DE102016223664B4

DE102016223664B4 - Strahlaustaster und Verfahren zum Austasten eines geladenen Teilchenstrahls

Info

Publication number: DE102016223664B4
Application number: DE102016223664.4A
Authority: DE
Inventors: Michael Budach; Christof Baur
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2016-11-29
Filing date: 2016-11-29
Publication date: 2024-05-08
Anticipated expiration: 2036-11-30
Also published as: DE102016223664A1; US10410820B2; US20180151327A1

Abstract

Strahlaustaster (100) für ein Rasterteilchenmikroskop (1400) zum Austasten eines geladenen Teilchenstrahls (125), der eine Strahlachse (130) aufweist, entlang derer sich geladene Teilchen vor Eintritt in den Strahlaustaster (100) ausbreiten, wobei der Strahlaustaster (100) aufweist:a. zumindest eine Blende (110), die eine Öffnung (115) aufweist, durch die der geladene Teilchenstrahl (125) hindurchtreten kann, um eine Probe (105) zu erreichen;b. zumindest ein erstes und ein zweites Ablenkelement (140, 150), die jeweils ausgebildet sind, beim Anliegen einer Spannung den Teilchenstrahl (125) in eine erste bzw. eine zweite Richtung aus der Strahlachse (130) abzulenken; undc. eine Ablenksteuerung (170), die ausgebildet ist, eine erste Wechselspannung mit einer ersten Frequenz an das erste Ablenkelement (140) und eine zweite Wechselspannung mit einer zweiten Frequenz an das zweite Ablenkelement (150) anzulegen, wobei die Ablenksteuerung (170) eine Differenzfrequenz zwischen der ersten und der zweiten Wechselspannung so einstellt, dass Pulse (135) des geladenen Teilchenstrahls (125) eine vorgegebene Pulsperiode aufweisen und während der Pulsperiode außerhalb der Pulsdauer im Wesentlichen keine geladenen Teilchen durch die Öffnung (115) der Blende (110) hindurchtreten, und wobei die einstellbare Differenzfrequenz durch eine Größe der Öffnung (115) der Blende (110), einen Durchmesser des geladenen Teilchenstrahls (125) und die Frequenz der ersten oder der zweiten Wechselspannung bestimmt ist.

Description

1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Strahlaustaster und ein Verfahren zum Austasten eines geladenen Teilchenstrahls.
2. Stand der Technik
Die Fortschritte der Nanotechnologie ermöglichen das Herstellen von Bauelementen mit immer kleiner werdenden Strukturelementen. Zum Untersuchen der hergestellten Bauelemente, beispielsweise integrierter Schaltungen, werden Werkzeuge benötigt, die diese Strukturen ohne mechanischen Kontakt abtasten können, so dass anhand der Messdaten entschieden werden kann, ob die Bauelemente eine vorgegebene Spezifikation erfüllen. Die Taktfrequenz integrierter Schaltungen reicht bis in den GHz-Frequenzbereich (> 4 GHz). Da die Bandbreite derzeitiger Detektoren, etwa von Sekundärelektronendetektoren, mit 10 MHz bis 100 MHz weit unterhalb der Taktfrequenz heute üblicher integrierter Schaltungen liegt, werden mikroelektronische Bauelemente während des Betriebs typischerweise stroboskopisch gemessen. Hierfür werden kurze Pulse geladener Teilchen, vorzugsweise Elektronenpulse, mit einem geringen Jitter benötigt. Die Pulsdauer und der Jitter haben wesentlichen Einfluss die erreichbare Detektionsbandbreite. Zum Analysieren in Betrieb befindlicher Bauelemente einer integrierten Schaltung sind typischerweise Pulsdauern < 50 ps und Jitter < 30 ps erforderlich.
In einem zweiten Einsatzgebiet, der Reparatur von photolithographischen Masken (englisch: Focussed electron beam induced processing (FEBIP)) werden ebenfalls kurze Pulse benötigt. Zudem ist es nötig, die Zeiten, in denen der Strahl an oder aus ist, präzise zu kontrollieren, ermöglichen doch die Pulsdauer und Pulsperiode oder die Pulswiederholrate das Einstellen des Verhältnisses von Adsorption von Gasmolekülen an der Oberfläche einer photolithographischen Maske und chemischer Umsetzung der adsorbierten Gasmoleküle unter der Einwirkung des Teilchenstrahls.
Pulse geladener Teilchen können auf mehrere zwei Arten erzeugt werden. Die US 2009 / 0 026 912 A1 beschreibt unter anderem das Erzeugen von Pulsen durch das Bestrahlen der Kathode einer Elektronenquelle mit Elektronenpulsen. Der Einbau zusätzlicher Komponenten in die Elektronenquelle führt zu einer komplexen Vorrichtung zum Erzeugen eines gepulsten Elektronenstrahls.
Die US 2005 / 0 253 069 A1 berichtet über das direkte Erzeugen kurzer Pulse in einer Elektronenquelle (eines erhitzten LaB₆ Kristalls) mit Hilfe gepulster Photoemission, d.h. durch Beschuss mit ultrakurzen Lichtpulsen, die aus einem Lasersystem stammen. Nachteilig an diesem Verfahren ist die geringe Strahlstärke der erzeugten Elektronenpulse, die für viele Anwendungen unzureichend ist.
Aufgrund der genannten Nachteile werden Pulse geladener Teilchen derzeit vorzugsweise noch immer durch Austasten eines kontinuierlichen Teilchenstrahls erzeugt. Ein Strahlaustaster oder Beam Blanker weist typischerweise ein Ablenkplattenpaar und eine Blende mit einer Öffnung auf, die der Teilchenstrahl passieren muss, um die dahinter oder strahlabwärts angeordnete Probe zu erreichen. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an die Ablenkplatten wird der geladene Teilchenstrahl abgelenkt und trifft auf die Blende anstatt durch die Öffnung der Blende hindurchzutreten. Die kürzeste Zeit, in der ein geladener Teilchenstrahl an- und abgeschaltet werden kann, hängt von der Länge und Breite der Ablenkplatten, deren Abstand, sowie dem Durchmesser der Öffnung und dem Abstand der Ablenkplatten und der Blende ab. Ferner wird die erreichbare Pulsdauer von der Anstiegsgeschwindigkeit der Spannung und der Größe der Spannung an den Leiterplatten im Endzustand bestimmt.
Um die Probleme des Ablenkens eines geladenen Teilchenstrahls mit Hilfe von Leiterplatten, insbesondere die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit, zu entschärfen, schlägt die US Patentschrift US 4 721 909 A eine koaxiale Übertragungsleitung zum Ablenken eines Elektronenstrahls vor. Zusätzlich wird ein gesteuerter Detektor („gated detector“) zum Filtern unerwünschter Pulse benutzt.
Die oben ausgeführten sich zum Teil widersprechenden Anforderungen machen es schwierig, mit einem Strahlaustaster, der ein einziges Leiterplattenpaar aufweist, kurze Pulse zu erzeugen, insbesondere, wenn zusätzlich eine kompakte Bauform des Strahlaustasters gefordert ist.
Der Autor A. Gopinath beschreibt in dem Kapitel 9.VII.8 des Buches „Beam Processing Technologies" das von S.G. Einspruch, S.S. Cohen und R.N. Singh herausgegeben wird (ISBN 1-48-320442), Ablenkstrukturen mit mehr als zwei Leiterplatten, die in eine elektro-optische Säule eines Rasterelektronenmikroskops eingebaut werden können. Beispielsweise erläutert der Autor eine komplexe Ablenkstruktur aus zwei räumlich getrennten Ablenkplattensystemen, bei der der Teilchenstrahl nach Durchtritt durch das erste Ablenkplattensystem auf einem Kreis umläuft und das Tastverhältnis durch ein Vielelektrodenablenkelement einstellbar ist. Das zweite Ablenkplattensystem bringt den geladenen Teilchenstrahl wieder in seine ursprüngliche Strahlrichtung zurück.
Die US-Patentschrift US 5 345 080 A beschreibt ein elektronenmikroskopisches Bildbeobachtungsverfahren, das das Beobachten eines elektronenmikroskopischen Bildes einer Probe durch Bestrahlen der Probe mit einem Elektronenstrahl und das Detektieren des Elektronenstahls, nachdem er die Probe durchquert hat, ermöglicht. Der Elektronenstrahl, der die Probe durchquert hat, wird abgelenkt, so dass die Ablenkung mit der Zeit variiert und es ihm nur dann erlaubt wird durch eine Blende zu treten, wenn die Ablenkung innerhalb eines vorgegebenen Bereichs der Ablenkung ist, wodurch der durch die Probe hindurchgetretene und die Blende passierende Elektronenstrahl detektiert wird. Dadurch ermöglichen das elektronenmikroskopische Bildbeobachtungsverfahren und die Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens die Beobachtung zeitaufgelöster elektronenmikroskopischer Bilder einer Probe, die interne physikalische Eigenschaften aufweist, die sich als Funktion der Zeit ändern.
Die US-Patentschrift US 6 278 124 B1 beschreibt ein Elektronenstrahl-Austastverfahren zum selektiven Unterbrechen eines Elektronenflusses während eines Elektronenstrahl-lithographischen Prozesses zum Minimieren einer Elektronenstrahlbewegung während eines Austastens, wenn der Elektronenstrahl eine lithographische Zielmaske erreicht. Ein erstes Ablenkplattenpaar lenkt Elektronen ab, die in dem Elektronenstrahl in Richtung der lithographischen Zielmaske fliesen. Das erste Ablenkplattenpaar schließ einen ersten getaperten Spalt ein, der ausgebildet ist, so dass die Elektronen, die in den getaperten Spalt vor dem Initialisieren der Austastspannung eintreten, ein zunehmend größeres elektrisches Feld erfahren, während sie die Platten passieren, um die kumulative Ablenkung zu kontrollieren, während die Elektronen durch das erste Ablenkplattenpaar hindurchtreten. Ein zweites Ablenkplattenpaar lenkt die Elektronen, die in dem Elektronenstrahl in Richtung der lithographischen Zielmaske fliesen, weiter ab und schließt einen zweiten getaperten Spalt für den Elektronenstrahl ein zum weiteren variablen Kontrollieren der kommutativen Ablenkung des Elektronenstrahls, der durch den zweiten getaperten Spalt hindurchtritt. Eine oder mehrere hybride integrierte Schaltungen stellen die Ablenkspannungen dem ersten und dem zweiten Ablenkplattenpaar bereit, um den entsprechenden Grad der Elektronenstrahlablenkung zu variieren.
Die US-Patentschrift US 4 710 640 A beschreibt eine Elektronenstrahl-Lithographievorrichtung, die die Oberfläche einer Probe einheitlich belichten kann. Sie umfasst einen Generator zum Erzeugen eines Elektronenstrahls, Mittel zum Formen des Elektronenstrahls, Mittel zum Fokussieren des geformten Elektronenstrahls auf die Oberfläche der Probe, Vorrichtungen, die es ermöglichen, den fokussierten Elektronenstrahl über die Oberfläche der Probe zu rastern, und Vorrichtungen zum Ablenken des Elektronenstrahls zum Hell- oder Dunkeltasten, wobei, wenn der Elektronenstrahl in eine Richtung abgelenkt wird, eine Abfolge von Hell- und Dunkeltasten von dem Strahl ausgeführt wird.
Die US-Patentschrift US 4 063 091 A beschreibt einen Hochgeschwindigkeitsschaltkreis, der ein periodisches und sequentielles Versetzen des Teilchenstrahls eines Teilchenstrahlmikroskops von seinem normalen Pfad bewirkt, um dadurch die Bombardierung einer Probe durch den Strahl währen bestimmter Rasterzyklen zu unterbrechen. Eine Ablenkschaltung umfasst ein Paar Ablenkplatten, die so angeordnet sind, dass der Strahl zwischen ihnen hindurchtreten kann und eine Hochgeschwindigkeits-Treiberschaltung, um die Ablenkplatten mit elektrischer Energie zu versorgen.
Die US 2007 / 0 138 413 A1 beschreibt ein Schreibverfahren für einen geladenen Teilchenstrahl, das die Schritte umfasst: Bestrahlen mit einem Schuss eines geladenen Teilchenstrahls, und Ablenken des geladenen Teilchenstrahls des Schusses unter Verwendung einer Mehrzahl von Deflektoren, die entlang eines optischen Pfades des geladenen Teilchenstrahls angeordnet sind zum Schreiben eines Pattern in ein Zielobjekt, wobei einer aus der Mehrzahl der Deflektoren die Ablenkung eines geladenen Teilchenstrahls eines Schusses steuert, der von dem Schuss verschieden ist, der von einem anderen Deflektor während der gleichen Periode gesteuert wird.
Die US 2014 / 0 103 225 A1 beschreibt einen Strahlaustaster, der in Form einer resonanten Struktur ausgeführt ist. Die resonante Struktur wird mit zwei geringfügig verschiedenen Frequenzen angeregt, die ein einstellbares Ablenken eines geladenen Teilchenstrahls in einer Ebene senkrecht zur Strahlrichtung ermöglichen.
