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Bei den bekannten Geräten erfordert die Einstellung der Erregung
des Kondensor- und des Feldlinsensystems in der beschriebenen optimalen Weise einen
erheblichen Aufwand. Es ist nämlich in der Regel erforderlich, durch gleichzeitiges
Verändern der Erregung der beiden Linsensysteme die optimale Einstellung zu finden
bzw. wiederherzustellen. Das Auffinden dieser Einstellung gestaltet sich insbesondere
deshalb schwierig, weil die Änderungen der Linsenerregungen infolge der unterschiedlichen
Brennweiten dieser Linsensysteme mit unterschiedlichem Gewicht vorzunehmen sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kor-
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puskularstrahloptisches Gerät der eingangs genannten Art zu schaffen,
bei dem die Optimierung der Abbildung in einfacher Weise möglich ist. Die Lösung
dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß das Kondensorlinsensystem
eine elektrostatische Linse ist, die über einen Spannungsteiler in Abhängigkeit
von der Beschleunigungsspannung der Strahlquelle erregt ist. Ein derartiger Kondensor
hält die Ebene, in der er das verkleinerte Abbild der Quelle erzeugt, unabhängig
von der Beschleunigungsspannung fest; der Abstand dieser Ebene von der Mitte des
Feldlinsensystems, d. h. der Maskenebene, kann durch einmalige Einstellung der Kondensorerregung
gleich dem Abstand der Maskenebene von der Ebene kleinster Bildfehler des Projektionslinsensystems
gewählt werden. Auf diese Weise ist es möglich, bei späteren Korrekturen die Einstellung
einer optimalen Abbildung lediglich durch Veränderung der Erregung des Feldlinsensystems
vorzunehmen.
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Ein ionenoptisches Gerät, bei dem elektrostatische Linsen über einen
Spannungsteiler in Abhängigkeit von der Beschleunigungsspannung erregt sind, ist
an sich aus der US-PS 2267714 bekannt.
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Aus der eingangs genannten ersten Literaturstelle ist es ferner bekannt,
zur Kontrolle des Maskenbildes in der Präparatebene ein Elektronenmikroskop vorzusehen,
das sich in seinem Strahlengang dem elektronenoptischen Verkleinerungsgerät anschließt.
Das Korpuskularstrahlmikroskop besteht aus einer Objektivlinse, einem Zwischenbildleuchtschirm,
einer elektrostatischen Projektivlinse und einem Endbildleuchtschirm; die Objektivlinse
ist dabei mit der magnetischen Projektivlinse des Gerätes zu einem magnetischen
Einfeld-Kondensorobjektiv vereinigt. In diesem Fall können vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung vorgenommen werden. Sie bestehen zum einen darin, daß wenigstens vier
Detektoren für die in den Randbereich des Zwischenbildleuchtschirmes fallenden Korpuskeln
vorgesehen sind. Die Korpuskeln bilden Randteile der Maske ab, in denen z. B.
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definierte Prüföffnungen vorgesehen sein können.
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Aus den mit diesen Detektoren aufgenommenen Signalen lassen sich die
außeraxialen Bildfehler, insbesondere die Verzeichnung der Abbildung, bestimmen.
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Damit ergibt sich die Möglichkeit, in geeigneter Weise die Erregung
des Feldlinsensystems zu ändern und damit die Bildfehler zu kompensieren. Mit Hilfe
des in der beschriebenen Weise modifizierten Korpuskularstrahlmikroskops ist die
Fehlerkorrektur in kurzer Zeit, z. B. während eines Präparatwechsels, möglich.
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Die genannten Detektoren können z. B. als Leuchtschirme, Szintillatoren,
als Faradaykäfige oder als Halbleiter-Detektoren ausgebildet sein. Sie können unmittelbar
im Randbereich des Zwischenbildleuchtschirmes liegen. Den Detektoren können aber
auch Hilfs-Abbildungssysteme mit elektrostatischen Linsen vorgeschaltet sein, die
entsprechende Randteile des Zwischenbildes auf die Detektoren abbilden und die von
der Beschleunigungsspannung der Strahlquelle abhängig erregt sind. Eine derartige
Anordnung führt zu einer Verstärkung der von den Detektoren gelieferten Signale
und damit zu einer präzisen Angabe über den Verzeichnungszustand der Abbildung;
diese Angabe ist unabhängig von der Beschleunigungsspannung.
