DE102016120902B4 - Multibeam Teilchenmikroskop - Google Patents
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Abstract
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;eine zwischen der Objektivlinse (102) und der Objektebene (101) angeordnete Multiaperturplatte (11), welche eine Mehrzahl von Öffnungen (37) aufweist, eine Elektrode (21), welche zwischen der Vielstrahl-Teilchenquelle (300) und der Multiaperturplatte (11) angeordnet ist und eine Öffnung aufweist, und ein Spannungsversorgungssystem (27);wobei verschiedene Öffnungen (37) der Multiaperturplatte (11) von Strahlengängen verschiedener Primär-Teilchenstrahlen (3) durchsetzt sind,wobei verschiedene Öffnungen (37) der Multiaperturplatte (11) von Strahlengängen verschiedener Sekundär-Teilchenstrahlen (9) durchsetzt sind,wobei die Öffnung der Elektrode (21) von den Strahlengängen der Vielzahl von Primär-Teilchenstrahlen (3) und von den Strahlengängen der Vielzahl von Sekundär-Teilchenstrahlen (9) durchsetzt ist,wobei das Spannungsversorgungssystem (27) 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, undwobei gilt:wobeiU1 das erste elektrische Potential ist undU4 das vierte elektrische Potential ist.A multi-beam particle microscope comprising: a multi-beam particle source (300) configured to generate a plurality of primary particle beams (3); an objective lens (102) passing through beam paths of said plurality of primary particle beams (3) and configured to respectively direct and focus the plurality of primary particle beams (3) onto an object plane (101); a detector array (200) configured to sense intensities of a plurality of secondary particle beams (9) wherein each of the secondary particle beams (9) is producible by particles caused by one of the primary particle beams (3) on an object (7) which can be arranged in the object plane (101), wherein beam paths of the secondary particle beams (9) passing through the objective lens (102); a multi-aperture plate (11) disposed between the objective lens (102) and the object plane (101), which has a plurality of apertures (37), an electrode (21) arranged between the multi-beam particle source (300) and the multi-aperture plate (11) and having an opening, and a power supply system (27), wherein different openings (37) of the multi-aperture plate (37) 11) of beam paths of different primary particle beams (3) are interspersed, wherein different openings (37) of the multi-aperture plate (11) of beam paths of different secondary particle beams (9) are interspersed, wherein the opening of the electrode (21) of the beam paths of the plurality of primary particle beams (3) and of the beam paths of the plurality of secondary particle beams (9), wherein the power supply system (27) is configured to move a particle emitter of the multi-beam particle source (300) to a first electrical potential (U1). to set the electrode (21) to a second electrical potential (U2), the multi-aperture plate (11) to a third electrical P otential (U3), and to set an object (7) which can be arranged on the object plane (101) to a fourth electric potential (U4), and where: U1 is the first electric potential and U4 is the fourth electric potential.
Description
Die Erfindung betrifft ein Vielstrahl-Teilchenmikroskop.The invention relates to a multi-beam particle microscope.
Aus
Eine Weiterbildung des aus der
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.Compared to a particle beam microscope which uses only one primary particle beam, the simultaneous use of the plurality of primary particle beams results in an increase in throughput. In this case, multi-beam particle microscopes are also used, for example, to obtain high-resolution three-dimensional data from biological objects using a technique known as "serial block-face scanning electron microscopy". However, it has been found that with a given design of particle beam optics of the multi-beam particle microscope for a bundle of many primary particle beams having a given diameter, the number of primary particle beams in the bundle can not be arbitrarily increased.
Aus
Es ist 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.It is an object of the present invention to propose a multi-beam particle beam microscope which makes it possible to use a comparatively large number of primary particle beams or a bundle of primary particle beams in which the primary particle beams are closely spaced from each other.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Bereitstellung eines Vielstrahl-Teilchenstrahlmikroskops gelöst, welches die in dem beiliegenden Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den beiliegenden abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by providing a multi-beam particle beam microscope having the features specified in the accompanying
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.A multi-beam particle microscope according to the present invention is a multi-beam particle source configured to generate a plurality of primary particle beams, an objective lens interspersed with beam paths of the plurality of primary particle beams and configured to each of the plurality of primary particle beams To focus and focus on an object plane, a detector array which is configured to detect intensities of a plurality of secondary particle beams, wherein each of the secondary particle beams can be generated by particles, which by one of the primary particle beams at an in the object plane can be caused object, wherein a beam path of the secondary particle beams passes through the objective lens.
