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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Objektivlinsenanordnung, eine Objektivlinsenanordnung für ein Teilchenstrahlsystem und ein Teilchenstrahlmikroskop. In rasternden Teilchenstrahlsystemen dient die Objektivlinsenanordnung zur Fokussierung eines Strahls aus geladenen Teilchen auf eine Objektebene, in welcher ein zu untersuchendes oder zu bearbeitendes Objekt angeordnet werden kann. In abbildenden Teilchenstrahlsystemen dient die Objektivlinsenanordnung zur Fokussierung eines Strahls aus geladenen Teilchen, die von einem zu untersuchenden Objekt ausgehen, auf eine Bildebene.
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Es sind zahlreiche unterschiedliche Objektivlinsenanordnungen für rasternde Teilchenstrahlsysteme, wie beispielsweise Ionenstrahl- und Elektronenstrahlsysteme bekannt. Da bei solchen Teilchenstrahlsystemen die Objektivlinsenanordnung nicht ohne großen Aufwand gewechselt werden kann, werden Objektivlinsenanordnungen mit mehreren Funktionen entwickelt, welche auf mehrere unterschiedliche Anwendungen hin optimiert sind. Dabei kann jedoch das Problem auftreten, dass sich die zur Bereitstellung der einen Funktion vorgesehenen Merkmale einer Objektivlinsenanordnung ungünstig auf eine andere Funktion der Objektivlinsenanordnung auswirken.
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S.M. Juma et al., „Miniature rotation-free magnetic electron lenses for the electron microscope", Journal of Physics E: Scientific Instruments 11, 1978, Seiten 759-764 sowie die Druckschrift
US 4 806 766 A offenbaren magnetische Linsen zur Fokussierung von Elektronenstrahlen mit (teilweise) überlagernder Wirkung.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine multifunktionale Objektivlinsenanordnung für ein Teilchenstrahlsystem, insbesondere für ein Teilchenstrahlmikroskop, und ein Verfahren zum Betreiben derselben bereitzustellen, bei welchen ungünstige Wechselwirkungen minimiert sind.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Objektivlinsenanordnung für ein Teilchenstrahlmikroskop mit den folgenden Merkmalen.
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Die Objektivlinsenanordnung umfasst einen ersten Polschuh, einen zweiten Polschuh und einen dritten Polschuh. Der erste Polschuh und der zweite Polschuh sind Teil eines ersten offenen Jochs. Der zweite Polschuh und der dritte Polschuh sind Teil eines zweiten offenen Jochs. Das erste Joch und das zweite Joch sind jeweils im Wesentlichen rotationssymmetrisch bezüglich einer gemeinsamen Symmetrieachse. Das erste Joch und das zweite Joch liegen auf derselben Seite einer Objektebene der Objektivlinsenanordnung. Ein radial inneres Ende des ersten Polschuhs und ein radial inneres Ende des zweiten Polschuhs sind voneinander durch eine erste Lücke beabstandet. Das radial innere Ende des zweiten Polschuhs und ein radial inneres Ende des dritten Polschuhs sind voneinander durch eine zweite Lücke beabstandet.
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Die Objektivlinsenanordnung umfasst ferner einen Teilchenstrahlkanal, welcher entlang der Symmetrieachse verläuft. Der Teilchenstrahlkanal durchsetzt das erste und das zweite Joch.
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Die Objektivlinsenanordnung umfasst ferner eine erste Spule zum Erzeugen eines ersten Magnetfelds, welches einen in dem ersten Joch geführten und über die erste Lücke verlaufenden ersten Magnetfluss erzeugt. Die Objektivlinsenanordnung umfasst ferner eine zweite Spule zum Erzeugen eines zweiten Magnetfelds, welches einen in dem zweiten Joch geführten und über die zweite Lücke verlaufenden zweiten Magnetfluss erzeugt. Die Objektivlinsenanordnung umfasst ferner eine Stromversorgungsvorrichtung zum Versorgen der ersten und zweiten Spule mit elektrischem Strom.
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Die Objektivlinsenanordnung umfasst ferner eine Steuerung, welche dazu konfiguriert ist, die Objektivlinsenanordnung in einem ersten Betriebsmodus zu betreiben. In dem ersten Betriebsmodus steuert die Steuerung die Stromversorgungsvorrichtung so, dass das erste Magnetfeld zwischen der Objektivlinsenanordnung und der Objektebene eine fokussierende Wirkung hat und dass sich das erste Magnetfeld und das zweite Magnetfeld in dem Teilchenstrahlkanal kompensierend überlagern.
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Die Objektivlinsenanordnung umfasst zwei unabhängig voneinander steuerbare Spulen, nämlich die erste Spule und die zweite Spule, welche zur magnetischen Erregung der Objektivlinsenanordnung dienen. Die erste Spule dient dazu, zwischen der Objektivlinsenanordnung und der Objektebene das erste Magnetfeld zu erzeugen, welches eine fokussierende Wirkung auf einen in dem Teilchenstrahlkanal geführten Teilchenstrahl haben kann. Die zweite Spule dient dazu, im Inneren des Teilchenstrahlkanals das zweite Magnetfeld zu erzeugen, welches eine fokussierende Wirkung auf den Teilchenstrahl haben kann. Je nach Art des Objekts und der Anwendung kann zur Fokussierung vorrangig das erste oder das zweite Magnetfeld verwendet werden.