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Unter der Verzeichnung ist bekanntlich ein rotationssymmetrischer
Abbildungsfehler zu verstehen,
demzufolge ein Quadrat mit nach innen gewölbten Seiten
(kissenförmige Verzeichnung) bzw. nach außen gewölbten Seiten (tonnenförmige Verzeichnung)
abgebildet wird. Bei Auftreten einer Verzeichnung der korpuskularstrahloptischen
Abbildung ist der Abstand der von den Hilfs-Abbildungssystemen in den Ebenen der
zugehörigen Detektoren erzeugten Bildpunkte von der optischen Achse des Gerätes
verändert. Verwendet man Detektoren, die jeweils ein elektrisches Ausgangssignal
liefern (z. B. Halbleiter-Detektoren), und ordnet diese Detektoren auf der Achse
der Hilfs-Abbildungssysteme an, so kann eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
korpuskularstrahloptischen Gerätes vorgenommen werden. Diese besteht darin, daß
man jedes Hilfs-Abbildungssystem mit einem jeweils mit Wechselspannung gespeisten
elektrostatischen oder magnetischen Ablenksystem versieht. Die Detektoren liefern
dann ein sinusförmiges Signal, das in einfacher Weise verarbeitet werden kann.
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Bei der aus dem erfindungsgemäßen korpuskularstrahloptischen Verkleinerungsgerät
und dem nachfolgenden Kontroll-Korpuskularstrahlmikroskop bestehenden Anordnung
kann eine vorteilhafte Weiterbildung darin bestehen, daß die Projektivlinse des
Korpuskularstrahlmikroskops über einen Spannungsteiler in Abhängigkeit von der Beschleunigungsspannung
der Strahlquelle erregt ist. Statt mit einer Projektivlinse kann das Kontroll-Korpuskularstrahlmikroskop
auch mit mehreren hintereinanderliegenden elektrostatischen Projektivlinsen versehen
sein, die in entsprechender Weise erregt sind. Auf dem Endbildleuchtschirm läßt
sich damit eine objektive, d. h. vom momentanen Wert der Beschleunigungsspannung
unabhängige Bestimmung der Schärfe der Maskenabbildung in der Präparatebene vornehmen.
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Bei dem zuletzt beschriebenen Korpuskularstrahlmikroskop kann in
der Mitte des Endbildleuchtschirmes ein ein elektrisches Ausgangssignal liefernder
Detektor sowie zwischen Zwischenbildleuchtschirm und Endbildleuchtschirm ein mit
Wechselspannung gespeistes, senkrecht zur Geräteachse wirkendes elektrostatisches
oder magnetisches Ablenksystem angeordnet sein. Damit ist es möglich, das auf dem
Endbildleuchtschirm erzeugte Bild auszulenken und so in bekannter Weise die Bildschärfe
zu bestimmen.
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Dazu wird das Detektorsignal frequenzanalysiert; die Höhe der maximalen
auftretenden Frequenz ist ein Maß für die Schärfe des Bildes (DT-PS 1108347).
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Bei dem erfindungsgemäßen Gerät ist es vorteilhaft, den Astigmatismus
der Abbildung zu kompensieren, bevor die Erregung des elektrostatischen Kondensors
bzw. der Feldlinse hinsichtlich minimaler Bildfehler und größtmöglicher Bildschärfe
justiert wird. Dazu dient der eingangs genannte Stigmator zwischen dem Kondensorlinsensystem
und dem magnetischen Feldlinsensystem. Die Bestimmung des Astigmatismus der Abbildung
kann bei dem erfindungsgemäßen Gerät mit Vorteil mit einem in der Nähe der Eintrittspupille
des Einfeld-Kondensorobjektivs angebrachten Detektor in Form eines Sektorringes
erfolgen, dessen einzelnen Sektoren Löcher in einem die Maske umgebenden Maskenhalter
optisch zugeordnet sind. Ein zwei- und/oder dreizähliger Astigmatismus der Abbildung
hat zur Folge, daß die durch die Löcher auf den Sektorringen erzeugte Belichtungsfigur
in charakteristischer Weise verändert ist. Dies wird im folgenden an Hand der Figuren
erläutert.
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In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigt Fig. 1 ein korpuskularstrahloptisches Gerät zur Abbildung einer Maske auf
ein zu bestrahlendes Präparat, Fig. 2 den Strahlengang des Gerätes von Fig. 1, Fig.
3 eine Variante des Gerätes von Fig. 1, Fig. 4 einen Astigmatismus-Detektor, Fig.