Die US 2012 / 261 586 A1 beschreibt einen Strahlaustaster, der ein Leiterplattenpaar verwendet, um einen geladenen Teilchenstrahl abzulenken. Das elektrische Feld wird in einer resonanten LC-Struktur bei einer Resonanzfrequenz f erzeugt, bei der der geladene Teilchenstrahl zweimal während einer Periodendauer über die Öffnung einer Blende streicht. Zwei Strahlaustaster können in Strahlrichtung nacheinander angeordnet werden und bestimmte Komponenten eines Strahlaustasters, wie etwa die Blende gemeinsam nutzen. Der geladene Teilchenstrahl erzeugt auf einer Blende eine Lissajous-Figur.
Die resonanten Ablenkstrukturen der beiden zuletzt genannten Dokumente schränken die Flexibilität beim Einstellen der Pulsdauern und insbesondere der Pulswiederholrate oder der Pulsperiode deutlich ein, da die Resonanzbedingung die Frequenz festlegt, bei der die resonanten Ablenkstrukturen betrieben werden können.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher das Problem zu Grunde, einen Strahlaustaster und ein Verfahren zum Austasten eines geladenen Teilchenstrahls anzugeben, die die oben genannten Nachteile zumindest zum Teil vermeiden.
3. Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird dieses Problem durch einen Strahlaustaster nach Anspruch 1 gelöst. In einer Ausführungsform weist der Strahlaustaster für ein Rasterteilchenmikroskop zum Austasten eines geladenen Teilchenstrahls, der eine Strahlachse aufweist, entlang derer sich geladene Teilchen vor Eintritt in den Strahlaustaster ausbreiten, auf: (a) zumindest eine Blende, die eine Öffnung aufweist, durch die der geladene Teilchenstrahl hindurchtreten kann; (b) zumindest ein erstes und ein zweites Ablenkelement, die jeweils ausgebildet sind, beim Anliegen einer Spannung den Teilchenstrahl in eine erste bzw. eine zweite Richtung aus der Strahlachse abzulenken; und (c) eine Ablenksteuerung, die ausgebildet ist, eine erste Wechselspannung mit einer ersten Frequenz an das erste Ablenkelement und eine zweite Wechselspannung mit einer zweiten Frequenz an das zweite Ablenkelement anzulegen, wobei die Ablenksteuerung eine Differenzfrequenz zwischen der ersten und der zweiten Wechselspannung so einstellt, dass Pulse des geladenen Teilchenstrahls eine vorgegebene Pulsperiode aufweisen und während der Pulsperiode außerhalb der Pulsdauer im Wesentlichen keine geladenen Teilchen durch die Öffnung der Blende hindurchtreten.
In einem Ausführungsbeispiel weist der Strahlaustaster (Beam Blanker) zwei unabhängige Ablenkelemente auf, die unabhängig voneinander angesteuert werden können. Dadurch wird es möglich, durch Wahl einer ersten Frequenz für eine erste Wechselspannung eine vorgegebene Pulsdauer einzustellen. Durch Wahl einer zweiten Frequenz für eine zweite Wechselspannung kann die Pulsperiode, d.h. die zeitliche Abfolge des Durchtritts der Pulse durch die Öffnung der Blende, frei wählbar eingestellt werden. Der starre Zusammenhang zwischen Pulsdauer und Pulsperiode wird aufgebrochen. Dadurch wird die Flexibilität des Einsatzes eines erfindungsgemäßen Strahlaustasters im Verglich zu Geräten aus dem Stand der Technik deutlich gesteigert. Ein von der Ablenksteuerung überwachtes Kriterium verhindert, dass während der Pulsperiode parasitäre Pulse auftreten.
Die einstellbare Differenzfrequenz kann beispielsweise durch eine Größe der Öffnung der Blende, einen Durchmesser des geladenen Teilchenstrahls und die Wahl der Frequenzen der ersten oder der zweiten Wechselspannung bestimmt werden.
Die größere der beiden geometrischen Größen Öffnung der Blende und Durchmesser des geladenen Teilchenstrahls kann dabei den größeren Einfluss auf die einzustellende Differenzfrequenz haben.
Der Strahlaustaster kann ferner einen Phasenschieber aufweisen, der ausgebildet ist, eine Phase der ersten Wechselspannung relativ zu der Phase der zweiten Wechselspannung zu verändern.
Bevorzugt sind Phasenschieber, die die Phase stufenlos über eine Schwingungsperiode hinweg verändern können und in einem größeren Frequenzbereich eingesetzt werden können. Der Phasenschieber kann die Phase einer Wechselspannung oder die Phasen von zwei Wechselspannungen mit zwei verschiedenen Frequenzen relativ zueinander verschieben.
Das erste und das zweite Ablenkelement können einen im Wesentlichen gleichen Abstand zur Öffnung der Blende aufweisen.
Der Ausdruck „im Wesentlichen“ bedeutet hier wie auch an anderen Stellen dieser Anmeldung eine Angabe innerhalb üblicher Messfehler bei der Bestimmung der entsprechenden Größe, wenn Messgeräte gemäß dem Stand der Technik benutzt werden.
Das erste Ablenkelement kann ein erstes Ablenkelektrodenpaar umfassen, dessen Ablenkelektroden im Wesentlichen parallel zur Strahlachse beidseits des Teilchenstrahls angeordnet sind und/oder das zweite Ablenkelement kann ein zweites Ablenkelektrodenpaar umfassen, dessen Ablenkelektroden im Wesentlichen parallel zur Strahlachse beidseits des Teilchenstrahls angeordnet sind.
Dies ist eine mögliche Anordnung von Ablenkelementen. Sie ermöglicht bei vorgegebener, an die Ablenkelemente anzulegender Spannung eine Maximierung der elektrischen Feldstärke, durch die der geladene Teilchenstrahl läuft und damit eine Maximierung der Ablenkung des Teilchenstrahls durch das Ablenkelement.
Die Ablenkelektroden können rechteckige Leiterplatten umfassen, die eine Breite von 0,1 mm bis 100 mm, bevorzugt 0,5 mm bis 20 mm, mehr bevorzugt 1 mm bis 10 mm, und am meisten bevorzugt von 2 mm bis 5 mm aufweisen, und/oder die eine Höhe von 1 mm bis 100 mm, bevorzugt 3 mm bis 70 mm, mehr bevorzugt 5 mm bis 50 mm, und am meisten bevorzugt von 10 mm bis 30 mm aufweisen.
Neben rechteckigen oder quadratischen, planen Leiterplatten können auch Ablenkelektroden verwendet werden, die eine andere Form aufweisen. Beispielsweise können Ablenkelektroden eingesetzt werden, die die Form von Kreissegmenten aufweisen. Überdies ist es nicht notwendig, dass die Ablenkelektroden beider Ablenkelektrodenpaare die gleiche Form und/oder gleiche Abmessungen aufweisen.
Die Ablenkelektroden eines Ablenkelektrodenpaars können einen Abstand von 0,1 mm bis 100 mm, bevorzugt 0,5 mm bis 20 mm, mehr bevorzugt 1 mm bis 10 mm, und am meisten bevorzugt von 2 mm bis 5 mm aufweisen.
Das erste und das zweite Ablenkelektrodenpaar können einen Winkel von im Wesentlichen 90° einschließen. Dadurch wirkt sich das Rauschen und der Jitter in den an die Ablenkelektrodenpaare angelegten Spannung weniger auf den Jitter der Pulsfrequenz aus. Zudem weisen die Bahnen des Elektronenstrahls einen besseren Abstand von der Blendenöffnung auf.
Das erste und das zweite Ablenkelektrodenpaar können entlang der Strahlachse eine maximale Überlappung aufweisen. In einer beispielhaften Konfiguration weisen das erste und das zweite Ablenkelektrodenpaar eine maximale Überlappung entlang der Strahlachse auf, wenn ihr Abstand zur Öffnung der Blende im Wesentlichen gleich groß ist.
Durch diese Anordnung der Ablenkelemente können Strahlaustaster in kompakter Bauweise gefertigt werden.
Die beiden Ablenkelektrodenpaare und die zumindest eine Blende können entlang der Strahlachse einen Abstand von 0,1 mm bis 1000 mm, bevorzugt 0,5 mm bis 200 mm, mehr bevorzugt 1 mm bis 100 mm, und am meisten bevorzugt von 2 mm bis 50 mm aufweisen.
Die erste Wechselspannung kann eine sinusförmige Wechselspannung umfassen und die zweite Wechselspannung kann eine rampenförmige Wechselspannung umfassen. Es ist ferner möglich, dass beide Wechselspannungen sinusförmige oder rampenförmige Wechselspannungen umfassen.
Der Strahlaustaster kann ferner eine erste Spannungsquelle zum Erzeugen einer ersten Wechselspannung zum Anschließen an das erste Ablenkelektrodenpaar und/oder eine zweite Spannungsquelle Erzeugen einer zweiten Wechselspannung zum Anschließen an das zweite Ablenkelektrodenpaar aufweisen.
Die erste Spannungsquelle kann ausgebildet sein, eine Wechselspannung in einem Frequenzbereich von 1 kHz bis 10 GHz, bevorzugt 5 kHz bis 2 GHz, mehr bevorzugt 10 kHz bis 1 GHz, und am meisten bevorzugt von 20 kHz bis 500 MHz zu erzeugen, und/oder die zweite Spannungsquelle kann ausgebildet sein, einen Spannungsanstieg der rampenförmigen Ausgangsspannung in einem Zeitbereich von 1 ps bis 1000 µs, bevorzugt 5 ps bis 500 µs, mehr bevorzugt 20 ps bis 200 µs, und am meisten bevorzugt 100 ps, bis 100 µs zu erzeugen.
Der Strahlaustaster kann überdies zumindest einen ersten Verstärker umfassen, der ausgebildet ist, eine Wechselspannung mit einer Spannungsamplitude im Bereich von 10 V bis 1000 V, bevorzugt 20 V bis 500 V, mehr bevorzugt 40 V bis 500 V, und am meisten bevorzugt 50 V bis 200 V in einem Frequenzbereich von 1 kHz bis 1000 MHz bereitzustellen.
Zudem kann der Strahlaustaster eine Gleichspannungsquelle aufweisen, die ausgebildet ist, eine Gleichspannung von ±0,1 keV bis ±100 keV, bevorzugt ±0,2 keV bis ±50 keV, mehr bevorzugt ±0,3 keV bis ±20 keV, und am meisten bevorzugt ±0,4 keV bis ±10 keV zu erzeugen zum Anlegen an das erste und/oder das zweite Ablenkelektrodenpaar. Vorzugsweise liegt der Strahlaustaster ebenso wie die Säule eines Rasterelektronenmikroskops auf positivem Potential, damit die Elektronen beschleunigt werden und somit eine große kinetische Energie aufweisen. Kurz dem Erreichen der Probe werden die Elektronen auf eine vorgegebene Landeenergie abgebremst.
Ferner kann der Strahlaustaster elektrische Anschlüsse aufweisen, die ausgebildet sind, eine Gleichspannung an das erste Ablenkelektrodenpaar und/oder das zweite Ablenkelektrodenpaar zu legen.
Die zumindest eine Blende kann im Wesentlichen senkrecht zur Strahlachse des geladenen Teilchenstrahls angeordnet sein.
Die zumindest eine Blende kann eine runde Öffnung mit einem Durchmesser von 10 µm bis 10 mm, bevorzugt 50 µm bis 20 mm, mehr bevorzugt 100 µm bis 5 mm, und am meisten bevorzugt von 200 µm bis 1 mm aufweisen, und/oder die zumindest eine Blende kann eine runde Form mit einem Durchmesser von 15 mm bis 10 cm, bevorzugt 20 mm bis 8 cm, mehr bevorzugt 25 mm bis 6 cm, und am meisten bevorzugt von 30 mm bis 3 cm aufweisen.
Es ist günstig, die Öffnung der Blende so klein wie möglich auszulegen. Die Blende sollte jedoch nicht den Strahl beschneiden, da dies zu einem Verlust an Strahlstrom führt. Die Strahldurchmesser derzeitiger Rasterelektronenmikroskope liegen typischerweise im Bereich von 100 µm bis 200 µm.
Die Öffnung der Blende kann beliebig geformt sein. Eine runde Öffnung oder eine Öffnung in Form eines Vielecks sind bevorzugt, da Öffnungen mit diesen Formen günstig gefertigt werden können. Die äußere Kontur der Blende kann beliebig geformt sein und damit an die Platzbedingungen des Rasterteilchenmikroskops angepasst werden, in das der Strahlaustaster eingebaut wird.
Die zumindest eine Blende kann ein Metall umfassen und eine Dicke von 0,5 µm bis 2000 µm, bevorzugt 5 µm bis 1000 µm, mehr bevorzugt 50 µm bis 800 µm, und am meisten bevorzugt von 100 µm bis 600 µm aufweisen.
Eine Blende kann aus einem beliebigen Material, das in Form eines Feststoffes vorliegt, gefertigt werden. Dabei ist die Dicke der Blende an das verwendete Material anzupassen. Generell gilt, je höher die Ordnungszahl des bzw. der Materialien der Blende, desto besser stoppt es geladene Teilchen. Ferner ist zu beachten, dass die Dicke des Materials an die maximale Energie des Teilchenstrahls anzupassen ist.