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.In operation of the multibeam particle microscope, each of the primary particle beams generates a secondary particle beam emanating from the location of the impact of the primary particle beam on the object, the intensity of which is detectable by the detector arrangement. The plurality of primary particle beams impinge on the object at spaced locations, and the detected intensities of the secondary particle beams associated with the primary particle beams may provide information about the structure of the object at the points of incidence of the primary particle beams. Here, it is possible to deflect the plurality of primary particle beams by beam deflectors of the multi-beam particle microscope to direct the primary particle beams to different locations of the object and to scan the object with the primary particle beams, to obtain an electron microscopic image of the object. Alternatively or in addition to the deflection of the primary particle beams by beam deflectors, it is possible to displace the object relative to the multi-beam particle microscope in order to direct the primary particle beams also to different locations of the object.
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.The beam paths of the primary particle beams and the secondary particle beams in this case designate the areas in the space within which the particles which form the primary particle beams or the secondary particle beams can be encountered during the operation of the multi-beam particle microscope. Each of these beam paths is thus delimited by a surface in the form of a tube, the trajectories of the particles of the respective particle beam extending within this tube. The arrangement of the beam paths in the space within the multi-beam particle microscope can be determined by technical considerations and simulations on the basis of technical specifications of the multi-beam particle microscope, without the multi-beam particle microscope must be in operation. It is also possible here to supplement the basis for the technical considerations and simulations with experimental findings which are obtained on the basis of a multi-beam particle microscope in operation.
Das erfindungsgemäße Vielstrahl-Teilchenmikroskop umfasst ferner 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.The multi-beam particle microscope according to the invention further comprises a arranged between the objective lens and the object plane multi-aperture plate having a plurality of openings, wherein different openings of the multi-aperture plate of beam paths of different primary particle beams are interspersed, wherein different openings of the multi-aperture plate of beam paths of different secondary particle beams and a number of the primary particle beams passing through a same opening of the plurality of openings of the multi-aperture plate is smaller than a number of the primary particle beams. The number of primary particle beams here is the total number of those primary particle beams which are generated during operation of the multi-beam particle microscope by the multi-beam particle source, reach the object plane and for generating secondary particle beams whose intensities are detected by the detector arrangement, be used. In particular, the number of primary particle beams passing through a common aperture of the plurality of apertures of the multi-aperture plate is less than 0.1 times, more preferably less than 0.05 times, and most preferably less than 0.01, for all apertures times the number of primary particle beams.
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.The multi-aperture plate has a structure extending in a plane in the area where the plurality of openings are provided. The openings therein are spaced apart. The multi-aperture plate may, for example, be formed of a plate material, such as silicon, into which the openings have been introduced, for example by etching. The multi-aperture plate may, for example, also be formed as a grid which, for example, has intertwined or non-intertwined, intersecting grid bars which define or delimit the openings. The shape of the openings can be arbitrary. Exemplary shapes of openings are oval openings, in particular circular openings, rectangular openings, in particular square openings, hexagonal openings and the like.
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.By providing the multi-aperture plate between the objective lens and the object plane, various advantages can be achieved. For example, the multi-aperture plate results in an electric field arising immediately above the object, which is also used to accelerate the particles of secondary particle beams away from the object, acting much more uniformly on all primary particle beams than such a field as it does could be generated if the multi-aperture plate was not available. As a result, the primary particle beams are not deflected directly above the object by any components of electric fields which are oriented transversely to the beam direction of the primary particle beams or parallel to the object plane, from their intended trajectories, whereby the primary particle beams do not would hit the object at the intended positions. Furthermore, the secondary particle beams accelerated away from the object are accelerated essentially perpendicularly away from the object plane, resulting in small cross sections of the secondary particle beams whose intensities can be detected individually by the detector arrangement without particles of a secondary particle beam being detected by a detector Detector array can be detected, which is associated with another secondary particle beam. Further, the multi-aperture plate may protect the object from damage by electrical flashovers, which could occur without the presence of the multi-aperture plate between the objective lens and the object, and especially between the objective lens and the edge of some objects when strong electric fields are used to expose the particles of the secondary lens. Accelerating particle beams away from the object.
