DE102023101628B4 - Particle beam microscope - Google Patents

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Abstract

Ein Teilchenstrahlmikroskop umfasst:eine Elektronenstrahlquelle zur Erzeugung eines Elektronenstrahls;ein Strahlrohr (245), welches einen elektrisch leitfähigen Innenmantel, ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist und bei dem der Elektronenstrahl am ersten Ende des Strahlrohrs (245) in dieses eintritt und am zweiten Ende des Strahlrohrs (245) aus diesem austritt;eine magnetische Objektivlinse (240) zum Fokussieren des Elektronenstrahls in einer Objektebene, wobei die magnetische Objektivlinse (240) eine Magnetspule (243) undein Joch (241) mit zwei Polenden aufweist, welche sich jeweils um eine Symmetrieachse der magnetischen Objektivlinse (240) herum erstrecken;ein Potentialversorgungssystem (262), welches dazu konfiguriert ist, dem elektrisch leitfähigen Innenmantel des Strahlrohrs (245) ein elektrisches Potential zuzuführen;wobei das Strahlrohr (245) einen elektrisch isolierenden Körper umfasst, welcher eine Innenwand und eine Außenwand aufweist,wobei an der Innenwand des elektrisch isolierenden Körpers eine elektrisch leitfähige Schicht (211) vorgesehen ist, die den elektrisch leitfähigen Innenmantel des Strahlrohrs (245) bildet,wobei die elektrische leitfähige Schicht (211) aus Chemisch-Nickel gebildet ist.A particle beam microscope comprises: an electron beam source for generating an electron beam; a beam tube (245) which has an electrically conductive inner casing, a first end and a second end and in which the electron beam enters the beam tube (245) at the first end and exits the beam tube (245) at the second end; a magnetic objective lens (240) for focusing the electron beam in an object plane, wherein the magnetic objective lens (240) has a magnetic coil (243) and a yoke (241) with two pole ends, each of which extends around an axis of symmetry of the magnetic objective lens (240); a potential supply system (262) which is configured to supply an electrical potential to the electrically conductive inner casing of the beam tube (245); wherein the beam tube (245) comprises an electrically insulating body which has an inner wall and an outer wall, wherein an electrically conductive layer (211) is provided which forms the electrically conductive inner jacket of the jet pipe (245), wherein the electrically conductive layer (211) is formed from chemical nickel.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Teilchenstrahlmikroskop, insbesondere ein Elektronenmikroskop.The present disclosure relates to a particle beam microscope, in particular an electron microscope.

Ein gattungsgemäßes Elektronenmikroskop ist im europäischen Patent EP 1 903 596 B1 der Anmelderin offenbart. Jenes Elektronenmikroskop weist unter anderem ein Strahlrohr (beam tube) auf, durch das der von einer Elektronenstrahlquelle erzeugte Strahl von Elektronen nach Passieren einer Reihe von Blenden tritt, um schließlich auf ein zu untersuchendes oder zu bearbeitendes Objekt zu treffen. Dabei wird der Elektronenstrahl von diversen Spulen abgelenkt und/oder fokussiert.A generic electron microscope is described in the European patent EP 1 903 596 B1 The applicant discloses this electron microscope. This electron microscope has, among other things, a beam tube through which the beam of electrons generated by an electron beam source passes through a series of apertures in order to finally strike an object to be examined or processed. The electron beam is deflected and/or focused by various coils.

Ein weiteres gattungsgemäßes Elektronenmikroskop ist in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2020 108 514 A1 der Anmelderin offenbart.Another generic electron microscope is described in the German patent application EN 10 2020 108 514 A1 disclosed to the applicant.

Die Druckschrift DE 26 19 071 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Elektronenstrahls, bei der im Abstand von einer einen Plasmaraum umfassenden Quelle positiver Ionen eine Kathode derart angeordnet ist, dass dem Plasma entzogene Ionen eine Fläche der Kathode treffen und dort Sekundärelektronen auslösen.The publication DE 26 19 071 A1 discloses a device for generating an electron beam, in which a cathode is arranged at a distance from a source of positive ions comprising a plasma space in such a way that ions extracted from the plasma hit a surface of the cathode and trigger secondary electrons there.

Die Druckschrift US 11 087 955 B2 offenbart ein kombiniertes Teilchen-optisches und Licht-optisches System mit einer Strahlrohranordnung.The publication US 11 087 955 B2 discloses a combined particle-optical and light-optical system with a beamline arrangement.

Die Druckschrift US 2018 / 0 166 252 A1 offenbart ein in der elektronenoptischen Säule eines Elektronenmikroskops angeordnetes Strahlrohr mit einem aus Kupfer, Silber und/oder Gold gefertigten zylindrischen Bauteil.The publication US 2018 / 0 166 252 A1 discloses a beam tube arranged in the electron optical column of an electron microscope with a cylindrical component made of copper, silver and/or gold.

Die Druckschrift US 2020/0013 580 A1 offenbart ein Elektronenmikroskop mit einem Beleuchtungssystem mit einem länglichen Strahlrohr mit einem Verbund-Aufbau mit einem äußeren Rohr aus einem elektrisch isolierenden Material und einer inneren Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Material.The publication US 2020/0013 580 A1 discloses an electron microscope having an illumination system with an elongated beam tube having a composite structure with an outer tube made of an electrically insulating material and an inner layer made of an electrically conductive material.

Für Beschichtungen bei Strahlrohrkomponenten für geladene Teilchenstrahlen wird herkömmlich Gold (Au) oder Ti (Titan) eingesetzt. Es wurde nun gefunden, dass insbesondere letzteres Material zuweilen schwierig aufzubringen ist, da die für die Strahlführung benötigten Komponenten zumeist innenseitig beschichtet werden müssen, nämlich beispielsweise auf Flächen von Hohlzylindern oder Hohlkegelstümpfen. Das dafür herkömmlich eingesetzte Verfahren ist das Sputtern, was jedoch zuweilen zu ungleichmäßigen Schichtdicken oder gar löchrigen Schichten führt. Zur Ausbildung einer in engen Toleranzen bestimmten Potentialfläche und zum Ableiten von Aufladungen sind aber hohe und gleichförmige einstellbare Leitfähigkeiten unabdingbar. Andererseits ist die zuträgliche Schichtdicke auch nach oben hin durch unerwünschte Wirbelstrom-Erzeugung begrenzt. Gleichzeitig soll die Beschichtung auch auf KunststoffOberflächen beständig haften, da viele Bauteile von Elektronenmikroskopen, wie beispielsweise Spulenträger, daraus bestehen.Gold (Au) or Ti (titanium) is traditionally used for coatings on beam tube components for charged particle beams. It has now been found that the latter material in particular is sometimes difficult to apply, since the components required for beam guidance usually have to be coated on the inside, for example on the surfaces of hollow cylinders or hollow truncated cones. The process traditionally used for this is sputtering, but this sometimes leads to uneven layer thicknesses or even holes in the layers. However, high and uniform adjustable conductivities are essential for the formation of a potential surface defined within narrow tolerances and for the discharge of charges. On the other hand, the beneficial layer thickness is also limited by the undesirable generation of eddy currents. At the same time, the coating must also adhere permanently to plastic surfaces, since many components of electron microscopes, such as coil carriers, are made of plastic.

Es besteht daher der Bedarf für ein Teilchenstrahlmikroskop, dessen Strahlrohrkomponenten durchgehend gut elektrisch leitfähige Oberflächen mit geringer Wirbelstrom-Neigung aufweisen.There is therefore a need for a particle beam microscope whose beam tube components have consistently good electrically conductive surfaces with a low eddy current tendency.

Es sind Elektrodenbeschichtungen für Gaslaser aus plattiertem Nickel bekannt (z. B. US 4 833 686 A ). Solche Schichten sind aber gemeinhin leicht ferromagnetisch und daher für Anwendungen im Umfeld von geladenen Teilchenstrahlen ungeeignet. Electrode coatings for gas lasers made of plated nickel are known (e.g. US 4 833 686 A However, such layers are generally slightly ferromagnetic and therefore unsuitable for applications involving charged particle beams.