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Die Geometrie der Objektivlinsenanordnung bedingt, dass das erste Magnetfeld nicht nur zwischen der Objektivlinsenanordnung und der Objektebene, sondern auch im Inneren des Teilchenstrahlkanals wirkt. Die damit verbundene Fokussierung durch das erste Magnetfeld im Inneren des Teilchenstrahlkanals kann sich ungünstig auf die Fokussierung des Teilchenstrahls in die Objektebene auswirken. Um diese Auswirkung zu minimieren, wird im ersten Betriebsmodus das zweite Magnetfeld im Inneren des Teilchenstrahlkanals so erzeugt, dass es das erste Magnetfeld im Inneren des Teilchenstrahlkanals kompensierend überlagert. Das bedeutet, dass das Gesamtmagnetfeld im Inneren des Teilchenstrahlkanals, welches sich durch Überlagerung des ersten Magnetfeldes und des zweiten Magnetfeldes ergibt, eine geringere Stärke als das erste Magnetfeld aufweist. Die Kompensation kann eine teilweise oder vollständige (lokale) Auslöschung des ersten Magnetfelds bewirken.
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Die kompensierende Überlagerung kann erreicht werden, indem das erste Magnetfeld und das zweite Magnetfeld im Inneren des Teilchenstrahlkanals so erzeugt werden, dass das erste Magnetfeld und das zweite Magnetfeld zueinander entgegengesetzt orientiert sind. Insbesondere kann die kompensierende Überlagerung erreicht werden, indem das erste Magnetfeld und das zweite Magnetfeld im Inneren des Teilchenstrahlkanals so erzeugt werden, dass eine Magnetfeldkomponente des ersten Magnetfeldes in Axialrichtung und eine Magnetfeldkomponente des zweiten Magnetfeldes in Axialrichtung entgegengesetzt orientiert sind. Die Axialrichtung verläuft entlang der Symmetrieachse.
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Da die beiden Spulen voneinander unabhängig betrieben werden können, kann die Wirkung beispielsweise durch geeignete Wahl der elektrischen Ströme in den beiden Spulen erzielt werden. Die Steuerung kann die Polarität der Ströme und deren Stärke entsprechend einstellen. Dementsprechend sind in dem ersten Betriebsmodus der erste Magnetfluss und der zweite Magnetfluss, die beide den zweiten Polschuh durchströmen, in dem zweiten Polschuh zueinander entgegengesetzt orientiert.
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Da die beiden Spulen voneinander unabhängig betrieben werden können, kann die Objektivlinsenanordnung in einem zweiten Betriebsmodus betrieben werden, in welchem die Steuerung die Stromversorgungsvorrichtung so steuert, dass das erste Magnetfeld zwischen der Objektivlinsenanordnung und der Objektebene eine fokussierende Wirkung hat und dass das zweite Magnetfeld keine Wirkung oder im Wesentlichen keine Wirkung hat. Der erste und zweite Betriebsmodus eignen sich für Objekte, die einem starken Magnetfeld ausgesetzt werden können.
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Da die beiden Spulen voneinander unabhängig betrieben werden können, kann die Objektivlinsenanordnung in einem dritten Betriebsmodus betrieben werden, in welchem die Steuerung die Stromversorgungsvorrichtung so steuert, dass das zweite Magnetfeld in dem Teilchenstrahlkanal eine fokussierende Wirkung hat und dass das erste Magnetfeld keine Wirkung oder im Wesentlichen keine Wirkung hat. Dieser Betriebsmodus eignet sich für Objekte, die einem starken Magnetfeld nicht ausgesetzt werden können.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Objektivlinsenanordnung, insbesondere der hierin beschriebenen Objektivlinsenanordnung, oder zum Betreiben eines Teilchenstrahlmikroskops, insbesondere der hierin beschriebenen Teilchenstrahlmikroskope. Verfahrensgemäß wird die Objektivlinsenanordnung in dem ersten Betriebsmodus und/oder in dem zweiten Betriebsmodus und/oder in dem dritten Betriebsmodus betrieben. Wahlweise kann zwischen den Betriebsmodi gewechselt werden.
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Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Hierbei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Teilchenstrahlmikroskops;
- 2 eine schematische Darstellung einer Objektivlinsenanordnung;
- 3 eine schematische Darstellung der ortsabhängigen Magnetflussdichte für zwei unterschiedliche Betriebsmodi; und
- 4 eine schematische Darstellung eines Teilchenstrahlsystems, welches das in 1 gezeigte Teilchenstrahlmikroskop umfasst.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Teilchenstrahlmikroskops 1 zur Untersuchung eines Objekts 5.
