser D3. D2 kann beispielsweise eineinhalbmal größer, zweimal größer oder dreimal größer als D1 sein.
Der Abstand P1 von Zentren einander benachbarter Öffnungen 37 der Multiaperturplatte 11 („Pitch“) wurde bereits im Zusammenhang mit 1 erläutert. Der Abstand h1 der Multiaperturplatte 11 von der Objektebene 101 kann beispielsweise kleiner als das 10-fache, kleiner als das 4-fache oder kleiner als das 1,5-fache des Abstands P1 der Öffnungen 37 voneinander sein.
Das Vielstrahl-Teilchenmikroskop umfasst einen Aktuator 39, welcher die Objekthalterung 17 relativ zu der Objektivlinse 102 verlagert. Dieser Aktuator ist über eine Steuerleitung 41 an eine Steuerung (in 3 nicht gezeigt) angeschlossen.
Durch Ansteuern des Aktuators 39 kann die Steuerung die Objekthalterung 17 und damit das Objekt 7 in drei Raumrichtungen relativ zu der Objektivlinse verlagern. Hierdurch ist es insbesondere möglich, den Abstand h1 der Oberfläche 14 des Objekts 7 von der Multiaperturplatte 11 auf einen gewünschten Wert einzustellen. Hierzu ist es wünschenswert, den aktuellen Wert des Abstands h1 zu messen und die Steuerung des Aktuators in Abhängigkeit von dem gemessenen Wert des Abstands h1 durchzuführen, weshalb das Vielstrahl-Teilchenmikroskop 1 ferner ein Abstandsmessmodul umfassen kann.
In dem anhand der 3 erläuterten Ausführungsbeispiel umfasst das Abstandsmessmodul eine Strahlungsquelle 43 und einen Strahlungsdetektor 45, welcher über eine Signalleitung 46 an die Steuerung 27 angeschlossen ist. Die Strahlungsquelle 43 emittiert Strahlung 44 in den Spalt zwischen der Multiaperturplatte 11 und dem Objekt 7, wobei diese Strahlung 44 von dem Strahlungsdetektor 45 nach Durchlaufen des Spalts detektiert wird. Die von dem Detektor 45 detektierte Strahlungsintensität hängt von der Breite des Spalts, d. h. dem Abstand h1 zwischen der Multiaperturplatte 11 und der Oberfläche des Objekts 7 ab. Insbesondere ist die Ausbreitung von Strahlung in dem Spalt für Wellenlängen der Strahlung 44, welche größer sind als eine Grenzwellenlänge, die gleich zweimal h1 ist, nicht möglich. Deshalb ist es möglich, den Abstand h1 mit hoher Empfindlichkeit so einzustellen, dass er gleich dem 0,5-fachen der Wellenlänge der Strahlung 44 ist. Die Strahlungsquelle 43 wird dann vorteilhafter Weise in Abhängigkeit von dem gewünschten Abstand h1 ausgewählt. Beispielsweise kann die Strahlungsquelle 43 ein CO2-Laser sein, dessen emittierte Strahlung eine Wellenlänge von 10,6 µm aufweist.
Alternativ und ergänzend hierzu kann der Abstand h1 auf folgende Weise gemessen werden: Die Steuerung betreibt das Vielstrahl-Teilchenmikroskop zunächst so, dass einer oder mehrere oder sämtliche der Teilchenstrahlen jeweils durch die dem Teilchenstrahl zugeordnete Öffnung 37 der Multiaperturplatte 11 hindurch auf die Oberfläche 14 des Objekts 7 treffen. Dort werden die Teilchenstrahlen fokussiert. Das Fokussieren kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass mit den Teilchenstrahlen ein kleines Feld auf der Oberfläche des Objekts abgerastert wird, welches Strukturen enthält. Diese Strukturen sind dann in dem elektronenmikroskopischen Bild dieses Felds erkennbar. Es kann die Fokussierung der Teilchenstrahlen einzeln oder gemeinsam solange verändert werden, bis eine Bildschärfe der Strukturen in dem Bild maximal wird. Es kann angenommen werden, dass in diesem Fall die Fokussierung des oder der Teilchenstrahlen optimal ist. Die Fokussierung der Teilchenstrahlen kann mit Hilfe einer geeigneten Autofokus-Routine automatisiert erfolgen. Basierend auf den aufgenommenen Bildern kann hierbei automatisiert beurteilt werden, bei welcher Einstellung die Bildschärfe maximal ist. Das Bestimmen dieser Einstellung ist ein Teil des zur Messung des Abstands durchgeführten Verfahrens. Andere Strategien zur Fokussierung der Teilchenstrahlen sind denkbar. Zur Änderung der Fokussierung der Teilchenstrahlen können beispielsweise Einstellungen von Erregungen von fokussierenden Linsen im Strahlengang der Teilchenstrahlen oder von beschleunigenden oder verzögernden elektrischen Feldern in den Strahlengängen der Teilchenstrahlen und dergleichen verändert werden. Die Einstellungen der Erregungen und/oder elektrischen Felder und/oder anderer die Teilchenstrahlen beeinflussender Effekte, bei denen die Fokussierung des oder der Teilchenstrahlen an dem Objekt erreicht wird, werden gespeichert.