Die Erfinder haben nun gefunden, dass sich solche Beschichtungen und solchermaßen beschichtete Komponenten mittels Chemisch-Nickel aufbringen bzw. herstellen lassen. Unter Chemisch-Nickel (engl. electroless nickel plating) wird hier eine Nickel-Phosphor-Legierung mit ca. 3 bis ca. 14 Gew.-% Phosphor verstanden, die außenstromlos, nämlich im Wege einer Redox-Reaktion auf die zu beschichtende Oberfläche aufgebracht wird. Solche Beschichtungsverfahren sind an sich bekannt, beispielsweise aus US 1 207 218 A , die auch, aber nicht nur Al-Oberflächen betrifft.The inventors have now found that such coatings and components coated in this way can be applied or produced using electroless nickel. Electroless nickel plating is understood here to mean a nickel-phosphorus alloy with approx. 3 to approx. 14 wt.% phosphorus, which is applied to the surface to be coated without external current, namely by means of a redox reaction. Such coating processes are known per se, for example from US 1 207 218 A , which also, but not only, affects Al surfaces.

Für Teilchenstrahlführungskomponenten sind die magnetischen Eigenschaften der Chemisch-Nickel-Beschichtung von besonderer Bedeutung, nämlich insbesondere deren Einstellbarkeit über den Phosphor-Gehalt. Vielfach ist keine Abschirmung eines extern erzeugten Magnetfelds erwünscht, so dass die Beschichtung vorzugsweise diamagnetisch ist; dies lässt sich mit einem Phosphor-Gehalt von über ca. 10,9 Gew.-% einstellen. Die Schicht darf danach nicht getempert werden, weil sie dadurch magnetisch werden könnte.The magnetic properties of the chemical nickel coating are of particular importance for particle beam guidance components, namely its adjustability via the phosphorus content. In many cases, shielding from an externally generated magnetic field is not desired, so the coating is preferably diamagnetic; this can be adjusted with a phosphorus content of over approx. 10.9 wt.%. The layer must not be tempered afterwards because this could make it magnetic.

Wenn andererseits eine gewisse, vorbestimmte Abschirmung erwünscht ist, bietet sich eine niederphosphorige Beschichtung mit weniger als 10% an, die magnetisch (weichmagnetisch) ist, und zwar je ausgeprägter, je niedriger ihr Phosphor-Gehalt ist.On the other hand, if a certain predetermined shielding is desired, a low-phosphorus coating of less than 10% is recommended, which is magnetic (soft magnetic), and the lower its phosphorus content, the more pronounced this is.

Andererseits sind Nickel-Phosphor-Legierungen mit hohem Phosphor-Gehalt von mehr als 15 Gew.-% für Hochtemperaturanwendungen bekannt (siehe z. B. EP 3 865 604 A1 ). Ein so hoher Phosphor-Gehalt beeinträchtigt die elektrische Leitfähigkeit deutlich: Beispielsweise beträgt der spezifische Widerstand eines amorphen Ni-P-Materials mit. 20% P bereits etwa 250 µΩ·cm (siehe die Druckschrift DE 30 30 270 A1 ). Auch ternäre Legierungen mit, neben Nickel und Phosphor, beispielsweise Co oder Cu sind, aus letztgenannter Druckschrift und aus US 3 832 168 A , bekannt, allerdings zu anderen Zwecken als dem gegenwärtigen, nämlich um das Erscheinungsbild zu verbessern, oder um den spezifischen Widerstand absichtlich zu erhöhen. Beide Eigenschaften sind vorliegend irrelevant oder gar abträglich. Dennoch sind gegenüber dem P-Gehalt untergeordnete Anteile der beiden Nachbarelemente des Nickels in der Periodentafel der Elemente auch über den Bereich der unvermeidlichen Verunreinigung hinaus zulässig.On the other hand, nickel-phosphorus alloys with high phosphorus content of more than 15 wt.% are known for high temperature applications (see e.g. EP 3 865 604 A1 ). Such a high phosphorus content significantly affects the electrical conductivity: For example, the specific resistance of an amorphous Ni-P-Mate is rials with. 20% P already about 250 µΩ·cm (see the publication EN 30 30 270 A1 ). Ternary alloys with, in addition to nickel and phosphorus, for example Co or Cu are also known from the latter publication and from US 3 832 168 A , but for purposes other than the current one, namely to improve the appearance or to intentionally increase the specific resistance. Both properties are irrelevant or even detrimental in this case. Nevertheless, minor proportions of the two neighboring elements of nickel in the periodic table of elements are permissible compared to the P content, even beyond the range of unavoidable contamination.

Außerdem sind für Teilchenstrahlrohr-Komponenten auch etwaige Wirbelströme in der Beschichtung unerwünscht. Die Beschichtungen werden daher in einer Dicke von 3 µm bis 100 µm eingesetzt, was gleichermaßen einer Rissbildung entgegenwirkt. Verfahrenstechnisch wird die Dicke der Beschichtung durch die Verweilzeit der zu beschichtenden Komponente im Plattierbad bei bestimmter Temperatur eingestellt. Da die typische Abscheiderate bei 10 bis 20 µm pro Stunde liegt, ist es in praktischer Hinsicht zweckmäßig, Schichtdicken mit bis zu 50 µm einzusetzen.In addition, any eddy currents in the coating are undesirable for particle beam tube components. The coatings are therefore used in a thickness of 3 µm to 100 µm, which also counteracts cracking. In terms of process technology, the thickness of the coating is set by the residence time of the component to be coated in the plating bath at a certain temperature. Since the typical deposition rate is 10 to 20 µm per hour, it is practical to use layer thicknesses of up to 50 µm.

Die zu beschichtenden Komponenten sind im Allgemeinen dafür ausgebildet, einen geladenen Teilchenstrahl zu umgreifen Wenn sie einstückig sind, bedeutet das, dass sie mindestens ein Loch aufweisen, durch das der geladene Teilchenstrahl bei der Benutzung tritt. Wenn mehrere Komponenten dafür zusammenwirken, können sie jeweils lochfrei sein. Die Komponenten werden aber im Allgemeinen konkav sein oder einen dem geladenen Teilchenstrahl bei der Benutzung zugewandten konkaven Oberflächenteil aufweisen. Von besonderer Bedeutung sind Hohlzylinder und Hohlkegelstumpf, deren Innenfläche dem geladenen Teilchenstrahl zugewandt ist.The components to be coated are generally designed to enclose a charged particle beam. If they are one piece, this means that they have at least one hole through which the charged particle beam passes during use. If several components work together for this purpose, they can each be hole-free. However, the components will generally be concave or have a concave surface part facing the charged particle beam during use. Of particular importance are hollow cylinders and hollow truncated cones, whose inner surface faces the charged particle beam.