Die zumindest eine Blende kann ausgebildet sein ≥ 98%, bevorzugt ≥ 99%, mehr bevorzugt ≥ 99,5%, und am meisten bevorzugt ≥ 99,9% des geladenen Teilchenstrahls zu absorbieren.
Die Pulsdauer des geladenen Teilchenstrahls am Ausgang des Strahlaustasters kann einen Bereich von 1 ps bis 1000 µs, bevorzugt 2 ps bis 100 µs, mehr bevorzugt 4 ps bis 10 µs, und am meisten bevorzugt 5 ps bis 1 µs umfassen.
Die Periodendauer des geladenen Teilchenstrahls am Ausgang des Strahlaustasters kann einen Bereich 1 ns bis 1 ms, bevorzugt 5 ns bis 100 µs, mehr bevorzugt 10 ns bis 10 µs, und am meisten bevorzugt 20 ns bis 1 µs umfassen.
Der Strahlaustaster kann ferner elektrische Anschlüsse aufweisen, die ausgebildet sind, eine Gleichspannung an das erste Austastelektrodenpaar und/oder das zweite Austastelektrodenpaar zu legen.
Zudem kann der Strahlaustaster zumindest ein elektromagnetisches Kopplungsglied aufweisen zum potentialfreien Anschließen der ersten oder der zweiten Wechselspannung an das erste oder das zweite Ablenkelement und wobei das elektromagnetische Kopplungsglied ferner ausgebildet ist, der ersten oder der zweiten Wechselspannung eine wählbare Gleichspannung zu überlagern.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen Strahlaustaster für ein Rasterteilchenmikroskop zum Austasten eines geladenen Teilchenstrahls, der eine Strahlachse aufweist, entlang derer sich geladene Teilchen vor Eintritt in den Strahlaustaster ausbreiten, wobei der Strahlaustaster aufweist: (a) zumindest eine Blende, die eine Öffnung aufweist, durch die der geladene Teilchenstrahl hindurchtreten kann; (b) zumindest ein Ablenkelement, das ausgebildet ist, beim Anliegen einer Spannung den Teilchenstrahl aus der Strahlachse abzulenken; (c) ein elektromagnetisches Kopplungsglied zum potentialfreien Anschließen einer Wechselspannung an das zumindest eine Ablenkelement; (d) wobei das elektromagnetische Kopplungsglied ferner ausgebildet ist, der Wechselspannung eine wählbare Gleichspannung zu überlagern.
Bei modernen Rasterteilchenmikroskopen, beispielsweise bei modernen Rasterelektronenmikroskopen, liegen häufig weite Teile der Elektronenoptik auf einem hohen Potential. Indem die Wechselspannung(en), die an ein oder mehrere Ablenkelemente gelegt werden, potentialfrei zugeführt werden, ist es möglich, das eine oder die mehreren Ablenkelemente des Strahlaustasters an die Potentialverhältnisse anzupassen, die an dem Einbauplatz des Strahlaustasters, beispielsweise in einer Säule eines Rasterteilchenmikroskops, vorherrschen.
Das elektromagnetische Kopplungsglied kann einen Transformator umfassen.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Rasterteilchenmikroskop, das eine Strahlachse aufweist, entlang derer sich ein geladener Teilchenstrahl ausbreitet, kann aufweisen: (a) eine Teilchenquelle zum Erzeugen des geladenen Teilchenstrahls; (b) zumindest eine elektro-optische Linse zum Abbilden des geladenen Teilchenstrahls; (c) einen Strahlaustaster nach einem der oben beschriebenen Aspekte; und (d) einen Probentisch zum Halten und/oder Positionieren einer Probe bezüglich des geladenen Teilchenstrahls.
Ein mit einem oben definierten Strahlaustaster ausgerüstetes Rasterteilchenmikroskop kann zum Reparieren photolithographischer Masken eingesetzt werden. Durch das Einstellen der Pulsdauer des geladenen Teilchenstrahls und unabhängig davon der Pulsperiode, der Wiederholzeitdauer oder des Tastverhältnisses kann die chemische Umsetzung der an der Oberfläche der photolithographischen Maske adsorbierten Moleküle kontrolliert werden. Ein Rasterteilchenmikroskop, das einen oben spezifizierten Strahlaustaster enthält, ist jedoch nicht auf die Reparatur photolithographischer Masken beschränkt. Vielmehr kann der Strahlaustaster für alle Anwendungen eingesetzt werden, bei denen schnell ablaufende Vorgänge berührungslos detektiert werden müssen. Dies trifft beispielsweise auf das Analysieren in Betrieb befindlicher integrierter Schaltkreis zu oder auf das Untersuchen der Reaktionsdynamik chemischer Prozesse.
Das Rasterteilchenmikroskop kann ein Rasterelektronenmikroskop umfassen. Das Rasterteilchenmikroskop kann ferner zumindest ein Rastersondenmikroskop aufweisen. Das Rastersondenmikroskop kann ein Rasterkraftmikroskop (AFM englisch für Atomic Force Microscope) umfassen.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Einstellen einer Pulsdauer und einer Pulsperiode von Pulsen eines geladenen Teilchenstrahls in einem Strahlaustaster für ein Rasterteilchenmikroskop, wobei der Strahlaustaster umfasst: zumindest eine Blende, die eine Öffnung aufweist, durch die der geladene Teilchenstrahl hindurchtreten kann sowie zumindest ein erstes und ein zweites Ablenkelement, die ausgebildet sind, beim Anliegen einer Spannung den Teilchenstrahl in eine erste bzw. eine zweite Richtung aus der Strahlachse abzulenken, und wobei das Verfahren die Schritte aufweist: (a) Bestimmen einer ersten Frequenz für eine erste Wechselspannung zum Anlegen an das erste Ablenkelement; (b) Bestimmen einer zweiten Frequenz für eine zweite Wechselspannung zum Anlegen an das zweite Ablenkelement; und (c) wobei das Bestimmen der zweiten Frequenz so erfolgt, dass die Pulse des geladenen Teilchenstrahls eine vorgegebene Pulsperiode aufweisen und während der Pulsperiode außerhalb der Pulsdauer im Wesentlichen keine geladenen Teilchen durch die Öffnung der Blende hindurchtreten.
Das Verfahren kann ferner den Schritt aufweisen: Bestimmen einer maximalen Länge der Pulsperiode durch Minimieren einer einstellbaren Differenzfrequenz zwischen der ersten Frequenz der ersten Wechselspannung und der zweiten Frequenz der zweiten Wechselspannung.
Überdies kann das Verfahren den Schritt aufweisen: Verändern einer Phasendifferenz zwischen der ersten und der zweiten Wechselspannung zum Einstellen einer Position des geladenen Teilchenstrahls relativ zur Öffnung der Blende.
Darüber hinaus kann das Verfahren den Schritt aufweisen: Anpassen einer Spannungsamplitude der ersten und/oder der zweiten Wechselspannung zum Erzeugen der vorgegebenen Pulsdauer und/oder der wählbaren Pulsperiode.
Ferner kann das Verfahren den Schritt aufweisen: Bestimmen einer Größe der Öffnung der Blende und/oder Bestimmen eines Durchmessers des geladenen Teilchenstrahls.
Zudem kann das Verfahren den Schritt aufweisen: Bestimmen der kinetischen Energie, die der geladene Teilchenstrahl beim Eintritt in den Strahlaustaster aufweist.
4. Beschreibung der Zeichnungen
In der folgenden detaillierten Beschreibung werden derzeit bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei

1 schematisch einige wichtige Komponenten eines Strahlaustasters zeigt;
2 schematisch eine Ausführungsform eines elektromagnetischen Kopplungsgliedes darstellt;
3 schematisch das Zustandekommen der Pulsdauer beim Überstreichen eines geladenen Teilchenstrahls über die Öffnung einer Blende veranschaulicht;
4 die Spur eines geladenen Teilchenstrahls auf einer Blende bei einer sinusförmigen Wechselspannung an beiden Austastelektrodenpaaren zeigt, wobei die Spannungsamplitude, die Frequenzen und die Phasen der Wechselspannung an beiden Austastelektrodenpaaren im Wesentlichen identisch sind;
5 für die sinusförmigen Wechselspannungen der 4 schematisch die Pulsdauer T_ON, die Periodendauer der Schwingung T und die Wiederholzeitdauer oder die Periodendauer T_P der Pulse am Ausgang des Strahlaustasters der 1 dargestellt;
6 die Spur des geladenen Teilchenstrahls auf der Blende des Strahlaustasters der 1 präsentiert, wenn eine sinusförmige Wechselspannung mit gleicher Spannungsamplitude an die beiden Austastelektrodenpaare gelegt wird, wobei die sinusförmige Wechselspannung an den beiden Austastelektrodenpaaren eine Phasenverschiebung zueinander von π/2 = 90° aufweist;
7 die Spur des geladenen Teilchenstrahls auf der Blende des Strahlaustasters der 1 präsentiert, bei der am Austastelektrodenpaar für die Auslenkung in x-Richtung eine Frequenz von 100 MHz und am Austastelektrodenpaar für die Auslenkung in y-Richtung eine Frequenz von 120 MHz anliegt;
8 die 7 darstellt, nachdem die Frequenz für die Auslenkung in y-Richtung von 120 MHz auf 110 MHz verringert wurde;
9 vergrößert die 8 zeigt, wobei zusätzlich die Apertur der Blende des Strahlaustasters der 1 und der Durchmesser des geladenen Teilchenstrahls eingezeichnet sind;
10 die 8 wiederholt, wobei die beiden Frequenzen für die Auslenkung in x- und y-Richtung zusätzlich eine Phasenverschiebung von Δφ = π/9 aufweisen;
11 im oberen Teilbild die Spannung als Funktion der Zeit am Austastelektrodenpaar für die Auslenkung in x-Richtung und im unteren Teilbild den zeitlichen Verlauf einer Sinusschwingung am Austastelektrodenpaar für die Auslenkung in y-Richtung präsentiert;
12 die Spur des geladenen Teilchenstrahls auf der Blende des Strahlaustasters der 1 für die Spannungsverläufe an den Austastelektrodenpaaren der 11 zeigt;
13 schematisch eine Anordnung von Austastelektrodenpaaren darstellt, die es ermöglichen, Abweichungen der vom Strahlaustaster der 1 erzeugten Pulse von der Strahlachse zu kompensieren;
14 schematisch die Bahn eines geladenen Teilchenstrahls in einem Strahlaustaster veranschaulicht;
15 einen Schnitt durch ein Rasterteilchenmikroskop zeigt, in das der Strahlaustaster der 1 eingebaut ist; und
16 ein Flussdiagramm des Verfahrens zum Einstellen der Pulsdauer und der Pulsperiode für den Strahlaustaster der 1 angibt.

5. Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden derzeit bevorzugte Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Strahlaustasters oder eines Beam Blankers und eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erzeugen von Pulsen geladener Teilchen mit einstellbarer Pulsdauer und Pulsperiode genauer erläutert. Ferner ist in einem Anwendungsbeispiel ein erfindungsgemäßer Strahlaustaster als ein Bestandteil eines Rasterelektronenmikroskops erläutert. Die Anwendung des beschriebenen Strahlaustasters ist jedoch nicht auf das angegebene Anwendungsbeispiel beschränkt. Vielmehr kann der vorgestellte Strahlaustaster in ein beliebiges Rasterteilchenmikroskop eingebaut werden und zum Erzeugen kurzer Pulse geladener Teilchen mit einstellbarer Pulsperiode oder Pulswiederholzeit angewendet werden.
Die 1 zeigt schematisch einige Komponenten eines beispielhaften Strahlaustasters 100. Der Strahlaustaster 100 weist eine Blende 110 oder einen Strahlfänger 110 mit einer Öffnung 115 oder einer Apertur 115 auf. Die Blende 110 ist vorzugsweise aus einem Metall oder einer Metalllegierung gefertigt. Günstig sind Metalle mit einer großen Ordnungszahl, da schwere Elemente geladene Teilchenstrahlen effektiv bremsen und schließlich absorbieren. Die Dicke der Blende 110 oder des Strahlfängers 110 hängt zum einen von der maximalen Energie der geladenen Teilchen ab, die die Blende 110 absorbieren soll und zum anderen von der zu absorbierenden Teilchenart. Beispielsweise erzeugen hochenergetische Elektronen weniger Schäden als hochenergetische Ionen, die durch ihre Sputter-Wirkung zu einem langsamen Abtrag des Materials der Blende 110 führen. Strahlaustaster, die in Rasterelektronenmikroskopen eingesetzt werden, weisen typischerweise Blenden aus Molybdän, Platin oder einer Platin-Iridium-Legierung auf.
Die äußeren Abmessungen des Strahlfängers 110 richten sich nach der Geometrie der übrigen Komponenten des Strahlaustasters 100 sowie dem verfügbaren Einbauplatz des Strahlaustasters 100 in ein Rasterteilchenmikroskop. In dem Strahlaustaster 100 der 1 ist die Blende 110 in Form einer ebenen Platte ausgeführt. Die Blende 110 kann auch eine andere Form aufweisen, beispielsweise kann die Blende bezüglich der Strahlachse eine konvexe oder eine konkave Form aufweisen.