Daraufhin betreibt die Steuerung das Vielstrahl-Teilchenmikroskop so, dass einer oder mehrere der Teilchenstrahlen neben die dem jeweiligen Teilchenstrahl zugeordnete Öffnung auf die Multiaperturplatte selbst gerichtet werden und dort nach dem vorangehend erläuterten Verfahren fokussiert werden. Als Struktur, deren Bildschärfe in einem elektronenmikroskopischen Bild ausgewertet werden kann, kann beispielsweise die Kante bzw. der Rand einer Öffnung 37 in der Multiaperturplatte 11 dienen, oder es können geeignete Strukturen durch Gravieren oder Ätzen oder dergleichen auf der von dem Objekt 7 wegweisenden Oberfläche der Multiaperturplatte 11 gezielt angebracht werden. Auch diese Fokussierung der Teilchenstrahlen kann mit Hilfe einer geeigneten Autofokus-Routine automatisiert erfolgen, wie dies vorangehend erläutert wurde. Basierend auf aufgenommenen Bildern kann hierbei wiederum automatisiert beurteilt werden, bei welcher Einstellung die Bildschärfe maximal ist. Das Bestimmen dieser Einstellung ist ein weiterer Teil des zur Messung des Abstands h1 zwischen der Multiaperturplatte 11 und dem Objekt 7 durchgeführten Verfahrens. Die beiden Einstellungen zur Fokussierung des oder der Teilchenstrahlen auf der Multiaperturplatte und zur Fokussierung der Teilchenstrahlen auf dem Objekt unterscheiden sich und können miteinander verglichen werden. Bei geeigneter Kalibrierung kann aus diesen Einstellungen und ihren Unterschieden der Abstand h1 der Multiaperturplatte 11 von der Oberfläche 14 des Objekts 7 bestimmt werden. Sätze von Werten, welche die beiden Einstellungen angeben, oder Sätze von Werten, welche die Unterschiede zwischen den beiden Einstellungen angeben, oder Werte, welche bereits den Abstand h1 zwischen der Multiaperturplatte und dem Objekt in einer geeigneten Längeneinheit angeben, bilden selbst ein Ergebnis der Abstandsmessung und sind deshalb geeignet, ein Abstandsmesssignal bereitzustellen. Die Ansteuerung des Aktuators 39 kann deshalb basierend auf diesem Abstandsmesssignal erfolgen, welches aus der Einstellung des Vielstrahl-Teilchenmikroskops beim Fokussieren des Teilchenstrahls auf das Objekt und der Einstellung des Vielstrahl-Teilchenmikroskops beim Fokussieren des Teilchenstrahls auf die Multiaperturplatte bestimmt wird. Das Abstandsmessmodul kann somit in der Steuerung des Vielstrahl-Teilchenmikroskops verkörpert sein, welche den Betrieb des Vielstrahl-Teilchenmikroskops kontrolliert.
