DE102022131862A1

DE102022131862A1 - Vielstrahl-Teilchenmikroskop umfassend eine Aberrationskorrektureinheit mit Geometrie-basierten Korrekturelektroden und Verfahren zum Einstellen der Aberrationskorrektur sowie Computerprogrammprodukt

Info

Publication number: DE102022131862A1
Application number: DE102022131862.1A
Authority: DE
Inventors: Christian Veit; Dirk Zeidler; Benedikt TRATZMILLER; Ingo Müller
Original assignee: Carl Zeiss Multisem GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Multisem GmbH
Priority date: 2022-12-01
Filing date: 2022-12-01
Publication date: 2024-06-06
Also published as: WO2024114941A1

Abstract

Offenbart wird ein Vielstrahl-Teilchenmikroskop mit einer verbesserten Aberrationskorrektureinheit zum individuellen Korrigieren einer oder mehrerer Aberrationen. Dabei weist die Aberrationskorrektureinheit eine Sequenz von Elektrodenarrays umfassend wenigstens ein erstes Paar von Elektrodenarrays auf, wobei das erste Paar ein erstes Elektrodenarray und ein zweites Elektrodenarray aufweist, wobei das erste Elektrodenarray und das zweite Elektrodenarray jeweils eine Vielzahl von Geometrie-basierten Korrekturelektroden mit jeweils n-zähliger Rotationssymmetrie um die optische Achse für eine Multipolfelderzeugung aufweisen, die jeweils individuell mittels genau einer Zuleitung ansteuerbar sind, wobei die Geometrie-basierten Korrekturelektroden in dem ersten Elektrodenarray gegenüber zugehörigen Geometrie-basierten Korrekturelektroden in dem zweiten Elektrodenarray bezogen auf die optische Achse gedreht sind; und wobei die Steuerung eingerichtet ist, die Vielzahl der Geometrie-basierten Korrekturelektroden des ersten Elektrodenarrays und des zweiten Elektrodenarrays der Aberrationskorrektureinheit individuell für eine Aberrationskorrektur anzusteuern.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf Vielstrahl-Teilchenstrahlsysteme. Die Erfindung bezieht sich konkret auf ein Vielstrahl-Teilchenmikroskop umfassend eine Aberrationskorrektureinheit und auf ein Verfahren zum Einstellen der Aberrationskorrektur sowie auf ein dazugehöriges Computerprogrammprodukt.
Stand der Technik
Mit der kontinuierlichen Entwicklung immer kleinerer und komplexerer Mikrostrukturen wie Halbleiterbauelementen besteht ein Bedarf an der Weiterentwicklung und Optimierung von planaren Herstellungstechniken und von Inspektionssystemen zur Herstellung und Inspektion kleiner Abmessungen der Mikrostrukturen. Die Entwicklung und Herstellung der Halbleiterbauelemente erfordert beispielsweise eine Überprüfung des Designs von Testwafern, und die planaren Herstellungstechniken benötigen eine Prozessoptimierung für eine zuverlässige Herstellung mit hohem Durchsatz. Darüber hinaus wird neuerdings eine Analyse von Halbleiterwafern für das Reverse Engineering und eine kundenspezifische, individuelle Konfiguration von Halbleiterbauelementen gefordert. Es besteht deshalb ein Bedarf an Inspektionsmitteln, die mit hohem Durchsatz zur Untersuchung der Mikrostrukturen auf Wafern mit hoher Genauigkeit eingesetzt werden können.
Typische Siliziumwafer, die bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen verwendet werden, haben Durchmesser von bis zu 300 mm. Jeder Wafer ist in 30 bis 60 sich wiederholende Bereiche („Dies“) mit einer Größe von bis zu 800 mm² unterteilt. Eine Halbleitervorrichtung umfasst mehrere Halbleiterstrukturen, die durch planare Integrationstechniken in Schichten auf einer Oberfläche des Wafers hergestellt sind. Aufgrund der Herstellungsprozesse weisen Halbleiterwafer typischerweise eine ebene Oberfläche auf. Die Strukturgröße der integrierten Halbleiterstrukturen erstreckt sich dabei von wenigen µm bis zu den kritischen Abmessungen (engl. „critical dimensions“, CD) von 5 nm, wobei in naher Zukunft die Strukturgrößen sogar noch kleiner werden; man rechnet zukünftig mit Strukturgrößen oder kritische Abmessungen (CD) unter 3 nm, beispielsweise 2 nm, oder sogar unter 1 nm. Bei den oben genannten kleinen Strukturgrößen müssen Defekte in der Größe der kritischen Abmessungen in kurzer Zeit auf einer sehr großen Fläche identifiziert werden. Für mehrere Anwendungen ist die Spezifikationsanforderung für die Genauigkeit einer von einem Inspektionsgerät bereitgestellten Messung sogar noch höher, beispielsweise um den Faktor zwei oder eine Größenordnung. Beispielsweise muss eine Breite eines Halbleitermerkmals mit einer Genauigkeit unter 1 nm, beispielsweise 0,3 nm oder sogar weniger, gemessen werden, und eine relative Position von Halbleiterstrukturen muss mit einer Überlagerungsgenauigkeit von unter 1 nm, beispielsweise 0,3 nm oder sogar weniger, bestimmt werden.
Eine neuere Entwicklung auf dem Gebiet der geladenen Teilchensysteme (engl. „charged particle microscopes“, CPM) ist das MSEM, ein Mehrstrahl-Rasterelektronenmikroskop. Ein Mehrstrahl-Rasterelektronenmikroskop ist beispielsweise in US 7 244 949 B2 und in US 2019/0355544 A1 offenbart. In einem Mehrstrahl-Elektronenmikroskop oder MSEM wird eine Probe mit einer Vielzahl von Einzel-Elektronenstrahlen, die in einem Feld oder Raster angeordnet sind, gleichzeitig bestrahlt. Es können beispielsweise 4 bis 10000 Einzel-Elektronenstrahlen als Primärstrahlung vorgesehen sein, wobei jeder Einzel-Elektronenstrahl durch einen Abstand von 1 bis 200 Mikrometern von einem benachbarten Einzel-Elektronenstrahl getrennt ist. Zum Beispiel hat ein MSEM ungefähr 100 getrennte Einzel-Elektronenstrahlen (engl. „beamlets“), die beispielsweise in einem hexagonalen Raster angeordnet sind, wobei die Einzel-Elektronenstrahlen durch einen Abstand von ungefähr 10 µm getrennt sind. Die Vielzahl von geladenen Einzel-Teilchenstrahlen (Primärstrahlen) wird durch eine gemeinsame Objektivlinse auf eine Oberfläche einer zu untersuchenden Probe fokussiert. Die Probe kann zum Beispiel ein Halbleiterwafer sein, der an einem Waferhalter befestigt ist, der auf einem beweglichen Tisch montiert ist. Während der Beleuchtung der Waferoberfläche mit den geladenen primären Einzel-Teilchenstrahlen gehen Wechselwirkungsprodukte, z.B. Sekundärelektronen oder Rückstreuelektronen, von der Oberfläche des Wafers aus. Ihre Startpunkte entsprechen den Orten auf der Probe, auf die die Vielzahl von primären Einzel-Teilchenstrahlen jeweils fokussiert ist. Die Menge und Energie der Wechselwirkungsprodukte hängt von der Materialzusammensetzung und der Topographie der Waferoberfläche ab. Die Wechselwirkungsprodukte bilden mehrere sekundäre Einzel-Teilchenstrahlen (Sekundärstrahlen), die von der gemeinsamen Objektivlinse gesammelt und durch ein Projektionsabbildungssystem des Mehrstrahlinspektionssystems auf einen Detektor treffen, der in einer Detektionsebene angeordnet ist. Der Detektor umfasst mehrere Detektionsbereiche, von denen jeder mehrere Detektionspixel umfasst, und der Detektor erfasst eine Intensitätsverteilung für jeden der sekundären Einzel-Teilchenstrahlen. Dabei wird ein Bildfeld von beispielsweise 100 µm × 100 µm erhalten.
Das Mehrstrahl-Elektronenmikroskop des Standes der Technik umfasst eine Folge von elektrostatischen und magnetischen Elementen. Zumindest einige der elektrostatischen und magnetischen Elemente sind einstellbar, um die Fokusposition und die Stigmation der Vielzahl von geladenen Einzel-Teilchenstrahlen anzupassen. Das Mehrstrahl-System mit geladenen Teilchen des Standes der Technik umfasst zudem mindestens eine Überkreuzungsebene der primären oder der sekundären geladenen Einzel-Teilchenstrahlen. Des Weiteren umfasst das System des Standes der Technik Detektionssysteme, um die Einstellung zu erleichtern. Das Mehrstrahl-Teilchenmikroskop des Standes der Technik umfasst mindestens einen Strahlablenker (engl. „deflection scanner“) zum kollektiven Abtasten eines Bereiches der Probenoberfläche mittels der Vielzahl von primären Einzel-Teilchenstrahlen, um ein Bildfeld der Probenoberfläche zu erhalten.
Bei der Durchführung von Inspektionsaufgaben mit Vielstrahl-Teilchenmikroskopen treten unweigerlich Aberrationen auf, die es zu vermeiden bzw. zu verringern gilt. Hierzu werden gemäß dem Stand der Technik Korrektoren verwendet, die entweder globale oder individuelle Strahlkorrekturen ermöglichen. Gerade bei einer großen Anzahl von Einzel-Teilchenstrahlen eines Vielstrahl-Teilchenmikroskops und somit einem verhältnismäßig großen Multibildfeld sind individuelle Strahlkorrekturen besonders wichtig. So tritt bei Vielstrahl-Teilchenmikroskopen typischerweise ein Feld-Astigmatismus auf, der nicht mit einem globalen Stigmator korrigiert werden kann. Stattdessen werden Einzelstrahl-Korrektoren verwendet, die typischerweise Arrays von Multipolelektroden aufweisen, beispielsweise Oktupolelektroden. Dabei handelt es sich also um segmentierte und dadurch mehrpolige Elektroden. Jede Elektrode der Multipolelektroden ist dabei individuell ansteuerbar. Beispielhaft wird hierzu auf die DE 10 2014 008 083 A1 verwiesen.
Eine Multipolelektrode kann dabei nicht nur zur Astigmatismus-Korrektur, sondern auch zur Korrektur anderer Aberrationen eingesetzt werden: Eine Oktupolelektrode kann beispielsweise einen Einzel-Teilchenstrahl auch ablenken oder die Fokusposition des Einzel-Teilchenstrahles verschieben. Außerdem können - etwas weniger intuitiv - mittels der Oktupolelektrode auch geometrische Aberrationen mit dreizähliger Symmetrie korrigiert werden.
Der große Vorteil der beschriebenen Multipolelektroden ist also ihre recht universelle Einsetzbarkeit für Aberrationskorrekturen. Dennoch stoßen die Multipolelektroden bei Vielstrahl-Teilchenmikroskopen, die mit immer mehr Einzel-Teilchenstrahlen arbeiten, an ihre Grenzen und es besteht Verbesserungsbedarf:

Die Multipolelektroden werden als große Arrays implementiert, ihre Herstellung ist komplex und vergleichsweise teuer. Ihre Komplexität macht sie grundsätzlich anfällig, Qualität und Lebensdauer sind schwierig zu gewährleisten. Insbesondere sind für jede Multipolelektrode mehrere Zuleitungen für die Spannungsbelegung der Elektroden erforderlich. Eine Oktupolelektrode mit acht individuell einstellbaren Elektroden benötigt beispielsweise acht Zuleitungen. Bei einem Oktupolelektroden-Array für mehr als 100 Einzel-Teilchenstrahlen eines Vielstrahl-Teilchenmikroskops sind dies bereits mehr als 800 einzelne Leitungen! Eine derartig hohe Zahl von Zuleitungen kann realistischerweise nicht mehr durch Vakuumdurchführungen bereitgestellt werden. Stattdessen müssen die Spannungen für die Zuleitungen durch eine Vorrichtung erzeugt werden, die bereits innerhalb des Vakuums des Vielstrahl-Teilchenmikroskops angeordnet ist, beispielsweise durch eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC). Eine Anordnung innerhalb der Vakuumkammer ist aber nachteilig wegen potentiellen Elektronenbeschusses und wegen der in der Kammer unvermeidbar auftretenden Röntgenstrahlung.

Außerdem ist bei einer insgesamt großen Anzahl von individuell ansteuerbaren Elektroden in einem Array bzw. in einer Multiaperturplatte die Zuleitungsanordnung selbst problematisch. Zwischen den einzelnen Oktupolelektroden bzw. in den Zwischenräumen der Aperturen in einer Multiaperturplatte müssen dann sehr viele Leitungen verlaufen. Grundsätzlich sind deshalb der Größe bzw. der Anzahl von Multipolelektroden in einer Multiaperturplatte Grenzen gesetzt, das System ist nicht gut skalierbar. Auch ein Ausweichen auf eine Leitungsverlegung in mehreren Ebenen bietet sich nur bedingt als Lösung an, da dieser Ansatz ebenfalls verhältnismäßig aufwändig ist.
Beschreibung der Erfindung
Es ist somit die Aufgabe der Erfindung, die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik zu überwinden. Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, ein Vielstrahl-Teilchenmikroskop mit Aberrationskorrektur bereitzustellen, mittels dem eine individuelle Strahlkorrektur für eine größere Anzahl von Einzel-Teilchenstrahlen und/ oder mit weniger Kontrollaufwand erfolgen kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.
Es ist ein Grundgedanke der Erfindung, die im Stand der Technik verwendeten Multipolkorrektoren mit ihren kompliziert anzusteuernden segmentierten Elektroden durch eine andere Art von Korrektureinheit zu ersetzen.
Grundsätzlich gilt für das elektrostatische Potential U innerhalb eines Multipolkorrektors (angegeben in Zylinderkoordinaten) folgende Beziehung: $U \propto U_{0} + U_{1} cos (φ + φ_{1}) + U_{2} cos (2 φ + φ_{2}) + U_{3} cos (3 φ + φ_{3}) + \dots$
Dabei ist φ die Winkelkoordinate im Innern des Multipolkorrektors. Die Amplituden U₁ ... U_n sind abhängig von der Position entlang der optischen Achse (z-Achse), sie besitzen außerdem eine radiale Abhängigkeit. Die Winkel φ_i beschreiben eine Drehung bzw. die Ausrichtung eines Multipols.
Das elektrostatische Potential U im Innern eines Multipolkorrektors lässt sich also im Prinzip durch eine Reihenentwicklung nach Multipolen darstellen. U₁cos(φ+φ₁) beschreibt einen Dipol, U₂cos(2φ+φ₂) beschreibt einen Quadrupol, U₃cos(3φ+φ₃) beschreibt einen Hexapol usw. U₀ ist ein radialsymmetrisches Offsetpotential.
Anstatt nun - wie im Stand der Technik - das gesamte zur Aberrationskorrektur notwendige Potential mittels eines einzigen Multipolkorrektors zu erzeugen, dessen Elektroden kompliziert angesteuert werden müssen, werden gemäß der Erfindung einzelne Terme der obigen Reihenentwicklung separat durch spezielle Elektrodenpaare realisiert. Sämtliche Terme des Korrekturpotentials können durch eine Sequenz dieser speziellen Elektrodenpaare dargestellt werden. Dabei sind die speziellen Elektroden der Elektrodenpaare jeweils individuell ansteuerbar, benötigen aber jeweils nur genau eine Zuleitung, was die Anzahl der Zuleitungen bei der Aberrationskorrektureinheit insgesamt und den Kontrollaufwand reduziert. Entscheidend für die jeweilige Multipolerzeugung in der Sequenz aus speziellen Elektroden bzw. Elektrodenpaaren ist dabei die Form bzw. die Form der Querschnitte dieser Elektroden. Sie werden deshalb im Rahmen dieser Patentanmeldung als Geometrie-basierte Elektroden bezeichnet. Eine Geometrie-basierte Elektrode kann beispielsweise einen elliptischen Querschnitt aufweisen, also zweizählig sein, und so ein Quadrupolfeld erzeugen. Sie kann im Querschnitt eine im Wesentlichen abgerundete gleichseitige Dreiecksform aufweisen, also dreizählig sein, die ein Hexapolfeld erzeugt usw.
Konkret bezieht sich die Erfindung gemäß einem ersten Aspekt auf ein Vielstrahl-Teilchenmikroskop, das die folgenden Merkmale aufweist:

einen Multistrahl-Generator, welcher konfiguriert ist, um ein erstes Feld einer Vielzahl von geladenen ersten Einzel-Teilchenstrahlen zu erzeugen;
eine erste Teilchenoptik mit einem ersten teilchenoptischen Strahlengang, die konfiguriert ist, um die erzeugten ersten Einzel-Teilchenstrahlen auf eine Probenoberfläche in der Objektebene abzubilden, so dass die ersten Einzel-Teilchenstrahlen an Auftrefforten auf die Probenoberfläche treffen, die ein zweites Feld bilden;
ein Detektionssystem mit einer Vielzahl von Detektionsbereichen, die ein drittes Feld bilden; eine zweite Teilchenoptik mit einem zweiten teilchenoptischen Strahlengang, die konfiguriert ist, um zweite Einzel-Teilchenstrahlen, die von den Auftrefforten im zweiten Feld ausgehen, auf das dritte Feld der Detektionsbereiche des Detektionssystems abzubilden;
eine magnetische und/oder elektrostatische Objektivlinse, durch die sowohl die ersten als auch die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen hindurchtreten;
eine Strahlweiche, die in dem ersten teilchenoptischen Strahlengang zwischen dem Multistrahl-Generator und der Objektivlinse angeordnet ist, und die im zweiten teilchenoptischen Strahlengang zwischen der Objektivlinse und dem Detektionssystem angeordnet ist;
eine Aberrationskorrektureinheit zum individuellen Korrigieren einer oder mehrerer Aberrationen im ersten teilchenoptischen Strahlengang; und
eine Steuerung,
wobei die Aberrationskorrektureinheit eine Sequenz von Elektrodenarrays umfassend wenigstens ein erstes Paar von Elektrodenarrays aufweist,
wobei das erste Paar ein erstes Elektrodenarray und ein zweites Elektrodenarray aufweist,
wobei das erste Elektrodenarray und das zweite Elektrodenarray jeweils eine Vielzahl von Geometrie-basierten Korrekturelektroden mit jeweils n-zähliger Rotationssymmetrie um die optische Achse für eine Multipolfelderzeugung aufweisen, die jeweils individuell mittels genau einer Zuleitung ansteuerbar sind,
wobei die Geometrie-basierten Korrekturelektroden in dem ersten Elektrodenarray gegenüber zugehörigen Geometrie-basierten Korrekturelektroden in dem zweiten Elektrodenarray bezogen auf die optische Achse gedreht sind; und
wobei die Steuerung eingerichtet ist, die Vielzahl der Geometrie-basierten Korrekturelektroden des ersten Elektrodenarrays und des zweiten Elektrodenarrays der Aberrationskorrektureinheit individuell für eine Aberrationskorrektur anzusteuern.

Bei den ersten geladenen Einzel-Teilchenstrahlen kann es sich zum Beispiel um Elektronen, Positronen, Myonen oder Ionen oder andere geladene Partikel handeln. Es ist vorteilhaft, wenn die Zahl der Teilchenstrahlen 3n (n-1)+1, mit n einer beliebigen natürlichen Zahl, beträgt; dann ist eine Anordnung der Teilchenstrahlen im Array bevorzugt insgesamt hexagonal. Bei den zweiten Einzel-Teilchenstrahlen kann es sich um Rückstreuelektronen oder aber um Sekundärelektronen handeln. Dabei ist es für Analysezwecke bevorzugt so, dass die niederenergetischen Sekundärelektronen für die Bilderzeugung verwendet werden. Es ist aber auch möglich, dass Spiegel-Ionen/ Spiegelelektronen als zweite Einzel-Teilchenstrahlen verwendet werden, also direkt vor bzw. an dem Objekt umkehrende erste Einzel-Teilchenstrahlen.
Die Aberrationskorrektureinheit dient zum individuellen Korrigieren einer oder mehrerer Aberrationen im ersten teilchenoptischen Strahlengang. Dabei werden also Aberrationen für die ersten Einzel-Teilchenstrahlen individuell korrigiert. Es handelt sich nicht um eine globale Korrektur für sämtliche ersten Einzel-Teilchenstrahlen gleichermaßen. Die Aberrationskorrektureinheit weist eine Sequenz von Elektrodenarrays umfassend wenigstens ein erstes Paar von Elektrodenarrays auf, wobei das erste Paar ein erstes Elektrodenarray und ein zweites Elektrodenarray aufweist. Das Wort Sequenz beschreibt dabei die Tatsache, dass die Elektrodenarrays im teilchenoptischen Strahlengang im Prinzip nacheinander angeordnet sind. Es ist dabei aber nicht notwendigerweise so, dass das erste Elektrodenarray und das zweite Elektrodenarray unmittelbar aufeinanderfolgend angeordnet sind, es ist auch möglich, dass sich ein weiteres Element der Aberrationskorrektureinheit oder sogar ein gänzlich anderes Element zwischen dem ersten Elektrodenarray und dem zweiten Elektrodenarray befindet. Insgesamt kann die Aberrationskorrektureinheit einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein.
Die Tatsache, dass das erste Elektrodenarray und das zweite Elektrodenarray als Paar ausgebildet bzw. als Paar bezeichnet werden, soll widerspiegeln, dass mittels des ersten Elektrodenarrays und des zweiten Elektrodenarrays ein Multipol einer beliebigen Orientierung erzeugt werden kann. Es geht bei dem Begriff „Paar“ also im Wesentlichen um das Zusammenspiel zwischen dem ersten Elektrodenarray und dem zweiten Elektrodenarray.
Das erste Elektrodenarray und das zweite Elektrodenarray weisen jeweils eine Vielzahl von Geometrie-basierten Korrekturelektroden mit jeweils n-zähliger Rotationssymmetrie um die optische Achse für eine Multipolfelderzeugung auf, wobei jede Geometrie-basierte Korrekturelektrode jeweils individuell mittels genau einer Zuleitung ansteuerbar ist. Bei den elektrischen Multipolen kann es sich um einen Dipol, einen Quadrupol, einen Hexapol, einen Oktupol, einen Zehnpol, einen Zwölfpol usw. gemäß der in Gleichung (1) angegebenen Reihenentwicklung handeln. Die Geometrie-basierten Korrekturelektroden des ersten Elektrodenarrays und des zweiten Elektrodenarrays weisen dieselbe n-zählige Rotationssymmetrie um die optische Achse auf. Dabei wird für jeden ersten Einzel-Teilchenstrahl die jeweilige optische Achse betrachtet. Die Zähligkeit n der Rotationssymmetrie wird dabei wie in der Mathematik üblich definiert: Eine zweidimensionale geometrische Figur ist dann rotationssymmetrisch, wenn die Figur einen zentralen Punkt besitzt und die Figur auf sich selbst abgebildet wird, wenn man sie um diesen Punkt dreht. Ein Kreis oder ein Kreisring sind rotationssymmetrisch im engeren Sinne. Eine Drehung um jeden beliebigen Winkel bildet sie auf sich selbst ab. Rotationssymmetrisch wird eine Figur aber auch dann genannt, wenn sie auf sich abgebildet werden kann, indem sie um einen festen Winkel φ mit 0° < φ < 360° um den zentralen Punkt gedreht wird. Der Drehwinkel kann nur durch Division des vollen Winkels durch eine natürliche Zahl n > 1 entstehen, also $φ = \frac{360 °}{n} .$
Diese Zahl n ist eine Kennzahl der Rotationssymmetrie und wird auch Zähligkeit genannt. Entsprechend heißt diese Symmetrie auch n-zählige oder n-fache Rotationssymmetrie (analog zum Englischen „n-fold rotational symmetry“) oder auch n-zählige Drehsymmetrie. Im Trivialfall n = 1 liegt keine Rotationssymmetrie / Drehsymmetrie vor, der Fall n = 1 ist bei dieser Anmeldung mit umfasst und kennzeichnet die identische Abbildung bei einer Drehung um 360°. Eine Geometrie-basierte Korrekturelektrode mit rundem Querschnitt, aber verschoben gegenüber der optischen Achse angeordnet, weist keine Rotationssymmetrie auf bzw. ist im Zuge obiger Definition 1-zählig. Eine Geometrie-basierte Korrekturelektrode mit elliptischem Querschnitt, die zentral bezogen auf die optische Achse angeordnet ist, ist 2-zählig. Ein gleichseitiges Dreieck bzw. eine entsprechende Form mit abgerundeten Ecken, die zentral auf der optischen Achse angeordnet ist, ist 3-zählig usw. Allgemein weisen regelmäßige n-Polygone eine entsprechende n-zählige Rotationssymmetrie auf, die für eine Multipolfelderzeugung im Sinne obiger Reihenentwicklung verwendet werden kann.
Erfindungsgemäß sind die Geometrie-basierten Korrekturelektroden in dem ersten Elektrodenarray gegenüber zugehörigen Geometrie-basierten Korrekturelektroden in dem zweiten Elektrodenarray bezogen auf die optische Achse gedreht. Zugehörig sind zwei sequentiell angeordnete Geometrie-basierte Korrekturelektroden dann, wenn sie von demselben ersten Einzel-Teilchenstrahl durchsetzt werden. Durch das Verdrehen der Geometrie-basierten Korrekturelektroden gegeneinander ist es möglich, den erzeugten Multipol in jeder gewünschten Richtung auszurichten. Bevorzugt ist es so, dass die Ausrichtung sämtlicher Geometrie-basierten Korrekturelektroden in demselben Elektrodenarray identisch ist. Dies erleichtert die Fertigung des Elektrodenarrays. Es ist aber auch möglich, dass zwar die Form der Geometrie-basierten Korrekturelektroden in einem Elektrodenarray identisch ist, dass aber die Ausrichtung variiert. Diese Ausrichtungsvariation sollte sich dann entsprechend auch in dem zweiten Elektrodenarray widerspiegeln, damit der Drehwinkel für sämtliche Paare von Geometrie-basierten Korrekturelektroden dann wieder derselbe ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt ein Drehwinkel, um den die Geometrie-basierten Korrekturelektroden des ersten Paares zueinander verdreht sind, im Wesentlichen $\frac{90 °}{n} .$
Ein derartiger Drehwinkel erlaubt die Bildung von zwei fundamentalen Multipolen, bzw. im Wesentlichen also die Bildung eines Cosinus-Terms (cos n φ) und eines Sinus-Terms (sin n <p) des gewünschten Multipols der Reihenentwicklung gemäß Gleichung (1). Ist der Winkel zwischen den erzeugten Multipolen $\frac{90 °}{n},$
so sind Erregungen der Geometrie-basierten Korrekturelektroden jedes Paares von Korrekturelektroden unabhängig voneinander. Dies hat wesentliche Vorteile beim Einstellen einer Aberrationskorrektur.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Aberrationskorrektureinheit ein zweites Paar von Elektrodenarrays auf, wobei das zweite Paar ein drittes Elektrodenarray und ein viertes Elektrodenarray aufweist,
wobei das dritte Elektrodenarray und das vierte Elektrodenarray jeweils eine Vielzahl von Geometrie-basierten Korrekturelektroden mit jeweils m-zähliger Rotationssymmetrie um die optische Achse für eine Multipolfelderzeugung aufweisen, die jeweils individuell mittels genau einer Zuleitung ansteuerbar sind,
wobei die Geometrie-basierten Korrekturelektroden in dem dritten Elektrodenarray gegenüber zugehörigen Geometrie-basierten Korrekturelektroden in dem vierten Elektrodenarray bezogen auf die optische Achse gedreht sind; und
wobei die Steuerung eingerichtet ist, die Vielzahl der Geometrie-basierten Korrekturelektroden des dritten Elektrodenarrays und des vierten Elektrodenarrays der Aberrationskorrektureinheit individuell für eine Aberrationskorrektur anzusteuern.
Für das zweite Paar von Elektrodenarrays gilt im Wesentlichen dasselbe wie für das erste Paar von Elektrodenarrays. Normalerweise wird jedoch mit dem zweiten Paar von Elektrodenarrays ein anderes Multipolfeld der Multipolentwicklung erzeugt als mit dem ersten Paar von Elektrodenarrays. Dies wird auch durch die m-zählige Rotationssymmetrie der Geometrie-basierten Korrekturelektroden zum Ausdruck gebracht, wobei hier normalerweise gilt: n ≠ m bei n, m ∈ ℕ.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt ein Drehwinkel, um den die Geometrie-basierten Korrekturelektroden des zweiten Paares zueinander verdreht sind, im Wesentlichen $\frac{90 °}{m} .$
Wenn gilt n ≠ m, so ist also auch der Drehwinkel, der die Verdrehung des ersten Paares beschreibt, ein anderer Drehwinkel, als der Drehwinkel, der die Verdrehung der Korrekturelektroden des zweiten Paares zueinander beschreibt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Aberrationskorrektureinheit ein drittes Paar von Elektrodenarrays auf,
wobei das dritte Paar ein fünftes Elektrodenarray und ein sechstes Elektrodenarray aufweist, wobei das fünfte Elektrodenarray und das sechste Elektrodenarray jeweils eine Vielzahl von Geometrie-basierten Korrekturelektroden mit jeweils k-zähliger Rotationssymmetrie um die optische Achse für eine Multipolfelderzeugung aufweisen, die jeweils individuell mittels genau einer Zuleitung ansteuerbar sind,
wobei die Geometrie-basierten Korrekturelektroden in dem fünften Elektrodenarray gegenüber zugehörigen Geometrie-basierten Korrekturelektroden in dem sechsten Elektrodenarray bezogen auf die optische Achse gedreht sind; und
wobei die Steuerung eingerichtet ist, die Vielzahl der Geometrie-basierten Korrekturelektroden des fünften Elektrodenarrays und des sechsten Elektrodenarrays der Aberrationskorrektureinheit individuell für eine Aberrationskorrektur anzusteuern.
Im Wesentlichen gilt auch für das dritte Paar von Elektrodenarrays das, was auch für das erste Paar von Elektrodenarrays und das zweite Paar von Elektrodenarrays bereits oben ausgeführt wurde. Mittels insgesamt drei Paaren von Elektrodenarrays mit verschieden-zähligen Geometrie-basierten Korrekturelektroden können also insgesamt drei verschiedene Multipole der oben beschriebenen Reihenentwicklung realisiert werden. Dabei soll noch einmal betont werden, dass die Ordnungszahl bezogen auf das Elektrodenarray nicht die Position oder die Reihenfolge des Elektrodenarrays im teilchenoptischen Strahlengang angeben muss, dies kann aber natürlich der Fall sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt ein Drehwinkel, um den die Geometrie-basierten Korrekturelektroden des dritten Paares zueinander verdreht sind, im Wesentlichen $\frac{90 °}{k} .$
Dabei ist k ∈ ℕ und es gilt bevorzugt k ≠ n und k ≠ m.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen verschiedene Paare von Elektrodenarrays verschiedene Zähligkeiten bei ihren jeweiligen Geometrie-basierten Korrekturelektroden zur Erzeugung verschiedener Multipolfelder auf. Ein erstes Paar kann beispielsweise ein Dipolfeld erzeugen, ein zweites Paar kann ein Quadrupolfeld erzeugen, ein drittes Paar kann ein Hexapolfeld erzeugen usw.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Geometrie-basierten Korrekturelektroden eines Paares von Elektrodenarrays im Querschnitt rund ausgebildet, wobei die runden Korrekturelektroden in jedem der das Paar bildenden Elektrodenarrays gegenüber der optischen Achse orthogonal zur optischen Achse in unterschiedliche Richtungen, insbesondere um etwa 90° verschoben sind;
wobei die Steuerung konfiguriert ist, die im Querschnitt runden Korrekturelektroden individuell für eine Aberrationskorrektur anzusteuern. Insbesondere kann diese Ansteuerung im Wesentlichen zur Korrektur einer statischen Verzeichnung des zweiten Feldes von ersten Einzel-Teilchenstrahlen beim Auftreffen in der Objektebene dienen.
Durch die Verschiebung der im Querschnitt rundausgebildeten Korrekturelektroden liegt keine Rotationssymmetrie vor, stattdessen gilt für die Zähligkeit der triviale Fall n = 1. Dadurch, dass der jeweilige Einzel-Teilchenstrahl die Geometrie-basierte Korrekturelektrode nicht zentral, sondern verschoben, durchsetzt, erfolgt jeweils eine Ablenkung bzw. Deflektion. Ist die Verdrehung der im Querschnitt runden Korrekturelektroden etwa 90° zueinander, so entspricht dies einer Verschiebung in x-Richtung und y-Richtung. In diesem Fall ist eine Verzeichnungskorrektur in der Objektebene besonders einfach zu korrigieren.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Geometrie-basierten Korrekturelektroden eines Paares von Elektrodenarrays im Querschnitt im Wesentlichen elliptisch zur Erzeugung eines Quadrupolfeldes ausgebildet, wobei die im Wesentlichen elliptischen Korrekturelektroden in jedem der das Paar bildenden Elektrodenarrays um die optische Achse gegeneinander verdreht sind, insbesondere im Wesentlichen um 45° gegeneinander verdreht sind;
wobei die Steuerung konfiguriert ist, die elliptischen Korrekturelektroden im Wesentlichen zur individuellen Korrektur eines Astigmatismus der ersten Einzel-Teilchenstrahlen anzusteuern. Im Falle einer Verdrehung um im Wesentlichen 45° zueinander sind die beiden erzeugten Quadrupole fundamentale Quadrupole und sie können unabhängig voneinander in ihrer Erregung optimiert werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Geometrie-basierten Korrekturelektroden eines Paares von Elektrodenarrays im Querschnitt im Wesentlichen als abgerundete Dreiecksform zur Ausbildung eines Hexapolfeldes ausgebildet, wobei die im Wesentlichen dreieckigen Korrekturelektroden in jedem der das Paar bildenden Elektrodenarrays um die optische Achse gegeneinander verdreht sind, insbesondere um im Wesentlichen 30° gegeneinander verdreht sind; und
wobei die Steuerung konfiguriert ist, die im Wesentlichen dreieckigen Korrekturelektroden im Wesentlichen zur Korrektur von 3-zähligen Aberrationen individuell anzusteuern. Bei diesen 3-zähligen Aberrationen handelt es sich also um Aberrationen höherer Ordnung. Diese können insbesondere als Bestandteil von unsystematischen Aberrationen bei einem Vielstrahl-Teilchenmikroskop auftreten. Je nach Aufbau der Optik kann auch ein 3-zähliger Astigmatismus mit Feldverlauf auftreten, welcher durch eine geeignete Ansteuerung der Elektroden korrigiert werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Sequenz von Elektrodenarrays der Aberrationskorrektureinheit ein weiteres Elektrodenarray mit einer Vielzahl von Geometrie-basierten Korrekturelektroden auf, die einen runden Querschnitt aufweisen und die zentriert bezüglich der jeweiligen optischen Achse angeordnet sind, wobei die Steuerung eingerichtet ist, die Vielzahl der Geometrie-basierten Korrekturelektroden des weiteren Elektrodenarrays individuell im Wesentlichen zur Korrektur einer Fokuslage der ersten Einzel-Teilchenstrahlen, insbesondere zur Bildfeldwölbungskorrektur und / oder Bildfeldneigungskorrektur, anzusteuern.
Das weitere Elektrodenarray unterscheidet sich von den bisher beschriebenen Elektrodenarrays also in mehrfacher Hinsicht: Das Elektrodenarray ist nicht paarweise vorgesehen und seine Elektroden sind streng rotationssymmetrisch, also rotationssymmetrisch im engeren Sinne um die jeweilige optische Achse. In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung kann durch das weitere Elektrodenarray der Offset U₀ gemäß der Multipolentwicklung gemäß Gleichung (1) realisiert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Elektrodenarrays in eine Multiaperturplatte integriert. Die Elektroden erstrecken sich dabei im Wesentlichen durch die Multiaperturplatte hindurch oder sind innerhalb der Öffnungen angeordnet. Gemäß einer Ausführungsvariante ist dabei pro Multiaperturplatte ein Elektrodenarray vorgesehen. Alternative Ausführungsvarianten werden weiter unten noch beschrieben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen zwei einander benachbarten Multiaperturplatten mit darin integrierten Elektrodenarrays mit individuell ansteuerbaren Geometrie-basierten Korrekturelektroden eine Standard-Multiaperturplatte mit einer Vielzahl von passiven runden Aperturen angeordnet. Die Standard-Multiaperturplatte beinhaltet also kein Elektrodenarray mit individuell ansteuerbaren Elektroden. Bevorzugt ist die Standard-Multiaperturplatte geerdet, es kann aber auch eine Spannung an der Standard-Multiaperturplatte anliegen, wobei dann sämtliche runden Aperturen auf demselben Potential liegen. Der Vorteil des Vorsehens eines Standard-Multiaperturplatte zwischen zwei einander benachbarten Multiaperturplatten mit darin integrierten Elektrodenarrays mit individuell ansteuerbaren Geometrie-basierten Korrekturelektroden liegt darin, dass eine Ausrichtung der mittels der Elektrodenarrays eines Paares erzeugten Multipole kontrolliert bzw. voneinander entkoppelt werden kann: Grundsätzlich werden zwei Geometrie-basierte Korrekturelektroden pro erzeugtem Multipol benötigt, um beliebige Ausrichtungen dieses Multipols zu realisieren. Entsprechend der Idee der Reihenentwicklung wird mittels der einen Geometrie-basierten Elektrode ein Cosinusterm (cos n φ) und mittels der anderen Geometrie-basierten Korrekturelektrode ein Sinusterm (sin n <p) des gewünschten Multipols realisiert. Die beiden Terme beschreiben die fundamentalen Multipole. Der Winkel zwischen den beiden fundamentalen Multipolen hängt von der Ordnung des Multipols ab und ist $\frac{90 °}{n} .$
Ist der Winkel zwischen der erzeugten Multipolen genau $\frac{90 °}{n},$
so sind optimale Erregungen der Geometrie-basierten Korrekturelektroden eines Paares unabhängig voneinander. Streng genommen ist es aber so, dass sich die Orientierung eines Quadrupols, der durch Anlegen eines Potentials U₁ an die Geometrie-basierte Korrekturelektrode erzeugt wird, entlang der axialen z-Position verändert. Geladene Teilchen des Einzel-Teilchenstrahles, die die Geometrie-basierten Korrekturelektrode durchsetzen, erfahren deshalb ein effektives Quadrupolfeld, das rotiert ist (beispielsweise cos (2φ+φ) anstelle von cos (2φ)). Entsprechendes gilt für einen Quadrupol, der durch Anlegen eines Potentials U₂, der an der zweiten Geometrie-basierten Korrekturelektrode eines Paares von Elektroden erzeugt wird; dieser Quadrupol lässt sich nicht mehr durch einen reinen Sinusterm beschreiben. Aus diesem Grund ist der Winkel zwischen den beiden Quadrupolen nicht mehr exakt 45°. Dieser Effekt ist zwar jeweils klein, aber messbar. Die unerwünschten Abweichungen vom exakten Winkel lassen sich gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dadurch korrigieren, dass zwischen den einander benachbarten Multiaperturplatten mit darin integrierten Elektrodenarrays mit individuell ansteuerbaren Geometrie-basierten Korrekturelektroden eine Standard-Multiaperturplatte mit einer Vielzahl von passiven runden Aperturen angeordnet ist. Diese dient als Gegenelektrode. Bevorzugt ist es so, dass zwischen sämtlichen einander benachbarten Multiaperturplatten mit darin integrierten Elektrodenarrays mit individuell ansteuerbaren Geometrie-basierten Korrekturelektroden jeweils eine Standard-Multiaperturplatte mit einer Vielzahl von passiven runden Aperturen angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Aberrationskorrektureinheit eine Standard-Multiaperturplatte mit einer Vielzahl von passiven runden Aperturen auf, die bezogen auf die Richtung des teilchenoptischen Strahlenganges vor der ersten Multiaperturplatte mit individuell ansteuerbaren Geometrie-basierten Korrekturelektroden angeordnet ist; und / oder
die Aberrationskorrektureinheit weist eine Standard-Multiaperturplatte mit einer Vielzahl von passiven runden Aperturen auf, die bezogen auf die Richtung des teilchenoptischen Strahlenganges nach der letzten Multiaperturplatte mit individuell ansteuerbaren Geometrie-basierten Korrekturelektroden angeordnet ist.
Bei dieser Ausführungsvariante wird durch die einleitende Standard-Multiaperturplatte der Sequenz aus Multiaperturplatten sowie durch die abschließend angeordnete Standard-Multiaperturplatte bezogen auf die Sequenz von Multiaperturplatten sichergestellt, dass auch der erste erzeugte Multipol bzw. der letzte erzeugte Multipol exakt orientiert sind bzw. durch zwei Paare von zusammengehörigen Multiaperturplatten mit darin integrierten Elektrodenarrays auch tatsächlich voneinander entkoppelte fundamentale Multipole erzeugt werden können.
Eine alternative Lösung zur Herstellung der Orthogonalität der erzeugten Multipole beschreitet den Weg, den Drehwinkel zwischen den Geometrie-basierten Korrekturelektroden eines Paares von Elektrodenarrays zu verändern, wodurch die so entstehenden Multipole nicht mischen. Es kann aber nicht ausgeschlossen werden, dass eine solche Anordnung zusätzliche Multipole anderer, insbesondere höherer Ordnung erzeugt, die im Falle einer exakten Verdrehung um $\frac{90 °}{n}$
der Korrekturelektroden so nicht entstehen würden.
Ein weiterer bevorzugter Lösungsansatz ist, geeignete Linearkombinationen von Erregungen der Geometrie-basierten Korrekturelektroden einzusetzen, sodass ein Mischen der erzeugten Multipole verhindert wird. Hierzu kann beispielsweise eine Amplitudenmatrix erzeugt werden, welche den Zusammenhang zwischen den Erregungen der der Korrekturelektroden und den Amplituden der erzeugten fundamentalen Multipole beschreibt. Diese Matrix kann invertiert werden, sodass die benötigten Linearkombinationen von Erregungen der Korrekturelektroden ermittelt werden können.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sieht die Aberrationskorrektureinheit für ein Paar von Elektrodenarrays eine Trägerplatte vor, auf deren Oberseite die Geometrie-basierten Elektroden des ersten Elektrodenarrays angeordnet sind und auf deren Unterseite die Geometrie-basierten Elektroden des zweiten Elektrodenarrays angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsvariante ist es also so, dass die Elektroden des Elektrodenarrays tatsächlich auf die Trägerplatte, die natürlich entsprechende Aperturen aufweist, aufgebracht werden können. Dabei sind die Geometrie-basierten Korrekturelektroden gegen die Trägerplatte selbst isoliert. Die Elektroden ragen bei dieser Ausführungsform von der Trägerplatte hervor bzw. stehen von der Trägerplatte ab. Dabei können die Geometrie-basierten Korrekturelektroden jedes Paares von Geometrie-basierten Korrekturelektroden im Wesentlichen um $\frac{90 °}{n}$
gegeneinander verdreht sein, um möglichst exakt die fundamentalen Multipole für die Aberrationskorrektur bereitzustellen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sieht die Aberrationskorrektureinheit für ein Paar von Elektrodenarrays eine Trägerplatte vor, in die oberseitig die Geometrie-basierten Elektroden des ersten Elektrodenarrays eingelassen sind und in die unterseitig die Geometrie-basierten Elektroden des zweiten Elektrodenarrays eingelassen sind. Die Geometrie-basierten Elektroden stehen dabei bevorzugt nicht über die Trägerplatte hervor, sondern sind bevorzugt fluchtend in die Trägerplatte integriert. Dabei sind die Geometrie-basierten Korrekturelektroden gegen die Trägerplatte selbst isoliert.
Die Aberrationskorrektureinheit kann mittels etablierter Fertigungsverfahren, die z.B. in der MEMS-Fertigung oder in der Produktion von integrierten Schaltungen eingesetzt werden, hergestellt werden. Dabei kann die Aberrationskorrektureinheit beispielsweise ganz oder teilweise als monolithische Sandwichstruktur hergestellt werden. Dabei kann es erforderlich sein, zwischen den einzelnen Platten bzw. Elektrodenarrays einer monolithischen Sandwichstruktur Isolator-Schichten anzuordnen. Es ist auch möglich, mehrere Funktionsschichten der Aberrationskorrektureinheit zu monolithischen Platten zusammenfügen und diese Platten dann zu stapeln sowie exakt zueinander auszurichten. Alternativ kann man jede Funktionsschicht als einzelne Platte ausführen und diese Platten dann stapeln und exakt zueinander auszurichten. Für eine derartig exakte Ausrichtung kann eine Genauigkeit im Sub-Micrometerbereich erforderlich sein.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Vielstrahl-Teilchenmikroskop des Weiteren eine Multipolamplituden-Eingabeeinheit auf, mittels der ein Nutzer zu erzeugende Amplituden von Multipolen eingeben kann,
wobei die Steuerung des Vielstrahl-Teilchenmikroskopes eingerichtet ist, die Steuerungssignale zum Ansteuern der Geometrie-basierten Korrekturelektroden basierend auf der Nutzereingabe zu erzeugen. Sind die Multipole fundamentale Multipole, so kann durch eine Veränderung der entsprechenden Erregungen ein Nutzer sehr gezielt auftretende Aberrationen bei der Bildgebung korrigieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Steuerung des Vielstrahl-Teilchenmikroskopes eingerichtet, das Ermitteln von Steuersignalen zum Ansteuern der Geometrie-basierten Korrekturelektroden zur Multipolfelderzeugung unter Verwendung einer invertierten Amplitudenmatrix durchzuführen, wobei die nichtinvertierte Amplitudenmatrix den Zusammenhang zwischen den Erregungen der Korrekturelektroden und den Amplituden der erzeugten fundamentalen Multipole beschreibt. Mittels der invertierten Amplitudenmatrix lässt sich die geeignete Linearkombination von Erregungen bestimmen, welche zu einer gewünschten Amplitudenverteilung der fundamentalen Multipole führt. Insbesondere können mit einer solchen Vorgehensweise geeignete Linearkombinationen von Anregungen gefunden werden, um einen einzigen (ganz spezifischen) Multipol zu erzeugen.
Die oben beschriebenen Ausführungsvarianten des Vielstrahl-Teilchenmikroskopes können ganz oder teilweise miteinander kombiniert werden, sofern sich hierdurch keine technischen Widersprüche ergeben.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung bezieht sich diese auf ein Verfahren zum Einstellen einer Aberrationskorrektur bei einem Vielstrahl-Teilchenmikroskop wie vorstehend in mehreren Ausführungsvarianten beschrieben, das die folgenden Schritte aufweist:

a) Für alle Geometrie-basierten Korrekturelektroden einer Sequenz:
- a1) Erregen nur einer der Geometrie-basierten Korrekturelektroden;
- a2) Bestimmen aller der durch die einzelne Erregung erzeugten Amplituden von Multipolen;
b) Aufstellen einer Amplitudenmatrix basierend auf den ermittelten Amplituden; und
c) Invertieren der Amplitudenmatrix.

Im Prinzip wird dabei für jede der Geometrie-basierten Korrekturelektroden separat ermittelt, welche weiteren Multipole durch eine Erregung der Geometrie-basierten Korrekturelektrode sonst noch innerhalb der Sequenz von Geometrie-basierten Korrekturelektroden erzeugt werden. Es kann beispielsweise festgestellt werden, dass eine Anregung der ersten Geometrie-basierten Korrekturelektrode hauptsächlich einen Dipol cos φ mit Amplitude A1 hervorruft, des Weiteren einen Dipol sin φ mit der Amplitude B1, einen Quadrupol cos 2 φ mit der Amplitude A2, einen Quadrupol sin 2 φ mit der Amplitude B2 usw. Dabei ist die exakte Einheit, mit der diese Amplituden bestimmt werden, nicht relevant.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Verfahrensschritt a2) ein Kompensieren der Wirkung des jeweils erzeugten Multipols mittels eines globalen Multipol-Korrektors, insbesondere mittels eines Zwölfpol-Korrektors, und ein Ermitteln einer dazu jeweils erforderlichen Amplitude des globalen Multipol-Korrektors. Dabei ist es möglich, einen entsprechenden globalen Multipol-Korrektor lediglich für Einstellungszwecke des Vielstrahl-Teilchenmikroskopes vorzusehen, dieser muss nicht dauerhaft in dem Vielstrahl-Teilchenmikroskop verbaut sein, kann es aber sein. Die Einträge in der Amplitudenmatrix können aber auch auf andere Weise bestimmt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren des Weiteren den folgenden Schritt auf:

d) Optimieren der Auflösung des Vielstrahl-Teilchenmikroskopes umfassend ein unabhängiges Variieren der Amplituden jedes Multipols und Ermitteln der für die Auflösung optimalen Amplituden.