Wichtige Strahlführungskomponenten einer Teilchenstrahlvorrichtung sind, für Elektronenstrahlen, Ablenk- und Fokussierspulen. Diese sind vielfach in elektrisch nichtleitende Kunststoffkörper eingebettet. Die dem Teilchenstrahl bei Benutzung zugewandten Oberflächen stellen ein einstellbares Potential bereit, indem sie elektrisch leitfähig beschichtet und mit einer (Gleich)Spannungsquelle verbunden werden. Die Spulen können je nach ihrer Funktion mit Gleich- oder Wechselströmen beaufschlagt werden. Die erfindungsgemäße Beschichtung mit der NiP-Legierung ist wegen ihrer gleichmäßigen Schichtdicke und guten elektrischen Leitfähigkeit dafür besonders geeignet, und zwar bereits in relativ dünnen, nicht zur Ausbildung von Wirbelströmen neigenden Schichtdicken. Dabei sind die aufgebrachten Schichten besonders konturentreu, und grundsätzlich polierbar. Ein besonderes Augenmerk in Elektronenstrahlapparaturen verdienen Rückstreu- und reflektierte Elektronen, da sie leicht an nichtmetallischen und/oder nichtleitenden Oberflächen anhaften und dort für störende Lokal-Ladungen sorgen können. Auch aus diesem Grund ist es oftmals zweckmäßig, die inneren, also dem Teilchenstrahl zugewandten Oberflächen zumindest hinreichend leitfähig zu beschichten, und zwar durchgehend und lochfrei, damit keine Lokal-Ladungen verbleiben können.Important beam guidance components of a particle beam device are deflection and focusing coils for electron beams. These are often embedded in electrically non-conductive plastic bodies. The surfaces facing the particle beam during use provide an adjustable potential by being coated with an electrically conductive coating and connected to a (direct) voltage source. The coils can be supplied with direct or alternating currents depending on their function. The coating according to the invention with the NiP alloy is particularly suitable for this because of its uniform layer thickness and good electrical conductivity, even in relatively thin layer thicknesses that do not tend to form eddy currents. The applied layers are particularly contour-true and can generally be polished. Backscattered and reflected electrons deserve special attention in electron beam devices, as they easily adhere to non-metallic and/or non-conductive surfaces and can cause disruptive local charges there. For this reason, it is often advisable to coat the inner surfaces, i.e. those facing the particle beam, with at least a sufficiently conductive coating, continuously and without holes, so that no local charges can remain.

Vorliegend wird das Strahlrohr des Elektronenmikroskops, das teilweise hohlzylindrisch und teilweise hohlkegelstumpfförmig ausgebildet ist, innen mit der Chemisch-Nickel-Legierung beschichtet. Es hat sich herausgestellt, dass das solchermaßen beschichtete Strahlrohr selbst unter Dauereinsatz zum Bearbeiten von Objekten, also bei Anwesenheit von teils aggressiven Gaskomponenten, beständig ist und kaum Abnutzungs- oder gar Ausfallerscheinungen zeigt.In this case, the beam tube of the electron microscope, which is partly hollow cylindrical and partly hollow truncated cone-shaped, is coated on the inside with the chemical nickel alloy. It has been found that the beam tube coated in this way is durable even when used continuously to process objects, i.e. in the presence of partially aggressive gas components, and shows hardly any signs of wear or even failure.

Zudem weisen die solcherart beschichteten Strahlrohrkomponenten zumeist ein Aspektverhältnis von Länge (in Strahlrichtung) zu Durchmesser (oder, auch wenn es sich ausnahmsweise etwa um nicht-rotationssymmetrische Bauteile handeln sollte, zum größten Durchmesser) von 0,3 bis 30, typischerweise größer 0,9, insbesondere 1,5 bis 5,0 auf, jeweils auf das Innenmaß bezogen.In addition, the jet pipe components coated in this way usually have an aspect ratio of length (in the jet direction) to diameter (or, even if, in exceptional cases, they are non-rotationally symmetrical components, to the largest diameter) of 0.3 to 30, typically greater than 0.9, in particular 1.5 to 5.0, in each case based on the internal dimension.

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezug auf die Figuren beschrieben, wobei in

  • 1 ein vereinfachter, schematischer Querschnitt durch ein beispielhaftes Elektronenmikroskop gezeigt ist, in
  • 2 ein weiteres beispielhaftes Elektronenmikroskop in teilweise perspektivischer Ansicht und teilweise im Querschnitt gezeigt ist, und in
  • 3 ein vereinfachter, schematischer Querschnitt durch ein erfindungsgemäß innenbeschichtetes Strahlführungsrohr einer Fokussierlinse dargestellt ist.
In the following, the present invention will be described with reference to the figures, in which
  • 1 a simplified, schematic cross-section through an exemplary electron microscope is shown, in
  • 2 another exemplary electron microscope is shown in partial perspective view and partial cross-section, and in
  • 3 a simplified, schematic cross-section through a beam guide tube of a focusing lens with an internal coating according to the invention is shown.

Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Komponenten; aber funktionell vergleichbare Komponenten in verschiedenen Vorrichtungen sind unterschiedlich bezeichnet.Like reference numerals designate like components; but functionally comparable components in different devices are designated differently.

Das Bearbeitungssystem 100 von 1 umfasst ein Elektronenmikroskop 1, eine Gaszuführungsanordnung 8 zum Zuführen von Reaktionsgas an eine zu bearbeitende Stelle (in der Objektebene) eines auf einem Objekthalter 81 gehalterten Objekts O sowie eine Elektrodenanordnung 9.The 100 machining system from 1 comprises an electron microscope 1, a gas supply arrangement 8 for supplying reaction gas to a location to be processed (in the object plane) of an object O held on an object holder 81, and an electrode arrangement 9.

Das Elektronenmikroskop 1 umfasst in einer Richtung des Elektronenstrahls eine Elektronenstrahlquelle 3, erste Fokussier-/Ablenkelemente 48, einen Rückstreuelektronendetektor 6, einen Energieselektor 7, einen Sekundärelektronendetektor 5 und eine Fokussierlinse 4. Innerhalb der Fokussierlinse sind zweite Fokussier-/Ablenkelemente 47 angeordnet. Die Fokussierlinse 4 ist eine Kombination aus einer magnetischen Linse und einer elektrostatischen Immersionslinse. Die magnetische Linse umfasst einen inneren Polschuh 42, einen äußeren Polschuh 41, eine dazwischen angeordnete Spule 43, wobei ein unteres Ende des inneren Polschuhs 42 und ein unteres Ende des äußeren Polschuhs 41 einen im wesentlichen axialen Spalt 44 ausbilden, in welchem bei Induktion eines magnetischen Flusses durch die Polschuhe 41, 42 durch Stromfluss in der Spule 43 ein Magnetfeld erzeugt wird, welches im Wesentlichen im Bereich des axialen Spaltes 44 austritt. Dieses Magnetfeld führt zu einer Fokussierung des Elektronenstrahls, welcher von der Elektronenstrahlquelle 3 zum Objekt O hin beschleunigt wird. Die elektrostatische Immersionslinse umfasst ein Strahlrohr 45, welches sich durch einen durch den inneren Polschuh 42 und den äußeren Polschuh 41 gebildeten Innenraum der magnetischen Linse 4 erstreckt. Die elektrostatische Immersionslinse umfasst ferner eine mit Abstand von einem unteren Ende des Strahlrohrs 45 angeordnete Abschlusselektrode 46. Durch Anlegen eines geeigneten elektrischen Feldes zwischen dem Strahlrohr 45 und der Abschlusselektrode 46 durch eine Spannungsquelle (schematisch angedeutet, ohne Bezugszeichen) ist es möglich, die Primärelektronen auf eine zur Inspektion von z. B. Photomasken geeignete Primärenergie von etwa 1 keV abzubremsen. In der dargestellten Ausführungsform kann das Strahlrohr beispielsweise auf + 8 keV liegen, während die Abschlusselektrode 46 geerdet ist.The electron microscope 1 comprises an electron beam source 3, first focusing/deflecting elements 48, a backscattered electron detector 6, an energy selector 7, a secondary electron detector 5 and a focusing lens 4. Second focusing/deflecting elements 47 are arranged within the focusing lens. The focusing lens 4 is a combination of a magnetic lens and an electrostatic immersion lens. The magnetic lens comprises an inner pole shoe 42, an outer pole shoe 41, a coil 43 arranged therebetween, wherein a lower end of the inner pole shoe 42 and a lower end of the outer pole shoe 41 form a substantially axial gap 44 in which, when a magnetic flux is induced through the pole shoes 41, 42 by current flow in the coil 43, a magnetic field is generated which exits substantially in the region of the axial gap 44. This magnetic field leads to a focusing of the electron beam, which is accelerated by the electron beam source 3 towards the object O. The electrostatic immersion lens comprises a beam tube 45, which extends through an interior of the magnetic lens 4 formed by the inner pole piece 42 and the outer pole piece 41. The electrostatic immersion lens further comprises a termination electrode 46 arranged at a distance from a lower end of the beam tube 45. By applying a suitable electric field between the beam tube 45 and the termination electrode 46 by means of a voltage source (schematically indicated, without reference numerals), it is possible to slow down the primary electrons to a primary energy of approximately 1 keV, which is suitable for inspecting photomasks, for example. In the embodiment shown, the beam tube can be at +8 keV, for example, while the termination electrode 46 is grounded.