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.According to exemplary embodiments, the number of primary particle beams is greater than 50, and the number of primary particle beams, the the same aperture of the plurality of apertures of the multi-aperture plate is smaller than 10, in particular smaller than 5 and in particular equal to 1. If the number of primary particle beams passing through the same aperture of the multi-aperture plate is 1, then each is the primary one Particle beams assigned their own opening of the multi-aperture plate. In particular, the number of openings of the multi-aperture plate may be equal to the number of primary particle beams. However, it is also possible that the number of openings of the multi-aperture plate is larger than the number of primary particle beams. In particular, in this case openings can be provided in the multi-aperture plate, which are arranged between such openings, which are penetrated by directly adjacent primary particle beams. In this case, in particular, a secondary particle beam generated by a primary particle beam can pass through a plurality of openings of the multi-aperture plate.
Das erfindungsgemäße Vielstrahl-Teilchenmikroskop umfasst ferner 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.The multi-beam particle microscope of the present invention further comprises an electrode disposed between the multi-beam particle source and the multi-aperture plate having an opening interspersed with the beam paths of the plurality of primary particle beams and the plurality of secondary particle beams. For example, this electrode may be formed by a component of the objective lens or may be formed as a component which is not part of the objective lens, which is disposed near the objective lens. A potential difference between the potential of this electrode and the potential of the multi-aperture plate determines an electric field which accelerates particles of the secondary particle beams which have penetrated openings of the multi-aperture plate toward the detector array and particles of the primary particle beams before passing through the openings of the multi-aperture plate and delays the impact on the object.
Das erfindungsgemäße Vielstrahl-Teilchenmikroskop umfasst 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.The multi-beam particle microscope of the present invention further includes a power supply system configured to set a particle emitter of the multi-beam particle source to a first electric potential, set the electrode to a second electric potential, set the multi-aperture plate to a third electric potential, and to set an object that can be arranged on the object plane to a fourth electrical potential. In this case, it is possible for one or more of the mentioned electrical potentials to be a ground potential of the multi-beam particle microscope.
Hierbei 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.Here, the potential difference between the particle emitter of the multi-beam source and the object, which potential difference determines the landing energy of the particles of the primary particle beam, is between 50 V and 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.According to further exemplary embodiments, the potential difference between the particle emitter of the multi-beam particle source and the electrode, which potential difference determines the kinetic energy of the particles of the primary particle beam before they are decelerated in an electric field between the electrode and the multi-aperture plate, is greater than 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.According to further exemplary embodiments, the potential difference between the electrode and the multi-aperture plate is greater than 3 kV, greater than 5 kV, greater than 8 kV, greater than 10 kV, or greater than 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.According to further exemplary embodiments, the potential difference between the electrical potential of the electrode and the electrical potential of the multi-aperture plate is greater than a 50-fold, in particular greater than a 100-fold, the potential difference between the electric potential of the multi-aperture plate and the electrical potential of the object.
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:
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.Accordingly, assuming a sufficiently thin multi-aperture plate, a difference between the electric fields on both sides of the multi-aperture plate is not very large, so that the apertures of the plate have little focusing or defocusing effect on the particle beams passing through the apertures and these on their way towards the object or away from the object by the multi-aperture plate are only slightly influenced.