Es ist natürlich auch möglich, eine andere Abbildungseigenschaft als die Auflösung entsprechend zu optimieren. Die Auflösungsoptimierung ist aber für Vielstrahl-Teilchenmikroskope von besonderer Bedeutung. Die Optimierung der Auflösung umfassend die Variationen der Amplituden jedes Multipols ist besonders einfach für den Fall, dass die Amplitudenmatrix des Korrektors diagonal ist oder die invertierte Amplitudenmatrix bestimmt wurde. Dann nämlich ist eine unabhängige Variation der Amplituden jedes Multipols überhaupt erst möglich.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren für alle Sequenzen der Geometrie-basierten Korrekturelektroden durchgeführt. Das Verfahren wird somit für jeden Einzel-Teilchenstrahl durchgeführt. Auf diese Weise können Abbildungsfehler für jeden der ersten Einzel-Teilchenstrahlen in der Objektebene individuell korrigiert werden.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung bezieht sich diese auf ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode zum Ausführen des Verfahrens wie vorstehend in mehreren Ausführungsvarianten beschrieben. Dabei kann der Programmcode in einer beliebigen Programmiersprache abgefasst sein. Der Programmcode kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Insbesondere ist es vorteilhaft, einen separaten Programmcode allein für die Ansteuerung der Aberrationskorrektureinheit vorzusehen. Dies kann aber auch anders gelöst werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung bezieht sich diese auf ein Vielstrahl-Teilchenstrahlsystem, das die folgenden Merkmale aufweist:

einen Multistrahl-Generator, welcher konfiguriert ist, um ein erstes Feld einer Vielzahl von geladenen ersten Einzel-Teilchenstrahlen zu erzeugen;
eine Teilchenoptik mit einem ersten teilchenoptischen Strahlengang, die konfiguriert ist, um die erzeugten Einzel-Teilchenstrahlen auf eine Probenoberfläche in der Objektebene abzubilden, so dass die Einzel-Teilchenstrahlen an Auftrefforten auf die Probenoberfläche treffen, die ein zweites Feld bilden;
eine Aberrationskorrektureinheit zum individuellen Korrigieren einer oder mehrerer Aberrationen im teilchenoptischen Strahlengang; und
eine Steuerung,
wobei die Aberrationskorrektureinheit mindestens ein Elektrodenarray aufweist,
wobei das Elektrodenarray eine Vielzahl von Geometrie-basierten Korrekturelektroden mit jeweils n-zähliger Rotationssymmetrie um die optische Achse für eine Multipolerzeugung aufweist, die jeweils individuell insbesondere mittels genau einer Zuleitung ansteuerbar sind, und
wobei die Steuerung eingerichtet ist, die Vielzahl der Geometrie-basierten Korrekturelektroden des Elektrodenarrays der Aberrationskorrektureinheit individuell für eine Aberrationskorrektur anzusteuern.

Das Vielstrahl-Teilchenstrahlsystem gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung beschreibt die Erfindung in breiterer Weise als das Vielstrahl-Teilchenmikroskop gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Bei dem Vielstrahl-Teilchenstrahlsystem kann es sich um ein Vielstrahl-Teilchenmikroskop handeln, dies ist jedoch nicht zwingend der Fall. Hinsichtlich der verwendeten Begriffe in Zusammenhang mit dem vierten Aspekt der Erfindung wird explizit auf die Definition der entsprechenden Begriffe in Zusammenhang mit dem ersten Aspekt der Erfindung verwiesen. Insbesondere lassen sich sämtliche Ausführungsformen der Erfindung gemäß dem ersten Aspekt auch mit dem Vielstrahl-Teilchenstrahlsystem gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung kombinieren. Im Folgenden wird lediglich auf Besonderheiten des vierten Aspekts der Erfindung eingegangen, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden.
Gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung weist die Aberrationskorrektureinheit mindestens ein Elektrodenarray auf. Es ist also auch möglich, dass die Aberrationskorrektureinheit nur genau ein Elektrodenarray aufweist, wobei dieses Elektrodenarray wiederum eine Vielzahl von Geometrie-basierten Korrekturelektroden mit jeweils n-zähliger Rotationssymmetrie um die optische Achse für eine Multipolfelderzeugung aufweist, die jeweils individuell mittels einer Zuleitung ansteuerbar sind; entsprechend ist die Steuerung eingerichtet, die Vielzahl der Geometrie-basierten Korrekturelektroden des Elektrodenarrays der Aberrationskorrektureinheit individuell für eine Aberrationskorrektur anzusteuern.
Durch die Verwendung nur eines Elektrodenarrays ist es nach wie vor möglich, eine Aberrationskorrektur durchzuführen, jedoch nicht mehr in der oben beschriebenen Universalität, da durch die Ausgestaltung des Elektrodenarrays die Richtung bzw. Ausrichtung eines zur Korrektur erzeugten Multipolfeldes festgelegt ist. Im Prinzip ist aber auch so eine Aberrationskorrektur möglich.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Aberrationskorrektureinheit ein weiteres Elektrodenarray auf,
wobei das weitere Elektrodenarray eine Vielzahl von Geometrie-basierten Korrekturelektroden mit jeweils m-zähliger Rotationssymmetrie um die optische Achse für eine Multipolfelderzeugung aufweist, die jeweils individuell mittels einer Zuleitung ansteuerbar sind; und
wobei die Steuerung eingerichtet ist, die Vielzahl der Geometrie-basierten Korrekturelektroden des weiteren Elektrodenarrays der Aberrationskorrektureinheit individuell für eine Aberrationskorrektur anzusteuern.
Das mindestens eine Elektrodenarray und das weitere Elektrodenarray können ein Paar von Elektrodenarrays bilden, die Multipolfelder derselben Zähligkeit bzw. Ordnung erzeugen, dies muss aber nicht der Fall sein. Anders ausgedrückt kann gelten n = m oder aber n ≠ m.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Aberrationskorrektureinheit ein weiteres Elektrodenarray oder mehrere weitere Elektrodenarrays auf, deren Elektroden Geometrie-basiert und / oder nicht Geometrie-basiert ausgebildet sind. Es ist also möglich, innerhalb der Aberrationskorrektureinheit verschiedene Realisierungsformen von Korrekturelektroden miteinander zu kombinieren. Betrachtet man beispielsweise eine Sequenz von Korrekturelektroden für einen ersten Einzel-Teilchenstrahl, so kann diese Sequenz von Elektroden sowohl mindestens eine Geometrie-basierte Korrekturelektrode als auch mindestens eine nicht Geometrie-basierte Korrekturelektrode umfassen. Es ist deshalb möglich, die erfindungsgemäße Aberrationskorrektureinheit mit anderen Aberrationskorrekturelementen zu kombinieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Aberrationskorrektureinheit ein weiteres Elektrodenarray, das segmentierte Elektroden umfasst. Segmentierte Elektroden sind beispielsweise die vorn in Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschriebenen Multipolelektroden, insbesondere Oktupolelektroden oder Zwölfpol-Elektroden. Dabei ist es insbesondere denkbar, verschiedene Typen von Korrekturelektroden zu Paaren zusammenzufassen, deren Multipole zueinander so ausgerichtet sind, dass fundamentale Multipole erzeugt werden können. Es ist beispielsweise denkbar, dass sämtliche Cosinusterme einer Reihenentwicklung zur Multipolfelderzeugung durch Elektrodenarrays umfassend Geometrie-basierte Korrekturelektroden erzeugt werden und dass sämtliche Sinusterme durch entsprechend angesteuerte Multipolelektroden erzeugt werden oder umgekehrt. Dabei kann es möglich sein, durch die Kombination der Multipolelektroden mit den Geometrie-basierten Korrekturelektroden die Poligkeit der Multipolelektroden zu verringern und dadurch den Kontrollaufwand zumindest ein stückweit zu reduzieren; beispielsweise kann es ausreichend sein, eine vierpolige segmentierte Elektrode vorzusehen anstelle einer Oktupolelektrode, sofern eine entsprechende paarweise Kombination mit einer Geometrie-basierten Korrekturelektrode innerhalb einer bestimmten Sequenz vorgenommen wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Geometrie-basierten Korrekturelektroden mindestens eines Elektrodenarrays der Aberrationskorrektureinheit ihrerseits segmentiert und die Steuerung ist eingerichtet, diese Segmente der Korrekturelektroden wiederum individuell anzusteuern. Dabei sind die Geometrie-basierten Korrekturelektroden natürlich nicht rundsymmetrisch, diese Lösung wäre trivial bzw. vorbekannt. Es ist beispielsweise möglich, Geometrie-basierte Korrekturelektroden mit jeweils mindestens 2-zählicher Rotationssymmetrie um die optische Achse für eine Multipolfelderzeugung ihrerseits zu segmentieren. Der Querschnitt einer Geometrie-basierten Korrekturelektrode kann also beispielsweise elliptisch sein, wobei entlang dieser Ellipse individuell ansteuerbare Segmente der Korrekturelektrode, also im Prinzip eine mit einem speziellen Querschnitt ausgebildete Multipolelektrode, vorgesehen ist. Es ist auch denkbar, entsprechend segmentierte Elektroden in eine Geometrie-basierte Korrekturelektrode einzusetzen. Die verschiedenen Ausführungsvarianten haben spezifische Vorteile oder Nachteile hinsichtlich einer Aberrationskorrektur.
Die verschiedenen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung können ganz oder teilweise miteinander kombiniert werden, soweit dadurch keine technischen Widersprüche resultieren.
Die Erfindung wird noch besser verstanden werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Dabei zeigen:

1: zeigt schematisch ein Vielstrahl-Teilchenmikroskop;
2: zeigt schematisch eine Aberrationskorrektur in einem Vielstrahl-Teilchenmikroskop unter Verwendung von individuell ansteuerbaren segmentierten Elektroden (hier: Oktupolelektroden);
3: zeigt schematisch ein Array von Oktupolelektroden;
4: illustriert schematisch die Erzeugung von Quadrupolen unterschiedlicher Orientierung mittels einer Oktupolelektrode;
5: zeigt schematisch Paare von Geometrie-basierten Elektroden zur Multipolerzeugung gemäß der Erfindung;
6: zeigt schematisch eine Geometrie-basierte Elektrode zur Erzeugung eines Fokushubs;
7: zeigt schematisch eine Sequenz von zwei Geometrie-basierten Elektrodenarrays zur Quadrupolfelderzeugung;
8: zeigt schematisch eine Sequenz von zwei Geometrie-basierten Elektrodenarrays zur Quadrupolfelderzeugung;
9: zeigt schematisch eine Sequenz von zwei Geometrie-basierten Elektrodenarrays zur Quadrupolfelderzeugung;
10: zeigt schematisch eine Sequenz von zwei Geometrie-basierten Elektrodenarrays zur Hexapolfelderzeugung;
11: zeigt schematisch Ausführungsbeispiele für Geometrie-basierte Elektroden zur Quadrupolfelderzeugung;
12: zeigt schematisch Ausführungsbeispiele für ein Paar Geometrie-basierter Korrekturelektroden zur Quadrupolfelderzeugung;
13: zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für eine Sequenz von mehreren Geometrie-basierten Elektrodenarrays zur Aberrationskorrektur;
14: zeigt schematisch ein Beispiel für eine Entkopplung einzelner erzeugter Quadrupolfelder;
15: illustriert schematisch ein Verfahren zum Einstellen einer Aberrationskorrektur eines Vielstrahl-Teilchenmikroskops (Orthogonalisierung); und
16: illustriert schematisch ein Einstellen von optimalen Erregungen/ Amplituden der Geometrie-basierten Elektroden zur Optimierung von Abbildungseigenschaften des Vielstrahl-Teilchenmikroskops.