Das Elektronenmikroskop 1 ist in vier verschiedene Vakuumräume 21, 22, 23, 24 unterteilt, die durch Druckstufen 25, 26, 27 voneinander teilweise separiert sind. Ein erster Vakuumraum 21 enthält die Elektronenstrahlquelle 3. Der erste Vakuumraum 21 ist durch einen ersten Anschluss 29 mit einer Ionengetter-Pumpe 37 verbunden. Im ersten Vakuumraum 21 herrscht bei Betrieb des Elektronenmikroskops zum Beispiel ein Druck im Bereich von etwa 10-9 bis 10-10 mbar. Eine erste Druckstufe 25 wird durch eine den Elektronenstrahlgang symmetrisch umgebene Öffnung 25 gebildet. Ein zweiter Vakuumraum 22 ist über einen zweiten Anschluss 30 mit einer zweiten Vakuumpumpe 38, einer Ionengetter-Pumpe verbunden. Eine zweite Druckstufe separiert den zweiten Vakuumraum 22 teilweise von einem dritten Vakuumraum 23. Der Druck im zweiten Vakuumraum 22 kann bei Betrieb des Elektronenmikroskops beispielsweise im Bereich von etwa 10-7 mbar betragen. Im dritten Vakuumraum 23 sind der Rückstreuelektronendetektor 6 und der Energieselektor 7 angeordnet. Der dritte Vakuumraum 23 ist vom zweiten und von einem vierten Vakuumraum 22, 24 jeweils durch Druckstufen 26 und 27 teilweise separiert und weist einen Anschluss 31 auf, der den dritten Vakuumraum mit einer dritten Vakuumpumpe 39 verbindet. Der Druck im dritten Vakuumraum kann bei Betrieb beispielsweise im Bereich von etwa 10-5 mbar betragen. Der vierte Vakuumraum 24 wird durch die dritte Druckstufe 27 vom dritten Vakuumraum 23 teilweise separiert. Im dargestellten Beispiel umfasst die dritte Druckstufe 27 den Sekundärelektronendetektor 5. Dabei wird eine Öffnung der dritten Druckstufe 27 durch die vom Elektronenstrahl durchsetzte Öffnung des Sekundärelektronendetektors 5 gebildet. Der Sekundärelektronendetektor 5 ist dabei derart im Inneren des Elektronenmikroskops 1 gehalten, dass ein Druckausgleich zwischen den teilweise separierten Vakuumräumen 23, 24 nur durch die Öffnung im Sekundärelektronendetektor erfolgen kann. Der vierte Vakuumraum 24 weist ferner eine gasleitende Verbindung 28 zum Inneren der Vakuumkammer 2 auf. Die gasleitende Verbindung 28 wird hier durch ein einfaches Metallrohr bereitgestellt. Durch das Metallrohr, welches einen recht großen Durchmesser aufweist, um dem Transport von Gas ins Innere der Vakuumkammer 2 möglichst wenig Widerstand entgegenzusetzen, wird das von der Gaszuführung zugeführte Reaktivgas aus dem vierten Vakuumraum 24 zur Vakuumkammer 2 abgeführt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Strahlrohr 45 einen in Strahlrichtung unteren zylinderförmigen Bereich auf, welcher sich in Richtung auf den Sekundärelektronendetektor 5 konisch erweitert und sich dann in Form eines Zylinders mit größerem Durchmesser nach oben bis durch den zweiten Vakuumraum 22 hindurch erstreckt. Das Strahlrohr 45 umgibt somit sowohl Sekundärelektronendetektor 5, Energieselektor 7 als auch Rückstreuelektronendetektor 6. Das Strahlrohr 45 ist mit Abstand unterhalb vom Sekundärelektronendetektor 5 durch eine vakuumdichte Halterung 49, beispielsweise aus Keramik, gehalten und ist mit dem unteren Polschuh 41 derart vakuumdicht verbunden, dass der vierte Vakuumraum 24 im Wesentlichen einen Innenraum des Strahlrohrs und einen Zwischenraum zwischen Halterung 49 und dem sich in Richtung Elektronenstrahlquelle 3 anschließenden dritten Vakuumraum 23 umfasst. Im Inneren des vierten Vakuumraums 24 herrscht bei Betrieb im Bereich, d.h. in Nachbarschaft zu, der dritten Druckstufe 27 beispielsweise ein Druck im Bereich von etwa einigen 10-4 mbar, während im Inneren der Vakuumkammer 2 beispielsweise ein Vakuum im Bereich von etwa einigen 10-5 mbar erreicht wird. Die Vakuumkammer 2 weist einen Anschluss 32 auf, der das Innere der Vakuumkammer 2 mit einer vierten Vakuumpumpe 40 verbindet. Somit lassen sich der erste, der zweite, der dritte und die Kombination aus viertem Vakuumraum und Vakuumkammer jeweils individuell evakuieren, so dass ein guter Betrieb des Elektronenmikroskops auch bei Gaszufuhr in der Vakuumkammer ermöglicht wird.The electron microscope 1 is divided into four different vacuum chambers 21, 22, 23, 24, which are partially separated from one another by pressure stages 25, 26, 27. A first vacuum chamber 21 contains the electron beam source 3. The first vacuum chamber 21 is connected to an ion getter pump 37 through a first connection 29. When the electron microscope is in operation, the pressure in the first vacuum chamber 21 is in the range of, for example, approximately 10 -9 to 10 -10 mbar. A first pressure stage 25 is formed by an opening 25 that symmetrically surrounds the electron beam path. A second vacuum chamber 22 is connected to a second vacuum pump 38, an ion getter pump, through a second connection 30. A second pressure stage partially separates the second vacuum chamber 22 from a third vacuum chamber 23. When the electron microscope is in operation, the pressure in the second vacuum chamber 22 can be in the range of, for example, approximately 10 -7 mbar. The backscattered electron detector 6 and the energy selector 7 are arranged in the third vacuum chamber 23. The third vacuum chamber 23 is partially separated from the second and a fourth vacuum chamber 22, 24 by pressure stages 26 and 27, respectively, and has a connection 31 that connects the third vacuum chamber to a third vacuum pump 39. The pressure in the third vacuum chamber can be in the range of approximately 10 -5 mbar during operation, for example. The fourth vacuum chamber 24 is partially separated from the third vacuum chamber 23 by the third pressure stage 27. In the example shown, the third pressure stage 27 includes the secondary electron detector 5. An opening in the third pressure stage 27 is formed by the opening of the secondary electron detector 5 through which the electron beam passes. The secondary electron detector 5 is held inside the electron microscope 1 in such a way that pressure equalization between the partially separated vacuum chambers 23, 24 can only take place through the opening in the secondary electron detector. The fourth vacuum chamber 24 also has a gas-conducting connection 28 to the interior of the vacuum chamber 2. The gas-conducting connection 28 is provided here by a simple metal tube. The reactive gas supplied by the gas supply is discharged from the fourth vacuum chamber 24 to the vacuum chamber 2 through the metal tube, which has a fairly large diameter in order to offer as little resistance as possible to the transport of gas into the interior of the vacuum chamber 2. In the exemplary embodiment shown, the beam pipe 45 has a lower cylindrical region in the beam direction, which widens conically in the direction of the secondary electron detector 5 and then extends upwards in the form of a cylinder with a larger diameter through the second vacuum chamber 22. The beam tube 45 thus surrounds both the secondary electron detector 5, the energy selector 7 and the backscattered electron detector 6. The beam tube 45 is held at a distance below the secondary electron detector 5 by a vacuum-tight holder 49, for example made of ceramic, and is connected to the lower pole piece 41 in a vacuum-tight manner such that the fourth vacuum space 24 essentially comprises an interior of the beam tube and an intermediate space between the holder 49 and the third vacuum space 23 adjoining in the direction of the electron beam source 3. During operation, in the area of, i.e. in the vicinity of, the third pressure stage 27, there is, for example, a pressure in the range of approximately a few 10 -4 mbar inside the fourth vacuum space 24, while in the interior of the vacuum chamber 2, for example, a vacuum in the range of approximately a few 10 -5 mbar is achieved. The vacuum chamber 2 has a connection 32 which connects the interior of the vacuum chamber 2 to a fourth vacuum pump 40. Thus, the first, second, third and the combination of fourth vacuum space and vacuum chamber can each be evacuated individually, so that a good Operation of the electron microscope is also possible when gas is supplied in the vacuum chamber.

Eine Detektionsfläche 51 des Sekundärelektronendetektors ist mithin im vierten Vakuumraum 24 angeordnet, während der Rückstreuelektronendetektor 6 im dritten Vakuumraum 23, in welchem ein besseres Vakuum erreicht wird, angeordnet ist. Der Energieselektor 7 ist derart in vor dem Rückstreuelektronendetektor 6 angeordnet, dass alle vom Objekt O emittierten oder an diesem rückgestreuten Elektronen den Energieselektor 7 passieren müssen, um zu einer Detektionsfläche des Rückstreuelektronendetektors 6 gelangen zu können. Der Energieselektor 7 umfasst in der dargestellten Ausführungsform ein erstes Gitter 71, ein zweites Gitter 72 und eine Spannungsquelle 73 zum Erzeugen eines geeigneten elektrischen Feldes zwischen dem ersten und dem zweiten Gitter, um das Reflektieren von aus der Objektoberfläche austretenden Sekundärelektronen zu ermöglichen. Die Gitter sind parallel zueinander angeordnet und umschließen den Elektronenstrahlgang des von der Elektronenstrahlquelle 3 erzeugten Primärelektronenstrahls ringförmig. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das erste Gitter 71 mit der Spannungsquelle 73 verbunden, während das zweite Gitter 72 an das Strahlrohr 45 gekoppelt ist und somit auf dem gleichen Potential liegt wie dieses. Es ist möglich, ein isolierendes Rohr in die durch die Gitter 71, 72 gebildete, vom Elektronenstrahl durchsetzte Öffnung einzubringen, um den Primärelektronenstrahl vor dem Einfluss des zwischen den beiden Gittern 71, 72 angelegten elektrischen Feldes zu schützen. Das mittels Spannungsquelle 73 angelegte elektrische Feld wird derart auf die Primärelektronenenergie und die Besonderheiten der inspizierten und bearbeitenden Probe angepasst, dass die Rückstreuelektronen durch das elektrische Feld hindurch passieren und am Rückstreuelektronendetektor detektiert werden, während die Sekundärelektronen aufgrund ihrer geringeren kinetischen Energie reflektiert und mithin nicht detektiert werden. Durch Einstellung der an die Gitter angelegten Potentialdifferenz lassen sich Höhe des elektrischen Feldes und somit Höhe des Detektionssignals verbessern.A detection surface 51 of the secondary electron detector is therefore arranged in the fourth vacuum space 24, while the backscattered electron detector 6 is arranged in the third vacuum space 23, in which a better vacuum is achieved. The energy selector 7 is arranged in front of the backscattered electron detector 6 in such a way that all electrons emitted by the object O or backscattered by it must pass through the energy selector 7 in order to reach a detection surface of the backscattered electron detector 6. In the embodiment shown, the energy selector 7 comprises a first grid 71, a second grid 72 and a voltage source 73 for generating a suitable electric field between the first and the second grid in order to enable the reflection of secondary electrons emerging from the object surface. The grids are arranged parallel to one another and enclose the electron beam path of the primary electron beam generated by the electron beam source 3 in a ring shape. In the embodiment shown, the first grid 71 is connected to the voltage source 73, while the second grid 72 is coupled to the beam tube 45 and thus has the same potential as the latter. It is possible to insert an insulating tube into the opening formed by the grids 71, 72 and through which the electron beam passes, in order to protect the primary electron beam from the influence of the electric field applied between the two grids 71, 72. The electric field applied by means of the voltage source 73 is adapted to the primary electron energy and the characteristics of the sample being inspected and processed in such a way that the backscattered electrons pass through the electric field and are detected at the backscattered electron detector, while the secondary electrons are reflected due to their lower kinetic energy and are therefore not detected. By adjusting the potential difference applied to the grids, the level of the electric field and thus the level of the detection signal can be improved.

Die dargestellte Ausführungsform umfasst weiterhin eine Elektrodenanordnung 9, die eine ringförmig um den Elektronenstrahlgang angeordnete Abschirmelektrode 91 umfasst, welche eine zentrale Öffnung 92 aufweist, die ungestörten Durchtritt des Primärelektronenstrahls und weitgehend ungehinderten Durchtritt von Sekundär- und Rückstreuelektronen ermöglicht. An die Elektrode 91 kann mittels einer geeigneten Spannungsquelle (schematisch dargestellt, ohne Bezugszeichen) eine geeignete Spannung angelegt werden, um den Primärelektronenstrahl wirksam vor einem durch Aufladung des Objekts O erzeugten elektrischen Feld abzuschirmen.The embodiment shown further comprises an electrode arrangement 9, which comprises a shielding electrode 91 arranged in a ring around the electron beam path, which has a central opening 92 that allows the primary electron beam to pass through without interference and the secondary and backscattered electrons to pass through largely unhindered. A suitable voltage can be applied to the electrode 91 by means of a suitable voltage source (shown schematically, without reference numerals) in order to effectively shield the primary electron beam from an electric field generated by charging the object O.

Das Strahlrohr 45 ist innenseitig mit einer über 2,9 bis unter 51 µm, insbesondere von 3 bis 50 µm dicken Chemisch-Nickel-Schicht 11 mit einem Gehalt von über 9 bis unter 15 Gew.-% P, insbesondere von 10,0 bis 14,0 Gew.-% P beschichtet (siehe auch 2). Es ist denkbar, auch z. B. die Elektrodenanordnung 9 mit der Abschirmelektrode 91 mit einer Chemisch-Nickel-Schicht zu beschichten, deren P-Gehalt geringer ist, und insbesondere zwischen 3 und 9 Gew.-% P beträgt, da die dadurch möglich werdende magnetische Abschirmung an dieser Position nicht erheblich ist. Andererseits ist es zweckmäßig, die Schichtdicke dort größer zu wählen, nämlich im Bereich von z. B. zwischen 20 und 100 µm. Dies ist möglich, weil an jener Position keine wesentliche Störung durch Wirbelströme auftritt.The jet pipe 45 is coated on the inside with a chemical nickel layer 11 with a thickness of more than 2.9 to less than 51 µm, in particular from 3 to 50 µm, and with a content of more than 9 to less than 15 wt.% P, in particular from 10.0 to 14.0 wt.% P (see also 2 ). It is also conceivable, for example, to coat the electrode arrangement 9 with the shielding electrode 91 with a chemical nickel layer whose P content is lower, and in particular between 3 and 9 wt.% P, since the magnetic shielding made possible by this is not significant at this position. On the other hand, it is expedient to choose a larger layer thickness there, namely in the range of, for example, between 20 and 100 µm. This is possible because no significant disturbance by eddy currents occurs at that position.