Die Blende 110 weist einen Anschluss 107 auf, der es ermöglicht, das Potential der Blende 110 relativ zum Potential des geladenen Teilchenstrahls zu verändern. Hierzu ist es notwendig, die elektrisch leitfähige Blende 110 elektrisch von den übrigen Komponenten des Strahlaustasters 100 zu isolieren.
Die Öffnung 115 oder die Apertur 115 der Blende 110 des Strahlaustasters 100 ist eine zentrale Größe für das Erzeugen eines kurzen Pulses durch den Strahlaustaster 100. Sie wird in Abhängigkeit des Abstandes und der Höhe der Ablenkelektrodenpaare sowie der Spannung, die an die Austastelektroden gelegt wird und der Anstiegsgeschwindigkeit der Spannung an den Ablenkelektrodenpaaren gewählt. Die Form der Öffnung 115 der Blende 110 kann beliebig gewählt werden. Es ist jedoch günstig, leicht herstellbare Öffnungen 115 zu benutzen. Runde Öffnungen 115 oder Aperturen 115 in Form von Vielecken weisen diese Eigenschaft auf. Darüber hinaus ist es zum Erzeugen möglichst kurzer Pulse vorteilhaft, die Form der Öffnung 115 der Blende 110 an die Form eines geladenen Teilchenstrahls anzupassen. In den Strahlaustaster 100 werden Blenden 110 mit runden Öffnungen eingebaut, die einen Durchmesser im Bereich von 100 µm bis 1000 µm aufweisen.
Zum einen können mit abnehmendem Durchmesser der Öffnung 115 der Blende 110 kürzere Pulsdauern erreicht werden. Zum anderen erschwert ein kleiner Durchmesser der Öffnung 115 das Justieren einer Strahlachse 130 des geladenen Teilchenstrahls 125 auf die Öffnung 115 des Strahlfängers 110. Falls der Durchmesser der Öffnung 115 der Blende 110 kleiner als der Strahldurchmesser gewählt wird, wird zudem die Stärke des Strahlstromes verringert. Der geladene Teilchenstrahl 125 wird so justiert, dass er bei funktionslosem Strahlaustaster 100 durch die Öffnung 115 der Blende 110 hindurchtritt. Bei funktionslosem Strahlaustaster 100 erreicht der geladenen Teilchenstrahl 125 die Probe 105. Er erzeugt auf bzw. in der Probe 105 rückgestreute Elektronen oder Sekundärelektronen, die mit Hilfe des Detektors 120 nachgewiesen werden.
Es ist jedoch auch möglich, die Justierung der Strahlachse 125 so zu wählen, dass nur ein ausgelenkter Teilchenstrahl 125 durch die Öffnung 115 der Blende 110 hindurchtreten kann.
Die Strahlachse 130 ist parallel zur z-Achse eines Koordinatensystems des Strahlaustasters 100. Die x- und y-Richtungen des Koordinatensystems bilden in dem Beispiel der 1 die Blendenebene.
Die Ablenkelektroden 145 des ersten Ablenkelektrodenpaars 140 lenken den geladenen Teilchenstrahl 125 in x-Richtung ab. Die Ablenkelektroden 155 des zweiten Ablenkelektrodenpaars 150 führen beim Anlegen einer Spannung zu einer Auslenkung des geladenen Teilchenstrahls 125 in y-Richtung. Dabei haben die Höhe 147 der Austastelektroden 145, 155 und der Abstand der Austastelektroden 145, 155 Einfluss auf das Ausmaß der Ablenkung des geladenen Teilchenstrahls 125 von der Strahlachse 130. Mit größer werdendem Abstand 152 zwischen den Ablenkelektroden 145, 155 und der Blende 110 vergrößert sich die Ablenkung des geladenen Teilchenstrahls 125 linear.
In dem beispielhaften Strahlaustaster 100 der 1 sind die Ablenkelektroden 145, 155 in der Form quadratischer Leiterplatten ausgeführt. Die metallischen Ablenkelektroden 145, 155 der 1 weisen eine Seitenlänge im Bereich von 1 mm bis 1 cm auf. Die zwei Ablenkelektroden 145, 155 eines Ablenkelektrodenpaares 140, 150 weisen in dem beispielhaften Strahlaustaster 100 einen Abstand auf, der im Wesentlichen der Seitenlänge der Ablenkelektroden entspricht.
Es ist nicht notwendig, dass die Ablenkelektroden 145, 155 eine quadratische Form aufweisen. Abhängig von der Anwendung kann es günstig sein, rechteckige Leiterplatten als Ablenkelektroden 145, 155 zu verwenden, deren Höhe 147 größer als die Breite ist und vorzugsweise im Bereich von 5 mm bis 5 cm liegt. Ferner ist es nicht erforderlich, dass das erste 140 und das zweite Ablenkelektrodenpaar 150 im Wesentlichen identische Ablenkelektroden 145 und 155 aufweisen. Zudem ist es ferner möglich, nicht plane Ablenkelektroden, beispielsweise in Form von Kreissegmenten einzusetzen (in der 1 nicht dargestellt). Überdies können die Ablenkelektroden 145 des ersten Ablenkelektrodenpaares 140 und die Ablenkelektroden 155 des zweiten Ablenkelektrodenpaares 150 unterschiedlich geformt sein und/oder unterschiedliche Abmessungen aufweisen (in der 1 dargestellt).
Die Wechselspannungen, die von den Verstärkern 190 und 195 an die Ablenkelektroden 145, 155 gelegt werden, können potentialmäßig von dem Potential der Ablenkelektrodenpaare 140, 150 durch die elektromagnetischen Kopplungsglieder 160 und 165 getrennt werden. Die elektromagnetischen Kopplungsglieder 160 und 165 sind optionale Elemente des Strahlaustasters 110. Die elektromagnetischen Kopplungsglieder 160 und 165 weisen Anschlüsse 162 und 167 auf, die es ermöglichen, zusätzlich eine Gleichspannung an eines oder beide der Ablenkelektrodenpaare 140, 150 anzulegen. In dem später beschriebenen Einsatz in einem Rasterelektronenmikroskop wird an die Ablenkelektrodenpaare 140, 150 vorzugsweise eine positive Gleichspannung im einstelligen Kilovolt-Bereich angelegt.
Das Diagramm 200 der 2 zeigt schematisch ein Beispiel eines elektromagnetischen Kopplungsgliedes 160, 165 in Form eines Transformators 210. Die Primärseite 220 des Transformators 210 ist mit einem der Verstärker 1190 oder 195 verbunden. Ferner ist einer der Anschlüsse der Primärseite 220 des Transformators 210 ist geerdet. Die Sekundärseite 230 des Transformators 210 weist einen Mittenabgriff 240 auf. Der Mittenabgriff 240 ist in der 1 durch die Anschlüsse 162 und 167 der elektromagnetischen Kopplungsglieder 160 und 1165 des Strahlaustasters 100 symbolisiert.
Mit Hilfe der Gleichspannungsquelle 260, deren positiver Anschluss 270 im Beispiel der 2 mit dem Mittenabgriff 240 der Sekundärseite des Transformators 210 verbunden ist und deren negativer Anschluss 280 an das Massepotential 250 angeschlossen ist, kann ein Ablenkelektrodenpaar 140 oder 150 auf ein elektrisches Potential gebracht werden, das vom Massepotential 250 verschieden ist. Die Gleichspannungsquelle 260 kann eine Gleichspannung von etwa 100 V bis in den zweistelligen Kilovolt-Bereich erzeugen. In einer alternativen Ausführungsform wird der Mittenabgriff 240 des Transformators 210 oder die Anschlüsse 162 und 167 der elektromagnetischen Kopplungsglieder 160 und 165 mit der Gleichspannung verbunden, die in einer elektrooptischen Säule eines Rasterteilchenmikroskops herrscht oder die Ablenkelektrodenpaare 140 und/oder 150 werden auf das Potential gebracht, das in der Umgebung des Einbauplatzes des Strahlaustasters 100 in dem Rasterteilchenmikroskop vorherrscht.
Alternativ zur Ausführung in Form eines Transformators 210 können die elektromagnetischen Kopplungsglieder 160 und 165 auch als in Form eines Koppelkondensators ausgeführt werden (in der 2 nicht gezeigt).
Wieder mit Bezug auf die 1 die beispielhaften Verstärker 190 und 195 können beispielsweise als Operationsverstärker oder in Form von Leistungsverstärkern, wie etwa eines Leistungs-MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) realisiert werden.
Die Spannungsquellen 175 und 180 erzeugen die Wechselspannungen, die an die Eingänge der Verstärker 190 und 195 gelegt werden. Falls die Spannungsquellen 175, 180 eine genügend große Spannungsamplitude erzeugen können, kann auf die Verstärker 190 und 195 verzichtet werden. Der Phasenschieber 185 kann die Phase der ersten und der zweiten Wechselspannung relativ zueinander verschieben. Die Spannungsquellen 175 und 180 können Wechselspannungen mit unterschiedlicher Frequenz, Phase und Amplitude generieren. Ferner können die Spannungsquellen 175 und 180 Wechselspannungen mit unterschiedlichen Signalformen generieren. Dadurch kann beispielsweise an das erste Ablenkelektrodenpaar 140 eine sinusförmige Wechselspannung angelegt werden und an das zweite Ablenkelektrodenpaar 150 kann eine sägezahnartige oder eine rampenförmige Wechselspannung angelegt werden.
Die beiden Spannungsquellen 175 und 180 können sinusförmige Wechselspannungen mit Frequenzen bis in den dreistelligen MHz-Bereich erzeugen. Ferner können die Spannungsquellen 175 und 180 andere Wechselspannungsformen mit ähnlichen Frequenzen generieren, die von den Verstärkers 190 und 195 verstärkt werden können. Die Spannungsquellen 175 und 180 bzw. die Verstärker 185 und 190 können Wechselspannungen mit Spannungsamplituden in dreistelligen Volt-Bereich generieren.
Schließlich ist es möglich, die beiden Verstärker 190 und 195 mit einer Spannungsquelle 175 oder 180 anzusteuern (in der 1 nicht dargestellt.) In dieser Ausführungsform, d.h. eine der Spannungsquellen 175 oder 180 liefert die Eingangssignale für die Verstärker 190 und 195, ist es ebenfalls günstig, wie in der 1 schematisch dargestellt, einen Phasenschieber 185 in eine der beiden Eingangsleitungen, die zu den Verstärkern 190 und 195 führen, einzubauen. Der Phasenschieber 185 sollte so dimensioniert sein, dass die Phase des Ausgangssignals der Spannungsquelle 175 oder 180 bzw. der Ausgangssignale der Spannungsquellen 175 und 180 über einen Bereich von 0 bis 271 stufenlos einstellbar ist. Der Phasenschieber 185 sollte diese Bedingung über einen großen Frequenzbereich der Ausgangsspannung der Spannungsquelle(n) 175, 180 hinweg erfüllen können. Typischerweise werden zur Erzeugung der Spannungssignale integrierte Synthesizer-Bausteine eingesetzt, welche für die Direkte-Digitale-Synthese entwickelt wurden. Diese Spannungsquellen erlauben sowohl das Einstellen der Frequenz als auch der Phase des erzeugten Signals.
Wenn der Strahlaustaster 100 in Betrieb gesetzt wird, d.h. es werden Wechselspannungen an die Ablenkelektrodenpaare 140 und 150 angelegt, vollführt der geladene Teilchenstrahl 125 Lissajous-Figuren 118 auf der Blende 110. Dies bedeutet, die Spur des Teilchenstrahls verläuft während des größten Teils einer Schwingungsperiode auf der Blende 110. Nur wenn die Bahnbewegung durch den Nullpunkt des Koordinatensystems geht, d.h. auf die Öffnung 115 der Blende 110 trifft, wird ein kurzer Puls 135 erzeugt, der auf die Probe 105 trifft und von dem Detektor 120 nachgewiesen werden kann.
Der Strahlaustaster 100 umfasst ferner eine Ablenksteuerung 170. Die Ablenksteuerung 170 steuert die erste 175 und die zweite Spannungsquelle 180. Dazu gibt sie der ersten Spannungsquelle 175 vor, eine erste Wechselspannung mit einer ersten Frequenz, einer ersten Phase und einer ersten Spannungsamplitude zu erzeugen. Ferner instruiert die Ablaufsteuerung 170 die zweite Spannungsquelle 180, eine zweite Wechselspannung mit einer zweiten Frequenz, einer zweiten Phase und einer zweiten Spannungsamplitude zu generieren. Ferner stellt die Ablenksteuerung 170 die Phasenverschiebung des Phasenschiebers 185 ein. Überdies ist die Ablenksteuerung 170 ferner ausgelegt, die Verstärkungen der Verstärker 190 und 195 einzustellen (in der 1 nicht dargestellt). Zusätzlich stellt die Ablenksteuerung 170 den Detektor 120 ein und empfängt von dem Detektor 120 Messdaten. Die Ablenksteuerung 170 kann überdies eine Recheneinheit umfassen, die dafür ausgelegt ist, die Bahnen des geladenen Teilchenstrahls 125, die von der ersten und der zweiten an die Ablenkelektrodenpaare 140 und 150 angelegten Wechselspannung in der Ebene der Blende 110 verursacht werden, zu ermitteln. Ferner kann die Recheneinheit einen Abstand der Bahn des geladenen Teilchenstrahls 125 von der Öffnung 115 der Blende 110 berechnen.