Um mit dem Vielstrahl-Teilchenmikroskop 1 ein elektronenmikroskopisches Bild des Objekts 7 zu gewinnen, müssen die Auftrefforte 5 der Primär-Teilchenstrahlen 3 systematisch über die Oberfläche 14 des Objekts 7 bewegt werden, d. h. die Oberfläche 14 des Objekts 7 muss mit den Primär-Teilchenstrahlen 3 abgerastert werden. Hierzu umfasst das Vielstrahl-Teilchenmikroskop 1 Strahlablenker 49 (siehe 2), welche beispielsweise innerhalb der Objektivlinse 102 angeordnet sein können, um das Bündel von Primär-Teilchenstrahlen 3 abzulenken, wie dies bei Rasterelektronenmikroskopen üblich ist. Da die Primär-Teilchenstrahlen die Öffnungen 37 in der Multiaperturplatte 11 durchsetzen müssen, um auf die Oberfläche 14 des Objekts 7 zu gelangen, ist die maximale Strahlauslenkung durch die Durchmesser der Öffnungen 37 begrenzt. Entsprechend können die Bereiche der Oberfläche 14 des Objekts 7, welche nicht unterhalb der Öffnungen 37 der Multiaperturplatte 11 angeordnet sind, nicht vollständig abgerastert werden. Allerdings ist es möglich, das Objekt 7 mithilfe des Aktuators 39 relativ zu der Objektivlinse 102 lateral zu verlagern, um die Oberfläche 14 des Objekts nach und nach vollständig abzurastern, wie dies nachfolgend anhand der 5 und 6 näher erläutert wird.
5 zeigt eine dem vergrößerten Ausschnitt I₁ der 1 entsprechende Draufsicht auf die Objektebene 101, wobei Auftrefforte der Primärteilchenstrahlen, welche durch Ablenker in der Objektivlinse oder andere Ablenker nicht ausgelenkt sind, durch Kreuze 5 dargestellt sind. Auch in 5 werden zur Vereinfachung der Darstellung lediglich 5 x 5 = 25 Primärstrahlen gezeigt. Wie vorangehend erläutert, kann diese Zahl wesentlich größer sein. Es sei angenommen, dass die Öffnungen 37 in der Multiaperturplatte 11 so groß sind, dass durch Auslenken der Teilchenstrahlen ein Objektfeld 1151 in der Umgebung des Auftreffortes 5 des nicht ausgelenkten Teilchenstrahls abgerastert werden kann, wobei für lediglich zwei Teilchenstrahlen die Objektfelder 1151 in 5 dargestellt sind. In dem Ausführungsbeispiel der 5 beträgt die Kantenlänge der Objektfelder 1151 etwas mehr als die Hälfte des in dem vergrößerten Ausschnitt I₁ in 1 dargestellten Abstands p1. Es ist ersichtlich, dass bei einem derart kleinen Objektfeld 115₁ mit den Teilchenstrahlen nur ein Bruchteil des in 5 dargestellten Bereichs der Objektebene 101 abgerastert werden kann, wenn das Objekt 7 nicht relativ zu der Objektivlinse 102 verlagert wird. Deshalb wird nach dem Abrastern der Objektfelder 115₁ und der Gewinnung der teilchenmikroskopischen Information aus diesen Objektfeldern 115₁ das Objekt 7 relativ zu der Objektivlinse 102 so verlagert, dass die in 5 mit 1152 bezeichneten Felder des Objekts so angeordnet sind, dass die Auftrefforte 5 der nicht ausgelenkten Teilchenstrahlen im Zentrum der Felder 1152 liegen. Diese Felder 1152 fallen dann mit den Objektfeldern der jeweiligen Teilchenstrahlen zusammen und können abgerastert werden. Dieser Vorgang wird wiederholt, indem durch Verlagern des Objekts 7 relativ zu der Objektivlinse 102 nachfolgend die mit 1153 und dann die mit 1154 bezeichneten Felder des Objekts 7 abgerastert werden. Da dieses Verfahren parallel mit allen 25 Teilchenstrahlen ausgeführt wird, ist dann die Fläche unterhalb der Multiaperturplatte vollständig abgerastert. Daraufhin wird das Objekt 7 relativ zu der Objektivlinse 102 weit verlagert, um nächste, bislang nicht abgerasterte Felder 1155 so anzuordnen, dass die Auftrefforte 5 der nicht ausgelenkten Teilchenstrahlen in den jeweiligen Zentren der Felder 1155 angeordnet sind, so dass die Felder 1155 mit den Objektfeldern der jeweiligen Teilchenstrahlen zusammenfallen und abgerastert werden können. Es ist ersichtlich, dass auf diese Weise die Oberfläche 14 des Objekts 7 vollständig mit Teilchenstrahlen abgerastert werden kann. Die Objektfelder 115 haben bevorzugt einander überlappende Randbereiche (in 5 nicht dargestellt). Dies verringert die Anforderungen an die Positioniergenauigkeit beim Verlagern des Objekts 7 relativ zu der Objektivlinse 102. Die Objektfelder 115 werden mit Hilfe der abgebildeten Strukturen der überlappenden Randbereiche positionskorrigiert aneinandergefügt.