Da das Strahlrohr 45 innenseitig mit der Chemisch-Nickel-Schicht 11 durchgehend leitfähig beschichtet ist, braucht es nicht, darf aber aus einem seinerseits leitfähigen Material, beispielsweise aus einem (nichtmagnetischen) Metall bestehen. Es ist aber bevorzugt, dieses Rohr als im Wesentlichen rotationssymmetrische Ausnehmung in einem Kunststoffkörper, beispielsweise aus Polyetheretherketon, PEEK, auszubilden. Chemisch-Nickel weist eine ausgezeichnete Haftung an solchen Oberflächen auf, nötigenfalls nach Aktivieren durch Anätzen oder primen in an sich bekannter Weise. Das Aktivieren kann grundsätzlich auch bereichsweise erfolgen, falls nicht die gesamte Oberfläche beschichtet werden soll. Die Schichtdicke wird zweckmäßigerweise über die Dauer der Beschichtungsreaktion eingestellt, wobei je nach konkreten Bedingungen etwa 10 µm Schichtdicke pro Stunde Reaktionsdauer typisch sind. Eine Nachbearbeitung ist verzichtbar, obgleich ein Polieren möglich ist, sollte die erzielte Rauigkeit für spezielle Anwendungen zu groß sein.Since the jet pipe 45 is coated on the inside with the chemical nickel layer 11 to make it conductive throughout, it does not need to be made of a material that is itself conductive, for example a (non-magnetic) metal. However, it is preferred to form this pipe as an essentially rotationally symmetrical recess in a plastic body, for example made of polyether ether ketone, PEEK. Chemical nickel has excellent adhesion to such surfaces, if necessary after activation by etching or priming in a known manner. In principle, activation can also be carried out in certain areas if the entire surface is not to be coated. The layer thickness is expediently set over the duration of the coating reaction, with a layer thickness of around 10 µm per hour of reaction time being typical depending on the specific conditions. Post-processing is not necessary, although polishing is possible if the roughness achieved is too great for special applications.

Obgleich die obige Beschreibung sich auf eine elektronenoptische Bearbeitungsvorrichtung bezieht, sind auch einfache Elektronen- oder Ionenmikroskope einerseits und Zweisäulen-Ionenstrahl-Bearbeitungsvorrichtungen andererseits erfasst.Although the above description refers to an electron optical processing apparatus, simple electron or ion microscopes on the one hand and two-column ion beam processing apparatus on the other hand are also covered.

Beispielsweise zeigt 2 in perspektivischer und schematisch vereinfachter Darstellung ein Partikelstrahlsystem 101, welches ein Elektronenstrahlmikroskop 103 mit einer teilchen-optischen Achse 105 umfasst.For example, 2 in perspective and schematically simplified representation a particle beam system 101 which comprises an electron beam microscope 103 with a particle-optical axis 105.

Das Elektronenstrahlmikroskop 103 ist dazu konfiguriert, einen Primärelektronenstrahl 119 zu erzeugen, welcher entlang der teilchen-optischen Achse 105 des Elektronenstrahlmikroskops 103 emittiert wird, und den Primärelektronenstrahl 119 auf ein in einer Objektebene 113 angeordnetes Objekt zu richten.The electron beam microscope 103 is configured to generate a primary electron beam 119 which is directed along the particle-optical axis 105 of the electron beam microscope 103 is emitted, and to direct the primary electron beam 119 onto an object arranged in an object plane 113.

Das Elektronenstrahlmikroskop 103 umfasst zur Erzeugung des Primärelektronenstrahls 119 eine Elektronenquelle 121, welche schematisch durch eine Kathode 123 und eine Suppressorelektrode 125 dargestellt ist, und eine mit Abstand hiervon angeordnete Extraktorelektrode 126. Weiter umfasst das Elektronenstrahlmikroskop 103 eine Beschleunigungselektrode 127, welche in ein Strahlrohr 129 übergeht und eine Kondensoranordnung 131 durchsetzt, welche schematisch durch eine Ringspule 133 und ein Joch 135 dargestellt ist. Nach dem Durchlaufen der Kondensoranordnung 131 durchsetzt der Primärelektronenstrahl 119 eine Lochblende 137 und ein zentrales Loch 139 in einem Sekundärpartikeldetektor (beispielsweise ein Sekundärelektronendetektor) 141, woraufhin der Primärelektronenstrahl 119 in eine Objektivlinse 143 des Elektronenstrahlmikroskops 103 eintritt. Die Objektivlinse 143 umfasst zur Fokussierung des Primärelektronenstrahls 119 eine Magnetlinse 145 und eine elektrostatische Linse 147. Die Magnetlinse 145 umfasst eine Ringspule 149, einen inneren Polschuh 151 und einen äußeren Polschuh 153. Die elektrostatische Linse 147 ist durch ein unteres Ende 155 des Strahlrohrs 129, das innere untere Ende des äußeren Polschuhs 153 sowie eine konisch sich hin zum Objekt 113 sich verjüngende Ringelektrode 159 gebildet.To generate the primary electron beam 119, the electron beam microscope 103 comprises an electron source 121, which is schematically represented by a cathode 123 and a suppressor electrode 125, and an extractor electrode 126 arranged at a distance therefrom. The electron beam microscope 103 further comprises an acceleration electrode 127, which merges into a beam tube 129 and passes through a condenser arrangement 131, which is schematically represented by a ring coil 133 and a yoke 135. After passing through the condenser arrangement 131, the primary electron beam 119 passes through a pinhole 137 and a central hole 139 in a secondary particle detector (for example a secondary electron detector) 141, whereupon the primary electron beam 119 enters an objective lens 143 of the electron beam microscope 103. The objective lens 143 comprises a magnetic lens 145 and an electrostatic lens 147 for focusing the primary electron beam 119. The magnetic lens 145 comprises a ring coil 149, an inner pole piece 151 and an outer pole piece 153. The electrostatic lens 147 is formed by a lower end 155 of the beam tube 129, the inner lower end of the outer pole piece 153 and a ring electrode 159 tapering conically towards the object 113.

Das Elektronenstrahlmikroskop 103 umfasst ferner eine Deflektorvorrichtung (nicht dargestellt) zum Auslenken des Primärelektronenstrahls 119 in Richtungen, die zu der teilchen-optischen Achse 105 orthogonal sind. Je nach Anwendung kann die Deflektorvorrichtung magnetische oder elektrische Felder bereitstellen; für Scan-Verfahren sind magnetische Felder vorteilhaft, wofür Spulen zum Einsatz kommen, die von Strömen wechselnder Stärke und/oder Richtung durchflossen werden. Die dafür geeigneten Frequenzen des Spulenstroms liegen beispielsweise im Bereich von 0,001 bis 100 kHz, in Sonderfällen bis 10 MHz; die Signalform ist z. B. sägezahn- oder treppenförmig, kann aber auch, z.B. bei „schreibenden“ Verfahren, so gestaltet sein, dass die Schreibposition zwischen unregelmäßig verteilten Stellen springt.The electron beam microscope 103 further comprises a deflector device (not shown) for deflecting the primary electron beam 119 in directions that are orthogonal to the particle-optical axis 105. Depending on the application, the deflector device can provide magnetic or electric fields; magnetic fields are advantageous for scanning processes, for which coils are used through which currents of varying strength and/or direction flow. The frequencies of the coil current suitable for this are, for example, in the range from 0.001 to 100 kHz, in special cases up to 10 MHz; the signal shape is, for example, sawtooth or step-shaped, but can also be designed, e.g. in "writing" processes, so that the writing position jumps between irregularly distributed locations.