Das Diagramm 300 der 3 zeigt schematisch das Zustandekommen eines kurzen Pulses 135 aus einem kontinuierlichen geladenen Teilchenstrahl 125 durch das Überstreichen der Öffnung 115 der Blende 110 infolge des Auslenkens oder Ablenkens des geladenen Teilchenstrahls 125 durch die Ablenkelektrodenpaare 140, 150 des Strahlaustasters 100. In dem in der 3 dargestellten Beispiel weist die Öffnung 115 der Blende 110 eine Kreisform auf. Das Teilbild a der 3 veranschaulicht einen Schnitt durch den Durchmesser D_A der Apertur 115 der Blende 110. Der geladene Teilchenstrahl 125 weist in einer Ebene senkrecht zur Strahlachse 130 in dem in der 3 angegebenen Beispiel im Wesentlichen ein rotationssymmetrisches Flat-Top-Intensitätsprofil mit einem Durchmesser D_B auf. In Teilbild b der 3 ist ein Schnitt durch das Zentrum des Intensitätsprofils des geladenen Teilchenstrahls 125 angegeben. In der in den Teilbildern a und b dargestellten beispielhaften Illustration weist der Strahldurchmesser D_B etwa 60% des Durchmessers D_A der Apertur 115 auf.
Beim Anlegen einer Spannung an eine oder beide der Ablenkelektrodenpaare 140, 150 wird der geladene Teilchenstrahl 125 aus der Strahlrichtung 130 ab- oder ausgelenkt. Für die nachfolgenden Betrachtungen wird angenommen, dass eine sinusförmige Wechselspannung mit identischer Spannungsamplitude A = A_x = A_y, Kreisfrequenz ω = ω_x = ω_y und Phase φ = φ_x = φ_y = 0 sowohl an das erste 140 wie auch das zweite Ablenkelektrodenpaar 150 gelegt wird. Der geladene Teilchenstrahl 125 führt dadurch eine Bewegung auf der Blende 110 aus, die gegeben ist durch: $\begin{array}{l} x (t) = A \cdot sin (ω \cdot t) \\ y (t) = A \cdot sin (ω \cdot t) \end{array}$
Unter den gegebenen Bedingungen führt der geladene Teilchenstrahl 125 in der xy-Ebene oder der Ebene der Blende 110 eine Schwingung entlang einer Winkelhalbierenden aus. Für eine normierte Schwingung, d.h. A = 1 ist die Bewegung des Teilchenstrahls 125 in der xy-Ebene in der 4 dargestellt. Die Geschwindigkeit mit der der geladene Teilchenstrahl 125 seine Bahn in der xy-Ebene ausführt dann gegeben durch: $\begin{array}{l} \dot{x} (t) = A \cdot ω \cdot cos (ω \cdot t) \\ \dot{y} (t) = A \cdot ω \cdot cos (ω \cdot t) \end{array}$
Die maximale Geschwindigkeit ν_max erreicht die Bewegung des geladenen Teilchenstrahls 125 beim Nulldurchgang der Schwingung, d.h. über der Apertur 115 der Blende 110: $ν_{max} = \sqrt{{\dot{x}}^{2} (0) + {\dot{y}}^{2} (0)} = \sqrt{2} \cdot ω \cdot A .$
Wie im Teilbild c der 3 veranschaulicht, ist die Pulsdauer T_ON in guter Näherung durch die maximale Geschwindigkeit ν_max und die Durchmesser der Apertur 115 D_A und des geladenen Teilchenstrahls 125 D_B gegeben: $\begin{matrix} ν_{max} = \frac{s}{t} = \frac{D_{A} + D_{B}}{T_{O N}} = \sqrt{2} \cdot ω \cdot A = > & T_{O N} = \frac{D_{A} + D_{B}}{\sqrt{2} \cdot ω \cdot A} \end{matrix}$
Die Pulsdauer T_ON hängt von den Durchmessern der Apertur D_A und des Teilchenstrahls D_B ab. Insbesondere bestimmt der größere der beiden Durchmesser die erreichbare minimale Pulsdauer T_ON. Es ist für eine kurze Pulsdauer günstig, wenn D_A und D_B vergleichbare Zahlenwerte aufweisen. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn gilt: D_A ≥ D_B, da dadurch der gesamte Strahlstrom auf der Probe zur Verfügung steht.
Wie der Gleichung 4 zu entnehmen ist, variiert die Pulsdauer T_ON umgekehrt mit der Kreisfrequenz ω oder der Frequenz $ƒ = \frac{ω}{2 π} = \frac{1}{T} = \frac{1}{2 \cdot T_{P}} .$
Der geladene Teilchenstrahl 125 überstreicht während der Zeitdauer einer Schwingung T den Nulldurchgang oder die Apertur 115 der Blende 110 zweimal. Dabei ist die Zeitdauer zwischen zwei Nulldurchgängen und damit die Pulsperiode, die Wiederholzeitdauer der Pulse oder deren Periodendauer am Ausgang des Strahlaustasters 100 gegeben durch: $T_{P} = \frac{T}{2} .$
T_P Diese Zusammenhänge sind schematisch im Diagramm 500 der 5 veranschaulicht.
Der Gleichung 4 ist ferner zu entnehmen: T_ON × f^-1. Dies bedeutet, zum Erzeugen kurzer Pulse 135 werden große Frequenzen benötigt. Damit legt eine vorgegebene Pulsdauer T_ON die Pulsperiode T_P oder den zeitlichen Abstand aufeinanderfolgender Pulse am Ausgang des Strahlaustasters 100 für eine sinusförmige Wechselspannung an beiden Ablenkelektrodenpaaren 140 und 150 fest. Dieser Zusammenhang ist in der nachfolgenden Gleichung ausgedrückt: $\begin{matrix} ω = \frac{D_{A} + D_{B}}{\sqrt{2} \cdot A \cdot T_{O N}} & = > & T_{P} = \frac{\sqrt{2} \cdot π \cdot A \cdot T_{O N}}{D_{A} + D_{B}} \end{matrix}$
Für die folgende Abschätzung werden die Durchmesser der Apertur 115 und des geladenen Teilchenstrahls 125 als gleich und zu 100 µm angenommen, d.h. D_A = D_B = 100 µm und für die Amplitude der Oszillation wird angenommen: A = 5000 µm. Wird nun eine Pulsdauer T_ON = 50 ps gefordert, dann resultiert aus der Gleichung 5 eine Periodendauer von T_P = 5,5ns oder eine Frequenz ν ≈ 90MHz. Wechselspannungen in diesem Frequenzbereich können ohne größere experimentelle Schwierigkeiten an die Ablenkelektrodenpaare 140 und 150 gelegt werden.
Wird zwischen den sinusförmigen Wechselspannungen, die an die Ablenkelektroden 140 und 150 gelegt werden, eine Phasenverschiebung von 90° oder π/2 eingeführt, so ändert sich die Gleichung 1 wie folgt: $\begin{array}{l} x (t) = A \cdot sin (ω \cdot t + \frac{π}{2}) = A \cdot cos (ω \cdot t) \\ y (t) = A \cdot sin (ω \cdot t) \end{array}$
Die 6 repräsentiert die Bahnbewegung, die der geladene Teilchenstrahl 125 auf der Blende 110 für die Gleichung 6 ausführt. Aus der 6 ist ersichtlich, dass der Teilchenstrahl 125 auf einer Kreisbahn mit der Kreisfrequenz ω = 2π · f um die Öffnung 115 der Blende 110 umläuft, ohne jemals die Öffnung 115 der Blende 110 zu überstreichen. Damit ermöglicht eine Phasenverschiebung um 90° der sinusförmigen Wechselspannung, die an eine der Ablenkelektroden 140 angelegt wird, relativ zur Wechselspannung, mit der das andere Ablenkelektrodenpaar 150 betrieben wird, das Ausschalten des Strahlaustasters 100, d.h. es tritt kein Puls des geladenen Teilchenstrahls 125 durch die Öffnung 115 der Blende 110. Das Ausschalten des Strahlaustasters 100 erfolgt, ohne dass sich an der Leistungsaufnahme bzw. der Verlustleistung des Strahlaustasters 100 etwas ändert. Dies hat den Vorteil, dass durch ein temporäres Ausschalten des geladenen Teilchenstrahls 125 durch den Strahlaustaster 100 keine Temperaturdrift auftreten kann, die eventuell eine Neukalibrierung der Strahlachse 130 des geladenen Teilchenstrahls 125 erfordert.
Das Ausschalten der Pulse 135 des geladenen Teileichenstrahls 125 erfordert keine Phasenverschiebung der beiden an die Ablenkelektroden 140 und 150 angelegten Wechselspannungen von 90°. Eine Phasenverschiebung in dem Winkelbereich von ungefähr 30° ≤ φ ≤ 150° reicht bereits aus, um zu verhindern, dass die Bahnbewegung des geladenen Teilchenstrahls 125 der Öffnung 115 der Blende 110 nahekommt. Eine weitere Vergrößerung des Winkelbereichs führt jedoch zu einem deutlichen Anwachsen des Dunkelstroms am Ausgang des Strahlaustasters 100.
In wichtigen Anwendungsbereichen, beispielsweise in der oben angegebenen Maskenreparatur, ist es notwendig, die Periodendauer T_P, d.h. den zeitlichen Abstand zwischen dem Auftreffen der Pulse auf eine Probe, wie etwa einer photolithographischen Maske frei, d.h. im Wesentlichen ohne Beeinflussung der Pulsdauer T_ON, einstellen zu können. Dies kann erreicht werden, indem sinusförmige Wechselspannungen mit verschiedenen Frequenzen an die Ablenkelektrodenpaare 140 und 150 gelegt werden. Die 7 zeigt die Bahnbewegung des geladenen Teilchenstrahls 125 auf der Blende 110, wenn an das Ablenkelektrodenpaar 140 für die Auslenkung oder Auslenkung in der x-Richtung eine Wechselspannung von f_x = 100MHz und an das Ablenkelektrodenpaar 150 für die Ablenkung in y-Richtung eine Wechselspannung von f_y = 120MHz gelegt werden. Die Pulswiederholzeitdauer oder die Pulsperiode T_P lässt sich mit Hilfe der Gleichung berechnen: $T_{P} = \frac{1}{2 \cdot | ƒ_{x} - ƒ_{y} |}$
In dem gegebenen Beispiel steigt die Pulsperiode dadurch von 5,5 ns, wie im Kontext der 4 diskutiert, auf nunmehr T_P = 50 ns und damit um knapp eine Größenordnung an.
Die 8 präsentiert die Bahnbewegung des geladenen Teilchenstrahls 125 auf der Blende 110, wenn an das Ablenkelektrodenpaar 140 für die Ablenkung in der x-Richtung eine Wechselspannung von f_x = 100MHz angelegt wird und das Ablenkelektrodenpaar 150 für die Ablenkung in y-Richtung mit einer Wechselspannung von f_y = 110MHz beaufschlagt wird. Die Pulswiederholzeitdauer oder die Pulsperiode T_P verdoppelt sich nochmals verglichen mit der Konfiguration der 7 auf T_P = 100 ns .
Der Vergleich der 7 und 8 enthüllt, dass mit geringer werdender Differenzfrequenz Δf = f_y - f_x der beiden an die Ablenkelektrodenpaare 140 und 150 gelegten Wechselspannungen die Bahnen des Teilchenstrahls 125 auf der Blende 110 dichter werden. Das Diagramm 900 der 9 zeigt nochmals vergrößert die 8, wobei der Durchmesser D_A der Apertur 115 der Blende 110 und der Durchmesser D_B des geladenen Teilchenstrahls 125 eingezeichnet ist. Der Pfeil 910 symbolisiert die Richtung der Bahnbewegung des Teilchenstrahls 125 auf der Blende 110. Aus der 9 ist ersichtlich, dass bei der Einstellung der gewünschten Pulsdauer T_ON und der gewünschten Pulsperiode T_P durch Wahl der Frequenz f und der Differenzfrequenz Δf der an die beiden Ablenkelektrodenpaare 140 und 150 gelegten Wechselspannungen darauf geachtet werden muss, dass der Teilchenstrahl 125 in genügendem Abstand 920 die Apertur 115 der Blende 110 überstreicht, so dass im Wesentlichen keine geladenen Teilchen zu unerwarteten Zeitpunkten auf die Probe 105 auftreffen. Anders ausgedrückt, während einer Pulsperiode T_P verlässt ein Puls 135 mit einer Pulsdauer T_ON die Öffnung 115 der Blende 110 und während der restlichen Zeitdauer der Pulsperiode verlassen im Wesentlichen keine geladenen Teilchen die Blende 110.