In dem anhand der 5 erläuterten Verfahren wird das Objekt relativ zu der Objektivlinse dreimal hintereinander um einen kleinen Schritt, dessen Schrittweite ein Bruchteil des Abstands zwischen zwei benachbarten Teilchenstrahlen in der Ebene der Multiaperturplatte 11 ist, verlagert, um nacheinander die Bereiche 115₁, 115₂, 115₃ und 1154 abzuscannen, woraufhin das Objekt um einen großen Schritt verlagert wird, um die Felder 115₅ abzurastern usw.. Die Verlagerung des Objekts relativ zu der Objektivlinse erfolgt somit schrittweise, in verschieden großen Schritten und Schritten in verschiedene Richtungen. Es sei angemerkt, dass in Fällen, in welchen die Größe der Öffnungen 37 in der Multiaperturplatte 11 kleinere Objektfelder verlangt, anstatt der in 5 gezeigten vier Felder 115₁, 115₂, 115₃ und 115₄eine größere Zahl von Feldern, beispielsweise 3 × 3 = 9 Feldern oder 3 ×4 = 12 Feldern, mit Verlagerungen in kleinen Schritten abgerastert werden können, um das Objekt 7 vollständig abzurastern.
Ein Verfahren, mit welchem große Teile der Oberfläche des Objekts bei einer im Wesentlichen gleichförmigen Bewegung des Objekts relativ zu der Objektivlinse abgerastert werden kann, wird nachfolgend anhand der 6 erläutert. 6 ist eine der 5 dahingehend entsprechende Darstellung, dass eine Draufsicht auf die Objektebene 101 gezeigt ist und Auftrefforte von nicht ausgelenkten Teilchenstrahlen durch Kreuze 5 dargestellt sind. Die Auftrefforte 5 der nicht ausgelenkten Teilchenstrahlen sind in einem Rechteckgitter angeordnet, dessen Gittervektoren in 6 durch Pfeile x und y dargestellt sind. Die Verlagerung des Objekts relativ zu der Objektivlinse erfolgt in eine Richtung, welche durch einen Pfeil v repräsentiert ist, welcher unter einem Winkel α relativ zu dem Gittervektor x orientiert ist. Während die gleichförmige Bewegung des Objekts 7 relativ zu der Objektivlinse 102 durchgeführt wird, werden die Teilchenstrahlen jeweils in eine Richtung senkrecht zu dem Vektor v ausgelenkt, so dass ein jeder Teilchenstrahl einen bandförmigen Flächenbereich 119 einer Breite b der Oberfläche 14 des Objekts 7 abrastert. Der Winkel α ist so bemessen, dass bei einer gegebenen Breite b der bandförmigen Flächenbereiche 119 der durch den linken Teilchenstrahl der untersten Reihe von Teilchenstrahlen in 6 abgerasterte bandförmige Flächenbereich 119 an den von dem rechten Teilchenstrahl in der zweiten Reihe von unten abgerasterten bandförmigen Flächenbereich 119 anschließt oder mit diesem geringfügig überlappt. In 6 sind der Übersichtlichkeit halber lediglich vier der bandförmigen Flächenbereiche 119 dargestellt, es ist allerdings ersichtlich, dass mit einer gleichförmigen Bewegung des Objekts relativ zu der Objektivlinse ein Streifen des Objekts abgerastert werden kann, dessen Breite in etwa der Ausdehnung des Feldes der Auftrefforte 5 der nicht ausgelegten Teilchenstrahlen entspricht. Mehrere solcher nebeneinander liegender oder geringfügig miteinander überlappender Streifen können nacheinander abgerastert werden, um die Oberfläche eines beliebig ausgedehnten Objekts abzurastern.