1 zeigt schematisch ein Vielstrahl-Teilchenmikroskop 1. Das Vielstrahl-Teilchenmikroskop 1 verfügt über eine Strahlerzeugungsvorrichtung 300 mit einer Teilchenquelle 301, beispielsweise einer Elektronenquelle. Ein divergierender Teilchenstrahl 309 wird durch eine Abfolge von Kondensorlinsen 303.1 und 303.2 kollimiert und trifft auf eine Multiaperturanordnung 305. Die Multiaperturanordnung 305 umfasst mehrere Multiaperturplatten 306 und eine Feldlinse 308. Durch die Multiaperturanordnung 305 wird eine Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen 3 bzw. Einzel-Elektronenstrahlen 3 erzeugt. Mittelpunkte von Aperturen der Multiaperturplattenanordnung sind in einem Feld angeordnet, welches auf ein weiteres Feld abgebildet wird, welches durch Strahlflecken 5 in der Objektebene 101 gebildet wird. Der Abstand zwischen Mittelpunkten von Aperturen einer Multiaperturplatte 306 kann beispielsweise 5 µm, 100 µm und 200 µm betragen. Die Durchmesser D der Aperturen sind kleiner als der Abstand der Mittelpunkte der Aperturen, Beispiele der Durchmesser sind das 0,2-Fache, das 0,4-Fache und das 0,8-Fache der Abstände zwischen den Mittelpunkten der Aperturen.
Die Multiaperturanordnung 305 und die Feldlinse 307 sind dazu konfiguriert, in einer Fläche 325 eine Vielzahl von Fokuspunkten 323 von Primärstrahlen 3 in einer Rasteranordnung zu erzeugen. Die Fläche 325 muss keine ebene Fläche sein, sondern kann eine sphärisch gekrümmte Fläche sein, um eine Bildfeldwölbung des nachfolgenden teilchenoptischen Systems vorzuhalten.
Das Vielstrahl-Teilchenmikroskop 1 umfasst des Weiteren ein System von elektromagnetischen Linsen 103 und eine Objektivlinse 102, die die Strahlfoki 323 aus der Zwischenbildfläche 325 in die Objektebene 101 verkleinert abbilden. Die ersten Einzel-Teilchenstrahlen 3 passieren dazwischen die Strahlweiche 400 und ein kollektives Strahlablenkungssystem 500, mit welchem die Vielzahl der ersten Einzel-Teilchenstrahlen 3 im Betrieb abgelenkt wird und das Bildfeld abgescannt wird. Die in die Objektebene 101 auftreffenden ersten Einzel-Teilchenstrahlen 3 bilden beispielsweise ein im Wesentlichen regelmäßiges Feld, wobei Abstände zwischen benachbarten Auftrefforten 5 beispielsweise 1 µm, 10 µm oder 40 µm betragen können. Das durch die Auftrefforte 5 gebildete Feld kann beispielsweise eine rechteckige oder eine hexagonale Symmetrie aufweisen.
Das zu untersuchende Objekt 7 kann von einer beliebigen Art sein, beispielsweise ein Halbleiterwafer oder eine biologische Probe, und es kann eine Anordnung miniaturisierter Elemente oder dergleichen umfassen. Die Oberfläche 15 des Objekts 7 ist in der Objektebene 101 der Objektivlinse 102 angeordnet. Die Objektivlinse 102 kann eine oder mehrere elektronenoptische Linsen umfassen. Es kann sich beispielsweise um eine magnetische Objektivlinse und/oder eine elektrostatische Objektivlinse handeln.
Die auf das Objekt 7 treffenden Primärteilchen 3 generieren Wechselwirkungsprodukte wie beispielsweise 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 bzw. Objektebene 101 ausgehen. Die von der Oberfläche 15 des Objekts 7 ausgehenden Wechselwirkungsprodukte werden durch die Objektivlinse 102 zu sekundären Teilchenstrahlen 9 geformt. Dabei durchsetzen die Sekundärstrahlen 9 nach der Objektivlinse 102 die Strahlweiche 400 und werden einem Projektionssystem 200 zugeführt. Das Projektionssystem 200 verfügt über ein Abbildungssystem 205 mit ersten und zweiten Linsen 210 und 220, eine Kontrastblende 222 und einen Multi-Teilchendetektor 209. Auftrefforte der zweiten Einzel-Teilchenstrahlen 9 auf Detektionsbereiche des Multi-Teilchendetektors 209 liegen in einem dritten Feld mit einem regelmäßigen Abstand zueinander. Beispielhafte Werte sind 10 µm, 100 µm und 200 µm.
Das Vielstrahl-Teilchenmikroskop 1 weist des Weiteren ein Computersystem oder eine Kontrolleinheit 10 auf, die ihrerseits einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein kann, und das bzw. die sowohl zur Steuerung der einzelnen teilchenoptischen Komponenten des Vielstrahl-Teilchenmikroskops 1 ausgebildet ist als auch zur Auswertung und Analyse der mit dem MultiDetektor 209 bzw. der Detektionseinheit 209 gewonnenen Signale.
Die Folge von Multiaperturplatten 306, auch Mikrooptik genannt, kann auch die Aberrationskorrektureinheit des erfindungsgemäßen Vielstrahl-Teilchenmikroskops umfassen.
Weitergehende Informationen zu solchen Vielstrahl-Teilchenstrahlsystemen bzw. Vielstrahl-Teilchenmikroskopen 1 und darin eingesetzten Komponenten, wie etwa Teilchenquellen, Multiaperturplatte und Linsen, kann aus den internationalen Patentanmeldungen WO 2005 / 024881 A2 , WO 2007 / 028595 A2 , WO 2007 / 028596 A1 , WO 2011 / 124352 A1 und WO 2007 / 060017 A 2 und den deutschen Patentanmeldungen DE 10 2013 016 113 A1 und DE 10 2013 014 976 A1 erhalten werden, deren Offenbarung vollumfänglich durch Inbezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
2 zeigt eine Aberrationskorrektur in einem Vielstrahl-Teilchenmikroskop unter Verwendung von individuell ansteuerbaren segmentierten Elektroden. Die Aberrationskorrektureinheit kann beispielsweise ein Bestandteil der Mikrooptik 306, wie in 1 gezeigt, sein. Dargestellt ist in 2 beispielhaft ein Ausschnitt aus einem Array von Oktupolelektroden 372 (siehe Figur und deren Ansteuerung in einer schematischen Draufsicht). Einer jeden Öffnung 391 in dem Array ist eine Oktupolelektrode 372 zugeordnet, um beispielsweise ein Quadrupolfeld zu erzeugen, welches auf den diese Öffnung 361 durchsetzenden Einzel-Teilchenstrahl wirkt. Jede Oktupolelektrode 372 weist acht Elektroden 373 auf, welche in Umfangsrichtung um die Öffnung 361 verteilt angeordnet sind und von der Steuerung 10 kontrolliert werden. Hierzu ist in dem gezeigten Beispiel auf einer Multiaperturplatte 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. In 2 ist nur ein Ausschnitt bzw. ein Teil der Leitungen dargestellt, die die Elektroden 372 mit Spannung versorgen, dennoch ist das Problem der sehr hohen Leitungszahl auf eng begrenztem Raum gut zu erkennen. Außerdem ist die elektronische Schaltung innerhalb des Vakuummantels 381 Teilchenbeschuss und Röntgenstrahlung ausgesetzt, was sich negativ auf die Lebensdauer der elektronischen Schaltung 375 auswirkt.
Die Steuerung 10 kontrolliert die elektronische Schaltung 375 über eine serielle Datenverbindung 379, welche einen Vakuummantel 381 des Vielstrahl-Teilchenmikroskops 1 durchsetzt. Dabei ist eine Dichtung 382 vorgesehen, die die Leitungen der seriellen Datenverbindung 379 gegenüber dem Vakuummantel 381 des Vielstrahl-Teilchenmikroskops 1 abdichtet. Für jede einzelne der Leitungen 377 eine Vakuumdurchführung vorzusehen, wäre wegen der großen Anzahl der Leitungen 377 unpraktikabel. 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 10 empfangenen Daten. Die Steuerung 10 ist somit in der Lage, in einer jeden der Öffnungen 361 ein elektrisches Quadrupolfeld zu erzeugen, welches hinsichtlich seiner Stärke und seiner Orientierung um ein Zentrum der Öffnung 361 einstellbar ist. Mit diesen Quadrupolfeldern können sämtliche Einzel-Teilchenstrahlen 3 jeweils individuell manipuliert werden. Die Steuerung 10 stellt beispielsweise Quadrupolfelder so ein, dass diese in den Strahlen 3 einen Astigmatismus verursachen, welcher einen Astigmatismus kompensiert, der von der nachfolgenden Optik, wie beispielsweise der Objektivlinse 102 der 1 hervorgerufen wird, so dass die Strahlen im Wesentlichen astigmatismusfrei (stigmatisch) in der Objektebene 101 fokussiert werden.
3 zeigt schematisch ein Array von Oktupolelektroden 372. Dabei ist das Array von Oktupolelektroden 372 in einer Multiaperturplatte 370 angeordnet. Beispielhaft sind nur sieben Oktupolelektroden 372 dargestellt, ihre Anzahl kann aber weit höher sein, beispielsweise mehr als 100 Oktupolelektroden 372, die - wie in 2 gezeigt - angesteuert bzw. jeweils mit Spannung versorgt werden.
4 illustriert schematisch die Erzeugung von Quadrupolfeldern unterschiedlicher Orientierung mittels einer Oktupolelektrode 372. Die Oktupolelektrode 372 weist insgesamt einen runden Querschnitt bzw. eine runde Öffnung 361 auf. Die Oktupolelektrode 372 ist segmentiert, die einzelnen Elektroden sind mit 373a bis 373h bezeichnet. In 4 ist nun außerdem dargestellt, welche Spannungen an den Elektroden 373a bis 373h jeweils anliegen. Identische Spannungen hinsichtlich Betrag und Vorzeichen sind in 4 mit derselben Schraffur illustriert. An den Elektroden 373a und 373e liegt jeweils dieselbe Spannung -U₁ an, an den Elektroden 373c und 373g liegt jeweils die Spannung +U₁ an. Dadurch wird ein erstes Quadrupolfeld durch die Oktupolelektrode 372 erzeugt, der entlang der Achsen x und y, wie in 4b) dargestellt, orientiert ist. An den Elektroden 373b und 373f liegt jeweils das Potential +U₂ an, an den Elektroden 373d und 373h liegt jeweils das Potential -U₂ an. Dadurch wird durch diese Elektroden ein zweites Quadrupolfeld erzeugt, das verglichen zum ersten Quadrupolfeld um 45° gedreht ist. Dies ist in 4c) illustriert. Beide Quadrupolfelder gemeinsam können - je nach Wahl der konkreten Potentiale +/- U₁ und +/- U₂ - durch Überlagerung ein resultierendes Quadrupolfeld erzeugen, dessen Ausrichtung durch die relative Stärke der beiden Quadrupolfelder zueinander bestimmt wird. Ein solches resultierendes Quadrupolfeld ist in 4d) illustriert. Durch entsprechende Wahl der Potentiale +/- U₁ und +/- U₂ bzw. der Amplituden für die Quadrupolerzeugung lässt sich somit ein resultierendes Quadrupolfeld erzeugen, das in jeder Richtung innerhalb der x-y-Ebene orientiert sein kann. Die Ansteuerung der Oktupolelektrode 372 ist aber kompliziert und hinzu kommt die Problematik der Leitungsunterbringung auf engstem Raum bei einer großen Vielzahl von Oktupolelektroden 372. Zusätzlich ist zu beachten, dass durch die Segmentierung der Oktupolelektroden 373a bis 373h bei dem erzeugten resultierenden Quadrupolfeld nahe an den Elektroden Fehler auftreten, die Randbedingungen sind nicht glatt. In der Folge ist es notwendig, einen ersten Einzel-Teilchenstrahl 3, der die segmentierte Oktupolelektrode 372 durchsetzt, nicht zu nah an den Elektroden 373a bis 373h vorbeifliegen zu lassen. Mit anderen Worten ist ein Füllfaktor des die Oktupolelektrode 372 durchsetzenden Einzel-Teilchenstrahles 3 verhältnismäßig klein. Der zur Verfügung stehende Raum innerhalb der Oktupolelektrode 372 kann nicht optimal ausgenutzt werden. Besser wäre eine Raumausnutzung und ein größerer Füllfaktor beim Vorsehen von mehr Polen bei dem Multipolkorrektor 372, beispielsweise von zwölf Polen 373; dies lässt sich jedoch wegen der beschriebenen Enge bei der Anordnung der Leitungen 377 in einer Multiaperturplatte 370 noch schlechter realisieren.
Erfindungsgemäß wird nun das für eine Aberrationskorrektur notwendige Potential für jeden Einzel-Teilchenstrahl 3 nicht mehr mittels eines einzigen Multipolkorrektors je Einzel-Teilchenstrahl 3 erzeugt. Stattdessen wird für jeden Einzel-Teilchenstrahl 3 eine Sequenz von Geometrie-basierten Elektroden zur Erzeugung des Korrekturpotentials verwendet. Dabei sind diese Geometrie-basierte Elektroden jeweils individuell ansteuerbar und benötigen jeweils nur genau eine Zuleitung, was die Anzahl der Zuleitungen, beispielsweise innerhalb einer Multiaperturplatte, und damit auch den Kontrollaufwand für die Ansteuerung der Elektroden reduziert. Entscheidend für die jeweilige Multipolerzeugung in der Sequenz aus Geometrie-basierten Elektroden ist dabei die Form dieser Elektroden.
5 zeigt dabei das Prinzip: Schematisch dargestellt sind mehrere Paare von Geometrie-basierten Elektroden zur Multipolerzeugung gemäß der Erfindung. Betrachtet wird noch einmal $U \propto U_{0} + U_{1} cos (φ + φ_{1}) + U_{2} cos (2 φ + φ_{2}) + U_{3} cos (3 φ + φ_{3}) + \dots$