Bei einem gegebenen Durchmesser D_A der Öffnung 115 der Blende und einem gegebenen Durchmesser D_B des Intensitätsprofils des geladenen Teilchenstrahls 125 legt eine Vorgabe für die Pulsdauer T_ON eine erste Frequenz f für eine erste Wechselspannung fest. Die Differenzfrequenz Δf kann beliebig gewählt werden und damit die Pulsperiode T_P eingestellt werden, solange im Wesentlichen während der gewählten Pulsperiode T_P keine parasitären Pulse auftreten, d.h. außerhalb der Pulsdauer T_ON des Pulses 135 im Wesentlichen keine geladenen Teilchen den Strahlaustaster 100 durch die Öffnung 115 der Blende 100 verlassen.
Das Diagramm 1000 der 10 repräsentiert wiederum die 8, bei dem die beiden Wechselspannungen der Ablenkelektrodenpaare 140 und 150 eine Phasendifferenz Δφ = π/9 aufweisen. D.h. die Gleichung 6 ist modifiziert: $\begin{array}{l} x (t) = A \cdot cos (ω \cdot t) \\ y (t) = A \cdot sin (ω \cdot t + \frac{π}{9}) \end{array}$
Die Phasendifferenz verschiebt die Spur des Teilchenstrahls 125 um eine Distanz 1010 relativ zum Zentrum der Apertur 115 der Blende 110. Umgekehrt bedeutet dies, dass durch eine Phasenverschiebung der Wechselspannungen, mit der die beiden Ablenkelektrodenpaare 140 und 150 beaufschlagt werden, die Spur relativ zum Zentrum der Apertur 115 der Blende 110 ausgerichtet werden kann. Da diese Ausrichtung durch eine reine Phasenverschiebung ohne zusätzliche Gleichspannungsanteile erreicht werden kann, kann die Spur des Teilchenstrahls 125 relativ zum Zentrum der Apertur 115 auch bei Vorhandensein der elektromagnetischen Kopplungsglieder 160 und 165 des Strahlaustasters 100 justiert werden.
Wie bereits oben ausgeführt, wird beim Wählen einer kleinen Differenzfrequenz Δf = f₂ - f₁ = f_y - f_x der beiden sinusförmigen Wechselspannungen die Blende 110 sehr dicht mit Trajektorien des Teilchenstrahls 125 belegt. Dadurch kann der Teilchenstrahl 125 der Apertur 115 der Blende 110 nahekommen und diese teilweise überstreichen. Dies kann verhindert werden, indem der Durchmesser D_A der Apertur 115 und der Durchmesser D_B des Teilchenstrahls 125 verkleinert werden. Beidem sind jedoch physikalische Grenzen gesetzt. Zudem erschwert ein Verkleinern von D_A und D_B das Justieren des Teilchenstrahls 125 bezüglich der Strahlachse 130.
Diese Problematik kann auf eine zweite Art entschärft werden. Dazu wird eine der beiden sinusförmigen Wechselspannungen mit den Frequenzen f₁ und f₂ durch ein Rampensignal ersetzt, dessen Periodendauer einstellbar ist. Es ist auch möglich, eine der beiden an die Ablenkelektrodenpaare 140 und 150 gelegten sinusförmigen Wechselspannungen durch einzelne Spannungspulse zu ersetzen, die an eines der Ablenkelektrodenpaare 140 oder 15 angelegt werden. Die einzelnen Spannungspulse lösen ihrerseits kurze Pulse 135 geladener Teilchen am Ausgang des Strahlaustasters 100 aus, d.h. stromabwärts hinter dessen Blende 110.
Nachfolgend wird dieses Prinzip an einem Beispiel erläutert, bei dem die sinusförmige Wechselspannung an das Ablenkelektrodenpaar 140 für die Auslenkung in x-Richtung durch ein Rampensignal ersetzt ist. Das obere Teilbild der 11 zeigt das Rampensignal des Ablenkelektrodenpaares 140 für die Auslenkung in x-Richtung als Funktion der Zeit. Das untere Teilbild präsentiert eine Sinusschwingung mit einer Periodendauer von 10 ns, die an dem Ablenkelektrodenpaar 150 für die Auslenkung in y-Richtung anliegt. In diesem Beispiel oszilliert die Ablenkung in y-Richtung für etwa 40 ns auf einer Seite des Ablenkbereichs in x-Richtung und überstreicht dann in ungefähr 20 ns den gesamten Ablenkbereich in x-Richtung einschließlich der Apertur 115, um anschließend für ca. 80 ns am anderen Ende des Ablenkbereichs in der x-Richtung eine Sinusschwingung in y-Richtung auszuführen. Sodann wandert die Sinusschwingung in y-Richtung wieder auf die Endposition des Ablenkbereichs der x-Auslenkung zurück, wobei der geladene Teilchenstrahl 125 die Apertur 115 der Blende 110 überstreicht. Wie im oberen Teilbild der 11 angegeben, weist das Rampensignal am Austastelektrodenpaar 140 in x-Richtung eine Pulsperiode von T_P = 100 ns auf.
Die 12 stellt die Zeitfunktionen x(t) und y(t) der Bahnbewegung des Teilchenstrahls 125 der 11 als Auslenkung in der xy-Ebene der Blende 110 dar. Bei dem Bewegen des geladenen Teilchenstrahls 125 in x-Richtung von einem Ende des Ablenkbereichs in der x-Richtung zum anderen Ende des Ablenkbereichs in der x-Richtung muss sichergestellt werden, dass der geladene Teilchenstrahl 125 nur einmal durch die Apertur 115 der Blende 110 tritt und die weiteren Bewegungen des Teilchenstrahls 125 während der Zeitdauer des Spannungspulses in x-Richtung so weit entfernt von der Apertur 115 ausführt, so dass im Wesentlichen keine geladenen Teilchen in unbeabsichtigter Weise durch die Öffnung 125 hindurchtreten können. Dies ist gewährleistet, wenn der Teilchenstrahl 125 in x-Richtung während einer halben Schwingungsdauer der Sinusschwingung in y-Richtung eine Distanz zurücklegt, die größer ist als die Summe der Durchmesser der Apertur D_A und des Teilchenstrahls D_B oder formelmäßig ausgedrückt: $ν_{x, max} > \frac{D_{A} + D_{B}}{T / 2} = \frac{D_{A} + D_{B}}{T_{P}} = \frac{{(D_{A} + D_{B})}^{2}}{π \cdot A \cdot T_{O N}}$
Nach Gleichung 2 ist die maximale Geschwindigkeit des Teilchenstrahls 125 im Nulldurchgang der Schwingung, d.h. in der Nähe der Apertur: $\dot{y} (0) = ν_{y, max} = A \cdot ω_{y} = \frac{D_{A} + D_{B}}{T_{O N}},$
wobei im letzten Schritt die angepasste Gleichung 5 benutzt wurde. Aus den Gleichungen 9 und 10 ergibt sich für das Verhältnis der maximalen Geschwindigkeiten der Bewegung des geladenen Teilchenstrahls 125 in x- und y-Richtung: $\frac{ν_{x, max}}{ν_{y, max}} = \frac{D_{A} + D_{B}}{π \cdot A}$
Da für die Amplitude A der Schwingung in y-Richtung gelten muss: A > D_A + D_B, erfordert diese Ausführungsform lediglich eine um etwa den Faktor 3 geringere maximale Geschwindigkeit der Spannungsrampe in x-Richtung verglichen mit dem oben diskutierten Ausführungsbeispiel mit zwei sinusförmigen Wechselspannungen.
Die oben diskutierten Ausführungsformen eines Strahlaustasters 100 weisen das Problem auf, dass die Teilchenpulse 135, die den Strahlaustaster 100 durch die Apertur 115 der Blende 110 verlassen, bezüglich der Strahlachse 130 ausgelenkt sind. Falls der Strahlaustaster 100 in ein Rasterteilchenmikroskop eingesetzt wird, das zum Analysieren einer Probe benutzt wird, verfälscht der Strahlaustaster 100 die aufgenommenen Messdaten, bzw. die laterale Ortsauflösung des Teilchenstrahls 125 wird verringert. Durch Minimieren des Durchmessers D_A der Apertur 115 der Blende 110 lässt sich dieses Problem verkleinern.
Das Auftreten dieses Problems lässt sich umgehen, indem die Pulse des geladenen Teilchenstrahls 125 wieder entlang der Strahlachse 130 ausgerichtet werden. Dies ist schematisch in der 13 dargestellt. Wie aus der 13 ersichtlich ist, werden hierzu drei entlang der Strahlachse 130 hintereinander angeordnete Ablenkelektrodenpaare 1310, 1320, 1330 benötigt. Im linken Teilbild sind diese Ablenkelektrodenpaare 1310, 1320, 1330 perspektivisch dargestellt. Das rechte Teilbild zeigt einen Schnitt durch das Zentrum des linken Teilbildes. Zusätzlich sind im rechten Teilbild die Strahlachse 130, die Blende 110 mit der Apertur 115 und schematisch die Bahn des geladenen Teilchenstrahls 125 durch die drei Ablenkelektrodenpaare 1310, 1320, 1330 dargestellt. Die drei Ablenkelektrodenpaare 1310, 1320, 1330 sind vorzugsweise in äquidistantem Abstand entlang der Strahlachse 130 angeordnet.
Die ersten Ablenkelektrodenpaare 1310 können die Ablenkelektrodenpaare 140 und 150 des Strahlaustasters 100 sein. Diese lenken, wie oben beschrieben, den geladenen Teilchenstrahl 125 von der Strahlachse 130 ab. In der Mitte der Höhe der zweiten Austastelektrodenpaare 1320 ist die Blende 110 angeordnet. Die zweiten Austastelektrodenpaare 1320 lenken die Pulse 135 des geladenen Teilchenstrahls 125, die durch die Apertur 115 der Blende 110 hindurchtreten, wieder in Richtung der Strahlachse 130 ab. Hierzu ist es entweder notwendig, dass die Ablenkelektroden des zweiten Austastelektrodenpaares 1320 doppelt so hoch sind wie die Ablenkelektrodenpaare 1310 und 1330 (in der 13 nicht gezeigt). Alternativ kann bei identischen Ablenkelektrodenpaaren 1310, 1320 und 1330 die Spannung am zweiten Austastelektrodenpaar 1320 ist doppelt so groß gewählt werden, wie die Ablenkspannungen an den ersten 1310 und den dritten Austastelektrodenpaaren 1330. Die dritten Austastelektrodenpaare 1330 sind vorzugsgleiche baugleich mit den ersten Austastelektrodenpaaren 1310. Sie richten die Pulse 135 des geladenen Teilchenstrahls 125 wieder auf der Strahlachse 130 aus.
Die 14 zeigt schematisch die Abhängigkeit der Ablenkung des geladenen Teilchenstrahls 125 im elektrischen Feld eines Ablenkelektrodenpaares 140 von verschiedenen Parametern. Die Höhe h_A der Ablenkelektroden 145 des Ablenkelektrodenpaares 140 ist in der 14 mit h_A bezeichnet und ihr Abstand beträgt d. Der Betrag der elektrischen Feldstärke E ist dann gegeben durch die an Ablenkelektroden 145 des Ablenkelektrodenpaares 140 angelegte Spannung U_A und den Abstand d der Ablenkelektroden 145: E = U_A/d. Die Zeitdauer, in der das elektrische Feld E auf die geladenen Teilchen des Teilchenstrahls 125 einwirken kann, hängt von der Verweilzeit oder der Transitzeit t_tr der geladenen Teilchen in elektrischen Feld ab. Die Transitzeit wird durch die Beschleunigungsspannung U_B bestimmt, der die Teilchen des geladenen Teilchenstrahls 125 vor dem Eintritt in das von Ablenkelektrodenpaar 140 erzeugte elektrische Feld ausgesetzt waren. Nach dem Verlassen des elektrischen Feldes behalten die geladenen Teilchen die im elektrischen Feld erworbene Bewegungskomponente, die senkrecht zur ursprünglichen Bewegung ist, auf ihrem Weg L_D zu der Blende 110 oder der Öffnung 115 der Blende bei. Die Ablenkung s senkrecht zum Strahlachse 130 ist damit gegeben: $s = \frac{1}{2} \frac{U_{A} \cdot h_{A}}{d \cdot U_{B}} (\frac{h_{A}}{2} + L_{D})$
Aus der Gleichung 12 ist zu entnehmen, dass die Ablenkung im elektrischen Feld des Ablenkelektrodenpaares 140 linear von der an die Ablenkelektroden 145 gelegten Spannung abhängt und quadratisch mit der Höhe h_A der Ablenkelektroden ansteigt und umgekehrt proportional mit dem Abstand der Ablenkelektroden des Ablenkelektrodenpaares 140 variiert. Zum Erreichen einer großen Ablenkung s sollte nach Gleichung 12 die Höhe h_A der Ablenkelektroden 145 möglichst großgemacht werden.
