DE102017208005B3

DE102017208005B3 - Teilchenquelle zur Erzeugung eines Teilchenstrahls und teilchenoptische Vorrichtung

Info

Publication number: DE102017208005B3
Application number: DE102017208005.1A
Authority: DE
Inventors: Volker Drexel; Bernd Hafner
Original assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2017-05-11
Filing date: 2017-05-11
Publication date: 2018-08-16
Anticipated expiration: 2037-05-12
Also published as: JP7188910B2; US20180330912A1; CZ308963B6; CZ2018221A3; US10446360B2; JP2018190731A

Abstract

Eine Teilchenquelle zur Erzeugung eines Teilchenstrahls 51 umfasst einen Teilchenemitter 17a, eine erste Platte 31, einen ersten Ablenker 53 und eine zweite Platte 43 mit einer Öffnung 45. Die erste Platte hat eine kleinere Öffnung 33, hinter der ein erster Strahl 39 gebildet wird und eine größere Öffnung 37, hinter der ein zweiter Strahl 41 gebildet wird. Eine Steuerung 11a stellt in einem ersten Betriebsmodus den Ablenkwinkel des Ablenkers so ein, dass Teilchen des ersten Strahls die Öffnung 45 in der zweiten Platte durchsetzen und den von der Teilchenquelle erzeugten Teilchenstrahl 51 bilden, und sie stellt in einem zweiten Betriebsmodus den Ablenkwinkel so ein, dass Teilchen des zweiten Strahls 41 die Öffnung 45 in der zweiten Platte 43 durchsetzen und den von der Teilchenquelle erzeugten Teilchenstrahl 51 bilden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Teilchenquelle zur Erzeugung eines Teilchenstrahls und teilchenoptische Vorrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Teilchenquelle zur Erzeugung eines Strahls geladener Teilchen zum Betrieb einer teilchenoptischen Vorrichtung, wie beispielsweise eines Elektronenmikroskops, eines Ionenmikroskops oder eines Lithografiegeräts. Die Erfindung betrifft ferner eine teilchenoptische Vorrichtung, welche eine derartige Teilchenquelle umfasst.
Beispielsweise wird bei einem Rasterelektronenmikroskop eine Teilchenquelle eingesetzt, welche einen Elektronenstrahl erzeugt, der auf der Oberfläche eines zu untersuchenden Objekts fokussiert wird, wobei der Ort des Fokus, d. h., der Ort, an dem die Elektronen auf dem Objekt auftreffen, durch Ablenken des Elektronenstrahls Schritt für Schritt über die Oberfläche des Objekts gerastert wird. An jedem Ort verweilt der Fokus für eine Zeitdauer, die ausreichend ist, um eine gewünschte Anzahl von Ereignissen detektieren zu können, welche durch die auf das Objekt treffenden Elektronen ausgelöst werden. Die Ereignisse können beispielsweise durch ein auf das Objekt treffendes Elektron ausgelöste Sekundärelektronen, Röntgenstrahlung oder andere Arten von Ereignissen sein. Die den verschiedenen Orten des Objekts zugeordnete detektierte Ereignisse repräsentieren ein elektronenmikroskopisches Bild des Objekts. Um ein Bild mit einem gewünschten Kontrast aufnehmen zu können, ist es notwendig, eine ausreichende Anzahl von Ereignissen zu detektieren, wozu auf jeden Ort an dem Objekt eine Mindestanzahl von Elektronen auftreffen muss. Diese Mindestanzahl hängt von den Eigenschaften des Objekts, der Art des detektierten Ereignisses, dem Rauschen von Detektoren und anderen Komponenten und weiteren Faktoren ab.
Im Sinne der Erhöhung eines Durchsatzes bei der Gewinnung von elektronenmikroskopischen Bildern ist es deshalb wünschenswert, dass der auf das Objekt gerichtete Teilchenstrahl einen möglichst hohen Strahlstrom aufweist. Allerdings führt eine Erhöhung des Strahlstrom bei einem gegebenen Rasterelektronenmikroskop dazu, dass ein Durchmesser des Strahlfokus, der an der Oberfläche des Objekts durch das Rasterelektronenmikroskop erzeugt werden kann, zunimmt, da die geladenen Teilchen im Strahl miteinander wechselwirken. Durch den Durchmesser des Strahlfokus ist das Auflösungsvermögen des Rasterelektronenmikroskops begrenzt. Im Sinne der Erhöhung des Auflösungsvermögens ist es somit andererseits wünschenswert, den Strahlstrom zu reduzieren.
Bei einem gegebenen Rasterelektronenmikroskop kann somit der Durchsatz auf Kosten der Auflösung erhöht werden oder es kann die Auflösung auf Kosten des Durchsatzes erhöht werden.
Bei einem typischen Rasterelektronenmikroskop wird die maximale Größe des Strahlstroms durch die Größe der Querschnittsfläche einer den Strahl definierenden Öffnung in einer Anodenblende bestimmt. Ein Vergrößern der Querschnittsfläche der Öffnung führt zu einer Erhöhung des maximal möglichen Strahlstroms. Für das typische Rasterelektronenmikroskop sind deshalb Anodenblenden mit verschieden großen Öffnungen erhältlich, um durch Austauschen der Anodenblenden den maximalen Strahlstrom ändern zu können. Allerdings ist der Austausch der Anodenblenden, welche während des Betriebs des Rasterelektronenmikroskops im Vakuum angeordnet ist, ein aufwändiger Vorgang, der lange Zeit in Anspruch nimmt. Deshalb werden in Labors häufig zwei eventuell sogar baugleiche Rasterelektronenmikroskope eingesetzt, welche sich hinsichtlich des erzeugten Strahlstroms unterscheiden, um Proben wahlweise bei großem Strahlstrom mit hohem Durchsatz und bei kleinem Strahlstrom mit hoher Auflösung untersuchen zu können. Es ist ersichtlich, dass die Anschaffung von zwei Rasterelektronenmikroskopen lediglich zu dem Zweck, Untersuchungen mit zwei verschiedenen Strahlströmen durchführen zu können, als unbefriedigend empfunden wird.
Die US 2005/0178982 A1 und die US 2012/0112090 A1 offenbaren Elektronenstrahlquellen, bei welchen im Strahlengang hinter einem Elektronenemitter eine Blende mit zwei Löchern angeordnet ist. Eines der Löcher ist auf der Strahlachse angeordnet und kann von dem unabgelenkten Strahl durchsetzt werden, während das andere Loch mit Abstand von der Hauptachse angeordnet ist und von dem Strahl durchsetzt wird, wenn dieser abgelenkt wird. Aufgrund der Dispersion weist der Strahl, wenn er das mit Abstand von der Hauptachse angeordnete Loch durchsetzt, eine geringere Energiebreite auf als der Strahl, der das auf der Hauptachse angeordnete Loch unabgelenkt durchsetzt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Teilchenstrahlsystem und eine Teilchenquelle vorzuschlagen, welche eine Änderung des maximal möglichen Strahlstroms vergleichsweise einfach ermöglichen.
Gemäß Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Teilchenquelle zur Erzeugung eines Teilchenstrahls eine Steuerung, einen Teilchenemitter, eine erste Platte mit wenigstens zwei Öffnungen, einen ersten Ablenker und eine zweite Platte mit einer Öffnung. Der Teilchenemitter ist dazu konfiguriert, einen divergenten Strahl von geladenen Teilchen zu erzeugen. Die geladenen Teilchen können beispielsweise Elektronen oder Ionen sein. Der von dem Teilchenemitter erzeugte divergente Strahl von geladenen Teilchen trifft auf die erste Platte und die wenigstens zwei Öffnungen in der ersten Platte. Die wenigstens zwei Öffnungen unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Querschnittsfläche. Eine erste der wenigstens zwei Öffnungen in der ersten Platte weist eine kleinere Querschnittsfläche auf als eine zweite der wenigstens zwei Öffnungen in der ersten Platte. Die Öffnungen können eine kreisförmige Gestalt aufweisen, was allerdings nicht notwendig ist. Beispielsweise können eine oder mehrere der Öffnungen eine Gestalt aufweisen, die einem Teil eines Kreisrings entspricht. Mehrere derartige Öffnungen können gemeinsam eine Querschnittsfläche bereitstellen, die der Querschnittsfläche eines Kreisrings angenähert ist. Die Querschnittsfläche der zweiten Öffnung kann beispielsweise mehr als 1,2 mal, mehr als 1,5 mal, mehr als zweimal, mehr als fünfmal und mehr als zehnmal größer sein als die Querschnittsfläche der ersten Öffnung. Die Teilchen des divergenten Strahls können die erste Platte durch die Öffnungen in der ersten Platte durchsetzen. Die Öffnungen sind mit Abstand voneinander angeordnet, so dass im Strahlengang der Teilchen hinter der ersten Platte mehrere voneinander getrennte Teilchenstrahlen gebildet werden, wobei die Querschnittsfläche einer jeden Öffnung auch den Querschnitt des durch diese Öffnung gebildeten Teilchenstrahls bestimmt. Unter der Annahme, dass die Dichte der Teilchen in dem auf die erste Platte treffenden divergenten Strahl in dem Bereich der Öffnungen im Wesentlichen konstant ist, unterscheiden sich dann beispielsweise die Strahlströme von Strahlen, welche durch zwei Öffnungen gebildet werden, deren Querschnittsflächen sich beispielsweise um den Faktor 2 unterscheiden, ebenfalls um das Zweifache.
Die durch die Öffnungen in der ersten Platte gebildeten Teilchenstrahlen treffen auf die zweite Platte. In der zweiten Platte ist eine Öffnung vorgesehen, durch welche Teilchen die zweite Platte durchsetzen können. Der erste Ablenker ist im Strahlengang zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte angeordnet. Der erste Ablenker stellt ein die Teilchen ablenkendes Feld bereit. Dieses Feld kann beispielsweise ein elektrisches oder ein magnetisches Dipolfeld sein. Dieses ablenkende Feld wirkt auf die Teilchen des den Ablenker durchsetzenden Teilchenstrahls über einen ausgedehnten Bereich in Richtung des Strahls. Die Ausdehnung des ablenkenden Feldes ist bedingt durch die baulichen Randbedingungen des Ablenkers, wie beispielsweise der Geometrie der zur Erzeugung eines magnetischen Dipolfeldes notwendigen Spulen. Das ablenkende Feld hat, gesehen in Strahlrichtung, an einem bestimmten Ort ein Maximum, und dieser Ort kann als die Hauptebene des Ablenkers definiert werden. Somit ist die Hauptebene des ersten Ablenkers zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte angeordnet.
Der erste Ablenker lenkt die Teilchen des den Ablenker durchsetzenden Teilchenstrahls ab. Die Steuerung ist dazu konfiguriert, das Ausmaß dieser Ablenkung einzustellen, beispielsweise durch Einstellen eines Stroms, welcher Spulen des Ablenkers zugeführt wird, um ein ablenkendes Magnetfeld zu erzeugen.
Die Steuerung weist einen ersten und einen zweiten Betriebsmodus auf. In dem ersten Betriebsmodus stellt die Steuerung die Ablenkung so ein, dass Teilchen des ersten Strahls die Öffnung in der zweiten Platte durchsetzen und die Teilchen des zweiten Strahls auf die zweite Platte treffen, ohne diese zu durchsetzen. Je nach Größe und Positionierung der Querschnittsfläche der Öffnung in der zweiten Platte durchsetzen sämtliche Teilchen des ersten Strahls oder ein Teil dieser Teilchen die erste Platte und bilden in dem ersten Betriebsmodus den von der Teilchenquelle erzeugten Teilchenstrahl.
In dem zweiten Betriebsmodus stellt die Steuerung die Ablenkung so ein, dass Teilchen des zweiten Strahls die Öffnung in der zweiten Platte durchsetzen und die Teilchen des ersten Strahls auf die zweite Platte treffen, ohne diese zu durchsetzen. Ein Teil der Teilchen oder sämtliche Teilchen des zweiten Strahls durchsetzen somit die Öffnung in der zweiten Platte und bilden im zweiten Betriebsmodus den von der Teilchenquelle erzeugten Teilchenstrahl. Da sich der erste und der zweite Strahl hinsichtlich ihres Strahlstroms unterscheiden, erzeugt die Teilchenquelle somit in dem ersten Betriebsmodus einen Teilchenstrahl mit einem ersten Strahlstrom und in dem zweiten Betriebsmodus einen Teilchenstrahl mit einem zweiten Strahlstrom, der größer ist als der erste Strahlstrom. Das Umschalten zwischen dem ersten Betriebsmodus und dem zweiten Betriebsmodus erfolgt durch Ändern des ersten Ablenkwinkels, welchen der erste Ablenker erzeugt. Somit kann in einer teilchenoptischen Vorrichtung, welche diese Teilchenquelle einsetzt, der Strahlstrom alleine durch Umschalten eines Betriebsmodus mithilfe einer Steuerung geändert werden, ohne dass Anodenblenden ausgetauscht werden müssen.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen stellt der erste Ablenker ein elektrisches und/oder magnetisches Dipolfeld bereit, um den ersten Strahl und den zweiten Strahl gemeinsam um einen ersten Ablenkwinkel (a) abzulenken.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst die Teilchenquelle einen zweiten Ablenker, welcher im Strahlengang hinter dem ersten Ablenker angeordnet ist und dazu konfiguriert ist, die Teilchen des ersten und des zweiten Strahls um einen einstellbaren zweiten Ablenkwinkel abzulenken. Der zweite Ablenker ist wiederum in dem Sinne hinter dem ersten Ablenker angeordnet, dass eine Hauptebene des zweiten Ablenkers im Strahlengang hinter der Hauptebene des ersten Ablenkers angeordnet ist. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen hierin ist die Steuerung ferner dazu konfiguriert, den zweiten Ablenkwinkel des zweiten Ablenkers in dem ersten Betriebsmodus so einzustellen, dass der erzeugte Teilchenstrahl in eine vorbestimmte Richtung gerichtet ist, und den zweiten Ablenkwinkel des zweiten Ablenkers in dem zweiten Betriebsmodus so einzustellen, dass der erzeugte Teilchenstrahl in die gleiche vorbestimmte Richtung gerichtet ist. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen ist die Steuerung ferner dazu konfiguriert, den ersten und den zweiten Ablenkwinkel so einzustellen, dass ein Unterschied zwischen dem zweiten Ablenkwinkel im ersten Betriebsmodus und dem zweiten Ablenkwinkel im zweiten Betriebsmodus gleich einem Unterschied zwischen dem ersten Ablenkwinkel im ersten Betriebsmodus und dem ersten Ablenkwinkel im zweiten Betriebsmodus ist.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen stellt der erste Ablenker ein elektrisches und/oder magnetisches fokussierendes Linsenfeld bereit, um den ersten Strahl und den zweiten Strahl gemeinsam zu fokussieren.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen ist der zweite Ablenker, gesehen in Richtung des Strahlengangs, mit einem geringen Abstand von der zweiten Platte angeordnet. Beispielsweise ist der Abstand zwischen der Hauptebene des zweiten Ablenkers und einer dem Teilchenemitter zugewandten Oberfläche der zweiten Platte kleiner als 5 mm. Die Hauptebene des zweiten Ablenkers kann hierbei, gesehen in Richtung des Strahlengangs, vor oder hinter der dem Teilchenemitter zugewandten Oberfläche der zweiten Platte liegen.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst die Teilchenquelle ferner eine teilchenoptische Linse mit einer Hauptebene, welche in dem Strahlengang hinter der ersten Platte angeordnet ist. Die teilchenoptische Linse kann beispielsweise durch ein Magnetfeld erzeugt werden, welches wiederum durch eine oder mehrere stromdurchflossene Spulen erzeugt wird. Die Geometrie der Spulen bestimmt den Verlauf des erzeugten fokussierenden Magnetfeldes entlang des Strahlengangs. Die Hauptebene der teilchenoptischen Linse kann nach der üblichen Definition für Linsen in der Optik bestimmt werden. Die Hauptebene der teilchenoptischen Linse liegt im Strahlengang hinter der ersten Platte und kann insbesondere zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte oder auch im Strahlengang hinter der zweiten Platte liegen.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst die Teilchenquelle ferner eine dritte Platte, welche im Strahlengang hinter der zweiten Platte und hinter der Hauptebene der teilchenoptischen Linse angeordnet ist und welche eine vierte Öffnung aufweist, durch welche Teilchen des erzeugten Teilchenstrahls die dritte Platte durchsetzen. Diese dritte Platte kann auch mehrere vierte Öffnungen aufweisen, welche sich hinsichtlich ihres Durchmessers unterscheiden. Der Strahl kann wahlweise auf eine der mehreren vierten Öffnungen gerichtet werden, um im Strahlengang hinter der dritten Platte Strahlen mit unterschiedlichen Durchmessern zu erzeugen. Hierzu kann die dritte Platte beispielsweise mit einem Aktuator relativ zu den übrigen Komponenten der Teilchenquelle verlagert werden, oder es kann der Strahl mittels Deflektoren so abgelenkt werden, dass er auf eine ausgewählte der mehreren vierten Öffnungen trifft.
Die Steuerung kann ferner dazu konfiguriert sein, eine Brechkraft der teilchenoptischen Linse so einzustellen, dass der erzeugte Teilchenstrahl einen Strahlfokus an einem Ort aufweist, der, gesehen in Richtung des Strahlengangs, von einer dem Teilchenemitter zugewandten Oberfläche der dritten Platte einen Abstand aufweist, der kleiner ist als 5 mm. Der Strahlfokus kann hierbei im Strahlengang vor oder hinter der dritten Platte liegen.
Die wenigstens eine Öffnung in der dritten Platte kann bei Einsatz der Teilchenquelle in einem teilchenoptischen System als Aperturblende des Systems verwendet werden.
Ferner kann die teilchenoptische Linse bei Einsatz der Teilchenquelle in einem teilchenoptischen System als Kondensorlinse verwendet werden.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen ist die Querschnittsfläche der dritten Öffnung in der zweiten Platte größer als die Querschnittsfläche der ersten Öffnung in der ersten Platte. Hierbei ist es möglich, dass in dem ersten Betriebsmodus sämtliche Teilchen des ersten divergenten Strahls die Öffnung in der zweiten Platte durchsetzen.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen ist die Teilchenquelle so konfiguriert, dass in dem zweiten Betriebsmodus sämtliche Teilchen des zweiten divergenten Stahls die dritte Öffnung in der zweiten Platte durchsetzen.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen weist die Teilchenquelle entlang des Strahlengangs keinen Ablenker auf, dessen Hauptebene zwischen dem Teilchenemitter und der ersten Platte angeordnet ist. Ebenso weist die Teilchenquelle, gemäß beispielhafter Ausführungsformen, keine teilchenoptische Linse auf, welche ein einen Teilchenstrahl fokussierendes Magnetfeld bereitstellt und deren Hauptebene, gesehen entlang des Strahlengang, zwischen dem Teilchenemitter und der ersten Platte angeordnet ist.
Ausführungsformen der Erfindung stellen ferner eine teilchenoptische Vorrichtung bereit, welche eine Teilchenquelle gemäß einer der vorangehenden erläuterten Ausführungsformen und eine teilchenoptische Linse umfasst, die dazu konfiguriert ist, den von der Teilchenquelle erzeugten Teilchenstrahl an einem Objekt zu fokussieren. Die teilchenoptische Vorrichtung kann beispielsweise ein Elektronenmikroskop, ein Ionenmikroskop, ein Ionenstrahlgerät zum Modifizieren von Objekten, beispielsweise durch Ionenstrahlätzen, ein Lithografiegerät, welches mit Elektronen oder Ionen arbeitet oder dergleichen sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Teilchenstrahlsystems,
2 eine in dem Teilchenstrahlsystem der 1 einsetzbare Teilchenquelle in einem ersten Betriebsmodus,
3 die Teilchenquelle der 2 in einem zweiten Betriebsmodus,
4 eine in der Teilchenquelle der 2 und 3 einsetzbare Platte mit Öffnungen,
5 eine in dem Teilchenstrahlsystem der 1 einsetzbare Teilchenquelle in einem ersten Betriebsmodus,
6 die Teilchenquelle der 5 in einem zweiten Betriebsmodus,
7 eine in den Teilchenquelle der 2 und 3 und 5 und 6 einsetzbare Platte mit Öffnungen,
8 eine weitere in einer Teilchenquelle einsetzbare Platte mit einer Öffnung, und
9 eine Teilchenquelle, in der die in 8 gezeigte Öffnung einsetzbar ist..

1 zeigt ein Teilchenstrahlsystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Das Teilchenstrahlsystem 1 umfasst eine Teilchenquelle 3, welche einen Teilchenstrahl 5 erzeugt. Der aus der Teilchenquelle 3 austretende Teilchenstrahl 5 kann beispielsweise auf ein Objekt 7 gerichtet werden, welches auf einem Objekttisch 8 angeordnet ist. Die auf das Objekt 7 treffenden Teilchen des Teilchenstrahls 5 lösen Ereignisse aus, welche von einem Detektor 9 detektiert werden, der in Abhängigkeit von den detektierten Ereignissen Detektionssignale an eine Steuerung 11 ausgibt. Der Teilchenstrahl 5 kann durch eine Objektivlinse 13 an der Oberfläche des Objekts 7 fokussiert werden. Ein Ablenker 15, der von der Steuerung 11 über eine Steuerleitung 60 kontrolliert wird, lenkt den den Ablenker 15 durchsetzenden Teilchenstrahl 5 um einen einstellbaren Ablenkwinkel ab, so dass der Teilchenstrahl 5 innerhalb eines Objektfeldes auf beliebige Orte auf der Oberfläche des Objekts 7 gerichtet werden kann. Insbesondere kann die Steuerung somit den Teilchenstrahl 5 über die Oberfläche des Objekts 7 rastern und den Orten auf der Oberfläche des Objekts 7, auf welche der Teilchenstrahl 5 gerade gerichtet wird, zugeordnete Detektionssignale abspeichern. Diese abgespeicherten Signale repräsentieren ein elektronenmikroskopisches Bild des abgerasterten Teils der Oberfläche des Objekts 7. Die Steuerung 11 kontrolliert die elektrischen Potentiale der verschiedenen Komponenten des Teilchenstrahlsystems 1. Im Folgenden wird angenommen, dass das Massepotential für die Beschreibung der verschiedenen Potentiale das übliche Bezugspotential ist und dass der Objekttisch 8 durch die Steuerung 11 über eine Leitung 62 oder andere elektrische Verbindung auf dem Bezugspotential gehalten wird.
Die Teilchenquelle 3 umfasst einen Teilchenemitter 17, der beispielsweise als ein Shottky-Emitter ausgeführt sein kann, der Elektronen durch feldunterstützte thermische Emission erzeugt. Der Teilchenemitter 17 wird durch die Steuerung 11 über eine Steuerleitung 63 kontrolliert und auf einem Potential gehalten, das beispielsweise zwischen -0,02 kV und -30 kV liegen kann. Die Teilchenquelle 3 umfasst ferner eine Suppressorelektrode 19, die durch die Steuerung 11 über eine Steuerleitung 64 auf einem Potential gehalten wird, das beispielsweise +300 V unter dem Potential des Teilchenemitters 17 liegen kann. Die Teilchenquelle 3 umfasst ferner eine Extraktorelektrode 21, um aus dem Teilchenemitter 17 geladene Teilchen zu extrahieren, welche den Teilchenstrahl 5 bilden. Die Extraktorelektrode 21 wird durch die Steuerung 11 über eine Steuerleitung 65 auf einem Potential gehalten, das beispielsweise 2 bis 4 kV über dem Potential des Teilchenemitters 17 liegen kann. Die Teilchenquelle 3 umfasst ferner eine Anode 23, welche eine Öffnung 25 aufweist und durch die Steuerung 11 über eine Steuerleitung 66 auf einem Potential gehalten wird, das beispielsweise +8 kV betragen kann. Eine Potentialdifferenz zwischen dem Teilchenemitter 17 und der Anode 23 bestimmt die kinetische Energie der Teilchen des Strahls 5, welche die Öffnung 25 in der Anode 23 durchsetzen. An die Anode 23 kann sich ein Strahlrohr 75 anschließen, das sich hin zu dem Objekttische erstreckt und für den Strahl 5 eine feldfreie Driftstrecke bildet.
Im Strahlengang hinter der Anode 23 ist eine Kondensorlinse 27 angeordnet, um den Teilchenstrahl 5 zu kollimieren.
Details einer Ausführungsform einer Teilchenquelle, welche in dem Teilchenstrahlsystem der 1 einsetzbar ist, wird nachfolgend anhand der 2 bis 3 erläutert. 2 zeigt in schematischer Darstellung einen Strahlengang und Komponenten einer Teilchenquelle 3a. Die Teilchenquelle 3a umfasst eine Steuerung 11a und einen Teilchenemitter 17a. Der Teilchenemitter 17a wird von der Steuerung 11a betrieben, d.h., die Steuerung 11a führt dem Teilchenemitter 17a beispielsweise einen Strom zu, um diesen zu heizen, und sie führt dem Teilchenemitter 17a ein geeignetes Potential, beispielsweise ein Hochspannungspotential, zu. Zur Extraktion von Teilchen aus dem Teilchenemitter 17a kann die Teilchenquelle 3a Suppressor- und Extraktorelektroden aufweisen, welche in 2 allerdings nicht dargestellt sind. Von dem Teilchenemitter 17a extrahierte Teilchen bilden einen divergenten Strahl 29 von geladenen Teilchen. Durch geeignete Gestaltung des Teilchenemitters 17a und von Elektroden, wie beispielsweise Extraktor- und Suppressorelektroden, und durch Anlegen geeigneter elektrischer Potentiale an diese kann es erreicht werden, dass der divergente Teilchenstrahl 29 aus einer punktförmigen virtuellen Quelle 28 zu kommen scheint.
Der divergente Strahl 29 trifft auf eine erste Platte 31, welche in 2 im Querschnitt dargestellt ist und in 4 in Draufsicht dargestellt ist. Die Platte 31 weist eine erste zentrale Öffnung 33 auf, deren Zentrum auf einer optischen Achse 35 der Teilchenquelle 3a angeordnet ist. Die erste Platte 31 weist ferner eine zweite Öffnung 37 auf, deren Zentrum mit einem Abstand r von der optischen Achse 35 angeordnet ist.
Die Teilchen des divergenten Strahls 29 treffen zum einen Teil auf die dem Teilchenemitter 17a zuweisende Oberfläche der ersten Platte 31 und zum anderen Teil durchsetzen sie die erste Platte 31 durch die Öffnungen 33 und 37. Die die Öffnungen 33 und 37 durchsetzenden Teilchen des divergenten Strahls 29 bilden im Strahlengang hinter der ersten Platte einen ersten Strahl 39 bzw. einen zweiten Strahl 41. Der Strahl 39 aus den die erste Öffnung 33 in der ersten Platte 31 durchsetzenden Teilchen weist einen kleineren Strahlquerschnitt 39 auf als der Strahl 41, der aus dem die zweite Öffnung 37 durchsetzenden Teilchen gebildet ist, da sich auch die Querschnittsflächen der Öffnungen 33 und 37 unterscheiden. Als Beispiel sei angenommen, dass die Querschnittsfläche der zweiten Öffnung 37 fünfmal größer ist als die Querschnittsfläche der ersten Öffnung 33. Unter der Annahme, dass der Strom an Teilchen, die die Öffnungen 33 und 37 durchsetzen, proportional zu den Querschnittsflächen dieser Öffnungen ist, ist der Strahlstrom des Strahls 41 fünfmal größer als der Strahlstrom des Strahls 39.
Im Strahlengang hinter der ersten Platte 31 ist eine zweite Platte 43 angeordnet, welche eine Öffnung 45 aufweist, deren Zentrum auf der optischen Achse 35 angeordnet ist. Die Querschnittsfläche der Öffnung 45 ist wesentlich größer als die Querschnittsfläche der Öffnung 33, so dass sämtliche Teilchen des Strahls 39 die Öffnung 45 durchsetzen.
Da der auf die Platte 31 treffende Strahl 29 divergent ist, ist auch der durch die Öffnung 33 gebildete Strahl 39 divergent. Um diesen Strahl zu kollimieren, ist eine teilchenoptische Linse 27a als Kondensorlinse vorgesehen. In der anhand der 2 erläuterten Einstellung ist die teilchenoptische Linse 27a so erregt, dass der Strahl 39 nach dem Durchsetzen der Linse 27a im Wesentlichen parallel kollimiert ist und eine Aperturblende durchsetzt, welche durch eine dritte Platte 47 gebildet ist, welche eine Öffnung 49 aufweist, deren Zentrum wiederum auf der optischen Achse 35 der Teilchenquelle 3a liegt. Die Erregung der Linse 27 ist ferner so eingestellt, dass der Querschnitt des Strahls 39 in der Ebene der dritten Platte 47 etwas größer ist als die Querschnittsfläche der Öffnung 49, so dass nicht sämtliche Teilchen des Strahls 39 durch die Öffnung 49 hindurch die dritte Platte 47 durchsetzen können und die Querschnittsfläche der Öffnung 49 den Querschnitt des die dritte Platte 47 durchsetzenden Teilchenstrahls 51 definiert, welcher der von der Teilchenquelle 3a ausgegebene Teilchenstrahl ist.
Die anhand der 2 erläuterte Teilchenquelle 3a erzeugt somit einen Teilchenstrahl 51 aus dem Strahl 39, welcher, im Vergleich zu dem Strahl 41, den kleineren Strahlstrom aufweist. Der Strahl 41 trifft auf die Oberfläche der Platte 43, ohne deren Öffnung 45 zu durchsetzen. Der in 2 gezeigte Betriebsmodus der Teilchenquelle 3a, in welchem der von der Teilchenquelle erzeugte Teilchenstrahl 51 durch den Strahl 39 mit dem kleineren Strahlstrom gebildet wird, ist ein erster Betriebsmodus der Teilchenquelle 3a. Ein zweiter Betriebsmodus der Teilchenquelle 3a wird nachfolgend anhand der 3 erläutert.
Die Teilchenquelle 3a umfasst einen ersten Ablenker 53, dessen Hauptebene 55 im Strahlengang zwischen der ersten Platte 31 und der zweiten Platte 43 angeordnet ist. Während in dem ersten Betriebsmodus (vgl. 2) die Strahlen 39 und 41 den Ablenker 53 durchsetzen, ohne abgelenkt zu werden, wird der Ablenker 53 in dem zweiten Betriebsmodus durch die Steuerung 11a über eine Steuerleitung 67 so erregt, dass er die Strahlen 39 und 41 jeweils um einen Ablenkwinkel α ablenkt. Der Ablenker 53 ist hierzu so konfiguriert, dass er ein in einem Raumbereich, der von den Strahlen 39 und 41 durchsetzt wird, ein magnetisches Dipolfeld, ein elektrisches Dipolfeld oder eine Kombination aus einem magnetischen Dipolfeld und einem elektrischen Dipolfeld bereitstellt. Die Stärke des bereitgestellten Dipolfeldes, welche von der Steuerung 11a kontrolliert wird, bestimmt den Ablenkwinkel α, den die beiden Strahlen 39 und 41 erfahren, wenn sie den Ablenker 53 durchsetzen. Der Betrag des Ablenkwinkels α und dessen Orientierung in Umfangsrichtung um die optische Achse 35 sind so gewählt, dass der Strahl 39 auf die Oberfläche der zweiten Platte 43 trifft, ohne deren Öffnung 45 zu durchsetzen, und dass die Teilchen des Strahls 41 allesamt oder wenigstens zu einem großen Teil die Öffnung 45 in der Platte 43 durchsetzen.
Die Teilchenquelle 3a umfasst ferner einen von der Steuerung 11a über eine Steuerleitung 68 kontrollierten zweiten Ablenker 57, dessen Hauptebene 59 mit Abstand in Strahlrichtung von der Hauptebene 55 des Ablenkers 53 angeordnet ist. Der zweite Ablenker 57 stellt ebenfalls ein magnetisches und/oder elektrisches Dipolfeld bereit und wird von der Steuerung 11a so erregt, dass er den Strahl 41 um einen zweiten Ablenkwinkel β ablenkt, der so bemessen ist, dass der Strahl 41 nach der Ablenkung durch den zweiten Ablenker 57 in die gleiche Richtung orientiert ist, wie der Strahl 51 in dem ersten Betriebsmodus, d. h. in dem anhand der 2 und 3 erläuterten Beispiel entlang der optischen Achse 35. Andere Richtungen sind möglich.
In dem zweiten Betriebsmodus wird die Linse 27a von der Steuerung 11a stärker erregt als in dem ersten Betriebsmodus, damit der Strahl 41, der im Vergleich zu dem Strahl 39 den größeren Strahlquerschnitt aufweist, nach dem Durchsetzen der zweiten Platte 43 durch deren Öffnung 45 zum größten Teil auch die Öffnung 49 in der dritten Platte 47 durchsetzen kann. Auch hier wird die Erregung der Linse 27a so eingestellt, dass ein Teil der Teilchen des Strahls 41 die Öffnung 49 in der dritten Platte 47 nicht durchsetzt, so dass die Querschnittsfläche dieser Öffnung 49 den Querschnitt des von der Teilchenquelle 3a in dem zweiten Betriebsmodus erzeugten Teilchenstrahls 51 definiert.
In der anhand der 2 und 3 erläuterten Ausführungsform fällt die Hauptebene 59 des zweiten Ablenkers 57 mit der Ebene der zweiten Platte 43 zusammen. Dies ist jedoch nicht notwendig. Die Hauptebene 59 des zweiten Ablenkers 57, kann im Strahlengang vor oder hinter der zweiten Platte 43 angeordnet sein.
Die Teilchenquelle 3a umfasst ferner einen von der Steuerung 11a über eine Steuerleitung 69 kontrollierten dritten Ablenker 61 mit einer Hauptebene 63 und einen von der Steuerung 11a über eine Steuerleitung 70 kontrollierten vierten Ablenker 65 mit einer Hauptebene 73. Die Hauptebenen 63 und 73 des dritten bzw. vierten Ablenkers 61, 65 sind entlang des Strahlengangs mit Abstand voneinander angeordnet. Die Ablenker 61 und 65 können jeweils ein magnetisches und/oder elektrisches Dipolfeld bereitstellen, werden von der Steuerung 11a kontrolliert und können dazu verwendet werden, die Teilchen der sie durchsetzenden Strahlen so abzulenken, dass der von der Teilchenquelle 3a erzeugte Teilchenstrahl 51 exakt in Richtung der optischen Achse 35 verläuft und auch exakt auf dieser zentriert ist.
In dem anhand der 2 und 3 erläuterten Beispiel sind die Hauptebenen 63 und 73 des dritten bzw. des vierten Ablenkers 61, 65 im Strahlengang vor der dritten Platte 47 angeordnet. Andere Anordnungen sind möglich. Beide Hauptebenen 63 und 73 können im Strahlengang hinter der Platte 47 angeordnet sein, und die Platte 47 kann auch im Strahlengang zwischen den beiden Hauptebenen 63 und 73 angeordnet sein.
Eine Hauptebene 71 der Linse 27 ist in dem anhand der 2 und 3 erläuterten Beispiel im Strahlengang hinter der zweiten Platte 43 angeordnet. Dies muss nicht so sein, wie dies nachfolgend bei einer anhand der 5 und 6 erläuterten Ausführungsform erläutert wird. Eine in den 5 und 6 gezeigte Teilchenquelle 3b weist einen Aufbau auf, der dem der anhand der 2 bis 4 erläuterten Teilchenquelle sehr ähnlich ist. So umfasst die Teilchenquelle 3b einen Teilchenemitter 17b, der einen divergenten Strahl 27b emittiert, der auf eine erste Platte 31b trifft, welche eine kleine Öffnung 33b aufweist, deren Zentrum auf einer optischen Achse 35b der Teilchenquelle 3b angeordnet ist. Die erste Platte 31b umfasst ferner eine zweite Öffnung 37b, deren Zentrum mit Abstand von der optischen Achse 35b angeordnet ist. Im Strahlengang hinter der ersten Platte 31b erzeugen die die Öffnungen 33b und 37b durchsetzenden Teilchen des divergenten Strahls 27b Strahlen 39b und 41b.
In einem in 5 gezeigten ersten Betriebsmodus durchsetzt der Strahl 39b eine Öffnung 45b in einer zweiten Platte 43b und bildet den von der Teilchenquelle 3b in dem ersten Betriebsmodus erzeugten Teilchenstrahl 51b.
Eine Hauptebene 71b einer teilchenoptischen Linse 27b zur Kollimierung des Strahls 39b liegt zwischen der ersten Platte 31b und der zweiten Platte 43b.
In einem in 6 gezeigten zweiten Betriebsmodus wird ein Strahlablenker 53b, welcher ein magnetisches und/oder elektrisches Dipolfeld bereitstellen kann und dessen Hauptebene 55b zwischen der ersten Platte 31b und der zweiten Platte 43b angeordnet ist, so erregt, dass die Teilchen des ersten Strahls 39b um einen Winkel α abgelenkt werden, so dass sie auf die Oberfläche der zweiten Platte 43b treffen, ohne deren Öffnung 45b zu durchsetzen. Gleichzeitig werden die Teilchen des zweiten Strahls 41b ebenfalls um diesen Winkel abgelenkt, so dass sie die Öffnung 45b der zweiten Platte 43b durchsetzen und nachfolgend den von der Teilchenquelle 3b erzeugten Teilchenstrahl 51b bereitstellen. Die Teilchenquelle 3b umfasst ferner einen zweiten Ablenker 57b, welcher ein magnetisches und/oder elektrisches Dipolfeld bereitstellen kann und dessen Hauptebene 59b im Strahlengang hinter der Hauptebene 55b des ersten Ablenkers 53b angeordnet ist. Der zweite Ablenker 57b wird von der Steuerung 11b so erregt, dass die Teilchen des zweiten Strahls 41b um einen Winkel β abgelenkt werden, der so bemessen ist, dass der zweite Strahl 41b nach der Ablenkung durch den zweiten Ablenker 57b parallel zu der optischen Achse 35b verläuft. In der Darstellung der 5 und 6 ist die Hauptebene 59b des zweiten Ablenker 57b geringfügig hinter der zweiten Platte 43b angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Hauptebene 59 mit der Platte 43b zusammenfällt, oder dass die Hauptebene 59b im Strahlengang vor der Platte 43b angeordnet ist.
In dem in 6 gezeigten zweiten Betriebsmodus wird der von der Teilchenquelle 3b erzeugte Teilchenstrahl 51b durch den die Öffnung 45b durchsetzenden Teil des Strahls 41b bereitgestellt. Bei ausreichend großer Öffnung 45b tritt der wesentliche Teil des Strahls 41b durch die Öffnung 45b hindurch, so dass der im zweiten Betriebsmodus erzeugte Teilchenstrahl 51b einen wesentlich größeren Strahlstrom aufweist als der in dem ersten Betriebsmodus erzeugte Teilchenstrahl 51b, welcher durch den Strahl 39b bereitgestellt wird.
Die Teilchenquelle 3b kann ferner einen dritten Ablenker 61b und einen vierten Ablenker 65b umfassen welche beispielsweise jeweils ein magnetisches und/oder elektrisches Dipolfeld bereitstellen können, um den erzeugten Teilchenstrahl 51b exakt auf der optischen Achse 35b zu zentrieren.
In den vorangehend erläuterten Ausführungsformen werden die beiden Strahlen 39 und 41 durch die in 4 gezeigte erste Platte 31 erzeugt. Hierbei ist die kleinere Öffnung 33 bezüglich der optischen Achse der Teilchenquelle zentriert, während die größere Öffnung 37 mit einem Abstand von dieser optischen Achse angeordnet ist. Dies kann folgenden Vorteil aufweisen: Falls der von der Teilchenquelle in dem ersten Betriebsmodus erzeugte kleine Strahlstrom dazu verwendet wird, eine hohe Auflösung zu erreichen, so ist die zentrale Anordnung der kleinen Öffnung 33 hilfreich, da die den erzeugten Teilchenstrahl bildenden Teilchen immer nahe an der optischen Achse verlaufenden und deshalb insbesondere chromatische Fehler nur in geringem Ausmaß erzeugt werden. Für den Strahl 41, der die große Öffnung 37 durchsetzt, entstehen größere Ablenkungen der Teilchen auch mit Abstand von der optischen Achse, weshalb chromatische Fehler in vergleichsweise größerem Maße erzeugt werden. Dieser Strahl wird allerdings nicht dazu verwendet, eine möglichst hohe Auflösung zu erreichen.
7 zeigt eine Variante der in 4 gezeigten Platte 31. Die in 7 gezeigte erste Platte 31c weist ebenfalls eine kleine Öffnung 33c und eine im Vergleich zu der Öffnung 33c größere Öffnung 37c auf. Beide Öffnungen 33c und 37c sind mit einem Abstand r von der optischen Achse 35c angeordnet. Die erste Platte 31c kann in sämtlichen bisher erläuterten Ausführungsformen der Teilchenquelle eingesetzt werden.
Während bei der Verwendung der in 4 gezeigten Platte 31 in dem ersten Betriebsmodus der Strahl 39 von dem ersten Ablenker 53 und dem zweiten Ablenker 57 nicht abgelenkt wird, ist bei der Verwendung der in 7 gezeigten ersten Platte 31c eine Ablenkung beider Strahlen 39 und 41 in beiden Betriebsmodi notwendig, so dass der Strahl 39 in dem ersten Betriebsmodus die Öffnung 45 in der zweiten Platte 43 durchsetzt und in dem zweiten Betriebsmodus der die Öffnung 37c durchsetzende Strahl die Öffnung 45 in der zweiten Platte 43 durchsetzt.
In den vorangehend erläuterten Ausführungsbeispielen trifft ein von einem Teilchenemitter erzeugter divergenter Strahl von geladenen Teilchen auf eine erste Platte mit wenigstens zwei Öffnungen, welche sich hinsichtlich ihrer Querschnittsflächen unterscheiden. Im Strahlengang hinter der zweiten Platte werden hierdurch wenigstens zwei Strahlen unterschiedlichen Querschnitts gebildet. Ein im Strahlengang hinter der ersten Platte angeordneter Ablenker wird von einer Steuerung wahlweise so angesteuert, dass in einem ersten Betriebsmodus ein Teilchenstrahl mit einem ersten Strahlquerschnitt eine Öffnung in einer im Strahlengang hinter dem Ablenker angeordneten zweiten Platte durchsetzt oder, in einem zweiten Betriebsmodus, ein Strahl mit einem zweiten Querschnitt die Öffnung in der zweiten Platte durchsetzt. In den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen stellt dieser Ablenker ein einstellbares magnetisches und/oder elektrisches Dipolfeld bereit. Dies muss jedoch nicht so sein. Gemäß anderen Ausführungsformen stellt dieser Ablenker ein magnetisches oder elektrisches Ablenkfeld bereit, welches eine andere Symmetrie aufweist als die Symmetrie eines Dipolfeldes. In der nachfolgend anhand der 8 und 9 beschriebenen beispielhaften Ausführungsform weist dieser Strahlablenker eine Konfiguration derart auf, dass das Ablenkfeld ein magnetisches und/oder elektrisches fokussierendes Linsenfeld ist, welches eine Achssymmetrie aufweist.
Die anhand der 8 und 9 beschriebene Ausführungsform unterscheidet sich von den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen ferner dahingehend, dass die erste Platte, auf die der von dem Teilchenemitter erzeugte divergente Strahl trifft, nicht nur lediglich eine einzige erste Öffnung und eine einzige zweite Öffnung aufweist, welche sich hinsichtlich ihrer Querschnittsflächen unterscheiden, sondern mehrere erste und/oder zweite Öffnungen aufweist.
Die 8 zeigt eine den 4 und 7 entsprechende Draufsicht auf eine erste Platte 31d einer Teilchenquelle 3d, welche in 9 schematisch dargestellt ist. Die erste Platte 31d weist eine zentral angeordnete erste Öffnung 33d mit kleiner Querschnittsfläche auf, und sie weist vier zweite Öffnungen 37d auf, welche im Vergleich zu der ersten Öffnung 33d jeweils eine große Querschnittsfläche aufweisen. Die vier zweiten Öffnungen 37d weisen ferner jeweils eine Gestalt auf, welche einem Teil eines Kreisrings entspricht, und sie sind so angeordnet, dass die vier Teile von Kreisringen zusammen eine Querschnittsfläche bereitstellen, der der eines Kreisrings angenähert ist.
Die Teilchenquelle 3d umfasst einen Teilchenemitter 17d, der einen divergenten Strahl 27d emittiert, der auf die erste Platte 31d trifft. Teilchen des divergenten Teilchenstrahls 27d, welche die Öffnungen 33d und 37d in der Platte 31d durchsetzen, erzeugen im Strahlengang hinter der ersten Platte 31d divergente Teilchenstrahlen 39d und 41d. Der Querschnitt des Teilchenstrahls 39d ist durch die Querschnittsfläche der Öffnung 33d in der Platte 31d definiert, und die vier zweiten Öffnungen 37d in der ersten Platte 31d erzeugen vier Teilchenstrahlen 41d, welche gemeinsam einen Strahlquerschnitt aufweisen, welcher einem Kreisring-Querschnitt nahe kommt.
Die Teilchenquelle 3d weist ferner eine Kondensorlinse 27d auf, welche von einer Steuerung 11d kontrolliert wird, um die Teilchenquelle 3d von einem ersten Betriebsmodus in einen zweiten Betriebsmodus umzuschalten, wie dies nachfolgend erläutert wird, so dass die Kondensorlinse 27d ebenfalls die Funktion eines Ablenkers 53d hat, um die Teilchenquelle 3d von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus umzuschalten.
Die Kondensorlinse 27d bzw. der Ablenker 53d kann ein elektrisches und/oder magnetisches fokussierendes Linsenfeld bereitstellen, welches zu einer Hauptachse 35d symmetrisch ist.
In dem ersten Betriebsmodus wird die Kondensorlinse 27d bzw. der Ablenker 53d von der Steuerung 11d schwach erregt, so dass die Strahlen 41d vergleichsweise schwach abgelenkt werden und, wie in 9 mit durchgezogenen Linien 41d' dargestellt, auf eine zweite Platte 43d treffen, ohne eine Öffnung 45d in der zweiten Platte 43d zu durchsetzen. Bei dieser schwachen Erregung der Kondensorlinse 27d bzw. des Ablenkers 53d wird der Teilchenstrahl 39d allerdings ausreichend kollimiert, so dass ein wesentlicher Teil der Teilchen des Teilchenstrahls 39d die Öffnung 45d in der zweiten Platte 43d durchsetzt. Diese Teilchen des Strahls 39d bilden den Strahl 51d, welcher die Teilchenquelle 3d verlässt und den kleinen Strahlstrom in dem ersten Betriebsmodus bereitstellt.
In dem zweiten Betriebsmodus wird die Kondensorlinse 27d bzw. der Ablenker 53d von der Steuerung 11d stärker erregt, so dass die Strahlen 41d so stark abgelenkt werden, dass sie nahe der zweiten Platte 43d fokussiert sind und zu einem großen Teil die Öffnung 45d in der zweiten Platte 43d durchsetzen, wie dies in 9 mit gestrichelten Linien 41d" dargestellt ist. Die die Öffnung 45d durchsetzenden Teilchen der Strahlen 41d" bilden dann einen die Teilchenquelle 3d verlassenden Teilchenstrahl 51d' mit großem Strahlstrom in dem zweiten Betriebsmodus.
Die Teilchenquelle 3d kann ferner einen ersten Ablenker 81 mit einer Hauptebene 82 umfassen, welche zwischen der ersten Platte 31d und einer Hauptebene 71d der Kondensorlinse 27d bzw. des Ablenkers 53d angeordnet ist. Ferner kann ein zweiter Ablenker 83 vorgesehen sein, dessen Hauptebene 84 zwischen der Hauptebene 82 des ersten Ablenkers 81 und der Hauptebene 71d der Kondensorlinse 27 bzw. des Ablenkers 53d angeordnet ist. Die beiden Ablenker 81 und 83 können jeweils Dipolfelder bereitstellen und von der Steuerung 11d angesteuert werden, um den Strahl 39d und die Strahlen 41d so auszurichten, dass diese die Hauptebene 71d der Kondensorlinse 27d bzw. des Ablenkers 53d so durchsetzen, dass sie symmetrisch zu der Hauptachse 35d ausgerichtet sind, zu der auch das fokussierende Linsenfeld symmetrisch ist, welches von der Kondensorlinse 27d bzw. dem Ablenker 53d bereitgestellt wird.
Die Teilchenquelle 3d kann ferner einen von der Steuerung 11d kontrollierten dritten Ablenker 61d mit einer Hauptebene 63d und einen von der Steuerung 11d kontrollierten vierten Ablenker 65d mit einer Hauptebene 73d umfassen, welche jeweils ein magnetisches und/oder elektrisches Dipolfeld bereitstellen und dazu verwendet werden können, die Teilchen der sie durchsetzenden Strahlen so abzulenken, dass der von der Teilchenquelle 3d erzeugte Teilchenstrahl 51d exakt in Richtung der Achse 35d verläuft und auch exakt auf dieser zentriert ist.

Claims

Teilchenquelle zur Erzeugung eines Teilchenstrahls (51), umfassend: eine Steuerung (11a); einen Teilchenemitter (17a); eine erste Platte (31); einen ersten Ablenker (53); und eine zweite Platte (43); wobei der Teilchenemitter (17a) dazu konfiguriert ist, einen divergenten Strahl von geladenen Teilchen zu erzeugen; wobei der Teilchenemitter (17a), die erste Platte (31), der erste Ablenker (53) und die zweite Platte (43) in dieser Reihenfolge hintereinander entlang einem Strahlengang der geladenen Teilchen angeordnet sind; wobei die erste Platte (31) wenigstens eine erste Öffnung (33) und wenigstens eine zweite Öffnung (37) aufweist, welche in einem Strahlengang des divergenten Strahls (29) angeordnet sind und durch welche geladene Teilchen des divergenten Strahls (29) durch die erste Platte (31) hindurchtreten können, wobei die wenigstens eine erste Öffnung (33) eine erste Querschnittsfläche aufweist und die wenigstens eine zweite Öffnung (37) eine zweite Querschnittsfläche aufweist, die größer ist als die erste Querschnittsfläche, und wobei die durch die wenigstens eine erste Öffnung und die wenigstens eine zweite Öffnung hindurchtretenden Teilchen des divergenten Strahls hinter der ersten Platte einen ersten bzw. einen zweiten Strahl (39, 41) bilden; wobei die zweite Platte (43) eine dritte Öffnung (45) aufweist, durch welche geladene Teilchen des ersten und des zweiten Strahls (39, 41) durch die zweite Platte hindurchtreten können; wobei der erste Ablenker (53) dazu konfiguriert ist, den ersten Strahl (39) und den zweiten Strahl (41) abzulenken; wobei die Steuerung (11a) dazu konfiguriert ist, in einem ersten Betriebsmodus, den ersten Ablenker (53) so einzustellen, dass Teilchen des ersten Strahls die dritte Öffnung (45) in der zweiten Platte (43) durchsetzen und den von der Teilchenquelle (17a) erzeugten Teilchenstrahl (51) bilden während Teilchen des zweiten Strahls (41) die zweite Platte (43) nicht durchsetzen, und, in einem zweiten Betriebsmodus, den ersten Ablenker (53) so einzustellen, dass Teilchen des zweiten Strahls (41) die dritte Öffnung (45) in der zweiten Platte (43) durchsetzen und den von der Teilchenquelle (3a) erzeugten Teilchenstrahl (51) bilden während die Teilchen des ersten Strahls (39) die zweite Platte (43) nicht durchsetzen.
Teilchenquelle nach Anspruch 1, wobei der erste Ablenker (53) ein elektrisches und/oder magnetisches Dipolfeld bereitstellt, um den ersten Strahl (39) und den zweiten Strahl (41) gemeinsam um einen ersten Ablenkwinkel (a) abzulenken.
Teilchenquelle nach Anspruch 2, ferner umfassend einen zweiten Ablenker (57), welcher entlang des Strahlengangs hinter dem ersten Ablenker (53) angeordnet ist und dazu konfiguriert ist, die Teilchen des ersten und des zweiten Teilchenstrahls (39, 41) um einen einstellbaren zweiten Ablenkwinkel (β) abzulenken.
Teilchenquelle nach Anspruch 3, wobei die Steuerung (11a) dazu konfiguriert ist, den zweiten Ablenkwinkel (β) des zweiten Ablenkers in dem ersten Betriebsmodus so einzustellen, dass der erzeugte Teilchenstrahl (51) in eine vorbestimmte Richtung (35) gerichtet ist, und den zweiten Ablenkwinkel (β) des zweiten Ablenkers (57) in dem zweiten Betriebsmodus so einzustellen, dass der erzeugte Teilchenstrahl (51) in die gleiche vorbestimmte Richtung (35) gerichtet ist.
Teilchenquelle nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, den ersten und den zweiten Ablenkwinkel (α, β) so einzustellen, dass ein Unterschied zwischen dem zweiten Ablenkwinkel im ersten Betriebsmodus und dem zweiten Ablenkwinkel im zweiten Betriebsmodus gleich einem Unterschied zwischen dem ersten Ablenkwinkel im ersten Betriebsmodus und dem ersten Ablenkwinkel im zweiten Betriebsmodus ist.
Teilchenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste Ablenker (53d, 27d) ein elektrisches und/oder magnetisches fokussierendes Linsenfeld bereitstellt, um den ersten Strahl (39) und den zweiten Strahl (41) gemeinsam zu fokussieren.
Teilchenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Hauptebene (59) des zweiten Ablenkers (57) gesehen in Richtung des Strahlengangs mit einem Abstand von einer dem Teilchenemitter (17a) zugewandten Oberfläche der zweiten Platte (43) angeordnet ist, der kleiner ist als 5 mm.
Teilchenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend eine teilchenoptische Linse (27a) mit einer Hauptebene (71), welche in dem Strahlengang hinter der ersten Platte (31) angeordnet ist.
Teilchenquelle nach Anspruch 8, wobei die Hauptebene (71) der teilchenoptischen Linse (27) in dem Strahlengang hinter der zweiten Platte (43) angeordnet ist.
Teilchenquelle nach Anspruch 8, wobei die Hauptebene (71b) der teilchenoptischen Linse (27b) in dem Strahlengang zwischen der ersten Platte (31b) und der zweiten Platte (43b) angeordnet ist.
Teilchenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner umfassend eine dritte Platte (47), welche in dem Strahlengang sowohl hinter der zweiten Platte (43) als auch hinter der Hauptebene (71) der teilchenoptischen Linse (27a) angeordnet ist und welche eine vierte Öffnung (49) aufweist, durch welche Teilchen des erzeugten Teilchenstrahls (51) die dritte Platte durchsetzen können.
Teilchenquelle nach Anspruch 11, wobei eine Brechkraft der teilchenoptischen Linse (27a) durch die Steuerung (11a) einstellbar ist, und wobei die Steuerung (11a) ferner dazu konfiguriert ist, die Brechkraft der teilchenoptischen Linse (27) so einzustellen, dass der erzeugte Teilchenstrahl (51) einen Strahlfokus an einem Ort aufweist, der, gesehen in Richtung des Strahlengangs, von einer dem Teilchenemitter zugewandten Oberfläche der dritten Platte einen Abstand aufweist, der kleiner ist als 5 mm.
Teilchenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei eine Querschnittsfläche der dritten Öffnung (45) in der zweiten Platte (43) größer ist als die Querschnittsfläche der ersten Öffnung (33) in der ersten Platte (31).
Teilchenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Teilchenquelle so konfiguriert ist, dass in dem ersten Betriebsmodus sämtliche Teilchen des ersten Strahls (39) die dritte Öffnung (45) in der zweiten Platte (43) durchsetzen.
Teilchenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Teilchenquelle so konfiguriert ist, dass in dem zweiten Betriebsmodus ein Teil der Teilchen des zweiten Strahls (41) auf die zweite Platte (43) treffen und die dritte Öffnung (45) in der zweiten Plate (43) nicht durchsetzen.
Teilchenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Teilchenquelle frei ist von einem Ablenker, der dazu konfiguriert ist, Teilchen eines Teilchenstrahls um einen einstellbaren Ablenkwinkel abzulenken und der, gesehen entlang des Strahlengangs, zwischen dem Teilchenemitter und der ersten Platte angeordnet ist.
Teilchenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Teilchenquelle frei ist von einer teilchenoptischen Linse, welche ein einen Teilchenstrahl fokussierendes Magnetfeld bereitstellt, dessen Hauptebene, gesehen entlang des Strahlengangs, zwischen dem Teilchenemitter und der ersten Platte angeordnet ist.
Teilchenoptische Vorrichtung, umfassend: die Teilchenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 17, und eine teilchenoptische Linse, welche dazu konfiguriert ist, den von der Teilchenquelle erzeugten Teilchenstrahl an einem Objekt zu fokussieren.