Für eine Aberrationskorrektur ist also ein Dipolfeld gewünschter Orientierung, ein Quadrupolfeld gewünschter Orientierung, ein Hexapolfeld gewünschter Orientierung usw. zu erzeugen.
5a) zeigt eine Sequenz von Geometrie-basierten Korrekturelektroden 701 und 702 für die Erzeugung eines Dipolfeldes. 5b) zeigt zwei Geometrie-basierte Korrekturelektroden 705 und 706 zur Erzeugung eines Quadrupolfeldes. 5c) zeigt zwei Geometrie-basierte Korrekturelektroden 709 und 710 zur Erzeugung eines Hexapolfeldes. Die Geometrie-basierte Korrekturelektrode 713 mit rundem Querschnitt gemäß 6 kann zur Erzeugung des Offsetpotential U₀ verwendet werden.
Näher wird zunächst die in 5b) dargestellte Elektrodenanordnung beschrieben, und zwar aus Gründen der Anschaulichkeit sowie aufgrund der guten Vergleichbarkeit mit den überlagerten Quadrupolfeldern gemäß 4. Anstatt ein Quadrupolfeld durch eine kreuzartige Anordnung und entsprechende Spannungsbelegung von Elektroden 373a, 373c, 373e und 373g zu erzeugen, kann ein identisches Quadrupolfeld auch durch eine Elektrode bestimmten Querschnitts erzeugt werden. Dies ist eine im Querschnitt elliptische Elektrode, wie dies beispielhaft durch die Elektrode 705 in 5b) links dargestellt ist. Ihre Öffnung 707 ist elliptisch und sie ist zentral bzgl. der optischen Achse Z ausgerichtet. Die große Halbachse der Ellipse ist dabei entlang der y-Achse orientiert. Die elliptische Form erstreckt sich dabei ein Stückweit entlang der optischen Achse Z (hier: in die Papierebene hinein), wobei diese Ausdehnung typischerweise jedoch nur wenige µm beträgt. Die Geometrie-basierte Korrekturelektrode 705 mit elliptischem Querschnitt weist eine 2-zählige Rotationssymmetrie um die optische Achse Z auf. Die Ellipse kann auf sich selbst abgebildet werden, indem sie um 180° um die optische Achse Z gedreht wird. Die in 5b) rechts dargestellte Geometrie-basierte Korrekturelektrode 706 weist ebenfalls einen elliptischen Querschnitt bzw. eine entsprechend geformte Öffnung 708 auf. Auch diese besitzt natürlich eine 2-zählige Rotationssymmetrie um die optische Achse Z, sie ist jedoch anders als die Geometrie-basierte Korrekturelektrode 705 orientiert: Die große Hauptachse der Ellipse beschreibt einen 45°-Winkel mit der y-Achse. Ein mittels der Geometrie-basierten Korrekturelektrode 706 erzeugtes Quadrupolfeld ist deshalb um im Wesentlichen 45° gedreht zu dem Quadrupolfeld, das mittels der Geometrie-basierten Korrekturelektrode 705 erzeugt wird. Durchsetzt nun ein Einzel-Teilchenstrahl 3 nacheinander die Elektroden 705 und 706, so erfährt der Einzel-Teilchenstrahl 3 die Wirkung von zwei Quadrupolfeldern, deren resultierende Wirkung einem effektiven Quadrupolfeld entspricht (analog zu der Situation in 4d)). Jede der Geometrie-basierten Korrekturelektroden des Paares 705 und 706 wird jeweils mit nur einer Zuleitung mit Spannung versorgt. Die Amplitude dieser Erregung kann individuell gewählt werden. Somit ist es möglich, auch durch die Sequenz bzw. das Paar von Geometrie-basierten Korrekturelektroden 705, 706 mit einer 2-zähligen Rotationssymmetrie die Wirkung eines effektiven Quadrupolfelds beliebiger bzw. einstellbarer Orientierung zu erzeugen.
Völlig analog stellt sich die Situation hinsichtlich übriger Multipolfelder dar: 5c) zeigt ein Paar von Geometrie-basierten Korrekturelektroden 709 und 710 mit 3-zähliger Rotationssymmetrie um die optische Achse Z. Die Geometrie-basierten Korrekturelektroden 709 und 710 weisen zwar dieselbe Form auf, sie sind aber verschieden orientiert. Die 3-zählige Form kann durch ein gleichseitiges Dreieck mit abgerundeten Ecken beschrieben werden. Durch diese Art von Geometrie-basierten Elektroden lässt sich ein Hexapolfeld erzeugen. Der Drehwinkel, um den die beiden Geometrie-basierten Korrekturelektroden 709 und 710 des Paares gegeneinander verdreht sind, beträgt im Wesentlichen $\frac{90 °}{Z \ddot{a} h l i g k e i t}$
hier also $\frac{90 °}{3} = 30 ° .$
5a) zeigt ein Paar von Geometrie-basierten Korrekturelektroden 701, 702, mittels denen die Wirkung eines effektiven Dipolfelds beliebiger Orientierung erzeugt werden kann. Dabei sind die beiden Geometrie-basierten Korrekturelektroden 701 und 702 zwar im Querschnitt rund ausgebildet (vgl. Öffnungen 703 und 704), sie sind jedoch bezogen auf die optische Achse Z nicht mittig angeordnet. Bezogen auf die optische Achse Z liegt also keine Rotationssymmetrie vor, formal sind die Geometrie-basierten Korrekturelektroden 701 und 702 somit 1-zählig. Der Drehwinkel um die optische Achse Z beträgt $\frac{90 °}{1} = 90 ° .$
Auch hier können die Geometrie-basierten Korrekturelektroden 701 und 702 jeweils individuell mit Spannung versorgt werden, entsprechend der angelegten Spannungen bzw. Amplituden ist es möglich, die Wirkung eines effektiven Dipolfelds mit beliebiger Orientierung zu erzeugen.
5 zeigt exemplarisch nur Paare von Geometrie-basierten Korrekturelektroden. Eine Vielzahl von entsprechenden Paaren von Geometrie-basierten Korrekturelektroden kann dazu verwendet werden, Elektrodenarrays mit einer entsprechenden Vielzahl von Geometrie-basierten Korrekturelektroden auszubilden.
7 zeigt schematisch eine Sequenz von zwei Geometrie-basierten Elektrodenarrays 720, 721 zur Quadrupolerzeugung. Dabei ist das erste Elektrodenarray 720 in eine Multiaperturplatte 715 integriert. Das zweite Elektrodenarray 721 ist in eine Multiaperturplatte 716 integriert. Die Geometrie-basierten Korrekturelektroden 705 des ersten Elektrodenarrays 720 sowie die Geometrie-basierten Korrekturelektroden 706 des zweiten Elektrodenarrays 721 weisen jeweils eine 2-zählige Rotationssymmetrie um die optische Achse Z des teilchenoptischen Strahlenganges jedes Einzel-Teilchenstrahles 3 auf. Im gezeigten Beispiel ist die Orientierung der im Querschnitt elliptisch ausgebildeten Geometrie-basierten Korrekturelektroden 705 in der ersten Multiaperturplatte 715 jeweils identisch, analoges gilt für die Geometrie-basierten Korrekturelektroden 706 in der zweiten Multiaperturplatte 716. Jede Elektrode 705 bzw. 706 wird mit einer einzelnen Leitung 717 bzw. 718 mit Spannung versorgt. Dabei ist die Steuerung 10 eingerichtet, die Vielzahl der Geometrie-basierten Korrekturelektroden 705, 706 des ersten Elektrodenarrays 720 und des zweiten Elektrodenarrays 721 der Aberrationskorrektureinheit 750 individuell für eine Aberrationskorrektur anzusteuern. Dies kann natürlich auch durch eine entsprechende Untereinheit bzw. durch einen Bestandteil der Steuerung 10 erfolgen.
Bei der Aberrationskorrektureinheit 750 ist im gezeigten Beispiel nur ein Paar von Elektrodenarrays 720, 721 vorgesehen. Es ist aber natürlich auch möglich, ein weiteres Paar oder mehrere weitere Paare von Elektrodenarrays vorzusehen, um Multipole anderer Ordnung zu erzeugen bzw. weitere Aberrationskorrekturen durchzuführen. Insofern ist 7 nur beispielhaft zu verstehen. Die Aberrationskorrektureinheit ist aber beispielsweise für eine Astigmatismuskorrektur geeignet. Im Übrigen ist klar, dass 7 die Sequenz der beiden Elektrodenarrays 720 und 721 perspektivisch nicht korrekt darstellt. Tatsächlich sind die beiden Elektrodenarrays 720 und 721 untereinander angeordnet derart, dass im gezeigten Beispiel ein Array mit neun ersten Einzel-Teilchenstrahlen 3 zunächst die neun Öffnungen 707 des ersten Elektrodenarrays 720 durchsetzt und sodann die neun Öffnungen 708 des zweiten Elektrodenarrays 721. Zwischen den beiden Multiaperturplatten 715 und 716 mit den jeweiligen Elektrodenarrays 720 und 721 kann auch ein weiteres Element oder Bauteile angeordnet sein, dies muss aber nicht der Fall sein. Die Bedeutung von weiteren passiven Multiaperturplatten zwischen Elektrodenarrays wird weiter unten noch näher diskutiert werden.
8 zeigt schematisch eine weitere Sequenz von zwei Geometrie-basierten Elektrodenarrays 720 und 721 zur Quadrupolerzeugung bzw. Astigmatismuskorrektur. Dabei bezeichnen wie stets dieselben Bezugszeichen dieselben Elemente. In weiten Zügen entspricht die Darstellung in 8 der Darstellung in 7. Allerdings ist die Ausrichtung der im Querschnitt elliptischen Elektroden 705, 706 innerhalb der jeweiligen Elektrodenarrays 720 und 721 eine etwas andere: Innerhalb des Elektrodenarrays 720 sind die Geometriebasiertem Korrekturelektroden 705 nur zeilenweise identisch orientiert. Entsprechend sind die Geometrie-basierten Korrekturelektroden 706 in dem zweiten Elektrodenarray 721 auch nur zeilenweise identisch ausgerichtet. Dennoch gilt auch bei dieser Ausführungsvariante, dass die Geometrie-basierten Korrekturelektroden 705, 705a in dem ersten Elektrodenarray 720 gegenüber zugehörigen Geometrie-basierten Korrekturelektroden 706, 706a in dem zweiten Elektrodenarray 721 bezogen auf die optische Achse Z um denselben Winkel gedreht sind, nämlich um im Wesentlichen jeweils 45°. Da die Geometrie-basierten Korrekturelektroden ohnehin individuell mittels der Steuerung 10 angesteuert werden, ist im Prinzip nur die paarweise Orientierung voneinander zugehörigen Geometrie-basierten Korrekturelektroden 705, 706 bzw. 705a, 706a wichtig.
9 zeigt schematisch eine weitere Sequenz von zwei Geometrie-basierten Elektrodenarrays 720, 721 zur Quadrupolerzeugung bzw. Astigmatismuskorrektur. Verglichen mit den Darstellungen in 7 und 8 ist die Ausrichtung der einzelnen Geometrie-basierten Korrekturelektroden innerhalb der jeweiligen Elektrodenarrays 720 und 721 bzw. innerhalb der Multiaperturplatten 715, 716 noch etwas komplexer: Innerhalb des jeweiligen Elektrodenarrays 720, 721 variiert die Ausrichtung der dargestellten im Querschnitt elliptischen Elektroden 705a, 705b und 705c sowohl zeilenweise als auch spaltenweise. Bezogen auf Paare von Geometrie-basierten Korrekturelektroden, beispielsweise also die Elektrode 705a und 706a, sowie 705b und 706b,705c und 706c, gilt aber wiederum, dass die Geometrie-basierten Korrekturelektroden in dem ersten Elektrodenarray 720 gegenüber ihren zugehörigen Geometrie-basierten Korrekturelektroden in dem zweiten Elektrodenarray 721 bezogen auf die optische Achse Z jeweils wieder um denselben Winkel (hier: 45°) gedreht sind.
10 zeigt schematisch eine Sequenz von zwei Geometrie-basierten Elektrodenarrays 722, 723 zur Hexapolfelderzeugung bzw. für die Korrektur einer 3-zähligen Aberration von Einzel-Teilchenstrahlen 3. Dabei ist das erste Elektrodenarray 722 in eine erste Multiaperturplatte 724 integriert. Das zweite Elektrodenarray 723 ist in eine zweite Multiaperturplatte 725 integriert. Die Geometrie-basierten Korrekturelektroden 726 bzw. 728 weisen jeweils eine 3-zählige Rotationssymmetrie um die optische Achse Z für eine Hexapolfelderzeugung auf. Dabei sind die Öffnungen 727 und 729 der jeweiligen Elektroden 726, 728 im Wesentlichen als abgerundetes gleichseitiges Dreieck ausgebildet. Die Orientierung der Geometrie-basierten Korrekturelektroden 726 in dem ersten Elektrodenarray 722 ist jeweils identisch. Zusätzlich ist die Orientierung der Geometrie-basierten Korrekturelektroden 728 in dem zweiten Elektrodenarray 723 ebenfalls identisch. Insgesamt sind jedoch die Geometrie-basierten Korrekturelektroden 726 in dem ersten Elektrodenarray 722 gegenüber zugehörigen Geometrie-basierten Korrekturelektroden 728 in dem zweiten Elektrodenarray 723 bezogen auf die optische Achse Z jeweils um denselben Winkel gedreht (hier: 30° wegen der 3-Zähligkeit). Die Steuerung 10 ist wiederum eingerichtet, die Vielzahl der Geometrie-basierten Korrekturelektroden 726, 728 des ersten Elektrodenarrays 722 und des zweiten Elektrodenarrays 723 der Aberrationskorrektureinheit 750 individuell für eine Aberrationskorrektur anzusteuern. Natürlich ist es möglich, die Orientierung der Geometrie-basierten Korrekturelektroden 726, 728 innerhalb der Elektrodenarrays 722, 723 auch variabel auszugestalten, wie dies in Zusammenhang mit den 2-zähligen Geometrie-basierten Korrekturelektroden in den 8 und 9 beschrieben worden ist. In jedem Fall gilt aber die feste Drehbeziehung für jedes zusammengehörige Paar von Geometrie-basierten Korrekturelektroden 726 und 728. Auch hier ist es natürlich möglich, dass die Aberrationskorrektureinheit 750 weiter Korrekturelemente und insbesondere weitere Elektrodenarrays aufweist, die in 10 so nicht dargestellt sind.
11 zeigt schematisch Ausführungsbeispiele für Geometrie-basierte Elektroden zur Quadrupolfelderzeugung in einer perspektivischen Darstellung. In 11a) ist exemplarisch lediglich eine Sequenz von Geometrie-basierten Korrekturelektroden gezeigt; dabei kann jede der Elektroden Teil eines entsprechenden Arrays von Elektroden sein. Das Ausführungsbeispiel zeigt eine Sequenz von vier Multiaperturplatten 730, 715, 716 und 732. Dabei handelt es sich bei den Multiaperturplatten 730 und 732 um Standard-Multiaperturplatten mit einer Vielzahl von passiven runden Aperturen, die bezogen auf die Richtung des teilchenoptischen Strahlenganges vor bzw. nach den Multiaperturplatten 715, 716 mit individuell ansteuerbaren Geometrie-basierten Korrekturelektroden 705, 706 angeordnet sind. Die Geometrie-basierten Korrekturelektroden 705, 706 selbst sind im dargestellten Ausführungsbeispiel in die Multiaperturplatten 715, 716 integriert bzw. erstrecken sich durch die entsprechenden Öffnungen 707, 708 der Multiaperturplatten 715, 716. Dabei ist zusätzlich an der Oberseite im Wesentlichen bündig mit der Oberfläche der Multiaperturplatten 715, 716 ein flacher, leitender Bestandteil der Elektroden 705, 706 vorgesehen, an dem eine Kontaktierung der Elektroden 705, 706 mit jeweils einer Zuleitung möglich ist. Im gezeigten Beispiel ist die leitende Fläche außen kreisförmig, sie könnte außen aber auch anders ausgeformt sein.
Ein alternatives Ausführungsbeispiel ist exemplarisch in 11b) dargestellt. 11b) zeigt exemplarisch nur eine Multiaperturplatte 715, dafür aber das ganze Elektrodenarray 720. Die Geometrie-basierten Korrekturelektroden 705 sind im Querschnitt wiederum elliptisch und erstrecken sich durch die Dicke h der Multiaperturplatte 715. Eine typische Dicke der Multiaperturplatte beträgt dabei einige µm, beispielsweise 5, 10, 20 oder 30 µm. Die Orientierung der Elektroden 705 ist innerhalb der Multiaperturplatte 715 einheitlich. Die leitende Fläche der Geometrie-basierten Korrekturelektroden 705, die auf der Oberseite der Multiaperturplatte 715 zur Kontaktierung vorgesehen ist, ist im gezeigten Beispiel hexagonal ausgebildet. Diese Ausformung erlaubt eine regelmäßige Beabstandung der einzelnen Geometrie-basierten Elektroden 705 voneinander und ist verhältnismäßig einfach herzstellen. Bei beiden in 11 gezeigten Ausführungsformen gilt, dass die Geometrie-basierten Elektroden 705, 706 von den Multiaperturplatten 715 und 716 isoliert sind.
12 zeigt schematisch andere Ausführungsformen für ein Paar Geometrie-basierter Korrekturelektroden zur Quadrupolfelderzeugung. 12a) zeigt eine Trägerplatte 734, in die oberseitig die erste Geometrie-basierte Korrekturelektrode 705 und unterseitig die zweite Geometrie-basierte Korrekturelektrode 706 eingelassen sind. Die Elektroden 705, 706 sind jeweils von der Trägerplatte 734 mittels eines Isolators 735 isoliert. Auch bei dieser konstruktiven Ausführungsvariante gilt, dass die beiden Geometrie-basierten Korrekturelektroden 705 und 706 jedes Paares von Geometrie-basierten Korrekturelektroden um die optische Achse Z gegeneinander verdreht sind, und zwar im gezeigten Beispiel um 45°.
12b) zeigt eine alternative konstruktive Ausgestaltung mit einer Trägerplatte 736, auf deren Oberseite die Geometrie-basierte Korrekturelektrode 705 angeordnet ist und auf deren Unterseite die Geometrie-basierte Korrekturelektrode 706 angeordnet ist. Die beiden Elektroden 705, 706 sind auch hier von der Trägerplatte 736 isoliert. Die Ausrichtung der beiden elliptischen Korrekturelektroden 705, 706 ist wiederum um die optische Achse gegeneinander verdreht, und zwar erneut in einem Winkel von im Wesentlichen 45°, wie dies in der geometrischen Zeichnung in 12b) rechts unten angedeutet ist.
13 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Aberrationskorrektureinheit 750 mit einer Sequenz von mehreren Geometrie-basierten Elektrodenarrays zur Aberrationskorrektur. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Aberrationskorrektureinheit 750 als Bestandteil einer Mikrooptik 306 ausgeführt. Schematisch dargestellt ist auch eine Multiaperturplatte 304 (Filterplatte) zur Erzeugung der ersten Einzel-Teilchenstrahlen 3.
Die Aberrationskorrektureinheit 750 umfasst drei Paare von Elektrodenarrays: Das erste Paar 740 umfasst ein erstes Elektrodenarray mit Geometrie-basierten Korrekturelektroden 705 sowie ein zweites Elektrodenarray mit Geometrie-basierten Korrekturelektroden 706. Die beiden Arrays sind dabei in eine Trägerplatte 734a eingelassen, wie dies bereits in Zusammenhang mit 12a) näher ausgeführt worden ist. Im gezeigten Beispiel sind die Geometrie-basierten Korrekturelektroden 705 und 706, die jeweils paarweise zusammengehören und von demselben Einzel-Teilchenstrahl 3 durchsetzt werden, im Querschnitt elliptisch ausgebildet, wobei die Halbachsen der Ellipsen im Wesentlichen um 45° gegeneinander verdreht sind. Jede der Geometrie-basierten Korrekturelektroden 705, 706 wird mittels einer einzelnen Zuleitung 717 individuell durch die Steuerung 10 angesteuert. Die entsprechenden Leitungen 717 sind in 13 nur exemplarisch für einen ganz rechts verlaufenden Strahl 3 eingezeichnet. Auf diese Weise kann mittels des ersten Paares 740 von Elektrodenarrays für die ersten Einzel-Teilchenstrahlen 3 jeweils individuell ein Quadrupolfeld beliebiger Orientierung erzeugt werden, um einen Astigmatismus der Einzel-Teilchenstrahlen 3 zu korrigieren.
Entlang des teilchenoptischen Strahlenganges nach dem ersten Paar 740 ist ein zweites Paar 741 von Elektrodenarrays angeordnet, das im gezeigten Beispiel über Geometrie-basierte Korrekturelektroden 744, 746 verfügt. Diese sind im gezeigten Beispiel im Querschnitt im Wesentlichen rund ausgebildet und die runden Korrekturelektroden 744, 746 in jedem Paar sind orthogonal zur optische Achse Z in unterschiedliche Richtungen um etwa 90° gegeneinander verschoben. Die Steuerung 10 ist wiederum so konfiguriert, die runden Korrekturelektroden 744, 746 individuell anzusteuern. Dabei kann beispielsweise eine statische Verzeichnung des zweiten Feldes von ersten Einzel-Teilchenstrahlen 3 beim Auftreffen in der Objektebene 101 korrigiert werden.
In Richtung des teilchenoptischen Strahlenganges nach dem zweiten Paar 741 ist ein drittes Paar 742 von Elektrodenarrays mit Geometrie-basierten Korrekturelektroden 726, 728 angeordnet. Im gezeigten Beispiel verfügen die Korrekturelektroden 726, 728 über eine 3-zählige Rotationssymmetrie und sind gegeneinander paarweise um im Wesentlichen 30° um die optische Achse Z verdreht. Dadurch kann für jeden ersten Einzel-Teilchenstrahl 3 individuell ein Hexapolfeld zur Korrektur einer 3-zähligen Aberration ausgebildet werden.
Nach dem dritten Paar 742 von Elektrodenarrays ist eine Multiaperturplatte 751 mit einem Elektrodenarray mit einer Vielzahl von Geometrie-basierten Korrekturelektroden 749 vorgesehen, die einen runden Querschnitt aufweisen und die zentriert bzgl. der jeweiligen optische Achse Z angeordnet sind. Dabei ist die Steuerung 10 des Weiteren eingerichtet, die Vielzahl der Geometrie-basierten Korrekturelektroden 749 dieses weiteren Elektrodenarrays individuell im Wesentlichen zur Korrektur einer Fokuslage der ersten Einzel-Teilchenstrahlen 3 anzusteuern. Eine Korrektur der Fokuslage kann insbesondere zur Bildfeldwölbungskorrektur und / oder Bildfeldneigungskorrektur eingesetzt werden.
Die in 13 dargestellte Reihenfolge des ersten Paares 740, des zweiten Paares 741, des dritten Paares 742 sowie der Multiaperturplatte 751 mit dem weiteren Elektrodenarray ist dabei nur beispielhaft zu verstehen. Es ist möglich, die Reihenfolge dieser Elemente zu vertauschen. Außerdem ist es nicht zwingend erforderlich, die jeweiligen Paaren von Elektrodenarrays 740, 741, 742 als direkt nacheinander folgende Elektrodenarrays auszubilden. Stattdessen wäre es auch denkbar, zuerst die ersten Elektrodenarrays jedes Paares und erst danach die zweiten Elektrodenarrays jedes Paares anzuordnen. Auch konstruktiv sind natürlich andere Ausgestaltungen möglich, einige davon sind bereits weiter vorn in dieser Patentanmeldung exemplarisch beschrieben worden.
14 zeigt exemplarisch eine Ausführungsform der Erfindung, die die Erzeugung von voneinander linear-unabhängigen Quadrupolfeldern ermöglicht: Grundsätzlich werden zwei Geometrie-basierte Korrekturelektroden pro erzeugtem Multipolfeld benötigt, um beliebige Ausrichtungen dieses Multipolfeldes zu realisieren. Entsprechend der Idee der Reihenentwicklung wird mittels der einen Geometrie-basierten Elektrode ein Cosinusterm (cos n φ) und mittels der anderen Geometrie-basierten Elektrode ein Sinusterm (sin n φ) des gewünschten Multipolfeldes realisiert. Die beiden Terme beschreiben die fundamentalen Multipole bzw. Multipolfelder. Der Winkel zwischen den beiden fundamentalen Multipolen hängt von der Ordnung des Multipols ab und ist $\frac{90 °}{n} .$
Ist der Winkel zwischen den erzeugten Multipolen genau $\frac{90 °}{n},$
so sind optimale Erregungen der Geometrie-basierten Korrekturelektroden eines Paares unabhängig voneinander. Streng genommen ist es aber so, dass sich die Orientierung eines Quadrupolfeldes, der durch Anlegen eines Potentials U₁ an die Geometrie-basierte Korrekturelektrode erzeugt wird, entlang der axialen z-Position verändert. Geladene Teilchen des Einzel-Teilchenstrahles 3, die die Geometrie-basierten Korrekturelektroden durchsetzen, erfahren deshalb ein effektives Quadrupolfeld, das rotiert ist (beispielsweise cos (2φ+φ) anstelle von cos (2φ)). Entsprechendes gilt für einen Quadrupol, der durch Anlagen eines Potentials U₂, der an der zweiten Geometrie-basierten Korrekturelektrode eines Paares von Elektroden erzeugt wird; dieser Quadrupol lässt sich nicht mehr durch einen reinen Sinusterm beschreiben. Aus diesem Grund ist der Winkel zwischen den beiden Quadrupolen nicht mehr exakt 45°. Diese Abweichung lässt sich gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dadurch korrigieren, dass zwischen einander benachbarten Multiaperturplatten mit darin integrierten Elektrodenarrays mit individuell ansteuerbaren Geometrie-basierten Korrekturelektroden eine Standard-Multiaperturplatte mit einer Vielzahl von passiven runden Aperturen angeordnet ist.
Eine entsprechende Ausführungsform bzw. ein Ausschnitt aus einer entsprechenden Aberrationskorrektureinheit 750 ist in 14 dargestellt: Vor dem ersten Elektrodenarray mit den Geometrie-basierten Korrekturelektroden 705 ist eine Multiaperturplatte 730 mit kreisrunden Öffnungen 731 angeordnet. Des Weiteren ist zwischen dem ersten Elektrodenarray mit den Korrekturelektroden 705 und dem zweiten Elektrodenarray mit den Geometrie-basierten Korrekturelektroden 706 eine weitere Multiaperturplatte 737 mit kreisrunden Öffnungen 738 angeordnet. Ebenso ist nach dem zweiten Elektrodenarray mit den Geometrie-basierten Korrekturelektroden 706 eine weitere Multiaperturplatte 732 mit kreisrunden Öffnungen 733 angeordnet. Die Standard-Multiaperturplatten 730, 737 und 732 sind jeweils geerdet und dienen als Gegenelektroden. Die durch die Elektroden 705 bzw. 706 erzeugten Quadrupolfelder sind exakt um 45° zueinander orientiert. Die Orientierung der erzeugten Quadrupole entspricht also exakt den Orientierungen der Elektrodenöffnungen 707 bzw. 708.
Das in 14 dargestellte Ausführungsbeispiel bezieht sich aus Gründen der illustrativen Einfachheit erneut auf eine Quadrupolerzeugung zwecks Aberrationskorrektur. Das beschriebene Konzept, vor der Sequenz von Elektrodenarrays und zwischen verschiedenen Elektrodenarrays jeweils Standard-Multiaperturplatten mit kreisrunden Öffnungen vorzusehen, ist aber natürlich auch auf andere Geometrie-basierte Korrekturelektroden und Sequenzen daraus zur Aberrationskorrektur anwendbar. Auch zwischen solchen Elektroden, die Multipole unterschiedlicher Ordnung erzeugen, ist demzufolge dann jeweils eine Standard-Multiaperturplatte angeordnet.
Eine alternative Lösung zur Herstellung linearer Unabhängigkeit von erzeugten Multipolen beschreitet den Weg, den Drehwinkel zwischen den Geometrie-basierten Korrekturelektroden eines Paares von Elektrodenarrays zu verändern, wodurch die so entstehenden Multipole nicht mischen bzw. orthogonal sind. Es ist dann aber dennoch möglich, dass eine solche Anordnung zusätzliche Multipole anderer bzw. höherer Ordnung erzeugt, die im Falle einer exakten Verdrehung um $\frac{90 °}{n}$
der Korrekturelektroden so nicht entstehen würden.
Ein weiterer bevorzugter Lösungsansatz ist, geeignete Linearkombinationen von Erregungen der Geometrie-basierten Korrekturelektroden zu erzeugen, sodass ein Mischen der fundamentalen Multipole verhindert wird. 15 illustriert schematisch ein Verfahren zum Einstellen einer Aberrationskorrektur eines Vielstrahl-Teilchenmikroskopes 1. In einem Ausgangsverfahrensschritt S0 erfolgt das Bereitstellen eines Vielstrahl-Teilchenmikroskopes 1 mit einer erfindungsgemäßen Aberrationskorrektureinheit 750, wie vorstehend in mehreren Ausführungsvarianten beschrieben.
In einem Verfahrensschritt S1 erfolgt nur ein Erregen einer ersten Geometrie-basierten Korrekturelektrode einer Sequenz von Korrekturelektroden. Durch diese Erregung entsteht nicht ausschließlich der gewünschte Multipol, sondern es werden zusätzlich auch weitere Multipole erzeugt, wenn auch mit deutlich schwächerer Amplitude.
In einem weiteren Verfahrensschritt S2 erfolgt das Bestimmen der Amplitude des ersten so erzeugten Multipols. In einem weiteren Verfahrensschritt S3 erfolgt das Bestimmen der Amplitude des zweiten so erzeugten Multipols und in einem Verfahrensschritt S4 erfolgt das bestimmen der Amplitude des dritten so erzeugten Multipols usw. Dies wird fortgesetzt, bis die Amplitude sämtlicher so erzeugten Multipole bestimmt worden ist.
Dann wird in einem Verfahrensschritt S5 nur die zweite Geometrie-basierte Korrekturelektrode der Sequenz erregt. Auch diese zweite Geometrie-basierte Korrekturelektrode erzeugt normalerweise nicht nur den gewünschten Multipol, sondern auch weitere parasitäre Multipole. Entsprechend wird gemäß dem vorliegenden Verfahren in einem Verfahrensschritt S6 die Amplitude des ersten erzeugten Multipols bestimmt, in einem Verfahrensschritt S7 erfolgt das Bestimmen der Amplitude des zweiten so erzeugten Multipols und in einem Verfahrensschritt S8 erfolgt ein Bestimmen der Amplitude des dritten so erzeugten Multipols usw. Dies wird fortgesetzt, bis sämtliche Amplituden von sämtlichen so erzeugten Multipolen bestimmt worden sind. Danach wird ausschließlich die dritte bzw. allgemein nächste Geometrie-basierte Korrekturelektrode einer Sequenz erregt usw.
In einem Verfahrensschritt S9 erfolgt ein Aufstellen einer Amplitudenmatrix basierend auf den ermittelten Amplituden. In einem Verfahrensschritt S10 erfolgt ein Invertieren der Amplitudenmatrix. Die Amplitudenmatrix beschreibt den Zusammenhang zwischen den Erregungen der Korrekturelektroden und den Amplituden der erzeugten fundamentalen Multipole. Mittels der invertierten Amplitudenmatrix ist es möglich, unmittelbar Amplituden von fundamentalen Multipolen zu verändern, ohne dass der Anteil anderer fundamentaler Multipole durch diese Ansteuerungsänderung verändert würde.
Natürlich kann das beschriebene Verfahren für alle Sequenzen der Geometrie-basierten Korrekturelektroden durchgeführt werden. Mit anderen Worten wird das Verfahren für jeden der ersten Einzel-Teilchenstrahlen durchgeführt und die Aberrationskorrektureinheit für sämtliche Einzel-Teilchenstrahlen eingestellt.
Die folgenden Gleichungen (2) und (3) beschreiben nochmals die Zusammenhänge zwischen den Amplituden der erzeugten fundamentalen Multipole und den Erregungen der Geometrie-basierten Korrekturelektroden: $A * (\begin{matrix} E r r e g u n g 1 \\ E r r e g u n g 2 \\ E r r e g u n g 3 \\ E r r e g u n g 4 \\ \dots \end{matrix}) = (\begin{matrix} A m p l i t u d e cos (φ) \\ A m p l i t u d e sin (φ) \\ A m p l i t u d e cos (2 * φ) \\ A m p l i t u d e sin (2 * φ) \\ \dots \end{matrix})$
$A^{- 1} * (\begin{matrix} A m p l i t u d e cos (φ) \\ A m p l i t u d e sin (φ) \\ A m p l i t u d e cos (2 * φ) \\ A m p l i t u d e sin (2 * φ) \\ \dots \end{matrix}) = (\begin{matrix} E r r e g u n g 1 \\ E r r e g u n g 2 \\ E r r e g u n g 3 \\ E r r e g u n g 4 \\ \dots \end{matrix})$
Dabei bezeichnet A die Amplitudenmatrix und A^-1 die invertierte Amplitudenmatrix.
Ein Vorteil des oben beschriebenen Verfahrens liegt in der Entkopplung der erzeugten Multipole. Dies wiederum ist vorteilhaft bei der Optimierung einer teilchenoptischen Eigenschaft des Vielstrahl-Teilchenstrahlsystems bzw. Vielstrahl-Teilchenmikroskopes 1. Es ist beispielsweise möglich, die Auflösung zu optimieren. Da die optimalen Amplituden jedes erzeugten Multipols in erster Näherung unabhängig voneinander sind, können die Amplituden dieser Multipole auch unabhängig voneinander einer nach dem anderen optimiert werden. Dabei wird die Amplitude durchgefahren und die Abbildungseigenschaften werden jeweils gemessen. 16 zeigt diesen Prozess bildlich: Zunächst wird die Amplitude von Multipol 1 durchgefahren und die jeweilige Auflösung wird bestimmt. Dadurch wird eine optimale Amplitude des ersten Multipols ermittelt. Anschließend bzw. unabhängig davon kann die Amplitude des zweiten Multipols durchgefahren werden, die Auflösung wird jeweils gemessen und das Optimum wird bestimmt. Anschließend wird die Amplitude des dritten Multipols durchgefahren und die Auflösung jeweils bestimmt, um das entsprechende Optimum für die Amplitude des dritten Multipols zu erhalten. Dies kann für jeden Multipol fortgesetzt werden. Es ist auch möglich, diesen Prozess einige Male zu wiederholen, um verbleibende Abhängigkeiten zwischen den Amplituden verschiedener Multipole zu entkoppeln.
Die obigen Ausführungen wurden im Wesentlichen bezogen auf ein Vielstrahl-Teilchenmikroskop 1 getätigt. Sie sind aber natürlich auch gültig für ein Vielstrahl-Teilchenstrahlsystem anderer Art, bei dem ebenfalls eine entsprechende Aberrationskorrektureinheit eingesetzt werden kann.
Außerdem ist es möglich, die erfindungsgemäße Aberrationskorrektureinheit mit anderen Aberrationskorrekturelementen zu kombinieren oder aber teilweise erfindungsmäße Elemente durch andere Elemente zu ersetzen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Aberrationskorrektureinheit neben mindestens einem Geometrie-basierten Elektrodenarray ein weiteres Elektrodenarray, das segmentierte Elektroden umfasst. Segmentierte Elektroden sind beispielsweise die vorn in Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschriebenen Multipolelektroden, insbesondere Oktupolelektroden oder Zwölfpol-Elektroden. Dabei ist es insbesondere denkbar, verschiedene Typen von Korrekturelektroden zu Paaren zusammenzufassen, deren Multipole zueinander so ausgerichtet sind, dass fundamentale Multipole erzeugt werden können. Es ist beispielsweise denkbar, dass sämtliche Cosinusterme einer Reihenentwicklung zur Multipolfelderzeugung durch Elektrodenarrays umfassend Geometrie-basierte Korrekturelektroden erzeugt werden und dass sämtliche Sinusterme durch entsprechend angesteuerte Multipolelektroden erzeugt werden oder umgekehrt. Dabei kann es möglich sein, durch die Kombination der Multipolelektroden mit den Geometrie-basierten Korrekturelektroden die Poligkeit der Multipolelektroden zu verringern und dadurch den Kontrollaufwand zumindest ein stückweit zu reduzieren; beispielsweise kann es ausreichend sein, eine vierpolige segmentierte Elektrode vorzusehen anstelle einer Oktupolelektrode, sofern eine entsprechende paarweise Kombination mit einer Geometrie-basierten Korrekturelektrode innerhalb einer bestimmten Sequenz vorgenommen wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Geometrie-basierten Korrekturelektroden mindestens eines Elektrodenarrays der Aberrationskorrektureinheit ihrerseits segmentiert und die Steuerung ist eingerichtet, diese Segmente der Korrekturelektroden wiederum individuell anzusteuern. Dabei sind die Geometrie-basierten Korrekturelektroden natürlich nicht rundsymmetrisch, diese Lösung wäre trivial bzw. vorbekannt. Es ist beispielsweise möglich, Geometrie-basierte Korrekturelektroden mit jeweils mindestens 2-zählicher Rotationssymmetrie um die optische Achse für eine Multipolfelderzeugung ihrerseits zu segmentieren. Der Querschnitt einer Geometrie-basierten Korrekturelektrode kann also beispielsweise elliptisch sein, wobei entlang dieser Ellipse individuell ansteuerbare Segmente der Korrekturelektrode, also im Prinzip eine mit einem speziellen Querschnitt ausgebildete Multipolelektrode, vorgesehen ist. Es ist auch denkbar, entsprechend segmentierte Elektroden in eine Geometrie-basierte Korrekturelektrode einzusetzen. Die verschiedenen Ausführungsvarianten haben spezifische Vorteile oder Nachteile hinsichtlich einer Aberrationskorrektur.
Bezugszeichenliste