Die maximale Auslenkung der Primär-Teilchenstrahlen 3 ist insbesondere dann durch die Durchmesser der Öffnungen 37 begrenzt, wenn die Multiaperturplatte 11 relativ zu der Objektivlinse 102 fest angeordnet ist. In 3 ist eine Alternative hierzu schematisch dargestellt, welche eine laterale Verlagerung der Multiaperturplatte 11 gemeinsam mit der Auslenkung der Primär-Teilchenstrahlen durch die Strahlablenker 49 ermöglicht. Ein über eine Steuerleitung 51 von der Steuerung 27 kontrollierter Aktuator 53 ist an den Halterungsbereich 33 der Multiaperturplatte 11 gekoppelt, um diese bezüglich der Objektivlinse 102 lateral hin und her zu verlagern, wie dies in 3 durch einen Doppelpfeil 54 angedeutet ist. Eine solche Verlagerung der Multiaperturplatte 11 ist vor allem bei Ausführungsformen möglich, die die Halterung 31, welche den Halterungsbereich 33 der Multiaperturplatte 11 relativ zu dem unteren Polschuh 22 der Objektivlinse 102 abstützt, nicht aufweisen. Die Steuerung 27 kontrolliert dann die laterale Verlagerung der Multiaperturplatte 11 derart, dass die Öffnungen 37 der Multiaperturplatte 11, welche von den Primär-Teilchenstrahlen 3 durchsetzt werden, bei deren Auslenkung durch den Strahlablenker 49 mitbewegt werden. Es ist dann möglich, die Durchmesser der Öffnungen 37 kleiner zu wählen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2012/041464 A1 [0002, 0049]
WO 2005/024881 [0046]
WO 2007/028595 [0046]
WO 2007/028596 [0046]
WO 2007/060017 [0046]
US 2015/0083911 A1 [0046]
US 2015/0069235 A1 [0046]
DE 102014008383 A1 [0046]
US 6946655 [0046]

Claims

Vielstrahl-Teilchenmikroskop, umfassend: eine Vielstrahl-Teilchenquelle (300), welche dazu konfiguriert ist, eine Vielzahl von Primär-Teilchenstrahlen (3) zu erzeugen; eine Objektivlinse (102), welche von Strahlengängen der Vielzahl von Primär-Teilchenstrahlen (3) durchsetzt ist und dazu konfiguriert ist, die Vielzahl von Primär-Teilchenstrahlen (3) jeweils auf eine Objektebene (101) zu richten und dort zu fokussieren; eine Detektoranordnung (200), welche dazu konfiguriert ist, Intensitäten einer Vielzahl von Sekundär-Teilchenstrahlen (9) zu detektieren, wobei ein jeder der Sekundär-Teilchenstrahlen (9) durch Teilchen erzeugbar ist, die durch einen der Primär-Teilchenstrahlen (3) an einem in der Objektebene (101) anordenbaren Objekt (7) hervorgerufen werden, wobei Strahlengänge der Sekundär-Teilchenstrahlen (9) die Objektivlinse (102) durchsetzen; und eine zwischen der Objektivlinse (102) und der Objektebene (101) angeordnete Multiaperturplatte (11), welche eine Mehrzahl von Öffnungen (37) aufweist, wobei verschiedene Öffnungen (37) der Multiaperturplatte (11) von Strahlengängen verschiedener Primär-Teilchenstrahlen (3) durchsetzt sind, und wobei verschiedene Öffnungen (37) der Multiaperturplatte (11) von Strahlengängen verschiedener Sekundär-Teilchenstrahlen (9) durchsetzt sind.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop nach Anspruch 1, wobei die Anzahl der Primär-Teilchenstrahlen größer als 50 ist und die Anzahl der Primär-Teilchenstrahlen (3), die die gleiche Öffnung (37) der Mehrzahl von Öffnungen der Multiaperturplatte (11) durchsetzen, kleiner als 10 ist, insbesondere kleiner als 5 ist und insbesondere gleich 1 ist.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend eine zwischen der Vielstrahl-Teilchenquelle (300) und der Multiaperturplatte (11) angeordnete Elektrode (21), welche eine Öffnung aufweist, die von den Strahlengängen der Vielzahl von Primär-Teilchenstrahlen (3) und von den Strahlengängen der Vielzahl von Sekundär-Teilchenstrahlen (9) durchsetzt ist.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop nach Anspruch 3, ferner umfassend ein Spannungsversorgungssystem (27), welches dazu konfiguriert ist, einen Teilchenemitter der Vielstrahl-Teilchenquelle (300) auf ein erstes elektrisches Potential (U1) zu setzen, die Elektrode (21) auf ein zweites elektrisches Potential (U2) zu setzen, die Multiaperturplatte (11) auf ein drittes elektrisches Potential (U3) zu setzen, und ein an der Objektebene (101) anordenbares Objekt (7) auf ein viertes elektrisches Potential (U4) zu setzen.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop nach Anspruch 4, wobei gilt: $50 V < | U1 - U4 | < 3 kV,$