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.According to exemplary embodiments, the electric field strength E1 at the electrode facing surface of the multi-aperture plate is greater than 500 V / mm or greater than 1500 V / mm or even greater than 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. According to exemplary embodiments, the electric field strength E2 at the surface of the multi-aperture plate facing the object plane is in a range of 500 V / mm to 1500 V / mm or in a range of 500 V / mm to 3000 V / mm or in a range of 500 V / mm up to 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.According to exemplary embodiments, the distance between the multi-aperture plate and the object plane is less than 200 μm and greater than 50 μm or 1 μm, in particular less than 50 μm and greater than 30 μm or 1 μm, in particular less than 30 μm and greater than 20 μm or 1 μm, in particular less than 20 μm and greater than 10 μm or 1 μm and in particular less than 10 μm and greater than 1 μm. Such a small distance between the multi-aperture plate and the object causes the particles of the primary particle beam after passing through the multi-aperture plate to travel only a very short distance before they hit the object. Therefore, the locations of incidence of the primary particle beams on the object may differ only slightly from their desired positions due to any inhomogeneities of electric fields between the multi-aperture plate and the object.
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.According to exemplary embodiments, a minimum distance of two adjacent primary particle beams ("pitch") on the multi-aperture plate is less than 50 μm, in particular less than 30 μm, in particular less than 20 μm and in particular less than 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. According to further exemplary embodiments, the thickness of the multi-aperture plate in an environment around at least one of the openings or in the area where the plurality of openings is provided in the multi-aperture plate is less than 40 μm, in particular less than 20 μm and in particular less than 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.The multi-beam particle microscope may include an object support configured to support the object, wherein an actuator assembly configured to displace and position the object support relative to the objective lens is provided. The positioning can be set independently, in particular in three spatial directions, so that the distance of the object from the multi-aperture plate is adjustable and the object is displaceable in two independent directions laterally relative to the direction of the primary particle beams striking the object.
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.According to exemplary embodiments, the multi-beam particle microscope includes a controller configured to drive that actuator assembly so that the object is a predetermined distance from the multi-aperture plate. This predetermined distance may be less than a 10-fold, in particular less than a 5-fold and in particular less than 1.5 times a minimum distance of two adjacent primary particle beams ("pitch") on the multi-aperture plate. According to exemplary embodiments, the predetermined distance is less than 200 μm, in particular less than 50 μm, in particular less than 30 μm, in particular less than 20 μm and in particular less than 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.According to exemplary embodiments, the multi-beam particle microscope includes a distance measurement module configured to provide a measurement signal representing the instantaneous distance of the multi-aperture plate from the object, wherein the controller is capable of driving the actuator assembly in response to the measurement signal by the predetermined distance to set the object and the multi-aperture plate.
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.According to exemplary embodiments, the distance measuring module comprises a radiation source and a radiation detector, wherein the radiation source is configured to emit radiation of a predetermined wavelength and direct it into a gap between the multi-aperture plate and the object, the radiation detector being spaced from the radiation source and to is configured to detect radiation emitted by the radiation source into the gap, and wherein the measurement signal represents a radiation intensity detected by the radiation detector. The measurement principle may be based on the fact that the gap between the object and the multi-aperture plate is considered as a waveguide for electromagnetic radiation and correspondingly a cutoff frequency or a maximum wavelength of the electromagnetic radiation exists, which can propagate in this gap. For a given wavelength of radiation emitted by the radiation source, based on the measurement signal, a predetermined distance between the multi-aperture plate and the object which is close to the distance at which the wavelength of the radiation is the cut-off wavelength can then be set relatively accurately.
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.According to exemplary embodiments, the multi-aperture plate is attached to the objective lens. According to alternative embodiments, the multi-aperture plate is not attached to the objective lens and can be arranged in the beam paths of the primary particle beams and the secondary particle beams or removed from these beam paths by means of an actuator to which the multi-aperture plate or a holder of the multi-aperture plate is attached , Regardless of whether the multi-aperture plate or its holder is attached to the objective lens or whether the multi-aperture plate from the Beams is removable, a stop body may be provided which, when the multi-aperture plate is arranged in the beam paths, between the objective lens and a component of the objective lens and the multi-aperture plate or the holder of the multi-aperture plate and the position of the multi-aperture plate relative to the objective lens Are defined. This abutment body may comprise an insulating material, so that it is possible to set the objective lens or the component of the objective lens and the multi-aperture plate to different electrical potentials.