5 a, 5b die sich auf dem Astigmatismus-Detektor ergebenden Belichtungsfiguren im
Falle eines zwei- oder dreizähligen Astigmatismus.
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Fig. 1 zeigt ein elektronenoptisches Verkleinerungsgerät 1 zur Abbildung
einer Maske M auf einem Präparat P. Es weist eine aus einer Kathode 2a und einer
Anode 2b bestehende Strahlquelle 2, eine Aperturblende 3, einen elektrostatischen
Kondensor 4, eine magnetische Feldlinse 5, in deren Mittelebene die Maske M liegt,
und ein magnetisches Einfeld-Kondensorobjektiv 6 auf, dessen erste Feldhälfte als
Projektivlinse dient.
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Dem Verkleinerungsgerät 1 folgt in seinem Strahlengang ein Elektronenmikroskop
7. Dieses besteht aus dem Einfeld-Kondensorobjektiv 6, dessen zweite Feldhälfte
als Objektivlinse dient, einem Zwischenbildleuchtschirm 8, einer elektrostatischen
Projektivlinse 9 und einem zentralen Endbildleuchtschirm 10.
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Neben diesem sind im Abstand von 90" symmetrisch zur Achse 16 weitere
vier Endbildleuchtschirme 13 mit gekippter Achse vorgesehen, von denen in der Figur
lediglich zwei dargestellt sind. Auf den Leuchtschirmen 13 werden Elektronen, die
definierte Prüföffnungen Vder Maske M durchsetzen und die in den Randbereich des
Zwischenbildleuchtschirmes 8 fallen, jeweils punktförmig fokussiert; im Falle einer
verzeichnungsfreien Abbildung der Maske M in der Präparatebene 12 liegen diese Punkte
jeweils im Zentrum Z der Endbildleuchtschirme 13. Zu dieser Fokussierung sind vier
den Endbildleuchtschirmen 13 zugeordnete Hilfs-Abbildungssysteme 11 zwischen dem
Zwischenbildleuchtschirm 8 und den Endbildleuchtschirmen 13 angebracht, von denen
in der Figur ebenfalls nur zwei zu sehen sind. Die Hilfs-Abbildungssysteme sind
ebenfalls als elektrostatische Linsen ausgebildet.
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Sämtliche elektrostatischen Linsen, d. h. der Kondensor 4 sowie die
Projektivlinse 9 bzw. die elektrostatischen Linsen der Hilfs-Abbildungssysteme 11,
sind in Abhängigkeit von der Beschleunigungsspannung U der Strahlquelle 2 erregt;
die Spannung U besitzt einen Wert von z. B. 30 kV. Dazu dient ein Spannungsteiler
14, an den die als Einzellinsen ausgebildeten elektrostatischen Linsen 4, 9, 11
angeschlossen sind.
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Der Strahlengang des in Fig. 1 dargestellten elektronenoptischen
Verkleinerungsgerätes 1 ist in Fig. 2 gezeigt. Dabei sind die Abstände der Strahlen
von der Achse 16 vergrößert wiedergegeben. Der Kondensor 4 übrträgt den Crossover
Q der Strahlquelle 2 verkleinert in die Ebene El, deren Lage sich auf Grund des
elektrostatischen Prinzips auch bei einer Änderung der Beschleunigungsspannung U
nicht ändert. Diese Ebene entspricht der Brennebene der ersten Hälfte der magnetischen
Feldlinse 5. Die Feldlinse 5 überträgt das in der Ebene E1 vorliegende Quellenbild
Ql in die Brennebene E1, ihrer zweiten Feldhälfte, wobei sie die Maske M gleichmäßig,
d. h.
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mit zueinander parallelen Elektronenbahnen, aus-
leuchtet. Das in dieser
Ebene vorliegende Quellenbild Ql' stellt die Eintrittspupille des Einfeld-Kondensorobjektivs
6 dar. Das Einfeld-Kondensorobjektiv 6, dessen Ebene kleinster Fehler mit der Ebene
E1, zusammenfällt, überträgt das Quellenbild Q1 in eine Ebene E2. Wie aus dem Verlauf
der eingezeichneten Strahlen 17, 18, 19 bzw. der diesen entsprechenden Strahlen
17', 18', 19' hervorgeht, bilden die Elektronen die Maske M in der Präparatebene
12 des Verkleinerungsgerätes 1 ab.