Andererseits ist die Bandbreite des Strahlaustasters 100 durch die Transitzeit t_tr begrenzt, die die geladenen Teilchen benötigen, um die Ablenkelektroden 145, 155 der Ablenkelektrodenpaare 140, 150 zu passieren. Dies bedeutet eine vorgegebene Bandbreite und damit einhergehend eine maximal mögliche Transitzeit t_tr beschränkt die Höhe h_A der Ablenkelektroden 145, 155 auf: $h_{A} < \sqrt{\frac{2 \cdot U_{B} \cdot q}{m}} \cdot t_{t r},$
dabei bezeichnet m die Masse und q die Ladung der geladenen Teilchen. Wird die Gleichung 13 in die Gleichung 12 eingesetzt, kann die an die Ablenkelektroden 145, 155 anzulegende Spannung U abgeschätzt werden. Es kann technisch aufwändig sein, hochfrequente Wechselspannungen mit entsprechender Spannungsamplitude zu generieren. Daher kann es günstig sein, die benötigte Ablenkung s des geladenen Teilchenstrahls 125 senkrecht zur Strahlachse 130 auf mehrere in Strahlrichtung sequentiell angeordnete Ablenkelektrodenpaare 140, 150 aufzuteilen. Diese sind dann mit einer zeitverzögerten Wechselspannung anzusteuern, um die Transitzeit des geladenen Teilchenstrahls 125 zwischen den hintereinander angeordneten Ablenkelektrodenpaaren zu kompensieren.

Die nachfolgende Tabelle listet die Parameter des im fünften Teil diskutierten Anwendungsbeispiels auf:

Symbol:	Zahlenwert:	Anmerkung:
D _A	0,1 mm	Apertur Durchmesser
D _B	0,1 mm	Strahldurchmesser
U _B	5000 V	Beschleunigungsspannung
f _x	100 MHz	Erste Wechselspannungsfrequenz
f _y	110 MHz	Zweite Wechselspannungsfrequenz
T _ON	85.6 ps	Pulsdauer (vgl. Gl. 4)
T _P	50 ns	Periodendauer (vgl. Gl. 7)
h _A	5 cm	Höhe der Ablenkelektroden
L _D	1 cm	Abstand Ablenkelektroden-Blende
A	2,5 mm	Amplitude der Auslenkung
U _A	71,4 V	Spannung der Ablenkelektroden
d	5 mm	Abstand der Ablenkelektroden (vgl. Gl. 12)
t _tr	2,8 10^-17 s	Transitzeit durch Ablenkelektr. (vgl. Gl. 13)

In dem diskutierten Beispiel ist die Transitzeit um mehr als acht Größenordnungen kleiner als die Periodendauern, die die Ablenkung des geladenen Teilchenstrahls 125 antreibenden Frequenzen f_x und f_y und stellt somit kein Problem dar.
Im Folgenden wird ein modifiziertes Rasterelektronenmikroskop (SEM, Scanning Particle Microscope) 1500 beschreiben, in das ein Strahlaustaster 100 eingebaut ist. Es ist jedoch nicht notwendig, den Strahlaustaster 100 in ein Rasterelektronenmikroskop 1500 einzufügen, vielmehr kann der Strahlaustaster 100 in einem beliebigen Rasterteilchenmikroskop angeordnet werden (in der 15 nicht gezeigt). Insbesondere kann der Strahlaustaster 100 in ein Ionenstrahlgerät oder eine FIB (Focussed Ion Beam) Apparatur eingesetzt werden (in der 15 nicht dargestellt).
Die 15 zeigt einen schematischen Schnitt durch einige wichtige Komponenten des SEM 1500. Eine zu untersuchende Probe 105 wird auf einem Probentisch 1510 fixiert. Dies kann beispielsweise durch Ansaugen der Probe 105 mit einem Unterdruck durch den Probentisch 1510 oder durch eine elektrostatische Wechselwirkung zwischen dem Probentisch 1510 und einer elektrisch leitfähigen Rückseite der Probe 105 erfolgen.
Die Probe 105 kann eine beliebige mikrostrukturierte Komponente oder Bauteil sein. Beispielsweise kann die Probe 105 eine transmissive oder eine reflektive Photomaske und/oder ein Template für die Nanoimprint-Technik umfassen. Ferner kann das Rasterelektronenmikroskop 1500 zum Untersuchen beispielsweise einer integrierten Schaltung, eines mikroelektromechanischen Systems (MEMS) und/oder einer photonischen integrierten Schaltung eingesetzt werden.
Wie in der 15 durch Pfeile symbolisiert, kann der Probentisch 1510 durch ein Positionierungssystem 1512 in drei Raumrichtungen relativ zum Auftreffpunkt 1520 der Pulse 135 des geladenen Teilchenstrahls 125 bewegt werden. Im Beispiel der 15 ist das Positionierungssystem 1512 in Form mehrerer Mikromanipulatoren ausgeführt. Eine alternative Ausführungsform des Positionierungssystems 1512 könnten Piezo-Aktuatoren sein. Das Positionierungssystem 1512 wird durch Signale einer Steuereinrichtung 1585 kontrolliert.
In dem beispielhaften Rasterelektronenmikroskop 1500 erzeugt eine Elektronenkanone 1525 einen Elektronenstrahl 125, der sich entlang der Strahlachse 130 in Richtung der Probe 105 bewegt. Eine erste in der Säule 1520 angeordnete elektro-optische Linse 1530 fokussiert den Elektronenstrahl 125 auf den Strahlaustaster 100. Eine zweite elektro-optischen Linse 1535 fokussiert die den Strahlaustaster 100 verlassenden Pulse 135 des Elektronenstrahls 125 auf den Auftreffpunkt 1520 der Pulse 135 auf die Probe 105. Weitere Abbildungselemente der Säule 1520 des SEM 1500, die in der 15 aus Übersichtlichkeitsgründen unterdrückt sind, können ferner die Pulse 135 des Elektronenstrahls 125 über die Probe 105 rastern oder scannen.
Die aus den Elektronenpulsen 135 rückgestreuten Elektronen und die von den Elektronenpulsen 135 erzeugten Sekundärelektronen werden von dem Detektor 120 registriert. Der Detektor 120 wird von der Steuereinrichtung 1585 gesteuert. Ferner empfängt die Steuereinrichtung 1585 des SEM 1500 die Messdaten des Detektors 120. Die Steuereinrichtung 1585 kann aus den Messdaten Bilder erzeugen, die auf einem Monitor 1590 dargestellt werden. Die Steuereinrichtung 1585 umfasst die Ablenksteuerung 170 des Strahlaustasters 100. In einer alternativen Ausführungsform ist die Ablenksteuerung 170 als eine separate Einheit ausgebildet, die mit der Steuereinrichtung 1585 des SEM 1500 Daten austauscht.
Neben dem Analysieren der Probe 105 können die Pulse 135 des Elektronenstrahls 125 auch zum Bearbeiten von Defekten einer Probe 105 benutzt werden. Defekte einer Probe 105 können beispielsweise fehlendes und/oder überschüssiges Absorbermaterial von Pattern-Elementen photolithographischer Masken sein. Um die auf dem Probentisch 1510 angeordnete Probe 105 zu bearbeiten, d.h. deren Defekte zu reparieren, weist das modifizierte Rasterelektronenmikroskop 1500 zumindest zwei Vorratsbehälter 1540 und 1560 für zwei verschiedene Bearbeitungsgase auf. Der erste Vorratsbehälter 1540 speichert ein erstes Präkursor-Gas, insbesondere ein erstes Kohlenstoff enthaltendes Präkursor-Gas. Im ersten Vorratsbehälter 1540 kann beispielsweise ein Metallcarbonyl gespeichert werden, etwa Chromhexacarbonyl oder ein Hauptgruppenelement-Alkoxid, wie etwa TEOS. Mit Hilfe des im ersten Vorratsbehälter 1540 gespeicherten Präkursor-Gases kann fehlendes Material, beispielsweise fehlendes Absorber-Material einer Photomaske auf der Probe 105 abgeschieden werden.
Der zweite Vorratsbehälter 1560 speichert ein Ätzgas, das das Ausführen eines Elektronenstrahl-induzierten Ätzprozesses möglich macht. Mit Hilfe eines Elektronenstrahlinduzierten Ätzprozesses kann überschüssiges Material von der Probe 105 entfernt werden. Ein Ätzgas kann beispielsweise Xenondifluorid (XeF₂), Chlor (Cl₂), Sauerstoff (O₂), Ozon (O₃), Wasserdampf (H₂O), Wasserstoffperoxid (H₂O₂), Distickstoffmonoxid (N₂O), Stickstoffmonoxid (NO), Stickstoffdioxid (NO₂), Salpetersäure (HNO₃) Ammoniak (NH₃) oder Schwefelhexafluorid (SF₆) umfassen.
Bei Bedarf kann das SEM 1500 weitere Vorratsbehälter umfassen, in denen weitere Bearbeitungsgase gespeichert sind. Diese sind in der 15 aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt.
Jeder der Vorratsbehälter 1540 und 1560 hat sein eigenes Steuerventil 1545 und 1565, um den pro Zeiteinheit bereitgestellten Betrag des entsprechenden Gases, d.h. den Gasmengenstrom an der Stelle 1520 des Auftreffens der Pulse 135 des Elektronenstrahls 125 auf die Probe 105 zu kontrollieren bzw. zu steuern. Die Steuerventile 1545 und 1565 werden durch die Steuerungseinrichtung 1585 gesteuert und kontrolliert. Damit lassen sich die Partialdruckverhältnisse der am Bearbeitungsort 1520 bereitgestellten Gase in einem weiten Bereich einstellen.
Ferner hat in dem beispielhaften modifizierten Rasterelektronenmikroskop 1500 der 15 jeder Vorratsbehälter 1540, 1560 sein eigenes Gaszuleitungssystem 1550 und 1570, das mit einer Düse 1155, 1575 in der Nähe des Auftreffpunkts 1520 der Pulse 135 des Elektronenstrahls 125 auf die Probe 105 endet. In einer alternativen Ausführungsform (in der 15 nicht repräsentiert) wird ein Gaszuleitungssystem eingesetzt, um mehrere oder alle Bearbeitungsgase in einem gemeinsamen Strom auf die Oberfläche der Probe 105 zu bringen.
Die Vorratsbehälter 1540 und 1560 können ihr eigenes Temperatureinstellelement und /oder Kontrollelement haben, die sowohl ein Kühlen wie auch ein Heizen der entsprechenden Vorratsbehälter 1540 und 1560 ermöglichen. Dies ermöglicht das Speichern und insbesondere das Bereitstellen des bzw. der Kohlenstoff enthaltenden Präkursor-Gase und/oder des bzw. der Ätzgase bei der jeweils optimalen Temperatur (in der 15 nicht gezeigt). Darüber hinaus können die Zuführungssysteme 1550 und 1570 ihre eigenen Temperatureinstellelemente und/oder Temperaturkontrollelemente umfassen, um alle Bearbeitungsgase bei ihrer optimalen Bearbeitungstemperatur an dem Auftreffpunkt 1520 der Pulse 135 des Elektronenstrahls 125 auf der Probe 105 bereitzustellen (in der 15 ebenfalls nicht angegeben). Die Steuerungseinrichtung 1585 kann die Temperatureinstellelemente und die Temperaturkontrollelemente sowohl der Vorratsbehälter 1540, 1560 als auch der Gaszuleitungssysteme 1550, 1570 steuern.
Das in der 15 dargestellte modifizierte Kombinationsgerät 1500 kann unter Umgebungsbedingungen oder in einer Vakuumkammer 1560 betrieben werden. Für das Ausführen des oben erläuterten Verfahrens ist ein Unterdruck in der Vakuumkammer 1560 bezogen auf den Umgebungsdruck notwendig. Zu diesem Zweck weist das SEM 1500 der 15 ein Pumpensystem 1580 zum Erzeugen und zum Aufrechterhalten eines in der Vakuumkammer 1560 geforderten Unterdrucks auf.
Schließlich präsentiert die 16 ein Flussdiagramm 1600 zum Ausführen des oben beschriebenen Verfahrens zum Erzeugen kurzer Pulse 135 aus einem kontinuierlichen Strahl geladener Teilchen, wobei die Pulsperiode T_P, d.h. die Zeit zwischen dem Auftreffen aufeinanderfolgenden Pulse 135 weitgehend unabhängig von der Pulsdauer T_ON einstellbar ist. Das Verfahren beginnt bei Block 1610. Bei Schritt 1615 bestimmt die Ablenksteuerung 170 des Strahlaustasters 100 eine erste Frequenz f₁ einer ersten Wechselspannung und eine zweite Frequenz f₂ einer zweiten Wechselspannung. Bei Schritt 1620 bestimmt die Ablenksteuerung 170 eine zweite Frequenz f₂ der zweiten Wechselspannung so, dass die Pulse des geladenen Teilchenstrahls 125 eine vorgegebene Pulsperiode T_P aufweisen.