wobei U1 das erste elektrische Potential ist und U4 das vierte elektrische Potential ist.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop nach Anspruch 4 oder 5, wobei gilt: 5 kV < |U1 - U2| oder 15 kV < |U1 - U2| oder 25 kV < |U1 - U2|, wobei U1 das erste elektrische Potential ist und U2 das zweite elektrische Potential ist.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei gilt: 3 kV < |U2 - U3| oder 5 kV < |U2 - U3| oder 8 kV < |U2 - U3| oder 10 kV < |U2 - U3| oder 20 kV < |U2 - U3|, wobei U2 das zweite elektrische Potential ist und U3 das dritte elektrische Potential ist.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei gilt: 50 < |U2 - U3| / |U3 - U4| oder 100 < |U2 - U3| / |U3 - U4|, wobei U2 das zweite elektrische Potential ist, U3 das dritte elektrische Potential ist und U4 das vierte elektrische Potential ist.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei die Multiaperturplatte (11) mit einem ersten Abstand von der Elektrode (21) angeordnet ist, die Multiaperturplatte (11) mit einem zweiten Abstand (h1) von der Objektebene (101) angeordnet ist, und das zweite, das dritte und das vierte elektrische Potential so aufeinander abgestimmt sind, dass folgende Relation erfüllt ist: 0,7 < | E1/E2 | < 1,5 ,wobei E1 eine elektrische Feldstärke an einer der Elektrode (21) zuweisenden Oberfläche der Multiaperturplatte (11) ist und E2 eine elektrische Feldstärke an einer der Objektebene (101) zuweisenden Oberfläche der Multiaperturplatte (11) ist.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop nach Anspruch 9, wobei gilt: 500 V/mm < |E1| oder 1500 V/mm < |E1| oder 3000 V/mm < |E1|.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei gilt: 500 V/mm < |E2| < 1500 V/mm oder 500 V/mm < |E2| < 3000 V/mm oder 500 V/mm < |E2| < 5000 V/mm.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der zweite Abstand (h1) kleiner als 200 µm, insbesondere kleiner als 50 µm, insbesondere kleiner als 30 µm, insbesondere kleiner als 20 µm und insbesondere kleiner als 10 µm ist.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei ein minimaler Abstand von zwei einander benachbarten Primär-Teilchenstrahlen (3) an der Multiaperturplatte (11) kleiner als 50 µm, insbesondere kleiner als 30 µm, insbesondere kleiner als 20 µm und insbesondere kleiner als 12 µm ist.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei eine Dicke der Multiaperturplatte (11) in einer Umgebung um wenigstens eine der Öffnungen (37) kleiner als 40 µm, insbesondere kleiner als 20 µm, insbesondere kleiner als 5 µm ist.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 14, ferner umfassend eine Objekthalterung (17), welche dazu konfiguriert ist, das Objekt (7) zu haltern, und eine Aktuatoranordnung (39), welche dazu konfiguriert ist, die Objekthalterung (17) relativ zu der Objektivlinse (102) zu verlagern.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop nach Anspruch 15, ferner umfassend eine Steuerung (27), welche dazu konfiguriert ist, die Aktuatoranordnung (39) so anzusteuern, dass das Objekt (7) einen vorbestimmten Abstand (h1) von der Multiaperturplatte (11) aufweist.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop nach Anspruch 16, wobei der vorbestimmte Abstand (h1) kleiner ist als ein 10-faches, insbesondere kleiner als ein 5-faches und insbesondere kleiner als ein 1,5-faches eines minimalen Abstands (p1) von zwei einander benachbarten Primär-Teilchenstrahlen (3) an der Multiaperturplatte (11).