Das Partikelstrahlsystem 101 umfasst ferner eine Steuerung 177, welche den Betrieb des Partikelstrahlsystems 101 steuert. Insbesondere steuert die Steuerung 177 den Betrieb des Elektronenstrahlmikroskops 103. Die Steuerung 177 empfängt von dem Sekundärpartikeldetektor 141 ein Signal, welches die detektierten Sekundärpartikel repräsentiert, die durch die Wechselwirkung des Objekts 113 mit dem Primärelektronenstrahl 119 erzeugt und von dem Sekundärpartikeldetektor 141 detektiert werden. Die Steuerung 177 kann ferner eine Bildbearbeitungsvorrichtung umfassen und mit einer Bildwiedergabevorrichtung verbunden sein (nicht dargestellt). Das Strahlrohr 129 ist innenseitig mit einer Chemisch-Nickel-Beschichtung 111 ausgestattet, und zwar insbesondere von dessen unterem Ende 155 bis zum Sekundärpartikeldetektor 141 oder auch darüber hinaus. Vorzugsweise ist diese Schicht 111 durchgehend auf dem unteren, hohlzylindrischen, und dem (auf den Primärstrahl bezogen) darüber angeordneten, hohlkegelstumpfförmigen Teil aufgebracht. Die Chemisch-Nickel-Schicht-Dicke ist hier vorzugsweise dieselbe wie oben beschrieben.The particle beam system 101 further comprises a controller 177 which controls the operation of the particle beam system 101. In particular, the controller 177 controls the operation of the electron beam microscope 103. The controller 177 receives a signal from the secondary particle detector 141 which represents the detected secondary particles which are generated by the interaction of the object 113 with the primary electron beam 119 and are detected by the secondary particle detector 141. The controller 177 can further comprise an image processing device and be connected to an image display device (not shown). The beam tube 129 is equipped on the inside with a chemical nickel coating 111, in particular from its lower end 155 to the secondary particle detector 141 or even beyond. This layer 111 is preferably applied continuously to the lower, hollow cylindrical part and the hollow truncated cone-shaped part arranged above it (with respect to the primary beam). The chemical nickel layer thickness is preferably the same as described above.

Bei der in 3 im Quer- und Ausschnitt gezeigten Vorrichtung tritt der Strahl geladener Teilchen mittig durch einen das Ablenksystem 247 aus zwei Spulenpaaren 248, 249 durchsetzenden Hohlkegelstumpf-Teil des Strahlrohrs 245 und dann durch einen zylindrischen Polschuheinsatz 223. Die Beschichtung 211 mit Chemisch-Nickel-Legierung kann nur im Ablenksystem, nur im Polschuheinsatz oder in beiden Teilen vorgesehen sein. In dieser Ausführungsform wird das Fokussiersystem durch zwei als ein inneres und ein äußeres Magnetjoch ineinander gestellte, jeweils hohlkegelstumpfförmige Magnetjoche mit einem ringförmigen Spalt 233 dazwischen am objektseitigen Ende gebildet; also dort, wo der Teilchenstrahl austritt. Die ständig stromdurchflossene Spule 243 dazwischen sorgt für das erregende Magnetfeld. Der Polschuheinsatz durchsetzt das innere Joch axial. An der Innenseite des inneren Jochs ist, in einen klarheitshalber nicht gezeigten Kunststoff(PEEK-)hohlkegelstumpfmantel eingebettet, das aus zwei Paaren 248, 249 von um den Strahldurchtritt gekrümmten Spulen gebildete Ablenksystem 247 (nur schematisch gezeigt) angeordnet. Die Chemisch-Nickel-Beschichtung 211 erfolgt zweckmäßigerweise zumindest an der konischen Innenfläche dieses Teils des Strahlrohrs. Ebenfalls nur schematisch angedeutet sind ein Treibersystem 262 und eine Steuerung 261 dafür. Mittels des Gesamtsystems 240 wird der Teilchenstrahl fokussiert und z. B. zeilenweise auslenkbar auf das vom Objektträger 205 gehalterte Objekt 204 geführt. Am Eintritt des Teilchenstrahls ist eine Blende 251 angeordnet, am Austritt eine weitere Blende 238, zwischen denen, vom Treibersystem 262, ein Potential, von der Steuerung 261 gesteuert, angelegt werden kann.At the 3 In the device shown in cross-section and detail, the beam of charged particles passes centrally through a hollow truncated cone part of the beam tube 245 that passes through the deflection system 247 consisting of two pairs of coils 248, 249 and then through a cylindrical pole shoe insert 223. The coating 211 with chemical nickel alloy can be provided only in the deflection system, only in the pole shoe insert or in both parts. In this embodiment, the focusing system is formed by two magnetic yokes, each in the shape of a hollow truncated cone, placed one inside the other as an inner and an outer magnetic yoke with an annular gap 233 between them at the object-side end; i.e. where the particle beam exits. The coil 243 between them, through which current constantly flows, provides the exciting magnetic field. The pole shoe insert passes axially through the inner yoke. On the inside of the inner yoke, embedded in a hollow plastic (PEEK) truncated cone shell (not shown for the sake of clarity), is the deflection system 247 (shown only schematically), formed from two pairs 248, 249 of coils curved around the beam passage. The chemical nickel coating 211 is expediently applied at least to the conical inner surface of this part of the beam tube. A driver system 262 and a controller 261 for it are also only shown schematically. The particle beam is focused by means of the overall system 240 and guided, for example, line-by-line deflectable, onto the object 204 held by the object carrier 205. A diaphragm 251 is arranged at the inlet of the particle beam, and another diaphragm 238 at the outlet, between which a potential controlled by the controller 261 can be applied by the driver system 262.

Die erfindungsgemäße Beschichtung teilchenstrahlführender Rohrkomponenten hat diverse Vorteile, nämlich die Durchlässigkeit für magnetische Felder (bzw. das weitgehende Fehlen einer Abschirmung), die geringe Schichtdicke zur Vermeidung von Wirbelströmen, die konturentreue, lochfreie, gleichmäßige Beschichtbarkeit mit kontrollierter Dicke, die hohe Haftung auf Kunststoffkörpern wie solchen aus PEEK, und die Beständigkeit.The coating of particle beam-guiding pipe components according to the invention has various advantages, namely the permeability to magnetic fields (or the extensive lack of shielding), the low layer thickness to avoid eddy currents, the contour-accurate, hole-free, uniform coating with controlled thickness, the high adhesion to plastic bodies such as those made of PEEK, and durability.

Die erfindungsgemäß beschichtete teilchenstrahlführende Rohrkomponente wird typischerweise von zumindest einer Spule umgriffen, die zur Bereitstellung einer magnetischen Linse ein statisches Magnetfeld erzeugt. Außerdem oder alternativ sind beidseits des Teilchenstrahls angeordnete Spulenpaare zur Strahlablenkung vorgesehen, zumeist zwei Paare für die Ausrichtung in zwei zueinander senkrechten Richtungen. Für die Scan-Auslenkung eines geladenen Teilchenstrahls, die vergleichsweise schnell erfolgen soll, sind entweder magnetische oder elektrische Felder denkbar. Die erforderlichen Wechselfelder gehen dabei jedenfalls mit Wirbelstromverlusten einher. Auch dort, wo zwar keine Magnetfelder abzuschirmen, aber Wirbelstromverluste zu gewärtigen sind, wird die Chemisch-Nickel-Beschichtung mit Vorteil aufgebracht.The particle beam guiding tube component coated according to the invention is typically surrounded by at least one coil which generates a static magnetic field to provide a magnetic lens. In addition or alternatively, pairs of coils arranged on both sides of the particle beam are provided for beam deflection, usually two pairs for alignment in two mutually perpendicular directions. Either magnetic or electric fields are conceivable for the scanning deflection of a charged particle beam, which should take place comparatively quickly. The required alternating fields are in any case accompanied by eddy current losses. The chemical nickel coating is also advantageously applied where there is no need to shield against magnetic fields but eddy current losses are to be expected.