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Die Güte der Abbildung ist auf den Endbildleuchtschirmen 10, 13 zu
erkennen. Dabei ist auf dem zentralen Endbildleuchtschirm 10 die Schärfe der Abbildung
der Maske M auf die Präparatebene 12 an Hand der Größe und Helligkeit der Bildpunkte
zu beurteilen, während auf den Leuchtschirmen 13 die außeraxialen Bildfehler der
Abbildung zu erkennen sind.
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Von diesen sind die Verzeichnung, der Verdrehungssowie der Vergrößerungsfarbfehler
von Bedeutung.
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Zur Bestimmung von Schärfe und Verzeichnung der Abbildung sind unterhalb
der Projektivlinse 9 bzw.
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der Hilfs-Abbildungssysteme 11 elektrostatische Ablenksysteme in Form
von Ablenkplattenpaaren 20,21 sowie Halbleiter-Detektoren 22, 23 hinter zentralen
Öffnungen Z der Leuchtschirme 10, 13 vorgesehen.
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Die Ablenkplattenpaare 20, 21 liegen an einer Wechselspannung. Dies
hat eine periodische Auslenkung der Bildpunkte auf den Endbildleuchtschirmen 10,
13 zur Folge. Tritt nun eine Verringerung der Bildschärfe, d. h. eine Verringerung
der maximalen Helligkeit sowie eine Verbreiterung der Bildpunkte auf, so liefert
ein unterhalb der zentralen Öffnung Z des Endbildleuchtschirmes 10 angebrachter
Halbleiter-Detektor 22 ein elektrisches Signal, aus dem die Bildschärfe bestimmt
werden kann. Analysiert man nämlich das Signal nach Frequenzen, so ist z. B. die
höchste auftretende Frequenz ein direktes Maß für die Bildschärfe.
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Die unterhalb der Hilfs-Abbildungssysteme 11 vorgesehenen Ablenkplatten
21 dienen zur Bestimmung der Verzeichnung. Es sei eine tonnenförmige Verzeichnung
angenommen. Die auf den Endbildleuchtschirmen 13 erzeugten Bildpunkte der Prüföffnungen
V befinden sich beispielsweise an der Stelle Vt außerhalb der zentralen Öffnung
Z dieser Leuchtschirme. Die ebenfalls mit einer Wechselspannung beaufschlagten Ablenkplatten
21 führen den Bildpunkt über die zentrale Stelle Z der Leuchtschirme 13 hinweg.
Die Halbleiter-Detektoren 23 liefern dann Wechselspannungssignale, die in einfacher
Weise verarbeitet werden können; diese Signale sind nämlich dann am größten, wenn
die Verzeichnung minimal ist.
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An Stelle der dargestellten elektrostatischen Ablenkelemente (Ablenkplattenpaare
20, 21) können auch magnetische Ablenkelemente vorgesehen sein.
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Ferner ist es möglich, den Verdrehungs- und Vergrößerungsfarbfehler
der Abbildung an Hand der Lage der Bildpunkte auf den Leuchtschirmen 13 zu bestimmen.
Dazu wird die Beschleunigungsspannung U um einen definierten Wert, z. B. um 10 V,
geändert. Liegen die Bildpunkte ursprünglich im Zentrum Z der Leuchtschirme 13,
so werden sie im Falle eines noch nicht korrigierten Verdrehungsfarbfehlers in einer
bezüglich der Achse 16 des Mikroskops 7 tangentialen Richtung bzw. im Falle eines
noch nicht korrigierten Vergrößerungsfarbfehlers in einer zu dieser Achse 16 radialen
Richtung ausgelenkt. Voraussetzung
für die Kompensation des Verdrehungsfarbfehlers
ist dabei, daß das magnetische Feldlinsensystem, d. h. in Fig. 1 die Feldlinse 5,
in dem die Korpuskeln nach Durchtritt durch die Maske M beeinflussenden Teil und
die magnetische Projektivlinse, d. h. in Fig. 1 die erste Hälfte des Einfeld-Kondensorobjektivs
6, in entgegengesetztem Sinne erregt sind.
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Wie bereits eingangs erwähnt, ist es möglich, an Stelle der in Fig.
1 gezeigten Feldlinse 5 ein aus mehreren magnetischen Linsen bestehendes Feldlinsensystem
vorzusehen. Ein derartiges System 5' mit zwei Linsen 31,32 ist in Fig. 3 schematisch
dargestellt. Die Elektronen verlaufen zwischen den beiden Linsen 31, 32 auf zueinander
parallelen Bahnen. Das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel bietet die Möglichkeit,
durch Änderung der axialen Lage der Maske M relativ zur Mittelebene 33 des Feldlinsensystems
5' den Vergrößerungs- und Verdrehungsfarbfehler zu kompensieren; die Kompensation
des letztgenannten Fehlers erfordert dabei, wie oben erwähnt, eine Erregung der
Linse 32 und der magnetischen Projektivlinse in entgegengesetzter Weise.