1: Vielstrahl-Teilchenmikroskop
3: primäre Teilchenstrahlen (Einzel-Teilchenstrahlen)
5: Strahlflecken, Auftrefforte
7: Objekt, Probe
9: sekundäre Teilchenstrahlen
10: Computersystem, Steuerung
15: Probenoberfläche
101: Objektebene
102: Objektivlinse
103: elektromagnetische Linse
105: Achse
200: Detektorsystem
205: Projektionslinsensystem
209: Detektionssystem, Teilchen-Multidetektor, Detektionseinheit
210: Linse
220: Linse
222: Kontrastblende
300: Strahlerzeugungsvorrichtung
301: Teilchenquelle
303: Kollimationslinsensystem
304: Multiaperturplatte, Filterplatte
305: Multiaperturanordnung
306: Mikrooptik
307: Feldlinse
308: Feldlinse
309: divergierender Teilchenstrahl
323: Strahlfoki
325: Zwischenbildebene
361: Öffnung
370: Multiaperturplatte
372: Oktupolelektrode
373: einzelne Elektrode der Oktupolelektrode
375: elektronische Schaltung
377: Leitung
379: serielle Datenverbindung
381: Vakuummantel
382: Dichtung
400: Strahlweiche, Magnetanordnung
500: Scan-Ablenker
600: Verfahrtisch oder Positioniereinrichtung
701: Geometrie-basierte Korrekturelektrode
702: Geometrie-basierte Korrekturelektrode
703: Öffnung
704: Öffnung
705: Geometrie-basierte Korrekturelektrode
706: Geometrie-basierte Korrekturelektrode
707: Öffnung
708: Öffnung
709: Geometrie-basierte Korrekturelektrode
710: Geometrie-basierte Korrekturelektrode
711: Öffnung
712: Öffnung
713: Geometrie-basierte Korrekturelektrode
714: Öffnung
715: Multiaperturplatte
716: Multiaperturplatte
717: Leitung
718: Leitung
720: Elektrodenarray
721: Elektrodenarray
722: Elektrodenarray
723: Elektrodenarray
724: Multiaperturplatte
725: Multiaperturplatte
726: Geometrie-basierte Korrekturelektrode
727: Öffnung
728: Geometrie-basierte Korrekturelektrode
729: Öffnung
730: Standard-Multiaperturplatte
731: Öffnung
732: Standard-Multiaperturplatte
733: Öffnung
734: Trägerplatte
735: Isolierung
736: Trägerplatte
737: Standard-Multiaperturplatte
738: Öffnung
740: erstes Paar von Elektrodenarrays
741: zweites Paar von Elektrodenarrays
742: drittes Paar von Elektrodenarrays
744: Geometrie-basierte Korrekturelektrode
745: Öffnung
746: Geometrie-basierte Korrekturelektrode
747: Öffnung
748: Geometrie-basierte Korrekturelektrode
749: Öffnung
750: Aberrationskorrektureinheit
751: Multiaperturplatte
h: Dicke einer Multiaperturplatte mit Elektrodenarray
Z: optische Achse
S0: Bereitstellen eines Vielstrahl-Teilchenmikroskops mit erfindungsgemäßer Aberrationskorrektureinheit
S1: Erregen einer ersten Geometrie-basierten Korrekturelektrode einer Sequenz
S2: Bestimmen der Amplitude des ersten so erzeugten Multipols
S3: Bestimmen der Amplitude des zweiten so erzeugten Multipols
S4: Bestimmen der Amplitude des dritten so erzeugten Multipols
S5: Erregen der zweiten Geometrie-basierten Korrekturelektrode der Sequenz
S6: Bestimmen der Amplitude des ersten so erzeugten Multipols
S7: Bestimmen der Amplitude des zweiten so erzeugten Multipols
S8: Bestimmen der Amplitude des dritten so erzeugten Multipols
S9: Aufstellen einer Amplitudenmatrix basierend auf den ermittelten Amplituden
S10: Invertieren der Amplitudenmatrix