Vielstrahl-Teilchenmikroskop nach Anspruch 16 oder 17, wobei der vorbestimmte Abstand (h1) kleiner als 200 µm, insbesondere kleiner als 50 µm, insbesondere kleiner als 30 µm, insbesondere kleiner als 20 µm und insbesondere kleiner als 10 µm ist.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop nach einem der Ansprüche 16 bis 18, ferner umfassend ein Abstandsmessmodul, welches dazu konfiguriert ist, ein Messsignal bereitzustellen, welches den Abstand (h1) der Multiaperturplatte (11) von dem Objekt (7) repräsentiert, und wobei die Steuerung (27) die Aktuatoranordnung (39) in Abhängigkeit von dem Messsignal ansteuert.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop nach Anspruch 19, wobei das Abstandsmessmodul eine Strahlungsquelle (43) und einen Strahlungsdetektor (45) umfasst, wobei die Strahlungsquelle (43) dazu konfiguriert ist, Strahlung (44) einer vorbestimmten Wellenlänge zu emittieren und in einen Spalt zwischen der Multiaperturplatte (11) und dem Objekt (7) zu richten, wobei der Strahlungsdetektor (45) mit Abstand von der Strahlungsquelle (43) angeordnet ist und dazu konfiguriert ist, von der Strahlungsquelle (43) in den Spalt emittierte Strahlung (44) zu detektieren, und wobei das Messsignal eine von dem Strahlungsdetektor (45) detektierte Strahlungsintensität repräsentiert.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop nach Anspruch 19, wobei das Abstandsmessmodul dazu konfiguriert ist, wenigstens einen der Primär-Teilchenstrahlen (3) durch eine der Öffnungen (37) der Multiaperturplatte (11) hindurch auf das Objekt (7) zu richten und dort durch Ändern einer Einstellung des Vielstrahl-Teilchenmikroskops zu fokussieren, den Primär-Teilchenstrahl (3) neben eine der Öffnungen (37) der Multiaperturplatte (11) auf die Multiaperturplatte (11) selbst zu richten und dort durch Ändern der Einstellung des Vielstrahl-Teilchenmikroskops zu fokussieren, und das Messsignal basierend auf der ermittelten Einstellung des Vielstrahl-Teilchenmikroskops beim Fokussieren des Teilchenstrahls auf das Objekt und der ermittelten Einstellung des Vielstrahl-Teilchenmikroskops beim Fokussieren des Teilchenstrahls auf die Multiaperturplatte bereitzustellen.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei an einem der Objektebene (101) zugewandten Polschuh (22) der Objektivlinse (102) ein Anschlagskörper (31) angebracht ist, an dem eine Halterung (33) der Multiaperturplatte (11) anliegt.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop nach Anspruch 22, wobei der Anschlagskörper (31) ein isolierendes Material umfasst.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 23, ferner umfassend einen Aktuator (53), welcher dazu konfiguriert ist, die Multiaperturplatte (11) in eine Richtung (54), welche parallel zu einer Ebene der Multiaperturplatte (11) orientiert ist, relativ zu der Objektivlinse (102) hin und her zu verlagern.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop nach Anspruch 24, ferner umfassend einen im Strahlengang der Primär-Teilchenstrahlen (3) zwischen der Vielstrahl-Teilchenquelle (300) und der Multiaperturplatte (11) angeordneten Elektronenstrahlablenker (49), welcher dazu konfiguriert ist, die Primär-Teilchenstrahlen (3) abzulenken.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop nach Anspruch 25, ferner umfassend ein Steuerungsmodul (27), welches dazu konfiguriert ist, den Aktuator (53) und den Elektronenstrahlablenker (49) gemeinsam so anzusteuern, dass die Multiaperturplatte (11) derart verlagert wird, dass ein jeder gegebener Primär-Teilchenstrahl (3) die gleiche Öffnung (37) in der Multiaperturplatte (11) unabhängig von einer durch den Elektronenstrahlablenker (49) erzeugten Ablenkung des Primär-Teilchenstrahls (3) durchsetzt und insbesondere im Wesentlichen zentral durchsetzt.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop nach Anspruch 26, wobei die Ablenkung des Primärteilchenstrahls (3) durch den Elektronenstrahlablenker (49) so groß ist, dass in der Ebene der Multiaperturplatte (11) eine Ausdehnung einer von dem Primärteilchenstrahl (3) überstrichenen Fläche größer ist als ein Durchmesser der Öffnung (37) der Multiaperturplatte (11).