Bei Entscheidungsblock 1625 bestimmt die Ablenksteuerung 170 des Strahlaustasters 100, ob während der vorgegebenen Pulsperiode T_P außerhalb der Zeitspanne T_ON des Pulses 135 geladene Teilchen durch die Öffnung 115 der Blende 110 treten. Dazu ermittelt die Ablenksteuerung 170 des Strahlaustasters 100 oder die Steuereinrichtung 1585 des Rasterteilchenmikroskops 1500 die Spuren 118 oder die Bahnbewegung 118 des geladenen Teilchenstrahls 125 auf der Blende 110. Aus diesen Spuren 118 berechnet die Ablenksteuerung 170 den bzw. die minimalen Abstände zwischen der Öffnung 115 der Blende 110 und dem geladenen Teilchenstrahl 125 bzw. dessen Intensitätsprofils. Anhand des bzw. der minimalen Abstände 920 entscheidet die Ablenksteuerung 170, ob innerhalb der vorgegebenen Pulsperiode ein oder mehrere parasitäre Pulse auftreten, d.h. ob innerhalb der Pulsperiode T_P außerhalb der Pulsdauer T_ON im Wesentlichen geladene Teilchen den Strahlaustaster 100 strahlabwärts durch die Apertur 115 verlassen.
Falls dies nicht der Fall ist, weist die Ablenksteuerung 170 die erste 175 und die zweite Spannungsquelle 180 an, Wechselspannungen mit den Frequenzen f₁ und f₂ zu erzeugen und das Verfahren endet bei Block 1635.
Falls jedoch bei Entscheidungsblock 1625 entschieden wird, dass ein oder mehrere parasitäre Pulse zu erwarten sind, d.h. geladene Teilchen in nachweisbarer Zahl außerhalb der Zeitspanne T_ON des Pulses aber innerhalb der Pulsperiode T_P durch die Öffnung 115 der Blende hindurchtreten, schreitet das Verfahren zum Entscheidungsblock 1640 fort. Beim Entscheidungsblock 1640 wird bestimmt, ob Abstriche an den Vorgaben bezüglich der Pulsdauer T_ON und/oder der Pulsperiode T_P gemacht werden können. Falls dies nicht möglich ist, endet das Verfahren bei Block 1635.
Falls dies jedoch möglich ist, schreitet das Verfahren zu Entscheidungsblock 1645 fort, bei dem festgestellt wird, ob die Frequenz f₁ der ersten Wechselspannung verringert wird. Dadurch wird die Pulsdauer T_ON der Pulse 135 des Strahlaustasters 100 verringert. Wenn dies möglich ist, wird in Block 1650 die Frequenz f₁ verringert und das Verfahren springt zu Entscheidungsblock 1625 zurück.
Alternativ wird bei Entscheidungsblock 1645 ermittelt, ob die Frequenz f₂ der zweiten Wechselspannung vergrößert wird. Damit wird die Pulsperiode T_P, d.h. der Abstand aufeinander folgender Pulse 135 verringert. Im nächsten Schritt 1655 wird sodann die Vergrößerung der Frequenz f₂ ausgeführt und das Verfahren springt zu Entscheidungsblock 1625 zurück.
Als eine weitere Alternative kann bei Entscheidungsblock 1645 bestimmt werden, sowohl die Frequenz f₁ der ersten Wechselspannung zu verringern als auch die Frequenz f₂ der zweiten Wechselspannung zu erhöhen. Falls diese Option bei Entscheidungsblock 1645 gewählt wird, erfolgt im Schritt 1660 sowohl eine Verringerung von f₁ als auch eine Vergrößerung von f₂. Das Verfahren springt dann mit den neuen Frequenzwerten für die Wechselspannungen zu Entscheidungsblock 1625 zurück.
Die Entscheidungen des Entscheidungsblocks 1645 kann die Ablenksteuerung 170 selbsttätig treffen, beispielsweise aufgrund der geplanten Anwendung. Es ist auch möglich, die Entscheidungen durch Nutzereingaben abzufragen. Dies kann beispielsweise mit Hilfe des Monitors 1590 erfolgen, der in Form eines Sensorbildschirms ausgebildet ist.
Die Frequenzänderungen der ersten und der zweiten Wechselspannung können als Prozentsatz der ermittelten Frequenzen f₁ und f₂ erfolgen. Alternativ können die Frequenzänderungen in der Ablenksteuerung 170 durch festeingestellte oder wählbare feste Frequenzschritte, beispielsweise 1 MHz, 2 MHz, 5 MHz oder 10 MHz, erfolgen.

Claims

Strahlaustaster (100) für ein Rasterteilchenmikroskop (1400) zum Austasten eines geladenen Teilchenstrahls (125), der eine Strahlachse (130) aufweist, entlang derer sich geladene Teilchen vor Eintritt in den Strahlaustaster (100) ausbreiten, wobei der Strahlaustaster (100) aufweist: a. zumindest eine Blende (110), die eine Öffnung (115) aufweist, durch die der geladene Teilchenstrahl (125) hindurchtreten kann, um eine Probe (105) zu erreichen; b. zumindest ein erstes und ein zweites Ablenkelement (140, 150), die jeweils ausgebildet sind, beim Anliegen einer Spannung den Teilchenstrahl (125) in eine erste bzw. eine zweite Richtung aus der Strahlachse (130) abzulenken; und c. eine Ablenksteuerung (170), die ausgebildet ist, eine erste Wechselspannung mit einer ersten Frequenz an das erste Ablenkelement (140) und eine zweite Wechselspannung mit einer zweiten Frequenz an das zweite Ablenkelement (150) anzulegen, wobei die Ablenksteuerung (170) eine Differenzfrequenz zwischen der ersten und der zweiten Wechselspannung so einstellt, dass Pulse (135) des geladenen Teilchenstrahls (125) eine vorgegebene Pulsperiode aufweisen und während der Pulsperiode außerhalb der Pulsdauer im Wesentlichen keine geladenen Teilchen durch die Öffnung (115) der Blende (110) hindurchtreten, und wobei die einstellbare Differenzfrequenz durch eine Größe der Öffnung (115) der Blende (110), einen Durchmesser des geladenen Teilchenstrahls (125) und die Frequenz der ersten oder der zweiten Wechselspannung bestimmt ist.
Strahlaustaster (100) nach Anspruch 1, ferner aufweisend einen Phasenschieber (185), der ausgebildet ist, eine Phase der ersten Wechselspannung relativ zu der Phase der zweiten Wechselspannung zu verändern.
Strahlaustaster (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste (140) und das zweite Ablenkelement (150) einen im Wesentlichen gleichen Abstand (152) zur Öffnung (115) der Blende (110) aufweisen.
Strahlaustaster (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Ablenkelement (140) ein erstes Ablenkelektrodenpaar (140) umfasst, dessen Ablenkelektroden (145) im Wesentlichen parallel zur Strahlachse (130) beidseits des Teilchenstrahls (125) angeordnet sind und/oder wobei das zweite Ablenkelement (150) ein zweites Ablenkelektrodenpaar (150) umfasst, dessen Ablenkelektroden (155) im Wesentlichen parallel zur Strahlachse (130) beidseits des Teilchenstrahls (125) angeordnet sind.
Strahlaustaster (100) nach Anspruch 4, wobei die Ablenkelektroden (145, 155) rechteckige Leiterplatten umfassen, die eine Breite von 0,1 mm bis 100 mm, bevorzugt 0,5 mm bis 20 mm, mehr bevorzugt 1 mm bis 10 mm, und am meisten bevorzugt von 2 mm bis 5 mm aufweisen, und/oder die eine Höhe von 1 mm bis 100 mm, bevorzugt 3 mm bis 70 mm, mehr bevorzugt 5 mm bis 50 mm, und am meisten bevorzugt von 10 mm bis 30 mm aufweisen.
Strahlaustaster (100) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Ablenkelektroden (145, 155) eines Ablenkelektrodenpaars (140, 150) einen Abstand von 0,1 mm bis 100 mm, bevorzugt 0,5 mm bis 20 mm, mehr bevorzugt 1 mm bis 10 mm, und am meisten bevorzugt von 2 mm bis 5 mm aufweisen.
Strahlaustaster nach dem einem der Ansprüche 4-6, wobei das erste Ablenkelektrodenpaar (140) und das zweite Ablenkelektrodenpaar (150) einen Winkel von im Wesentlichen 90° einschließen.
Strahlaustaster (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Wechselspannung eine sinusförmige Wechselspannung umfasst und die zweite Wechselspannung eine rampenförmige Wechselspannung umfasst.
Strahlaustaster (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Blende (110) ausgebildet ist ≥ 98%, bevorzugt ≥ 99%, mehr bevorzugt ≥ 99,5%, und am meisten bevorzugt ≥ 99,9% des geladenen Teilchenstrahls (125) zu absorbieren.
Strahlaustaster (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: zumindest ein elektromagnetisches Kopplungsglied (160, 165) zum potentialfreien Anschließen einer ersten oder einer zweiten Wechselspannung an das erste (140) oder das zweite Ablenkelement (150) und wobei das elektromagnetische Kopplungsglied (160, 165) ferner ausgebildet ist, der ersten oder der zweiten Wechselspannung eine wählbare Gleichspannung zu überlagern.
Strahlaustaster (100) für ein Rasterteilchenmikroskop (1420) zum Austasten eines geladenen Teilchenstrahls (125), der eine Strahlachse (130) aufweist, entlang deren sich geladene Teilchen vor Eintritt in den Strahlaustaster (100) ausbreiten, wobei der Strahlaustaster (100) aufweist: a. zumindest eine Blende (110), die eine Öffnung (115) aufweist, durch die der geladene Teilchenstrahl (125) hindurchtreten kann; b. zumindest ein Ablenkelement (140, 150), das ausgebildet ist, beim Anliegen einer Spannung den Teilchenstrahl (125) aus der Strahlachse (130) abzulenken; c. ein elektromagnetisches Kopplungsglied (160, 165) zum potentialfreien Anschließen einer Wechselspannung an das zumindest eine Ablenkelement (140, 150); d. wobei das elektromagnetische Kopplungsglied (160, 165) ferner ausgebildet ist, der Wechselspannung eine wählbare Gleichspannung zu überlagern.
Strahlaustaster nach Anspruch 10 oder 11, wobei das elektromagnetische Kopplungsglied (160,165) einen Transformator (210) umfasst.
Rasterteilchenmikroskop (1500), das eine Strahlachse (130) aufweist, entlang derer sich ein geladener Teilchenstrahl (125) ausbreitet, aufweisend: a. eine Teilchenquelle (1525) zum Erzeugen des geladenen Teilchenstrahls (125); b. zumindest eine elektro-optische Linse (1530, 1535) zum Abbilden des geladenen Teilchenstrahls (125); c. einen Strahlaustaster (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12; und d. einen Probentisch (1510) zum Halten und/oder Positionieren einer Probe (105) bezüglich des geladenen Teilchenstrahls (125).
Verfahren zum Einstellen einer Pulsdauer und einer Pulsperiode von Pulsen (135) eines geladenen Teilchenstrahls (125) in einem Strahlaustaster (100) für ein Rasterteilchenmikroskop (1500), wobei der Strahlaustaster (100) umfasst: zumindest eine Blende (110), die eine Öffnung (115) aufweist, durch die der geladene Teilchenstrahl (125) hindurchtreten kann sowie zumindest ein erstes und ein zweites Ablenkelement (140, 150), die ausgebildet sind, beim Anliegen einer Spannung den Teilchenstrahl (125) in eine erste bzw. eine zweite Richtung aus der Strahlachse (130) abzulenken, das Verfahren die Schritte aufweisend: a. Bestimmen einer ersten Frequenz für eine erste Wechselspannung zum Anlegen an das erste Ablenkelement (140); b. Bestimmen einer zweiten Frequenz für eine zweite Wechselspannung zum Anlegen an das zweite Ablenkelement (150); und c. wobei das Bestimmen der zweiten Frequenz so erfolgt, dass die Pulse (135) des geladenen Teilchenstrahls (125) eine vorgegebene Pulsperiode aufweisen und während der Pulsperiode außerhalb der Pulsdauer im Wesentlichen keine geladenen Teilchen durch die Öffnung (115) der Blende (100) hindurchtreten, und wobei die vorgegebene Pulsperiode durch die Öffnung (115) der Blende (110), einen Durchmesser des geladenen Teilchenstrahls (125) und die Frequenz der ersten oder der zweiten Wechselspannung bestimmt ist.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner den Schritt aufweisend: Bestimmen einer maximalen Länge der Pulsperiode durch Minimieren einer einstellbaren Differenzfrequenz zwischen der ersten Frequenz der ersten Wechselspannung und der zweiten Frequenz der zweiten Wechselspannung.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, ferner den Schritt aufweisend: Verändern einer Phasendifferenz zwischen der ersten und der zweiten Wechselspannung zum Einstellen einer Position des geladenen Teilchenstrahls (125) relativ zur Öffnung (115) der Blende (110).
Verfahren nach einem der Ansprüche 14-16, ferner den Schritt aufweisend: Bestimmen einer Größe der Öffnung (115) der Blende (110) und/oder Bestimmen eines Durchmessers des geladenen Teilchenstrahls (125).
Verfahren nach einem der Ansprüche 14-17, ferner den Schritt aufweisend: Bestimmen der kinetischen Energie, die der geladene Teilchenstrahl (125) beim Eintritt in den Strahlaustaster (100) aufweist.
Computerprogramm, das Anweisungen enthält, die die Verfahrensschritte der Ansprüche 14-18 ausführen, wenn das Computerprogramm von einem Computersystem ausgeführt wird.