Claims (15)

Teilchenstrahlmikroskop (100; 101), umfassend: eine Elektronenstrahlquelle (3) zur Erzeugung eines Elektronenstrahls (119); ein Strahlrohr (45; 155), welches einen elektrisch leitfähigen Innenmantel, ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist und so konfiguriert ist, dass der Elektronenstrahl (119) an dem ersten Ende des Strahlrohrs (45; 155) in dieses eintritt und an dem zweiten Ende des Strahlrohrs (45; 155) aus diesem austritt; eine magnetische Objektivlinse (4; 145) zum Fokussieren des Elektronenstrahls (119) in einer Objektebene (113), wobei die magnetische Objektivlinse (4; 145) eine Magnetspule (43; 149) und ein Joch (41) mit zwei Polenden (151, 153) aufweist, welche sich jeweils um eine Symmetrieachse (105) der magnetischen Objektivlinse (4; 145) herum erstrecken; ein Potentialversorgungssystem (40; 177), welches dazu konfiguriert ist, dem elektrisch leitfähigen Innenmantel des Strahlrohrs (45; 155) ein elektrisches Potential zuzuführen; wobei das Strahlrohr (45; 155) einen elektrisch isolierenden Körper umfasst, welcher eine Innenwand und eine Außenwand aufweist, wobei an der Innenwand des elektrisch isolierenden Körpers eine elektrisch leitfähige Schicht (11; 111) vorgesehen ist, die den elektrisch leitfähigen Innenmantel des Strahlrohrs (45; 155) bildet, und wobei die elektrisch leitfähige Schicht (11; 111) aus Chemisch-Nickel gebildet ist.Particle beam microscope (100; 101), comprising: an electron beam source (3) for generating an electron beam (119); a beam tube (45; 155) which has an electrically conductive inner casing, a first end and a second end and is configured such that the electron beam (119) enters the beam tube (45; 155) at the first end and exits the beam tube (45; 155) at the second end; a magnetic objective lens (4; 145) for focusing the electron beam (119) in an object plane (113), the magnetic objective lens (4; 145) having a magnetic coil (43; 149) and a yoke (41) with two pole ends (151, 153), each of which extends around an axis of symmetry (105) of the magnetic objective lens (4; 145); a potential supply system (40; 177) which is configured to supply an electrical potential to the electrically conductive inner casing of the jet pipe (45; 155); wherein the jet pipe (45; 155) comprises an electrically insulating body which has an inner wall and an outer wall, wherein an electrically conductive layer (11; 111) is provided on the inner wall of the electrically insulating body, which forms the electrically conductive inner casing of the jet pipe (45; 155), and wherein the electrically conductive layer (11; 111) is formed from chemical nickel. Teilchenstrahlmikroskop nach Anspruch 1, wobei der elektrisch leitfähige Innenmantel eine konkave Oberfläche oder ein konkaver Teil einer Oberfläche des Strahlrohrs (45; 155) ist.Particle beam microscope according to Claim 1 , wherein the electrically conductive inner jacket is a concave surface or a concave part of a surface of the jet pipe (45; 155). Teilchenstrahlmikroskop nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schichtdicke der elektrisch leitfähigen Beschichtung (11; 111) über 2,9 µm und weniger als 101 µm beträgt.Particle beam microscope according to Claim 1 or 2 , wherein the layer thickness of the electrically conductive coating (11; 111) is more than 2.9 µm and less than 101 µm. Teilchenstrahlmikroskop nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Phosphorgehalt der elektrisch leitfähigen Beschichtung (11; 111) über 2,9 Gew.-% und weniger als 14,1 Gew.-% beträgt, wobei der Rest im Wesentlichen Nickel ist, nebst unvermeidlichen Verunreinigungen.Particle beam microscope according to one of the preceding claims, wherein the phosphorus content of the electrically conductive coating (11; 111) is more than 2.9 wt.% and less than 14.1 wt.%, the remainder being essentially nickel, together with unavoidable impurities. Teilchenstrahlmikroskop nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die magnetische Suszeptibilität, χ, der elektrisch leitfähigen Beschichtung (11; 111) negativ ist.Particle beam microscope according to one of the preceding claims, wherein the magnetic susceptibility, χ, of the electrically conductive coating (11; 111) is negative. Teilchenstrahlmikroskop nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Strahlrohr (45; 155) allgemein einen Hohlzylinder und/oder Hohlkegelstumpf darstellt, durch dessen Innenraum der Elektronenstrahl (119) bei Benutzung tritt.Particle beam microscope according to one of the preceding claims, wherein the beam tube (45; 155) generally represents a hollow cylinder and/or hollow truncated cone through the interior of which the electron beam (119) passes during use. Teilchenstrahlmikroskop nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Strahlrohr (45; 155) allgemein aus einem Kunststoff hergestellt ist, insbesondere aus PEEK.Particle beam microscope according to one of the preceding claims, wherein the beam tube (45; 155) is generally made of a plastic, in particular of PEEK. Verwendung einer Chemisch-Nickel-Legierung zum wenigstens bereichsweisen elektrisch leitfähigen Beschichten einer Innenoberfläche eines Strahlrohrs (45; 155) eines Teilchenstrahlmikroskops, insbesondere des Teilchenstrahlmikroskops nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Strahlrohr (45; 155) bei Benutzung den geladenen Teilchenstrahl (119) umgreift.Use of a chemical nickel alloy for at least partially electrically conductively coating an inner surface of a beam tube (45; 155) of a particle beam microscope, in particular the particle beam microscope according to one of the preceding claims, wherein the beam tube (45; 155) encloses the charged particle beam (119) during use. Verwendung nach Anspruch 8, wobei der elektrisch leitfähig beschichtete Bereich eine konkave Oberfläche oder ein konkaver Teil einer Oberfläche des Strahlrohrs (45; 155) ist.Use according to Claim 8 , wherein the electrically conductive coated region is a concave surface or a concave part of a surface of the jet pipe (45; 155). Verwendung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Schichtdicke der leitfähigen Beschichtung (11; 111) im Mittel über 2,9 µm und weniger als 101 µm beträgt.Use according to Claim 8 or 9 , wherein the layer thickness of the conductive coating (11; 111) is on average more than 2.9 µm and less than 101 µm. Verwendung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Phosphorgehalt der elektrisch leitfähigen Beschichtung (11, 111) über 2,9 Gew.-% und weniger als 14,1 Gew.-% beträgt, mit dem Rest im Wesentlichen Nickel und optional Kobalt und/oder Kupfer, nebst unvermeidlichen Verunreinigungen.Use according to one of the Claims 8 until 10 , wherein the phosphorus content of the electrically conductive coating (11, 111) is more than 2.9 wt.% and less than 14.1 wt.%, with the remainder essentially nickel and optionally cobalt and/or copper, together with unavoidable impurities. Verwendung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die magnetische Suszeptibilität, χ, der elektrisch leitfähigen Beschichtung (11; 111) negativ ist.Use according to one of the Claims 8 until 11 , wherein the magnetic susceptibility, χ, of the electrically conductive coating (11; 111) is negative. Verwendung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei das Strahlrohr (45; 155) allgemein einen Hohlzylinder und/oder Hohlkegelstumpf darstellt, durch dessen Innenraum der geladene Teilchenstrahl (119) bei Benutzung tritt, und wobei die elektrisch leitfähige Beschichtung (11; 111) auf einer Innenoberfläche des Hohlzylinders oder Hohlkegelstumpfs aufgebracht ist.Use according to one of the Claims 8 until 12 , wherein the beam tube (45; 155) generally represents a hollow cylinder and/or hollow truncated cone, through the interior of which the charged particle beam (119) passes during use, and wherein the electrically conductive coating (11; 111) is applied to an inner surface of the hollow cylinder or hollow truncated cone. Verwendung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei das Strahlrohr (45; 155) allgemein aus einem Kunststoff hergestellt ist, insbesondere aus PEEK.Use according to one of the Claims 8 until 13 , wherein the jet pipe (45; 155) is generally made of a plastic, in particular of PEEK. Teilchenstrahlmikroskop (100; 101) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit wenigstens einer das Strahlrohr (45; 155) umgreifenden Spule (47) oder Spulenanordnung (247) zur Beaufschlagung des Elektronenstrahls (119) mit einem wechselnden Magnetfeld zur zeitlich veränderlichen Ablenkung des Elektronenstrahls (119) in wenigstens einer senkrecht zur allgemeinen Elektronenstrahlrichtung stehenden Richtung.Particle beam microscope (100; 101) according to one of the Claims 1 until 7 , with at least one coil (47) or coil arrangement (247) enclosing the beam tube (45; 155) for applying an alternating magnetic field to the electron beam (119) for the temporally variable deflection of the electron beam (119) in at least one direction perpendicular to the general electron beam direction.
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