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Das Teilchenstrahlmikroskop 1 umfasst eine Teilchenstrahlsäule 3. Die Teilchenstrahlsäule 3 umfasst eine Teilchenquelle 7, welche dazu konfiguriert ist, einen Teilchenstrahl 9 zu erzeugen. Die Teilchenquelle 7 kann sowohl mit einem elektrischen Heizstrom auf eine hohe Temperatur gebracht werden als auch mit einem elektrischen Potenzial beaufschlagt werden. Der Teilchenstrahl 9 wird beispielsweise aus Elektronen oder Ionen gebildet.
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Die Teilchenstrahlsäule 3 umfasst ferner eine Suppressorelektrode 11, welche die Teilchenquelle 7 an einer Öffnung 12 umringt und mit einem elektrischen Potenzial so beaufschlagt werden kann, dass Teilchen nur von einem begrenzten Oberflächenbereich der Teilchenquelle 7 emittiert werden.
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Die Teilchenstrahlsäule 3 umfasst ferner eine Extraktorelektrode 13, welche mit einem elektrischen Potenzial so beaufschlagt werden kann, dass ein bestimmter Strom an Teilchen eine Öffnung 14 in der Extraktorelektrode 13 passieren kann.
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Die Teilchenstrahlsäule 3 umfasst ferner eine Beschleunigungselektrode 15, welche mit einem elektrischen Potenzial beaufschlagt werden kann, um die die Öffnung 14 der Extraktorelektrode 13 passierenden Teilchen auf eine vorbestimmte kinetische Energie zu beschleunigen. Die kinetische Energie der Teilchen ist somit (näherungsweise) proportional zu der Potenzialdifferenz zwischen den elektrischen Potentialen der Teilchenquelle 7 und der Beschleunigungselektrode 15. Als Spezialfall kann die Beschleunigungselektrode 15 auch mit dem Erdpotential beaufschlagt sein. Die Beschleunigungselektrode 15 kann in Strahlrichtung rohrförmig erweitert sein und bis zur Objektivlinsenanordnung 17 reichen. Blenden, Detektoren und Vorrichtungen zur Erzeugung elektrischer Felder werden dabei von dieser rohrförmigen Erweiterung umschlossen.
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Die Teilchenstrahlsäule 3 umfasst ferner eine Selektionsblende 16, welche aus den Teilchen, die die Öffnung 14 der Extraktorelektrode 13 passieren, diejenigen Teilchen selektiert (d. h. passieren lässt), die im Weiteren als der Teilchenstrahl 9 bezeichnet werden.
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Die Teilchenstrahlsäule 3 umfasst ferner eine Objektivlinsenanordnung 17, welche geeignet ist, den Teilchenstrahl 9 auf das Objekt 5 zu fokussieren. Eine beispielhafte Ausführungsform der Objektivlinsenanordnung 17 wird später mit Bezug zu 2 detailliert erläutert.
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Die Teilchenstrahlsäule 3 umfasst ferner ein Deflektorensystem 19, welches geeignet ist, den Teilchenstrahl 9 abzulenken, so dass der Teilchenstrahl 9 auf verschiedene Orte auf der Oberfläche des Objekts 5 gerichtet werden kann. Das Deflektorensystem 19 kann dazu geeignet sein, den Teilchenstrahl 9 entlang zweier senkrecht zueinander orientierter Richtungen abzulenken, die jeweils wiederum senkrecht zu einer Hauptachse 21 der Objektivlinsenanordnung 17 orientiert sind.
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Das Teilchenstrahlmikroskop 1 umfasst ferner eine Steuerung 23, welche dazu geeignet ist, die Teilchenstrahlsäule 3 zu steuern. Die Steuerung 23 ist dazu konfiguriert, die Teilchenquelle 7 (insbesondere deren Heizstrom und angelegtes elektrische Potenzial), das an die Suppressorelektrode 11 angelegte elektrische Potenzial, das an die Extraktorelektrode 13 angelegte elektrische Potenzial, das an die Beschleunigungselektrode 15 angelegte elektrische Potenzial, das Deflektorensystem 19 und die Objektivlinsenanordnung 17 zu steuern.
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Das Teilchenstrahlmikroskop 1 umfasst ferner einen Detektor 25, welcher dazu geeignet ist, durch Wechselwirkung des Teilchenstrahls 9 mit dem Objekt 5 erzeugte Teilchen 27 zu detektieren. Die Teilchen 27 können insbesondere rückgestreute Elektronen, Sekundärelektronen, rückgestreute Ionen, Sekundärionen oder erzeugte Photonen sein. Der Detektor 25 kann außerhalb oder innerhalb der Teilchenstrahlsäule 3 angeordnet sein. In dem in 1 gezeigten Beispiel ist der Detektor 25 in einer Vakuumkammer 29 angeordnet. Der Detektor 25 ist dazu geeignet, ein Detektionssignal auszugeben, welches die Menge und/oder die Energie der detektierten Teilchen 27 repräsentiert. Die Steuerung 23 kann das Detektionssignal von dem Detektor 25 empfangen und verarbeiten und beispielsweise auf einer Anzeigevorrichtung darstellen.
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Das Teilchenstrahlmikroskop 1 umfasst ferner die Vakuumkammer 29. Die Vakuumkammer 29 weist eine Kammerwand 31 auf, die die Vakuumkammer 29 räumlich begrenzt. In der Vakuumkammer 29 kann ein Vakuum erzeugt werden, beispielsweise durch eine Vakuumpumpe 33, die mit der Vakuumkammer 29 über eine Leitung 35 verbunden ist. Die Vakuumkammer 29 ist mit der Teilchenstrahlsäule 3 verbunden und weist eine Öffnung 37 auf, durch welche der Teilchenstrahl 9 in die Vakuumkammer 29 eintreten kann.
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In der Vakuumkammer 29 ist ein Probentisch 41 angeordnet. Der Probentisch 41 dient dazu, das Objekt 5 zu tragen, räumlich zu positionieren und zu orientieren. Der Probentisch 41 kann durch die Steuerung 23 gesteuert werden, so dass die Steuerung 23 das Objekt 5 räumlich positionieren und orientieren kann.
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Durch Richten des Teilchenstrahls 9 auf eine Vielzahl von Orten des Objekts 5 und Detektieren der hierdurch erzeugten Teilchen 27 kann ein Bild des Objekts 5 durch die Steuerung 23 aufgenommen werden.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch die Objektivlinsenanordnung 17. Die Objektivlinsenanordnung 17 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch bezüglich einer Symmetrieachse 43, die mit der Hauptachse 21 der Objektivlinsenanordnung 17 zusammenfällt. In dieser Beschreibung ist eine Axialrichtung als eine Richtung zu verstehen, die parallel zu der Symmetrieachse 43 orientiert ist. In dieser Beschreibung ist eine Radialrichtung R als eine Richtung zu verstehen, die orthogonal zu der Symmetrieachse 43 orientiert ist. „Radial innen“ bedeutet in Radialrichtung R betrachtet nahe bei der Symmetrieachse 43. „Radial außen“ bedeutet in Radialrichtung R betrachtet weiter von der Symmetrieachse 43 entfernt.
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Die Objektivlinsenanordnung 17 umfasst ein erstes Joch 45 mit einem ersten Polschuh 47 und einem zweiten Polschuh 49. Das erste Joch 45 hat näherungsweise einen U-förmigen Querschnitt, wobei die Öffnung des U-förmigen Querschnitts zu einem Punkt auf der Symmetrieachse 43 gerichtet ist.
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Die Objektivlinsenanordnung 17 fokussiert den Teilchenstrahl 9 auf die Objektebene 53. Die Position der Objektebene 53 entlang der Axialrichtung ist daher von dem Betriebsmodus abhängig, in welchem die Objektivlinsenanordnung 17 betrieben wird. Die Objektebene 53 ist jedenfalls im Wesentlichen orthogonal zu der Axialrichtung orientiert und außerhalb der Objektivlinsenanordnung 17 positioniert. Dementsprechend kann ein zu untersuchendes oder zu bearbeitendes Objekt 5 in der Objektebene 53 angeordnet werden.
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Die Schenkel des U-förmigen Querschnitts des ersten Jochs 45 werden einerseits durch den ersten Polschuh 47 und andererseits durch den zweiten Polschuh 49 gebildet, wobei der erste Polschuh 47 entlang der Symmetrieachse 43 betrachtet zwischen dem zweiten Polschuh 49 und der Objektebene 53 angeordnet ist. Die Polschuhe 47 und 49 verjüngen sich zu der Symmetrieachse 43 hin.
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Das erste Joch 45 ist offen, was bedeutet, dass ein radial inneres Ende 55 des ersten Polschuhs 47 und ein radial inneres Ende 57 des zweiten Polschuhs 49 voneinander durch eine erste Lücke 59 beabstandet sind. „Radial inneres Ende“ eines Polschuhs bedeutet ein in Bezug auf den Polschuh in Radialrichtung R innenliegendes Ende. Die Radialrichtung R hat ihren Ursprung auf der Symmetrieachse 43 und ist orthogonal zu der Symmetrieachse 43 orientiert.
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Die erste Lücke 59 ist eine Lücke in Radialrichtung R, d. h. die erste Lücke 59 erstreckt sich entlang der Radialrichtung R. Das radial innere Ende 55 des ersten Polschuhs 47 und das radial innere Ende 57 des zweiten Polschuhs 49 weisen im Wesentlichen denselben Abstand von der Objektebene 53 auf.
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Das erste Joch 45 dient der Führung und Formung eines ersten Magnetfeldes, welches von einer ersten Spule 51 erzeugt wird. Der von der ersten Spule 51 erregte Magnetfluss 52 verläuft durch den ersten Polschuh 47, über die erste Lücke 59, durch den zweiten Polschuh 49 und wieder zu dem ersten Polschuh 47. Der erste Magnetfluss ist in 2 abschnittsweise durch Pfeile mit durchgezogener Linie dargestellt. Durch die Geometrie des ersten Jochs 45 wird das erste Magnetfeld in einem Wirkbereich 61 erzeugt, welcher außerhalb der Objektivlinsenanordnung 17 liegt. Der Wirkbereich 61 ist derjenige räumliche Bereich, in welchem das erste Magnetfeld eine signifikante Stärke aufweist und geeignet ist, auf den Teilchenstrahl 9 und/oder von dem Objekt 5 ausgehende Teilchen 27 zu wirken. Der Wirkbereich 61 erstreckt sich von dem ersten Joch 45 zu der Objektebene 53 und gegebenenfalls darüber hinaus. Das erste Magnetfeld wird auch als Immersionsfeld bezeichnet, da das Objekt 5 von dem ersten Magnetfeld umgeben ist, wenn das Objekt in der Objektebene 53 angeordnet ist.
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Die Objektivlinsenanordnung 17 umfasst ferner ein zweites Joch 63, welches zum Teil aus dem zweiten Polschuh 49 und zum Teil aus einem dritten Polschuh 67 gebildet ist. Das zweite Joch 63 hat näherungsweise einen U-förmigen Querschnitt, wobei die Öffnung des U-förmigen Querschnitts im Inneren der Objektivlinsenanordnung 17 liegt und zu der Symmetrieachse 43 gerichtet ist. Die Schenkel des U-förmigen Querschnitts des zweiten Jochs 63 werden einerseits durch den zweiten Polschuh 49 und andererseits durch den dritten Polschuh 67 gebildet, wobei der zweite Polschuh 49 entlang der Symmetrieachse 43 betrachtet zwischen dem dritten Polschuh 67 und dem ersten Polschuh 47 des ersten Jochs 45 angeordnet ist. Die Polschuhe 49 und 67 verjüngen sich zu der Symmetrieachse 43 hin.
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Das zweite Joch 63 ist in Axialrichtung weiter von der Objektebene 53 entfernt als das erste Joch 45. Das bedeutet, dass das erste Joch 45 in Axialrichtung betrachtet zwischen dem zweiten Joch 63 und der Objektebene 53 angeordnet ist.
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Das zweite Joch 63 ist offen, was bedeutet, dass ein radial inneres Ende 57 des zweiten Polschuhs 49 und ein radial inneres Ende 71 des dritten Polschuhs 67 voneinander durch eine zweite Lücke 73 beabstandet sind.
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Die zweite Lücke 73 ist eine Lücke in Axialrichtung, d. h. die zweite Lücke 73 erstreckt sich entlang der Axialrichtung, welche parallel zu der Symmetrieachse 43 orientiert ist. Das radial innere Ende 57 des zweiten Polschuhs 49 und das radial innere Ende 71 des dritten Polschuhs 67 weisen im Wesentlichen denselben Abstand von der Symmetrieachse 43 auf.
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Das zweite Joch 63 dient der Führung und Formung eines zweiten Magnetfeldes, welches von einer zweiten Spule 75 erzeugt wird. Der von der zweiten Spule 75 erregte Magnetfluss 76 verläuft durch den zweiten Polschuh 49, über die zweite Lücke 73, durch den dritten Polschuh 67 und wieder zu dem zweiten Polschuh 49.
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Der zweite Magnetfluss 76 ist in 2 abschnittsweise durch Pfeile mit gestrichelter Linie dargestellt. Durch die Geometrie des zweiten Jochs 63 wird das zweite Magnetfeld in einem Wirkbereich 77 erzeugt, welcher im Inneren der Objektivlinsenanordnung 17 liegt. Der Wirkbereich 77 ist derjenige räumliche Bereich, in welchem das zweite Magnetfeld eine signifikante Stärke aufweist und geeignet ist, auf den Teilchenstrahl 9 zu wirken. Der Wirkbereich 77 befindet sich in einem Teilchenstrahlkanal 79 in der Nähe der zweiten Lücke 73.
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Der Teilchenstrahlkanal 79 ist ein Kanal im Inneren der Objektivlinsenanordnung 17. Der Teilchenstrahl 9 wird in dem Teilchenstrahlkanal 79 geführt. Der Teilchenstrahlkanal 79 durchsetzt das erste Joch 45 und das zweite Joch 63. Der Teilchenstrahlkanal 79 verläuft entlang der Symmetrieachse 43. Der Teilchenstrahlkanal 79 ist durch ein Strahlrohr 81 räumlich begrenzt.
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Das Strahlrohr 81 durchsetzt ebenfalls das erste Joch 45 und das zweite Joch 63 und verläuft entlang der Symmetrieachse 43. Das Strahlrohr 81 weist an seinem der Objektebene 53 zugewandten Ende eine Öffnung 83 auf, durch welches der Teilchenstrahl 9 aus der Objektivlinsenanordnung 17 zu dem Objekt 5 hin austreten kann. Das Strahlrohr 81 kann sich an seiner der Objektebene 53 abgewandten Seite bis zur Beschleunigungselektrode 15 (in 1 dargestellt) fortsetzen.
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Die Objektivlinsenanordnung 17 umfasst ferner eine Stromversorgungsvorrichtung 85, welche dazu konfiguriert ist, die erste Spule 51 und die zweite Spule 75 zu betreiben, d. h. mit elektrischem Strom zu versorgen, um hierdurch das erste Magnetfeld und das zweite Magnetfeld zu erzeugen. In dem in 2 gezeigten Beispiel umfasst die Stromversorgungsvorrichtung 85 eine erste Stromquelle 87 zum Versorgen der ersten Spule 51 mit elektrischem Strom und eine zweite Stromquelle 89 zum Versorgen der zweiten Spule 75 mit elektrischem Strom.
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Die Stromversorgungsvorrichtung 85 bzw. die erste und zweite Stromquelle 87, 89 können von einer Steuerung 93 gesteuert werden. Die Steuerung 93 kann beispielsweise durch die Steuerung 23 implementiert sein. Beispielsweise ist die Steuerung 93 dazu konfiguriert, die Stromstärke und Stromrichtung der den Spulen 51, 75 durch die Stromversorgungsvorrichtung 85 zugeführten elektrischen Strömen zu steuern.
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Bei der in 2 dargestellten Konfiguration der Objektivlinsenanordnung 17 kann es insbesondere bei starker Erregung der ersten Spule 51 aufgrund der Geometrie der Objektivlinsenanordnung 17 dazu kommen, dass das von der ersten Spule 51 erzeugte Magnetfeld einen weiteren Wirkbereich 91 hat, welcher mit dem Wirkbereich 77 der zweiten Spule 75 räumlich überlappt. Dieser zusätzliche Wirkbereich 91 der ersten Spule 51 kann sich ungünstig auf die Fokussierung auswirken. Beispielsweise bewirkt die zusätzliche Fokussierung im Wirkbereich 91, dass Abbildungsfehler der Objektivlinsenanordnung 17 zunehmen und daher das Auflösungsvermögen der Objektivlinsenanordnung 17 abnimmt. Um diese Auswirkung zu minimieren oder zu eliminieren, ist die Steuerung 93 dazu konfiguriert, die Objektivlinsenanordnung 17 in einem ersten Betriebsmodus zu betreiben.
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In dem ersten Betriebsmodus steuert die Steuerung 93 die Stromversorgungsvorrichtung 85 derart, dass das erste Magnetfeld in dem Wirkbereich 61 eine fokussierende Wirkung hat und dass sich das erste Magnetfeld und das zweite Magnetfeld in dem Wirkbereich 91 kompensierend überlagern. Durch die kompensierende Überlagerung des ersten Magnetfeldes und des zweiten Magnetfeldes kann die fokussierende Gesamtwirkung in dem Wirkbereich 91 reduziert werden. Somit kann der ungünstige Einfluss reduziert werden. Der Grad der Kompensation kann durch das zweite Magnetfeld gesteuert werden.
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Beispielsweise steuert die Steuerung 93 die einzelnen Stromquellen 87, 89 derart, dass die durch die Spulen 51, 75 erzeugten Magnetfelder sich in dem Wirkbereich 91 wenigstens teilweise aufheben. Somit wird zum einen durch die erste Spule 51 in dem Wirkbereich 61 eine fokussierende Wirkung bereitgestellt und zum anderen die ungünstige Auswirkung des ersten Magnetfeldes in dem Wirkbereich 91 durch das zweite Magnetfeld wenigstens teilweise aufgehoben. Die Steuerung 93 kann die Stromstärke und Stromrichtung des Stroms, welcher der zweiten Spule 75 zugeführt wird, so einstellen, dass das zweite Magnetfeld in dem Wirkbereich 91 entgegengesetzt zu dem ersten Magnetfeld orientiert ist. Durch Überlagerung des ersten Magnetfeldes und des zweiten Magnetfeldes kann das resultierende Magnetfeld in dem Wirkbereich 91 reduziert werden.
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In diesem Zustand ist der von der ersten Spule 51 erzeugte erste Magnetfluss 52 in dem zweiten Polschuh 49 entgegengesetzt zu dem von der zweiten Spule 75 erzeugten zweiten Magnetfluss 76 orientiert. Dies ist in 2 dadurch dargestellt, dass der Pfeil mit der durchgezogenen Linie, der den ersten Magnetfluss 52 repräsentiert, und der Pfeil mit der gestrichelten Linie, der den zweiten Magnetfluss 76 repräsentiert, in dem zweiten Polschuh 49 entgegengesetzt orientiert sind.
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Die Stromversorgungsvorrichtung 85 kann insbesondere so konfiguriert sein, dass ein Verhältnis zwischen einer Stromstärke eines der ersten Spule 51 zugeführten elektrischen Stroms zu einer Stromstärke eines der zweiten Spule 75 zugeführten elektrischen Stroms variabel einstellbar ist. Hierdurch kann der Grad der Kompensation eingestellt werden.
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Die Stromversorgungsvorrichtung 85 kann insbesondere so konfiguriert sein, dass eine Polarität des der ersten Spule 51 zugeführten elektrischen Stroms und/oder eine Polarität des der zweiten Spule 75 zugeführten elektrischen Stroms variabel einstellbar ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass eine kompensierende Überlagerung möglich ist.
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Zusätzlich zu dem ersten Betriebsmodus kann die Steuerung 93 dazu konfiguriert sein, die Objektivlinsenanordnung 17 in einem zweiten Betriebsmodus zu betreiben. In dem zweiten Betriebsmodus steuert die Steuerung 93 die Stromversorgungsvorrichtung 85 derart, dass das erste Magnetfeld in dem Wirkbereich 61, d. h. zwischen der Objektivlinsenanordnung 17 und der Objektebene 53, eine fokussierende Wirkung hat und dass das zweite Magnetfeld keine Wirkung oder im Wesentlichen keine Wirkung hat. In diesem Betriebsmodus wird im Wesentlichen nur die erste Spule 51 betrieben, die zweite Spule 75 wird nicht oder nur vernachlässigbar betrieben. Dementsprechend weist das erste Magnetfeld eine signifikante Stärke auf, während das zweite Magnetfeld keine oder eine vernachlässigbar geringe Stärke aufweist. Dieser Betriebsmodus kann, ebenso wie der erste Betriebsmodus, für Objekte 5 verwendet werden, welche durch ein Immersionsfeld nicht beschädigt werden. Nicht alle Objekte 5, die mit dem Teilchenstrahlmikroskop 1 untersucht werden können, sind dazu geeignet, einem Immersionsfeld ausgesetzt zu sein.
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3 zeigt eine schematische Darstellung der ortsabhängigen Magnetflussdichte B als Funktion des Ortes entlang der Symmetrieachse 43. Genauer gesagt repräsentiert die vertikale Achse eine axial Komponente der Magnetflussdichte des Gesamtmagnetfeldes, wobei die axiale Komponente die Komponente der Magnetflussdichte ist, welche entlang der Symmetrieachse orientiert ist. Die horizontale Achse repräsentiert Ortskoordinaten entlang der Symmetrieachse 43. Die Punkte P1, P2 und P3 zeigen in den 2 und 3 den räumlichen Zusammenhang zwischen der Darstellung in der 2 und der Darstellung in der 3. Der Punkt P1 liegt auf der Symmetrieachse 43 an einer Position zwischen der Objektivlinsenanordnung 17 und der Objektebene 53. Der Punkt P2 liegt auf der Symmetrieachse 43 an einer Position auf Höhe des radialen Endes 57 des zweiten Polschuhs 49. Der Punkt P3 liegt auf der Symmetrieachse 43 an einer Position auf Höhe der Mitte des Wirkbereichs 91.
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Eine mit gestrichelter Linie dargestellte Kurve 95 repräsentiert die axiale Komponente der Magnetflussdichte für den Fall, dass die Objektivlinsenanordnung 17 in dem ersten Betriebsmodus betrieben wird. Eine mit durchgezogener Linie dargestellte Kurve 97 repräsentiert die axiale Komponente der Magnetflussdichte für den Fall, dass die Objektivlinsenanordnung 17 in dem zweiten Betriebsmodus betrieben wird.
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Wie der 3 entnommen werden kann, weist die Magnetflussdichte am Ort P1 sowohl in dem ersten Betriebsmodus als auch in dem zweiten Betriebsmodus einen hohen Wert auf, was eine starke Fokussierung bedeutet. Diese Fokussierung ist gewünscht. Sowohl in dem ersten Betriebsmodus als auch in dem zweiten Betriebsmodus nimmt die Magnetflussdichte vom Ort P1 bis zum Ort P2 ab, steigt vom Ort P2 bis zum Ort P3 an und nimmt danach wieder ab.
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Im zweiten Betriebsmodus weist die Magnetflussdichte am Ort P3 einen verhältnismäßig hohen Wert auf. Diese zusätzliche Fokussierung ist unerwünscht und verschlechtert die Gesamtfokussierung. Im ersten Betriebsmodus weist die Magnetflussdichte am Ort P3 einen im Vergleich zum zweiten Betriebsmodus deutlich geringeren Wert auf. Dies liegt daran, dass das zweite Magnetfeld das erste Magnetfeld im ersten Betriebsmodus im Bereich des Ortes P3 (Wirkbereich 91) kompensierend überlagert. Der erste Betriebsmodus bietet damit eine gegenüber dem zweiten Betriebsmodus verbesserte Gesamtfokussierung.
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Für Objekte 5, die einem Immersionsfeld nicht ausgesetzt werden sollten, eignet sich ein dritter Betriebsmodus der Objektivlinsenanordnung 17, welcher durch die Steuerung 93 durchgeführt werden kann. In dem dritten Betriebsmodus steuert die Steuerung 93 die Stromversorgungsvorrichtung 85 derart, dass das zweite Magnetfeld in dem Wirkbereich 77, d. h. in dem Teilchenstrahlkanal 79, eine fokussierende Wirkung hat und dass das erste Magnetfeld keine Wirkung oder im Wesentlichen keine Wirkung hat. In diesem Betriebsmodus wird im Wesentlichen nur die zweite Spule 75 betrieben, die erste Spule 51 wird nicht oder nur vernachlässigbar betrieben. Dementsprechend weist das zweite Magnetfeld eine signifikante Stärke auf, während das erste Magnetfeld keine oder eine vernachlässigbar geringe Stärke aufweist. Dieser Betriebsmodus kann für Objekts 5 verwendet werden, welche durch ein Immersionsfeld beschädigt werden würden oder bei denen das Teilchenstrahlmikroskop 1 nur qualitativ schlechte Bilder liefern würde.
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Die Objektivlinsenanordnung 17 kann wahlweise in einem der beschriebenen und weiteren Betriebsmodi betrieben werden. Hierzu steuert die Steuerung 93 die Stromversorgungsvorrichtung 85 entsprechend an.
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Zusätzlich zu den magnetischen Eigenschaften der Objektivlinsenanordnung 17 können auch elektrische Eigenschaften zur Gesamtwirkung der Objektivlinsenanordnung 17 beitragen. Beispielsweise können das Objekt 5, der erste Polschuh 47, der zweite Polschuh 49 und der dritte Polschuh 67 das gleiche elektrische Potential haben, insbesondere auf Masse geschaltet sein. Das Strahlrohr 81 kann auf ein davon verschiedenes elektrisches Potential geschaltet sein, beispielsweise ein Hochspannungspotenzial im Bereich von 5 kV bis 10 kV. Die Objektivlinsenanordnung 17 umfasst ein Käppchen 82 (siehe 2), welches an dem der Objektebene 53 zugewandten Ende des Strahlrohrs 81 mit Abstand von dem Strahlrohr 81 angeordnet ist. An das Käppchen 82 kann ein einstellbares elektrisches Potenzial angelegt werden. Wenn beispielsweise das Strahlrohr 81 auf Hochspannung gelegt ist und das Käppchen 82 auf das Erdpotenzial gelegt ist, wird zwischen dem Strahlrohr 81 und dem Käppchen 82 ein Bremsfeld erzeugt, welches die Teilchen des Teilchenstrahls 9 vor dem Austritt abbremst.
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Die hierin beschriebenen Verfahren, die hierin beschriebenen Objektivlinsenanordnungen und die hierin beschriebenen Teilchenstrahlmikroskope können in einem Teilchenstrahlsystem zur Anwendung kommen. Das Teilchenstrahlsystem kann mehrere Teilchenstrahlgeräte umfassen. Das Teilchenstrahlsystem kann mehrere unterschiedliche Teilchenstrahlgeräte umfassen, beispielweise eine Ionenstrahlsäule und eine Elektronenstrahlsäule (Teilchenstrahlmikroskop).
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Die Teilchenstrahlgeräte des Teilchenstrahlsystems können einen gemeinsamen Arbeitsbereich haben, in welchem die von den Teilchenstrahlgeräten erzeugten Teilchenstrahlen gleichzeitig auf den selben räumlichen Bereich eines zu untersuchenden und/oder zu bearbeitenden Objekts gerichtet werden können. Zu diesem Zweck können die Teilchenstrahlgeräte schräg zueinander orientiert sein. Die von den Teilchenstrahlgeräten erzeugten Teilchenstrahlen treffen hierbei unter einem (spitzen) Winkel zueinander auf das Objekt, wobei der Winkel üblicherweise einen Wert im Bereich von 50° bis 60° aufweist und in speziellen Fällen 90° beträgt.
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4 zeigt schematisch ein Teilchenstrahlsystem 101 mit zwei Teilchenstrahlgeräten, nämlich einem Elektronenstrahlmikroskop 103 und einer Ionenstrahlsäule 105. Das Teilchenstrahlsystem 101 unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten Teilchenstrahlmikroskop 1 im Wesentlichen nur dadurch, dass das Teilchenstrahlsystem 101 ferner die Ionenstrahlsäule 105 umfasst, wobei das Teilchenstrahlsystem 101 und die Ionenstrahlsäule 105 einen gemeinsamen Arbeitsbereich 107 haben. Die Teilchenstrahlsäulen 103 und 105 können von der Steuerung 23 gesteuert werden.
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Das Objekt 5 ist in dem gemeinsamen Arbeitsbereich 107 der Teilchenstrahlsäulen 103 und 105 angeordnet. Daher können die von den beiden Teilchenstrahlsäulen 103 und 105 erzeugten Teilchenstrahlen 109 und 111 gleichzeitig auf den selben Bereich des Objekts 5 gerichtet werden, ohne dass das Objekt 5 bewegt werden muss. Der (spitze) Winkel 108 zwischen den Teilchenstrahlen 109 und 111 hat üblicherweise einen Wert im Bereich von 50° bis 60°, in speziellen Fällen 90°.