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In Fig. 1 ist ferner ein Stigmator St dargestellt, mit dem der Astigmatismus
der Feldlinse 5 kompensierbar ist. Der Nachweis dieses Bildfehlers erfolgt über
einen Detektor A, der in der Ebene der Eintrittspupille des Einfeld-Kondensorobjektivs
6 angebracht ist. Dem Detektor A sind Öffnungen O in einem die Maske M umgebenden
Maskenhalter 24 zugeordnet (vgl. den Verlauf der Randstrahlen 30, 30' in Fig. 2).
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Der Aufbau des Astigmatismus-Detektors A sowie die Gestalt des zugeordneten
Maskenhalters 24 sind in Fig. 4 dargestellt.
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Fig. 4 zeigt den Maskenhalter 24, an dessen Rand die Öffnungen 0
vorgesehen sind. Die Öffnungen O sind in gleichen Abständen voneinander konzentrisch
zur optischen Achse 16 des Verkleinerungsgerätes 1 angebracht. Den Öffnungen 0 entsprechen
Metallplättchen 25 am Rande des Astigmatismus-Detektors A. Im Falle einer astigmatismusfreien
Abbildung der Maske M auf die Registrierebene 12 sind die auf jedes der Metallplättchen
25 auftreffenden Elektronenströme untereinander gleich.
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Ein zwei- bzw. dreizähliger Astigmatismus der Ab-
bildung hat eine
Änderung der gleichförmigen Bestrahlung der Metallplättchen 25 zur Folge. Die Bestimmung
des auf die Metallplättchen 25 auftreffenden Elektronenstromes beispielsweise mit
Hilfe eines Strommeßgerätes 26, das nacheinander an die Metallplättchen 25 angeschlossen
wird, liefert ein eindeutiges Signal für die Größe und Art des Astigmatismus.
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Dies ist an Hand der Fig. 5 a, Sb verdeutlicht.
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Fig. 5 a zeigt die Bestrahlungsverhältnisse in der Ebene des Astigmatismus-Detektors
A im Falle eines zweizähligen Astigmatismus. Die die Öffnungen O durchsetzenden
Elektronenstrahlen treffen auf Stellen auf, die längs der eingezeichneten Linien
27 bzw.
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28 angeordnet sind. Aus der Figur folgt, daß im Falle des zweizähligen
Astigmatismus nur auf wenige, einander gegenüberliegende Metallplättchen 25 ein
Elektronenstrom auftrifft.
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Die Beleuchtungsverhältnisse im Falle des dreizähligen Astigmatismus
sind in Fig. 5 b gezeigt. In der Ebene des Astigmatismus-Detektors A sind Punkte
beleuchtet, die längs der eingezeichneten Linie 29 gelegen sind. Aus Fig. 5 b folgt,
daß der Astigmatismus-Detektor im wesentlichen an drei Stellen beleuchtet ist, die
ein gleichseitiges Dreieck bilden.
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Es sei erwähnt, daß der in Fig. 4 gezeigte Astigmatismus-Detektor
A neben der Anzeige eines zwei-bzw. dreizähligen Astigmatismus sowie der vorgenommenen
Korrektur dieser Bildfehler mit Hilfe des Stigmators St auch dazu dienen kann, eine
Änderung der Beschleunigungsspannung U nachzuweisen. Andert sich die Beschleunigungsspannung
U, so hat dies zur Folge, daß - eine astigmatismusfreie Abbildung vorausgesetzt
- auf den Metallplättchen 25 des Detektors A eine gleichmäßige Verringerung bzw.
Vergrößerung des auftreffenden Elektronenstromes festgestellt werden kann. Dieser
Elektronenstrom kann ferner dazu dienen, die Belichtungszeit des Präparats zu bestimmen,
da die auf die Metallplättchen 25 auftreffende Stromdichte der auf dem Präparat
P einfallenden Stromdichte proportional ist.
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Die Anwendung der Erfindung kommt vor allem bei einem elektronenoptischen
Verkleinerungsgerät in Frage. Sie kann jedoch auch bei ionenoptischen Bestrahlungsgeräten
verwendet werden.