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7244949 B2 [0004]
US 20190355544 A1 [0004]
DE 102014008083 A1 [0006]
WO 2005024881 A2 [0067]
WO 2007028595 A2 [0067]
WO 2007028596 A1 [0067]
WO 2011124352 A1 [0067]
WO 2007060017 A [0067]
DE 102013016113 A1 [0067]
DE 102013014976 A1 [0067]

Claims

Vielstrahl-Teilchenmikroskop, das die folgenden Merkmale aufweist: einen Multistrahl-Generator, welcher konfiguriert ist, um ein erstes Feld einer Vielzahl von geladenen ersten Einzel-Teilchenstrahlen zu erzeugen; eine erste Teilchenoptik mit einem ersten teilchenoptischen Strahlengang, die konfiguriert ist, um die erzeugten ersten Einzel-Teilchenstrahlen auf eine Probenoberfläche in der Objektebene abzubilden, so dass die ersten Einzel-Teilchenstrahlen an Auftrefforten auf die Probenoberfläche treffen, die ein zweites Feld bilden; ein Detektionssystem mit einer Vielzahl von Detektionsbereichen, die ein drittes Feld bilden; eine zweite Teilchenoptik mit einem zweiten teilchenoptischen Strahlengang, die konfiguriert ist, um zweite Einzel-Teilchenstrahlen, die von den Auftrefforten im zweiten Feld ausgehen, auf das dritte Feld der Detektionsbereiche des Detektionssystems abzubilden; eine magnetische und/oder elektrostatische Objektivlinse, durch die sowohl die ersten als auch die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen hindurchtreten; eine Strahlweiche, die in dem ersten teilchenoptischen Strahlengang zwischen dem Multistrahl-Generator und der Objektivlinse angeordnet ist, und die im zweiten teilchenoptischen Strahlengang zwischen der Objektivlinse und dem Detektionssystem angeordnet ist; eine Aberrationskorrektureinheit zum individuellen Korrigieren einer oder mehrerer Aberrationen im ersten teilchenoptischen Strahlengang; und eine Steuerung, wobei die Aberrationskorrektureinheit eine Sequenz von Elektrodenarrays umfassend wenigstens ein erstes Paar von Elektrodenarrays aufweist, wobei das erste Paar ein erstes Elektrodenarray und ein zweites Elektrodenarray aufweist, wobei das erste Elektrodenarray und das zweite Elektrodenarray jeweils eine Vielzahl von Geometrie-basierten Korrekturelektroden mit jeweils n-zähliger Rotationssymmetrie um die optische Achse für eine Multipolfelderzeugung aufweisen, die jeweils individuell mittels genau einer Zuleitung ansteuerbar sind, wobei die Geometrie-basierten Korrekturelektroden in dem ersten Elektrodenarray gegenüber zugehörigen Geometrie-basierten Korrekturelektroden in dem zweiten Elektrodenarray bezogen auf die optische Achse gedreht sind; und wobei die Steuerung eingerichtet ist, die Vielzahl der Geometrie-basierten Korrekturelektroden des ersten Elektrodenarrays und des zweiten Elektrodenarrays der Aberrationskorrektureinheit individuell für eine Aberrationskorrektur anzusteuern.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei ein Drehwinkel, um den die Geometrie-basierten Korrekturelektroden des ersten Paares zueinander verdreht sind, im Wesentlichen 90°/n beträgt.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Aberrationskorrektureinheit ein zweites Paar von Elektrodenarrays aufweist, wobei das zweite Paar ein drittes Elektrodenarray und ein viertes Elektrodenarray aufweist, wobei das dritte Elektrodenarray und das vierte Elektrodenarray jeweils eine Vielzahl von Geometrie-basierten Korrekturelektroden mit jeweils m-zähliger Rotationssymmetrie um die optische Achse für eine Multipolfelderzeugung aufweisen, die jeweils individuell mittels genau einer Zuleitung ansteuerbar sind, wobei die Geometrie-basierten Korrekturelektroden in dem dritten Elektrodenarray gegenüber zugehörigen Geometrie-basierten Korrekturelektroden in dem vierten Elektrodenarray bezogen auf die optische Achse gedreht sind; und wobei die Steuerung eingerichtet ist, die Vielzahl der Geometrie-basierten Korrekturelektroden des dritten Elektrodenarrays und des vierten Elektrodenarrays der Aberrationskorrektureinheit individuell für eine Aberrationskorrektur anzusteuern.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei ein Drehwinkel, um den die Geometrie-basierten Korrekturelektroden des zweiten Paares zueinander verdreht sind, im Wesentlichen 90°/m beträgt.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Aberrationskorrektureinheit ein drittes Paar von Elektrodenarrays aufweist, wobei das dritte Paar ein fünftes Elektrodenarray und ein sechstes Elektrodenarray aufweist, wobei das fünfte Elektrodenarray und das sechste Elektrodenarray jeweils eine Vielzahl von Geometrie-basierten Korrekturelektroden mit jeweils k-zähliger Rotationssymmetrie um die optische Achse für eine Multipolfelderzeugung aufweisen, die jeweils individuell mittels genau einer Zuleitung ansteuerbar sind, wobei die Geometrie-basierten Korrekturelektroden in dem fünften Elektrodenarray gegenüber zugehörigen Geometrie-basierten Korrekturelektroden in dem sechsten Elektrodenarray bezogen auf die optische Achse gedreht sind; und wobei die Steuerung eingerichtet ist, die Vielzahl der Geometrie-basierten Korrekturelektroden des fünften Elektrodenarrays und des sechsten Elektrodenarrays der Aberrationskorrektureinheit individuell für eine Aberrationskorrektur anzusteuern.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei ein Drehwinkel, um den die Geometrie-basierten Korrekturelektroden des dritten Paares zueinander verdreht sind, im Wesentlichen 90°/k beträgt.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei verschiedene Paare von Elektrodenarrays verschiedene Zähligkeiten bei ihren jeweiligen Geometrie-basierten Korrekturelektroden zur Erzeugung verschiedener Multipolfelder aufweisen.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Geometrie-basierten Korrekturelektroden eines Paares von Elektrodenarrays im Querschnitt rund ausgebildet sind und wobei die runden Korrekturelektroden in jedem der das Paar bildenden Elektrodenarrays gegenüber der optischen Achse orthogonal zur optischen Achse in unterschiedliche Richtungen, insbesondere um etwa 90°, verschoben sind; und wobei die Steuerung konfiguriert ist, die runden Korrekturelektroden individuell für eine Aberrationskorrektur anzusteuern, insbesondere im Wesentlichen zur Korrektur einer statischen Verzeichnung des zweiten Feldes von ersten Einzel-Teilchenstrahlen beim Auftreffen in der Objektebene anzusteuern.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Geometrie-basierten Korrekturelektroden eines Paares von Elektrodenarrays im Querschnitt im Wesentlichen elliptisch zur Erzeugung eines Quadrupolfeldes ausgebildet sind und wobei die im Wesentlichen elliptischen Korrekturelektroden in jedem der das Paar bildenden Elektrodenarrays um die optische Achse gegeneinander verdreht sind, insbesondere um im Wesentlichen 45°; und wobei die Steuerung konfiguriert ist, die im Querschnitt elliptischen Korrekturelektroden im Wesentlichen zur individuellen Korrektur eines Astigmatismus der ersten Einzel-Teilchenstrahlen anzusteuern.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Geometrie-basierten Korrekturelektroden eines Paares von Elektrodenarrays im Querschnitt im Wesentlichen eine abgerundete Dreiecksform zur Ausbildung eines Hexapolfeldes ausgebildet sind und wobei die im Querschnitt im Wesentlichen eine abgerundete Dreiecksform aufweisenden Korrekturelektroden in jedem der das Paar bildenden Elektrodenarrays um die optische Achse gegeneinander verdreht sind, insbesondere um im Wesentlichen 30°; und wobei die Steuerung konfiguriert ist, die im Querschnitt im Wesentlichen eine Dreiecksform aufweisenden Korrekturelektroden im Wesentlichen zur Korrektur von dreizähligen Aberrationen individuell anzusteuern.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Sequenz von Elektrodenarrays der Aberrationskorrektureinheit ein weiteres Elektrodenarray mit einer Vielzahl von Geometrie-basierten Korrekturelektroden aufweist, die einen runden Querschnitt aufweisen und die zentriert bezüglich der jeweiligen optischen Achse angeordnet sind; und wobei die Steuerung eingerichtet ist, die Vielzahl der Geometrie-basierten Korrekturelektroden des weiteren Elektrodenarrays individuell im Wesentlichen zur Korrektur einer Fokuslage der ersten Einzel-Teilchenstrahlen, insbesondere zur Bildfeldwölbungskorrektur und/ oder Bildfeldneigungskorrektur, anzusteuern.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Elektrodenarrays jeweils in eine Multiaperturplatte integriert sind.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei zwischen zwei einander benachbarten Multiaperturplatten mit darin integrierten Elektrodenarrays mit individuell ansteuerbaren Geometrie-basierten Korrekturelektroden eine Standard-Multiaperturplatte mit einer Vielzahl von passiven runden Aperturen angeordnet ist.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop gemäß einem der Ansprüche 12 bis 13, wobei die Aberrationskorrektureinheit eine Standard-Multiaperturplatte mit einer Vielzahl von passiven runden Aperturen aufweist, die bezogen auf die Richtung des teilchenoptischen Strahlenganges vor der ersten Multiaperturplatte mit individuell ansteuerbaren Geometrie-basierten Korrekturelektroden angeordnet ist; und/ oder wobei die Aberrationskorrektureinheit eine Standard-Multiaperturplatte mit einer Vielzahl von passiven runden Aperturen aufweist, die bezogen auf die Richtung des teilchenoptischen Strahlenganges nach der letzten Multiaperturplatte mit individuell ansteuerbaren Geometrie-basierten Korrekturelektroden angeordnet ist.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Aberrationskorrektureinheit für ein Paar von Elektrodenarrays eine Trägerplatte vorsieht, auf deren Oberseite die Geometrie-basierten Elektroden des ersten Elektrodenarrays angeordnet sind und auf deren Unterseite die Geometrie-basierten Elektroden des zweiten Elektrodenarrays angeordnet sind.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Aberrationskorrektureinheit für ein Paar von Elektrodenarrays eine Trägerplatte vorsieht, in die oberseitig die Geometrie-basierten Elektroden des ersten Elektrodenarrays eingelassen sind und in die unterseitig die Geometrie-basierten Elektroden des zweiten Elektrodenarrays eingelassen sind.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, das des Weiteren eine Multipolamplituden-Eingabeeinheit aufweist, mittels der ein Nutzer zu erzeugende Amplituden von fundamentalen Multipolen eingeben kann, und wobei die Steuerung eingerichtet ist, die Steuerungssignale zum Ansteuern der Geometrie-basierten Korrekturelektroden basierend auf der Nutzereingabe zu erzeugen.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Steuerung eingerichtet ist, das Ermitteln von Steuersignalen zum Ansteuern der Geometrie-basierten Korrekturelektroden zur Multipolfelderzeugung unter Verwendung einer invertierten Amplitudenmatrix durchzuführen, wobei die nichtinvertierte Amplitudenmatrix den Zusammenhang zwischen den Erregungen der Korrekturelektroden und den Amplituden der erzeugten fundamentalen Multipole beschreibt.
Verfahren zum Einstellen einer Aberrationskorrektur für ein Vielstrahl-Teilchenmikroskop gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, das die folgenden Schritte aufweist: a) Für alle Geometrie-basierten Korrekturelektroden einer Sequenz: a1) Erregen nur einer der Geometrie-basierten Korrekturelektroden; a2) Bestimmen aller der durch die einzelne Erregung erzeugten Amplituden von Multipolen; b) Aufstellen einer Amplitudenmatrix basierend auf den ermittelten Amplituden; und c) Invertieren der Amplitudenmatrix.
Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei Verfahrensschritt a2) umfasst: Kompensieren der Wirkung des jeweils erzeugten Multipols mittels eines globalen Multipol-Korrektors, insbesondere mittels eines Zwölfpol-Korrektors, und Ermitteln einer dazu jeweils erforderlichen Amplitude des globalen Multipol-Korrektors.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 bis 20, das des Weiteren den folgenden Schritt aufweist: d) Optimieren der Auflösung des Vielstrahl-Teilchenmikrokops umfassend ein unabhängiges Variieren der Amplituden jedes Multipols und Ermitteln der für die Auflösung optimalen Amplituden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei das Verfahren für alle Sequenzen der Geometrie-basierten Korrekturelektroden durchgeführt wird.
Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode zum Ausführen des Verfahrens gemäß einem der Patentansprüche 18 bis 22.
Vielstrahl-Teilchenstrahlsystem, das die folgenden Merkmale aufweist: einen Multistrahl-Generator, welcher konfiguriert ist, um ein erstes Feld einer Vielzahl von geladenen ersten Einzel-Teilchenstrahlen zu erzeugen; eine Teilchenoptik mit einem ersten teilchenoptischen Strahlengang, die konfiguriert ist, um die erzeugten Einzel-Teilchenstrahlen auf eine Probenoberfläche in der Objektebene abzubilden, so dass die Einzel-Teilchenstrahlen an Auftrefforten auf die Probenoberfläche treffen, die ein zweites Feld bilden; eine Aberrationskorrektureinheit zum individuellen Korrigieren einer oder mehrerer Aberrationen im teilchenoptischen Strahlengang; und eine Steuerung, wobei die Aberrationskorrektureinheit mindestens ein Elektrodenarray aufweist, wobei das Elektrodenarray eine Vielzahl von Geometrie-basierten Korrekturelektroden mit jeweils n-zähliger Rotationssymmetrie um die optische Achse für eine Multipolfelderzeugung aufweist, die jeweils individuell mittels insbesondere genau einer Zuleitung ansteuerbar sind, und wobei die Steuerung eingerichtet ist, die Vielzahl der Geometrie-basierten Korrekturelektroden des Elektrodenarrays der Aberrationskorrektureinheit individuell für eine Aberrationskorrektur anzusteuern.
Vielstrahl-Teilchenstrahlsystem gemäß Anspruch 24, wobei die Aberrationskorrektureinheit ein weiteres Elektrodenarray aufweist, wobei das weiteres Elektrodenarray eine Vielzahl von Geometrie-basierten Korrekturelektroden mit jeweils m-zähliger Rotationssymmetrie um die optische Achse für eine Multipolfelderzeugung aufweist, die jeweils individuell mittels genau einer Zuleitung ansteuerbar sind; und wobei die Steuerung eingerichtet ist, die Vielzahl der Geometrie-basierten Korrekturelektroden des weiteren Elektrodenarrays der Aberrationskorrektureinheit individuell für eine Aberrationskorrektur anzusteuern.
Vielstrahl-Teilchenstrahlsystem gemäß einem der Ansprüche 24 bis 25, wobei die Aberrationskorrektureinheit ein weiteres Elektrodenarray oder mehrere weitere Elektrodenarrays aufweist, deren Elektroden Geometrie-basiert und/ oder nicht Geometrie-basiert ausgebildet sind.
Vielstrahl-Teilchenstrahlsystem gemäß Anspruch 26, wobei die Geometrie-basierten Korrekturelektroden mindestens eines Elektrodenarrays ihrerseits segmentiert sind; und wobei die Steuerung eingerichtet ist, die Segmente der Korrekturelektroden wiederum individuell anzusteuern.