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.According to exemplary embodiments, the multi-beam particle microscope includes at least one electron beam deflector arranged in the beam path of the primary particle beams between the multi-beam particle source and the multi-aperture plate, which is configured to deflect the primary particle beams. This makes it possible to vary the locations of incidence of the primary particle beams on the object and to scan the object with the primary particle beams.
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.When the multi-aperture plate is fixed relative to the objective lens, the diameter of the openings of the multi-aperture plate penetrated by the primary particle beams limits the amount of deflection of the primary particle beams for scanning the object. According to exemplary embodiments, it is hereby provided that the multi-beam particle microscope comprises an actuator which is configured to shift the multi-aperture plate back and forth in a direction oriented parallel to a plane of the multi-aperture plate relative to the objective lens. A control module may then be configured to commonly control the actuator for reciprocating the multi-aperture plate and the electron beam deflector so that the multi-aperture plate is displaced such that any given primary particle beam has the same aperture in the multi-aperture plate independent of one through the electron beam deflector generated deflection of the primary particle beam interspersed and in particular substantially centrally penetrated. In this embodiment, it is then possible to further reduce the diameter of the openings of the multi-aperture plate.
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 der1 bis 3 erläuterten Vielstrahl-Teilchenmikroskop; und -
6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines weiteren Verfahrens zum Abrastern einer Oberfläche eines Objekts mit einem anhand der1 bis 3 erläuterten Vielstrahl-Teilchenmikroskop.
-
1 a schematic representation for explaining an operation of a multi-beam particle microscope according to an embodiment; -
2 a schematic representation of a portion of the multi-beam particle microscope of1 ; -
3 a schematic representation of a portion of a multi-beam particle microscope according to another embodiment; -
4 a schematic representation for explaining beam paths in a conventional multi-beam particle microscope; -
5 a schematic representation for explaining a method for scanning a surface of an object with a reference to the1 to3 illustrated multi-beam particle microscope; and -
6 a schematic representation for explaining a further method for scanning a surface of an object with a reference to the1 to3 explained multi-beam particle microscope.
Der vergrößerte Ausschnitt I1 der
In der dargestellten Ausführungsform ist das Feld
Ein Durchmesser der in der Objektebene
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
Der Ausschnitt I2 in
Die Primär-Teilchenstrahlen
Der Ausschnitt I3 in
Elektronen des beleuchtenden Strahls
Die Multi-Aperturanordnung
Das Feldlinsensystem
Die Objektivlinse
Der Strahlteiler
Weitergehende Information zu solchen Vielstrahl-Teilchenmikroskopen und darin eingesetzten Komponenten, wie etwa Teilchenquellen, Multiaperturplatten und Linsen, kann aus den internationalen Patentanmeldungen
Das Vielstrahl-Teilchenmikroskop
Die Multiaperturplatte
Ferner ist aus
Diese Querkomponenten des elektrischen Feldes zwischen der Objektivlinse
Die Steuerung
Ein zwischen dem Ende des oberen Polschuhs
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.The difference between the potentials U1 and U4 determines the kinetic energy with which the particles of the primary particle beam strike the object. This difference can, for example, assume values between 50 V and 3 kV.
Im Strahlengang der Primär-Teilchenstrahlen
Aufgrund einer Differenz zwischen den elektrischen Potentialen U3 und U4 entsteht zwischen der Multiaperturplatte
Die Feldstärke E1(z) des elektrischen Feldes nahe oberhalb der Multiaperturplatte
Der Bereich mit den Öffnungen
Da die Multiaperturplatte
Zwischen dem zentralen Bereich, in dem die Öffnungen
Der Abstand P1 von Zentren einander benachbarter Öffnungen
Das Vielstrahl-Teilchenmikroskop umfasst einen Aktuator
Durch Ansteuern des Aktuators
In dem anhand der
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
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
Um mit dem Vielstrahl-Teilchenmikroskop
In dem anhand der
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
Die maximale Auslenkung der Primär-Teilchenstrahlen
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Legal Events
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R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |