DE102020107738B3 - Teilchenstrahl-System mit einer Multipol-Linsen-Sequenz zur unabhängigen Fokussierung einer Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen, seine Verwendung und zugehöriges Verfahren - Google Patents

Teilchenstrahl-System mit einer Multipol-Linsen-Sequenz zur unabhängigen Fokussierung einer Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen, seine Verwendung und zugehöriges Verfahren Download PDF

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Abstract

Teilchenstrahl-System, das Folgendes aufweist: eine Vielstrahl-Teilchenquelle, die konfiguriert ist, eine Vielzahl von geladenen Einzel-Teilchenstrahlen zu erzeugen; eine Multipol-Linsen-Sequenz mit mindestens einem ersten Multipol-Linsen-Array und mit mindestens einem zweiten Multipol-Linsen-Array, wobei das erste Multipol-Linsen-Array eine Vielzahl von individuell einstellbaren ersten Multipol-Linsen zur Erzeugung von ersten Quadrupolfeldern aufweist und im Strahlengang der Teilchen derart angeordnet ist, dass die Einzel-Teilchenstrahlen das erste Multipol-Linsen-Array im Wesentlichen durchsetzen, und wobei das zweite Multipol-Linsen-Array eine Vielzahl von individuell einstellbaren zweiten Multipol-Linsen zur Erzeugung von zweiten Quadrupolfeldern aufweist und welches im Strahlengang der Teilchen so angeordnet ist, dass die Einzel-Teilchenstrahlen, die das erste Multipol-Linsen-Array durchsetzen, auch das zweite Multipol-Linsen-Array im Wesentlichen durchsetzen; und eine Steuerung, die dazu eingerichtet ist, die Multipol-Linsen der Multipol-Linsen-Sequenz derart anzusteuern, dass zusammengehörige Gruppen von Multipol-Linsen der Multipol-Linsen-Sequenz, die jeweils von demselben Einzel-Teilchenstrahl durchsetzt werden, auf den sie jeweils durchsetzenden Einzel-Teilchenstrahl insgesamt eine individuell einstellbare und fokussierende Wirkung ausüben.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft Teilchenstrahl-Systeme, welche mit einer Vielzahl von Teilchenstrahlen arbeiten.
  • Stand der Technik
  • Mehrstrahl-Teilchenmikroskope können ebenso wie Einzelstrahl-Teilchenmikroskope dazu verwendet werden, Objekte auf einer mikroskopischen Skala zu analysieren. Bspw. können mittels dieser Teilchenmikroskope Bilder eines Objekts aufgenommen werden, welche eine Oberfläche des Objekts repräsentieren. Auf diese Weise kann bspw. die Struktur der Oberfläche analysiert werden. Während in einem Einzelstrahl-Teilchenmikroskop ein einziger Teilchenstrahl aus geladenen Teilchen wie bspw. Elektronen, Positronen, Myonen oder Ionen, dazu verwendet wird, das Objekt zu analysieren, wird in einem Mehrstrahl-Teilchenmikroskop eine Mehrzahl von Teilchenstrahlen dazu verwendet. Die Mehrzahl der Teilchenstrahlen, welche auch als Bündel bezeichnet wird, wird gleichzeitig auf die Oberfläche des Objekts gerichtet, wodurch verglichen mit einem Einzelstrahl-Teilchenmikroskop eine deutlich größere Fläche der Oberfläche des Objekts während eines gleichen Zeitraums abgetastet und analysiert werden kann.
  • Aus der WO 2005 / 024 881 A2 ist ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem in Form eines Elektronenmikroskopiesystems bekannt, welches mit einer Vielzahl von Elektronenstrahlen arbeitet, um ein zu untersuchendes Objekt mit einem Bündel von Elektronenstrahlen parallel abzurastern. Das Bündel von Elektronenstrahlen wird erzeugt, indem ein von einer Elektronenquelle erzeugter Elektronenstrahl auf eine Multiaperturplatte gerichtet wird, welche eine Vielzahl von Öffnungen aufweist. Ein Teil der Elektronen des Elektronenstrahls trifft auf die Multiaperturplatte und wird dort absorbiert, und ein anderer Teil des Stahls durchsetzt die Öffnungen der Multiaperturplatte, so dass im Strahlengang hinter einer jeden Öffnung ein Elektronenstrahl geformt wird, dessen Querschnitt durch den Querschnitt der Öffnung definiert ist. Weiterhin führen geeignet gewählte elektrische Felder, welche im Strahlengang vor und/ oder hinter der Multiaperturplatte bereitgestellt sind, dazu, dass eine jede Öffnung in der Multiaperturplatte als eine Linse auf den die Öffnung durchsetzenden Elektronenstahl wirkt, so dass die Elektronenstrahlen in einer Ebene fokussiert werden, welche in einem Abstand von der Multiaperturplatte liegt. Die Ebene, in der die Foki der Elektronenstrahlen gebildet werden, wird durch eine nachfolgende Optik auf die Oberfläche des zu untersuchenden Objekts abgebildet, so dass die einzelnen Elektronenstrahlen als Primärstrahlen fokussiert auf das Objekt treffen. Dort erzeugen sie von dem Objekt ausgehende Wechselwirkungsprodukte wie Rückstreuelektronen oder Sekundärelektronen, welche zu Sekundärstrahlen geformt und von einer weiteren Optik auf einen Detektor gerichtet werden. Dort trifft ein jeder der Sekundärstrahlen auf ein separates Detektorelement, so dass die mit diesem detektierten Elektronenintensitäten Informationen zu dem Objekt an dem Ort bereitstellen, an dem der entsprechende Primärstrahl auf das Objekt trifft. Das Bündel von Primärstrahlen wird systematisch über die Oberfläche des Objekts gescannt, um in der für Rasterelektronenmikroskope üblichen Weise ein elektronenmikroskopisches Bild des Objekts zu erzeugen.
  • Bei dem beschriebenen Vielzahl-Teilchenstrahlsystem sind eine hohe Auflösung und ein hoher Durchsatz für eine zufriedenstellende und erfolgreiche Verwendung in der Praxis von hoher Relevanz. Dabei ist es wünschenswert, verschiedene Arten von auftretenden Abbildungsfehlern weitgehend zu reduzieren. Insbesondere bei Vielzahl-Teilchenstrahlsystemen ist die Reduktion von Abbildungsfehlern außerhalb der optischen Achse des Systems von besonderer Bedeutung, damit eine hohe Auflösung für alle Einzel-Teilchenstrahlen erreicht werden kann.
  • Je mehr Einzel-Teilchenstrahlen verwendet werden bzw. je größer das Sichtfeld („field of view“ - (FOV)) eines Vielzahl-Teilchenstrahlsystems ist, desto mehr gewinnt der Abbildungsfehler Bildfeldwölbung an Bedeutung. Bei der Bildfeldwölbung werden in einer Ebene liegende Foki der Einzel-Teilchenstrahlen auf eine (konvex) gekrümmte Fläche abgebildet. Die Abbildung erfolgt also nicht durchgängig exakt auf die Objektebene, wobei dieser Abbildungsfehler für Einzel-Teilchenstrahlen, die weiter entfernt von der optischen Achse des Systems liegen, größer wird.
  • Zur Reduzierung der Bildfeldwölbung sind gemäß dem Stand der Technik folgende Ansätze bereits bekannt:
    • Bei der Erzeugung von Einzel-Teilchenstrahlen mittels eines Multi-Linsen-Arrays durchsetzen die Einzel-Teilchenstrahlen eine Multiaperturanordnung, bei der die runden Aperturen verschiedene Durchmesser aufweisen (vgl. US 7 554 094 B2 ). Konkret steigt der Durchmesser d der Aperturen mit zunehmendem Abstand von der optischen Achse des Systems bzw. mit zunehmendem Abstand von der zentralen Apertur. Die Vergrößerung des Durchmessers reduziert die Brechkraft der entsprechenden Linse und die Fokallänge für den Einzel-Teilchenstrahl erhöht sich. Somit liegen die Foki der Einzel-Teilchenstrahlen bei entsprechender Wahl der Apertur-Durchmesser auf einer konkav gekrümmten Fläche, wodurch eine nachfolgend durch die weitere Abbildung generierte Bildfeldwölbung (konvex) kompensiert werden kann. Nachteilig hierbei ist aber, dass diese Art der Korrektur bei veränderten Arbeitspunkten des Teilchenstrahl-Systems nicht ohne einen Austausch des Multi-Linsen-Arrays funktioniert.
  • Ein weiterer Lösungsansatz zur Korrektur einer Bildfeldwölbung ist der, das Multi-Linsen-Array in Zonen einzuteilen, in denen leicht unterschiedliche Spannungen an die Linsen angelegt werden, um die Fokallänge von Gruppen von Einzel-Teilchenstrahlen einzustellen. Dieser Ansatz ist aber immer nur von begrenzter Genauigkeit bzw. stellt eine Näherungslösung dar.
  • Die Anmelderin bzw. deren Rechtsvorgängerin hat außerdem in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2018 007 652 A1 die Verwendung von Multi-Linsen-Arrays mit einer Vielzahl von individuell einstellbaren und fokussierenden ansteuerbaren Teilchenlinsen zur Korrektur einer Bildfeldwölbung vorgeschlagen; die Offenbarung der DE 10 2018 007 652 A1 wird in diese Anmeldung vollumfänglich mit aufgenommen. Die Teilchenlinsen umfassen dabei Ringelektroden. Alternativ wird vorgeschlagen, anstelle der Ringelektroden azimutal unterteilte Elektroden wie Quadrupole oder Oktupole zu verwenden, und zwar mit einer an allen Elektroden identisch anliegenden Spannung.
  • US 2015 / 0 287 568 A1 offenbart ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem mit verbesserter Strahlfokussierung. Zu diesem Zweck werden mittels Quadrupol-Linsen gezielt astigmatische Teilchenstrahlen erzeugt und deren Abbildungsgeometrie wird analysiert, was Rückschlüsse auf die bestmögliche Fokussierung der nicht-astigmatischen Strahlen erlaubt.
  • US 2017 / 0 309 449 A1 offenbart ein Teilchenstrahlsystem, wobei ein auf Teilchenstrahlen aufzuprägender Astigmatismus gezielt anpassbar ist. Dazu werden Multipol-Paare, die sequentiell zueinander und insbesondere hinsichtlich des Azimuts um 45° verdreht zueinander angeordnet sind, eingesetzt.
  • DE 10 2014 008 083 A1 offenbart Felderzeuger für die Erzeugung von Quadrupolfeldern. Die Anordnung dient der Astigmatismus-Kompensation.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Möglichkeit für die unabhängigen Linsenwirkungen oder Fokussierungen für eine Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen bei einem Vielzahl-Teilchensystems bereitzustellen. Es ist insbesondere die Aufgabe, die unabhängigen Linsenwirkungen oder Fokussierungen für die Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen mit verringerter Spannung zur Verfügung zu stellen. Es ist eine weitere Aufgabe, die unabhängigen Linsenwirkungen für die Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen mit verstärkter Wirkung zur Verfügung zu stellen und eine Fokussierung mit höherer Brechkraft und kürzerer Brennweite zur Verfügung zu stellen.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Möglichkeit für eine Bildfeldwölbungskorrektur bei einem Vielzahl-Teilchenstrahlsystem bereitzustellen. Die Aufgabe wird gelöst durch die unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.
  • Die Erfindung verwendet zur unabhängigen Fokussierung einer Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen beispielsweise zur Bildfeldwölbungskorrektur erstmals Multipol-Sequenzen mit mindestens zwei Multipol-Arrays, die individuell ansteuerbar sind und die jeweils speziell orientierte Quadrupolfelder erzeugen. Im Prinzip können diese Quadrupolfelder aus elektrischen oder magnetischen Quadrupolfeldern, oder sogar aus einer elektrischmagnetischen Kombination, bestehen. Bei einer Vielzahl von Multipolen auf kleinem Raum innerhalb eines Multipol-Arrays lassen sich jedoch nur elektrische Multipole technisch gut umsetzen bzw. nur elektrische Quadrupolfelder leicht generieren. Darum werden im Folgenden nur noch elektrische Multipole, Multipol-Arrays oder Multipolfelder betrachtet. Prinzipiell lassen sich aber alle Aussagen auch auf eine magnetische oder elektrischmagnetische Ausführungsform übertragen.
  • Durch oben beschriebene Quadrupolfelder kann im Prinzip dieselbe teilchenoptische Abbildung wie mit einer Einzellinse bewirkt werden. Allerdings bietet die erfindungsgemäße Realisierung den Vorteil, dass zur unabhängigen Fokussierung einer Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen beispielsweise zur Bildfeldwölbungskorrektur mit deutlich geringeren Spannungen gearbeitet werden kann. Auch eine Kombination der Quadrupolfelder mit weiteren Multipol-Feldern für weitere Korrekturen bei der Einzel-Strahlführung bzw. zur Korrektur von weiteren Abbildungsfehlern ist auf einfache Weise möglich.
  • Konkret bezieht sich die Erfindung gemäß einem ersten Aspekt auf ein Teilchenstrahl-System, das Folgendes aufweist:
    • eine Vielstrahl-Teilchenquelle, die konfiguriert ist, eine Vielzahl von geladenen Einzel-Teilchenstrahlen zu erzeugen;
    • eine Multipol-Linsen-Sequenz mit mindestens einem ersten Multipol-Linsen-Array und mit mindestens einem zweiten Multipol-Linsen-Array,
    • wobei das erste Multipol-Linsen-Array eine Vielzahl von individuell einstellbaren ersten Multipol-Linsen zur Erzeugung von ersten Quadrupolfeldern aufweist und im Strahlengang der Teilchen derart angeordnet ist, dass die Einzel-Teilchenstrahlen das erste Multipol-Linsen-Array im Wesentlichen durchsetzen, und
    • wobei das zweite Multipol-Linsen-Array eine Vielzahl von individuell einstellbaren zweiten Multipol-Linsen zur Erzeugung von zweiten Quadrupolfeldern aufweist und welches im Strahlengang der Teilchen so angeordnet ist, dass die Einzel-Teilchenstrahlen, die das erste Multipol-Linsen-Array durchsetzen, auch das zweite Multipol-Linsen-Array im Wesentlichen durchsetzen; und
    • eine Steuerung, die dazu eingerichtet ist, die Multipol-Linsen der Multipol-Linsen-Sequenz derart anzusteuern, dass zusammengehörige Gruppen von Multipol-Linsen der Multipol-Linsen-Sequenz, die jeweils von demselben Einzel-Teilchenstrahl durchsetzt werden, auf den sie jeweils durchsetzenden Einzel-Teilchenstrahl insgesamt eine individuell einstellbare und fokussierende Wirkung ausüben.
  • Bei den geladenen Teilchen kann es sich zum Beispiel um Elektronen, Positronen, Myonen oder Ionen oder andere geladene Partikel handeln. Bevorzugt handelt es sich um Elektronen, die zum Beispiel mithilfe einer thermischen Feldemissionsquelle (TFE) erzeugt werden. Aber auch andere Teilchenquellen können Verwendung finden.
  • Gemäß der Erfindung ist mindestens eine Teilchenquelle vorgesehen, es können aber auch mehrere Teilchenquellen vorgesehen sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Vielstrahl-Teilchenquelle dabei Folgendes aufweisen: mindestens eine Teilchenquelle, welche dazu konfiguriert ist, einen Strahl geladener Teilchen zu erzeugen; und eine Multiaperturplatte, welche eine Vielzahl von insbesondere runden Öffnungen aufweist und welche im Strahlengang der Teilchen derart angeordnet ist, dass mindestens einige der Teilchen die Öffnungen der Multiaperturplatte in Form der Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen durchsetzen.
  • Der Kerngedanke der Erfindung wird durch das Vorsehen der speziellen Multipol-Linsen-Sequenz und deren spezielle Ansteuerung realisiert. Unter einem Multipol wird ein Dipol, Quadrupol, Oktupol oder ein Multipol höherer Ordnung verstanden. Dabei umfasst die Multipol-Linsen-Sequenz mindestens ein erstes Multipol-Linsen-Array und mindestens ein zweites Multipol-Linsen-Array. Es können jedoch auch drei, vier, fünf, sechs oder mehr Multipol-Linsen-Arrays vorgesehen sein. Der Begriff der Sequenz deutet dabei an, dass die Multipol-Linsen-Arrays im Strahlengang der Einzel-Teilchenstrahlen bevorzugt direkt aufeinander abfolgend angeordnet sind. Es ist aber auch möglich, dass sich zwischen verschiedenen Multipol-Linsen-Arrays der Multipol-Linsen-Sequenz andere optische Elemente oder Bauteile befinden. Wichtig ist, dass sich mithilfe der Sequenz - und nicht zwingend mit einem einzelnen Multipol-Linsen-Array - die gewünschte fokussierende Wirkung über die Steuerung einstellen lässt.
  • Die einzelnen Multipol-Linsen in den Multipol-Linsen-Arrays können innerhalb desselben Arrays im Prinzip baugleich sein. Es ist auch möglich, dass die Multipol-Linsen-Sequenz mehrere baugleiche Multipol-Linsen-Arrays umfasst. Die Öffnungen des Multipol-Linsen-Arrays sind dabei bevorzugt regelmäßig in dem Array angeordnet. Es ist beispielsweise möglich, die Multipol-Linsen in dem Array in einem regelmäßigen Quadrat oder Rechteck anzuordnen. Bevorzugt ist es aber so, dass die Anordnung der Öffnungen bzw. Multipol-Linsen in einem Array hexagonal ist. Das bedeutet also, dass die Einzel-Teilchenstrahlen gemäß einer hexagonalen Struktur zum Beispiel mit 61 oder 91 Einzel-Teilchenstrahlen angeordnet sind (entsprechend der allgemeinen Formel 3 n (n - 1) + 1, wobei n eine natürliche Zahl ist) und diese Anordnung dann geometrisch auch in dem Multipol-Linsen-Array vorgesehen ist.
  • Wichtig ist nun, dass mittels des ersten Multipol-Linsen-Arrays eine Vielzahl von individuell einstellbaren ersten Multipol-Linsen zur Erzeugung von ersten Quadrupolfeldern vorgesehen ist. Diese Quadrupolfelder können zum einen mit Quadrupol-Linsen erzeugt werden. Es ist aber auch möglich, dass die erzeugende Multipol-Linse zum Beispiel ein Oktupol ist, der entsprechend angesteuert wird. Insofern ist der wichtige Aspekt nicht die konstruktive Ausgestaltung der Linse, sondern die Erzeugung des Quadrupolfeldes mithilfe der Linse. Es ist auch möglich, dass die Quadrupolfelder jeweils mit einem oder mehreren anderen Feldern, insbesondere Multipolfeldern, überlagert sind.
  • Das erste Multipol-Linsen-Array und das zweite Multipol-Linsen-Array können in dem Teilchenstrahl-System direkt aufeinander folgend angeordnet sein. Es ist aber auch möglich, dass sich andere Multipol-Linsen-Arrays oder andere optische Bauteile zwischen dem ersten Multipol-Linsen-Array und dem zweiten Multipol-Linsen-Array angeordnet sind.
  • Es ist möglich, dass das erste Multipol-Linsen-Array und das zweite Multipol-Linsen-Array jeweils dieselbe Anzahl von Multipol-Linsen aufweisen. Es ist aber auch möglich, dass die Anzahl unterschiedlich ist. Im bevorzugten Fall durchsetzen die Einzel-Teilchenstrahlen sämtliche Multipol-Linsen im ersten Multipol-Linsen-Array und sämtliche Multipol-Linsen in dem zweiten Multipol-Linsen-Array. Dabei können Multipol-Linsen der Multipol-Linsen-Sequenz, die verschiedenen Multipol-Linsen-Arrays zugehörig sind, zu Gruppen zusammengefasst werden. Eine Gruppe wird dabei von den Multipol-Linsen verschiedener Multipol-Linsen-Arrays gebildet, die jeweils von demselben Einzel-Teilchenstrahl durchsetzt werden. Die Anzahl der Gruppen ist hier also identisch mit der Anzahl der Multipol-Linsen in jedem Multipol-Linsen-Array.
  • Erfindungsgemäß ist es nun so, dass die Steuerung dazu eingerichtet ist, die Multipol-Linsen der Multipol-Linsen-Sequenz derart anzusteuern, dass zusammengehörige Gruppen von Multipol-Linsen der Multipol-Linsen-Sequenz, die jeweils von demselben Einzel-Teilchenstrahl durchsetzt werden, auf den sie jeweils durchsetzenden Einzel-Teilchenstrahl insgesamt eine individuell einstellbare und fokussierende Wirkung ausüben. Es ist also so, dass mithilfe der Gruppe von Multipol-Linsen jeweils ein Einzel-Teilchenstrahl individuell beeinflusst und fokussiert wird. Die Fokussierung eines Einzel-Teilchenstrahles wird dadurch möglich, dass der Einzel-Teilchenstrahl zwei unterschiedlich orientierte Quadrupolfelder durchsetzt. Es ist im Prinzip bekannt, dass mithilfe von zwei Quadrupolfeldern eine ähnliche fokussierende Wirkung erreicht werden kann wie mit einer Einzellinse bzw. Rundlinse. Bei einer Fokussierung von Achs-parallelen Teilchenstrahlen werden grundsätzlich Abweichungen von der optischen Achse Z verringert. Dabei beeinflussen Quadrupolfelder Teilchen bzw. Teilchenstrahlen, die in unterschiedlichen Positionen von der optischen Achse verlaufen, in unterschiedlicher Art und Weise. Mit einem einzigen Quadrupolfeld, dessen Zentrum auf der optischen Achse liegt bzw. das sich entlang der optischen Achse erstreckt, ist deshalb nur eine Fokussierung in einer ersten Richtung möglich (z.B. nur Korrektur einer x-Abweichung von der Achse oder nur Korrektur einer y-Abweichung von der Achse). Wird nun aber ein zweites Quadrupolfeld sequenziell und mit anderer Orientierung zum ersten Quadrupolfeld ebenfalls auf der optischen Achse des Systems angeordnet, so kann dadurch auch eine Fokussierung in einer zweiten zur ersten Richtung orthogonalen Richtung erfolgen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen der Quadrupol des ersten Quadrupolfelds und/oder der Quadrupol des zweiten Quadrupolfelds zueinander im Wesentlichen eine um 90° gedrehte Orientierung und im Wesentlichen dieselbe Amplitude auf. Eine um 90° gedrehte Orientierung entspricht bei einem Quadrupol der Invertierung der Spannungsbelegung der Elektroden des Quadrupols.
  • Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung ist die Orientierung zwischen den beiden Quadrupolen exakt um 90° gedreht, wobei exakt hier bedeutet, dass die Orientierung der Quadrupole so genau wie irgend möglich vorgenommen wird. Es ist aber auch möglich, dass die Drehung der Orientierung nicht exakt 90° beträgt, und zwar in den Fällen, in denen diese Abweichung von den 90° explizite Vorteile bietet: Das ist zum Beispiel dann der Fall, wenn der Multipol-Linsen-Sequenz eine starke magnetische Linsenwirkung wie zum Beispiel ein Kondensorlinsensystem vorangeht. Das Magnetfeld dieser magnetischen Linse(n) wirkt dann auch noch in die Multipol-Linsen-Sequenz hinein und die Einzel-Teilchenstrahlen erfahren in dem Magnetfeld eine Lamordrehung. Der hierdurch auftretende Fehler lässt sich durch die Drehung der Orientierung der Quadrupole des ersten und zweiten Quadrupolfeldes zueinander korrigieren.
  • Der Vorteil der Verwendung von sequenziell angeordneten Quadrupolfeldern verglichen mit Einzellinsen bzw. Rundlinsen liegt darin, dass die für die Fokussierungswirkung notwendige Spannung an den Elektroden der Multipol-Linsen deutlich geringer gewählt werden kann als bei Verwendung einer Einzellinse bzw. Rundlinse. Für eine beispielhafte Strahlenergie von 10 keV beträgt ein typischer Wert für die zur Fokussierung notwendige Spannung betragsmäßig mehr als 1.000 V, z.B. -1.250 V. Werden hingegen Quadrupole verwendet, so beträgt die Fokussierspannung bei derselben Strahlenergie nur etwa ca. 50 V. Dies bietet umfangreiche Vorteile bei der Spannungsversorgung der Multipol-Linsen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das erste Multipol-Linsen-Array und/oder das zweite Multipol-Linsen-Array ein Quadrupol-Linsen-Array auf. Dabei sind also pro Multipol-Linse vier elektrostatische Elektroden vorgesehen, die bevorzugt identisch ausgestaltet sind. Da bei einem Quadrupol jeweils zwei Elektroden, bevorzugt konstruktiv, exakt dieselbe Spannung aufweisen sollen, ist es zum Beispiel möglich, Elektroden derselben Polung bzw. Spannung mithilfe derselben Spannungsquelle zu versorgen. Es ist also möglich, einander gegenüberliegende Elektroden hinsichtlich der Spannungsversorgung jeweils miteinander zu koppeln, um ein möglichst reines Quadrupolfeld mit einem möglichst geringen, parasitären Dipolfeld zu erzeugen. Bei einer Versorgung von einander gegenüber liegenden Elektroden mit getrennten Spannungsversorgungen können aufgrund von Schwankungen bzw. Rauschen der einzelnen Spannungsversorgungen solche parasitären Dipolfelder mit schwankenden bzw. rauschenden Amplituden entstehen. Sinngemäß gilt dieser Kopplungsgedanke von Elektroden gleicher Spannung auch für Multipole höherer Ordnung.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Multipol-Linsen-Sequenz ein drittes Multipol-Linsen-Array auf, wobei das dritte Multipol-Linsen-Array eine Vielzahl von individuell einstellbaren dritten Multipol-Linsen zur Erzeugung von dritten Quadrupolfeldern aufweist und welches im Strahlengang der Teilchen zwischen dem ersten und dem zweiten Multipol-Linsen-Array und so angeordnet ist, dass die Einzel-Teilchenstrahlen, die das erste Multipol-Linsen-Array durchsetzen, auch das dritte Multipol-Linsen-Array im Wesentlichen durchsetzen, und wobei die Steuerung des Weiteren dazu eingerichtet ist, die Multipol-Linsen der Multipol-Linsen-Sequenz, die jeweils von demselben Einzel-Teilchenstrahl durchsetzt werden, derart anzusteuern, dass sie auf die sie jeweils durchsetzenden Einzel-Teilchenstrahlen insgesamt eine Wirkung derart ausüben, dass die Abbildung der Einzel-Teilchenstrahlen in einer Fokusebene im Wesentlichen verzeichnungsfrei ist. Mithilfe dieser Ausführungsvariante lässt sich also die Abbildungsqualität noch einmal verbessern. Während bei der Verwendung von nur zwei Quadrupolfeldern die gewünschte Fokussierung im Prinzip nur verzeichnet erreicht wird (ein kreisförmiger Eingangsstrahl wird in einen elliptischen Ausgangsstrahl übergeführt), lässt sich bei Verwendung von insgesamt drei Quadrupolfeldern eine verzeichnungsfreie Fokussierung erreichen (ein kreisförmiger Eingangsstrahl wird in einen kreisförmigen Ausgangsstrahl übergeführt). Bei einer Übertragung eines ausgedehnten Bildfeldes würde die Vergrößerung bspw. in x-Richtung und y-Richtung gleich sein; allerdings wird nur die Teilchenquelle abgebildet, sodass die Betrachtung des Bildfeldes theoretischer Natur ist.
  • Ein weiteres Kriterium zur Unterscheidung ist das Verhalten der Multipol-Linsen beim Durchfokussieren, ohne die Erregung der Multipole zu ändern. Man geht bspw. von einem parallel einfallenden Teilchenstrahl zu einem leicht divergent einfallenden Teilchenstrahl über, bspw. durch Verringerung der Brechkraft eines im Strahlengang der Teilchen davor befindlichen Kondensorlinsensystems. Für beide Ausführungsformen, also bei Multipol-Linsen-Sequenzen mit zwei oder drei Multi-Linsen-Arrays bzw. zwei oder drei Quadrupolfeldern erzeugt das eine Verschiebung der Fokusebene von den Quadrupolen weg. Bei der Ausführungsform mit zwei Quadrupolfeldern entsteht dabei aber in der neuen Fokusebene ein Astigmatismus, bei der Ausführungsform mit drei Quadrupolfeldern dagegen entsteht lediglich eine Verzeichnung.
  • Hinsichtlich des dritten Multipol-Linsen-Arrays und dessen Konstruktion gilt das oben bereits hinsichtlich des ersten Multipol-Linsen-Arrays und hinsichtlich des zweiten Multipol-Linsen-Arrays Ausgeführte.
  • Werden erfindungsgemäß ein erstes, zweites und drittes Multipol-Linsen-Array mit entsprechend erzeugten Quadrupolfeldern für eine Fokussierung der Einzel-Teilchenstrahlen eingesetzt, so ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Quadrupole des ersten und des zweiten Multipol-Linsen-Arrays im Wesentlichen dieselbe Orientierung und im Wesentlichen dieselbe Amplitude aufweisen, und dass die Quadrupole des dritten Multipol-Linsen-Arrays eine zu den ersten und zweiten Quadrupolen um etwa 90° gedrehte Orientierung aufweisen, wobei die Amplitude des dritten Quadrupols größer, insbesondere etwa doppelt so groß, ist wie jeweils die Amplitude des ersten und des zweiten Quadrupols. Alternativ kann man die erhöhte Wirkung des dritten Quadrupols auch durch eine Verdopplung von dessen Länge in Achsrichtung bei gleicher Amplitude (bzw. beliebige Kombinationen daraus) erreichen. Die Ansteuerung der Spannungsversorgung der Multipol-Linsen-Arrays ist im Falle von insgesamt drei Multipol-Linsen-Arrays also eine andere als bei nur zwei Multipol-Linsen-Arrays. Aber auch hier gilt, dass die Wirkung auf die Einzel-Teilchenstrahlen durch eine entsprechende Spannungsversorgung bzw. Ansteuerung von Multipol-Linsen derselben Gruppe, also derjenigen Multipol-Linsen, die von demselben Einzel-Teilchenstrahl durchsetzt werden, erzielt wird. Bevorzugt ist es so, dass die Länge aller Multipole der Multipol-Sequenz identisch ist, da dies fertigungstechnische Vorteile bietet. Dies gilt sowohl für diese als auch für alle anderen Ausführungsformen der Erfindung. Dabei ist unter der Länge der Multipole (im Folgenden auch als Dicke der Multipole bezeichnet) ihre Erstreckung in Richtung der Multipol-Achse Z zu verstehen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Multipol-Linsen-Sequenz ein viertes Multipol-Linsen-Array auf. Hinsichtlich der Konstruktion dieses vierten Multipol-Linsen-Arrays gilt im Prinzip das oben bereits zu dem ersten, zweiten und dritten Multipol-Linsen-Array Ausgeführte. Das vierte Multipol-Linsen-Array weist ebenfalls eine Vielzahl von individuell einstellbaren vierten Multipol-Linsen zur Erzeugung von vierten Quadrupolfeldern auf. Dabei ist das vierte Multipol-Linsen-Array im Strahlengang der Teilchen zwischen dem ersten und dem zweiten Multipol-Linsen-Array und so angeordnet, dass die Einzel-Teilchenstrahlen, die das erste Multipol-Linsen-Array durchsetzen, auch das vierte Multipol-Linsen-Array im Wesentlichen durchsetzen. Des Weiteren ist die Steuerung dazu eingerichtet, die Multipol-Linsen der Multipol-Linsen-Sequenz - hier also mit erstem, zweitem, drittem und viertem Multipol-Linsen-Array - derart anzusteuern, dass sie auf die sie jeweils durchsetzenden Einzel-Teilchenstrahlen insgesamt eine Wirkung derart ausüben, dass die Abbildung der Einzel-Teilchenstrahlen im Wesentlichen frei von Astigmatismus ist. Auch hier wird also durch die Gruppe von zusammengehörigen Multipol-Linsen, die von demselben Einzel-Teilchenstrahl durchsetzt werden, die gewünschte Wirkung bzw. Abbildung für jeden Einzel-Teilchenstrahl erreicht. Mithilfe des vierten Multipol-Linsen-Arrays bzw. dem dadurch erzeugten vierten Quadrupolfeld lässt sich die Abbildungsqualität also weiter verbessern. Wie bei der Ausführungsform mit drei Quadrupolen ist die Abbildung stigmatisch und verzeichnungsfrei. Zusätzlich dazu entsteht allerdings beim Durchfokussieren bei konstanter Erregung der Quadrupole keine Verzeichnung mehr in der verschobenen Fokusebene. Bei Verwendung von vier entsprechend geschalteten Quadrupolfeldern lässt sich in linearer Näherung in den Achsenabständen die erreichte Abbildung somit nicht mehr von der Abbildung durch eine Rundlinse unterscheiden.
  • Wird eine Multipol-Linsen-Sequenz mit vier Multipol-Linsen-Arrays zur Fokussierung verwendet, so ist es bevorzugt so, dass die Quadrupole des ersten und des zweiten Multipol-Linsen-Arrays zueinander im Wesentlichen eine um 90° gedrehte Orientierung und im Wesentlichen dieselbe Amplitude aufweisen, und dass die Quadrupole des dritten und des vierten Multipol-Linsen-Arrays zueinander im Wesentlichen um eine 90° gedrehte Orientierung und im Wesentlichen dieselbe Amplitude aufweisen, wobei die Sequenz von Orientierungen der Quadrupole alternierend ist und wobei die Amplituden des dritten und vierten Quadrupols jeweils größer, insbesondere jeweils etwa dreimal so groß, sind wie die Amplituden des ersten und des zweiten Quadrupols. Typische Werte bei einer Strahlenergie von 10 keV betragen ±22 V für die außen liegenden Quadrupole und ±66 V für die innen liegenden Quadrupole. Alternativ kann man bspw. die Amplitude der außen liegenden Quadrupole erhöhen und deren Länge in Achsrichtung verkürzen, um somit dieselben Spannungsversorgungen oder zumindest Spannungsversorgungen der gleichen Bauart benutzen zu können. Auch hier ist die insgesamt notwendige Fokussierungsspannung also deutlich niedriger als die bei einer Einzellinse notwendige Fokussierungsspannung. Weitere Einzelheiten zu notwendigen Spannungen werden weiter unten noch näher ausgeführt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist mindestens ein Multipol-Linsen-Array ein Oktupol-Linsen-Array auf. Dieses Multipol-Linsen-Array kann dabei auch das erste, zweite, dritte und/oder vierte Multipol-Linsen-Array wie oben beschrieben oder ein weiteres Multipol-Linsen-Array sein. Wichtig hierbei ist, dass auch mithilfe eines Oktupol-Linsen-Arrays Quadrupolfelder erzeugt werden können, wenn die Elektroden der Oktupol-Linse entsprechend angesteuert werden. Außerdem ist es so, dass beim Vorhandensein von acht Elektroden bei einer Oktupol-Linse auch zwei einander überlagerte Quadrupole bzw. Quadrupolfelder bei entsprechender Ansteuerung erzeugt werden können. Mithilfe einer Oktupol-Linse ist es deshalb möglich, die Orientierung eines Quadrupolfeldes bzw. eines insgesamt resultierenden Quadrupolfeldes zu variieren.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Steuerung eingerichtet, die Oktupol-Linsen derart anzusteuern, dass ein durch die Oktupol-Elektroden erzeugtes elektrisches Feld eine Überlagerung zweier Quadrupolfelder ergibt, wobei diese Überlagerung bezüglich einem der Quadrupolfelder, insbesondere dem stärkeren der Quadrupolfelder, im Wesentlichen in einem um die Hauptachse des Einzel-Teilchenstrahls geringfügig gedrehten Quadrupolfeld resultiert. Auch hierbei ist es möglich, Elektroden der Oktupol-Linse, an der dieselben Spannungen anliegen sollen, über eine gemeinsame Spannungsquelle zu versorgen, um besonders stabile Felder zu erzeugen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Steuerung eingerichtet, die Multipol-Linsen derart anzusteuern, dass ein durch die Multipol-Elektroden erzeugtes elektrisches Feld eine Überlagerung aus einem Quadrupolfeld und einem Dipolfeld ist. Dabei können die Multipol-Linsen z.B. Oktupol-Linsen sein. Wie schon beschrieben werden parallel in das Quadrupolfeld eintretende Teilchen zur Achse hin bzw. von der Achse weg abgelenkt. Ebenso abgelenkt wird ein Teilchenstrahl, der um eine Teilchenbahn zentriert ist, die versetzt zur geometrischen Achse des Multipols in das Quadrupolfeld eintritt. Ein überlagertes Dipolfeld kann bei richtiger Wahl der Amplitude und Orientierung diese Ablenkung kompensieren, wobei dann diese Überlagerung bezüglich des Quadrupolfelds in einem zur geometrischen Achse der einzelnen Multipol-Linse verschobenen Quadrupolfeld resultiert. Die teilchenoptische Achse des Quadrupolfelds und die geometrische Achse der Multipol-Linse fallen also nicht mehr zusammen.
  • Wird nur in einem Quadrupolfeld ein zusätzliches Dipolfeld erzeugt, so ergibt dies bei einem zentral durch eine Multipol-Linse laufenden Teilchen eine Ablenkung in eine Richtung. Werden hingegen in zwei Multipol-Linsen-Arrays Dipolfelder zusätzlich zu den Quadrupolfeldern erzeugt, so kann eine Ablenkung an zwei Stellen in zwei Richtungen und damit bei antiparalleler Orientierung der Dipolfelder zueinander (die genaue Orientierung hängt von der Anwesenheit externer Magnetfelder, bspw. von Kondensorlinsen, ab) insgesamt ein Parallelversatz der Einzel-Teilchenstrahlen beim Durchsetzen der Multi-Linse erreicht werden.
  • Eine Überlagerung von Quadrupol- und Dipolfeldern wie oben beschrieben gelingt sowohl bei einer Quadrupol-Linse als auch bei einer Oktupol-Linse oder Multipol-Linsen mit noch höherer Polanzahl. Hierbei hat die Oktupol-Linse gegenüber der Quadrupol-Linse aber den Vorteil, dass man das notwendige Quadrupolfeld nach den vorgestellten Verfahren elektrisch sowohl verschieben als auch drehen kann. Bei Multipol-Linsen mit noch höherer Polanzahl gilt dies auch, jedoch wird dabei der technische Aufwand immer größer.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen alle Elektroden einer Oktupol-Linse des Oktupol-Linsen-Arrays dieselbe Größe und Form auf. Dies erlaubt eine besonders einfache Fertigung des Oktupol-Linsen-Arrays.
  • Alternativ ist es aber auch möglich, dass zumindest einige der Elektroden einer Oktupol-Linse des Oktupol-Linsen-Arrays verschiedene Formen und/oder verschiedene Größen aufweisen. Die Form und Größe einer Elektrode haben einen Einfluss auf das durch die Elektrode erzeugte elektrische Feld. Sind zum Beispiel die ein Quadrupolfeld erzeugenden Elektroden groß, so dominiert das hier erzeugte Quadrupolfeld. Sind die dazwischen angeordneten übrigen Elektroden hingegen klein, so ist durch den Abschattungseffekt das dadurch erzeugte elektrische Feld schwach. Außerdem ist es möglich, in Abweichung von zum Beispiel einer gerundeten Form der Elektroden gezielt andere elektrische Feldformen zu erzeugen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist mindestens ein Multipol-Linsen-Array ein Dipol-Linsen-Array auf. Hierbei handelt es sich also um echte Dipol-Linsen und nicht nur um ein Dipolfeld, das durch Multipol-Linsen höherer Ordnung erzeugt worden ist. Dies gilt ganz grundsätzlich innerhalb dieser Patentanmeldung: Ist von einer bestimmten Multipol-Linse die Rede, so hat diese Multipol-Linse auch die entsprechende Anzahl von Elektroden. Ist hingegen von einem Feld die Rede, so kann dieses Feld mit verschiedenen Arten von Multipol-Linsen erzeugt werden, je nachdem, wie die Elektroden der Multipol-Linsen angesteuert werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Multipol-Linsen-Sequenz Multipol-Linsen-Arrays zur Erzeugung folgender Feld-Sequenz auf: ein Quadrupolfeld - mindestens zwei zueinander unterschiedlich orientierte, insbesondere zwei zueinander im Wesentlichen antiparallele Dipolfelder - ein Quadrupolfeld. Mit einer solchen Anordnung können Einzel-Teilchenstrahlen zwischen dem Durchsetzen der beiden Quadrupolfelder parallel zur optischen Achse versetzt werden.
  • Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung weist die Multipol-Linsen-Sequenz Multipol-Linsen-Arrays zur Erzeugung folgender Feld-Sequenz auf:
    • ein Dipolfeld - ein Quadrupolfeld - ein weiteres Quadrupolfeld - ein zum ersten Dipolfeld unterschiedlich orientiertes, insbesondere im Wesentlichen antiparalleles, weiteres Dipolfeld.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Vielstrahl-Teilchenquelle Folgendes auf: mindestens eine Teilchenquelle, welche dazu konfiguriert ist, einen Strahl geladener Teilchen zu erzeugen; und eine Multiaperturplatte, welche eine Vielzahl von Öffnungen aufweist und welche im Strahlengang der Teilchen derart angeordnet ist, dass mindestens einige der Teilchen die Öffnungen der Multiaperturplatte in Form der Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen durchsetzen. Durch die Multiaperturplatte werden also die Einzel-Teilchenstrahlen überhaupt erst erzeugt. Gemeinhin sind die Öffnungen in der Multiaperturplatte rund, weil dies dem gewünschten optimalen Strahldurchmesser entspricht. Es ist gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung aber auch möglich, dass zumindest einige der Öffnungen, bevorzugt alle Öffnungen bis auf eine ggf. zentral auf der optischen Achse angeordnete Öffnung, in der Multiaperturplatte einen elliptischen Querschnitt aufweisen. Bei einer entsprechenden Wahl der Größe und Orientierung der elliptischen Querschnitte der Öffnungen lässt sich eine nachfolgende Asymmetrie in Form eines verzeichneten Teilchenstrahls. Wird eine zentrale Öffnung in der Multiaperturplatte von einem Einzel-Teilchenstrahl durchsetzt, so ist es sinnvoll, dass diese zentrale Öffnung nicht elliptisch, sondern im Querschnitt rund ausgebildet ist. Insgesamt ist es so, dass die Elliptizität der Öffnungen in der Multiaperturplatte mit steigendem Abstand vom Mittelpunkt der Multiaperturplatte bzw. der zentralen runden Öffnung in der Multiaperturplatte zunimmt. Die Orientierung der elliptischen Öffnungen ist dabei wie folgt: Betrachtet man die Verbindung zwischen dem Mittelpunkt der Ellipse und dem Mittelpunkt der Multiaperturplatte, so ist die durch den Mittelpunkt gehende Hauptachse der Ellipse orthogonal oder parallel zu einer radial vom Mittelpunkt der Multiaperturplatte durch den Mittelpunkt der Ellipse gehenden Halbgerade. Anders ausgedrückt ist die Nebenachse der Ellipse in radialer Richtung ausgehend vom Mittelpunkt der Multiaperturplatte oder orthogonal zu dieser Richtung orientiert.
  • Typische Öffnungsdurchmesser für Öffnungen der Multiaperturplatte betragen d ≤ 150 µm, insbesondere d ≤ 50 µm und/oder d ≤ 10 µm.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Teilchenstrahl-System des Weiteren Folgendes auf: Ein Rundlinsen-Array, welches eine Vielzahl von fokussierenden Teilchenlinsen aufweist und welches im Strahlengang der Teilchen derart angeordnet ist, dass die Einzel-Teilchenstrahlen, die die Multipol-Linsen-Sequenz durchsetzen, im Wesentlichen auch das Rundlinsen-Array durchsetzen, wobei die fokussierenden Teilchenlinsen des Rundlinsen-Arrays keine Multipol-Linsen sind. Stattdessen kann es sich zum Beispiel um Einzellinsen handeln. In vielen Teilchenstrahl-Systemen und insbesondere bei Mehrstrahl-Teilchenmikroskopen wird das genannte Rundlinsen-Array bereits verwendet. Kombiniert man nun dieses Rundlinsen-Array mit der Multipol-Linsen-Sequenz gemäß der Erfindung, so lässt sich dadurch eine Bildfeldwölbung bei den bestehenden Systemen korrigieren. Es ist außerdem so, dass die durch die Multipol-Linsen-Arrays erzeugte Fokuswirkung dabei verhältnismäßig schwach sein kann, da diese Anordnung nur zur Korrektur der Fokuslage dient und nicht zur alleinigen Fokussierung der Einzel-Teilchenstrahlen. Gleichwohl wäre dies aber möglich.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Rundlinsen-Array im Strahlengang der Teilchen nach der Multipol-Linsen-Sequenz angeordnet und das System weist des Weiteren Folgendes auf: ein Kondensorlinsen-System, das im Strahlengang der Teilchen vor der Multipol-Linsen-Sequenz angeordnet ist. Insgesamt ergibt sich damit die Sequenz Kondensorlinsen-System - Multipol-Linsen-Sequenz - Rundlinsen-Array. Das Kondensorlinsen-System umfasst typischerweise ein oder mehrere magnetische Kondensorlinsen, deren Magnetfeld noch im Bereich der Multipol-Linsen-Sequenz auf die geladenen Teilchen der Einzel-Teilchenstrahlen einwirkt. Eine dadurch noch vorhandene Lamordrehung kann aber - wie oben bereits beschrieben - von entsprechend orientierten Quadrupolfeldern in der Multipol-Linsen-Sequenz berücksichtigt werden.
  • Nach der Erzeugung der Einzel-Teilchenstrahlen - hier nach Durchsetzen der Multiaperturplatte, die wie im Übrigen auch mit einem Multipol-Linsen-Array oder aber dem Multi-Linsen-Array kombiniert sein kann - treten im weiteren Verlauf des teilchenoptischen Strahlenganges die schon beschriebenen Abbildungsfehler und insbesondere eine unerwünschte Bildfeldwölbung auf. Erfindungsgemäß ist es dabei nun möglich, dass die Steuerung auf die Einzel-Teilchenstrahlen eine Wirkung derart ausübt, dass die Foki der Einzel-Teilchenstrahlen auf einer konkaven Fläche liegen. Diese konkave Wölbung der Fläche kann so gewählt werden, dass sie exakt die konvexe Bildfeldwölbung aller nachfolgenden optischen Komponenten im Abbildungssystem kompensiert. Es kann dann also erreicht werden, dass die Einzel-Teilchenstrahlen präzise und mit großer Tiefenschärfe auf eine in der Objektebene befindliche Probe auftreffen.
  • Die oben angeführten Verfahren, die mit einem Ensemble von Quadrupolfeldern eine Fokussierung erreichen, die ähnlich zur Fokussierung mit einer Rundlinse ist, haben eines gemeinsam: Sollte ein Quadrupolfeld von seiner vorgesehenen Stärke abweichen, dann entsteht ein Astigmatismus. Dies kann man sich zunutze machen, um einen weiteren Bildfehler des Abbildungssystems zu korrigieren: Den Astigmatismus schiefer Bündel. So, wie man die Fokussierung eines individuellen Teilchenstrahls einstellt und damit den über das Bildfeld variierenden Defokus (Bildfeldwölbung) korrigiert, kann man durch Anpassung der Stärke und Orientierung eines einzelnen Quadrupolfelds auch den über das Bildfeld variierenden Astigmatismus (Astigmatismus schiefer Bündel) korrigieren.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt eine Spannungsversorgung von mit derselben Spannung zu beaufschlagenden Elektroden einer Multipol-Linse gekoppelt. Durch diese gekoppelte Spannungsversorgung sind die durch die Multipol-Linsen erzeugten Dipolanteile der elektrischen Felder stabiler als bei einer individuellen Spannungsversorgung der Elektroden. Außerdem ist es so, dass die Anordnung der Leitungen zur Versorgung der Elektroden so einfacher erfolgen kann, da auf geringem Raum weniger Leitungen unterzubringen sind. Außerdem ist es so, dass auch Elektroden von Multipol-Linsen, die verschiedenen Multipol-Linsen-Arrays, aber bevorzugt zur selben Gruppe von Multipol-Linsen gehören, gekoppelt durch dieselbe Spannungsquelle versorgt werden. Auch diese Maßnahme erleichtert zum einen die Herstellung der Multipol-Linsen-Sequenz und zum anderen lassen sich präzisere Feldformen und Teilchenstrahlen mit nur gering schwankenden bzw. rauschenden Ablenkwinkeln erzeugen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung betragen an den Elektroden der Multipol-Linsen-Sequenz angelegte Spannungen bei einer Strahlenergie von etwa 10 keV jeweils weniger 100 V. Die anliegende Spannung ist also verglichen mit der bei Einzellinsen anliegenden Spannung äußerst gering.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung bezieht sich diese auf die Verwendung eines vorstehend beschriebenen Teilchenstrahl-Systems zur Bildfeldwölbungskorrektur. Dabei kann
    • - wie bereits oben näher ausgeführt - durch eine geschickte Steuerung der Multipol-Linsen-Sequenz erreicht werden, dass die Lage der Foki der Einzel-Teilchenstrahlen auf einer konkaven Oberfläche zu liegen kommt, wobei die Krümmung dieser Oberfläche exakt die weiter unten im Strahlengang entstehende Bildfeldwölbung (konvexe Form) kompensiert. Es ist aber auch möglich, das erfindungsgemäße Teilchenstrahl-System für andere Zwecke einzusetzen, zum Beispiel im Rahmen einer Einzelstrahl-Stromeinstellung.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung bezieht sich diese auf eine Verwendung des Teilchenstrahl-Systems zur Korrektur des Astigmatismus schiefer Bündel.
  • Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung bezieht sich diese auf ein Mehrstrahl-Teilchenmikroskop mit einem Teilchenstrahl-System wie oben beschrieben. Auch hier kann mittels des erfindungsgemäßen Teilchenstrahl-Systems eine Bildfeldwölbungskorrektur bei dem Mehrstrahl-Teilchenmikroskop erfolgen.
  • Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung bezieht sich diese auf ein Verfahren zur unabhängigen Fokussierung einer Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen beispielsweise zur Bildfeldwölbungskorrektur eines Teilchenstrahl-Systems, wie oben beschrieben, das den folgenden Schritt aufweist: individuelles Einstellen von Fokallängen für mehrere, insbesondere für alle, Einzel-Teilchenstrahlen mittels der Multipol-Linsen-Sequenz. Dabei erfolgt das Einstellen auch hier derart, dass die Foki der Einzel-Teilchenstrahlen, insbesondere die Foki aller Einzel-Teilchenstrahlen, auf einer konkaven Oberfläche liegen, deren Krümmung die nachfolgend im System auftretende Bildfeldwölbung korrigiert. Das Einstellen der Fokallängen kann dabei mittels der Steuerung des Teilchenstrahl-Systems erfolgen.
  • Die Erfindung wird noch besser verstanden werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
    • 1: zeigt ein Mehrstrahl-Teilchenmikroskop in schematischer Darstellung;
    • 2: illustriert schematisch die (schwache) Fokussierung eines geladenen Teilchenstrahls durch eine Rundlinse bzw. Einzellinse;
    • 3: illustriert schematisch die Ablenkung eines geladenen Teilchenstrahls durch ein Quadrupolfeld;
    • 4: illustriert schematisch die Ablenkung eines geladenen Teilchenstrahles durch zwei Quadrupolfelder;
    • 5: zeigt schematisch einen zur Darstellung in 4 gehörigen detaillierten Strahlenverlauf;
    • 6: illustriert schematisch die Ablenkung eines geladenen Teilchenstrahles durch drei Quadrupolfelder;
    • 7: zeigt schematisch einen zur Darstellung in 6 gehörigen detaillierten Strahlenverlauf;
    • 8: illustriert schematisch die Ablenkung eines geladenen Teilchenstrahles durch vier Quadrupolfelder;
    • 9: zeigt schematisch einen zur Darstellung in 8 gehörigen detaillierten Strahlenverlauf;
    • 10: zeigt schematisch einen Aufbau einer Multipol-Linsen-Sequenz;
    • 11: zeigt schematisch eine Anordnung einer Multipol-Linsen-Sequenz in einem Mehrstrahl-Teilchenmikroskop zur Bildfeldwölbungskorrektur;
    • 12: zeigt schematisch eine Kombination einer Multiaperturplatte mit elliptischen Öffnungen mit einer Multipol-Linsen-Sequenz;
    • 13: zeigt schematisch eine Draufsicht auf die in 12 dargestellte Multiaperturplatte mit elliptischen Öffnungen;
    • 14: zeigt schematisch einen Ausschnitt aus einem Multipol-Linsen-Array mit einer Oktu pol- Elektrodenanordnung;
    • 15: zeigt schematisch einem Ausschnitt aus einem Multipol-Linsen-Array mit einer alternativen Oktupol-Elektrodenanordnung;
    • 16: zeigt schematisch einen Ausschnitt aus einer Multipol-Linsen-Sequenz mit Quadrupol- und Dipol-Feldern; und
    • 17: illustriert schematisch eine Spannungsversorgung eines Multipol-Linsen-Arrays.
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines Teilchenstrahlsystems 1 in Form eines Mehrstrahl-Teilchenmikroskops 1, welches eine Vielzahl von Teilchenstrahlen einsetzt. Das Teilchenstrahlsystem 1 erzeugt eine Vielzahl von Teilchenstrahlen, welche auf ein zu untersuchendes Objekt treffen, um dort Wechselwirkungsprodukte, bspw. Sekundärelektronen, zu generieren, welche von dem Objekt ausgehen und nachfolgend detektiert werden. Das Teilchenstrahlsystem 1 ist vom Rasterelektronenmikroskop-Typ („scanning electron microscope“, SEM), welches mehrere primäre Teilchenstrahlen 3 einsetzt, die an mehreren Orten 5 auf eine Oberfläche des Objekts 7 auftreffen und dort mehrere räumlich voneinander getrennte Elektronenstrahlflecken oder Spots erzeugen. Das zu untersuchende Objekt 7 kann von einer beliebigen Art sein - bspw. ein Halbleiterwafer oder eine biologische Probe - und eine Anordnung miniaturisierter Elemente, eine detailreiche, ausgedehnte Struktur oder dergleichen umfassen. Die Oberfläche des Objekts 7 ist in einer ersten Ebene 101 (Objektebene) einer Objektivlinse 102 eines Objektivlinsensystems 100 angeordnet.
  • Der vergrößerte Ausschnitt I1 der 1 zeigt eine Draufsicht auf die Objektebene 101 mit einem regelmäßigen rechtwinkligen Feld 103 von Auftrefforten 5, welche in der ersten Ebene 101 gebildet werden. In 1 beträgt die Zahl der Auftrefforte 25, welche ein 5 × 5-Feld 103 bilden. Die Zahl 25 an Auftrefforten ist eine aus Gründen der vereinfachten Darstellung gewählte Zahl. Im Prinzip kann die Zahl an Strahlen, und damit die Zahl der Auftrefforte, größer gewählt werden, wie bspw. 7 × 7 oder 10 × 10, oder auch wesentlich größer gewählt werden, wie bspw. 20 × 30, 100 × 100 und dergleichen.
  • In der dargestellten Ausführungsform ist das Feld 103 von Auftrefforten 5 ein im Wesentlichen regelmäßiges rechtwinkliges Feld mit einem konstanten Abstand P1 zwischen benachbarten Auftrefforten. Beispielhafte Werte des Abstands P1 sind 1 Mikrometer, 10 Mikrometer und 40 Mikrometer. Es ist jedoch auch möglich, dass das Feld 103 andere Symmetrien aufweist, wie bspw. eine hexagonale Symmetrie.
  • Ein Durchmesser der in der ersten Ebene 101 geformten Strahlflecken kann klein sein. Beispielhafte Werte dieses Durchmessers betragen 1 Nanometer, 5 Nanometer, 10 Nanometer, 100 Nanometer und 200 Nanometer. Das Fokussieren der Partikelstrahlen 3 zur Formung der Strahlflecken 5 erfolgt durch das Objektivlinsensystem 100.
  • Die auf das Objekt treffenden Primärteilchen generieren Wechselwirkungsprodukte bspw. Sekundärelektronen, Rückstreuelektronen oder Primärteilchen, die aus anderweitigen Gründen eine Bewegungsumkehr erfahren haben, welche von der Oberfläche des Objekts 7 oder von der ersten Ebene 101 ausgehen. Die von der Oberfläche des Objekts 7 ausgehenden Wechselwirkungsprodukte werden durch die Objektivlinse 102 zu sekundären Teilchenstrahlen 9 geformt. Das Teilchenstrahlsystem 1 stellt einen Teilchenstrahlengang 11 bereit, um die Vielzahl sekundärer Teilchenstrahlen 9 einem Detektorsystem 200 zuzuführen. Das Detektorsystem 200 umfasst eine Teilchenoptik mit einer Projektionslinse 205, um die sekundären Teilchenstrahlen 9 auf einen Teilchen-Multi-Detektor 209 zu richten.
  • Der Ausschnitt I2 in 1 zeigt eine Draufsicht auf die Ebene 211, in welcher einzelne Detektionsbereiche des Teilchen-Multi-Detektors 209 liegen, auf welche die sekundären Teilchenstrahlen 9 an Orten 213 auftreffen. Die Auftrefforte 213 liegen in einem Feld 217 mit einem regelmäßigen Abstand P2 zueinander. Beispielhafte Werte des Abstands P2 sind 10 Mikrometer, 100 Mikrometer und 200 Mikrometer.
  • Die primären Teilchenstrahlen 3 werden in einer Strahlerzeugungsvorrichtung 300 erzeugt, welche wenigstens eine Teilchenquelle 301 (z.B. eine Elektronenquelle), wenigstens eine Kollimationslinse 303, eine Multiaperturanordnung 305 und eine Feldlinse 307 umfasst. Die Teilchenquelle 301 erzeugt einen divergierenden Teilchenstrahl 309, welcher durch die Kollimationslinse 303 kollimiert oder zumindest weitgehend kollimiert wird, um einen Strahl 311 zu formen, welcher die Multiaperturanordnung 305 beleuchtet.
  • Der Ausschnitt I3 in 1 zeigt eine Draufsicht auf die Multiaperturanordnung 305. Die Multiaperturanordnung 305 umfasst eine Multiaperturplatte 313 welche eine Mehrzahl von darin ausgebildeten Öffnungen bzw. Aperturen 315 aufweist. Mittelpunkte 317 der Öffnungen 315 sind in einem Feld 319 angeordnet, welches auf das Feld 103 abgebildet wird, welches durch die Strahlflecken 5 in der Objektebene 101 gebildet wird. Ein Abstand P3 der Mittelpunkte 317 der Aperturen 315 voneinander kann beispielhafte Werte von 5 Mikrometer, 100 Mikrometer und 200 Mikrometer aufweisen. Die Durchmesser D der Aperturen 315 sind kleiner als der Abstand P3 der Mittelpunkte der Aperturen. Beispielhafte Werte der Durchmesser D sind 0,2 × P3, 0,4 × P3 und 0,8 × P3.
  • Teilchen des beleuchtenden Teilchenstrahles 311 durchsetzen die Aperturen 315 und bilden Teilchenstrahlen 3. Teilchen des beleuchtenden Strahles 311, welche auf die Platte 313 treffen, werden durch diese abgefangen und tragen nicht zur Bildung der Teilchenstrahlen 3 bei.
  • Die Multiaperturanordnung 305 fokussiert aufgrund eines angelegten elektrostatischen Felds jeden der Teilchenstrahlen 3 derart, dass in einer Ebene 325 Strahlfoki 323 gebildet werden. Alternativ können die Strahlfoki 323 virtuell sein. Ein Durchmesser der Strahlfoki 323 kann bspw. 10 Nanometer, 100 Nanometer und 1 Mikrometer betragen. Die Multiaperturanordnung 305 kann nun - wie weiter unten näher beschrieben - durch die erfindungsgemäß Multipol-Linsen-Sequenz ergänzt werden.
  • Die Feldlinse 307 und die Objektivlinse 102 stellen eine erste abbildende Teilchenoptik bereit, um die Ebene 325, in der die Strahlfoki 323 gebildet werden, auf die erste Ebene 101 abzubilden, so dass dort ein Feld 103 von Auftrefforten 5 bzw. Strahlflecken entsteht. Soweit in der ersten Ebene eine Oberfläche des Objekts 7 angeordnet ist, werden die Strahlflecken entsprechend auf der Objektoberfläche gebildet.
  • Die Objektivlinse 102 und die Projektionslinsenanordnung 205 stellen eine zweite abbildende Teilchenoptik bereit, um die erste Ebene 101 auf die Detektionsebene 211 abzubilden. Die Objektivlinse 102 ist somit eine Linse, welche sowohl Teil der ersten als auch der zweiten Teilchenoptik ist, während die Feldlinse 307 nur der ersten Teilchenoptik und die Projektionslinse 205 nur der zweiten Teilchenoptik angehören.
  • Eine Strahlweiche 400 ist in dem Strahlengang der ersten Teilchenoptik zwischen der Multiaperturanordnung 305 und dem Objektivlinsensystem 100 angeordnet. Die Strahlweiche 400 ist auch Teil der zweiten Optik im Strahlengang zwischen dem Objektivlinsensystem 100 und dem Detektorsystem 200.
  • Weitergehende Informationen zu solchen Vielstrahl-Teilchenstrahlsystemen und darin eingesetzten Komponenten, wie etwa Teilchenquellen, Multiaperturplatte und Linsen, kann aus den internationalen Patentanmeldungen WO 2005 / 024 881 A2 , WO 2007 / 028 595 A2 , WO 2007 / 028 596 A2 , WO 2011 / 124 352 A1 und WO 2007 / 060 017 A2 und den deutschen Patentanmeldungen mit den Anmeldenummern DE 10 2013 026 113 A1 und DE 10 2013 014 976 A1 erhalten werden, deren Offenbarung vollumfänglich durch in Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
  • Das Vielzahl-Teilchenstrahlsystem weist weiterhin ein Computersystem 10 auf, das sowohl zur Steuerung der einzelnen teilchenoptischen Komponenten des Vielzahl-Teilchenstrahlsystems als auch zur Auswertung und Analyse der mit dem Multi-Detektor 209 gewonnenen Signale ausgebildet ist. Die Steuerung kann dabei auch die Steuerung der erfindungsgemäßen Multipol-Linsen-Sequenz umfassen. Das Computersystem 10 kann dabei aus mehreren Einzelcomputern oder Komponenten aufgebaut sein.
  • 2 illustriert schematisch die (schwache) Fokussierung eines geladenen Teilchenstrahls durch eine Rundlinse bzw. Einzellinse. Dies soll das bessere Verständnis der anschließend zu beschreibenden Erfindung erleichtern. Dargestellt ist in 2 eine Einzellinse bestehend aus drei Platten 501, 502 und 503, die vorliegend jeweils eine im Querschnitt runde Öffnung mit einem beispielhaften Durchmesser von 0,3 mm aufweisen. Die Platten weisen dabei beispielhaft jeweils eine Dicke von 0,5 mm auf und sind etwa 1 mm voneinander beabstandet (gemessen von Zentrum zu Zentrum). Die optische Achse Z des Teilchenstrahlsystems erstreckt sich dabei zentral durch die Öffnungen der Platten 501, 502 und 503. Dabei liegen die Platten 501 und 503 auf demselben Potential. Bezogen auf dieses Potential befindet sich die Platte 502 auf einem negativen Potential von -1250 V. Zugrunde gelegt sei des Weiteren eine Strahlenergie von 10 keV. Dargestellt ist in 2 nun ein achsparallel in die Anordnung eintretender geladener Teilchenstrahl 3, zum Beispiel ein Elektronenstrahl. Dieser wird beim Hindurchtreten durch die Einzellinse bestehend aus den Platten 501, 502 und 503 in Richtung auf die optische Achse Z zu fokussiert. Der Schnittpunkt mit der optischen Achse ist in 2 nicht dargestellt, er befindet sich bei den gewählten Parametern des Beispiels etwa in 100 mm Abstand von der zentralen Elektrode 502. Grundsätzlich ist es so, dass eine Halbierung der Fokussierspannung V in einer viermal längeren Fokallänge resultiert. Die Fokussierungsspannung liegt mit -1250 V betragsmäßig in der Größenordnung von etwa 1 kV. Bei einer Anordnung solcher Rundlinsen in einem Array mit einem Abstand von 1mm oder weniger ist es technisch schwierig, die einzelnen Leitungen von den vielen Mittelelektroden in der Enge des Raums ausreichend gut isoliert zur Spannungsversorgung zu führen. Grundsätzlich lässt sich jedoch durch eine Variation der Fokussierspannung die Fokallänge für den Einzel-Teilchenstrahl 3 individuell einstellen
  • 3 illustriert demgegenüber nun schematisch die Ablenkung eines geladenen Teilchenstrahles 3 durch ein Quadrupolfeld Q1, das Bestandteil eines ersten Multipol-Linsen-Arrays 601 ist. Die optische Achse Z durchläuft dabei zentral das Quadrupolfeld Q1.
  • Eingezeichnet ist nun wiederum ein achsparalleler geladener Teilchenstrahl 3, der durch das Quadrupolfeld Q1 hindurch verläuft. Die das Quadrupolfeld erzeugende Quadrupol-Linse verfügt - zur besseren Vergleichbarkeit mit der Einzellinse aus 2 - ebenfalls über eine Öffnung bzw. Rundbohrung mit einem Durchmesser von 0,3 mm und über eine Dicke (Ausdehnung in Richtung Z) von etwa 0,5 mm. Der parallel zur optischen Achse durch das Quadrupolfeld Q1 hindurchtretende geladene Teilchenstrahl, im Beispiel ein Elektronenstrahl, wird nun wiederum in einer Entfernung von etwa 100 mm vom Quadrupol Q1 fokussiert. Diese Fokussierung erfolgt mithilfe des Quadrupolfeldes Q1 nun allerdings nur in einer Richtung (Aufteilung in Richtung x und y in der Zeichnung, die beide in der Papierebene auf dieselbe Achsrichtung projiziert werden). Nach dem Durchgang durch den Quadrupol Q1 sind in 3 deshalb schematisch der in y-Richtung defokussierte bzw. virtuell fokussierte geladene Teilchenstrahl 3a sowie der in x-Richtung fokussierte geladene Teilchenstrahl 3b getrennt dargestellt. Die für die Fokussierung in einer Richtung notwendige Fokussierspannung beträgt nun allerdings nur noch ±4,5 V, sofern man wieder eine Strahlenergie von 10 keV zugrunde legt. Halbiert man die Fokussierspannung, so resultiert dies nur in einer zweimal längeren Fokallänge.
  • 4 illustriert schematisch die Ablenkung eines geladenen Teilchenstrahles 3 durch zwei Quadrupolfelder Q1 und Q2. Die Quadrupolfelder Q1 und Q2 werden jeweils mithilfe eines ersten Multipol-Linsen-Arrays 601 und eines zweiten Multipol-Linsen-Arrays 602 erzeugt, wobei in 4 nur ein Ausschnitt daraus dargestellt ist. Dargestellt wird nur der Teilchenstrahlverlauf für einen einzelnen Einzel-Teilchenstrahl 3. Die beiden Quadrupole Q1 und Q2 sind im vorliegenden Beispiel konstruktiv identisch und weisen Öffnungen mit einem Durchmesser von jeweils 0,3 mm auf, sind 1 mm voneinander beabstandet (gemessen von Zentrum zu Zentrum) und die Multipol-Linsen, die die Quadrupolfelder Q1 und Q2 erzeugen, weisen jeweils Platten mit einer Plattendicke von 0,5 mm auf. Im gezeigten Beispiel weisen der Quadrupol Q1 des ersten Quadrupolfelds und der Quadrupol Q2 des zweiten Quadrupolfelds zueinander eine im Wesentlichen um 90° gedrehte Orientierung und im Wesentlichen dieselbe Amplitude auf. Im gezeigten Beispiel wird eine Fokussierspannung von ±50 V verwendet, um in 100 mm Abstand vom Zentrum des ersten Quadrupols Q1 eine Fokussierung eines 10 keV Teilchenstrahles zu erzielen. Dabei ist es so, dass eine Halbierung der Fokussierspannung in einer vierfach längeren Fokallänge resultiert. Achsparallel durch die Quadrupolsequenz hindurchtretende geladene Teilchenstrahlen werden durch diese Anordnung also in x-Richtung und in y-Richtung fokussiert.
  • 5 zeigt schematisch einen zur Darstellung in 4 gehörigen detaillierten Strahlenverlauf. Entlang der optischen Achse Z befinden sich die Quadrupole Q1 und Q2. Eingezeichnet sind ein im wesentlichen achsparallel zur optischen Achse eintretender Strahl mit den Komponenten 3a und 3b, die Abweichungen in den Richtungen x und y andeuten sollen. Beim Durchlaufen des Quadrupolfeldes Q1 wird der Teilchenstrahl 3a zunächst defokussiert und der Anteil des Teilchenstrahls 3b wird fokussiert. Beim Durchlaufen des Quadrupolfeldes Q2 sind die Verhältnisse umgekehrt: Der Teilchenstrahl 3a wird nun fokussiert und der Teilchenstrahl 3b wird defokussiert. Aufgrund des großen Achsenabstands von Teilchenstrahl 3a wird dieser dabei aber stärker fokussiert, als er zuvor defokussiert wurde; Entsprechendes bzw. Entgegengesetztes gilt für Teilchenstrahl 3b, sodass beide Teilchenstrahlen 3a und 3b in Summe fokussiert werden und sich im Fokus f auf der optischen Achse Z treffen. Schräg zur optischen Achse eintreffende Teilchenstrahlen 3c, 3d werden beim Durchlaufen der Quadrupolfelder Q1 und Q2 ebenfalls in unterschiedlicher Weise abgelenkt. In der Ebene senkrecht zur optischen Achse Z durch den Fokus f haben sie unterschiedliche Achsenabstände, weshalb die Abbildung mithilfe der beiden Quadrupolfelder Q1 und Q2 insgesamt ein verzeichnetes Bild ergibt. Die mithilfe der zwei Quadrupolfelder Q1 und Q2 erzeugte Abbildung erlaubt also eine Fokussierung von achsparallelen Strahlen 3a, 3b, die jedoch aufgrund der Verzeichnung unter verschiedenen Winkeln in den Fokus f laufen. Unter Inkaufnahme dieses Abbildungsfehlers ist es aber nichtsdestotrotz möglich, individuell für jeden Einzel-Teilchenstrahl 3 die Fokallänge einzustellen. Wenn man dabei vor den Quadrupolfeldern Q1 und Q2 mit einer kreisförmigen Öffnung in der Multiaperturplatte 313 einen runden Teilchenstrahl ausblendet, erhält man hinter dem Fokus f einen elliptischen, divergenten Teilchenstrahl. Blendet man dagegen vor den Quadrupolfeldern Q1 und Q2 mit einer elliptischen Öffnung in der Multiaperturplatte 313 einen elliptischen Teilchenstrahl aus, erhält man hinter dem Fokus f einen runden, divergenten Teilchenstrahl, sofern man die Exzentrizität der elliptischen Öffnung geeignet gewählt hat. Ein solcher runder, divergenter Teilchenstahl ist besser dazu geeignet, von einem nachfolgenden Objektivlinsensystem 100 in einen sehr kleinen Fleck 5 auf der Probe 7 fokussiert zu werden, als der oben angesprochene elliptische, divergente Teilchenstrahl.
  • 6 illustriert schematisch die Ablenkung eines geladenen Teilchenstrahles 3 durch drei Quadrupolfelder Q1, Q3 und Q2, die mithilfe eines ersten Multipol-Linsen-Arrays 601, eines zweiten Multipol-Linsen-Arrays 602 und mithilfe eines dritten Multipol-Linsen-Arrays 603 erzeugt werden. Dabei ist das dritte Multipol-Linsen-Array 603 zwischen dem ersten Multipol-Linsen-Array 601 und dem zweiten Multipol-Linsen-Array 602 angeordnet. Die Multipol-Linsen-Arrays 601, 602 und 603 sind wiederum nur auszugsweise für einen einzelnen Einzel-Teilchenstrahl 3 dargestellt. In der exemplarischen Darstellung ist wiederum die bestmögliche Vergleichbarkeit mit den Ausführungsvarianten in den 3 bis 5 gewählt: Die drei Quadrupole Q1, Q2 und Q3 weisen wiederum eine Öffnung mit einem Durchmesser von jeweils 0,3 mm auf, die Plattendicke beträgt wiederum 0,5 mm und der jeweilige Abstand der einzelnen Platten bzw. der Multipol-Linsen-Arrays 601, 603 und 602 beträgt jeweils 1 mm zueinander, gemessen von Zentrum zu Zentrum. Um wiederum in 100 mm Abstand vom Zentrum des zentralen Quadrupols Q3 eine Fokussierung zu erreichen, wird an dem inneren Quadrupol Q3 eine Fokussierspannung von ±74 V und an den beiden äußeren Quadrupolen Q1 und Q2 eine Spannung von ±37 V bei einer Strahlenergie von 10 keV angelegt. Es ist also so, dass vom Betrage her der innere Quadrupol mit einer in etwa doppelt so großen Spannung wie die äußeren Quadrupole versorgt wird. Die Polarität der Quadrupole Q1, Q3 und Q2 ist dabei alternierend.
  • 7 zeigt schematisch einen zur Darstellung in 6 gehörigen detaillierten Strahlenverlauf. Dabei erkennt man - verglichen mit der Darstellung in 5 und nur einer Sequenz von zwei Quadrupolfeldern - die verbesserte Abbildungsqualität bei der beschriebenen Verwendung von drei Quadrupolfeldern: Die achsparallelen Teilchenstrahlen 3a, 3b werden hinsichtlich ihrer Abweichungen in x- und y-Richtung beim Durchlaufen der Quadrupolsequenz mit den Quadrupolfeldern Q1, Q3 und Q2 wiederum fokussiert und schneiden die optische Achse Z im Fokus f. Schräg zur optischen Achse einfallende Teilchenstrahlen 3c, 3d werden beim Durchlaufen der Quadrupolsequenz Q1 - Q3 - Q2 ebenfalls abgelenkt und kreuzen sich an der Position des Zwischenbildes B, sodass das so erhaltene Bild frei von Verzeichnung ist. Mithilfe der Multipol-Linsen-Sequenz mit drei Quadrupolfeldern ist es also möglich, zumindest an der Position eines Zwischenbildes B eine verzeichnungsfreie Abbildung zu erhalten. Es ist keine elliptische Öffnung in einer etwaig vor den Quadrupolfeldern Q1, Q2 und Q3 befindlichen Multiaperturplatte nötig, um nach dem Fokus f ein rundes, divergentes Bündel zu erhalten, sondern es reicht eine kreisförmige Öffnung aus.
  • 8 illustriert schematisch die Ablenkung eines geladenen Teilchenstrahles durch vier Quadrupolfelder Q1 bis Q4. Zwecks entsprechender Vergleichbarkeit weisen die jeweiligen Quadrupole Q1 bis Q4 wiederum einen Öffnungsdurchmesser von 0,3 mm auf, die zugehörigen Platten sind 0,5 mm dick und jeweils 1 mm voneinander entfernt (gemessen von Zentrum zu Zentrum). Ein achsparallel einfallender Teilchenstrahl wird in 100 mm Abstand vom Zentrum des Quadrupols Q4 fokussiert. Die Polarität der Quadrupole Q1, Q3, Q4 und Q2 ist dabei alternierend vorgesehen, wobei bei den Quadrupolen Q1 und Q2 dem Betrage nach in etwa dieselbe Spannung (Amplitude) und bei den Quadrupolen Q3 und Q4 wiederum dem Betrage nach in etwa dieselbe Spannung (Amplitude) angelegt ist. Die Fokussierspannung der inneren Quadrupole Q3 und Q4 beträgt im gewählten Beispiel ±66 V und die Fokussierspannung an den äußeren Quadrupolen Q1 und Q2 beträgt ±22 V bei einer Strahlenergie von 10 keV. Auch hier resultiert eine Halbierung der Fokussierspannung in einer viermal verlängerten Fokuslänge.
  • 9 zeigt nun schematisch den zur Darstellung in 8 gehörigen detaillierten Strahlenverlauf. Achsparallel eintreffende Teilchenstrahlen 3a, 3b werden unter demselben Winkel in denselben Punkt fokussiert (sind also deckungsgleich) und auch schräg zur Achsrichtung einfallende Strahlen 3c und 3d sind nach Durchlaufen der Sequenz aus den vier Quadrupolen Q1 bis Q4 deckungsgleich. Es ist mithilfe der gezeigten Multipol-Linsen-Sequenz also möglich, jeden Einzel-Teilchenstrahl ohne eine Anpassung der Ansteuerung der Gruppe von Multipol-Linsen durchzufokussieren, d.h. man kann bspw. durch Änderung der Erregung des Kondensorlinsensystems 303 von einer achsparallelen zu einer konvergenten oder divergenten Einstrahlung der Multipol-Linsen-Sequenz wechseln und dabei die Lage des Zwischenbilds B und Fokus f verschieben, ohne dass die dadurch erzeugte Abbildung eine Verzeichnung oder einen Astigmatismus entwickelt.
  • Nachdem vorstehend nun die Möglichkeiten zur Abbildung mithilfe von Quadrupolfeldern anhand von verschiedenen Quadrupolsequenzen bzw. Ausschnitten aus Multipol-Linsen-Sequenzen beschrieben worden sind, wird im Folgenden der konstruktive Aufbau einer Multipol-Linsen-Sequenz 600 und ihrer Anordnung in einem Mehrstrahl-Teilchenstrahlsystem und insbesondere in einem Mehrstrahl-Teilchenmikroskop zur unabhängigen Fokussierung einer Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen beispielsweise zur Bildfeldwölbungskorrektur beschrieben.
  • 10 zeigt schematisch einen Aufbau einer Multipol-Linsen-Sequenz 600. Die Multipol-Linsen-Sequenz 600 umfasst dabei ein erstes Multipol-Linsen-Array 601, ein zweites Multipol-Linsen-Array 602, ein drittes Multipol-Linsen-Array 603 und ein viertes Multipol-Linsen-Array 604. Es ist möglich, dass auch ein fünftes, sechstes, siebtes oder weiteres Multipol-Linsen-Array Bestandteil der Multipol-Linsen-Sequenz 600 ist. Im dargestellten Fall umfassen die Multipol-Linsen-Arrays 601, 602, 603 und 604 jeweils eine Platte mit darin angeordneten Öffnungen, in denen die Multipol-Linsen M1i, M2i, M3i, M4i angeordnet sind. Dabei umfasst das erste Multipol-Linsen-Array die Multipol-Linsen M11, M12 und M13, die exemplarisch dargestellt sind. 10 zeigt einen Schnitt durch die Multipol-Linsen-Sequenz 600, sodass nur einige Multipol-Linsen exemplarisch dargestellt sind. Es ist aber zum Beispiel möglich, dass die Multipol-Linsen M1i, M2i, M3i, M4i, Mki in einem regelmäßigen Quadrat oder Rechteck angeordnet sind. Bevorzugt ist es aber so, dass die Anordnung der Öffnungen bzw. Multipol-Linsen in einem Array hexagonal ist. Das bedeutet also, dass die Einzel-Teilchenstrahlen 3 gemäß einer hexagonalen Struktur zum Beispiel mit 61 oder 91 Einzel-Teilchenstrahlen angeordnet sind (entsprechend der allgemeinen Formel 3n (n - 1) + 1, wobei n eine natürliche Zahl ist) und diese Anordnung ist dann geometrisch auch in dem Multipol-Linsen-Array 601, 602, 603, 604 jeweils vorgesehen. Das erste, zweite, dritte, vierte und/oder weitere Multipol-Linsen-Array 601, 602, 603, 604 kann konstruktiv baugleich sein. Es ist aber auch möglich, dass die Multipol-Linsen-Arrays 601, 602, 603, 604 nicht baugleich sind oder nur teilweise baugleich sind. Dies kann sich zum Beispiel auf die Dicke der Platten, die das Array 601, 602, 603, 604 bilden, beziehen (und somit auf die Länge der Multipole in Richtung der Achse Z), dies kann aber auch für die Ausgestaltung der Multipol-Linsen M1i, M2i, M3i und M4i gelten. Zusätzlich oder alternativ können die Abstände von Multipolen einer Sequenz zueinander (gemessen von Mitte zu Mitte) gleich sein, sie können aber auch variieren. Erfindungsgemäß ist es so, dass mindestens zwei der dargestellten Multipol-Linsen-Arrays Quadrupolfelder erzeugen. Auf diese Weise ist es bei entsprechender Orientierung und Stärke der Felder möglich, eine Fokussierungswirkung ähnlich einer Einzellinse bzw. Rundlinse für nahezu achsparallel, d.h. von leicht divergent bis leicht konvergent, einfallende Strahlen zu erzeugen. Weitere Multipol-Linsen können dazu genutzt werden, um weitere Bildfehler zu korrigieren. In diesem Zusammenhang bedeutet leicht konvergent oder auch leicht divergent, dass die virtuelle Quellposition des einfallenden Teilchenstrahls betragsmäßig weiter von den Multipolen entfernt ist als der Fokus f; dadurch werden in der Multipol-Linsen-Sequenz sowohl keine negativen als auch keine zu hohen positiven Brechkräfte nötig. Eine negative Brechkraft wäre nur schwer realisierbar und würde ebenso wie eine hohe positive Brechkraft auch hohe Spannungswerte an den Multipol-Elektroden nach sich ziehen.
  • 11 zeigt nun schematisch eine Anordnung einer Multipol-Linsen-Sequenz 600 in einem Mehrstrahl-Teilchenmikroskop 1 zur Bildfeldwölbungskorrektur. Dabei ist das Mehrstrahl-Teilchenmikroskop 1 nur in Auszügen dargestellt, der gesamte Detektionsbereich und die Strahlweiche ist in 11 nicht dargestellt. Außerdem ist der dargestellte Strahlengang vereinfacht, es ist zum Beispiel der übliche Cross-Over sämtlicher Einzel-Teilchenstrahlen 3 miteinander der Übersichtlichkeit halber nicht illustriert.
  • Das Mehrstrahl-Teilchenmikroskop gemäß 11 verfügt über eine Teilchenquelle 301, bei der es sich zum Beispiel um eine thermische Feldemissionsquelle (TFE) handelt. Im dargestellten Beispiel werden Elektronenstrahlen 3 erzeugt. Der divergierende Teilchenstrahl wird mithilfe eines Kollimationslinsensystems bzw. Kondensorlinsensystems 303 kollimiert. Dann treffen im Wesentlichen parallel zur optischen Achse O verlaufende Teilchenstrahlen (optische Achse O der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt; die optische Achse O kann, muss aber nicht mit der Achse Z der Multipol-Linsen-Sequenz zusammenfallen) auf eine Multiaperturplatte 380, die als Ausgangspunkt für die Einzel-Teilchenstrahlen 3 anzusehen ist.
  • Die so erzeugten Einzel-Teilchenstrahlen 3 treffen sodann auf die Multipol-Linsen-Sequenz 600, die im dargestellten Beispiel ein erstes, zweites und drittes Multipol-Linsen-Array 601, 602 und 603 umfasst. Es wäre aber auch möglich, dass nur zwei Multipol-Linsen-Arrays oder aber mehr als drei, zum Beispiel vier, fünf, sechs oder mehr Multipol-Linsen-Arrays vorhanden sind. Erfindungsgemäß ist es aber so, dass zumindest zwei der dargestellten Multipol-Linsen-Arrays Quadrupolfelder erzeugen. Auf diese Art und Weise können nahezu achsparallele Teilchenstrahlen insgesamt fokussiert werden. Nach dem Durchsetzen der Multipol-Linsen-Sequenz 600 durchsetzen die Einzel-Teilchenstrahlen 3 ein Rundlinsen-Array 385. Dieses Multi-Linsen-Array verfügt dabei nicht über Multipol-Linsen, sondern über Immersionslinsen, die aufgrund eines insbesondere gemeinsam an die Abschlussplatte von Rundlinsen-Array 385 angelegten elektrischen Feldes entstehen und fokussierende Teilchenlinsen darstellen. Normalerweise ist es so, dass die fokussierende Wirkung der Immersionslinsen des Rundlinsen-Arrays 385 stärker ist als die fokussierende Wirkung der Multipol-Linsen-Sequenz 600. Dies ist aber auch sinnvoll, wenn die Multipol-Linsen-Sequenz 600 nur zur Korrektur der Fokallängen dient, um eine Bildfeldwölbungskorrektur zu ermöglichen: Nach dem Durchsetzen des Rundlinsen-Arrays 385 werden die Einzel-Teilchenstrahlen 3 auf eine Ebene 325 fokussiert, die eine konkave Krümmung aufweist, die so gewählt ist, dass eine durch die nachfolgende teilchenoptische Abbildung generierte Bildfeldwölbung beim Auftreffen auf die Probe 7 gerade korrigiert wird. Nach dem Durchsetzen eines Feldlinsensystems 307 und dem Durchsetzen eines Objektivlinsensystems 100 treffen die geladenen Teilchenstrahlen 3 plan an den Auftrefforten 5 ohne Bildfeldwölbung auf die Probe 7 auf.
  • Alternativ zur Position zwischen Multiaperturplatte 380 und Rundlinsen-Array 385 kann man die Multipol-Linsen-Sequenz 600 auch vor der Multiaperturplatte 380 positionieren. Dadurch hätte man den Vorteil, dass man auch beim Einsatz von nur zwei Multipol-Linsen-Arrays 601 und 602 zusammen mit kreisförmigen Öffnungen in der Multiaperturplatte 380 automatisch einen einfallenden elliptischen Teilchenstrahl selektieren würde, der die notwendige Exzentrizität hat, um auch runde, divergente Teilchenstrahlen 3 nach den Foki f zu erzeugen. Allerdings würde die Multipol-Linsen-Sequenz 600 vollständig mit Elektronen beleuchtet werden und isolierende Bauteile dort könnten sich aufladen und die Abbildungsqualität verschlechtern. Mit einer weiteren Multiaperturplatte vor der Multipol-Linsen-Sequenz 600 jedoch könnte man isolierende Bauteile abdecken und eine Aufladung verhindern. Die Öffnungen in dieser zusätzlichen Multiaperturplatte könnte man größer wählen als die Öffnungen in Multiaperturplatte 380, sodass nur die Öffnungen in Multiaperturplatte 380 als selektierende Öffnungen wirken.
  • Bei einem Kollimationslinsensystem bzw. Kondensorlinsensystem 303 ist es häufig so, dass magnetische Felder zum Einsatz kommen, die bei den das Linsensystem durchsetzenden geladenen Teilchen eine Lamordrehung und damit einen verschraubten Verlauf der Teilchenbahnen mit einem Gesamtwinkel von etwa 50° bis 90° bewirken. Das für die Verschraubung verantwortliche Magnetfeld klingt vor der Multipol-Linsen-Sequenz 600 nicht schlagartig ab, sondern es kann noch zu einem azimutalen Einfallswinkel der Teilchenbahnen kommen. Die Erregung des Kondensorlinsensystems 303 sollte man zweckmäßigerweise so wählen, dass die Teilchenbahnen möglichst parallel in die Multipol-Linsen-Sequenz 600 eintreten, d.h. dass der polare Einfallswinkel möglichst verschwindet. Aufgrund des Öffnungsfehlers des Kondensorlinsensystems 303 gelingt dies aber auch nur bspw. im Bereich nahe der optischen Achse O; im Randbereich der Multiaperturplatte 380 sind die Teilchenstrahlen dann zur optischen Achse O hin geneigt. Um diese Gegebenheiten zu berücksichtigen, gibt es u.a. folgende Möglichkeiten:
    1. 1. Die Multipol-Linsen werden innerhalb der der Multipol-Linsen-Arrays 601, 602, usw. so angeordnet, dass die optischen Achsen der Multipol-Linsen-Gruppen auf den Einfallswinkel der Teilchenstrahlen angepasst sind. Dies funktioniert allerdings nur für eine bestimmte Konfiguration des Kondensorlinsensystems 303. Die Flexibilität des Kondensorlinsensystems 303 zur Anpassung der Teilchenstromdichte wäre damit stark eingeschränkt.
    2. 2. Man benutzt im ersten Multipol-Linsen-Array 601 ein Dipolfeld, um den geneigt einfallenden Teilchenstrahl auf die optische Achse der Multipol-Linsen-Gruppe zu bringen. Im letzten Multipol-Linsen-Array 602 kann man dann ebenfalls ein Dipolfeld einsetzen, um die nötige Neigung für das restliche abbildende System bereitzustellen. Die bei Anwesenheit eines Restmagnetfelds weiterhin vorhandene Verschraubung der Teilchenbahnen innerhalb des Teilchenstrahls lässt sich dann mit entsprechend orientierten Quadrupolfeldern berücksichtigen. Dies erhöht zwar den technischen Aufwand, schafft aber eine weitreichende, zusätzliche Flexibilität zur Optimierung des Gesamtsystems.
    3. 3. Azimutaler Einfallswinkel: Man reduziert das Restmagnetfeld am Ort der Multipol-Linsen-Sequenz 600 weitestgehend, sei es durch genügend Abstand zum Kondensorlinsensystem 303, sei es durch Zusatzwicklungen zur Kompensation. Polarer Einfallswinkel: Man optimiert die Auslegung des Kondensorlinsensystem 303 auf einen möglichst kleinen Öffnungsfehler. Diese beiden Maßnahmen führen nicht zu einem perfekten Ergebnis, reduzieren aber das Problem je nach Anforderung weit genug, und erzeugen den geringsten technischen Aufwand.
    4. 4. Eine Kombination aus 1 bis 3.
  • 12 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die in zu 11 analoger Weise in ein Mehrstrahl-Teilchenmikroskop 1 integriert werden kann: Gemäß dieser Ausführungsvariante der Erfindung ist eine Multiaperturplatte 390 vorgesehen, die durch das Auftreffen von Teilchenstrahlen die Einzel-Teilchenstrahlen 3 beim Durchtritt durch darin befindliche Aperturen A1, A2, A3, Ai erzeugt. Kombiniert wird die Multiaperturplatte 390 mit einer Multipol-Linsen-Sequenz 600, die ein erstes Multipol-Linsen-Array 601 und ein zweites Multipol-Linsen-Array 602 aufweist. Im dargestellten Fall handelt es sich bei den Linsen des ersten Multipol-Linsen-Arrays und bei den Linsen des zweiten Multipol-Linsen-Arrays 601 und 602 um echte Quadrupol-Linsen Q11, Q12, Q13, Q1i bzw. Q21, Q22, Q23 und Q2i, die Quadrupolfelder könnten alternativ aber auch durch Multipol-Linsen höherer Ordnung erzeugt werden. Die Integration von weiteren Multipol-Linsen-Arrays mit Quadrupolfeldern oder anderen Multipolfeldern in die dargestellte Ausführungsvariante ist selbstverständlich möglich. Entscheidend bei dieser Ausführungsvariante ist nun aber der Querschnitt der Aperturen A1, A2, A3, Ai in der Multiaperturplatte 390: Die Öffnungen in der Multiaperturplatte 390 weisen nämlich einen elliptischen Querschnitt auf, ausgenommen ist hierbei lediglich eine etwaige zentral positionierte Öffnung, durch die die optische Achse O des Teilchenstrahlsystems verläuft. Bei einer entsprechenden Wahl der Größe und Orientierung der elliptischen Querschnitte der Öffnungen lässt sich die Wirkung nachfolgender Abbildungsfehler in Form von Verzeichnung berücksichtigen: Der ausgehende Teilchenstrahl hat einen runden Querschnitt statt eines elliptischen Querschnitts.
  • 13 zeigt schematisch eine Draufsicht auf die in 12 dargestellte Multiaperturplatte mit elliptischen Öffnungen: Die zentrale Apertur A1 weist einen runden Querschnitt auf und die optische Achse O des Systems geht mittig hindurch. Die übrigen Aperturen A2 bis A7 sind elliptisch im Querschnitt. Insgesamt ist es dabei so, dass die Elliptizität der Öffnungen in der Multiaperturplatte 390 mit steigendem Abstand vom Mittelpunkt der Multiaperturplatte bzw. der zentralen runden Öffnung A1 in der Multiaperturplatte 390 zunimmt. Die Orientierung der elliptischen Öffnungen ist dabei in dem gezeigten Beispiel wie folgt: Betrachtet man die Verbindung zwischen dem Mittelpunkt der Ellipse und dem Mittelpunkt der Multiaperturplatte 390, so ist die durch den Mittelpunkt gehende Hauptachse der Ellipse orthogonal zu einer radial vom Mittelpunkt der Multiaperturplatte 390 durch den Mittelpunkt der Ellipse gehenden Halbgerade. Anders ausgedrückt ist die Nebenachse der Ellipse in radialer Richtung ausgehend vom Mittelpunkt der Multiaperturplatte 390 orientiert. Es ist selbstredend möglich, dass die Multiaperturplatte 390 mehr als die dargestellten exemplarischen sieben Aperturen A1 bis A7 aufweist. Stattdessen können Öffnungen für alle vorhandenen Einzel-Teilchenstrahlen - wie oben bereits mehrfach beschrieben - vorgesehen sein, insbesondere in einer hexagonalen Anordnung. Außerdem kann die Orientierung der elliptischen Öffnungen, wie im allgemeinen Teil der Patentanmeldung beschrieben, eine andere als die dargestellte sein.
  • 14 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus einem Multipol-Linsen-Array 601 mit einer Oktupol-Elektrodenanordnung. Mithilfe dieser Oktupol-Elektrodenanordnung lässt sich ebenfalls ein Quadrupolfeld erzeugen. Im Prinzip werden dazu nur die Spannungen U0 = U4 = Q und U2 = U6 = -Q benötigt. Wird diesem Quadrupolfeld ein weiteres Quadrupolfeld überlagert, zum Beispiel mit U1 = U5 = R und U3 = U7 = -R, so kann das insgesamt resultierende Quadrupolfeld um die optische Achse Z herum rotiert werden. Wenn es darum geht, die Orientierung des Quadrupolfeldes leicht wegen einer existierenden Lamordrehung bzw. eines vorhandenen Magnetfeldes zu variieren, dann ist die Spannung R klein im Vergleich zur Spannung Q.
  • Die Oktupol-Elektrode bietet aber noch mehr Variationsmöglichkeiten für das Anlegen von Multipol-Feldern: Es ist zum Beispiel zum Kompensieren von Toleranzen möglich, ein gewünschtes Quadrupolfeld lateral zu verschieben, was zum Beispiel durch das Anlegen eines Dipolfeldes durch U2 = U6 = 0, U0 = -U4 = D und U1 = -U3 = -U5 = U7 = 0.7 D erreicht werden kann. Außerdem ist es natürlich möglich, dass dieses Dipolfeld durch eine andere Spannungsverteilung ebenfalls rotiert werden kann.
  • Es ist möglich und auch vorteilhaft, dass einander gegenüberliegende Elektroden gekoppelt sind und durch eine einzige Spannungsquelle versorgt werden. Diese Kopplung unterdrückt Spannungsabweichungen bzw. -differenzen und dadurch eventuell resultierende nachteilige Dipolfelder. Grundsätzlich gilt, dass ein geladener Teilchenstrahl, zum Beispiel Elektronenstrahl, sehr empfindlich auf vorhandene Dipolfelder reagiert, das heißt, die bereitgestellten Spannungen von Multipol-Linsen müssen sehr stabil sein. Es ist also vorteilhaft, bereits per se sehr stabile Spannungsquellen zu verwenden. Die Maximalamplitude der Spannungsquellen kann aber auch für verschiedene Elektroden unterschiedlich gewählt werden. Es ist zum Beispiel möglich, Spannungsquellen mit hoher Maximalamplitude für U0 = U4 und U2 = U6 zu verwenden, aber Spannungsquellen mit geringer Maximalamplitude für U1 = -U3 = -U5 = U7 zu verwenden. Spannungsquellen mit geringer Maximalamplitude haben prinzipiell eine kleinere, absolute Schwankungs- bzw. Rauschbreite als Spannungsquellen mit hoher Maximalamplitude. Es ist auch möglich, durch Weglassen des Dipolanteils in U0 und U4 (durch U0 = U4) immer noch ein ausreichend starkes Dipolfeld mit den Elektroden U1, U3, U5 und U7 zu erzeugen. Durch den fehlenden Dipolanteil in U0 und U4 entsteht allerdings zusammen mit dem Dipolfeld ein parasitäres Hexapolfeld, wodurch auch entsprechende Aberrationen entstehen; für kleine Amplituden des Dipolfeldes D kann dies aber akzeptabel sein. Es ist auch möglich, zusätzliche Dipolplatten mit Spannungsquellen geringer Maximalamplitude an anderen Orten zu verwenden, allerdings muss hierfür dann auch entsprechender Raum bereitgestellt werden.
  • Alternativ ist es auch möglich, für sowohl Elektrode U0 als auch U4 eine Spannungsquelle mit hoher Maximalamplitude UQ zu verwenden und darauf zwei Spannungsquellen UD0 und UD4 mit geringer Maximalamplitude aufzusetzen. Im verständlichsten Fall sind die Spannungsquellen UD0 und UD4 galvanisch getrennt versorgt und können einfach (wie Batterien) zur Spannungsquelle UQ in Reihe geschaltet werden: UQ in Reihe mit UD0 versorgt U0, UQ in Reihe mit UD4 versorgt U4. Diese Methode ist technisch allerdings recht aufwendig und müsste für den allgemeinen Fall auf alle Elektroden ausgedehnt werden.
  • Für eine einfachere technische Umsetzung muss man die einzelnen Rauschquellen in einer Spannungsquelle analysieren. Hierbei handelt es sich um die Referenzquelle, einen digital verstellbaren Teiler, einen oder meist mehrere Operationsverstärker, und einige Widerstände. Referenzquelle und Teiler rauschen im Allgemeinen am stärksten; wenn man die Widerstände klein genug wählt, ist das Rauschen der Widerstände und der Operationsverstärker dagegen vernachlässigbar. Man benutzt zum Beispiel eine positive Referenzquelle URP mit 10V. Mit einem Inverter, d.h. einem 1:1 Spannungsteiler und einem Operationsverstärker, erzeugt man daraus eine weitere, negative Referenzquelle URN mit -10V. Mit einem digital einstellbaren Teiler erzeugt man sich aus diesen beiden Spannungen bspw. die Quadrupolspannung UQCP bzw. mit einem Inverter gleich noch das invertierte Gegenstück UQCN. Dies wiederholt man für 3 weitere Spannungen, sodass man die Spannungen UQCP = -UQCN, UQSP = -UQSN, UDXP = -UDXN, UDYP = -UDYN, die alle im Bereich zwischen URN und URP eingestellt werden können, erhält. Mit einem Widerstandsnetzwerk mit nachfolgenden Verstärkern verteilt man diese Spannungen nun folgendermaßen auf die Elektroden des Oktupols: U0=A ⋅ UQCP +B ⋅ UDXP ,
    Figure DE102020107738B3_0001
     U1=A ⋅ UQSP +B ⋅ 1 / 2 ⋅ UDXP+B ⋅ 1/2 ⋅ UDYP ,
    Figure DE102020107738B3_0002
     U2=A ⋅ UQCN +B ⋅ UDYP ,
    Figure DE102020107738B3_0003
     U3=A ⋅ UQSN +B ⋅ 1 / 2 ⋅ UDXN+B ⋅ 1/2 ⋅ UDYP ,
    Figure DE102020107738B3_0004
     U4=A ⋅ UQCP +B ⋅ UDXN ,
    Figure DE102020107738B3_0005
     U5=A ⋅ UQSP +B ⋅ 1 / 2 ⋅ UDXN+B ⋅ 1/2 ⋅ UDYN ,
    Figure DE102020107738B3_0006
     U6=A ⋅ UQCN +B ⋅ UDYN ,
    Figure DE102020107738B3_0007
     U7=A ⋅ UQSN +B ⋅ 1 / 2 ⋅ UDXP+B ⋅ 1/2 ⋅ UDYN ,
    Figure DE102020107738B3_0008
  • Mit bspw. A = 10 und B = 1 kann man eine Quadrupolspannung mit hoher Maximalamplitude und eine Dipolspannung mit geringer Maximalamplitude erzeugen. Das Rauschen der digital einstellbaren Teiler pflanzt sich in den Quadrupolspannungen mit hoher Amplitude fort. Der symmetrische Durchgriff auf gegenüberliegende Elektroden sorgt aber dafür, dass die Teilchenstrahlposition in Ebene 325 nicht rauscht. Das Rauschen der digital einstellbaren Teiler pflanzt sich in den Dipolspannungen dagegen nur relativ fort, sodass wegen der geringen Maximalamplitude der Dipolspannungen die Teilchenstrahlposition in Ebene 325 auch nur gering rauscht. Da alle Ausgangsspannungen von derselben Referenzspannung abgeleitet werden, hebt sich das Rauschen der Referenzspannung im Wesentlichen heraus. Wenn man eine Quadrupolspannung maximal aussteuert, sorgt wiederum der symmetrische Durchgriff auf gegenüberliegende Elektroden dafür, dass die Teilchenstrahlposition in Ebene 325 nicht rauscht. Wenn man eine Dipolspannung maximal aussteuert, pflanzt sich das relative Rauschen der Referenzquelle direkt auf ein relatives Rauschen der Dipolspannung fort. Da die Dipolspannung aber eine geringe Maximalamplitude hat, ist das resultierende, absolute Rauschen der Strahlposition ebenfalls gering.
  • 15 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus einem Multipol-Linsen-Array 601 mit einer alternativen Oktupol-Elektrodenanordnung. Die dargestellten Elektroden mit den Spannungen U0 bis U7 unterscheiden sich durch ihre Größe bzw. Form. Einige Elektroden sind in ihrer Größe verglichen mit der Darstellung in 14 vergrößert, andere Elektroden verkleinert. Durch die Wahl einer entsprechenden Größe und Form kommt es zu Abschattungseffekten: Die in ihrer Größe reduzierten Elektroden haben einen schwächeren Effekt auf den Teilchenstrahl, selbst dann, wenn sie mit einer Spannungsquelle hoher Maximalamplitude versorgt sind. Es ist möglich, dass alle Elektroden mit demselben Typ von Spannungsquelle versorgt werden, aber dass sie unterschiedliche Effekte zeigen. Insbesondere ist es möglich, ein erzeugtes Quadrupolfeld hinsichtlich seiner Orientierung zu variieren. Es ist auch möglich, schwache Dipolfelder mit den Quadrupolfeldern zu überlagern, allerdings muss darauf geachtet werden, dass die notwendige Homogenität des Feldes trotzdem erhalten bleibt.
  • Das angesprochene Abschattungsprinzip kann auch in Richtung entlang der optischen Achse Z verwendet werden: Durch Verwendung eines entsprechenden Herstellungsverfahrens können Multipol-Sequenzen bzw. Multipol-Linsen in einer schichtweisen Struktur in Z-Richtung hergestellt werden. Dabei ist es möglich, die meisten dieser Multipole in Form von Quadrupolen zu verschalten, wobei einander gegenüberliegende Elektroden bevorzugt gekoppelt sind. Es ist weiterhin möglich, einige der Multipole in Form von Dipolen zu verdrahten, wobei dann jede Elektrode individuell ansteuerbar ist. Auch Oktupole können in Form von Dipolen geschaltet werden, wobei dann einander benachbarte Elektroden gekoppelt sind (Dies führt dann allerdings wieder zu parasitären Hexapolfeldern). Insgesamt kann auf diese Art und Weise ein Stapel bzw. eine Abfolge von sehr dünnen Multipolen bzw. Multipol-Linsen erzeugt werden, von denen die meisten Quadrupolfelder zur Erzeugung eines starken bzw. Hauptquadrupolfeldes aufweisen, wobei einander gegenüberliegende Elektroden bevorzugt gekoppelt sind. Es ist des Weiteren möglich, die Multipole in Form von Dipolen zu verdrahten, um die Lage der Teilchenstrahlen bezogen auf die optische Achse zu verschieben, insbesondere auch parallel zu verschieben, und es ist möglich, Oktupole vorzusehen, um resultierenden Quadrupolfelder entsprechend der gewünschten Weise zu orientieren. Es ist auch möglich, Quadrupole zu verwenden, um homogene Dipolfelder überhaupt zu erzeugen. Die Art und Weise, welche Multipol-Linsen-Sequenzen mit Multipol-Linsen-Arrays erzeugt werden können, sind sehr vielfältig.
  • 16 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus einer Multipol-Linsen-Sequenz mit Quadrupol- und Dipolfeldern: Die dargestellte Sequenz umfasst ein erstes Multipol-Linsen-Array 601 mit einem ersten Quadrupolfeld, ein zweites Multipol-Linsen-Array 602 mit einem ersten Dipolfeld D1, ein drittes Multipol-Linsen-Array 603 mit einem zweiten Dipolfeld D2 sowie ein viertes Multipol-Linsen-Array 604 mit einem zweiten Quadrupolfeld Q2. Dabei sind die beiden Quadrupolfelder Q1 und Q2 im gezeigten Beispiel zueinander so orientiert, dass sie eine im Wesentlichen um 90° zueinander gedrehte Orientierung und im Wesentlichen dieselbe Amplitude aufweisen. Die zwischen den beiden Quadrupolfelder Q1 und Q2 befindlichen Dipolfelder D1 bzw. D2 sind antiparallel zueinander ausgerichtet und von im Wesentlichen gleicher Amplitude, sodass im Prinzip ein Parallelversatz der Teilchenstrahlen 3, die die Multipol-Linsen-Sequenz 600 durchsetzen, ermöglicht wird. Ein solcher Parallelversatz ermöglicht es, den Teilchenstrahl 3 zentral durch alle Quadrupolfelder zu führen, obwohl bspw., wie in 16 angedeutet, der Multipol in Multipol-Linsen-Array 604 aufgrund von Fertigungsfehlern versetzt zur optischen Achse positioniert ist. Eine andere Anwendung von zwei zusätzlichen Dipolfeldern wäre es, wenn man einen durch externe Magnetfelder verschraubten Teilchenstrahl vor dem Durchsetzen der Multipol-Linsen-Sequenz mit einem ersten Dipolfeld auf deren optische Achse bringt und an deren Ende die ursprüngliche Richtung des verschraubten Teilchenstrahls wieder restauriert. Dazu wäre dann die nötige Sequenz ein erstes Multipol-Linsen-Array 601 mit einem ersten Dipolfeld D1, ein zweites Multipol-Linsen-Array 602 mit einem ersten Quadrupolfeld Q1, ein drittes Multipol-Linsen-Array 603 mit einem zweiten Quadrupolfeld Q2 sowie ein viertes Multipol-Linsen-Array 604 mit einem zweiten Dipolfeld D2. Natürlich sind auch Kombinationen mit bspw. 4 Dipolfeldern und 2 Quadrupolfeldern in 6 Multipol-Linsen-Arrays möglich.
  • Für eine stabile Teilchenstrahlposition in Ebene 325 ist es dabei vorteilhaft, diejenigen beiden Multipole, die jeweils entgegengesetzt als Dipole erregt werden, über Kreuz miteinander zu verdrahten und gemeinsam mit einer Spannungsversorgung zu verbinden. Dadurch erzeugt ein Rauschen in dieser Spannungsversorgung nur ein Rauschen im Parallelversatz und nicht ein Rauschen des Ausgangswinkels. Da die Ebene 325 im Verhältnis zum Abstand der Dipolfelder weit von den Dipolen entfernt ist, würde ein Rauschen des Ausgangswinkels verglichen mit dem Rauschen des Parallelversatzes zu einem Vielfachen Rauschen der Teilchenstrahlposition in Ebene 325 führen. So ein über Kreuz verdrahtetes Dublett von Dipolen kann zum Beispiel Teil einer Multi-Schichten Multipol-Linsen-Sequenz sein und kann insbesondere dann verwendet werden, wenn die Integration der Dipolfelder gemeinsam mit den Quadrupolfeldern in einem Multipol zu viele Nachteile aufweist.
  • 17 illustriert schematisch eine Spannungsversorgung eines Multipol-Linsen-Arrays 601. Ein Teil einer Draufsicht auf ein Multipol-Linsen-Array 601 ist in 17 schematisch dargestellt. Einer jeden der Öffnungen 361 ist ein Felderzeuger 372 zugeordnet, um ein Quadrupolfeld (und/oder sonstige Multipol-Felder) zu erzeugen, welches auf den diese Öffnung 361 durchsetzenden Strahl 3 wirkt. Jeder Felderzeuger 372 weist acht Elektroden 373 auf, welche in Umfangsrichtung um die Öffnung 361 verteilt angeordnet sind und von der Steuerung 369 kontrolliert werden. Hierzu ist auf der Platte des Multipol-Linsen-Arrays 601 in einem Bereich, welcher mit Abstand von den Öffnungen 361 angeordnet ist, eine elektronische Schaltung 375 angeordnet, welche einstellbare elektrische Spannungen erzeugt und über Leitungen 377 den Elektroden 373 zuführt. Die Steuerung 369 kontrolliert die elektronische Schaltung 375 über eine serielle Datenverbindung 379, welche einen Vakuummantel 381 des Teilchenstrahlsystems durchsetzt. Dabei ist eine Dichtung 382 vorgesehen, die die Leitungen der seriellen Datenverbindung gegenüber dem Vakuummantel 381 abdichtet. Die elektronische Schaltung 375 erzeugt die den Elektroden 373 über die Leitungen 377 zugeführten Spannungen in Abhängigkeit von den über die serielle Datenverbindung 379 von der Steuerung 369 empfangenen Daten. Die Steuerung 369 ist somit in der Lage, in einer jeden der Öffnungen 361 ein elektrisches Quadrupolfeld (und/oder sonstige Multipol-Felder) zu erzeugen, welches hinsichtlich seiner Stärke und seiner Orientierung um ein Zentrum der Öffnung 361 einstellbar ist. Mit diesen Quadrupolfeldern (und/oder sonstigen Multipol-Feldern) können sämtliche Teilchenstrahlen 3 jeweils individuell manipuliert werden. Die Steuerung 369 stellt die Quadrupolfelder des Multipol-Linsen-Arrays 601 und die Quadrupolfelder (und/oder sonstigen Multipol-Felder) eines oder mehrerer anderer Multipol-Linsen-Arrays 60i (nicht dargestellt) so ein, dass die Fokallänge der Einzel-Teilchenstrahlen 3 individuell wählbar ist und so zum Beispiel eine Bildfeldwölbung im Mehrstrahl-Teilchenstrahlsystem individuell für jeden Einzel-Teilchenstrahl korrigierbar ist.
  • Um ein geschichtetes Multipol-Linsen-Array-System aufzubauen, wie es anhand von 16 diskutiert wurde, kann man das Multipol-Linsen-Array 601 gemäß 17 mit aus der Halbleitertechnik bekannten optisch-chemischen Verfahren sequentiell aufbauen und somit eine Multipol-Linsen-Sequenz 600 herstellen (z.B. MEMS Technologie). Zur effektiven Kontaktierung kann man bspw. um die Elektroden 373 herum Durchkontaktierungen platzieren, die man an geeigneter Stelle bzw. in geeigneter Schicht mittels Leitungen 377 mit der elektronischen Schaltung 375 verbindet. Der Anschluss der Elektroden 373 kann dann je nach Schicht an die entsprechende Multipol-Gruppe, direkt oder gekreuzt, erfolgen.
  • Mit der gleichen Technologie wäre es auch möglich, in einen aus bspw. 21 Schichten bestehenden Stapel von Sub-Multipol-Linsen-Arrays elf Schichten mit einer Quadrupolgruppe und zehn Schichten (nicht gekreuzt) mit einer Dipolgruppe in abwechselnder Reihenfolge zu verbinden, um zum Beispiel das Multipol-Linsen-Array 601 herzustellen. Dadurch wäre man in der Lage, in diesem Multipol ein starkes Quadrupolfeld zu erzeugen, das nicht zu einer rauschenden Teilchenstrahlposition in Ebene 325 führt, und es mit einem schwachen Dipolfeld zu überlagern, das allenfalls zu einer schwach rauschenden Teilchenstrahlposition in Ebene 325 führt.
  • Weiterer Einzelheiten zur Fertigung und zur Spannungsversorgung von Multi-Linsen-Arrays, die sich auf die Spannungsversorgung von Multipol-Linsen-Arrays übertragen lassen, gehen aus der zum Zeitpunkt dieser Patentanmeldung noch unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 10 2020 106 801.8 hervor, deren Offenbarung in diese Patentanmeldung vollumfänglich mit aufgenommen wird.
  • Mit der Multipol-Linsen-Sequenz gemäß der Ausführungsbeispielen wird eine unabhängige Linsenwirkung oder Fokussierung für Einzel-Teilchenstrahlen beispielsweise für die Bildfeldwölbungskorrektur mit geringeren Spannungen als mit Linsen mit Ringelektroden erreicht. Die Ausführungsbeispiele erläutern die Erfindung am Beispiel der Bildfeldwölbungskorrektur, allerdings ist die Erfindung nicht beschränkt auf die Bildfeldwölbungskorrektur. In einem anderen Beispiel wird die Brennweite mit geringerer Spannung als mit Ringelektroden spürbar verkürzt, beispielsweise um mehr als 10%, bevorzugt 20%, und die numerische Apertur wird spürbar erhöht, beispielsweise um mehr als 10%, bevorzugt 20%. Durch die Erfindung wird die unabhängige und stärkere Linsenwirkung oder Fokussierung mit kürzerer Brennweite für Einzel-Teilchenstrahlen ferner für eine größere Vielzahl von Teilchenstrahlen möglich, da die Spannungen für die Multipol-Linsen-Sequenz niedriger sind und somit Wechselwirkungseffekte, die insbesondere bei der Spannungsversorgung einer großen Vielzahl von Multipolelektroden für eine große Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen geringer sind. Eine große Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen kann beispielsweise eine Vielzahl von hundert, dreihundert oder mehr Einzel-Teilchenstrahlen umfassen. Mit den geringeren Spannungen von beispielsweise weniger als 300V, insbesondere weniger als 200V, oder besonders bevorzugt weniger 100V kann jeder Einzel-Teilchenstrahl einer größere Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen unabhängig und individuell fokussiert werden, zum Beispiel kann ein erster Einzel-Teilchenstrahl stärker fokussiert werden als ein benachbarter, zweiter Einzel-Teilchenstrahl. Mit den geringeren Spannungen wird eine Einstellung einer Fokallängendifferenz zwischen benachbarten Einzel-Teilchenstrahlen auch mit geringeren Spannungsdifferenzen ermöglicht, beispielsweise kann die Brennweitendifferenz zwischen einem ersten Einzel-Teilchenstrahl und einem zweiten Einzel-Teilchenstrahl größer als 10% betragen, wobei die Spannungsdifferenzen zwischen den Multipolelektroden des ersten und zweiten Einzel-Teilchenstrahl weniger als 100V betragen, bevorzugt weniger als 50V, besonders bevorzugt etwa 20V.

Claims (26)

  1. Teilchenstrahl-System, das Folgendes aufweist: eine Vielstrahl-Teilchenquelle, die konfiguriert ist, eine Vielzahl von geladenen Einzel-Teilchenstrahlen (3) zu erzeugen; eine Multipol-Linsen-Sequenz (600) mit mindestens einem ersten Multipol-Linsen-Array (601) und mit mindestens einem zweiten Multipol-Linsen-Array (602), wobei das erste Multipol-Linsen-Array (601) eine Vielzahl von individuell einstellbaren ersten Multipol-Linsen zur Erzeugung von ersten Quadrupolfeldern (Q1) aufweist und im Strahlengang der Teilchen derart angeordnet ist, dass die Einzel-Teilchenstrahlen (3) das erste Multipol-Linsen-Array (601) im Wesentlichen durchsetzen, und wobei das zweite Multipol-Linsen-Array (602) eine Vielzahl von individuell einstellbaren zweiten Multipol-Linsen zur Erzeugung von zweiten Quadrupolfeldern (Q2) aufweist und welches im Strahlengang der Teilchen so angeordnet ist, dass die Einzel-Teilchenstrahlen (3), die das erste Multipol-Linsen-Array (601) durchsetzen, auch das zweite Multipol-Linsen-Array (602) im Wesentlichen durchsetzen; und eine Steuerung (10), die dazu eingerichtet ist, die Multipol-Linsen der Multipol-Linsen-Sequenz derart anzusteuern, dass zusammengehörige Gruppen von Multipol-Linsen der Multipol-Linsen-Sequenz, die jeweils von demselben Einzel-Teilchenstrahl (3) durchsetzt werden, auf den sie jeweils durchsetzenden Einzel-Teilchenstrahl (3) insgesamt eine individuell einstellbare und fokussierende Wirkung ausüben.
  2. Teilchenstrahl-System gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei der Quadrupol des ersten Quadrupolfelds (Q1) und der Quadrupol des zweiten Quadrupolfelds (Q2) zueinander im Wesentlichen eine um 90° gedrehte Orientierung und/oder im Wesentlichen dieselbe Amplitude aufweisen.
  3. Teilchenstrahl-System gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das erste Multipol-Linsen-Array (601) und/oder das zweite Multipol-Linsen-Array (602) ein Quadrupol-Linsen-Array aufweisen.
  4. Teilchenstrahl-System gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Multipol-Linsen-Sequenz (600) ein drittes Multipol-Linsen-Array (603) aufweist, wobei das dritte Multipol-Linsen-Array (603) eine Vielzahl von individuell einstellbaren dritten Multipol-Linsen zur Erzeugung von dritten Quadrupolfeldern (Q3) aufweist und welches im Strahlengang der Teilchen zwischen dem ersten (601) und dem zweiten Multipol-Linsen-Array (602) und so angeordnet ist, dass die Einzel-Teilchenstrahlen (3), die das erste Multipol-Linsen-Array (601) durchsetzen, auch das dritte Multipol-Linsen-Array (603) im Wesentlichen durchsetzen, und wobei die Steuerung (10) des Weiteren dazu eingerichtet ist, die Multipol-Linsen der Multipol-Linsen-Sequenz, die jeweils von demselben Einzel-Teilchenstrahl (3) durchsetzt werden, derart anzusteuern, dass sie auf die sie jeweils durchsetzenden Einzel-Teilchenstrahlen (3) insgesamt eine Wirkung derart ausüben, dass die Abbildung der Einzel-Teilchenstrahlen (3) in einer Fokusebene (B) im Wesentlichen verzeichnungsfrei ist.
  5. Teilchenstrahl-System gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei die Quadrupole des ersten (601) und des zweiten Multipol-Linsen-Arrays (602) im Wesentlichen dieselbe Orientierung und im Wesentlichen dieselbe Amplitude aufweisen, und wobei die Quadrupole des dritten Multipol-Linsen-Arrays (603) eine zu den ersten und zweiten Quadrupolen um etwa 90° gedrehte Orientierung aufweisen und wobei die Amplitude des dritten Quadrupols größer, insbesondere etwa doppelt so groß, ist wie die Amplitude des ersten und des zweiten Quadrupols.
  6. Teilchenstrahl-System gemäß einem der Ansprüche 4 bis 5, wobei die Multipol-Linsen-Sequenz (600) ein viertes Multipol-Linsen-Array (604) aufweist, wobei das vierte Multipol-Linsen-Array (604) eine Vielzahl von individuell einstellbaren vierten Multipol-Linsen zur Erzeugung von vierten Quadrupolfeldern (Q4) aufweist und welches im Strahlengang der Teilchen zwischen dem ersten (601) und dem zweiten Multipol-Linsen-Array (602) und so angeordnet ist, dass die Einzel-Teilchenstrahlen (3), die das erste Multipol-Linsen-Array (601) durchsetzen, auch das vierte Multipol-Linsen-Array (604) im Wesentlichen durchsetzen, und wobei die Steuerung (10) des Weiteren dazu eingerichtet ist, die Multipol-Linsen der Multipol-Linsen-Sequenz derart anzusteuern, dass sie auf die sie jeweils durchsetzenden Einzel-Teilchenstrahlen (3) insgesamt eine Wirkung derart ausüben, dass die Abbildung der Einzel-Teilchenstrahlen (3) im Wesentlichen selbst bei Durchfokussierung frei von Verzeichnung bleibt.
  7. Teilchenstrahl-System gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei die Quadrupole des ersten (601) und des zweiten Multipol-Linsen-Arrays (602) zueinander im Wesentlichen eine um 90° gedrehte Orientierung und im Wesentlichen dieselbe Amplitude aufweisen, und wobei die Quadrupole des dritten (603) und des vierten Multipol-Linsen-Arrays (604) zueinander im Wesentlichen eine um 90° gedrehte Orientierung und im Wesentlichen dieselbe Amplitude aufweisen, und wobei die Sequenz von Polaritäten der Quadrupole alternierend ist, und wobei die Amplituden des dritten und vierten Quadrupols jeweils größer, insbesondere jeweils etwa dreimal so groß, sind wie die Amplituden des ersten und des zweiten Quadrupols.
  8. Teilchenstrahl-System gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Multipol-Linsen-Array (601, 602, 603, 604) ein Oktupol-Linsen-Array aufweist.
  9. Teilchenstrahl-System gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei die Steuerung (10) eingerichtet ist, die Oktupol-Linsen derart anzusteuern, dass ein durch die Oktupol-Elektroden erzeugtes elektrisches Feld eine Überlagerung zweier Quadrupolfelder ergibt, wobei diese Überlagerung bezüglich einem der Quadrupolfelder, insbesondere dem stärkeren der Quadrupolfelder, im Wesentlichen in einem um die Hauptachse (Z) des Einzel-Teilchenstrahls (3) gedrehten Quadrupolfeld resultiert.
  10. Teilchenstrahl-System gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (10) eingerichtet ist, die Multipol-Linsen derart anzusteuern, dass ein durch die Multipol-Elektroden erzeugtes elektrisches Feld eine Überlagerung aus einem Quadrupolfeld und mindesten einem Dipolfeld ergibt, wobei diese Überlagerung bezüglich dem Quadrupolfeld in einem zur geometrischen Achse der einzelnen Multipol-Linsen verschobenen Quadrupolfeld resultiert.
  11. Teilchenstrahl-System gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei alle Elektroden einer Oktupol-Linse des Oktupol-Linsen-Arrays dieselbe Größe und Form aufweisen.
  12. Teilchenstrahl-System gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei zumindest einige der Elektroden einer Oktupol-Linse des Oktupol-Linsen-Arrays verschiedene Formen und/oder verschiedene Größen aufweisen.
  13. Teilchenstrahl-System gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Multipol-Linsen-Array (601, 602, 603, 604) ein Dipol-Linsen-Array aufweist.
  14. Teilchenstrahl-System gemäß Anspruch 13, wobei die Multipol-Linsen-Sequenz (600) Multipol-Linsen-Arrays (601, 602, 603, 604) zur Erzeugung folgender Feld-Sequenz aufweist: ein Dipolfeld - ein Quadrupolfeld - ein weiteres Quadrupolfeld - ein zum ersten Dipolfeld unterschiedlich orientiertes, insbesondere im Wesentlichen antiparalleles, weiteres Dipolfeld.
  15. Teilchenstrahl-System gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei die Multipol-Linsen-Sequenz (600) Multipol-Linsen-Arrays (601, 602, 603, 604) zur Erzeugung folgender Feld-Sequenz aufweist: ein Quadrupolfeld (Q1) - mindestens zwei zueinander unterschiedlich orientierte, insbesondere zwei zueinander im Wesentlichen antiparallele, Dipolfelder (D1, D2)- ein Quadrupolfeld (Q2).
  16. Teilchenstrahl-System gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vielstrahl-Teilchenquelle Folgendes aufweist: mindestens eine Teilchenquelle (301), welche dazu konfiguriert ist, einen Strahl geladener Teilchen zu erzeugen; und eine Multiaperturplatte (380, 390), welche eine Vielzahl von Öffnungen (A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7) aufweist und welche im Strahlengang der Teilchen derart angeordnet ist, dass mindestens einige der Teilchen die Öffnungen (A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7) der Multiaperturplatte (380, 390) in Form der Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen (3) durchsetzen.
  17. Teilchenstrahl-System gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest einige der Öffnungen (A1, A2, A3, A4, A5, A5, A7) in der Multiaperturplatte (390) einen elliptischen Querschnitt aufweisen.
  18. Teilchenstrahl-System gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, das des Weiteren Folgendes aufweist: ein Rundlinsen-Array (385), welches eine Vielzahl von fokussierenden Teilchenlinsen aufweist und welches im Strahlengang der Teilchen derart angeordnet ist, dass die Einzel-Teilchenstrahlen (3), die die Multipol-Linsen-Sequenz (600) durchsetzen, im Wesentlichen auch das Rundlinsen-Array (385) durchsetzen, wobei die fokussierenden Teilchenlinsen des Rundlinsen-Arrays (385) keine Multipol-Linsen sind.
  19. Teilchenstrahl-System gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei das Rundlinsen-Array (385) im Strahlengang der Teilchen nach der Multipol-Linsen-Sequenz (600) angeordnet ist und wobei das System des Weiteren Folgendes aufweist: ein Kondensorlinsen-System (303), das im Strahlengang der Teilchen vor der Multipol-Linsen-Sequenz (600) angeordnet ist.
  20. Teilchenstrahl-System gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (10) auf die Einzel-Teilchenstrahlen (3) eine Wirkung derart ausübt, dass die Foki (325) der Einzel-Teilchenstrahlen (3) auf einer konkaven Fläche liegen.
  21. Teilchenstrahl-System gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Spannungsversorgung von mit derselben Spannung zu beaufschlagenden Elektroden einer Multipol-Linse gekoppelt erfolgt.
  22. Teilchenstrahl-System gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei an den Elektroden der Multipol-Linsen-Sequenz (600) angelegte Spannungen bei einer Strahlenergie von etwa 10keV jeweils weniger als 100V betragen.
  23. Verwendung des Teilchenstrahl-Systems gemäß einem der vorangehenden Ansprüche zur Bildfeldwölbungskorrektur.
  24. Verwendung des Teilchenstrahl-Systems gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22 zur Korrektur des Astigmatismus schiefer Bündel.
  25. Mehrstrahl-Teilchenmikroskop (1) mit einem Teilchenstrahl-System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22.
  26. Verfahren zur Bildfeldwölbungskorrektur eines Teilchenstrahl-Systems gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22, das den folgenden Schritt aufweist: individuelles Einstellen von Fokallängen für mehrere, insbesondere für alle, Einzel-Teilchenstrahlen (3) mittels der Multipol-Linsen-Sequenz (600).
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